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plc应用于物业的可靠供水
关于PLC的物业供水系统设计
摘要:
PLC是ProgrammablelogicController的简称，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程
关键词PLC可编程控制器
目录
第一章概述
PLC的现状和发展趋势
第二章硬件设计
硬件选择
主电路
I/O接线图
I/O地址分配表
第三章软件设计
梯形图
指令表
第四章可靠性研究
第五章感想调试和心得体会
第一章
概述
一.PLC的现状
我国工业企业的自动化程度普遍较低，PLC产品有很大的应用空间，如机械行业80%以上的设备仍采用传统的继电器和接触器进行控制。
因此，PLC在我国的应用潜力远没有得到充分发挥。
我国大中型企业普遍采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制，但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制。
随着竞争的日益加剧，越来越多的小型企业将采用经济、实用的自动化产品对生产过程进行控制，以提高企业的经济效益和竞争实力。
中国加入WTO后越来越多的国际公司把其制造基地转移到中国。
同时，中国的国有企业和民营企业也在利用难得的历史机遇大力发展制造业。
中国正在努力成为世界新的制造业基地。
制造业的控制主要以离散控制为主，PLC是该领域控制系统的首选。
制造企业为提高劳动生产率和产品质量，必然会大量采用PLC，从而为PLC的应用提供广阔的应用前景。
二.PLC的发展趋势
1.功能更强大
原有开关量处理基础上，PLC将进一步增强模拟量处理能力，并不断融合顺序控制、过程控制和运动控制功能。
同时，PLC运算速度、处理能力和存储容量也将不断提高。
大型PLC系统控制基础上，不断增加管控一体化功能。
小型PLC具有顺序控制和逻辑联锁功能，还移植了大中型PLC一些高级功能，如模拟量闭环调节和运动控制等。
2.网络化
是大型PLC小型PLC，网络功能不断增强。
PLC向上可以连接各种管理网，向下可连接各种现场设备。
是小型PLC，要完成单机设备控制，还要对相关设备进行协调，网络交换信息就显十分重要。
为满足现代工厂自动化对PLC系统开放性和互联性要求，北京和利时系统工程股份有限公司（以下简称和利时公司）推出小型一体化PLCHOLLiAS-LEC就有多种联网功能。
HOLLiAS-LECG3设计了与CPU集成一体标准MODBUS协议、专有协议和自由协议串行通讯接口，还可网络接口模块它系统进行互连，接口模块包括自由协议串口、Profibus-DP、Ethernet、evicenet、Lonworks、CAN、FF、Modem、GPRS/GSM等。
3.标准化和开放性
自由组合模块化和标准化硬件，同一厂商产品可以灵活组成满足不同要求控制系统。
同时，PLC将越来越开放，它提供将是一个开放性平台，提供标准化和开放性接口，PLC可以很方便接入其它系统。
另外，越来越多PLC采用标准编程语言。
编程语言国际标准IEC61131-3以前更多被欧美厂商采用，现包括日本厂商内主流PLC厂商都倾向于采用符合IEC61131-3标准编程语言。
4.专业化
不同行业采用PLC时其关注点会有所不同，故其功能需求也会不一样。
，PLC通用功能基础上针对不同行业应用特点开发专业化PLC产品，可以提高产品性能、降低产品成本，可以提高产品易用性和专业化水平，提高产品综合竞争实力。
这种专业化应用体现软件功能上，也体现硬件构成上。
第二章
一.硬件选择
该系统有4台1400转/分、380V、8.4A、功率为5.6KW的电动机,分别拖动4台水泵，其型号为J02-04-4。
合上空气开关后,当交流接触器KM1、KM3、KM5、KM7主触点闭合时,水泵手动频运行;当KM2、KM4、KM6、KM8主触点闭合时,水泵为自动运行。
4个热继电器KH1～KH4分别对4台电动机进行保护,避免电机在过载时可能产生的过热损坏。
2.主电路
三.I/O接线图
4.I/O地址分配表
输入点
对应信号
输出点
对应信号
X0
自动/手动切换
Y0
供水水泵1
X1
手动启动泵1
Y1
供水水泵2
X2
手动停止泵1
Y2
供水水泵3
X3
手动启动泵2
Y3
供水水泵4
X4
手动停止泵2
D0
当前运行的泵数
X5
手动启动泵3
M0
手动泵1运行辅助
X6
手动停止泵3
M1
手动泵2运行辅助
X7
手动启动泵4
M2
手动泵3运行辅助
X10
手动停止泵4
M3
手动泵4运行辅助
X22
自动启动
M5
自动泵5运行辅助
X12
水压正常反馈K2
M6
自动泵6运行辅助
X13
低压开关K1
M7
自动泵7运行辅助
X14
高压开关K3
M8
自动泵7运行辅助
M4
自动运行允许
第三章
1.梯形图
2.指令表
第四章可靠性研究
可编程序控制器是在程序控制器和微机控制的基础上发展起来的微机技术跟继电器常规控制概念相结合的产物，并已成为自动化控制系统的基本装置。
用PLC来控制系统设备，其工作的可靠性要比单纯继电器和接触器控制大大提高。
就三菱的F系列，据称其平均无故障时间已达30万小时。
所以，整个PLC控制系统的可靠性，主要取决于PLC的外围设备，比如输入器件中的行程开关、输出器件中的接触、继电器和电磁阀等。
另外，从软件程序的编制来考虑，如果能编制出一个带有监控的程序，对提高系统的可靠性也有很大好处。
下面就如何提高PLC控制系统的可靠性进行一些探讨。
简述了影响可编程序控制器控制系统可靠性的主要因素，并就可编程序控制器的工作环境、电源的要求、接地和连接线的方式、降级操作设计、控制系统的输入电路和输出电路与可编程序控制的软件程序编制等多个方面，提出了一些可行的方法和措施。
关键词：
可编程序控制器；外围设备；软件程序；可靠性。
可编程序控制器（以下简称PLC）是在程序控制器和微机控制的基础上发展起来的微机技术跟继电器常规控制概念相结合的产物，从广义上讲，PLC是一种计算机系统，比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的输入输出接口，并已成为自动化控制系统的基本装置。
PLC已经广泛应用于机械、冶金、化工、汽车、轻工等行业中，已基本取代了传统的继电器和接触的逻辑控制。
用PLC来控制系统设备，其工作的可靠性要比单纯继电器和接触器控制大大提高。
就PLC本身而言，平均无故障时间一般已可达3万~5万小时：
而三菱的F系统，据称其平均无故障时间已达30万小时。
所以，整个PLC控制系统的可靠性，主要取决于PLC的外围设备，比如输入器件中的行程开关、按钮、接近开关，输出器件中的接触器、继电器和电磁阀等。
另外，从软件程序的编制来考虑，如果能编制出一个带有监控的程序，对提
系统的可靠性也有很大好处。
下面就如何提高PLC控制系统的可靠性进行一些探讨。
一从PLC外围设备来考虑提高PLC的可靠性
PLC是专为工业生产环境而设计的控制设备,当工作环境较为恶劣，如电磁干扰较强，湿度高、电源、输入和输出电路等易受到干扰时，会使控制系统的可靠性受到影响。
1．1工作环境的要求
一般PLC工作的环境温度应在00C-550C的范围，并要避免太阳光直接照射；安装时要远离的热源，保证足够大的散热空间和通风条件；空气的相对湿度应小于85%，不结露，以保证PLC的绝缘良好。
PLC应避免安装在有振动的场所；对振动源允许的条件则应按照产品说明书的要求，安装减振橡胶垫或采取其他防振措施。
空气中有粉尘和有害气体时，应将PLC封闭安装.。
1.2电源的要求
不同的PLC产品,对电源的要求也不同,这里包括电源的电压等级、频率、交流纹波系数和输入输出的供电方式等。
对电磁干扰较强、而对PLC可靠性要求以较高的场合，PLC的供电应与动力供电和控制电路供电分开，必要时，可采用带屏蔽的隔离变压器供电、串联LC滤波电路等。
在设计时，外接的直流电源应采用稳压电源，供电功率应留有20%-30%的余量。
对由控制本身提供的真流电源，应了解它所能提供的最大电流，防止过电流造成设备的损坏。
1.3接地和接线
（1）PLC的良好接地是正常运行的前提,在设计时,PLC的接地应与动力设备的接地分开,采用专用接地;如不能分开接地时,应采用共用接地;绝对禁止采用共通接地方法.如图1所示,接地点应尽可能靠近PLC,接地线的径应大于4mm,接地电阻一般应小于10欧姆
外设备
PLC
外设备
PLC
PLC
外设备
（a）专用接地（b）共用接地（c）共通接地
（2）PLC的接线包括输入线和输出接线。
输入接线的长度不宜过长，一般不大于30m；在线路距离较长时，可采用中间继电器进行信号的转换。
输入接线的COM端与输出接线的COM端不能接在一起。
输入接线与输出接线的电缆应分开设置。
必要时，可在现场分别设置接线箱。
集成电路或晶体管设备的输入信号和输出信号的接线必须采用屏蔽电缆，屏蔽层的接地端应为一点接地，接地点宜在控制器侧。
1.5PLC的I/O电路
（1）由于PLC是通过输入电路接受开关量|、模拟量等输入信号的，因此输入电路的元器件质量的好坏和连接方式直接影响着控制系统的可靠性，比如：
按钮、行程开关等输入开关量的触点接触是否良好、接线是否牢固等。
设备上的机械限位开关是比较容易产生故障的元件，在设计时，应尽量选用可靠性高的接近开关代替机械限位开关。
此外，按钮的常开和常闭触点的选择也会影响到系统的可靠性。
现以一个简单的起动、停止控制线路为例，图2和图3所示的是两个控制线路和它们对应梯形图，这两个控制线路的控制功能完全一样，按下起动按钮，输出动作；按下停止按钮，输出断开；但它们的可靠性不一样，假设输出断开为安全状态，那么图形3的可靠性要比图2的高，这是因为SBI、SB2都有发生故障的可能，而最常见的现象是输入电路开路。
当采用图3电路时，不论SBI、SB2开关本身开路还是接线开路，输出都安全状态，保证了系统的安全和可靠。
X001
X002
X001
X002
图2起，停控制线路图3起，停控制线路
（2）在输入端有感性负荷时,为了防止反冲感应电势损坏模块,在负荷两端并接电容C和电阻R（交流输入信号）,或并接续流二极管D（直流输入信号）.如图表4所示，在采取交流输入方式时，CR的选择要适当才能起到较好的效果。
通过试验装置的测试，当负荷容量在10VA以下，一般0.1微乏+120欧姆;负荷容量在10VA以上时,一般选0.47微乏+47欧姆较适宜.要采取直流输入方式时,经试验得知,二极管的额定电流应选为IA,额定电压要大于电源电压的3倍。
（a）交流输入方式（b）直流输入方式
图4输入端有感性负荷时的方式
（3）在输出端有感性负载时,通过试验得知,若是交流负载场合,应在负载的两端并接CR浪涌吸收器;如交流是100V、200V、电压而功率为400VA左右时，CR浪涌吸收器为0.47UF+47欧姆,如图5所示.CR愈靠近负载,其抗干效果愈好;若是直流负载场合,则在负载的两端并接续流二极管D,如图6所示.二极管也要靠近负载,其反向耐压应是负载电压的4倍.
图5输出端交流感性负载图6输出端直流感性负载
2:
从PLC的软件程序来虑提高控制系统的可靠性
2.1运行状况超时检测
为了提高PLC控制系统工作的可靠性,可以专门设置一个定时器,作为监控程序部分,对系统的运行状态进行检测.若程序运行能正常结束,则该定时器就即被清零,若程序运行发生故障,如出现死循环等,该定时器在设定的时间内就无法清零,此时PLC发出报警信号.在设计应用程序时,使用这种方法来实现对系统各部分运行状态的监控.如果用PLC来控制某一对象时,编制程序时可定义一个定时器来对这一对象的运行状态进行监视,该定时器的设定时间即为这一对象工作所需的最大时间，当启动该对象运行时，同时也启动该定时器，若该对象的运行程序在程序在规定的时间结束工作，发出一个工作完成信号，使该定时器清零，说明这一对象的运行程序正常，否则属运行不正常，发出报警信号或停机信号。
监控程序的梯形如图7所示，图中定时器T1为检测元件，X001为控制对象动作信号，X002为动作完成信号，M2为报警或停机信号。
假设被控对象运行程序完成一次循环需要50s，则定时器K,值可取510（T1为100ms定时器）。
当X001=1时，被控对象运行开始，T1开始计时，如在规定的时间内被控对象的运行程序能正常结束，则X002动作，M1复位，定时器T1被清零，等待下一次循环的开始；若在规定时间没有发出被控对象运行完成的动作信号，则判断为故障，T1的触点闭合，接通M2发出报警信号或停机信号。
2.2逻辑错误检测
在系统正常运行时，可编程序控制器的输入、输出信号和内部信号（如辅助继电器的状态）相互之间存在着确定的关系，如出现异常的逻辑信号，则说明出现了故障。
因此，可以编写一些常见故障的异常逻辑关系，一旦异常逻辑关系为NO状态，就应该按故障处理。
例如某机械运动过程中先后有两个限位开关对应的PLC输入地址分别为X001，X002，在两个信号不会同时为NO状态，如果他们同时为NO状态，就说明至少有一个限位开关被卡死，应该停机处理。
如图（8）梯形图中，这两个限位开关对应的输入继电器的常开触点X001，X002串联，来驱动一个表示限位开关故障的辅助继电器M0，当M0为NO状态时就发出报警信号或停机信号
图（8）逻辑错误检测程序
2.3.降级操作设计
降级操作是指在设计时，将手动操作包括在内的设计，例如，紧急停车的设计，关键设备的开停和再启动功能的设计等。
这样，一旦发生故障，可采用降级的操作，即对部分或全部设备进行手动的开停操作，以避免设备的损坏或对人员的伤害。
此外，在设计中也可考虑从全自动到半自动、直至手动的操作等。
第五章
感想
1.调试
1）、要查接线、核对地址。
要逐点进行，要确保正确无误。
可不带电核对，那就是查线，较麻烦。
也可带电查，加上信号后，看电控系统的动作情况是否符合设计的目的。
2）、检查模拟量输入输出。
看输入输出模块是否正确，工作是否正常。
必要时，还可用标准仪器检查输入输出的精度。
3）、检查与测试指示灯。
控制面板上如有指示灯，应先对应指示灯的显示进行检查。
一方面，查看灯坏了没有，另一方面检查逻辑关系是否正确。
指示灯是反映系统工作的一面镜子，先调好它，将对进一步调试提供方便。
4）、检查手动动作及手动控制逻辑关系。
完成了以上调试，继而可进行手动动作及手动控制逻辑关系调试。
要查看各个手动控制的输出点，是否有相应的输出以及与输出对应的动作，然后再看，各个手动控制是否能够实现。
如有问题，立即解决。
5）、半自动工作。
如系统可自动工作，那先调半自动工作能否实现。
调试时可一步步推进。
直至完成整个控制周期。
哪个步骤或环节出现问题，就着手解决哪个步骤或环节的问题。
6）、自动工作。
在完成半自动调试后，可进一步调试自动工作。
要多观察几个工作循环，以确保系统能正确无误地连续工作。
7）、模拟量调试、参数确定。
以上调试的都是逻辑控制的项目。
这是系统调试时，首先要调通的。
这些调试基本完成后，可着手调试模拟量、脉冲量控制。
最主要的是选定合适控制参数。
一般讲，这个过程是比较长的。
要耐心调，参数也要作多种选择，再从中选出最优者。
有的PLC，它的PID参数可通过自整定获得。
但这个自整定过程，也是需要相当的时间才能完成的。
8）、异常条件检查
完成上述所有调试，整个调试基本也就完成了。
但是好再进行一些异常条件检查。
看看出现异常情况或一些难以避免的非法操作，是否会停机保护或是报警提示。
2.心得体会
通过这次PLC课程设计，让我更加深刻理解了课本的知识，并使我熟悉和掌握了PLC基本指令的使用，掌握了PLC的I/O分配、程序调试等。
1、编写程序首先必须把I/O分配表写好。
弄清楚哪些信号作为输入，哪些信号作为输出，该用什么继电器，还有什么情况下要用定时器/计数器。
2、通过调试找出问题的所在，相应的修改程序。
在编程过程中难免会有不足之处，因此通过调试，再修改程序可以更好实现相应的功能。
例如原来我用PO1、PO2、PO3来控制电机运行的快速、中速、慢速，发现按钮不能自锁，后来通过20.00、20.01、20.02三个中间继电器，并补充了一些程序实现了自锁功能。
PLC控制系统的工作可靠性与多种因素有关,有此客观因素也影响着控制系统的稳定性.通过采取设计正确的硬件线路、选择质量高的元器件、改善工作环境、编制监控程序等措施，可以使PLC控制系统的工作可靠性和稳定性得到很大的提高。
这次设计，提高了我的动手和动脑能力，更让我们体会到了理论与实践相结合的重要性，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。
使我在PLC的基本原理以及编程设计思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步
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机械工业出版社，2006
附录元件清单及使用说明
元件清单如图所示：
元件
备注
水泵
型号：
J02-41-4，4.0KW，1440转/分，380V，8.4A
低压断路器
型号：
DW16
接触器
型号：
CJ20
可编程控制器
型号：
FX2N
指示灯
低压熔断器
使用说明
X0接通时，进入手动状态。
X22断开时执行手动操作，接通时执行自动程序.X1为水泵1接通开关，X2为水泵1关闭开关；X3为水泵2接通开关，X4为水泵2关闭开关；X5为水泵3接通开关，X6为水泵3关闭开关；X7为水泵4接通开关，X10为水泵4关闭开关。
当X22接通，当水压低时X13接通，增加水泵数量；当水压高时X14接通，减少水泵数量；水压正常时X12接通，维持当前水泵数量。
参考文献
（1）廖常初.可编程控制器基础及应用.北京：
机械工业出版社,2003.
（2）三菱公司.FX2系列可编程序控制器使用手册.2001.
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