基于PLC的給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

包鋼鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院（論文）

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摘要

本論文以某小區(qū)供水系統(tǒng)的改造為背景，根據(jù)供水系統(tǒng)的特性和實(shí)際情況的要求，以松下FP0-T32CT作為主控制器、組態(tài)軟件KingView作為監(jiān)控平臺對小區(qū)原有的繼電器邏輯控制系統(tǒng)進(jìn)行更新設(shè)計(jì)，采用松下公司提供的FPWINGR軟件對PLC進(jìn)行程序的編制與調(diào)試。該系統(tǒng)可以對供水系統(tǒng)的壓力、液位等過程參數(shù)進(jìn)行在線檢測，實(shí)現(xiàn)供水過程的全自動控制，滿足居民用水的需要。

本論文研究的主要內(nèi)容包括:基于PLC自來水控制系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)、PLC控制系統(tǒng)原理、重點(diǎn)探討PLC控制系統(tǒng)硬件、軟件的設(shè)計(jì)方法，綜合對比經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、邏輯設(shè)計(jì)法、時(shí)序圖設(shè)計(jì)法和順序控制設(shè)計(jì)法，對PLC在實(shí)際現(xiàn)場控制過程中經(jīng)常遇到的一些實(shí)際問題，如:電源干擾問題、擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)和系統(tǒng)連鎖問題等，提出了具體解決方案。

本論文是基于該工程項(xiàng)目的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)展開的，采用可編程控制器PLC，完成了整個(gè)電氣控制系統(tǒng)的軟硬件的設(shè)計(jì)，基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了小區(qū)供水的自動化。

關(guān)鍵詞PLC；供水系統(tǒng)；自動控制

Abstract

Inthispaperadistrictwatersupplysystemtransformationasthebackground,accordingtothecharacteristicsofthewatersupplysystemandactualsituation,attherequestofthepanasonicFP0-T32CTasthemaincontroller,configurationsoftwareasaplatformtothevillageKingViewmonitoringoftheoriginalrelayupdatelogiccontrolsystemdesign,thepanasoniccompanyFPWINGRsoftwaretoPLCforprogramminganddebugging.Thesystemcanforthewatersupplysystempressure,theliquidlevelandprocessparametersofon-lineinspection,realizetheautomaticcontrolprocessofwatersupply,meetresidentsusetheneedofwater.

Thisresearchinclude:tapwatercontrolsystembasedonPLCoftheoverallprogramdesign,PLCcontrolsystemprinciple,discussesthePLCcontrolsystemhardwareandsoftwaredesignmethod,integratedcomparativeexperiencedesignmethod,thelogicaldesignmethod,thetimingdiagramdesignmethodandsequencecontroldesignmethod,thePLCinactualcontrolprocessoftenmeetwithsomeactualproblems,suchas:powerinterferenceproblems,expandtheI/Opointsandchainsystem,putsforwardspecificsolutions.

Thispaperisbasedontheengineeringprojectoftheelectricalcontrolsystemdesignandrealizationtolaunch,andbyusingtheprogrammablecontrollerPLC,hascompletedtheelectricalcontrolsystemofthehardwareandsoftwaredesign,basicachievetheexpectedgoaltorealizetheautomationofwatersupplyarea.

KeywordPLC;Watersupplysystem;Automaticcontrol

目錄

摘要

I

Abstract

II

第1章緒論

1

1.1本課題的研究背景及意義

1

1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢

1

1.3設(shè)計(jì)原則

3

1.4本課題研究的內(nèi)容

4

第2章PLC的概述

5

2.1PLC的定義

5

2.2PLC的構(gòu)成

5

2.2.1CPU的構(gòu)成

6

2.2.2I/O模塊

6

2.2.3電源模塊

7

2.2.4底板或機(jī)架

7

2.2.5PLC的通信聯(lián)網(wǎng)

7

2.3PLC的基本工作

8

2.4PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用

10

第3章基于PLC的給水控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

12

3.1基于PLC的給水控制系統(tǒng)概況

12

3.2基于PLC的給水控制系統(tǒng)要求、組成及功能

12

3.2.1基于PLC給水控制系統(tǒng)控制要求

13

3.2.2基于PLC的給水控制系統(tǒng)控制組成

13

3.3基于PLC給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

14

3.3.1基于PLC的給水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟

14

3.3.2基于PLC的給水控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

15

3.3.3基于PLC的給水控制系統(tǒng)的工藝流程圖

16

第4章基于PLC的供水控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

17

4.1基于PLC的供水控制系統(tǒng)PLC機(jī)型選擇

17

4.2基于PLC的給水控制系統(tǒng)PLC容量選擇

18

4.3基于PLC的給水控制系統(tǒng)I/O模塊的選擇

18

4.3.1確定I/O點(diǎn)數(shù)

19

4.3.2開關(guān)量I/O接口

19

4.3.3模擬量I/O接口

20

4.4基于PLC的給水控制系統(tǒng)電源模塊的選擇

20

4.5基于PLC的給水控制系統(tǒng)的信號的傳輸關(guān)系

21

4.6基于PLC的給水控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)分布

22

4.7基于PLC的給水控制系統(tǒng)的元器件

24

4.7.1松下FP0-T32CTPLC

24

4.7.2其他元器件

25

4.7.3PLC的I/O地址分配

26

4.7.4主要元器件簡介

28

4.8基于PLC的給水控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

31

第5章基于PLC的給水控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

32

5.1PLC程序設(shè)計(jì)的常用方法

32

5.1.1經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

32

5.1.2邏輯設(shè)計(jì)法

32

5.1.3時(shí)序圖設(shè)計(jì)法

33

5.1.4順序控制設(shè)計(jì)法

33

5.2PLC軟件設(shè)計(jì)概述

35

5.3基于PLC的給水控制系統(tǒng)控制流程

35

結(jié)論

36

致謝

37

參考文獻(xiàn)

38

附錄1

39

附錄2

43

包鋼鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院（論文）

第1章緒論

1.1本課題的研究背景及意義

近年來我國中小城市發(fā)展迅速，集中用水量急劇增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1990年到1998年，我國人均日生活用水量（包括城市公共設(shè)施等非生產(chǎn)用水）有175.7升增加到241.1升，增長了37.2%，與此同時(shí)我國城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。在用水量高峰期時(shí)供水量普遍不足，造成城市公用管網(wǎng)水壓浮動較大。由于每天不同時(shí)段用水對供水的水位要求變化較大，僅僅靠供水廠值班人員依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工手動調(diào)節(jié)很難及時(shí)有效的達(dá)到目的。這種情況造成用水高峰期時(shí)水位達(dá)不到要求,供水壓力不足，用水低峰期時(shí)供水水位超標(biāo),壓力過高，不僅十分浪費(fèi)能源而且存在事故隱患（例如壓力過高容易造成爆管事故）。

采用PLC控制不僅可減少人的工作量，還可以降低能源消耗和資源浪費(fèi)，提高設(shè)備的可維護(hù)性和運(yùn)行的可靠性，以達(dá)到降低自來水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的。依靠現(xiàn)代化技術(shù)手段對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制和管理，提高設(shè)備運(yùn)行效率和可靠性，節(jié)省寶貴的水、電資源，是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。由于中小型自來水廠的自動化技術(shù)改造在我國有著廣泛的前景，本控制系統(tǒng)具有較大的發(fā)展?jié)摿褪褂脙r(jià)值。

1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢

自來水生產(chǎn)過程自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài):

水廠自動化控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無到有、從簡單到復(fù)雜的過程。從一開始僅有常規(guī)儀表檢測，到加藥、加氯的局部自動控制，直至九十年代，隨著可編程控制器(PLC)的大量推廣使用，水廠自動化控制系統(tǒng)才真正建立起來。PLC具有

可靠性高、編程簡單、使用方使、以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)的特點(diǎn)。水廠以PLC為主控設(shè)備建立的控制系統(tǒng)一般模式為:由設(shè)在中控室的上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)及若干現(xiàn)場PLC聯(lián)網(wǎng)組成集散型監(jiān)控系統(tǒng)。開始建立的系統(tǒng)，各分站以功能劃分，站內(nèi)設(shè)有監(jiān)控計(jì)算機(jī)，這是針對當(dāng)時(shí)PLC的通訊能力不夠強(qiáng)大，控制系統(tǒng)可靠性不高所采用的措施，即一旦其它分站出現(xiàn)故障或網(wǎng)絡(luò)中斷后，未出故障的分站還可以在局部區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動控制。近幾年隨著PLC網(wǎng)絡(luò)通訊能力的增強(qiáng)和控制及電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)可靠性的提高，這一模式逐漸被打破。取消了各分站內(nèi)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)，各分站的控制區(qū)域由以功能劃分改為以距離劃分，在中控室內(nèi)監(jiān)視水廠運(yùn)行的全過程，應(yīng)由分站1控制的遠(yuǎn)方設(shè)備工況或采集的檢測儀表參數(shù)可送入附近的分站2通過網(wǎng)絡(luò)可靠、及時(shí)地傳輸保證系統(tǒng)的正常、協(xié)調(diào)運(yùn)行。目前大部分水廠都是采用的這種模式。在這基礎(chǔ)上，對水廠自動化又提出了新要求:即廠內(nèi)僅配備少量管理、維修人員，生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動化，由中央控控制室的工業(yè)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和管理的控制系統(tǒng)，也稱無人值守控制系統(tǒng)。

在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動控制、起制動控制、壓頻比控制及各種保護(hù)功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時(shí)，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)計(jì)時(shí)都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機(jī)組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機(jī)組運(yùn)行的情況，因而投資成本高。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像日本Samco公司，就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式"、“變頻泵循環(huán)方式一兩種模式，它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)

的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多7臺電機(jī)(泵)的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)(如BA系統(tǒng))和組態(tài)軟件難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此在實(shí)際使用時(shí)其范圍將會受到限制。

目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)：有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。原深圳華為(現(xiàn)己更名為艾默生)電氣公司和成都希望集團(tuán)(森蘭變頻器)也推出了廈壓供水專用變頻器(5.5kw、22kw)，無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多4臺水泵的循環(huán)切換、定時(shí)起、停和定時(shí)循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所。

水廠工業(yè)自動化領(lǐng)域的發(fā)展趨勢是管理控制的一體化，而現(xiàn)場總線技術(shù)的飛速發(fā)展為管理控制一體化鋪平道路。信息技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的普及，將會使管理控制一體化的重要性日益顯露，可以預(yù)見，以PLC為基礎(chǔ)的集散控制系統(tǒng)向以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的管理控制一體化分布式網(wǎng)絡(luò)通信過渡是必然的發(fā)展趨勢。

1.3設(shè)計(jì)原則

這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則是：以任務(wù)書所要求的具體設(shè)計(jì)要求為根本設(shè)計(jì)目標(biāo)，充分考慮給水控制的工作環(huán)境和工藝流程的具體要求。在滿足工藝要求

的基礎(chǔ)上，盡可能的使結(jié)構(gòu)簡練，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用元配件，以降低成本，同時(shí)提高可靠性。本著科學(xué)經(jīng)濟(jì)和滿足生產(chǎn)要求的設(shè)計(jì)原則，同時(shí)也考慮本次設(shè)計(jì)是畢業(yè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，將大學(xué)期間所學(xué)的知識，如電器設(shè)計(jì)、電路原理、電機(jī)拖動、閥門控制、傳感器、可編程控制器（PLC）、電子技術(shù)、自動控制、機(jī)械系統(tǒng)仿真等知識盡可能多的綜合運(yùn)用到設(shè)計(jì)中，使得經(jīng)過本次設(shè)計(jì)對大學(xué)階段的知識得到鞏固和強(qiáng)化，同時(shí)也考慮個(gè)人能力水平和時(shí)間的客觀實(shí)際，充分發(fā)揮個(gè)人能動性，腳踏實(shí)地，實(shí)事求是的做好本次設(shè)計(jì)。

1.4本課題研究的內(nèi)容

本論文主要介紹以可編程控制器PLC為核心，提出具體實(shí)現(xiàn)小區(qū)供水自動化的基本思路和方法。

1．總體方案設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)概況和系統(tǒng)控制要求，對系統(tǒng)進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，進(jìn)而確定系統(tǒng)的組成。

2．下位機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)工藝和控制要求，設(shè)計(jì)一個(gè)以PLC為核心的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)由電氣元件、PLC、傳感器、現(xiàn)場機(jī)構(gòu)及監(jiān)控儀器組成。

3．系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。利用松下公司提供的專門軟件FPWINGR編制梯形圖，實(shí)現(xiàn)供水過程的自動控制。

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要包括系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計(jì),以及控制界面的后臺程序設(shè)計(jì)。

第2章PLC的概述

2.1PLC的定義

可編程控制器(ProgrammableController)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制(ProgrammableLogicController)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大的超過了邏輯控制的范圍。因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(PersonalComputer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。

為了使PLC生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，國際電工委(IEC)先后頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通過對它的定義：它是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

總之，可編程控制器是一臺計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。

2.2PLC的構(gòu)成

從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為整體式、模塊式和疊裝式三種。整體式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，

這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。疊裝式PLC是將整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來。這種結(jié)構(gòu)的CPU、電源、I/O等單元也是各自獨(dú)立的模塊，但它們相互的連接僅用電纜即可，并且各模塊可以疊裝在一起。

2.2.1CPU的構(gòu)成

CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。

CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。

在使用者看來，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由振蕩信號控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。

CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，I/O數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。

2.2.2I/O模塊

PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集

成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。

開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下：

開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。

模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用I/O外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。

按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。

2.2.3電源模塊

現(xiàn)代PLC一般配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源，供內(nèi)部電路使用。與普通電源相比，開關(guān)電源的輸入電壓范圍寬，體積小，質(zhì)量輕，效率高，抗干擾性能好。有的PLC還向外提供DC24V的直流電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。

2.2.4底板或機(jī)架

大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。

2.2.5PLC的通信聯(lián)網(wǎng)

依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"的觀點(diǎn)說法。

PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。

2.3PLC的基本工作

PLC雖然具有微機(jī)的許多優(yōu)點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式。有鍵按下或1/O動作則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，無鍵按下則繼續(xù)掃描。PLC則采用循環(huán)掃描工作方式，在PLC中，用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回第一條。如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理，然后順序向輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號。這個(gè)工作過程分為五個(gè)階段:自診斷，與編程器等的通信，輸入采樣，用戶程序的執(zhí)行，輸出刷新。其工作過程框圖如圖2-1所示。

自診斷

與編程器計(jì)算機(jī)等通信

讀入現(xiàn)場信號

執(zhí)行用戶程序

結(jié)果輸出

圖2-1PLC的工作原理

l、每次掃描用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷內(nèi)容為I/O部分、存儲器、CPU等，發(fā)現(xiàn)異常停機(jī)顯示出錯(cuò)。若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描。

2、PLC檢查是否有與編程器和計(jì)算機(jī)的通信請求，若有則進(jìn)行相應(yīng)處理，如接收編程器送來的程序、命令和各種數(shù)據(jù)，并把顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、出錯(cuò)信息等發(fā)送給編程器進(jìn)行顯示。如果有與計(jì)算機(jī)等的通信請求，也在這段時(shí)間完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送任務(wù)。

3、PLC的中央處理器對各個(gè)輸入端進(jìn)行掃描，將輸入的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中，這是輸入采樣階段。

4、中央處理器CPU將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，以對輸入和原輸出狀態(tài)(這些狀態(tài)統(tǒng)稱為數(shù)據(jù))進(jìn)行“處理”，即按程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行邏輯、算術(shù)運(yùn)算，再將正確的結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器中，這就是程序執(zhí)行階段。

5、當(dāng)所有的指令執(zhí)行完畢時(shí)，集中把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備能接收的電壓或電流信號，以驅(qū)動被控設(shè)備，這就是輸出刷新階段。PLC經(jīng)過這五個(gè)階段的工作過程，稱為一個(gè)掃描周期，完成一個(gè)掃描周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行，掃描周期是PLC的重要指標(biāo)之一，在不考慮第二個(gè)因素(與編程器等通信)時(shí)，掃描周期T見公式。

T=(讀入一點(diǎn)時(shí)間X輸入點(diǎn)數(shù))+(運(yùn)算速度X程序步數(shù))+(輸出一點(diǎn)時(shí)間X輸出點(diǎn)數(shù))+故障診斷時(shí)間

顯然掃描時(shí)間主要取決于程序的長短，一般每秒鐘可掃描數(shù)十次以上，這對于工業(yè)設(shè)備通常沒什么影響。但對控制要求嚴(yán)格，響應(yīng)速度要求快的系統(tǒng)，就應(yīng)該精確地計(jì)算響應(yīng)的時(shí)間，細(xì)心編排程序，合理安排指令的順序，以盡可能減少掃描周期造成的不良影響。PLC與繼電接觸器控制的重要區(qū)別之一就是工作方式不同。繼電接觸器控制是按并行方式工作的，也就是說是按同時(shí)執(zhí)行的方式工作的，只要形成電流通路，就可能有幾個(gè)繼電器同時(shí)動作，而PLC是以反復(fù)掃描的方式工作的，它是循環(huán)地連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任一時(shí)刻它只能執(zhí)行一條指令，這就是說PLC是以串行方式工作的。這種串行工作方式可以避免繼電控制的觸點(diǎn)競爭和時(shí)序失配的問題。

總之，采用循環(huán)掃描的工作方式也是PLC區(qū)別于微機(jī)的最大特點(diǎn)，使用者應(yīng)特別注意。

特別注意的是:在PLC的程序中，前面邏輯行的執(zhí)行結(jié)果在本次掃描過程中，影響后面邏輯行的執(zhí)行結(jié)果:而后面邏輯行的執(zhí)行結(jié)果在本次掃描中不影響前面邏輯行的果。

2.4PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用

可編程序控制器的特點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面:

1、編程方法簡單易學(xué)。PLC中配備了易于接受和掌握的梯形圖語言。梯形圖語言的電路符號和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相當(dāng)接近，只用PLC的20多條開關(guān)量邏輯控制指令就可以實(shí)現(xiàn)繼電器的功能。

2、硬件配套齊全，用戶使用方便。PLC配有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶不必自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。PLC的安裝接線也很方便，PLC一般用接線端子連接外部接線。

3、通用性強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)。由于PLC的系列化和模塊化，硬件配置相當(dāng)靈活，可以組成能滿足各種控制要求的控制系統(tǒng)。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速的適應(yīng)工藝條件的變化。

4、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。PLC用軟件取代了繼電器系統(tǒng)中容易出現(xiàn)故障的大量觸電和接線。除此之外，PLC還采取了一系列抗干擾的措施。

5、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少。PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。

由于PLC具有一系列特點(diǎn)，因此，它已被廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、機(jī)械、石油、化工、汽車制造、電力、造紙、印刷、輕工、紡織、交通、通訊、郵政、建筑、建材、環(huán)保、娛樂、食品加工、家電等各行各業(yè)。

按照控制類型不同，它主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：

1、開關(guān)量控制。取代傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的邏輯控制和順序控制。

2、模擬量控制。通過模擬量I/O模塊可對溫度、壓力、流量、速度等連續(xù)變化的模擬量進(jìn)行控制。

3、數(shù)字量控制。利用PLC能接收和發(fā)送高速脈沖的功能，在配備相應(yīng)的傳感器和脈沖伺服裝置就可實(shí)現(xiàn)數(shù)字量控制。

4、集散控制。PLC的通信聯(lián)網(wǎng)能力很強(qiáng)。除了相互之間可以進(jìn)行通信聯(lián)網(wǎng)以外，PLC與計(jì)算機(jī)之間也可以進(jìn)行通信聯(lián)網(wǎng)，由計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)對其監(jiān)控和管理。

第3章基于PLC的給水控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

3.1基于PLC的給水控制系統(tǒng)概況

本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的自動供水系統(tǒng)仿真示意圖如圖3-1所示。該系統(tǒng)通過2臺抽水泵(另外兩臺備用)分別將1#和2#兩口水井中的井水抽到清水池中，加藥處理后由2臺加壓泵(另外兩臺備用)分別向A區(qū)水塔和B區(qū)水塔自動供水，以保證兩區(qū)居民的用水需求。

圖3-1PLC控制自動供水仿真圖

3.2基于PLC的給水控制系統(tǒng)要求、組成及功能

自動供水控制系統(tǒng)主要是控制4臺抽水泵和4臺加壓泵的啟停，保證用戶供水，控制系統(tǒng)設(shè)“手動”和“自動”兩種工作方式。手動方式是一種備用方式，它是在自動方式不能正常運(yùn)行的情況下啟用，自動方式可以實(shí)現(xiàn)無人值班，

無需人為干預(yù)，正常情況下自動供水，保證用戶有水可用即可。

3.2.1基于PLC給水控制系統(tǒng)控制要求

(1)1#或2#水井水位低于最低水位時(shí)，自動停止相應(yīng)的抽水泵，在操作臺顯示液位值，并向上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信號。

(2)清水池水位低于下限水位時(shí)，1#和2#兩口水井中的各自一臺水泵向清水池送水，當(dāng)清水池水位達(dá)到上限時(shí)，根據(jù)設(shè)定值自動啟動加藥泵和攪拌電機(jī)進(jìn)行加藥處理，處理完畢后，向兩個(gè)水塔自動供水。要求各臺備用抽水泵在相應(yīng)抽水泵出現(xiàn)故障時(shí)，自動投入運(yùn)行。如果每個(gè)水井對應(yīng)的兩臺抽水泵都出現(xiàn)故障，不能正常啟動時(shí)，顯示該水井供水報(bào)警。

(3)A區(qū)或B區(qū)水塔水位不高于上限水位，清水池中的水是加藥處理后適合居民使用的純凈水時(shí)，如果清水池中的水位不低于下限水位，各主加壓泵同時(shí)向水塔送水；當(dāng)水塔水位高于上限水位時(shí)，主加壓泵停止送水；要求各臺備用加壓泵在相應(yīng)加壓泵出現(xiàn)故障時(shí)，自動投入運(yùn)行。如果每個(gè)水塔對應(yīng)的兩臺加壓泵都出現(xiàn)故障，不能正常啟動時(shí)，顯示該水塔供水報(bào)警。

(4)通過上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警，并實(shí)時(shí)顯示水井、清水池、水塔的液位。供水管道的壓力高于上限時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號。

(5)本系統(tǒng)要求運(yùn)行安全可靠，手動操作、自動操作轉(zhuǎn)換方便、可行。

3.2.2基于PLC的給水控制系統(tǒng)控制組成

本PLC的給水控制系統(tǒng)由按鈕操作系統(tǒng)、電動閥門控制系統(tǒng)、PLC電氣控制系統(tǒng)和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)四個(gè)部分組成。

(1)按鈕操作系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)手動和自動兩種工作方式的轉(zhuǎn)換；手動操作時(shí)，通過按鈕控制任意一臺抽水泵、加壓泵、加藥泵和加壓泵電動閥們的啟、停。

(2)電動閥門控制系統(tǒng)

它控制4臺加壓泵電動閥門的打開與關(guān)閉，可以實(shí)現(xiàn)自動控制與遠(yuǎn)程控制。

(3)PLC電氣控制系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)4臺抽水泵和4臺加壓泵的自動/手動通電與斷電的電氣控制，利用PLC實(shí)現(xiàn)功能要求的邏輯適時(shí)控制和信息向上位機(jī)的傳送。

(4)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控4臺抽水泵和4臺加壓泵的狀態(tài)，并實(shí)時(shí)顯示水井、清水池、水塔的水位，并顯示報(bào)警信息。

3.3基于PLC給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本PLC給水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計(jì)；系統(tǒng)控制的工藝流程圖的設(shè)計(jì)；系統(tǒng)信號的傳輸關(guān)系的設(shè)計(jì)；PLC及其它元器件的選擇；PLC的I/O地址分配；系統(tǒng)控制硬件電路的設(shè)計(jì)；PLC的流程圖和梯形圖的軟件設(shè)計(jì)。

3.3.1基于PLC的給水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟

PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為硬件選型及PLC軟件編制兩個(gè)方面?，F(xiàn)介紹控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟。

1、根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求，如需要完成的動作（動作時(shí)序、條件、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等）、操作（手動、自動、連續(xù)、間斷等）。

2、在明確了控制任務(wù)和要求后，選擇電氣傳動方式和確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。

3、選擇合適的PLC類型（包括機(jī)型的選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇等）。

4、分配I/O點(diǎn)，設(shè)計(jì)I/O端子接線圖。

5、進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制柜或操作臺的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工。

6、將編寫好的程序輸入PLC中去，并對程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。

7、聯(lián)機(jī)調(diào)試。在PLC軟硬件設(shè)計(jì)和控制臺、柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直到調(diào)試成功。

8、編制技術(shù)文件。（包括說明書、電氣原理圖、電氣布置圖、電氣元件明細(xì)表、PLC程序清單）。

9、交付使用。

以上是一個(gè)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟，可根據(jù)控制系統(tǒng)的規(guī)模、控制要求的繁簡、控制程序步序的多少，根據(jù)實(shí)際情況有的步驟可以省略。

3.3.2基于PLC的給水控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)控制系統(tǒng)要求，PLC控制器主要是對兩個(gè)取水泵站的四臺水泵和兩個(gè)液位傳感器、加藥站的加藥泵、加壓站的四臺加壓泵進(jìn)行控制及向上位監(jiān)控機(jī)傳送各種信息。由此，PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖，如圖3-2所示。

圖3-2PLC控制系統(tǒng)基本框圖

3.3.3基于PLC的給水控制系統(tǒng)的工藝流程圖

根據(jù)PLC的供水控制系統(tǒng)控制工藝要求，由其相互邏輯關(guān)系，可以得到各個(gè)水泵和加壓泵的自動控制流程圖，如圖3-3所示。

圖3-3工藝流程圖

第4章基于PLC的供水控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

4.1基于PLC的供水控制系統(tǒng)PLC機(jī)型選擇

機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)使用方便及最佳的性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮的因素如下所述。

（1）結(jié)構(gòu)合理

對于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好、維修量較小的場合，選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC;否則，選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。

（2）功能、規(guī)模相當(dāng)

對于開關(guān)量控制的工程項(xiàng)目，對其控制速度無須考慮，一般選用低檔的PLC。如西門子公司的S7-200系列機(jī)或歐姆龍公司的COM1。

對于以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目，可選用含有A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和含有D/A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，以及具有加減乘除運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳輸功能的低檔PLC。如西門子公司的S7-300或S7-400。

對于控制比較復(fù)雜、控制功能要求較高的工程項(xiàng)目，如要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可根據(jù)控制規(guī)模及復(fù)雜的程度，選用中檔機(jī)或高檔機(jī)。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)和整個(gè)工廠的自動化等。

（3）機(jī)型統(tǒng)一

一個(gè)大型企業(yè)選用PLC時(shí)，盡量要做到機(jī)型統(tǒng)一。同一機(jī)型的PLC，其模塊可互為備用，以便備件的采購和管理;另外，功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)人員的培訓(xùn);其外部設(shè)備通用也有利于資源共享。若配備了上位計(jì)算機(jī)，可把各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺PLC聯(lián)成一個(gè)多級分布式控制系統(tǒng)，相互通信，集中協(xié)調(diào)管理。

（4）PLC的環(huán)境適應(yīng)性

由于PLC是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，生產(chǎn)廠家都把它設(shè)計(jì)成能在惡劣的環(huán)境條件下，可靠地工作。盡管如此每種PLC都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，我們在選用時(shí)，特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，對環(huán)境條件要進(jìn)行充分的考慮。對于需要應(yīng)用在特殊環(huán)境下的PLC，要根據(jù)具體的情況進(jìn)行合理的選擇。

（5）是否在線編程

PLC的特點(diǎn)之一是使用靈活。當(dāng)被控設(shè)備的工藝過程改變時(shí)，只需用編程器重新修改程序，就能滿足新的控制要求，給生產(chǎn)帶來很大方便。

是否在線編程，應(yīng)根據(jù)被控設(shè)備工藝要求的不同來選擇。對于產(chǎn)品定型的設(shè)備和工藝不常變動的設(shè)備，應(yīng)選用離線編程的PLC；反之，可考慮選用在線編程的PLC。

4.2基于PLC的給水控制系統(tǒng)PLC容量選擇

PLC容量包括兩個(gè)方面:一是I/O的點(diǎn)數(shù);二是用戶存儲器的容量(字?jǐn)?shù))。PLC容量的選擇除滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?，以做備用。根?jù)經(jīng)驗(yàn)，在選擇存儲容量時(shí)，一般按實(shí)際需要的10%～25%考慮裕量。對于開關(guān)量控制系統(tǒng)，存儲器字?jǐn)?shù)為開關(guān)量I/O乘以8;對于有模擬量控制功能的PLC，所需存儲器字?jǐn)?shù)為模擬內(nèi)存單元數(shù)乘以100。各種指令占存儲器的字?jǐn)?shù)可查閱PLC產(chǎn)品使用手冊。

I/O點(diǎn)數(shù)應(yīng)留有適當(dāng)余量。由于目前I/O點(diǎn)數(shù)較多的PLC價(jià)格高，若備用的I/O點(diǎn)的數(shù)量太多，將使成本增加。根據(jù)被控對象的輸入信號和輸出的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，通常I/O點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要的10%～15%考慮備用量。

4.3基于PLC的給水控制系統(tǒng)I/O模塊的選擇

PLC是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，它的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過1/0接口模塊來實(shí)現(xiàn)的。

根據(jù)PLC輸入量和輸出量的點(diǎn)數(shù)和性質(zhì)，可以確定I/O模塊的型號和數(shù)量，每一模塊點(diǎn)數(shù)可能有4、8、16、32和64點(diǎn)，點(diǎn)數(shù)多的每點(diǎn)平均價(jià)格低一些。

4.3.1確定I/O點(diǎn)數(shù)

I/O點(diǎn)數(shù)的確定要充分的考慮到裕量，能方便地對功能進(jìn)行擴(kuò)展。對一個(gè)控制對象，由于采用不同的控制方法或編程水平不一樣，I/0點(diǎn)數(shù)就可能有所不同。

4.3.2開關(guān)量I/O接口

開關(guān)量I/O接口按外部接線方式分為隔離式、分組式和匯點(diǎn)式，隔離式的每點(diǎn)平均價(jià)格較高，如果信號之間不需要隔離，應(yīng)選后兩種。

(1)選擇開關(guān)量輸入模塊主要從下面兩方面考慮:一是根據(jù)現(xiàn)場輸入信號與PLC輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來選擇電平的高低。一般24V以下屬于低電平，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。如12V電壓模塊一般不超過l0m，距離較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較高電壓模塊比較可靠。二是高密度的輸入模塊，如32點(diǎn)輸入模塊，能允許同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不得超過總輸入點(diǎn)數(shù)的

60%。

(2)選擇開關(guān)量輸出模塊時(shí)應(yīng)從以下三個(gè)方面來考慮:一是輸出方式選擇。輸出模塊有三種輸出方式:繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出。其中，繼電器輸出價(jià)格便宜，抗干擾能力強(qiáng)，使用電壓范圍廣，壽命較短，且響應(yīng)速度較慢，適用于動作不頻繁的交/直流負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動電感性負(fù)載時(shí)，最大開關(guān)頻率不得超過1Hz。晶閘管輸出(交流)和晶體管輸出(直流)都屬于無觸點(diǎn)開關(guān)輸出，適用于通斷頻繁的感性負(fù)載，響應(yīng)速度快。但其負(fù)載驅(qū)動能力較差（負(fù)載電流為0.3～0.5A）感性負(fù)載在斷開瞬間會產(chǎn)生較高壓，必須采取抑制措施。二是輸出電流的選擇。模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值，如果負(fù)載電流較大，輸出模塊不能直接驅(qū)動時(shí)，應(yīng)增加中間放大環(huán)節(jié)。對于電容性負(fù)載、熱敏電阻負(fù)載，考慮到接通時(shí)有沖擊電流，要留有足夠的余量。三是允許同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)。在選用負(fù)載能力，即輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的總電流值不得超過模塊允許電流值。

4.3.3模擬量I/O接口

模擬量I/O接口是用來傳輸傳感器產(chǎn)生的信號的。主要考慮以下兩點(diǎn)：1、模擬量輸入模塊的參數(shù)指標(biāo)，即模擬量輸入模塊的分辨率、精度和轉(zhuǎn)換時(shí)間等參數(shù)指標(biāo)必須滿足現(xiàn)場的要求。2、抗干擾措施。主要方法有：輸入信號必須與交流信號和可能產(chǎn)生干擾源的供電電源保持一定的距離；模擬量輸入信號線要采取屏蔽措施；采取補(bǔ)償技術(shù)以減少環(huán)境變化對模擬量輸入信號的影響。

4.4基于PLC的給水控制系統(tǒng)電源模塊的選擇

電源模塊的選擇一般只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于處理器模塊、I/O模塊、專用模塊等消耗電流和總和。以下步驟為選擇電源的一般規(guī)則:

1、確定電源的輸入電壓;

2、將框架中每塊I/O模塊所需的總背板電流相加，計(jì)算I/O模塊所需的總背板電流值;

3、I/O模塊所需的總背板電流值再加上以下各電流:

(1)框架中帶有處理器時(shí)，則加上處理器的最大電流值;

(2)框架中帶有遠(yuǎn)程適配器或擴(kuò)展本地I/O適配器模塊時(shí)，應(yīng)加上其最大電流值。

4.5基于PLC的給水控制系統(tǒng)的信號的傳輸關(guān)系

根據(jù)供水系統(tǒng)控制要求，其檢測、控制、顯示、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分布和信號傳輸關(guān)系示意圖如圖4-1所示。

圖4-1供水系統(tǒng)檢測、控制、顯示、執(zhí)行示意圖

4.6基于PLC的給水控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)分布

由PLC自動控制系統(tǒng)原理框圖工藝組成可得：電氣控制系統(tǒng)要求5個(gè)液位

傳感器分別檢測兩個(gè)水井液位、清水池液位、A區(qū)水塔液位和B區(qū)水塔液位；4個(gè)出水輔助電接點(diǎn)壓力表來控制四臺加壓泵電動閥門的開啟和檢測四臺加壓泵電機(jī)運(yùn)行是否正常，除此之外，電氣控制系統(tǒng)還要求一些水泵電機(jī)運(yùn)行指示燈和按鈕等元器件，各元器件功能及所占PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)見下表。

表4-1模擬量輸入點(diǎn)數(shù)

項(xiàng)目名稱

模擬量

輸入點(diǎn)數(shù)

備注

總點(diǎn)數(shù)

水井液位變送器

2

模擬量：水井液位

I點(diǎn)：7

清水池液位變送器

1

模擬量：清水池液位

A區(qū)和B區(qū)水塔液位變送器

2

模擬量：

A區(qū)和B區(qū)水塔液位

A區(qū)和B區(qū)水塔流量變送器

2

模擬量：

A區(qū)和B區(qū)水塔流量

表4-2數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)

項(xiàng)目名稱

數(shù)字量

輸出點(diǎn)數(shù)

備注

總點(diǎn)數(shù)

1～4#抽水泵電機(jī)

4

運(yùn)行及顯示

O點(diǎn)：9

1～4#加壓泵電機(jī)

4

運(yùn)行及顯示

1～4#加壓泵電動閥門

-

正、反運(yùn)行及顯示

加藥電機(jī)

1

運(yùn)行及顯示

運(yùn)行模式顯示

-

自動與手動分別顯示

表4-3數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)

項(xiàng)目名稱

數(shù)字量輸

入點(diǎn)數(shù)

備注

總點(diǎn)數(shù)

1～4#抽水泵電機(jī)

-

手動按鈕：起動與停止

I點(diǎn)：21

1～4#加壓泵電機(jī)

-

手動按鈕：起動與停止

1～4#加壓泵電動閥門

-

手動按鈕：正

轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止

1～4#抽水泵出水輔

助電接點(diǎn)壓力表

4

-

1～4#加壓泵出水輔

助電接點(diǎn)壓力表

8

行程開關(guān)：極限壓

力檢測和低壓檢測

1～2#水井液位變送器

2

數(shù)字量：水井低液位

清水池液位變送器

2

數(shù)字量：清水

池高、低液位

A區(qū)水塔液位變送器

2

數(shù)字量：A區(qū)水塔高、低液位

B區(qū)水塔液位變送器

2

數(shù)字量：B區(qū)水塔高、低液位

手動與自動切換

1

旋鈕：手動與自動切換

4.7基于PLC的給水控制系統(tǒng)的元器件

4.7.1松下FP0-T32CTPLC

本次設(shè)計(jì)所選的PLC主控制單元FP0-T32CT及擴(kuò)展單元為FP0-E8T的總點(diǎn)數(shù)為48點(diǎn)。其中數(shù)字量輸入24點(diǎn)，輸出16點(diǎn)。該P(yáng)LC的I/O總點(diǎn)數(shù)完全能

夠滿足系統(tǒng)的要求，并且其多余的I/O點(diǎn)可以作為系統(tǒng)今后的功能擴(kuò)展使用。

FP0產(chǎn)品的特點(diǎn)如下：

1．外形小巧。FP0機(jī)型小巧精致，其外形尺寸高90mm，寬60mm，厚25mm，I/O可擴(kuò)充至128點(diǎn)，總厚度也只有105mm。其安裝體積在同類產(chǎn)品中是最小的，所以FP0可安裝在小型機(jī)器設(shè)備及越來越小的控制板上。

2．運(yùn)行速度高。FP0的運(yùn)行速度是非?？斓模瑘?zhí)行500步的程序只需1ms。還可以捕捉僅50μs的窄脈沖。

3．較大的程序容量。FP0具有5000步的大容量內(nèi)存及大容量的數(shù)據(jù)寄存器，可用于復(fù)雜控制和有處理大量數(shù)據(jù)的能力。

4．靈活的網(wǎng)絡(luò)通信功能。FP0可經(jīng)RS323接口連接到調(diào)制解調(diào)器，當(dāng)選用“調(diào)制解調(diào)器”通信方式時(shí)，F(xiàn)P0可使用AT命令自動撥號，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。如果使用C-NET通信單元，可將多個(gè)FP0單元連接在一起構(gòu)成分布式控制網(wǎng)絡(luò)。

本設(shè)計(jì)采用液位變送器對水井，清水池，水塔的液位進(jìn)行勘測和監(jiān)控。所選的A/D智能單元FP0-A80有8通道的模擬輸入，足以滿足系統(tǒng)5個(gè)模擬量的輸入。下面對A/D智能模塊的工作原理進(jìn)行介紹[8]。

模擬量輸入A/D單元的作用是將外部的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以使CPU進(jìn)行處理。FP0-A80模塊式8路A/D。每路輸入信號都經(jīng)過前置放大器處理，來保證高輸入阻抗和線性度，再由多路選擇開關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換、光電隔離后送至鎖存緩沖器。當(dāng)PLC程序掃描執(zhí)行到讀模擬量指令時(shí)，由程序制定的基本輸入通道的模擬量就被采樣，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換完成后從鎖存器經(jīng)總線傳送到指定的數(shù)據(jù)寄存器[9]。A/D轉(zhuǎn)換模塊的接口如圖4-2所示。

圖4-2A/D模塊接口示意圖

4.7.2其他元器件

由控制系統(tǒng)參數(shù)以及對PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)、性質(zhì)的要求，以及前面所論述的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，對控制系統(tǒng)的其他關(guān)鍵元器件：液位變送器和變送器傳送屏蔽電纜線，進(jìn)行必要的選型。

其選型明細(xì)表如表4-4所示。

表4-4PLC控制系統(tǒng)主要元器件明細(xì)表

序號

器件名稱

規(guī)格

數(shù)量

生產(chǎn)廠家

備注

1

水井液位變送器

SBP2881C5KBOB1

2

北京富邦

2

清水池液位變送器

SBP2881A4KB2M1B1

1

3

A區(qū)水塔液位變送器

FB3051LTEA222M1

1

4

B區(qū)水塔液位變送器

FB3051LTEA222M1

1

5

變送器傳送屏蔽電纜線

RVVP3×1.0

只作為信號線

系統(tǒng)的其它各元器件，如：指示儀表、按鈕、指示燈、繼電器、接觸器等等，在此就不進(jìn)行選型，只對其數(shù)量和用途加以說明。

（1）儀表指示類：7個(gè)儀表

1～2#水井液位指示、清水池液位指示、A區(qū)水塔液位指示、B區(qū)水塔液

位指示、A區(qū)水塔流量指示、B區(qū)水塔流量指示；

（2）運(yùn)行信號燈類：19個(gè)信號燈

電源指示（1）、運(yùn)行模式指示（2）、水井抽水指示（2×2）、攪拌機(jī)運(yùn)行指示（2×1）、消毒劑添加指示（2×1）、加壓泵運(yùn)行指示（4）、電動閥門運(yùn)行指示（4）；

（3）手動指令開關(guān)類：1個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)、1個(gè)旋鈕開關(guān)、37個(gè)按鈕（共39個(gè)開關(guān)）

電源空氣或自動開關(guān)（1）、運(yùn)行模式指令（1）、水井抽水指令（2×（2+2））、攪拌指令（2×（1+1））、消毒劑添加指令（2×（1+1））、加壓泵指令（4×（1+1））、電動閥指令（4×（1+1+1））；

4.7.3PLC的I/O地址分配

根據(jù)控制系統(tǒng)要求利用PLC控制的信號的分布情況，綜合考慮各輸入、輸出點(diǎn)的電壓、電流和性質(zhì)，對各輸入、輸出點(diǎn)進(jìn)行分組分配。其對應(yīng)PLC輸入/輸出地址分配如表4-5所示。

表4-5PLC輸入/輸出地址分配

序號

PLC上

的I/O點(diǎn)

控制功能說明

備注

1

X0

工作方式選擇

1自動0手動

2

X1

A區(qū)水位高

1水位高

3

X2

A區(qū)水位低

1水位低

4

X3

B區(qū)水位高

1水位高

5

X4

B區(qū)水位低

1水位低

6

X5

清水池水位高

1水位高

7

X6

清水池水位低

1水位低

8

X7

1#水井水位

1水位低

9

X8

2#水井水位3

1水位低

10

X9

1#抽水泵電接點(diǎn)1

1代表有水

11

XA

1#抽水泵電接點(diǎn)2

1代表有水

12

XB

2#抽水泵電接點(diǎn)1

1代表有水

13

XC

2#抽水泵電接點(diǎn)2

1代表有水

14

XD

1#加壓泵有水電接點(diǎn)

1代表有水

15

XE

2#加壓泵有水電接點(diǎn)

1代表有水

16

XF

3#加壓泵有水電接點(diǎn)

1代表有水

17

X10

4#加壓泵有水電接點(diǎn)

1代表有水

18

X11

1#加壓泵高壓電接點(diǎn)

1代表壓力高

19

X12

2#加壓泵高壓電接點(diǎn)

1代表壓力高

20

X13

3#加壓泵高壓電接點(diǎn)

1代表壓力高

21

X14

4#加壓泵高壓電接點(diǎn)

1代表壓力高

22

Y0

1#加壓泵

A區(qū)水塔主加壓泵

23

Y1

2#加壓泵

A區(qū)水塔備用加壓泵

24

Y2

3#加壓泵

B區(qū)水塔主加壓泵

25

Y3

4#加壓泵

B區(qū)水塔備用加壓泵

26

Y4

1#抽水泵

1#井主抽水泵

27

Y5

2#抽水泵

1#井備用抽水泵

28

Y6

3#抽水泵

2#井主抽水泵

29

Y7

4#抽水泵

2#井備用抽水泵

30

Y8

攪拌電機(jī)

攪拌輪控制電機(jī)

31

Y9

加藥電機(jī)

控制加藥電機(jī)

32

YA

1#加壓泵高壓報(bào)警

控制1#加壓泵高壓報(bào)警

33

YB

2#加壓泵高壓報(bào)警

控制2#加壓泵高壓報(bào)警

34

YC

3#加壓泵高壓報(bào)警

控制3#加壓泵高壓報(bào)警

35

YD

4#加壓泵高壓報(bào)警

控制4#加壓泵高壓報(bào)警

36

WX2

1#井水位儀

A/D單元CH0通道

37

WX4

2#井水位儀

A/D單元CH1通道

38

WX6

水池水位儀

A/D單元CH2通道

39

WX8

A區(qū)水位儀

A/D單元CH3通道

40

WX10

B區(qū)水位儀

A/D單元CH4通道

4.7.4主要元器件簡介

1.3051/1151LT系列法蘭式變送器

圖4-33051/1151LT系列法蘭式變送器

表4-63051/1151LT系列法蘭式變送器規(guī)格

名稱

型號

測量

范圍（kPa）

最大工作

壓力（Mpa）

準(zhǔn)確

度等級

法蘭式液

位變送器

1151LT4

0－6.2～37.4

≤2.5

0.2、0.5

1151LT6

0－117－690

(1)主要特點(diǎn)

a．品種齊全、精度高、穩(wěn)定性好、價(jià)格比同類進(jìn)口儀表便宜；

b．量程和零位可在外部連續(xù)調(diào)節(jié)；

c．正遷移可達(dá)500%，負(fù)遷移可達(dá)600%（最小量程時(shí)）；

d．阻尼可調(diào)；

(2)工作原理

被測介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩壓力室，作用在δ元件(即敏感元件)的兩隔離膜片上，通過隔離膜片和δ元件內(nèi)的填充液傳送到預(yù)張緊的測量膜片兩側(cè)。測量膜片與兩側(cè)絕緣體上的電極各組成一個(gè)電容器，在無壓力通入或兩側(cè)壓力均等時(shí)測量膜片處于中間位置，兩側(cè)兩電容器的電容量相等。當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時(shí)，致使測量膜片產(chǎn)生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側(cè)電容量就不等，通過檢測此電容極板上的差動電容，再由電子線路把差動電容轉(zhuǎn)換放大成4-20mADC的二線制電流信號。壓力變送器和絕對壓力變送器的工作原理和差壓變送器相同,所不同的是低壓室壓力是大氣壓或真空。

圖4-4δ元件的結(jié)構(gòu)圖

(3)功能范圍

使用對象：液體、氣體和蒸氣。

輸出信號：4～20mADC。（特殊可為四線制0～10mADC輸出）。

供電電源：供電電源為12～45VDC，帶數(shù)字顯示器為15～45VDC，一般24VDC。

負(fù)載：與供電電源有關(guān)，負(fù)載阻抗R與電源電壓V的關(guān)系式為R≤50(V-12)Ω。（帶表頭時(shí)負(fù)載能力有所降低）

2.WP311型投入式液位變送器

圖4-5WP311型投入式液位變送器

WP311型投入式液位變送器（也稱靜壓式液位變送器）選用進(jìn)口帶防腐膜片敏感組件，將芯片裝入一個(gè)不銹鋼（或聚四氟乙烯）殼體內(nèi)。頂部的鋼帽起保護(hù)傳感器的作用，也能使被測液體流暢地接觸到膜片。該產(chǎn)品采用特制的通氣電纜，使感壓膜片的背壓腔與大氣良好相通，測量液位不受外界大氣壓變化的影響，測量準(zhǔn)確，長期穩(wěn)定性好，并具有優(yōu)良的密封及防腐性能，符合船用標(biāo)準(zhǔn)，可直接投入到水、油等液體中長期使用。聚四氟乙烯材料的外殼及電纜可測量多種強(qiáng)腐蝕性液體，如表4-7所示。

表4-7WP311型投入式液位變送器技術(shù)指標(biāo)

量程：0—0.5～200mH

工作溫度：－20～85℃

過載：150%FS

綜合精度：0.1，0.25，0.5級

保護(hù)等級：IP68

穩(wěn)定性：0.2%FS/年

測量介質(zhì)：與不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)或聚四氟乙烯兼容的介質(zhì)

4.8基于PLC的給水控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

考慮到PLC控制系統(tǒng)的可靠性問題，電源是控制系統(tǒng)引入干擾的主要途徑之一，特別是對于系統(tǒng)中存在大接觸器、大電機(jī)等的場合，更易引入干擾信號。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，采用了隔離變壓器對PLC供電，并在一次側(cè)采用380VAC供電。

對系統(tǒng)中，要求有常用和備用、手動和自動兩種運(yùn)行狀態(tài)不允許同時(shí)運(yùn)行，由連鎖可靠性要求，除了在PLC內(nèi)部進(jìn)行軟件連鎖外，同時(shí)還利用接觸器的輔助觸點(diǎn)進(jìn)行了必要的電氣連鎖，以提高系統(tǒng)的可靠性。

第5章基于PLC的給水控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

5.1PLC程序設(shè)計(jì)的常用方法

在工程中，對PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)有多種方法，這些方法的使用，也因各個(gè)設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平和喜好有較大差異?，F(xiàn)將常用的幾種應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)方法簡要進(jìn)行介紹。

5.1.1經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

在PLC發(fā)展的初期，沿用了設(shè)計(jì)繼電器電路圖的方法來設(shè)計(jì)梯形圖。即在一些典型電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。有時(shí)需要多次反復(fù)地調(diào)試和修改梯形圖，不斷地增加中間編程元件和輔助觸點(diǎn)，最后才能得到一個(gè)較為滿意的結(jié)果。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法也叫試湊法。

經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法對于一些比較簡單的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是比較奏效的。但是，由于這種方法主要是依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以對設(shè)計(jì)人員的要求也比較高，特別是要求設(shè)計(jì)者有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對工業(yè)控制系統(tǒng)和工業(yè)上常用的各種典型環(huán)節(jié)比較熟悉。對于較復(fù)雜的系統(tǒng)，經(jīng)驗(yàn)法一般設(shè)計(jì)周期長，不易掌握，系統(tǒng)交付使用后，維護(hù)困難。所以，經(jīng)驗(yàn)法一般只適合于較簡單的或與某些典型系統(tǒng)相類似的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

5.1.2邏輯設(shè)計(jì)法

邏輯設(shè)計(jì)方法是根據(jù)數(shù)字電子技術(shù)中的邏輯設(shè)計(jì)方法進(jìn)行PLC程序的設(shè)計(jì)。該方法使用邏輯表達(dá)式描述實(shí)際問題。在得出邏輯表達(dá)式后根據(jù)邏輯表達(dá)畫梯形圖，或者直接用邏輯表達(dá)式寫助記符程序。該方法在純粹的條件控制系統(tǒng)中，非常好用。因?yàn)榧兇獾臈l件控制系統(tǒng)相當(dāng)于組合邏輯電路，邏輯表達(dá)式書寫簡單。但是在和時(shí)間有關(guān)的控制系統(tǒng)中，就顯得復(fù)雜。因?yàn)?，這時(shí)的控制問題就相當(dāng)于順序邏輯問題，不僅要考慮條件，還要考慮時(shí)間。用邏輯設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用程序的一般步驟如下:

1、列出執(zhí)行元件動作節(jié)拍表;

2、繪制電氣控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖;

3、進(jìn)行系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì);

4、編寫程序;

5.1.3時(shí)序圖設(shè)計(jì)法

如果PLC各輸出信號的狀態(tài)變化有一定的時(shí)間順序，可用時(shí)序圖法設(shè)計(jì)程序。因?yàn)樵诋嫵龈鬏敵鲂盘柕臅r(shí)序圖后，容易理順各狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)刻和轉(zhuǎn)換的條件，從而建立清晰的設(shè)計(jì)思路。

時(shí)序圖設(shè)計(jì)法歸納如下:

1、把時(shí)序圖劃分成若干個(gè)時(shí)間區(qū)段，確定各區(qū)段的時(shí)間長短。找出區(qū)段間的分界點(diǎn)，弄清分界點(diǎn)處各輸出信號狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系和轉(zhuǎn)換條件。

2、根據(jù)時(shí)間區(qū)段的個(gè)數(shù)確定需要的定時(shí)器數(shù)量，分配定時(shí)器號，確定各定時(shí)器的設(shè)定值，明確各定時(shí)器開始定時(shí)和定時(shí)時(shí)間到這兩個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻對各輸出信號狀態(tài)的影響。

3、明確各I/O信號之間的時(shí)序關(guān)系，畫出各I/O信號的工作時(shí)序圖。

4、根據(jù)定時(shí)器的功能明細(xì)表、時(shí)序圖和I/O分配畫出梯形圖。

5.1.4順序控制設(shè)計(jì)法

所謂順序控制，就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個(gè)輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序，在生產(chǎn)過程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動地有秩序地進(jìn)行操作。順序控制設(shè)計(jì)法又稱步進(jìn)控制設(shè)計(jì)法。

順序控制設(shè)計(jì)法最基本的思想是將系統(tǒng)的一個(gè)工作周期劃分為若干個(gè)順序相連的階段，這些階段稱為步。步是根據(jù)輸出量的狀態(tài)變化來劃分的，在任何一步之內(nèi)，各輸出量的ON/OFF狀態(tài)不變，但是相鄰兩步的輸出量發(fā)生了變化。

對那些按動作的先后順序進(jìn)行控制的系統(tǒng)，非常適合使用順序控制設(shè)計(jì)法編程。順序控制設(shè)計(jì)法規(guī)律性很強(qiáng)，雖然編出的程序偏長，但程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性強(qiáng)。

在用順序控制設(shè)計(jì)法編程時(shí)，功能表圖是很重要的工具。功能表圖能清楚地表現(xiàn)出系統(tǒng)各工作步的功能、步與步之間的轉(zhuǎn)換順序及其轉(zhuǎn)換條件。

用順序控制設(shè)計(jì)法編程的基本步驟是:

1、分析控制要求。將控制過程分成若干個(gè)工作步，明確每個(gè)工作步的功能，弄清步的轉(zhuǎn)換是單向進(jìn)行(單序列)還是多向進(jìn)行(選擇或并行序列)的，確定步的轉(zhuǎn)換條件(可能是多個(gè)信號的“與”、“或”等邏輯組合)，必要時(shí)可畫一個(gè)工作流程圖。

2、為每個(gè)步設(shè)定控制位?？刂莆蛔詈檬褂猛粋€(gè)內(nèi)存單元的若干連續(xù)位。若用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的輸出作為轉(zhuǎn)換條件，則應(yīng)確定各定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的編號和設(shè)定值。

3、確定所需輸入和輸出點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)。確定所需輸入和輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)，選擇PLC機(jī)型，做出I/O分析。

4、在前兩步的基礎(chǔ)上畫出功能表圖、畫梯形圖

5、添加某些特殊要求的程序

順序控制設(shè)計(jì)法有一定的規(guī)律可循，所編寫的程序易讀、易檢查、易修改，是常用的設(shè)計(jì)方法之一。使用順序控制設(shè)計(jì)法的關(guān)鍵有三條:一是理順動作順序，明確各步的轉(zhuǎn)換條件:二是準(zhǔn)確地畫出功能表圖;三是根據(jù)功能表圖正確地畫出相應(yīng)的梯形圖，最后再根據(jù)某些特殊功能要求，添加部分控制程序。

根據(jù)對自來水控制系統(tǒng)的分析、研究及考慮本人的實(shí)際情況，本論文采用了順序控制設(shè)計(jì)法。

5.2PLC軟件設(shè)計(jì)概述

PLC控制系統(tǒng)軟件開發(fā)的過程與任何軟件的開發(fā)一樣，先要進(jìn)行可行性研究，然后，還要經(jīng)歷需求分析、軟件設(shè)計(jì)、編碼實(shí)現(xiàn)、軟件測試和運(yùn)行維護(hù)等幾個(gè)環(huán)節(jié)。要想使開發(fā)的PLC應(yīng)用系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的結(jié)果，能夠安全、可靠并令用戶滿意，都要依賴于一個(gè)好的軟件開發(fā)過程。

PLC軟件開發(fā)過程主要包括幾個(gè)環(huán)節(jié):

1、需求分析;

2、軟件設(shè)計(jì);

3、編程實(shí)現(xiàn);

4、軟件測試。

PLC應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，它要求既要有PLC、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，又要有自動控制的知識，還要有一定的現(xiàn)場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

5.3基于PLC的給水控制系統(tǒng)控制流程

根據(jù)PLC編程的特點(diǎn)，程序運(yùn)行至“結(jié)束”之后，自動返回至“開始”進(jìn)

行下一次掃描運(yùn)行。

根據(jù)控制系統(tǒng)PLC控制流程，不難得到其梯形圖，梯形圖如附錄1所示。

結(jié)論

本課題是一個(gè)應(yīng)用研究型課題。其目的是借鑒當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域以廣泛應(yīng)用的PLC控制技術(shù)，在各種設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)思路并存的今天，尋求一種PLC在工業(yè)自動控制中的通用方法。

在工業(yè)自動化領(lǐng)域中，隨著自動控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)和PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC以其高性價(jià)比、高可靠性、廣泛的適用性和組成控制系統(tǒng)的簡潔性等諸多優(yōu)點(diǎn)，得到越來越廣泛的應(yīng)用。為了更好的運(yùn)用PLC到自動控制系統(tǒng)中去，本論文對PLC的控制、工作原理和應(yīng)用方法進(jìn)行了闡述，重點(diǎn)對當(dāng)今我國工控領(lǐng)域常用的各種PLC，包括松下FP0系列、SIMATICS7系列、GEFanue系列、OMRON系列和三菱系列，進(jìn)行了性能比較。從總體來看，各種系列PLC都己經(jīng)較成熟，在控制系統(tǒng)中可相互替代。隨著PLC應(yīng)用的普及，各種設(shè)計(jì)方法應(yīng)運(yùn)而生。本論文在對比、綜合各種設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)提出了一整套PLC在工業(yè)現(xiàn)場控制中的設(shè)計(jì)步驟和方法。從系統(tǒng)的硬件選型、設(shè)計(jì)到軟件的設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)對比討論了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、時(shí)序圖法、邏輯設(shè)計(jì)法和順序控制狀態(tài)設(shè)計(jì)法?？偨Y(jié)出了經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法適用于簡單的、原有的繼電器觸點(diǎn)控制的技術(shù)改造控制;時(shí)序圖法適用于要求嚴(yán)格的時(shí)間配合的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì);邏輯設(shè)計(jì)法適用于開關(guān)量控制的邏輯關(guān)系較強(qiáng)的控制系統(tǒng)，這種設(shè)計(jì)方法可以使得邏輯控制關(guān)系非常簡潔;順序控制狀態(tài)設(shè)計(jì)法適用于大的、系統(tǒng)狀態(tài)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，這種設(shè)計(jì)方法可以使得控制系統(tǒng)狀態(tài)的變化簡單明了，便于軟件的PLC工控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其在給水控制中的應(yīng)用組合。

本論文在綜合當(dāng)今諸多PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，提出了自己的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，并進(jìn)行了大量成功的實(shí)驗(yàn)研究和系統(tǒng)開發(fā)。由于本人的研究能力和研究時(shí)間有限，本論文之中肯定存在不足之處，希望在以后的工作、學(xué)習(xí)中加以補(bǔ)充和完善。

致謝

在這篇論文的寫作過程中，我深感自己的專業(yè)知識水平學(xué)的不扎實(shí)?；畹嚼蠈W(xué)到老，人生就是一個(gè)不斷學(xué)習(xí)和完善的過程。這次畢業(yè)論文能夠得以順利完成，得力于老師諄諄教導(dǎo)和同學(xué)的幫忙，更感謝各位學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)給了我這次鍛煉自己發(fā)現(xiàn)自己不足的機(jī)會。我要在這里對他們表示深深的謝意！

感謝我的指導(dǎo)老師—呂春華老師，從畢業(yè)設(shè)計(jì)開始就督促我按照計(jì)劃一步一步的進(jìn)行，使我的畢設(shè)有條不紊的做下來；在我不懂的時(shí)候細(xì)心和耐心的給我講解與指導(dǎo)。沒有您的悉心指導(dǎo)就沒有這篇論文的順利完成。

感謝所有教授過我課程的老師們，是你們誨人不倦才有了現(xiàn)在的我。

感謝身邊所有的朋友與同學(xué)，謝謝你們五年來的關(guān)照與寬容，與你們一起走過的繽紛時(shí)代，將會是我一生最珍貴的回憶。

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