PLC自动控制供水系统-论文

摘要 随着我国社会经济的发展，住房制度改革的不断深入，人们生活水平的不断提高，城市中各类小区建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的经济性、可靠性、稳定性直接影响到小区住户的正常生活和工作，也直接体现了小区物业管理水平的高低。传统的恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水等供水方式普遍不同程度的存在效率低、可靠性差、自动化程度不高等缺点，难以满足当前经济生活的需要。 水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统，传统的控制方式存在控 制精度低、能耗大的缺点。在水资源日益匮乏的今天，节约用水、提高水资源的利用率就显得十分必要。传统的水塔水位控制为粗放式的，基本没有对水泵的合理控制，且多为人为控制，工作强度大、危险。所以除了浪费电能外，还造成了人力资源的浪费。采用新型的 PLC 控制供水方式与过去旧的控制方式相比在运行中的经济性、可靠性、稳定性、等方面有显著优势，特别是在提倡低碳的情况下有很好的节能效果，且由于 PLC 强大的扩展性可以适应今后城市供水建设的发展。 在现代工业设备及自动化项目中， PLC的可靠性、抗干扰性等诸因素是继电器无法比拟的。随 着计算机技术的不断发展，它给工业自动化带来了革命性的变革。这个变革是由继电器控制到计算机控制的飞跃。利用 PLC控制的特点是：可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全，功能完善，适用性强；操作简单，易学易用，深受工程技术人员欢迎 4； 系统的设计、建造工作量小，维护方便、易于改造；体积小、质量轻、功耗低。 因此综上所述，为了达到节能的目的提高供水系统的质量，考虑采用可编程控制器（ PLC）、继电器。传感器技术和数据采集，设计一套实用水位控制方案，使系统实现自动控制，以提高控制精度、可靠性和供水质量。 并通过模 拟仿真来验证程序编写的正确性。 本文首先阐述了课题背景，在分析了当前研究中存在的问题的基础上，论 述了本课题研究的重要意义。并根据水塔水位控制系统的控制要求以及控制原理确定水塔水位控制系统的硬件设计，画出系统流程图，确定 PLC系统的输入输出分配，编写程序，系统的模拟仿真等。最终完成基于 PLC的水塔水位控制系统的设计。 关键字： PLC 自动控制 供水系统 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 2 目录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题背景及意义 . 1 1.2 水塔水位控制系统的组成 . 2 1.3 数控系统概述 . 2 第 2 章 可编程控制器（ PLC）概述 . 4 2.1 可编程控制器简介 . 4 2.2 可编程控制器（ PLC）的特点 . 5 2.3 可编程控制器（ PLC）的应用 . 5 2.4 可编程控制器（ PLC）的组成 . 6 2.5 可编程控制器的工作方式及过程 . 9 2.6 可编程控制器的编程语言 梯形图 . 10 第三章 系统硬件设计 . 12 3.1 恒压供水系统的基本构成 . 14 3.2 系统控制要求 . 17 3.3 控制系统的 I/O 点及地址分配 . 17 3.4 系统选型 . 19 3.5 PLC 模拟量控制单元的配置 以及应用 . 19 3.5.1 EM235 模拟量工作单元性能指标 . 19 3.5.2 校准及配置 . 21 3.5.3 EM235 的安装使用 . 21 3.5.4 电气控制系统原理图 . 22 第四章 系统程序设计 . 24 4.1 由“恒压 ” 要求出发的工作泵组数量控制管理 . 24 4.2 多泵组泵站泵组管理规范 . 24 4.3 程序的结果以及程序功能的实现 . 24 第 5 章 总结 . 37 5.1 系统的优点 . 37 5.2 结束语 . 37 参考文献 . 39 致 谢 . 40 第 1章 绪论 1 1 第 1 章 绪论 1.1 课题背景及意义 众所周知，水是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在节水节能已成为时代特征的现实条件下，我们这个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低，而随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，以及住房制度改革的不断深入，城市中各类小区建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面 ，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活，也直接体现了小区物业管理水平的高低。 传统的小区供水方式有 :恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水、液力藕合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等方式，其优、缺点如下 : 1、恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应，水泵的增减都依赖人工进行手工操作，自动化程度低，而且为保证供水，机组常处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大，而且在用水量较少时，管网长期处于超压运行状态，爆损现象严重，电机硬起动易产生水锤效应 ，破坏性大，目前较少采用。 2、气压罐供水具有体积小、技术简单、不受高度限制等特点，但此方式调节量小、水泵电机为硬起动且起动频繁，对电器设备要求较高、系统维护工作量大，而且为减少水泵起动次数，停泵压力往往比较高，致使水泵在低效段工作，而出水压力无谓的增高，也使浪费加大，从而限制了其发展。 3、液力祸合器和电池滑差离合器调速的供水方式易漏油，发热需冷却，效率低，改造麻烦，只能是一对一驱动，需经常检修 ；优点是价格低廉，结构简单明了，维修方便。 4、单片机变频调速供水系统也能做到变频调速，自动化程度要优于上面 4 种 供水方式，但是系统开发周期比较长，对操作员的素质要求比较高，可靠性比较低，维修不方便，且不适用于恶劣的工业环境。 综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源 ；效率低 ；可靠性差 ；自动化程度不高等缺点，严重影响了居民的用水和工业系统中的用水。 目前的供水方式朝向高效节能、自动可靠的方向发展，采用 PLC 水塔水位控制系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，同时系统具有良好的节能性，这在机电一体化技术专业毕业综合实践报告 2 能源日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的 现实意义。 1.2 水塔水位控制系统的组成 水位自动控制系统由 PLC（核心控制部件）、高低位的水位检测电路、高低水位信号传送给 PLC 水泵电动机控制电路（ PLC 控制程序实现的此水位控制） 1.3 数控系统概述 随着科学技术的飞速发展和经济竞争的日趋激烈，产品更新速度越来越快，多品种，中小批量生产的比重明显增加。同时，随着航空工业、汽车工业和轻工业消费生产的高速增长，形状复杂的零件越来越多，精度要求也越来越高。 在传统的加工设备和制造方法难以满足这样的多样化、柔性化与形状复杂零件的高效高质量加工要求的情况下，数控 机床作为一种自动化的加工设备而被广泛采用 l。数控技术作为数控机床的关键技术，已经成为当今制造技术的一个重要组成部分。美国麻省理工学院伺服机构实验室于 1952 年研制出世界上第一台三坐标铣床，从此人类迎来了机械制造的一个新的数控时代。纵观数控系统发展史，数控系统经历了两个阶段共六代的发展。 第一阶段 :数控 (NC)阶段 (1952 一 1970)，这个阶段经历了三代，即第一代采用电子管元件的数控系统，体积大、可靠性低、价格高，主要用于军工生产 ；第二代采用晶体管和印制电路板组成的数控系统，可靠性有所提高，体积大为缩小 ，但是还没有得到广大用户的认可 ；第三代采用集成电路的数控系统，不仅体积大大缩小，其可靠性也得到了实质性的提高，成为一般用户能接受的数控系统。第一个阶段的数控系统主要靠硬件来实现各种控制功能。第二阶段 :计算机数控 (NCC)阶段 (1970 一至今 )，这个阶段也经历了三代，即第四代采用小型计算机以软件的形式实现数控功能 ；第五代采用微处理器或微型计算机 ；第六代以 CP 机为控制系统的硬件部分，在 CP 机上安装 NC 软件系统，第六代数控也称为基于 CP 的智能数控系统。第二阶段的数控系统主要是由计算机硬件和软件组成。其最大特点是利 用存储在存储器里的软件控制系统工作。这种系统较第一阶段的数控系统容易扩展，柔性好，可靠性高。就系统硬件和软件组成及其结构形式而言，当今世界上的数控系统大致可分为 4 种类型 : 传统数控系统。如 FANUCO 系统、 MITSUBISHIM50 系统、 SiemenS810 系统等。这是一种专用的封闭体系结构的数控系统。尽管也可以由用户做人机界面，但必须使用专门的开发工具 (如 Sinelnes 的 WSSOOA)，耗费较多的人力，而对它的功能扩展、改变和维修，都必须求助于系统供应商。目前，这类系统还是占领了制造业的大部分市第 1章 绪论 3 3 场。但由 于开放体系结构数控系统的发展，传统数控系统的市场正在接受挑战。 “ PC 嵌入 NC”结构的数控系统。如 FANUC181 系统、 51emens840D 系统、 Numl060系统等。这是由于一些数控系统制造商不愿放弃多年来积累的数控软件技术，又想利用计算机丰富的软件资源而开发的产品。然而，尽管它也具有一定的开放性，但由于它的 NC 部分仍然是传统的数控系统，其体系结构还是不开放的。因此，用户无法介入数控系统的核心。 “ NC 嵌入 CP”结构的数控系统。它由开放体系结构运动控制卡 +PC 机构成。这种运动控制卡通常选用高速 DSP 作为 CUP，具有很强的运动控制和 PLC 控制能力。它开放的函数库供用户在 W 工 NDOWS 平台下自行开发构造所需的控制系统。因而这种开放结构运动控制卡被广泛应用于制造业自动化控制各个领域。如美国 DELATATU 公司用 PMAC 多轴运动控制卡构造的 PMAC 一 NC 数控系统、旧本 MAAZK 公司用三菱电机的MELDASMAGIC64 构造的 MAZATROL640CNC 等。 SOF r 型开放式数控系统。这是一种最新开放体系结构的数控系统。它的 CNC软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部 1/0 之间的标准化通用接口 。用户可以在 W 工 ND 娜 S 平台上，利用开放 CNC 内核，开发所需的各种功能，构成各种类型的高性能数控系统。与前几种数控系统相比， SOTF 型开放式数控系统具有最高的性能价格比，因而最有生命力。其典型产品有美国 MDSI 公司的OpenCNC、德国 PowerAutomation 公司的 AP80OONT 等 数控技术是机械、电子、自动控制理论、计算机和检测技术密切结合的机电一体化高新技术，它能把机械装备的功能、可靠性、效率和产品质量提高到一个新水平，使机械电子行业发生深刻的变化。可以说，数控技术是实现制造过程自动化的基础，是 自动化柔性系统的核心，是现代集成制造系统的重要组成部分。总之，数控技术己成为当今工业设备、制造业不可忽视的关键高新技术，对我国今后的技术进步和科学发展具有重要的先导作用，需大力发展机电一体化技术专业毕业综合实践报告 4 第 2 章 可编程控制器（ PLC）概述 2.1 可编程控制器简介 可编程序控制器 (program logical controller)，简称 pLc，是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它是以微处理机为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是当今工业发达国家自 动控制的标准设备之一。由于 PLC 采用了“三机一体化”的综合技术即集计算机、仪器仪表、电气控制于一身，具有高可靠性、强抗千扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点，因而与其它控制器相比它更加适合工业控制环境和市场的要求 ；再加上 PLC 发展过程中产品的系列化、产业化和标准化，使之从早期的逻辑控制、顺序控制迅速扩展到了连续控制，开始进入批量控制和过程控制领域，并迅速成为工业自动化系统的支柱 9。目前， PLC 在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃。旱期的可编程序控制器 (Programmable Logic Controller， PLC)，主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着计算机技术、通信技术和自动控制技术的迅速发展，可编程序控制器将传统的继电器控制技术与新兴的计算机技术和通信技术融为一体，具有可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优点，以及良好的工业环境工作性能和自动控制目标实现性能，在工业生产中得到了广泛的应用。 1969 年，美国数字设备公司 (DEC)研制出世界上第一台可编程控制器。早期的可编程控制器由分离元件和中小规模集成电路组成，主要功能是执行原先由继电器完成的顺序 控制、定时等。 70 年代初期，体积小、功能强和价格便宜的微处理器被用于 PLC，使得 PLC 的功能大大增强。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程 1/0 模块和各种特殊功能模块。在软件方面， PLC 采用极易为电气人员掌握的梯形图编程语言，除了保持原有的逻辑运算等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。进入 80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得 PLC 所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高 PLC 的处理速度， 各制造厂商还研制开发了专用逻辑处理芯片，大大提高了 PLC 软、硬件功能。在发达工业国家， PLC 己经广泛的应用在所有的工业部门。据“美国市场信息”的世界 PLC 以及软件市场报告称， 1995 年全球 PLC 及其软件的市场经济规模约 50 亿美元。 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 5 2.2 可编程控制器（ PLC）的特点 随着电子技术和计算机技术的发展， PLC 的功能得到大大的增强，具有以下特点 10: l)可靠性高。 PLC 的高可靠性得益于软、硬件上一系列的抗干扰措施和它特殊的周期循环扫描工作方式。 2)具有丰富的 1/0 接口模块。 PLC 针对不同的工业现场信号， 有相应的 1/0 模块与工业现场的器件或设备直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块 ；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块。 3)采用模块化结构。为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型 PLC 以外，绝大多数 PLC 均采用模块化结构。 PLC 的各个部件，包括 CPU、电源、 1/0 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。 4)编程简单易学。 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识， 因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。 5)安装简单，维修方便。 PLC 不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。 2.3 可编程控制器（ PLC）的应用 由于 PLC 强大功能和优点，使得其在我国的水工业自动化中得到广泛的应用。 PLC在水工业自动化中的应用主要有水厂监控系统、自动控制系统、自动加氯、自动加矾、水泵变频调速、 SCADA 系统和供水管网信息 管理系统等。其主要功能是进行工艺参数的采集、生产过程控制、信息处理、设备运行状态监测以及水质监测等。 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 6 2.4 可编程控制器（ PLC）的组成 图 2.1 PLC 结构图 可编程控制器 PC 或 PLC 是一种以微处理器为核心的用于工程自动控制的工业控制机，其本质是一台工业控制专用计算机。它的软、硬件配置与计算机极为类似，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言。 PLC 机硬件主要由中央处理单元 (CPU)、存贮器、输入 /输出单元以及编程器、电源和智能输入 /输出单元等构成。 PLC 可分为以下几个部分 : l)中央处理单元 (CPU):同一般微处理机一样，中央处理单元是可编程控制的核心部件，它通过输入装置将外设的状态读入并按照用户程序去处理，根据处理结果通过输出装置去控制外设。常用的 CPU 有通用微处理器，如 MOTOROLA6800，单片机有 8031，8051 和双极型位式微处理器，如 AMD2903。 目前，小型 PLC 为单 CPU 系统，而中型及大型 PLC 则为双 CPU 甚至多 CPU 系统。对于双 CPU 来说，一般具有一个位处理器和一个字处理器。字处理器是 CPU 这个核心的核心，常由通用的 8 位、 16 位 或 32 位微处理器担任，位处理器也称布尔处理机，如美国 ri 公司的 TI 一 530 等，它不仅使 PLC 增加了功能，提高了速度，也加强了PLC 的保密性能。 中央处理器的功能是 :CPU 按系统程序所赋予的功能，接收并存贮从编程器输入的用户程序和数据 ；CPU 按扫描方式工作，从存贮器中逐条读取指令，并存入 CPU 内的指令寄存器中 ；指令寄存器的指令操作码进行译码，执行指令规定的任务，产生相机电一体化技术专业毕业综合实践报告 7 应的控制信号，启闭有关控制门电路，并根据运算结果更新有关标志和输出映像寄存器的内容，以实现输出控制、制表、打印或数据通讯 ；行系统诊断程序，诊断电 源、PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误。 2)存贮器 :可编程控制器中存贮器主要用于存放系统程序、用户程序和数据。常用的存贮器形式有 CMOSROM、 EPROM 和 EEPROM。 系统存贮器用以存贮制造厂家编写的系统程序。所谓系统程序是指控制和完成PC 机各种功能的程序，如控制器的监控程序、基本指令和功能指令翻译程序、系统诊断程序、通信管理程序等。机器出厂时，厂家把这些程序存入 EPROM存贮器或 EEPROM存贮器。用户不能访问和修改存贮器这部分的内容 用户存贮器主要用来存放用户的应用程序。所谓用户程序 是指使用户根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的控制程序。此程序由使用者通过编程器输入到 PLC机的 CMOSRAM 存贮器中，以便于用户随时修改。也可将用户程序存放在 EEPROM 中。为确保 PLC 机控制系统的可靠性， CMOSRAM 存贮器有预防电源掉电故障的铿电池保护措施，以防电源掉电后破坏它的存贮内容。 数据存贮器用来存放 PLC 的数据。包括输入、输出、辅助继电器状态的映像区，定时器、计数器、移位寄存器、状态寄存器、数据寄存器和特殊功能寄存器等状态的映像寄存器。由于数据在控制器应用中是经常变化、经常存取的，因此 数据存贮器一般选用 CMOSRAM，以满足随机存取的要求。 3)输入 /输出模块 :输入 /输出模块是可编程控制器与工业生产设备或工业生产过程连接的接口。现场的输入信号，如按钮开关，行程开关、限位开关以及传感输出的开关量或模拟量 (压力、流量、温度、电压、电流 )等，都要通过输入模块送到 PLC。由于这些信号电平各式各样，而可编程控制器 CPU 所处理的信息只能是标准电平，所以输入模块还需将这些信号转换成 PLC 能够接受和处理的数字信号。输出模块的作用是接收中央处理器处理过的数字信号，并把它转换成现场执行部件所能接受的控制信号，以驱动如电磁阀、灯光显示、电机等执行机构。可编程控制器有多种输入 /输出模块，其类型有数字量输入 /输出模块和模拟量输入 /输出模块。这些模块又分直流和交流、电压和电流类型，每种类型又有不同的参数等级，主要有数字量输入 /输出模块和模拟量输入 /输出模块，部件上都设有输入接线端子排，为了滤除信号的噪声和便于 PLC 内部对信号的处理，这些模块上都带有滤波、电平转换、信号锁存电路。数字量输入模块带有光电祸合电路，其目的是把 PLC 与外部电路隔离开来，以提高 PLC的抗千扰能力。数字量输出有继电器输出、晶体管输出和可控硅输出 三种方式。模拟量输入 /输出模块主要用来实现模拟量一数字量之间的转换，即 A/D 或 D/A 转换。 由于工业控制系统中有传感器或执行机构有一些信号是连续变化的模拟量，因此这些模拟量必须通过模拟量输入 /输出模块与 PLC 的中央处理器连接。模拟量输入模机电一体化技术专业毕业综合实践报告 8 块 A/D 转换后的二进制数字量，经光电祸合器和输入锁存缓冲器与 PLC 的 1/0 总线挂接。模拟量输出模块 D/A 转换前的二进制数字量，经光电祸合器和输出锁存器与 PLC的 1/0 总线挂接。现在标准量程的模拟电压主要是 0 一 5 伏和 O 一 10 伏两种，模拟电流主要是 0 一 ZomA 和 4 一 ZomA 两种 。另外还有。一 somV， o 一 IV、一 5 一 +SV、一 10 一 +10V， o 一 10mA 等。模拟量输入模块接收到标准量程的模拟电压或电流后，把它转换成 8 位、 10 位或 12 位的二制数字信号，送给中央处理器进行处理。模拟量输出模块将中央处理器的二进制数字信号转换成标准量程的电压或电流输出信号，提供给执行机构。 4)扩展模块 :当一个 PLC 中心单元的 1/0 点数不够用时，就要对系统进行扩展，扩展接口就是用于连接中心基本单元与扩展单元的。模块随着可编程控制器在工业控制中的广泛应用和发展，各可编程控制器制造厂家已经开发出一系列的智能 接口模块，使可编程控制器的功能更加强大和完善。智能 1/0 接口模块种类很多，例如高速技术模块、 PLCA 控制模块、数字位基于 PLC 的变频恒压供水系统的设计置译码模块、阀门控制模块、中断控制模块、智能存贮模块以及智能 1/0 模块等。 5)编程器 :它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。有的编程器还可与打印机或磁带机相连，以将用户程序和有关信息打印出来或存放在磁带上，磁带上的信息可以重新装入 PLC。目前编程器主要有以下三种类型 :便携式编程器 (也叫简易编程器 )；图形编程器 ；用于 IBM 一 PC 及其兼容机的编程器。 便于携带的特点，一般只能用指令形式编程，通过按键输入指令，通过数码管或液晶显示器加以显示、这种编程器适合小型可编程控制器的编程要求。图形编程器以液晶显示器 (LCD)或阴极射线管 (CRT)作屏幕，用来显示编程内容和提供如输入、输出、辅助继电器的占有情况、程序容量等各种信息，还可在调试程序、检查程序执行时显示各种信号状态、出错提示等。使用图形编程器可以月多种编程语言编程，梯形图显示在屏幕上十分直观。图形编程器还可与打印机、录音机、绘画仪等设备连接，有较强的监控功能。但它的价格高，适用于中、大型可编程控制器的编程 要求。用于 IBM 一 PC 及其兼容机的编程器是个人计算机加上适当的硬件接口和软件包作为编程器，也可直接编制成梯形图，其监控功能也很强。 编程器工作方式主要有编程和监控两种，编程工作方式是在 PLC 机处于停机状态时可以进行编程，它的功能主要是输入新的程序，或者对已有的程序予以编辑和修改。监控工作方式可以对运行中的控制器工作状态进行监视和跟踪，一般可以对某一线圈或触点的工作状态进行监视，也可以对成组器件的工作状态进行监视，还可以跟踪某一器件在不同时间的工作状态，除搜索、监视、跟踪外，还可以对一些器件进行操作。因此编程 器的监控方式对控制器中新输入程序的调试与试运行是非常有用和方便的。 编程器的结构一般包括显示部分与键盘部分。显示一般用液晶显示器，主要的显机电一体化技术专业毕业综合实践报告 9 示内容包括地址、数据、工作方式、指令执行情况及系统工作状态等。键盘有单功能键和双功能键，在使用双功能键的时候键盘中都备有一个选择键，以选择其中一种方式工作。 2.5 可编程控制器的工作方式及过程 、 图 2.3 一个扫描周期 PLC的工作方式 :采用循环扫描方式 .在 PLC处于运行状态时 ,从内部处理 ,通信操作 ,程序输入 ,程序执行 ,程序输出 ,一直循环扫描工作 . PLC 的工作过 程基本上是用户的梯形图程序的执行过程，是在系统软件的控制下顺次扫描各输入点的状态，按用户程序解算控制逻辑， .然后顺序向各个输出点发出相应的控制信号。除此之外，为提高工作的可靠性和及时的接收外来的控制命令，每个扫描周期还要进行故障自诊断和处理与编程器、计算机的通信。因此， PLC 工作过程分为以下五步 : (1)自诊断 自诊断功能可使 PLC 系统防患于未然，而在发生故障时能尽快的修复，为此 PLC每次扫描用户程序以前都对 CPU、存储器、输入输出模块等进行故障诊断，若自诊断正常便继续进行扫描，而一旦发现故障或异常现象则转 入处理程序，保留现行工作状态，关闭全部输出，然后停机并显示出错的信息。 (2)与外设通信 自诊断正常后 PLC 即扫描编程器、上位机等通信接口，如有通信请求便响应处理。在与编程器通信过程中，编程器把指令和修改参数发送给主机，主机把要显示的状态、数据、错误码进行相应指示，编程器还可以向主机发送运行、停止、清内存等监控命机电一体化技术专业毕业综合实践报告 10 令。在与上位机通信过程中 PLC 将接收上位机发出的指令进行相应的操作，把现场工作状态、 PLC 的内部工作状态、各种数值参数发送给上位机以及执行启动、停机、修改参数等命令。 (3)输入现场状态 完成前两步 工作后 PLC 便扫描各个输入点，读入各点的状态和数据，如开关的通断状态、形成现场的内存映象。这一过程也称为输入采样或输出刷新，在一个扫描周期内内存映象的内容不变，即使外部实际开关状态己经发生了变化也只能在下一个扫描过程中的输入采样时刷新，解算用户逻辑所用的输入值是该输入值的内存映象值而不是当时现场的实际值。 (4)解算用户逻辑 即执行用户程序。一般是从用户出现存储器的最低地址存放的第一条程序开始，在无跳转的情况下按存储器地址的递增方向顺序的扫描用户程序，按用户程序进行逻辑判断和算术运算，因此称之为解算用户逻辑 。解算过程中所用的计数器、定时器，内部继电器等编程元件为相应存储单元的即时值，而输入继电器，输出继电器则用的是内存映象值。在一个扫周期内，某个输入信号的状态不管外部实际情况是否己经变化，对整个用户程序是一致的，不会造成结果混乱。 (5)输出结果 将本次的扫描过程中解算最新结果送到输出模块取代前一次扫描解算的结果，也称为输出刷新。解算用户逻辑到用户程序为止，每一步所得到的输出信号被存入输出信号寄存表并未发送到输出模块，相当于输出信号被输出门阻隔，待全部解算完成后打开输出门一并输出，所用输出信号由输出状态表送到 输出模块，其相应开关动作。驱动用户输出设备即 PLC 的实际输出。 在依次完成上述五个步骤操作后 PLC 又开始进行下一次扫描。如此不断的反复循环扫描，实现对全过程及设备的连续控制，直至接收到停止命令、停电、或出现故障。 2.6 可编程控制器的编程语言 梯形图 梯形图在形式上类似于继电器控制电路图，它简单，直观，易读，好懂，是 PLC中普遍采用的一种编程方式。梯形图中沿用了继电器线路的一些图形符号，这些图形符号被称为编程元件，每一个编程元件对应有一个编号。不同厂家的 PLC，其编程元件的多少及编号方法不尽相同，但是基 本的元件及功能很相近。 梯形图有如下特点。 梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。每一个继电器为一个逻辑行，称为梯形。每一个逻辑行起始于左母线，然后是触点的各种联接，最后是线圈，整个图形机电一体化技术专业毕业综合实践报告 11 呈梯形。 梯形图中的继电器不是继电器控制电路中的物理继电器，它实质上是变量存储器中的位触发器，因此称为软继电器，相应的某位触发器为真态，表示该继电器通电，其常开触点闭合，常闭触点打开。 梯形图中的继电器的线圈的定义是广义的，除了输出继电器、内部继电器以外，还包括定时器、计数器等。 梯形图中，一般情况下某个编号的继电器 线圈只能出现一次，而继电器的触点是可以被无限制的引用，既可是常开触点也可以是常闭触点。 梯形图是 PLC 形象化的编程方式，其左右两侧的母线不接任何电源，因而图中各个支路也没有真实的电流通过，但是为了方便，常用有电流来形象的描述解算中满足输出线圈的动作条件。所以仅仅是概念上的电流，而且认为它只能从左向右流动，层次的改变只能是先上后下。 3.4 可编程序控制器 PLC 的优点 能适应工业现场的恶劣环境，不要求空调，能抗电磁干扰与电压冲击。 简单，易于使用，不必要求微机软硬件方面的知识，编程不需要高级语言。 可靠性 高，平均故障间隔时间 (MTBF)超过 20000 小时。 编程或修改程序容易，程序可以保存和固化。 体积小，价格低。 可直接将数据送入处理器中，可直接连接到现场。 可在基本系统上扩展，系统容易配置，与负载最远距离可达 10000 英尺，内存可以扩展。 有很强的通讯功能，可与多种支持设备连接。 系统化，有标准外围接口模块。 系统在一种现场不需要时，仍可改在另一种现场上使用等一系列优点。 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 12 第三章 系统硬件设计 随着 PLC 功能的不断完善和提高， PLC 几乎可以完成工业领域的所以控制任务。但 是 PLC 还是有最适合它的应用场合，所以接到一个控制任务以后，要分析被控对象的控制过程和要求，看看用什么控制设备来完成该任务最合适。其实现在的可编程不仅处理开关量，而且对模拟量的处理能力也很强。 控制对象以及控制装置确定后，还要进一步确定 PLC 的控制范围。一般来说，能够反映生产过程的运行情况，能用传感器直接测量的参数，控制逻辑复杂的部分都由PLC 控制来完成。当某一个控制任务决定由 PLC 来完成后。选择 PLC 就成为最重要的事情。一方面是选择多大容量的 PLC，另一方面是选择什么公司的 PLC 以及外设。 对第一个问题， 首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的 I/O 点找出来，包括开关量 I/O，模拟量 I/O 以及这些 I/O 点的性质。 I/O 点是性质主要是指他们是直流信号还是交流信号，它们的电源电压。控制系统输出点的类型非常关键，如果它们之中既有交流 220V 的接触器、电磁阀，又有直流 24V 的指示灯，则最后选用的 PLC的输出点有可能大于实际点数。因为 PLC 的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组的输出只能有一个电源的种类和等级。 对于第二个问题，则有以下几个方面要考虑： （ 1）功能方面 所有 PLC 一般都具有常规的功能，但是对于 某些特殊要求，就要知道所选用的 PLC 是否有能力完成控制任务。这就要求用户对市场上流行的 PLC品种有一个详细的了解，以便做出正确的选择。图 3-1 为 PLC 控制系统设计步骤。 （ 2）价格方面 不同厂家的 PLC 产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、I/O 点数相当的 PLC 的价格能相差 40%以上。在使用 PLC 较多的情况下，这样的差价必须是需要考虑的。 （ 3）个人喜好方面有些工程技术人员对某种品牌的 PLC 熟悉，所以一般比较喜欢使用这种产品。 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 13 图 3-1 PLC 控制系统设计步骤 输入 /输出信号在 PLC 接线端子上的地址分配是进行 PLC 控制系统设计的基础。对软件设计来说， I/O 地址分配以后才可以进行编程；对控制柜和 PLC 的外围接线来说，只有 I/O 地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人员根据线路图和安装图安装控制柜。 分析评估控制任 务 PLC 机选型 I/O 设备选择 I/O 地址分配 程序设计 电气系统安装 调试程序 设计硬件系统接线图和控制柜 满足要 求 检查硬件 连机调试 满足要求 编制技术文件 现场安装调试 交付使用 检查修改 Y NN N Y N 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 14 系统调试分模拟调试和联机调试 硬件部分的模拟调试可在断开主电路的情况下，主要试一试手动控制部分是否正确。 软件部分的模拟调试可借助于模拟开关和 PLC 输出端的输出指示灯进行 。需要模拟量信号 I/O 时，可用电位器和万用表配合进行。调试时。可利用上诉外围设备模拟各种现场开关和传感器状态，然后观察 PLC 的输出逻辑是否正确。如果有错误则修改后反复调试。现在 PLC 的主流产品都可以在 P 机上编程，并可以在电脑上直接进行模拟调试。 联机调试时，可以把编制好的程序下载到现场的 PLC 中。有时 PLC 也许只有这一台，这时就要把 PLC 安装到控制柜相应的位置上。调试时一定要先将主电路断电，只对控制电路进行联调即可。通过现场联调信号的接入常常还会发现软件以及硬件中的一些问题，有时厂家还需要对某些控制功能进行 改进，这种情况下，都要经过反复测试系统后，才能最后交付使用。 产生水压的设备是水泵，水泵转动的越快，产生的水压就越高。传统的维持水压的方法就是建造水塔，水泵开者时将水打到水塔中，水泵休息时借助水塔的水位继续供水。水塔中的水位变化相对水塔的高度来说很小，也就是说水塔能够维持供水管路中水压的基本恒定。 但是建造水塔需花费财力，水塔还会造成水的二次污染。不用水塔，而要解决水压随用水量大小变化的问题。通常的办法是：用水量大时，增加水泵的数量或提高水泵的转动速度以保证管网中的水压不变，用水量小时又需作出相反的调节。这 就是恒压供水的基本思路。这在电动机速度调节技术不发达的年代是不可设想的，但是今天办到这一点已经变的很容易了，交流变频的诞生为水泵转速 的平滑连续调节提供了方便。交流变频器是改变交流电源频率的电子设备，输入三相工频交流电后，可以输出频率平滑变化的三相交流电。 建造水塔需要花费财力，水塔还会造成水的二次污染。那么可不可以不借助水塔来实现恒压供水？答案是肯定的，但是要解决水压随用水量的大小变化的问题。通常的办法是：用水量大时，增加水泵的 数量或提高水泵的转动速度以保持管网中水压的不变，用水量小时又需要做出相反的调节。 这就是恒压供水的基本思路，这在电动机速度调节技术不发达的年代是不可以想象的，但是在今天办到这一切已经边的很容易了。 3.1 恒压供水系统的基本构成 配单台电机和水泵时，它们的功率必须足够的大，在用水量少于开一台大电机肯定是浪费，电机选小了用水量大时供水不足。而且水泵和电机都有维修的时候，备用机电一体化技术专业毕业综合实践报告 15 泵是必要的。恒压供水的主要目标是保持管压网水的恒定，水泵电机的转速套跟随用水量的变化而变化，这就要用变频器为水泵供电。这也有两种配置方式，一是为每台水泵电机配一台变频器，下图为恒压供水泵站的示意图。如图 3-2 所示，图中 压力传感器用于检测管网中的水压，常装设在泵站的出水口。当用水量大时，水压降低；用水量小时，水压升高。水压传感器将水压的变化转变为电流或电压的变化送给调节器。 图 3-2 变频恒压供水站的基本组成 调节器是一种电子装备 ,在系统中完成以下几种功能 : （ 1）设定水管压力的给定值，恒压供水水压的高低依需要设定。供水距离越远，用水地点越高，系统所需供水压力越大。给定值即是系统正常工作时的恒压值，另外有些供水系统可能有多种供水目的 ，如将生活用水与消防用水共用一个泵站，水压的设定值可能不只一个，一般消防用水的水压要高一些，调节器具有给定值设定功能，可以以数字量进行设定，也有的调节器以模拟量方式设定。 （ 2）接受传感器送来的管网水压的实测值。管网实测水压回送到泵站控制装置称为反馈，调节器实反馈的接受点。 （ 3）根据给定值和实测值的综合，依一定的调节规律发出系统调节信号。调节器接受了实测水压的反馈信号后，将它与给定值比较，得到给定值与实测值之差。如果给定值大于实测值，说明系统水压低于理想水压，要加大水泵电机的转速，如果水压高于理想水压，要 降低水泵电机的转速。这些都是由调节器的输出信号控制。为了实现调节的快速性与系统的稳定性，调节工作中还有个调节规律的问题，传统调节器的调节规律多是比例 -积分 -微分调节，俗称 PID 调节。调节器的调节参数，如 P、 I、压力传感器 调节器 变频器 水箱 水泵 用户 MAC EUR M P PS 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 16 D 参数均是可以由使用者设定的， PID 调节过程视调节器的的内部构成由数字式调节及模拟量调节两类，以微型计算机调节器多为数字调节器。 调节器的输出信号一般式模拟信号， 4-20mA 变化的电流信号或 0-10V 间变化的电压信号。信号的量值与前面提到的差值成正比，用于驱动执行设备工作。 下面以一个三泵生活 /消防双 恒压无塔供水系统为例来说明其工艺过程，如图3-3 所示，市网来水用高低水位控制器 EQ 来控制注水阀 TV1，它们自动把水注满储水池，只要水位低于高水位，则自动往水箱中注水。水池的高 /低水位信号也直接送给PLC，作为低水位报警用。为了保障供水的持续性，水位上下限传感器高低距离不是相差很大。生活用水和消防用水共用三台泵，平时电磁阀 YV2 处于失电状态，关闭消防管网，三台泵根据生活用水的多少，按一定的控制逻辑运行，使生活用水在恒压状态（生活用水底恒压值）下进行；当有火灾发生时，电磁阀 YV2 得电，关闭生活用水管网，三台泵供 消防用水使用，并根据用水量的大小，使消防供水也在恒压状态（消防用水高恒压值）下进行。火灾结束后三台泵再改为生活供水使用。 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 17 图 3-3 生活消防双恒压供水系统构成图 3.2 系统控制要求 对三泵生活 /消防双恒压供水系统的基本要求是： （ 1）生活供水时，系统应低恒压值运行，消防供水时系统应高恒压值运行； （ 2）三台泵根据恒压的需要，采用“先开先停”的原则介入和退出； （ 3）在用水量小的情况 下，如果一台泵连续运行的时间超过 3H，则要切换到下一台泵，即系统具有“倒泵功能”，避免某一台泵工作时间过长； （ 4）三台泵在启动时要软启动功能； （ 5）要有完整的报警功能； （ 6）对泵的操作要有手动控制功能，手动只在应急或检修时临时使用。 3.3 控制系统的 I/O 点及地址分配 PLC 要能够识别和接受描述现场设备的开关量，同时要能够发出控制信号控制一些执行设备，以便对现场设备进行控制。 PLC 是通过 I/O 单元完成此工作的。 I/O 单元是 PLC 与外部设备相互联系的通道，能输入 /输出多种形式和驱动能力的信号，以实现 被控设备与 PLC 的 I/O 接口之间的电平转换、电气隔离、串 /并转换、 A/D 与 D/A转换等功能。输入单元接受现场设备向 PLC 提供信号，包括人为的控制信号和能描述现场状态的开关量信号，例如由按钮、限位开关、继电器触点、接近开关、拨码器等市网来水 yv1 EQ 水池 Yv2 消防用水 生活用水 1# 2# 3# 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 18 提供的开关量。这些信号经过输入电路进行滤波、光电隔离、电平转换等处理后，变成 CUP 能够接受和处理的信号。输出单元将经过 CUP 处理的弱电信号通过光电隔离、功率放大等处理，转换成外部设备所需要的强电信号，以驱动各种执行元器件，如接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等。 根据图 3-3 及以上控制要求统计控制系统的输入输出信号的名称、代码及地址编号如下表所示。水位上下限信号分别位 I0.1、 I0.2，它们在水淹没时为 0，露出时为1。 表 1 输入输出点代码及地址编号 名 称 代 码 地址编号 输 入 信 号 手动和自动消防信号 SA1 I0.0 水池水位下限信号 SLL I0.1 水池水位上限信号 SLH I0.2 变频器报警信号 SU I0.3 消铃按钮 SB9 I0.4 试灯按钮 SB10 I0.5 远程压力表模拟量变压值 U AIW0 输 出 信 号 1#泵工频运行接触器及指示灯 KM1,HL1 Q0.0 1#泵变频运行接触器及指示灯 KM2,HL2 Q0.1 2#泵工频运行接触器及指示灯 KM3,HL3 Q0.2 2#泵变频运行接触器及指示灯 KM4,HL4 Q0.3 3#泵工频运行接触器及指示灯 KM5,HL5 Q0.4 3#泵变频运行接触器及指示灯 KM6,HL6 Q0.5 生活 /消防供水转换电磁阀 YV2 Q1.0 水池水位下限报警指示灯 HL7 Q1.1 变频器故障报警 指示灯 HL8 Q1.2 火灾报警指示灯 HL9 Q1.3 报警电铃 HA Q1.4 变频器频率复位控制 KA Q1.5 控制变频器频率用电电压 UF AQW0 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 19 3.4 系统选型 从上面分析可知，系统共有开关量输入点 6 个、开关量输出点 12 个；模拟量输出点 1 个、模拟量输出点 1 个。如果选用 CPU 224 PLC，也需要扩展单元；如果选用CUO 266 PLC 则价格较高，浪费较大。参照 S7 200 的产品目以及市场实际价格，选用主机为 CUP222（ 8 入 /6 继电器输出）一台，加上一台扩展模块 EM222（ 8 继电器输出），再扩展一台模拟量模块 EM235（ 4AI/1AO）。这样的配置是最经济的。整个 PLC系统的配置如图 3-4 图 3-4 PLC 系统组成 S7-200PLC 是德国西门子公司生产德一种小型 PLC，其许多功能达到大、中型 PLC的水平，而价格却和小型 PLC 一样，因此，它一经退出，即受到了广泛的关注。特别是 S7-200CUP22*系列 PLC。由于它具有多种功能模块和人机界面（ HMI）可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易的组成 PLC 网络。 3.5 PLC 模拟量控制单元 的配置以及应用 PLC 的普通输入输出端口均为开关量处理端口，了使 PLC 能完成模拟量的处理 ,常见的方法是为整体式 PLC 加配模拟量扩展单元。模拟量扩展单元可将外部模拟量转化为 PLC 可处理的数字量及将 PLC 内部运算结果数字量转换为机外可以使用的模拟量。模拟量扩展单元有单独用于模 /数转换的，单独用于数 /转换的，也兼有模 /数和数 /模两种功能的，以下介绍 S7-200 系列 PLC 的模拟量扩展模块 EM235，它具有四路模拟量输入及一路模拟量输入，可以用于恒压供水控制中。 3.5.1 EM235 模拟量工作单元性能指标 主机单元 CUP222 AC/DC 继电器 扩展单元 EM222 8 点继电器 模拟量单元 EM235 4AI/1AO 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 20 表 2 模拟量扩展模块 EM235 输入 /输出技术规范 输 入 技 术 规 范 输 出 技 术 规 范 最大输出电压 30VDC 隔离（现场到逻辑） 无 最大输入电压 32mA 信号范围 电压输出 电流输出 10 0-20 mA 输入滤波衰减 -3dB， 3.1kHz 分辨率 12 位 A/D 转换器 隔离 否 分辨率，满量程 电压 电流 12 位 11 位 输入类型 差分 输入范围 电压单极性 0-10V， 0-5V 0-1V， 0-500mV 电压 电流 -32000 - +32000 0 - +32000 电压双极性 电流 0-100Mv,0-50mV 10V， 5V， 2.5V 1V ， 500mV ，250Mv 100mV, 50mV, 25mv 0-20mA 精度 最差情况0-55 电压输出 电流输出 2%满量程 2%满量程 精度 最差情况0-55 电压输出 电流输出 典型， 25 电压输出 电流输出 2%满量程 2%满量程 5%满量程 5%满量程 输入分辨率 AD 转换时间 250 s 模拟输入阶跃响应 1.5 mS 到 95% 共模抑制 4dB,DC 到 60Hz 共模电压 信号电压加共加模电压 12V 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 21 24V 电压范围 20.4-28.8V 设置时间 电压输出 电流输出 100 s 2ms 数据字格式 双极性，满量程 单极性，满量程 -32000 - +32000 0-32000 为能适用各种规格的输入 、输出量，模拟量处理模块都设计成可编程，而转换生成的数字量一般具有固定的长度及格式。模拟量输出则希望将一定范围的数字量转换为标准电流量或标准电压量以方便与其他控制接口。上表中，输入、输出信号范围栏给出了 EM235 的输出、输入信号规格，以供选用。 3.5.2 校准及配置 模拟量模块在接入电路工作前需完成配置及校准，配置指根据实际需接入的信号类型对模块进行一些设定。校准可以简单的理解为仪器仪表使用前的调零以及调满度。 3.5.3 EM235 的安装使用 （ 1）根据输入信号的类型及变化范围设置 DIP 开关，完成模 块的配置工作。必要时进行校准工作。 （ 2）完成硬件的接线工作。注意输入、输出信号的类型不同，采用不同的接入方式。为防止空置端对接线端的干扰，空置端应短接。接线还应注意传感器的线路尽可能短，且应使用屏蔽双绞线，要保证 24VDC 传感器电源无噪声、稳定可靠。 （ 3）确定模块安装入系统时的位置，并由安装位置确定模块的编号。 S7-200 扩展单元安装时在主机的右边依次排列，并从模块 0 开始编号。模块安装完毕后，将模块自带的接线排插入主机上的扩展总线插口。 （ 4）为了在主机中进行输入模拟量转换数字后处理及为了输出需要在模拟 量单元中转换为模拟量的数字量，要在主机中安排一定的存储单元。一般使用模拟量输入AIW及模拟量输出 AQW单元安排由模拟量模块送来的数字量及待入模块转变为模拟量输出的数字量。而在主机的变量存储区 V 区存放处理产生的中间数据。 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 22 3.5.4 电气控制系统原理图 电气系统控制原理图包括主电路图、控制电路图。 （ 1）主电路图 如下图 3-6 所示为电控系统主电路图。三台电机分别为 M1、 M2、 M3。接触 KM1、KM3、 KM5 分别控制 M1、 M2、 M3 的工频运行；接触器 KM2、 KM4、 KM6 分别控制 M1、 M2、M3 的变频运行， FR1、 FR2、 FR3 分别为三台水泵电机过载保护用的热继电器； QS1、QS2、 QS3、 QS4 分别为变频器和三台水泵电机主电路的隔离开关； FU1 为主电路的熔断器， VVVF 为简单的一般变频器。 图 3-6 电控系统主电路 （ 2）控制电路图 图 3-7 所示电控系统控制电路图。图中 SA 为手动 /自动转换开关， SA 打在 1 的位置为手动控制状态；打在 2 的状态为自动控制状态。手动运行时，可用按钮 SB1-SB2控制三台泵的启 /停和电磁阀 YV2 的通 /断；自动运行时，系统在 PLC 程序控制下运行。 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 23 120 S B 1K M 1S B 2Q 0 . 0Q 0 . 1K M 2K M 2K M 1H L 1K M 2H L 2F R 146P L CS B 4Q 0 . 2Q 0 . 3K M 4K M 2K M 381 0S B 6Q 0 . 4Q 0 . 5 K M 6K M 2 K M 51 21 4S B 3K M 3F R 2H L 3K M 4H L 4F R 3H L 5K M 6H L 6K M 5S B 5S B 7Y V 2S B 8Y V 2H L 7H L 8H L 9H AK AH L 1 0Q 1 . 0Q 1 . 1Q 1 . 2Q 1 . 3Q 1 . 4Q 1 . 5N 1NL 1F U 2 图 3-7 电控系统控制电路机电一体化技术专业毕业综合实践报告 24 第四章 系统程序设计 硬件条件确定后，系统的控制功能主要通过软件实现，结合前述泵站的控制要求，对泵站软件设计分析如下： 4.1 由“恒压 ” 要求出发的工作泵组数量控制管理 前面已经说过了，为了恒定水压，在水压降落时要升高变频器的输出频率，且在一台泵不能满足要求时，需启动第 2 台或第 3 太泵。判断需启动新泵的标准是变频器的输出频率达到设定的上限值。这一功能可以同过比较指令来实现。为了判断变频器的工作频率达到上限的确定性，应该滤去偶然的频率波动 引起的频率达到上限情况，在程序中考虑采取时间滤波。 4.2 多泵组泵站泵组管理规范 由于变频器泵站希望每一次启动电机都为软启动，又规定各台水泵必须交替使用，多泵组泵站泵组的投运要有一个管理规范。控制要求中规定任意一台泵连续运行时间不得超过 3h，因此每次需要启动新泵或切换变频泵时，以新运行泵为变频泵是合理的。具体的操作时，将现行运行的变频泵从变频器上切除，并接上工频电源运行，将变频器复位并用于新运行泵的启动。 4.3 程序的结果以及程序功能的实现 由于 PLC 在恒压供水系统中的功能比较多，本程序可分为 3 部分：主程 序、子程序和中断程序 逻辑运算及报警处理等放在猪程序。利用定时器中断功能实现 PID 控制的定时采样及输出控制。生活供水时系统设定值为满量程的 70%，消防供水时系统设定值为满量程的 90%。在本系统中，只是用比例（ P）和积分（ I）控制，其回路增益和时间常数可以通过工程计算初步确定，但还要进一步调整以达到最优控制效果。初步确定的增益时间常数为：增益、采样时间、积分时间。 程序中使用的 PLC 元器件及其功能如下表： 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 25 表 3 程序中使用的元器件及功能 器件地址 功能 器件地址 功能 VD100 过程变量标准化值 T38 工频泵减泵滤波时间控制 VD104 压力给定值 T39 工频 /变频转换逻辑控制 VD108 PI 计算值 M0.0 故障结束脉冲信号 VD112 比例系数 M0.1 泵变频启动脉冲 VD116 积分时间 M0.3 复位当前变频运行泵脉冲 VD120 积分时间 M0.4 复位当前变频运动泵脉冲 VD124 微分时间 M0.5 当前泵工频运动启动脉冲 VD204 变频起运动频率 下限值 M0.6 新泵变频启动脉冲 VD208 生活供水变频器 运动频率上限值 M2.0 泵工频 /变频转换逻辑控制 VD212 消防供水变频器 运动频率上限值 M2.1 泵工频 /变频转换逻辑控制 VD250 PI 调节结果 存储单元 M2.2 泵工频 /变频转换逻辑控制 VD300 变频工作泵的泵号 M3.0 故障信号总汇 VD301 工频运行的泵的 总台数 M3.1 水池水位下限故障逻辑 VD310 倒泵时间存储器 M3.2 水池水位下限故障消铃逻辑 器件地址 功能 器件地址 功能 T33 工频 /变频转换 逻辑控制 M3.3 变频器故障消铃逻辑 T34 工频 /变频转 换逻辑控制 M3.4 火灾消铃逻辑 T37 工频泵增泵滤 波时间控制 双恒压供水系统的梯形图程序以及程序注释如图 4-1,程序有几点说明： （ 1）因为程序较长，所以读图时请按照网络标号的顺序进行； 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 26 S B R _ _ 0E NM O V _ RE N E N OI N O U TM O V _ RE N E N OI N O U E N E N OI N O U 网 络 1 上 电 初 始 化 , 调 试 初 始 化 子 程 序S M 0 . 1网 络 2 消 防 / 生 活 供 水 压 力 给 定 值 设 置I 0 . 0N O T0 . 9V D 1 0 4网 络 上 电 和 故 障 结 束 时 重 新 激 活 变 频 信 号 存 储 器 . . . （ 2）本程序的控制逻辑设计针对的是较少的泵数供水系统。 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 27 网络 4 变频器上限时增泵滤波 I0.0 VD250 .M0.1 T37 =D VD212 +50 VD250 I0.0 =D VD208 网络 5 符合泵条件时，工频泵运行数加 1 T37 VB301 =P P VB301 VB301 网络 6 频率下限时减泵滤波 VD250 M0.2 T38 B P （ ） 0 VB301 VB301 网络 8 变频泵增泵或倒泵时，置位 M2.0 M0.1 M2.0 （ ） M0.3 网络 9 复位变频器频率，为软启动做准备 T 33 M2.0 Q0.5 +1 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 28 （ ） 网络 10 产生关断当前变频泵脉冲信号 . （ ） 网络 工频泵数加 . . . （） 网络 12 T34 M2.1 +2 网络 13 产生当前泵工频启动脉冲信号 T34 M0.5 P （ ） M2.1 （ R ） 1 网络 14 M0.5 M2.2 （ S ）NC-B EN ENO IN OUT IN TON PT 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 29 网络 15 M2.2 T39 +30 网络 16 产生下一台泵变频运行启动信号 T39 M0.6 P （ ） M2.2 （ R ） M2 网络 17 变频工作泵的泵号转移 VB300 B 3 1 VB300 网络 18 一个变频泵运行的持续时间判断 VB301 SM0.4 =B P 0 VD301 VD310 网络 19 3H 时间到，则产生下一台泵的变频启动信号 VD301 M0.3 =D P （ ） +180 +0 VD301 网络 20 有工频泵运行时，复位 VD310 VB301 B 0 +0 VD310 网络 21 1 号泵变频运行控制逻辑 IN TON PT MOV-B EN ENO IN OUT INC DW EN ENO IN OUT MOV-B EN ENO IN OUT MOV DW EN ENO IN OUT 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 30 SM0.1 VB300 M3.0 M0.4 Q0.0 Q0.1 =B （ ） M0.0 1 M0.6 Q0.1 网络 22 2 号泵变频运行逻辑 M0.6 VB300 M3.0 M0.4 Q0.2 Q0.3 =B （ ） 网络 23 3 号泵变频运行控制逻辑 M0.6 VB300 M3.0 M0.4 Q0.4 Q0.5 =B （ ） 2 Q0.5 网络 24 1 号泵工频运行控制逻辑 .M0.5 VB300 VB301 Q0.1 Q0.0 =B B ( ） 2 0 Q0.0 VB300 VB301 =B B 3 1 网络 25 2 号泵工频运行控制逻辑机电一体化技术专业毕业综合实践报告 31 .M0.5 VB300 VB301 Q0.3 Q0.2 =B B ( ） 3 0 Q0.2 VB300 VB301 =B B 1 1 网络 26 3 号泵工频运行控制逻辑 .M0.5 VB300 VB301 Q0.5 Q0.4 =B B ( ） 1 0 Q0.4 VB300 VB301 =B B 2 1 网络 27 火灾时，阀 YV2 打开 I0.0 Q1.0 （ ） 网络 28 水池底水位信号处理 .I0.1 I0.2 M3.1 （ ） M3.1 网络 29 水池水位下限信号灯 SM0.5 M3.1 Q1.1 （ ） M3.2 I0.5 网 络 30 变频器故障信号灯 SM0.5 I0.3 Q1.2 （ ） M3.3 网络 31 火灾指示灯 SM0.5 I0.0 Q1.3 （ ） 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 32 M3.2 I0.5 网络 32 水位水池下 限故障消铃逻辑 I0.4 M3.1 M3.2 （ ） M3.2 网络 33 变频器故障消铃逻辑 I0.4 M3.1 M3.2 （ ） M3.3 网络 34 火灾消铃逻辑 I0.4 I0.0 M3.4 （ ） M3.4 网络 35 报警电铃 M3.1 M3.2 Q1.4 （ ） I0.3 M3.3 I0.0 M3.4 机电一体化技术专业毕业综合实践报告 33 I0.5 网络 36 故障信号以及故障结束处理 （ ） 0 VB300 0 VB301 M0.0 N （ ） （ A）子程序 网络 1 初始化子程序 SM0.0 +1800 VD204 +22400 VD208 +28800 VD212 0.25 VD112 0.2 VD116 MOVE-B EN ENO IN OUT OUT MOVE-B