恒壓供水系統的plc控制設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 12 PLC 的分類 PLC 發展到今天，已經有了多種形式，而且功能也不盡相同，分類時，一般按以下原則來考慮 按 I/O點數容量分類 一 般而言，處理 I/O 點數越多，則控制關系就 比較復雜，用戶要求的程序存儲器容量比較大，要求 PLC 指令及其他功能比較多，指令執行的過程也比較快。按 PLC 的輸入、輸出點數的多少可將 PLC 分為以下三類。 （ 1）小型機 小型機 PLC 的功能一般以開關量控制為主，小型 PLC 輸入、輸出點數一般在 256 點以下，用戶程序存儲器容量在 4K 左右。現在的高性能小型 PLC 還具有一定的通訊能力和少量的模擬量處理能力。這類的 PLC 的特點是價格低廉，體積小巧，適合于控制單臺設備和開發機電一體化產品。 典型的小型機有 SIEMENS 公司的 S7200 系列、 OMRON 公司的 CPM2A 系列、MITUBISH 公司的 FX 系列和 AB 公司的 SLC500 系列等整體式 PLC 產品。 （ 2）中型機 中型 PLC 的輸入、輸出總點數在 256~~2048 點之間，用戶程序存儲器容量達到 8K 字左右。中型 PLC 不僅具有開關量和模擬量的控制功能，還具有更強的數字計算能力，它的通信功能和模擬量處理功能更強大，中型機比小型機更豐富，中型機適用于更復雜的邏輯控制系統以及連續生產線的過程控制系統場合。 典型的中型機有 SIEMENS 公司的 S7300 系列、 OMRON 公司的 C200H 系列、 AB 公司的 SLC500 系列等模塊式 PLC 產品。 （ 3）大型機 大型 PLC 的輸入、輸出總點數在 2048 點以上，用戶程序儲存器容量達到 16K 以上。大型 PLC 的性能已經與工業控制計算機相當，它具有計算、控制和調節的能力，還具有強大的網絡結構和通信聯網能力，有些 PLC 還具有冗余能力。它的監視系統采用 CRT 顯示，能夠表示過程的動態流程，記錄各種曲線， PID 調節參數等；它配備多種智能板，構成一臺多功能系統。這種系統還可以和其他型號的控制器互聯，和上位機相聯，組成一個集中分散的生產過程和產品質量控制系統。大型機適用于設備 自動化控制、過程自動化控制和過程監控系統。 典型的大型 PLC 有 SIEMENS 公司的 S7400、 OMRON 公司的 CVM1 和 CS1 系列、 AB公司的 SLC5/05 等系列。 13 按結構形式分 根據 PLC 結構形式的不同， PLC 主要可分為整體式和模塊式兩類。 （ 1）整體式結構 整體式結構的特點是將 PLC 的基本部件，如 CUP 板、輸入板、輸出板、電源板等緊湊的安裝在一個標準的機殼內，構成一個整體，組成 PLC 的一個基本單元（主機）或擴展單元。基本單元上設有擴展端口，通過擴展電纜與擴展單元相連，配有許多專用的特殊功 能的模塊，如模擬量輸入 /輸出模塊、熱電偶、熱電阻模塊、通信模塊等，以構成 PLC 不同的配置。整體式結構的 PLC 體積小，成本底，安裝方便。 微型和小型 PLC 一般為整體式結構。如西門子的 S7200 （ 2）模塊式結構 模塊式結構的 PLC 是由一些模塊單元構成，這些標準模塊如 CUP 模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊和各種功能模塊等，將這些模塊插在框架上和基板上即可。各個模塊功能是獨立的，外型尺寸是統一的，可根據需要靈活配置。 目前大、中型 PLC 都采用這種方式。如西門子的 S7300 和 S7400 系列。 整體式 PLC 每一個 I/O 點的平均價格比模塊式的便宜，在小型控制系統中一般采用整體式結構。但是模塊式 PLC 的硬件組態方便靈活， I/O 點數的多少、輸入點數與輸出點數的比例、 I/O 模塊的使用等方面的選擇余地都比整體式 PLC 大的多，維修時更換模塊、判斷故障范圍也很方便，因此較復雜的、要求較高的系統一般選用模塊式 PLC。 PLC 與繼電器控制系統的區別 PLC 梯形圖與繼電器控制電路圖非常相似，主要原因是 PLC 梯形圖大致上沿用了繼電器控制的元件符號和術語，僅個別之處有不同。同時，信號的輸入 /輸出形式及控制功能也基本上是相 同的，但是 PLC 的控制與繼電器的控制又有根本的不同之處，主要表現在以下幾個方面。 （ 1）邏輯控制 繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，利用繼電器機械觸點的串聯或并聯，及延時繼電器的滯后動作等組合成控制邏輯，其接線多而復雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統構成后，想改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點數目有限，每個只有 4—— 8 個對觸點。因此，靈活性和擴展性很差。而 PLC 采用存儲器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，故稱為“軟接線”。因此靈活性和擴展性都很好。 （ 2）工作方 式 電源接通時，繼電器控制電路中各個繼電器都同時處于受控狀態，即該吸合的都應該吸合，不該吸合的都因受某種條件限制不能吸合，它屬于并行工作方式。而的控制邏輯中，各內部器件都處于周期性循環掃描過程中，屬于串行工作方式。 14 （ 3）可靠性和可維護性 繼電器控制邏輯使用了大量的機械觸點，連線也多。觸點開閉時會受到電弧的損壞，并有機械磨損，壽命短，因此可靠性和可維護性差。而 PLC 采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，體積小、壽命長、可靠性高。 PLC 還配有自監和監督功能，能檢查出自身的故障，并隨時顯示給 操作人員，還能動態的監視控制程序的執行情況，為現場調試和維護提供了方便。 （ 4）控制速度 繼電器控制邏輯依靠觸點的機械動作實現控制，工作頻率底，觸點的開閉動作一般在幾十 MS 數量級。另外，機械觸點還會出現抖動問題。而 PLC 是由程序指令控制半導體電路來實現控制，屬于無觸點控制，速度極快，一般一條用戶指令執行時間在 數量級，且不會出現抖動。 （ 5）定時控制 繼電器控制邏輯利用時間繼電器進行時間控制。一般來說，時間繼電器存在定時精度不高，定時范圍窄，且易受環境濕度和溫度變化的影響，調整時間困難等問題。 PLC使用半導體 集成電路做定時器，時基脈沖由晶體震蕩器發生，精度相當高，且定時時間不受環境的影響定時范圍一般從 。用戶和根據需要在程序中設定定時值，然后用軟件來控制定時時間。 （ 6）設計和施工 使用繼電器控制邏輯完成一項控制工程，其設計、施工、調試必須依次進行，周期長而且修改困難。工程越大著一點就越突出。而用 PLC完成一項控制工程，在系統設計完成以后，現場施工和控制邏輯的設計（包括梯形圖的設計）可以同時進行，周期短，且調試和修改都很方便。 從以上幾個方面的比較可知， PLC 在性能上比繼電器控制邏輯優異 ，特別是可靠性高、通用性強、設計施工周期短、調試修改方便，而且體積小、功耗低、使用維護方便。但是在很小的系統中使用時，價格要高于繼電器系統。 PLC 控制系統的結構 使用 PLC 可以構成多種形式的控制結構，下面介紹幾種常用的 PLC 控制系統。 單機控制系統 單機控制系統是較普通的一種 PLC 控制系統。該系統使用一臺 PLC 控制一個對象，控制系統要求的 I/O 點數和存儲器容量都比較小，沒有 PLC 的通訊問題，采樣條件和執行結構都比較集中，控制系統的構成簡單明了。 如圖 5 所示是一個簡單的單機控制系統，圖 中 PLC 可以選用任何一種類型。在單機控 15 制系統中由于控制對象比較確定，因此系統要完成的功能一般較明確， I/O 點數、存儲器容量等參數的余量適中即可等參數的余量適中即可。 圖 5 簡單的單機控制系統 集中控制系統 集中控制系統用儀態功能強大的 PLC 監視、控制多個設備，形成中央集中式的控制系統。其中，各個設備之間的聯絡，連鎖關系、運行順序等統一由中央 PLC 來完成，如圖 6示 顯然，集中控制系統比單機控制系統經濟的多。但是當其中一個控制對象的控制程序需 要改變時，必須停止運行中央 PLC，其他的控制對象也必須停止運行。當各個控制對象的地理位置距集中控制系統比較遠時，需要大量的電纜線，造成系統成本的增加。為了適應控制系統的改變，采用集中控制系統時，必須注意選擇 I/O 點數和存儲器容量時要留有足夠的余量，以便滿足增加控制對象的要求。 圖 6 集中控制系統 分散控制系統 分散控制系統的構成如圖 7 所示，每一個控制對象設置一臺 PLC，各臺 PLC 可以通過信號傳遞進行內部 連鎖、響應或發令等，或者由上位機通過數據通信總線進行通訊。 P L C 控制對象 A 控制對象 B 控制對象 C P L C 控 制 對 象 16 分散控制系統常用于多臺機械生產線的控制，各個生產線之間有數據連接。由于各個控制對象都由自己的 PLC 進行控制，當其中一個 PLC 停止運行時不需要停止運行其他的 PLC。 隨著 PLC 性能的不斷提高，由 PLC 擔當低層控制任務，通過網絡連接， PLC 與過程控制相結合的分散控制系統將是計算機控制的重要發展方向。 與集中控制系統相比，分散控制系統的可靠性大大加強。具有相同 I/O 點數時，雖然分散控制系統中多用了一臺或幾臺 PLC，導致價格偏高，但是從維護、試運轉或增設控 制對象等方面來看，其靈活性要大的多，總的成本核算是合理的。 圖 7 分散控制系統 PLC 網絡及特點 網絡概述 分散控制系統的控制思想就是集中操作、分散操作。一個實際的工業控制過程中是比較復雜的，一個控制過程可能由多個控制任務完成。這些控制任務既有獨立性，有與其他任務有聯系，而這些相對獨立的任務需要構成一個整體。當控制系統達到一定規模時，分散控制系統解決方案并不理想，因此許多廠家開發了自己的網絡系統。雖然現在對網絡的系統結構 等問題還沒有同意的標準，但是很顯然，網絡控制系統比分散控制系統更能準確的描述現實控制系統，并且控制、改變更加靈活，組態也更容易，能夠實現管控一體化的控制思想。 網絡工廠 隨著低層控制單元 PLC 價格的減低、技術的成熟，以及各種行業的 I/O 標準化，必然會導致網絡工廠的實現成為現實。在工廠里，每臺設備都帶有標準的網絡接口，可以隨時隨地接入網絡，而每臺設備都處于網絡的不同層次中，各個操作控制點可根據不同組態時分配給它的功能發揮不同的作用。 網絡控制系統的特點 上機位 PLC A PLC B PLC C 控制對象 A 控制對象 B 控制對象 C 17 （ 1）對大、中、小控制任務都具有適應性； （ 2）與現存系統有可連接性； （ 3）保證系統有長期的使用價值。 網絡控制系統 PLC 的影響 PLC 網絡控制系統的發展，使 PLC 的應用更加廣泛。許多 PLC 產品都在 PLC 上加上了具有網絡功能的硬件和軟件，因此，組成 PLC 網絡非常方便。 PLC 網絡系統對任何一個站的操作都和使用同 PLC 一樣方便，并且在網絡中任何一個站都可以對其他站的元件及數據乃至程序進行操作。 網絡控制系統的設計 在輔助繼電器（位）、數據繼電器（字）專門開辟一個地址范圍，將其分配個各臺 PLC，使得臺 PLC 可以寫其中一 些元件而其他所有的站都可以讀這些元件，然后再由這些元件去驅動其本身的軟件，以達到通訊的目的。各站主機之間元件狀態信息的交換是由 PLC 系統自己去完成的，不需要用戶管理，這是現在比較通用的設計思想。由于各個 PLC 廠家各自開發自己的網絡通訊系統，采用自己的通行協議和接口，設備的不兼容想限制的 PLC 的進一步發展，為此美國通用汽車公司編制了一個工廠自動化協議（ MAP）。希望各個廠家生產的設備能用一種同意的語言標準進行通訊。 MAP 的體系結構是以估計標準化組織（ ISO）推薦的開發系統互連（ OSI）參考模型為基礎，對參考模 型的每一層都列出了合適于工業應用的特定標準。 訪問控制技術 最常用的訪問控制技術有：查詢、沖突檢測和令牌傳遞。一般查詢和令牌傳遞沒有沖突檢測的速率高，但是可靠性好，最大延遲時間可以控制，控制網絡經常采用這種控制技術；沖突檢測通訊效率較高，速度較快，但各個站點通訊機會不均，在商務網絡中使用較多。 3 系統硬件設計