基于PLC控制的大楼物业供水系统

基于PLC控制的大楼物业供水系统设计 10届毕业生毕业设计成果

下图2-1所示：

负载按钮触点限位开关电源外部输入输入部分 内部控制电路输出部分外部负载

图2-1 PLC的等效工作电路

1.输入部分

这部分的作用是接受被控设备的信息或操作0命令等外部输入信息。输入接线端是PLC与外部的开关、按钮、传感器转换信号等连接的端口。每个端子可等效为一个内部继电器线圈，线圈号即输入接点号，这个线圈由接收到的输入端的外部信号来驱动，其驱动电源可由PLC的电源部件提供(如直流24V)，也可由独立的交流电源(如交流110V)供给。每个输入继电器可以有无穷多个内部触点(动合、动断形式均可)，供设计PLC的内部控制电路(即编制PLC控制程序)时使用。 2.内部控制电路

这部分的作用是运算和处理由输入部分得到的信息，并判断应产生哪些输出。内部控制电路实际上也就是用户根据控制要求编制的程序。PLC程序一般用梯形图形式表示。而梯形图是从继电器控制的电气原理图演变而来的，PIC程序中的动合、动断触点、线圈等概念均与继电器控制电路相同。

在PLC内部还设有定时器、计数器、移位器、保持器、内部辅助继电器等，继电器控制系统没有的器件，它们的线圈及动合、动断触点只能在PLC内部控制电路中使用，而不能与外部电路相连。

3.输出部分

这部分的作用是驱动外部负载。在PLC内部，有若干能与外部设备直接相连的输出继电器(有继电器、双向硅、晶体管三种形式)，它也有无限个软件实现的动合、动断触点，可在PLC内部控制电路中使用；但对应每一个输出端只有一个硬件的动合触点与之相连，用以驱动需要操作的外部负载；外部负载的驱动电源接在输出公共端(COM)上。

总之，在使用PLC时，可以把输入端等效为一个继电器线圈，其相应的继电器接点(动合或动断)可在内部控制电路中使用，而输出端又以等效为内部输出继电器的一个动合触点，驱

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动外部设备。

二．PLC的工作过程

PLC一般采用循环扫描方式工作。当PLC加电后，首先进行初始化处理，包括清除I／O及内部辅助继电器、复位所有定时器、检查I/O单元的连接等。开始运行之后，串行地执行存贮器中的程序，这个过程可以分为如下四个阶段：

1.公共处理阶段

这部分在每次循环开始都要被执行，包括复位系统定时器、检查程序存贮器、检查I／O总线、检查扫描时间等。如出现异常情况，则通过自诊断给出故障信号，或自行进行相应的处理，这将有助于及时发现或提前预报系统的故障，提高系统的可靠性。这部分时间是固定的，对P型机来说，为1.26ms。 2.执行外围设备命令阶段

当有简易编程器、图形编程器、打印机等外部设备与PLC相连时，则PLC在每次循环时，都将执行来自外部设备的命令。 3.程序执行阶段

在这个阶段，CPU将指令逐条调出并执行，即按程序对所有的数据(输入和输出的状态)进行处理，包括逻辑、算术运算，再将结果送到输出状态寄存器。

4.输入、输出更新阶段

PLC的CPU在每个扫描周期进行一次输入来进行输出更新。CPU对各个输入端进行扫描，并将输入端的状态送到输入状态寄存器中；同时，把输出状态寄存器的状态通过输出部件转换成外部设备能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备。这种对输入、输出状态的集中处理过程，称为批处理，这是PLC工作的特点。

三．PLC的扫描时间

PLC完成一个扫描周期所需要的时间，称为扫描周期时间，简称扫描时间。扫描时间地长短取决于系统的配置、I／O通道数、程序中使用的指令及外围设备的连接等，循环中每个阶段所需的时间加在一起就是扫描时间。各部分时间计算如下： 1.公共处理时间t1。对P型机来说，这部分时间是固定的，即： tl＝1.26ms

(2.1)

2.输入，输出更新时间t2。因为PLC的输入通道数一般来说总是大于输出通道数，因此，在计算这部分时间时，可以输入通道数为准，即认为在输入更新时间内，输出一定会更新完毕。这部分时间可按下式计算：

t2＝0.29 + 0.07N(ms)

(2.2)

其中N为输入通道数减1。需要注意的是，若输出通道数大于输入通道数，则N应取输出通道数减1。

3.程序执行时间t3。这部分时间取决于在用户程序中使用的指令的类型和条数。把程序中使用的所有指今的执行时间加在一起，就等于t3。

4.执行外设命令所需时间t4。当有外部设备与PLC相连时，其处理时间可按下述方法确定。首先，把上面算出的三个时间相加，再乘以0.05，即：

t4＝(t1 + t2 + t3)×0.05

(2.3)

当t4＜1时，则t4＝1ms；当t4＞1时，则以0.5ms为单位，进行四舍五入。例如，当t4=1.65ms时，则t4＝1.5ms；若T4＝1.8ms时，则取t4＝2ms。 注意：当没有外设与PLC相连时t4＝0ms。

将上面四部分时间算出后相加，即为扫描时间T，即 T＝t1 + t2 + t3 + t4

(2.4)

在PLC内部，系统定时器（俗称“看门狗”）一般在上电时设为130ms，当扫描时间超过130ms

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时，CPU将停止工作。但是，既使扫描时间没有超过130ms，也可能对系统操作产生不良影响；扫描时间大于10ms时，高速定时器TIMH会出现故障；当扫描时间超过100ms时，普通定时器及0.1时钟脉冲发生器将会出错，并且报警。 四．PLC的I/O响应时间

用PLC设计一个控制系统时．必须知道有了一个输入信号后PLC经过多长时间才能有一个对应的输出信号，否则，就不能正确并精确地解决系统各部件之间的配合问题。从PLC的工作过程可知当PLC工作在程序执行阶段时，既使输入状态发生变化，即输入状态寄存器的内容发生变化，CPU执行的输入信号也不会变化，而要到下—个周期的输入、输出更新阶段，才能有效。同理，暂存在输出状态寄存器中的输出信号，也要等到下—个扫描周期的输入、输出更新阶段，才能集中输出给输出部件。从PLC收到一个输入信号到PLC向输出端输出一个控制信号所需的时间，就是PLC的I／O响应时间。响应时间是可变的，例如，在一个扫描周期的I／O更新阶段开始前瞬间收到一个输入信号，则在本周期内该信号就起作用了，这个响应时间最短，它是输入延迟时间、—个扫描周期时间、输出延迟时间三者之和，如图2-2所示：

数据输入/输出扫描时间扫描时间指令执行输入输入ON响应时间指令执行CPU读输入信号输出最小I/O响应时间输入ON响应时间图2-2 PLC的I/O响应时间(a)

数据输入/输出扫描时间扫描时间指令执行输入输入ON响应时间指令执行CPU读输入信号输入ON响应时间输出最大I/O响应时间11

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图2-3 PLC的I/O响应时间(b)

如果在一个扫描周期的I／O更新阶段刚过就收到一个输入信号，则该信号在本周期内不能起作用，必须等到下一个扫描周期才能起作用，这时响应时间最长，它等于输入延迟时间、二个扫描周期时间与输出延迟时间三者之和，见图2-3。

第3章 供水系统的硬件设计

3.1 系统主要构成及配置选型

3.1.1 系统的构成

控制 面板 P L C 切 换逻辑 1 2 3 4 用户管网 压力传感器

图3-1 系统结构图

如图3-1所示，整个系统由四台水泵，一台PLC和一个压力传感器及若干辅助部件构成。四台水泵中每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，四台泵协调工作以满足供水需要；供水系统中检测管路压力的压力传感器，一般采用电阻式传感器(反馈0～5V电压信号)或压力变送器(反馈4～20mA电流)。

从系统结构图，我们可以看供水系统由执行机构、信号检测、控制系统、人机界面、以及报警装置等部分组成。 一．执行机构

执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入用户管网。 二．信号检测

在系统控制过程中，需要检测的信号包括自来水出水水压信号和报警信号: 1.水压信号:它反映的是用户管网的水压值，它是供水控制的主要反馈信号。

2.报警信号:它反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载等。该信号为开关量信号。

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