s7-200plc在水廠虹吸刮泥機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　可編程控制器(PLC)是以微處理器為核心、集微機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)于一體的通用工業(yè)控制裝置。它具有功能齊全、使用方便、維護(hù)容易、通用性強(qiáng)、可靠性好、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，已在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的一種強(qiáng)有力工具。</p><p>　　本課題研究的內(nèi)容就是利用PL

2、C技術(shù)實(shí)現(xiàn)自來(lái)水廠虹吸刮泥機(jī)的自動(dòng)化控制，設(shè)計(jì)其電氣控制系統(tǒng)，將最新的控制技術(shù)應(yīng)用到工作過(guò)程中，提高虹吸刮泥系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和實(shí)時(shí)性。本文綜述了PLC控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)；簡(jiǎn)述了PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則、內(nèi)容和步驟。針對(duì)該虹吸刮泥系統(tǒng)的特點(diǎn)和性能要求，采用了德國(guó)西門子公司S7-200系列中S7-214作為系統(tǒng)控制器，重點(diǎn)闡述了該系統(tǒng)的硬件、軟件的設(shè)計(jì)方法，并簡(jiǎn)要分析了用計(jì)時(shí)器實(shí)現(xiàn)掉電自保的方法和用實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定時(shí)刮泥的方法。&

3、lt;/p><p>　　經(jīng)過(guò)運(yùn)行實(shí)踐表明，以PLC控制的系統(tǒng)可靠性和實(shí)時(shí)性良好，完全滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　關(guān)鍵詞：可編程控制器 虹吸刮泥系統(tǒng) 掉電自保 實(shí)時(shí)時(shí)鐘</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Programmable Logic Con

4、troller (PLC) is a kind of universal industrial control apparatus which is developed rapidly and used widely in recent years, taking microprocessor as its core, integrating microcomputer technology, automation technology

5、 and communication technology. It is applied very diffusely in varied field of industrial control with the characteristics such as all-round functions, flexible application, well reliability, high ratio of capability and

6、 price and easy maintenance and so on,</p><p>　　The content that this paper studied is to make use of PLC technology to realize the intelligent transformation of the scrape mud system, design the electric co

7、ntrol system, apply the latest control technology to the lathe transform, and improve the stability of the scrape mud system, reliability and real time nature. The paper summarizes the general structure of PLC control sy

8、stem; puts forward the principle, content and step of PLC control system designing. Siphon blow against the system of soi</p><p>　　After running, practice shows that the PLC control system reliability and go

9、od real-time, fully satisfy the design requirements, achieved good economic results. </p><p>　　Keywords: Programmable Logic Controller Siphon scratching mud system Power down protection Real time cloc

10、k</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1. 1課題的來(lái)源和意義1</p

11、><p>　　1.2繼電器控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及存在問(wèn)題1</p><p>　　1.2.1繼電器控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1</p><p>　　1.2.2繼電器控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題1</p><p>　　1.3可編程序控制器（P LC）及其在電氣控制中的應(yīng)用特點(diǎn)2</p><p>　　1.3.1可編程序控制器（PLC）的定義2&l

12、t;/p><p>　　1.3.2可編程序控制器（PLC）的特點(diǎn)2</p><p>　　1.3.3可編程序控制器（PLC）控制虹吸刮泥機(jī)的優(yōu)點(diǎn)4</p><p>　　1.3.4 可編程序控制器（PLC）的應(yīng)用領(lǐng)域4</p><p>　　1.3.5可編程控制技術(shù)（PLC）的發(fā)展趨勢(shì)4</p><p>　　1.4課題的主

13、要研究?jī)?nèi)容6</p><p>　　1.5 本章小結(jié)6</p><p>　　第二章 虹吸刮泥機(jī)設(shè)備介紹8</p><p>　　2.1刮泥機(jī)簡(jiǎn)介8</p><p>　　2.1.1 刮泥機(jī)系統(tǒng)組成8</p><p>　　2.1.2刮泥機(jī)的工作狀況9</p><p>　　2.2虹吸刮泥機(jī)的工

14、作原理10</p><p>　　2.2.1虹吸原理10</p><p>　　2.2.2虹吸刮泥機(jī)工作原理10</p><p>　　2.3刮泥機(jī)控制方式11</p><p>　　2.4刮泥機(jī)常規(guī)操作11</p><p>　　2.4.1現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)開刮泥機(jī)操作規(guī)范11</p><p>　　2

15、.4.2手動(dòng)方式開刮泥機(jī)操作11</p><p>　　2.5本章小結(jié)11</p><p>　　第三章 PLC基本原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法介紹12</p><p>　　3.1 PLC基本工作原理12</p><p>　　3.2 PLC的一般結(jié)構(gòu)13</p><p>　　3.3 PLC模塊化結(jié)構(gòu)分析14</p&

16、gt;<p>　　3.4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則15</p><p>　　3.5 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的步驟15</p><p>　　3.6提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施18</p><p>　　3.7本章小結(jié)20</p><p>　　第四章 虹吸刮泥機(jī)系統(tǒng)控制要求及其總體控制方案設(shè)計(jì)21</p>

17、<p>　　4.1 水廠的工藝流程21</p><p>　　4.1.1 平流沉淀池22</p><p>　　4.1.2 平流沉淀池的排泥22</p><p>　　4.2 虹吸刮泥機(jī)的控制要求23</p><p>　　4.3虹吸刮泥機(jī)系統(tǒng)總體方案確定23</p><p>　　4.4本章小結(jié)23&

18、lt;/p><p>　　第五章 虹吸刮泥機(jī)PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)24</p><p>　　5.1 PLC控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)的確定24</p><p>　　5.2 PLC的選擇24</p><p>　　5.2.1 機(jī)型選擇24</p><p>　　5.2.2 系統(tǒng)容量25</p><p>

19、　　5.2.3 I/0模塊25</p><p>　　5.2.4 電源模塊25</p><p>　　5.3西門子S7-200系列PLC簡(jiǎn)介26</p><p>　　5.3.1西門子S7-200系列PLC的特點(diǎn)26</p><p>　　5.3.2 S7-200系列PLC擴(kuò)展模塊和TD200[11]26</p><p

20、>　　5.3.3 SIMATIC S7-200的主要功能26</p><p>　　5.3.4 SIMATIC S7-200 CPU214簡(jiǎn)介27</p><p>　　5.3.5 S7-200系列PLC編程工具STEP 7-Micro/WIN27</p><p>　　5.4 基于S7-200 CPU 214的虹吸刮泥機(jī)電氣原理分析[3]27</p&

21、gt;<p>　　5.4.1 控制方式的選擇29</p><p>　　5.4.2刮泥機(jī)行程的選擇29</p><p>　　5.5 本章小結(jié)30</p><p>　　第六章 虹吸刮泥機(jī)PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)31</p><p>　　6.1 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)31</p><p>　　6.1.

22、1 PLC軟件設(shè)計(jì)概述31</p><p>　　6.1.2 PLC程序設(shè)計(jì)的常用方法33</p><p>　　6.1.3 PLC程序設(shè)計(jì)步驟35</p><p>　　6.2 虹吸刮泥機(jī)PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)36</p><p>　　6.2.1 PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)控制工藝流程圖36</p><p>　　6.2.

23、2虹吸刮泥機(jī)PLC實(shí)現(xiàn)的控制功能37</p><p>　　6.2.3 虹吸刮泥機(jī)PLC控制系統(tǒng)的梯形圖39</p><p>　　6.2.4 虹吸刮泥機(jī)PLC控制程序清單[12]41</p><p>　　6.3本章小結(jié)42</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)43</b></p><p>　

24、　致 謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)44</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1. 1課題的來(lái)源和意義</p><p>　　在提倡健康綠色生活的社會(huì)環(huán)境下，生活用水的質(zhì)量，關(guān)系到每家每戶的健康，而人們對(duì)它的水質(zhì)提出更高要求。

25、隨著自動(dòng)化技術(shù)、控制設(shè)備和機(jī)電儀表的發(fā)展，使水行業(yè)的自動(dòng)化發(fā)展成為現(xiàn)實(shí)，更好保障水質(zhì)量。</p><p>　　在自來(lái)水廠中，沉淀設(shè)備是整個(gè)水處理工藝系統(tǒng)最重要的過(guò)程之一，是水處理工藝中泥水分離的重要環(huán)節(jié)，是保障水廠優(yōu)質(zhì)供水的關(guān)鍵所在，其運(yùn)行狀況直接影響出水水質(zhì)，關(guān)系到千家萬(wàn)戶的用水衛(wèi)生和身體健康。虹吸刮泥機(jī)是水廠工藝上沉淀的一種電氣設(shè)備，其能否正常運(yùn)行直接影響水廠自動(dòng)化的正常控制。早期刮泥機(jī)因采用常規(guī)繼電器進(jìn)行控

26、制，控制線路過(guò)于煩瑣復(fù)雜，不便于維護(hù)，故障率又高，因此，建立基于PLC為核心的水廠虹吸刮泥自動(dòng)控制系統(tǒng)的目的是對(duì)虹吸刮泥機(jī)刮泥過(guò)程的設(shè)備工況、工藝參數(shù)等現(xiàn)場(chǎng)狀況進(jìn)行監(jiān)視和自動(dòng)調(diào)控，從而保障刮泥處理過(guò)程的穩(wěn)定性和運(yùn)行的連續(xù)性、可靠性。同時(shí)，如何充分發(fā)揮PLC豐富的邏輯、控制功能，如何采用國(guó)內(nèi)外著名品牌的PLC軟硬件產(chǎn)品構(gòu)成的水處理自控系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)一個(gè)不但可以滿足工程周期的要求，更可以確保穩(wěn)定性、可靠性和先進(jìn)性的虹吸刮泥機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵。<

27、;/p><p>　　本課題欲達(dá)到的目的或預(yù)期研究的結(jié)果是采用先進(jìn)的國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)和設(shè)備設(shè)計(jì)出一套通用的，質(zhì)量可靠、成本適宜的水處理刮泥自動(dòng)控制方案。</p><p>　　1.2繼電器控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及存在問(wèn)題</p><p>　　1.2.1繼電器控制系統(tǒng)的特點(diǎn)</p><p>　　所有控制功能及信號(hào)處理均由硬件實(shí)現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌

28、握，適合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握。</p><p>　　系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無(wú)需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器。</p><p>　　大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價(jià)格便宜。</p><p>　　多年來(lái)我國(guó)一直生產(chǎn)和運(yùn)用這類電器，技術(shù)成熟，已形成系列化產(chǎn)品, 技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉掌握的人員較多。</p><p>　　1.2

29、.2繼電器控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題</p><p>　　系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多接線線路復(fù)雜，且觸點(diǎn)容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。</p><p>　　普通控制電器及硬件接線方法難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易</p><p>　　增加，技術(shù)水平難以提高。</p><p>　　電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動(dòng)作速度比較慢，機(jī)械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制

30、精度難以提高。</p><p>　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動(dòng)作噪音大。</p><p>　　由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費(fèi)用高;而且檢查故障困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。</p><p>　　因此，繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了系統(tǒng)的可靠性和安全性，造成機(jī)械部件損壞，造成不必要的損失，甚至可能出現(xiàn)人身事故。</p><p>　

31、　1.3可編程序控制器（P LC）及其在電氣控制中的應(yīng)用特點(diǎn)</p><p>　　1.3.1可編程序控制器（PLC）的定義</p><p>　　可編程控制器((Programmable Controller)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器(Programmable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱PLC，它主要用來(lái)代替繼電

32、器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能己經(jīng)大大的超過(guò)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(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer )的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC。</p><p>　　為了使PLC生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，國(guó)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(guò)對(duì)它的定義：</p><p>

33、;　　“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的[1]，它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)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(guò)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(guò)程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。”</p><p>　　總之，可編程控制器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用

34、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(dòng)能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對(duì)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。</p><p>　　1.3.2可編程序控制器（PLC）的特點(diǎn)</p><p>　　為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較，PLC機(jī)有以下特點(diǎn)：</p><p><

35、;b>　　可靠性</b></p><p>　　對(duì)可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。</p><p>　　PLC不需要大量的活動(dòng)元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單，維修時(shí)間短。</p><p>　　PLC采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如，冗余設(shè)計(jì)，斷電保護(hù)，故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等，提高了MTTR

36、，使可靠性提高。</p><p>　　PLC有較高的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單，操作方便，維修容易等特點(diǎn)，一般不易發(fā)生操作的錯(cuò)誤。</p><p>　　PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用計(jì)算機(jī)更簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言和更可靠的硬件。采用了精簡(jiǎn)化的編程語(yǔ)言，編程錯(cuò)誤率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計(jì)的硬件使可靠性大大提高。</p><p>　　在PL

37、C的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件;采用先進(jìn)的工藝制造流水線制造;對(duì)干擾的屏蔽、隔離和濾波等;對(duì)電源的斷電保護(hù);對(duì)存儲(chǔ)器內(nèi)容的保護(hù)等。</p><p>　　PLC的軟件方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波等;軟件自診斷;簡(jiǎn)化編程語(yǔ)言等。</p><p><b>　　易操作性</b></p><

38、p>　　PLC的易操作性表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：</p><p><b>　　操作方便。</b></p><p>　　PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。大多數(shù)PLC采用編程器進(jìn)行輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，對(duì)大中型的PLC編程器采用了CRT屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需要的地址編號(hào)或接點(diǎn)號(hào)進(jìn)行搜索

39、或順序?qū)ふ?，然后進(jìn)行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上顯示。</p><p><b>　　編程方便。</b></p><p>　　PLC有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可供使用。對(duì)電氣技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。采用布爾助記符編程語(yǔ)言，十分有助于編程人員的編程。</p><p><b>　　維修方便。</b

40、></p><p>　　PLC具有的自診斷功能對(duì)維修人員維修技能的要求減低。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快的找到故障的部位，以便維修。</p><p><b>　　靈活性</b></p><p>　　PLC的靈活性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p><b>　　編程的靈活性。

41、</b></p><p>　　PLC采用的編程語(yǔ)言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語(yǔ)句描述編程語(yǔ)言。編程方法的多樣性使編程方便、應(yīng)用面拓展。</p><p><b>　　擴(kuò)展的靈活性。</b></p><p>　　PLC的擴(kuò)展靈活性是它的一個(gè)重要特點(diǎn)。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不同，即可進(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的

42、擴(kuò)展。</p><p><b>　　操作的靈活性。</b></p><p>　　操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得十分容易。</p><p>　　1.3.3可編程序控制器（PLC）控制虹吸刮泥機(jī)的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　在虹吸刮泥機(jī)控制中采用了PLC，用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)虹吸刮泥機(jī)運(yùn)行的自動(dòng)控制，可靠性大大提高。</p&g

43、t;<p>　　去掉了大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外部線路簡(jiǎn)化。</p><p>　　PLC可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。</p><p>　　PLC可進(jìn)行故障自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警顯示，提高運(yùn)行安全性，并便于檢修。</p><p>　　更改控制方案時(shí)不需改動(dòng)硬件接線。</p><p>　　1.3.4 可編程序控

44、制器（PLC）的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　隨著PLC的性能價(jià)格比的不斷提高，過(guò)去許多采用專用計(jì)算機(jī)或繼電器控制的場(chǎng)合，都可使用PLC來(lái)代替。PLC的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，主要有以下幾個(gè)方面：</p><p><b>　　開關(guān)量邏輯控制。</b></p><p>　　利用PLC最基本的邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控

45、制，用于單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等，例如：機(jī)床、注塑機(jī)、印刷機(jī)械、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯的控制等。這是PLC最基本的應(yīng)用，也是PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p><b>　　運(yùn)動(dòng)控制。</b></p><p>　　運(yùn)動(dòng)控制是指通過(guò)配用PLC生產(chǎn)廠家提供的單軸或多軸等位置控制模塊、高速計(jì)數(shù)模塊等來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)，從而使運(yùn)動(dòng)部件能以適當(dāng)?shù)乃?/p>

46、度或加速度實(shí)現(xiàn)平滑的直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　　閉環(huán)過(guò)程控制。</b></p><p>　　通過(guò)配用A/D, D/A轉(zhuǎn)換模塊及智能PID模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、壓力、流量、速度等連續(xù)變化的模擬量進(jìn)行閉環(huán)PID調(diào)節(jié)控制，使這些物理參數(shù)保持在設(shè)定值上。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理。</b>&

47、lt;/p><p>　　現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。</p><p>　　通信、聯(lián)網(wǎng)及集散控制(TDCS)。</p><p>　　PLC的通信包括PLC之間的通信、PLC和其它智能設(shè)備的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代的PLC可以實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。PLC可與智能儀表、執(zhí)行裝置(如變頻器等

48、)進(jìn)行通信和聯(lián)網(wǎng)，互相交換數(shù)據(jù)并實(shí)施對(duì)其的控制。利用PLC強(qiáng)大的通信聯(lián)網(wǎng)功能，把PLC分布到工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，并實(shí)現(xiàn)各站間、上下層間通信，達(dá)到分散控制、集中管理，即構(gòu)成了DCS( Distributed Control System) 系統(tǒng)。</p><p>　　1.3.5可編程控制技術(shù)（PLC）的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化愈來(lái)愈高的需求，可編程控制技術(shù)得到

49、了飛速的發(fā)展，其技術(shù)和產(chǎn)品日趨完善。僅僅將PLC理解為開關(guān)量控制的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去，PLC不僅以其良好的性能滿足了工業(yè)生產(chǎn)的廣泛需要，而且將通信技術(shù)和信息處理技術(shù)融為一體，其功能也日趨完善。今后，PLC將主要朝著以下兩個(gè)方向發(fā)展:一個(gè)是向超小型專用化和低價(jià)格方向發(fā)展;另一個(gè)是向高速多功能和分布式自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。總的趨勢(shì)如下：</p><p>　　可編程控制技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。</p><p>　

50、　在工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品繁花似錦的今天，各生產(chǎn)廠商既互相競(jìng)爭(zhēng)又互相合作。一種自動(dòng)化產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力除表現(xiàn)在其技術(shù)上的個(gè)性外，更重要的還在于其滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的程度和水平。標(biāo)準(zhǔn)化一方面保證了產(chǎn)品的出廠質(zhì)量，另一方面也保證了各個(gè)廠家產(chǎn)品的互相兼容。出廠檢驗(yàn)時(shí)各可編程控制產(chǎn)品的廠家都有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作依據(jù)。按照這些標(biāo)準(zhǔn)，各種型號(hào)的PLC產(chǎn)品對(duì)工業(yè)應(yīng)用環(huán)境、抗干擾性等條目都給出了明確的規(guī)定。但是，這些標(biāo)準(zhǔn)目前只能是統(tǒng)一區(qū)域性的產(chǎn)品，而不能實(shí)現(xiàn)全球的統(tǒng)一性。

51、為了使各廠家的產(chǎn)品有一個(gè)共同的參考平面，制定了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　CPU處理速度進(jìn)一步加快。</p><p>　　目前PLC的CPU與微型計(jì)算機(jī)的CPU相比，還處在比較落后的地步，最高的也僅僅處在80486一級(jí)。將來(lái)會(huì)全部使用64位RISC芯片，實(shí)現(xiàn)多CPU并行處理或分時(shí)處理或分任務(wù)處理，實(shí)現(xiàn)各種模塊智能化，且部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化。這樣PLC執(zhí)行指令的速度將達(dá)到納秒級(jí)。

52、</p><p>　　可編程控制技術(shù)的智能化。</p><p>　　提高一個(gè)系統(tǒng)的智能程度不僅提高系統(tǒng)的品質(zhì)，在某種意義上也提高了系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　系統(tǒng)的開放性和兼容性。</p><p>　　開放性和兼容性是不可分割的而且是相輔相成的概念。一方面是某一產(chǎn)品和第三家同類產(chǎn)品在通信上的兼容程度，另一方面是指某系統(tǒng)尤其是軟件上的開

53、發(fā)平臺(tái)對(duì)使用者有多大的開放程度。當(dāng)今可編程控制產(chǎn)品種類繁多，加上自動(dòng)化項(xiàng)目越來(lái)越大，致使常常在一個(gè)工程項(xiàng)目中出現(xiàn)不同廠家的產(chǎn)品做主從站的現(xiàn)象，這就要求每一廠家的產(chǎn)品族中，都要考慮到和其他廠家產(chǎn)品的兼容性問(wèn)題;另一方面，可編程控制器與工業(yè)控制機(jī)等其他裝置的通信難易也體現(xiàn)了開放性的特點(diǎn)。除此之外，同一廠家產(chǎn)品族中的各系列產(chǎn)品兼容性也代表了可編程控制產(chǎn)品的水平。</p><p>　　通用性和專業(yè)化的結(jié)合。</p&

54、gt;<p>　　可編程控制產(chǎn)品是通用的。但是工業(yè)的每一領(lǐng)域都有其自己的特點(diǎn)。怎樣才能使一個(gè)系統(tǒng)既具有通用性又具備專業(yè)化呢?硬件系統(tǒng)的模塊化便是解決這一矛盾的鑰匙。這樣，適合于某個(gè)行業(yè)或某些特殊問(wèn)題的專用模塊就可以很容易地集成到通用系統(tǒng)中去。常用的專用模塊包括:定位模塊、溫度測(cè)量模塊、高速采樣模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊等。</p><p><b>　　可靠性進(jìn)一步提高。</b><

55、/p><p>　　隨著PLC進(jìn)入過(guò)程控制的領(lǐng)域，對(duì)PLC可靠性的要求進(jìn)一步提高。硬件冗余的容錯(cuò)技術(shù)將進(jìn)一步得到應(yīng)用，不僅會(huì)有CPU單元冗余、通信單元冗余、電源單元冗余、I/0單元冗余、而且整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)實(shí)現(xiàn)冗余。但從根本上來(lái)講，系統(tǒng)的可靠性取決于系統(tǒng)各單元的可靠程度。要保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，首先要求系統(tǒng)各單元的質(zhì)量要得到保證。MTBF(平均無(wú)故障時(shí)間)是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)?？v觀各著名廠商，其PLC產(chǎn)品都有不同程度

56、的冗余功能，而且發(fā)展越來(lái)越完善。</p><p><b>　　控制系統(tǒng)分散化。</b></p><p>　　根據(jù)分散控制、集中管理的原則，PLC控制系統(tǒng)的I/0模塊將直接安裝在控制現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)通信電纜或光纖與主CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。這樣使控制更有效，系統(tǒng)更可靠。</p><p>　　控制與管理功能一體化。</p><p>　

57、　為了滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的控制與管理的需要，PLC將廣泛采用計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)，使PLC系統(tǒng)的生產(chǎn)控制功能和信息管理功能融為一體。</p><p>　　綜上所述，我們不難得出下面幾個(gè)結(jié)論：</p><p>　　工控機(jī)、計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)及PLC正在走著一條相互融合的道路。</p><p>　　系統(tǒng)的智能性將越來(lái)越重要，因此系統(tǒng)的分析運(yùn)算能力

58、將越來(lái)越強(qiáng)。</p><p>　　智能分布式控制是可編程控制系統(tǒng)基于現(xiàn)場(chǎng)總線的新型控制思想。</p><p>　　通用性、高度專業(yè)化的融合是可編程控制系統(tǒng)的新特征。</p><p>　　1.4課題的主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　課題所研究的內(nèi)容主要是用可編程控制器(PLC)設(shè)計(jì)水廠虹吸刮泥機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。針對(duì)老式虹吸刮泥機(jī)采用的繼電器邏輯

59、控制方式存在功能差和工作壽命短等缺陷，提出采用功能強(qiáng)、故障率低、弱、故障少、可靠性高的可編程控制器(PLC)來(lái)控制刮泥機(jī)。</p><p>　　論文的主要內(nèi)容如下：</p><p>　　首先對(duì)虹吸刮泥機(jī)系統(tǒng)及可編程控制器（PLC）作了比較全面的總結(jié)和介紹。簡(jiǎn)述了虹吸刮泥機(jī)的工藝流程，分析了自來(lái)水廠虹吸刮泥機(jī)過(guò)程對(duì)控制系統(tǒng)的控制要求，確定了虹吸刮泥機(jī)PLC控制系統(tǒng)的總體控制方案，完成了可編程

60、控制器（PLC）的選擇。然后，完成了PLC的選型，I/O點(diǎn)數(shù)分配，完成了虹吸刮泥機(jī)基于PLC控制的電氣接線圖。在分析虹吸刮泥機(jī)的軟件基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了軟件流程圖，控制系統(tǒng)的梯形圖，編寫了程序。</p><p><b>　　1.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章闡述了課題的來(lái)源和意義，對(duì)常規(guī)繼電器和PLC作了分析和比較，提出了PLC控制虹吸刮泥機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，也確定

61、了本課題討論的主要內(nèi)容。</p><p>　　第二章 虹吸刮泥機(jī)設(shè)備介紹</p><p><b>　　2.1刮泥機(jī)簡(jiǎn)介</b></p><p>　　沉淀池的排泥是運(yùn)轉(zhuǎn)中的重要問(wèn)題，它關(guān)系到沉淀池的正常運(yùn)行。排泥設(shè)備有兩種，一種是穿孔排泥管，另一種是刮泥機(jī)。穿孔排泥是一種較為簡(jiǎn)易的排泥方法，穿孔排泥管多用于反應(yīng)池，它是利用沉淀池的水壓力，做到無(wú)需

62、停池排泥，簡(jiǎn)單、方便。刮泥機(jī)是機(jī)械排泥的一種形式，它主要由電動(dòng)機(jī)、變速箱、鋼桁架、軸流泵、刮泥板和虹吸管和吸泥口等組成。它是原理也相當(dāng)簡(jiǎn)單，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)鋼桁架，桁架沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，刮泥板將池底的淤泥刮到虹吸管末端的吸泥口處，軸流泵將壓力水充滿虹吸管產(chǎn)生虹吸，虹吸管就能將池底的淤泥連續(xù)不斷地吸到池外了。</p><p>　　由此得知，刮泥機(jī)是自來(lái)水廠制水工藝上的一種重要的電氣設(shè)備，其能否正常運(yùn)行是直接影響到生產(chǎn)運(yùn)作，影

63、響到自來(lái)水廠自動(dòng)化的正常控制。</p><p>　　2.1.1 刮泥機(jī)系統(tǒng)組成</p><p><b>　　刮泥機(jī)</b></p><p>　　刮泥機(jī)布置在水下，采用V型刮板，刮板高0.45m。為防止池底不平整和減少磨損，下襯10mm厚，400mm高橡膠板。刮泥機(jī)跨度約7米，車輪直徑D＝200mm。軌道高出池底15cm，滾輪中心距池底40cm，

64、形成懸掛式刮泥機(jī)。這樣可使?jié)L輪軸套等離開泥漿區(qū)，減少泥砂進(jìn)入[2]。如圖2.1所示：</p><p>　　水下滑輪和刮泥機(jī)車輪均采用滾動(dòng)軸承裝置，為防止污泥進(jìn)入軸承箱，采用石棉盤根密封裝置，見圖2.2。這樣，只需要五年更換一次軸承箱內(nèi)的潤(rùn)滑油脂。</p><p><b>　　鋼絲繩</b></p><p>　　刮泥機(jī)通過(guò)鋼絲繩牽引，由于長(zhǎng)期浸于

65、水下，不宜采用鍍鋅鋼絲繩，因鍍鋅層出現(xiàn)裂紋時(shí)反而會(huì)由于雙金屬的電化學(xué)作用而加速腐蝕。故選用φ10mm不銹鋼鋼絲繩4根。但干、濕交替運(yùn)行，腐蝕和溫度仍是其重要影響因素。</p><p><b>　　慢動(dòng)式卷?yè)P(yáng)機(jī)</b></p><p>　　慢動(dòng)式卷?yè)P(yáng)機(jī)兩臺(tái)，布置在池中部的走道平臺(tái)上，各臺(tái)傳動(dòng)功率1.0Kw。在兩根鋼絲繩的牽引下，保持兩臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)同步，使兩端受力均勻，以防刮

66、泥機(jī)出軌。</p><p>　　2.1.2刮泥機(jī)的工作狀況</p><p>　　刮泥機(jī)運(yùn)行方向垂直于水流方向，行駛速度為0.8m/min。在沉淀池兩側(cè)沿池長(zhǎng)方向布置集泥槽兩條。喇叭口吸泥管（DN250）放置槽中，穿孔排泥管與刮泥機(jī)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)刮泥板將泥刮至集泥槽邊緣時(shí)，大量污泥擁入集泥槽，開啟快開排泥閥，將稀釋的泥水抽吸輸送至池外排泥渠。如圖2.3所示：</p><p>

67、;　　1——一套刮泥機(jī)（池底軌道上）2——四套水下導(dǎo)向滑輪組（與池壁預(yù)埋件定位）3——四套水上導(dǎo)向張緊滑輪組（與池壁預(yù)埋件定位）4——兩套卷筒裝置（池頂走道板上）5——兩套減速電機(jī)（池頂走道板上）6——四根不銹鋼鋼絲繩（連接刮泥機(jī)與卷?yè)P(yáng)筒）</p><p>　　2.2虹吸刮泥機(jī)的工作原理</p><p><b>　　2.2.1虹吸原理</b></p&g

68、t;<p>　　就是連通器的原理，加在密閉容器里液體上的壓強(qiáng)，處處都相等。而虹吸管里灌滿水，沒有氣，來(lái)水端水位高，出水口用手掌或其他物體封閉住。此時(shí)管內(nèi)壓強(qiáng)處處相等。一切安置好后，打開出水口，雖然兩邊的大氣壓相等，但是來(lái)水端的水位高，壓強(qiáng)大，推動(dòng)來(lái)水不斷流出出水口。</p><p>　　2.2.2虹吸刮泥機(jī)工作原理</p><p>　　安裝在沉淀池上的刮泥機(jī)是采用虹吸進(jìn)行吸泥

69、的，故稱之為虹吸刮泥機(jī)。刮泥機(jī)主要由虹吸管、軸流泵、行走電動(dòng)裝置、刮泥機(jī)體等主要部件組成。起動(dòng)軸流泵抽水，水灌射入虹吸管，從另一端射出，從而產(chǎn)生虹吸吸力，慢慢地吸走虹吸管中的空氣，當(dāng)虹吸管形成比較強(qiáng)的真空吸力后，就可以把沉積在沉淀池底的淤泥與水的混合物吸入虹吸管，排放到沉淀池外的排污溝，這個(gè)過(guò)程稱之為虹吸刮泥[3]。當(dāng)虹吸形成之后，刮泥機(jī)開始向前運(yùn)行吸泥，當(dāng)刮泥機(jī)到達(dá)預(yù)定的行程之后，開始破壞虹吸，即打開破壞虹吸電磁閥，讓空氣進(jìn)入虹吸管，

70、破壞虹吸管內(nèi)的真空度，從而使虹吸管停止吸泥。當(dāng)虹吸被破壞后，刮泥機(jī)往初始的方向返回，到初始位置后停止運(yùn)行，就完成了一次的虹吸刮泥過(guò)程。</p><p>　　2.3刮泥機(jī)控制方式</p><p>　　虹吸刮泥機(jī)控制系統(tǒng)分手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。行程開關(guān)與卷?yè)P(yáng)機(jī)相連，自動(dòng)控制其往復(fù)行程 ，并采用變頻調(diào)速控制速度。手動(dòng)控制采用現(xiàn)場(chǎng)電控箱，進(jìn)行開/?？刂疲蛔詣?dòng)系統(tǒng)由微型計(jì)算機(jī)和PLC站組成，兩級(jí)分

71、布式集中管理、分散控制的SCADA。PLC通過(guò)編制程序直接控制刮泥機(jī)運(yùn)行，監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)組太軟件可控制刮泥機(jī)運(yùn)行，并對(duì)運(yùn)行速度和時(shí)間等工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、記錄、存儲(chǔ)、分析、打印，并對(duì)事故狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警。</p><p>　　2.4刮泥機(jī)常規(guī)操作</p><p>　　2.4.1現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)開刮泥機(jī)操作規(guī)范</p><p>　　送上刮泥機(jī)的電源（電源燈亮）；</p&g

72、t;<p>　　將切換開關(guān)“程/點(diǎn)/運(yùn)”切換到“運(yùn)”狀態(tài)；</p><p>　　用選擇開關(guān)“I/III/II”，選擇刮泥機(jī)的行程；</p><p>　　點(diǎn)按“運(yùn)行”按鈕，刮泥機(jī)自動(dòng)刮泥。</p><p>　　2.4.2手動(dòng)方式開刮泥機(jī)操作</p><p>　　送上刮泥機(jī)的電源（電源燈亮）；</p><p>

73、;　　將切換開關(guān)“程/點(diǎn)/運(yùn)”切換到“點(diǎn)”狀態(tài)；</p><p>　　用選擇開關(guān)“I/III/II，選擇刮泥機(jī)的行程；</p><p>　　按住“開虹吸泵”按鈕，開啟虹吸泵，直到真空表為-0.035MPa時(shí)止；</p><p>　　虹吸形成后，按住“行車向前”按鈕，使刮泥機(jī)向前刮泥；</p><p>　　刮泥完成后，按住“破壞虹吸”按鈕，破壞

74、虹吸；</p><p>　　按住“行車后退”按鈕，使刮泥機(jī)返回到原位。</p><p><b>　　2.5本章小結(jié)</b></p><p>　　簡(jiǎn)述了刮泥機(jī)系統(tǒng)的組成和虹吸刮泥機(jī)的工作原理，介紹了刮泥機(jī)的控制方式和操作規(guī)范。</p><p>　　第三章 PLC基本原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法介紹</p><p&

75、gt;　　3.1 PLC基本工作原理</p><p>　　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。如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，有鍵按下或I/O動(dòng)作則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，無(wú)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

76、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(hào)。這個(gè)工作過(guò)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[4]。其工作過(guò)程框圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 PLC的工作過(guò)程框圖</p><p>　　每次掃描用戶程序之一前，都先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷內(nèi)容為I/0部分、存儲(chǔ)器、CPU等，發(fā)

77、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。</p><p>　　PLC檢查是否有與編程器和計(jì)算機(jī)的通信請(qǐng)求，若有則進(jìn)行相應(yīng)處理，如接收編程器送來(lái)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(qǐng)求，也在這段時(shí)間完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送任務(wù)。</p><p>　　PLC的中央處理器對(duì)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

78、是輸入采樣階段。</p><p>　　中央處理器CPU將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，以對(duì)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。</p><p>　　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(guò)輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備能接收的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備，這就是輸出刷新階段。</p

79、><p>　　PLC經(jīng)過(guò)這五個(gè)階段的工作過(guò)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(guò)程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。</p><p>　　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(shuō)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(dòng)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

80、條指令，這就是說(shuō)PLC是以串行方式工作。這種串行工作方式可以避免繼電控制的觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)序失配的問(wèn)題。</p><p>　　3.2 PLC的一般結(jié)構(gòu)</p><p>　　用可編程控制器實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行輸入輸出變換，并將這個(gè)變換予以物理實(shí)現(xiàn)。輸入輸出變換和物理實(shí)現(xiàn)可以說(shuō)是PLC實(shí)施控制的兩個(gè)基本點(diǎn)，而輸入輸出變換實(shí)際上就是信息處理。物理實(shí)現(xiàn)要求PLC的輸入應(yīng)當(dāng)排除干擾信號(hào)適應(yīng)于

81、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，而輸出應(yīng)放大到工業(yè)控制的水平，能為實(shí)際控制系統(tǒng)方便使用。這就要求I/O系統(tǒng)電路專門設(shè)計(jì)。根據(jù)PLC實(shí)施控制的基本點(diǎn)的分析，PLC采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是CPU, RAM, ROM和專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成[5]。如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 PLC的一般結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　中央處理機(jī)</b></p>

82、;<p>　　中央處理機(jī)是PLC的大腦，它由中央處理器(CPU)組成。</p><p>　　中央處理器(CPU)一般由控制電路、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路一般都集成在一塊芯片上。CPU通過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入輸出(VO)接口電路相連接。</p><p><b>　　存儲(chǔ)器</b></p><p>　　存儲(chǔ)

83、器是具有一記憶功能的半導(dǎo)體電路，用來(lái)存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。</p><p>　　系統(tǒng)程序是用來(lái)控制和完成PLC各種功能的程序，這些程序是由PLC制造廠家用相應(yīng)CPU的指令系統(tǒng)編寫的，并固化到ROM中。</p><p>　　用戶程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放由編程器或計(jì)算機(jī)輸入的用戶程序。用戶程序是指使用者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程和工藝要求編寫的控制程序，可以通過(guò)編程器或計(jì)算機(jī)修改或

84、增刪。</p><p><b>　　輸入接口電路</b></p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路一般有光電禍合電路和微電腦輸入接口電路組成。</p><p>　　光耦合電路：由于輸入和輸出端是靠光信號(hào)禍合的，在電氣上是完全隔離的，因此輸出的信號(hào)不會(huì)反饋到輸入端，也不會(huì)產(chǎn)生地線干擾或其它串?dāng)_。同時(shí)，由于發(fā)光二極管的正向阻抗值較低，而外界干擾源的內(nèi)阻

85、一般較高，根據(jù)分壓原理可知，干擾源能饋送到輸入端的干擾噪聲很小。正是由于PLC在現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的輸入環(huán)節(jié)采用了光電耦合，因而增強(qiáng)了抗干擾能力。</p><p>　　微電腦輸入接口電路：它一般由數(shù)據(jù)輸入寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求邏輯電路構(gòu)成，這些電路集成在一個(gè)芯片上?，F(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)通過(guò)光電耦合送到數(shù)據(jù)寄存器，然后通過(guò)數(shù)據(jù)總線送給CPU。</p><p><b>　　輸出接口電路</

86、b></p><p>　　一般由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成。</p><p>　　微電腦輸出接口電路：一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成而成。CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線將要輸出的信號(hào)放到輸出數(shù)據(jù)寄存器中。</p><p>　　功率放大電路：是為了適應(yīng)工業(yè)控制的要求，將微電腦輸出的信號(hào)加以放大。PLC一般采用繼電器輸出，也有的采用晶閘管或晶體管輸

87、出。</p><p>　　除了上面介紹的幾個(gè)主要部件外，PLC還配有和各種外圍設(shè)備的接口，均用插座引出到外殼上，可配接編程器、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、錄音機(jī)以及A/D , D/A串行通信模塊等，可以方便地用電纜進(jìn)行連接。</p><p>　　3.3 PLC模塊化結(jié)構(gòu)分析</p><p>　　可編程控制器都采用模塊化設(shè)計(jì)，模塊化可編程控制器采用搭積木的方式組成系統(tǒng)。即把CPU

88、、信號(hào)的采集和輸出都做成一個(gè)一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊，模塊之間需要用機(jī)架將各模塊聯(lián)乘整體。</p><p>　　一個(gè)PLC系統(tǒng)可包括以下幾種模塊類型：</p><p><b>　　電源模塊</b></p><p>　　現(xiàn)代PLC一般都配有開關(guān)式穩(wěn)定電源，可供內(nèi)部電路使用，也有一部分電源還可以向外提供24V的直流電源，給開關(guān)量輸入單元連接的現(xiàn)場(chǎng)無(wú)源開關(guān)

89、使用，或給外部傳感器供電，應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，要用多大功率的電源是根據(jù)內(nèi)部電路和外部供電的電流數(shù)之和來(lái)決定的。即先確定模塊的個(gè)數(shù)和種類，也就確定它們所消耗的電流之和，從而才能確定使用什么樣的電源。</p><p><b>　　中央處理器模塊</b></p><p>　　CPU板是整個(gè)PLC的中央處理單元，是PLC的運(yùn)算控制中心。CPU板由微處理器、存儲(chǔ)器、系統(tǒng)控制電路、I/

90、O控制接口電路、編程器接口及通信接口電路組成，其中存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用于存放PLC的系統(tǒng)程序和系統(tǒng)工作的參數(shù)。用戶存儲(chǔ)器用于存放用戶編制的程序和工作數(shù)據(jù)。</p><p>　　通訊處理器（CP）模塊</p><p>　　當(dāng)今較為先進(jìn)的PLC的結(jié)構(gòu)基本上都是屬于總線型結(jié)構(gòu)。即無(wú)論是上位機(jī)還是下位機(jī)都被看作總線上一個(gè)一個(gè)處理單元。它們都是通過(guò)通信處理器串聯(lián)在總線上的。

91、總線的大量數(shù)據(jù)都是通過(guò)通信處理器來(lái)進(jìn)行通信。</p><p><b>　　信號(hào)模塊</b></p><p>　　實(shí)際生產(chǎn)中的信號(hào)電平是多種多樣的。而可編程控制器的CPU所處理的只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，正式通過(guò)I/O接口實(shí)現(xiàn)了這種信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　擴(kuò)展模板</b></p><p>

92、　　用于中央控制器和擴(kuò)展單元的連接。為了便于以后的擴(kuò)展，還提供通訊接，口存儲(chǔ)接口，編程接口。當(dāng)用戶所需要的I/O點(diǎn)數(shù)或類型超出主機(jī)上的點(diǎn)或類型時(shí)，可以通過(guò)加接I/O擴(kuò)展單元來(lái)解決。主機(jī)與I/O擴(kuò)展單元是通過(guò)擴(kuò)展口連接的。</p><p><b>　　編程接口</b></p><p>　　PLC的設(shè)定以及監(jiān)視控制處理程序的編寫一般都由一臺(tái)編程計(jì)算機(jī)(PG)來(lái)完成。所謂的

93、編程實(shí)際上既可以是一臺(tái)單獨(dú)的計(jì)算機(jī)，也可以是上位機(jī)。但它們都有一個(gè)相同的特點(diǎn)，就是裝有PLC的編程組態(tài)軟件。所有的組態(tài)和PLC的編程都是由編程計(jì)算機(jī)來(lái)處理，然后通過(guò)編程接口下載到PLC中去。編程計(jì)算機(jī)也可以通過(guò)編程接口讀出下位機(jī)的組態(tài)數(shù)據(jù)和程序。</p><p>　　3.4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則</p><p>　　任何一種電器控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率

94、和產(chǎn)品質(zhì)量，因此在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：</p><p>　　最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求[6]，設(shè)計(jì)前應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料，并與工藝的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬定控制方案。</p><p>　　在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單,經(jīng)濟(jì),使用和維修方便。</p><p>　　保證控制系統(tǒng)的安全與可靠。</

95、p><p>　　考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn),在選擇PLC容量時(shí),應(yīng)適當(dāng)留有裕量。</p><p>　　3.5 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的步驟</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟如圖3.3所示：</p><p>　　在編寫和實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制方案時(shí)，組織是關(guān)鍵。項(xiàng)目越大，組織工作越多，尤其當(dāng)多人參與編程時(shí)，更要注意各方面的規(guī)劃，對(duì)于具體的

96、控制功能，解決問(wèn)題的方法有很多種，但是如果以系統(tǒng)方式完成應(yīng)用程序，出錯(cuò)的可能性就會(huì)減少。所以，設(shè)計(jì)好系統(tǒng)的步驟是很重要的。步驟如下所示：</p><p>　　分析被控對(duì)象并提出控制要求</p><p>　　詳細(xì)分析被控對(duì)象的工藝過(guò)程及工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合，提出被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書。</p><p>&

97、lt;b>　　確定輸入／輸出設(shè)備</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備（如：按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等）和輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備，以確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。</p><p><b>　　選擇PLC</b></p>&

98、lt;p>　　PLC選擇包括對(duì)PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源等的選擇.</p><p>　　分配I/O點(diǎn)并設(shè)計(jì)PLC外圍硬件線路</p><p><b>　　分配I/O點(diǎn)</b></p><p>　　畫出PLC的I/O點(diǎn)與輸入／輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表，該部分也可在第２步中進(jìn)行。</p><p>　　設(shè)計(jì)

99、PLC外圍硬件線路</p><p>　　畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進(jìn)入PLC的控制電路等。由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。</p><p><b>　　程序設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　程序設(shè)計(jì)</b></p>

100、<p>　　根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，采用合適的設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)PLC程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫實(shí)現(xiàn)各控制功能或各子任務(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。除此之外，程序通常還應(yīng)包括以下內(nèi)容：</p><p><b>　　初始化程序。</b></p><p>　　在PLC上電后，一般都要做一些初始化的操作，為啟動(dòng)作必要的準(zhǔn)備，避免系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作,

101、 初始化程序的主要內(nèi)容有：對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)、計(jì)數(shù)器等進(jìn)行清零，對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，對(duì)某些繼電器進(jìn)行置位或復(fù)位，對(duì)某些初始狀態(tài)進(jìn)行顯示等等.</p><p>　　檢測(cè)、故障診斷和顯示等程序。</p><p>　　這些程序相對(duì)獨(dú)立，一般在程序設(shè)計(jì)基本完成時(shí)再添加。</p><p><b>　　保護(hù)和連鎖程序。</b></p>&

102、lt;p>　　保護(hù)和連鎖是程序中不可缺少的部分，必須認(rèn)真加以考慮。它可以避免由于非法操作而引起的控制邏輯混亂.</p><p><b>　　程序模擬調(diào)試</b></p><p>　　程序模擬調(diào)試的基本思想是，以方便的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)，為程序的運(yùn)行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式.</p>

103、<p>　　硬件模擬法是使用一些硬件設(shè)備（如用另一臺(tái)PLC或一些輸入器件等）模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)，并將這些信號(hào)以硬接線的方式連到PLC系統(tǒng)的輸入端，其時(shí)效性較強(qiáng)。</p><p>　　軟件模擬法是在PLC中另外編寫一套模擬程序，模擬提供現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，其簡(jiǎn)單易行，但時(shí)效性不易保證。模擬調(diào)試過(guò)程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能。</p><p><b>　　硬

104、件實(shí)施</b></p><p>　　硬件實(shí)施方面主要是進(jìn)行控制柜（臺(tái)）等硬件的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工。主要內(nèi)容有：</p><p>　　設(shè)計(jì)控制柜和操作臺(tái)等部分的電器布置圖及安裝接線圖。</p><p>　　設(shè)計(jì)系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖。</p><p>　　根據(jù)施工圖紙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接線，并進(jìn)行詳細(xì)檢查。</p><p&

105、gt;<b>　　聯(lián)機(jī)調(diào)試</b></p><p>　　聯(lián)機(jī)調(diào)試是將通過(guò)模擬調(diào)試的程序進(jìn)一步進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。聯(lián)機(jī)調(diào)試過(guò)程應(yīng)循序漸進(jìn)，從PLC只連接輸入設(shè)備、再連接輸出設(shè)備、再接上實(shí)際負(fù)載等逐步進(jìn)行調(diào)試。如不符合要求，則對(duì)硬件和程序作調(diào)整。通常只需修改部份程序即可</p><p><b>　　整理和編寫技術(shù)文獻(xiàn)</b></p><

106、p>　　技術(shù)文件包括設(shè)計(jì)說(shuō)明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件明細(xì)表、PLC程序以及使用說(shuō)明書等。</p><p>　　3.6提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的措施</p><p>　　雖然PLC具有很高的可靠性，并且有很強(qiáng)的抗干擾能力，但在過(guò)于惡劣的環(huán)境或安裝使用不當(dāng)?shù)惹闆r下，都有可能引起PLC內(nèi)部信息的破壞而導(dǎo)致控制混亂，甚至造成內(nèi)部元件損壞。為了提高PLC系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，使用時(shí)應(yīng)注

107、意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。 </p><p><b>　　適合的工作環(huán)境</b></p><p><b>　　環(huán)境溫度適宜。</b></p><p>　　各生產(chǎn)廠家對(duì)PLC的環(huán)境溫度都有一定的規(guī)定。通常PLC允許的環(huán)境溫度約在0~55°C。因此，安裝時(shí)不要把發(fā)熱量大的元件放在PLC的下方；PLC四周要有足夠的通風(fēng)散熱

108、空間；不要把PLC安裝在陽(yáng)光直接照射或離暖氣、加熱器、大功率電源等發(fā)熱器件很近的場(chǎng)所；安裝PLC的控制柜最好有通風(fēng)的百葉窗，如果控制柜溫度太高，應(yīng)該在柜內(nèi)安裝風(fēng)扇強(qiáng)迫通風(fēng)。</p><p><b>　　注意環(huán)境污染。</b></p><p>　　不宜把PLC安裝在有大量污染物（如灰塵、油煙、鐵粉等）、腐燭性氣體和可燃性氣體的場(chǎng)所，尤其是有腐蝕性氣體的地方，易造成元件及

109、印刷線路板的腐蝕。如果只能安裝在這種場(chǎng)所，在溫度允許的條件下，可以將PLC封閉；或?qū)LC安裝在密閉性較高的控制室內(nèi)，并安裝空氣凈化裝置。</p><p><b>　　遠(yuǎn)離振動(dòng)和沖擊源。</b></p><p>　　安裝PLC的控制柜應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離有強(qiáng)烈振動(dòng)和沖擊場(chǎng)所，尤其是連續(xù)、頻繁的振動(dòng)。必要時(shí)可以采取相應(yīng)措施來(lái)減輕振動(dòng)和沖擊的影響，以免造成接線或插件的松動(dòng)。</

110、p><p><b>　　遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源。</b></p><p>　　PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源，如大功率晶閘管裝置、高頻設(shè)備和大型動(dòng)力設(shè)備等，同時(shí)PLC還應(yīng)該遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場(chǎng)和強(qiáng)放射源，以及易產(chǎn)生強(qiáng)靜電的地方。</p><p><b>　　合理的安裝與布線</b></p><p><b>　　注意電源安

111、裝。</b></p><p>　　電源是干擾進(jìn)入PLC的主要途徑。PLC系統(tǒng)的電源有兩類：外部電源和內(nèi)部電源。外部電源是用來(lái)驅(qū)動(dòng)PLC輸出設(shè)備(負(fù)載)和提供輸入信號(hào)的，外部電源的容量與性能由輸出設(shè)備和PLC的輸入電路決定。由于PLC的I／O電路都具有濾波、隔離功能，所以外部電源對(duì)PLC性能影響不大[7]。因此，對(duì)外部電源的要求不高。內(nèi)部電源是PLC的工作電源，即PLC內(nèi)部電路的工作電源。它的性能好壞直

112、接影響到PLC的可靠性。因此，為了保證PLC的正常工作，對(duì)內(nèi)部電源有較高的要求。一般PLC的內(nèi)部電源都采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源或原邊帶低通濾波器的穩(wěn)壓電源。在干擾較強(qiáng)或可靠性要求較高的場(chǎng)合，應(yīng)該用帶屏蔽層的隔離變壓器，對(duì)PLC系統(tǒng)供電。還可以在隔離變壓器二次側(cè)串接LC濾波電路。同時(shí)，在安裝時(shí)還應(yīng)注意以下問(wèn)題：隔離變壓器與PLC和I/O電源之間最好采用雙絞線連接，以控制串模干擾；系統(tǒng)的動(dòng)力線應(yīng)足夠粗，以降低大容量設(shè)備起動(dòng)時(shí)引起的線路壓降；PLC

113、輸入電路用外接直流電源時(shí)，最好采用穩(wěn)壓電源，以保證正確的輸入信號(hào)。否則可能使PLC接收到錯(cuò)誤的信號(hào)。</p><p><b>　　遠(yuǎn)離高壓。</b></p><p>　　PLC不能在高壓電器和高壓電源線附近安裝，更不能與高壓電器安裝在同一個(gè)控制柜內(nèi)。在柜內(nèi)PLC應(yīng)遠(yuǎn)離高壓電源線，二者間距離應(yīng)大于200mm。</p><p><b>　

114、　合理的布線。</b></p><p>　　I/O線、動(dòng)力線及其它控制線應(yīng)分開走線，盡量不要在同一線槽中布線。交流線與直流線、輸入線與輸出線最好分開走線。開關(guān)量與模擬量的Ｉ/Ｏ線最好分開走線，對(duì)于傳送模擬量信號(hào)的Ｉ/Ｏ線最好用屏蔽線，且屏蔽線的屏敝層應(yīng)一端接地。PLC的基本單元與擴(kuò)展單元之間電纜傳送的信號(hào)小、頻率高，很容易受干擾，不能與其它的連線敷埋在同一線槽內(nèi)。PLC的I/O回路配線，必須使用壓接端