PLC控制系统的一般设计方法.doc

PLC控制系统的一般设计方法1、确定控制对象和控制范围：即分析控制对象、控制过程和控制要求，了解工艺流程，确定控制系统应实现的所有功能和控制指针。控制对象确定后，需要进一步明确哪些操作应由PLC来控制，哪些操作适宜于手动控制；2、PLC机型选择：在选择机型前，应先对控制对象从以下几个方面进行估计：多少个开关量输入，电压分别是多少；多少个开关量输出，输出功率要多大；多少个模拟量I/O；系统有什么特殊要求，如远程I/O、高速计数、实时性、网络通讯等。这样，借助于各公司的PLC产品样本就可以选择相应的机型。3、定义I/O表：在I/O表中一般必须指定每个I/O点对应的模块编号、端子编号、I/O地址、用途以及讯号有效状态。定义好了I/O表以后，一个PLC控制系统有关的硬件实现和软件编制就可以同步进行了；4、内存估计、I/O模块配置以及系统电源选择；5、程序编写；6、离线仿真调试；7、联机调试；PLC控制系统设计的要点王锡庆（山东三金玻璃集团有限公司）摘 要：该文指出 PLC控制系统设计，硬件要确定PLC单机还是PLC网络，80点以内的系统选用不须扩展模块的PLC单机，PLC输入输出点数要留有10%余量，存储容量和指令执行速度是重要指标，手持编程器易于现场调试，选用大公司的 PLC产品；输入回路中电源为 AC85240V、DC24V时，应加装电源净化元件，PLC内、外接DC24V“”端和“COM”端不共接；输出回路中输出方式：继电器输出适用于不同公共点间带不同交、直流负载，电流达2A/点；晶体管输出适宜高频动作，响应时间O.2ms。每个“COM”点加一熔丝。用手持编程器编程先画梯形图再编程。关键词：自动控制 可编程序控制器 系统 设计 应用在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，工业现场中的这些自动控制问题，若采用可编程序控制器（PLC）来解决自动控制问题已成为最有效的工具之一，本文叙述PLC控制系统设计时应该注意的问题。硬件选购目前市场上的PLC产品众多，除国产品牌外，国外有：日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJJ、anasonic,德国的SIEMENS，韩国的LG等。近几年，PLC产品的价格有较大的下降，其性价比越来越高，这是众多技术人员选用PLC的重要原因。那么，如何选购PLC产品呢?1、系统规模首先应确定系统用PLC单机控制，还是用PLC形成网络，由此计算PLC输入、输出点。数，并且在选购PLC时要在实际需要点数的基础上留有一定余量（10%）。2、确定负载类型根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。3、存储容量与速度尽管国外各厂家的PLC产品大体相同，但也有一定的区别。目前还未发现各公司之间完全兼容的产品。各个公司的开发软件都不相同，而用户程序的存储容量和指令的执行速度是两个重要指标。一般存储容量越大、速度越快的PLC价格就越高，但应该根据系统的大小合理选用PLC产品。4、编程器的选购PLC编程可采用三种方式：是用一般的手持编程器编程，它只能用商家规定语句表中的语句编程。这种方式效率低，但对于系统容量小，用量小的产品比较适宜，并且体积小，易于现场调试，造价也较低。是用图形编程器编程，该编程器采用梯形图编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应用自如，但该编程器价格较高。是用IBM个人计算机加PLC软件包编程，这种方式是效率最高的一种方式，但大部分公司的PLC开发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试。因此，应根据系统的大小与难易，开发周期的长短以及资金的情况合理选购PLC产品。5、尽量选用大公司的产品其质量有保障，且技术支持好，一般售后服务也较好，还有利于你的产品扩展与软件升级。一、输入回路的设计1、电源回路 PLC供电电源一般为 AC85240V（也有DC24V），适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、1：1隔离变压器等）。2、PLC上DC24V电源的使用各公司 PLC产品上一般都有DC24V电源，但该电源容量小，为几十毫安至几百毫安，用其带负载时要注意容量，同时作好防短路措施（因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行）。3、外部DC24V电源 若输入回路有 DC24V供电的接近开关、光电开关等，而PLC上DC24V电源容量不够时，要从外部提供DC24V电源；但该电源的“”端不要与 PLC的 DC24V的“”端以及“COM”端相连，否则会影响PLC的运行。4、输入的灵敏度各厂家对PLC的输人端电压和电流都有规定，如日本三菱公司F7n系列PLC的输入值为：DC24V、7mA，启动电流为45mA，关断电流小于15mA，因此，当输入回路串有二极管或电阻（不能完全启动），或者有并联电阻或有漏电流时（不能完全切断），就会有误动作，灵敏度下降，对此应采取措施。另一方面，当输入器件的输入电流大于PLC的最大输入电流时，也会引起误动作，应采用弱电流的输入器件，并且选用输人为共漏型输入的 PLC，Bp输入元件的公共点电位相对为负，电流是流出 PLC的输入端。二、输出回路的设计1、各种输出方式之间的比较（1）继电器输出：优点是不同公共点之间可带不同的交、直流负载，且电压也可不同，带负载电流可达2A点；但继电器输出方式不适用于高频动作的负载，这是由继电器的寿命决定的。其寿命随带负载电流的增加而减少，一般在几十万次至Jl百万次之间，有的公司产品可达1000万次以上，响应时间为10ms。（2）晶闸管输出：带负载能力为0.2A/点，只能带交流负载，可适应高频动作，响应时间为1ms。（3）晶体管输出：最大优点是适应于高频动作，响应时间短，一般为0.2ms左右，但它只能带 DC 530V的负载，最大输出负载电流为05A/点，但每4点不得大于0.8A。当你的系统输出频率为每分钟6次以下时，应首选继电器输出，因其电路设计简单，抗干扰和带负载能力强。当频率为10次min以下时，既可采用继电器输出方式；也可采用PLC输出驱动达林顿三极管（510A），再驱动负载（见图2），可大大减小。2、抗干扰与外部互锁当 PLC输出带感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。当两个物理量的输出在PLC内部已进行软件互锁后，在PLC的外部也应进行互锁，以加强系统的可靠性。3、“GOM“点的选择不同的 PLC产品，其“COM”点的数量是不一样的，有的一个“COM”点带8个输出点，有的带4个输出点，也有带2个或1个输出点的。当负载的种类多，且电流大时，采用一个“COM”点带12个输出点的 PLC产品；当负载数量多而种类少时，采用一个“COM”点带48个输出点的PLC产品。这样会对电路设计带来很多方便，每个“COM”点处加一熔丝，12个输出时加2A的熔丝，48点输出的加510A的熔丝，因 PLC内部一般没有熔丝。4、PLC外部驱动电路对于 PLC输出不能直接带动负载的情况下，必须在外部采用驱动电路：可以用三极管驱，也可以用固态继电器或晶闸管电路驱动，同时应采用保护电路和浪涌吸收电路，且每路有显示二极管（LED）指示。印制板应做成插拔式，易于维修。PLC的输入输出布线也有一定的要求，请看各公司的使用说明书。三、扩展模块的选用对于小的系统，如80点以内的系统一般不需要扩展；当系统较大时，就要扩展。不同公司的产品，对系统总点数及扩展模块的数量都有限制，当扩展仍不能满足要求时，可采用网络结构；同时，有些厂家产品的个别指令不支持扩展模块，因此，在进行软件编制时要注意。当采用温度等模拟模块时，各厂家也有一些规定，请看相关的技术手册。各公司的扩展模块种类很多，如单输入模块、单输出模块、输入输出模块、温度模块、高速输入模块等。 PLC的这种模块化设计为用户的产品开发提供了方便。四、PLC的网络设计当用PLC进行网络设计时，其难度比PLC单机控制大得多。首先你应选用自己较熟悉的机型，对其基本指令和功能指令有较深入的了解，并且指令的执行速度和用户程序存储容量也应仔细了解。否则，不能适应你的实时要求，造成系统崩溃。另外，对通信接口、通信协议、数据传送速度等也要考虑。最后，还要向 PLC的商家寻求网络设计和软件技术支持及详细的技术资料，至于选用几层工作站，依你的系统大小而定。五、软件编制在编制软件前，应首先熟悉所选用的 PLC产品的软件说明书，待熟练后再编程。若用图形编程器或软件包编程，则可直接编程，若用手持编程器编程，应先画出梯形图，然后编程，这样可少出错，速度也快。编程结束后先空调程序，待各个动作正常后，再在设备上调试。PLC的基本概念 - PLC的工作原理七. PLC的工作原理最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：（1）继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。（2）PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式-扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。1、扫描技术当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。（1）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。（2）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。（1）输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。比较下二个程序的异同：程序1：程序2：这两段程序执行的结果完全一样，但在PLC中执行的过程却不一样。程序1只用一次扫描周期，就可完成对%M4的刷新； 程序2要用四次扫描周期，才能完成对%M4的刷新。这两个例子说明：同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，也可以看到：采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。2、PLC的I/O响应时间为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。以上两个主要原因，使得PLC得I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。所谓I/O响应时间指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。其最短的I/O响应时间与最长的I/O响应时间如图所示：最短I/O响应时间：最长I/O响应时间：可编程控制器在节水灌溉工程中的应用（一）王余 （西北农林科技大学水利与建筑工程学院）摘 要：介绍可编程控制器（PLC）、节水灌溉自动监控系统，并针对西安市鱼化乡节水灌溉示范区的实际情况进行自动灌溉监控系统设 计，从而来说明PLC在节水灌溉工程中的应用。关键词：PLC、梯形图、节水灌溉自动监控系统一、引言自1959年世界上第一片IC诞生后，微电子技术有了高速的发展，集成电路、印制电路板、可编程控逻辑器件等技术逐渐应用于智能仪器和自动化控制。由于集成电路（IC）的系统芯片种类繁多，体积大，设计周期长，费用高；印制电路板（PCB）上元件之间连线的交叉、重叠，不仅工艺复杂，又导致电连线的分布电容增大，加大了对前级电路的负载，增加了系统的干扰，同时PCB的多焊接点和双面布线的连接孔又导致系统的可靠性下降；而可编程控制器（PLC）是以微处理器為核心，综合了计算机技术、通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置，具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到了广泛的应用。据有关资料介绍，目前全球不科学的农田灌溉用去了世界淡水资源的70%以上；我国水资源浪费现象严重，农业灌溉用水的利用系数很低，平均不到0.5。因此我国把节水灌溉作为国民经济可持续发展的一项战略任务，同时也是建设和保护西北干旱、半干旱地区生态环境的一条主要途径，是实施西部大开发战略的一项主要措施。目前世界节水灌溉技术发展迅速，我国已从美国、以色列、荷兰等引进了一些先进技术、优质灌溉器材。但是在我国已建成的节水灌溉示范区中，大多数只引进硬件，很少引进灌溉自动监控系统，进口的自动监控系统价格较高，不适合我国的国情，致使管理技术落后不能有效的发挥基础设备的作用。目前，世界上许多工业国家把PLC的使用作为衡量电气控制水平的标志。可编程控制器汇集了超大规模集成电路的众多优点，同时又使PCB系统可靠性有了明显提高，因而在智能仪表，计算机和各种数字系统中得到了广泛应用。在我国的国防、电力、通迅等领域可编程控制器有了大量的应用，但是由于可编程控制器价格高、技术性强，目前在农业中应用的很少。把可编程控制器应用在节水灌溉控制系统中能够简化硬件结构、提高可靠性、增加灵活性。可收到人们常说的“以软（件）代硬（件）”的效果。自动灌溉监控系统有如下优点：1、将充分发挥现有的节水设备作用，优化调度，提高效益。2、通过自动控制技术的应用，更加节水节能，降低灌溉成本，提高灌溉质量。3、将使灌溉更加科学，方便、提高管理水平。研制和推广节水灌溉控制新技术是实现农业现代化的需要。本篇论文就是通过一个具体的例子来说明可编程控制器在节水灌溉中的应用。由于本人水平有限，难免有疏漏和错误之处，敬请各位老师和同学批评指正。 二、基本资料1、灌溉示范区概况西安市雁塔区鱼化乡节水灌溉示范区位于西南郊鱼化寨政府以西约4公里处的西晁村附近。该示范区由陕西东隆绿色食品科技有限公司管理经营。面积100多亩，南北长约400米，东西长约200米。已建成温室大棚90多座，大棚面积为0.5亩，主要种植反季蔬菜，并兼种植部分花卉。该示范区内已有南、北两眼水源井（北边和南边分别称为1号井和2号井），其中1号井向种植蔬菜的60多个大棚供水灌溉，滴灌设备为美国雨鸟公司的产品，现已投入运行；2号水井向花卉种植区供水灌溉，将采用可编程控制器在花卉种植区实施灌溉自动控制。2、技术要求2号井的花卉种植区灌溉方式为分组轮灌，灌水量的控制要求采用自动灌溉控制系统，由控制器自动定时，按序开关各小区的供水电磁阀。采用无塔上水器将压力控制在0.20.45Mpa范围内。达到既节省人力，又使灌溉时间控制准确，灌溉质量提高的目的。3、节水灌溉自动控制系统的功能要求根据花卉生长、研究的特点和要求，示范基地的有关专家对该系统提出以下控制功能：（1）室外沙床苗圃喷雾沙床苗圃共分四块，呈田字形布置，每块100m2，200个喷雾头分块轮流喷雾，每喷2分钟，停5分钟，以保证幼苗叶片表面水分不干，土壤始终保持湿润，但灌水不过量。为了增加一定的动态观测、欣赏效果，要求田字形的四块喷雾时能依次顺时针或逆时针轮流喷雾。室外沙床苗圃喷雾要求每天9时开始，18时停止。（2）盆栽花卉区喷灌盆栽花卉是从苗圃或温室移栽到花盆，待上市的成品花卉。因为数量多并且苗木比较高大，需要较大的灌溉强度，所以采用旋转式喷头，共36个，安装为6列，每3 列为一组，要求两组交替喷灌工作。每组工作5分钟，停20分钟，每天10时开始15时停止。（3）温室花卉滴灌6个温室，每个温室300m2，使用地埋式滴灌带，滴灌采用定时灌溉方式控制，按照作物栽培专家经验，针对种植品种确定供水量，定时向作物供水，供水到一定时间后，停止灌水。6个温室按两组控制，每3个温室为一组。两组交替工作，每隔2天灌溉一天。（4）手动和自动控制功能考虑到系统的可靠性和经济性，要求系统有手动控制和自动控制功能。系统在自动（或手动）工作方式时，能自动（或手动）控制供水水泵的运行与停止和各电磁阀的开关。（5）其它要求要求自动监控系统对沙床苗圃和盆栽花卉进行灌溉时，遇到阴雨天会自动停止对沙床苗圃和盆栽花卉的灌溉。温室滴灌不仅要受时间控制，而且要求在软件中有温度、湿度测控功能，即温度、湿度达到某一控制点就报警并改变程序的运行方式。4、系统工作原理通俗地讲，可编程控制器实质上就是一台超微型计算机，其硬件结构基本上与微机相同，即由微处理器（CPU）、存储器（EPROM、ROM）、输入输出（I/O）模块、外设I/O接口、电源等组成。各部分通过总线（电源总线、控制总线、地址总线、数据总线）连接而成。可编程控制器的工作方式与微机有较大的不同，可编程控制器不是采用微机的中断方式，而采用循环扫描工作方式，即对程序进行反复的循环扫描，并对其逐条解释执行。如一个输出线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（常开或常闭）不会像电气继电控制中的继电器那样立即动作，而必须等到扫描到该触点时才动作。由于扫描时间一般只有几十ms，其速度远高于继电器动作时间（100ms以上）。可编程控制器的扫描周期一般只有几十毫秒，两次采样之间很短，对一般开关量来说可以认为是没有因间断采样引起的误差。可编程控制器投入运行后，要完成一系列的操作，大致分为三类：（1）以故障诊断和处理为主的操作。（2）联系现场状况的数据I/O操作。（3）执行用户程序和服务与外部设备的命令操作。可编程控制器在灌溉工程中的应用，就是充分利用了可编程控制器的众多优点满足灌溉要求，体现科学技术是第一生产力的特点。其工作原理详见图1。图1 工作原理编程控制器在节水灌溉工程中的应用（二）王余 （西北农林科技大学水利与建筑工程学院）三、硬件设计方案根据要求，在室外沙床苗圃区设4个电磁阀分别控制四块沙床的喷雾灌，在盆栽花卉区设2个电磁阀分别控制花卉区喷灌，在温室花卉区设2个电磁阀分别控制两组温室的滴灌，设1个电磁继电器控制供水的水泵。为避免意外事故或故障的进一步扩大，需要有报警点输入并且用声光信号显示故障类型，同时发出警报提醒值班人员及时处理事故。当故障出现时，故障指示灯闪烁且报警电铃响起，操作人员可以按下“消音”按钮以解除铃响，但故障指示灯仍在闪烁，直到故障消除，故障指示灯才停止闪烁。考虑到系统的可扩展性，为以后的温度、湿度、定量、定制等测控功能留有一定的扩展空间，应留一定的I/O端口备用。综合考虑以上因素初步选用日本OMRON公司的CPM1A系列的40点可编程控制器。定时控制器在断电时正常计时，故采用其作为可编程控制器的电源控制。在定时灌溉控制时间之内，由定时器接通可编程控制器的电源，可编程控制器按预先编制的程序依次打开各控制设备电源，并根据输入的信号的变化随时调整程序的执行。在非系统工作时间里，定时器自动断开可编程控制器的电源。这样既减少了系统耗费的电能又延长了设备的使用寿命。为使对系统有一个形象的说明，用系统控制框图表示。如图2所示。图2 系统控制框图四、软件设计方案可编程控制器是扫描工作方式，能同时对多个块进行控制，在整个程序扫描时间里加上不同的输入检测信号，就可使程序按所测信号判断进入不同的分支程序。主程序包含有多个分支程序，这样既提高了编程的灵活性又减少了不必要的代码重复，同时也方便以后系统扩展对软件的修改。为了避免控制设备的误动作，软件中应有闭锁功能，并有上电后对运行设备开关状态逻辑错误的检查功能。系统控制程序流程图，如图3所示。图3 系统控制程序流程图五、初步验证因本系统只有数字量开关输入无模拟量的输入，凭可编程控制器本身的抗干扰能力已能满足要求，可不必另外增加其它抗干扰措施。本系统对开关控制量的速度要求不高，选用核心为日本OMRON公司的CPM1A系列可编程控制器，其具有的自诊断功能和采用的循环扫描工作方式完全能满足要求。本系统输入端有自动/手动选择开关，自动工作时有总开、总停按钮，有故障消音按钮，温度、湿度开关量信号输入若干。输出端需要控制8个电磁阀和1台水泵，并需故障报警控制等。考虑到系统的可扩展性，选用OMRON公司的CPM1A系列40点可编程控制器（24个信号输入点，16个继电器输出点）完全满足容量的要求。六、硬件设计1、PLC的容量估算PLC容量包括两个方面：I/O点数、用户存储器的容量。（1）I/O点数估算输入信号自动/手动选择开关，需要1个输入端自动工作方式时，总开、总停按钮，需要2个输入端故障报警消音按钮，需要1个输入端1个雨量传感器，需要1个输入端6只湿度传感器，需要6个输入端6只温度传感器，需要6个输入端工作方式控制，需要1个输入端以上共需18个输入信号点，考虑到以后对系统的调整与扩充留有15%的备用点，即用1815%=2.7,取3个点，这样共需用21个输入点。输出信号8个灌溉区设8个电磁阀，需用8个输出端一台水泵，需用1个控制输出端一个故障报警点，需用1个输端以上共需要10个输出点，考虑到以后对系统的调整与扩充留有15%的备用点，即1015%=1.5，取2个点，这样共需用12个输出点。（2）用户存储容量估算用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略的估算。根据经验，每个I/O点及有关功能器占用内存大致如下：开关量输入 2110=210B开关量输出 12 8=96B定时器/计数器 （53+23）2=42B共计348B，再加上程序存储空间和备用存储用量，初步估计共需1024B 。2、选择PLC型号因为本系统是对开关量控制的应用系统，并对控制速度要求不高，选用核心部件为日本OMRON公司的CPM1A系列40点编程控制器，该编程控制器具有自诊断功能，采用循环扫描工作方式，这完全能满足要求。查OMRON公司的编程控制器产品性能规格表知：CPM1A属微型编程控制器、输入输出控制方式为循环扫描方式、编程语言为梯形图语言、40点的编程控制器具有24个输入点，16个输出点、程序容量为2048B、命令种类91条（基本命令14条，应用命令77条）、命令执行时间为基本命令0.72s以上，应用命令为12.3s以上、定时器/计数器128点。3、分配I/O点一般情况下输入点与输入信号，输出点与输出控制一一对应。分配好后，按系统配置的通道与接点号分配给每一个输入信号和输出信号。在本系统中报警器是几个信号共用一个输出点，各报警因素按逻辑关系并联后接到报警输出点。PLC的端口分配如表1所示。输入端输出端I/D号设备号设备名称I/D号设备号设备名称01000K1自动/手动02000SB水泵01001K2自动总开02001BJ报警01002 K3自动总停02002F11号电磁阀01003K4故障消音02003F22号电磁阀01004 K5阴雨控制02004F33号电磁阀0100501010K6K11温度控制02005F44号电磁阀02006F55号电磁阀0101101016K12K17湿度控制02007F66号电磁阀02008F77号电磁阀01017K18工作方式02009F88号电磁阀输入端子分配接线图。如图4所示。图4 输入端子分配接线图输出端子分配接线图。如图5所示。图5 输出端子分配接线图4、系统工作方式系统硬件设计图，如图6所示。图6 系统硬件设计图为保证监控系统运行可靠，系统设有自动控制和手动控制两种运行方式。开关K1有3个触点的联锁开关，触点1和2常开，触点3常闭。当K1的触点1和2断开，同时触点3闭合，此时系统就是手动运行方式。k1k9是手动控制方式下的人工开关，当K1的触点1和2闭合，触点3断开时，系统就进入自动方式。K为自动空气开关，具有过流短路保护功能。电压表V、电流表A、指示灯D1用于监视系统电源和系统工作情况。指示灯D2、D3，分别为自动/手动工作方式指示灯。XR是系统二次回路过流保护，XR1XR9是电磁阀等控制设备过流保护。K1K3、K18是功能切换开关,K4是故障消音开关，K5、K6K11、K12K17是雨量、温度、湿度传感器的控制点。PLC的输出端接控制负载，J1J9是为增加控制能力和减少干扰而采用的隔离。在时控器T时间到时，系统在自动工作方式下就会进入程序工作状态。因PLC输出为220V，故水泵控制见下图。可编程控制器在节水灌溉工程中的应用（三） 王余 （西北农林科技大学水利与建筑工程学院） 七、软件设计 1、功能模块设计根据基本要求和技术要求列出以下几点：（1）防止接点误动作。可利用自锁电路加以解决。（2）系统自诊断功能。PLC本身具有此项功能。（3）苗圃喷雾。分四个单元，设四个电磁阀，每个电磁阀工作2min停5min，且呈顺时针转动，或逆时针转动。工作为9时到18时。可利用定时控制器和PLC自身具有的定时命令加以解决。（4）花卉喷灌。分六个单元，三个单元为一组，每组一个电磁阀，每个电磁阀工作5min停20min。工作时间为10时到15时。解决方法类似上一点，但考虑到程序的精炼性，可配合PLC的中断功能命令加以解决。（5）花卉滴灌。分六个单元，三个单元为一组，每组一个电磁阀，每个电磁阀工作1天停2天。因工作时间间隔长，可利用PLC的定时和记数功能组合加以解决。（6）系统自动/手动控制。可利用一个开关量作为PLC的一个输入信号，从而实现控制整个程序的功能。（7）阴雨天自动停止。利用雨量传感器的开关量作为一个PLC的输入信号，从而实现控制相关程序的功能。（8）在非工作时间自动断开PLC的电源。利用定时控制器可达到此功能。（9）可扩展性。在PLC中预留一定的存储空间和端口即可解决。（10）报警。利用各温度、湿度传感器的开关量作为PLC的输入信号控制程序的蜂鸣器和指示灯即可。2、编制程序利用梯形图语言编写本系统的程序。详见附图如示：系统的程序清单如下： 地址 命令 数据00000 LD 0100100001 OR 2000000002 AND NOT 0100200003 OUT 2000000004 LD 2000000005 AND NOT 0100400006 OUT 5000000007 LD 5000000008 LD 0100700009 OR 4000000010 AND LD -00011 OUT 4000000012 LD 5000000013 AND NOT TOO200014 TIM 00100015 #120000016 LD 5000000017 AND T00100018 TIM 00200019 #300000020 LD TOO100021 LD T00200022 KEEP 3000000023 LD 5000000024 AND NOT 4000000025 AND NOT 3000000026 OUT 0200200027 LD 5000000028 AND NOT 4000000029 AND 0200200030 TIM 00300031 #120000032 LD 5000000033 AND NOT 4000000034 AND NOT T00400035 LD TOO300036 OR 0200300037 AND LD -00038 TIM 00400039 #120000040 OUT 0200300041 LD 5000000042 AND NOT 4000000043 AND NOT T00500044 LD T00400045 OR 0200400046 AND LD -00047 TIM 00500048 #120000049 OUT 0200400050 LD 5000000051 AND NOT 4000000052 AND T00600053 LD T00500054 OR 0200500055 AND LD -00056 TIM 00600057 #120000058 OUT 0200500059 LD 5000000060 AND 4000000061 AND NOT T00700062 LD T00300063 OR 0200500064 AND LD -00065 TIM 00700066 #120000067 OUT 0200500068 LD 5000000069 AND 4000000070 AND NOT T00800071 LD TOO700072 OR 0200400073 AND LD -00074 TIM 00800075 #120000076 OUT 0200400077 LD 5000000078 AND 4000000079 AND NOT T00900080 LD T00800081 OR 0200300082 AND LD -00083 TIM 00900084 #120000085 OUT 02003地址 命令 数据00086 LD 5000000087 MOV（21） -00088 #00400089 DM00100090 MOV（21） -00091 #300000092 DM00200093 LD 5000000094 STIM（69）-00095 00000096 DM00100097 #00100098 SBN（92） 00100099 LD NOT T01100100 AND NOT T01000101 TIM 01000102 #300000103 OUT 0200600104 LD T01000105 AND T01100106 TIM 01100107 #300000108 OUT 0200700109 RET（93） 00100110 LD 2000000111 AND NOT T01200112 AND C00100113 TIM 01200114 #3600000115 LD T01200116 LD 0200800117 CNT 00100118 #2400119 LD C00100120 OR 0500100121 OUT 0500100122 LD NOT 0500100123 OUT 0200800124 LD T01200125 LD 0200900126 CNT 00200127 #4800128 LD C00100129 OR 0200900130 AND NOT C00200131 OUT 0200900132 LD 0100100133 OUT 0300100134 LD NOT 0100100135 OUT 0300200136 LD 2000000137 OUT 0300300138 LD 8000000139 OUT 0300400140 LD 2000000141 OUT 0200000142 LD 0200000143 OUT 0300000144 LD 0100500145 LD 0100600146 LD 0100700147 LD 0100800148 LD 0100900149 LD 0101000150 OUT 7000000151 LD 0101100152 LD 0101200153 LD 0101300154 LD 0101400155 LD 0101500156 LD 0101600157 OUT 8000000158 LD 0100400159 OUT 5000000160 LD 7000000161 LD 8000000162 AND NOT 6000000163 OUT 0200100164 LD 0100300165 LD 6000000166