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产品描述

品牌西门子

景德镇西门子S7-400代理商

一、西门子PLC的工作原理

扫描技术

当西门子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。

(一)输入采样阶段

在输入采样阶段,西门子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。

(二)用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段,西门子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。

(三)输出刷新阶段

当扫描用户程序结束,西门子PLC就进入输出刷新阶段。在此期间,CPU按照I/O影响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,才是西门子PLC真正输出。

一般来说,西门子PLC的扫描周期包括自诊断,通讯等,及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。

二.西门子PLC的I/O响应时间

所谓I/O的响应时间指从西门子PLC的某已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。其短的I/O响应时间与长的I/O响应时间如图所示:

即(n-1)个扫描周期

短I/O响应时间:

长I/O响应时间


 恒压供水系统图

在供水系统的蓄水池中安装水位变送器,在总出水管安装压力变送器和流量变送器,出水位、压力和流量,转换成4~20ma的信号,输入到plc的模拟量输入模块,将检测到的压力信号和通过触摸屏设置的压力经过pid运算,通过控制变频器的输出频率来调整水泵电机的转速,以达到保持水压的恒定;同时通过水位检测,根据水位的高低来开启水源井的多少和调节反渗透系统的产水能力。同时,在触摸屏显示器上可以显示各个电机的电流、频率、水位、水压、工频和变频运行的时间以及各泵的运行状态。系统信息还可以通过企业的intranet网发布到网络上,通过网络进行系统的远程诊断和控制。

三、控制对象

根据永城煤电集团水厂供水系统现场的实时情况,控制水厂现场设备(泵、阀门等)的开、关、停、运行;电磁阀的开启、关闭;各水源井的开启、停止;变频器的启动/停止,以实现水厂恒压供水的自动控制。

四、系统工作原理

该系统具有手动和自动两种运行方式:

4.1 手动运行方式

选择手动运行方式时,根据需要,通过按启动和停止按钮,来控制各水泵。这种方式只在系统出现故障时使用。

4.2自动运行方式

(1) 启动程序

在自动运行时,首先检测5台泵是否有泵出现故障,如果1#泵出现故障,则通过触摸屏在线修改该水泵的状态,把1#泵设为故障状态,则系统启动时,自动不启动1#泵。其次检测蓄水池水位,如果符合要求,1#泵也*,开始启动真空泵抽真空,如果满足要求,则1#泵变频交流接触器吸合,电机和变频器连通,同时打开1#泵的电磁阀,通过检测压力的大小,plc经过pid运算,此时变频器的输出频率从0hz开始上升,如果压力不够,则上升到50hz,延时后,通过软启动器,将1#泵切换到工频,再启动2#泵,依次类推,直到出水压力达到设定压力。

(2) 水泵切换程序

根据流量传感器检测到的流量的大小,如果出水量减少,出水压力过大,则plc控制变频器的输出频率,减少出水量来稳定出水压力。如果变频器的输出频率在20hz,此时plc开始计时,如果出水压力降低,则放弃计时;如果出水压力一直高于设定压力,到一定时间后,则根据先投先停的原则,plc将先关闭正在运行的投入时间较长的泵的电磁阀,再关闭该泵,直到出水压力达到设定值。

(3) 启动小功率泵

对于永城煤电公司居民生活用水来说,其属于用水时段性很强的系统,因此在5台水泵中,1#-4#泵为75kw,5#泵为45kw。因此,当在用水低谷时,一台45kw的小功率泵就足可以保持供水压力,此时,就可以通过变频运行5#小功率泵,使其工作在低频状态,就可以维持供水系统的水压稳定。

(4) 远程控制和故障诊断

该控制系统通过plc的通讯模块cp340向设在局后勤处的上位机发送信息,两者之间通讯采用rs-485方式。当在上位机上发现有故障如蓄水池水位过低时,可以通知多开启水源井和反渗透装置,以提高蓄水池水位,防止因水位过低造成的水泵干抽现象。由于系统的上位机可以进行网络发布,当出现故障,而现场人员无法解决时,通过远程诊断功能,由厂家帮助处理。

五、控制系统硬件配置及软件编程

5.1 硬件配置

(1) plc的配置

可编程控制器采用siemens的s7-300系列cpu-314主机,1个电源模块,2个32位i/o模块,2个16位输出模块,2个12位ad模块,1个12位da模块和一个cp340模块。cp340和上位机之间通过rs-485进行通信。

(2) 触摸屏

触摸屏选用siemens生产的tp270系列,它自身具有丰富的操作系统,可以方面的通过串行通讯与编程器通信,也可以和plc通过mpi网进行通信。通过触摸屏可以实时显示电机电流、管网压力、水位、流量、各水源井工作情况以及各种故障信息;还可以通过触摸屏对plc进行在线控制。

(3) 变频器及控制方式选择

在本系统中,根据冗余设计原则,采用2个三菱专用供水变频器,以在发生故障时相互备用。由plc开关量输出控制变频器的启动/停止。

5.2 软件编程

(1) plc编程

plc从软件配置上有系统程序和用户程序。系统程序装配在cpu模块上随硬件的产品而来。用户程序是编程器编好程序后输入到可编程序控制器的存储模块,程序是采用块式结构形式,共有5种形式:组织块(0b)、程序块(pb)、功能块(fb)、数据块(db)、顺序块(sb)(本系统未用)。因此,在plc软件中使各种功能的程序模块通过主程序有机的结合起来。故plc程序主要解决现场各泵的启动程序、切换程序、启动小功率泵;模拟量的处理;与上位机和触摸屏通信数据的处理功能等。

(2) 上位机程序

上位机使用vb编写通信程序和建立数据库。通信程序发出的命令帧格式要*符合siemens公司plc的rs-485通信协议;对plc发回的响应帧,上位机必须进行拆装、识别,才能正确的分离出交换数据和有用的状态信息。

(3) 触摸屏程序

触摸屏程序主要有主画面、参数设置、供电回路、反渗透、实时曲线、报表统计、故障维护等画面组成

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