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PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。如三菱公司的产品有它自己的编程语言，OMRON公司的产品也有它自己的语言。但不管什么型号的PLC，其编程语言都具有以下特点：
1. 图形式指令结构：程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。系统的软件已把工业控制中所需的立运算功能编制成象征图形，用户根据自己的需要把这些图形进行组合，并填入适当的参数。在逻辑运算部分，几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图，很容易接受。如西门子公司还采用控制系统流程图来表示，它沿用二进制逻辑元件图形符号来表达控制关系，很直观易懂。较复杂的算术运算、定时计数等，一般也参照梯形图或逻辑元件图给予表示，虽然象征性不如逻辑运算部分，也受用户欢迎
2. 明确的变量常数：图形符相当于操作码，规定了运算功能，操作数由用户填人，如：K400，T120等。PLC中的变量和常数以及其取值范围有明确规定，由产品型号决定，可查阅产品目录手册。
3. 简化的程序结构：PLC的程序结构通常很简单，典型的为块式结构，不同块完成不同的功能，使程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念。
简化应用软件生成过程：使用汇编语言和语言编写程序，要完成编辑、
1. 编译和连接三个过程，而使用编程语言，只需要编辑一个过程，其余由系统软件自动完成，整个编辑过程都在人机对话下进行的，不要求用户有高深的软件设计能力。
2. 强化调试手段：无论是汇编程序，还是语言程序调试，都是令编辑人员的事，而PLC的程序调试提供了完备的条件，使用编程器，利用PLC和编程器上的按键、显示和内部编辑、调试、监控等，并在软件支持下，诊断和调试操作都很简单。
总之，PLC的编程语言是面向用户的，对使用者不要求具备高深的知识、不需要长时间的专门训练。
PLC的硬件故障较为直观地就能发现，维修的基本方法就是换模块。根据故障指示灯和故障现象判断故障模块是检修的关键，盲目的换会带来不必要的损失。
（1）电源模块故障。
一个工作正常的电源模块，其上面的工作指示灯如“AC”、“24VDC”、“5VDC”、“BATT”等应该是长亮的，哪一个灯的颜色发生了变化或闪烁或熄灭就表示那一部分的电源有问题。“AC”灯表示PLC的交流总电源，“AC”灯不亮时多半无工作电源，整个PLC停止。这时就应该检查电源保险丝是否熔断，换熔丝是应用同规格同型号的保险丝，无同型号的进口熔丝时要用电流相同的快速熔丝代替。如重复烧保险丝说明电路板短路或损坏，换整个电源。“5VDC”、“24VDC”灯熄灭表示无相应的直流电源输出，当电源偏差出正常值5%时指示灯闪烁，此时虽然PLC仍能工作，但应引起重视，必要时停机检修。“BATT”变色灯是后备电源指示灯，正常，黄色电量低，红色故障。黄灯亮时就应该换后备电池，手册规定两到三年换锂电池一次，当红灯亮时表示后备电源系统故障，也需要换整个模块。
（2）I/O模块故障。
输入模块一般由光电耦合电路组成；输出模块根据型号不同有继电输出、晶体管输出、光电输出等。每一点输入输出都有相应的发光二管指示。有输入信号但该点不亮或确定有输出但输出灯不亮时就应该怀疑I/O模块有故障。输入和输出模块有6到24个点，如果只是因为一个点的损坏就换整个模块在经济上不合算。通常的做法是找备用点替代，然后在程序中改相应的地址。但要注意，程序较大是查找具体地址有困难。特别强调的是，无论是换输入模块还是换输出模块，都要在PLC断电的情况下进行，S5带电插拔模块是不允许的。
（3）CPU模块故障。
通用型S5 PLC的CPU模块上往往包括有通信接口、EPROM插槽、运行开关等，故障的隐蔽性大，因为换CPU模块的费用很大，所以对它的故障分析、判断要尤为仔细。
无负压供水系统用于生活用水的二次增压。所谓为无负压是指在水泵工作时对**管网的给水压力不产生压降，这就需要真空抑制技术、稳流补偿技术、预压平衡补偿技术、能量储存释放技术、变频调速技术和智能控制技术等多种技术共同作用来实现。智能控制器目前有基于单片机的控制器和基于PLC的智能控制器。PLC以其灵活和的特点越来越多地应用在无负压供水系统中。和利时公司的LM系列PLC以其强大的数据处理能力、优化的PID技术以及无负压供水系统标准的应用程序，在无负压供水设备中越来越多的应用。
关键词：无负压供水；和利时LM系列PLC；控制系统标准程序
1 引言
无负压供水是在变频恒压供水的基础上发展起来的，它的之处在于将系统直接与自来水管网串联对接，而不用建立水池和设置水箱，供给用户的水在一个密封的环境中，避免了饮用水在供水过程中的二次污染。这种供水方式实现了无池供水与变频恒压供水的结合，能够达到比其它供水方式环保节能的效果。此外在供水过程中，充分利用自来水原有的压力，因此可节电50%以上。不仅如此，无负压供水系统结合真空抑制、稳流补偿、预压平衡补偿、能量储存释放、变频调速和智能控制等技术，在供水的同时不，会对**管网产生压降，从而保证了**管网的正常运行。
2 无负压供水工艺概述
无负压供水控制系统的概念就是通过变频器控制水泵的运行频率，达到节能供水的效果，同时系统还加入了**管网保护功能、水泵保护功能以及故障处理等功能。为了节约成本，目前人们大多采用一个变频器控制多个水泵的变频运行方式，也就是我们常说的一拖二、一拖三或一拖四等控制系统。采用这种方式，变频器轮流控制各个水泵变频运行。
水泵的运行方式有两种，一种是变频运行，一种是工频运行。水泵的运行方式由控制器根据用户用水量的多少自动控制。系统启动后，水泵变频运行，当用水量增加时，变频水泵转换为工频运行，并启动下一台水泵变频运行。用水量减少后，工频水泵退出运行，水泵的投切过程如此循环反复。
在用水量很少，或没有用水时，为了节能与延长水泵的使用寿命，水泵还可以进入休眠状态。当用水量增加时，水泵会自动从休眠状态中被唤醒。当一台水泵长时间运行时，为了使各个水泵均衡运行，系统会自动选择运行时间短的水泵运行。当有水泵出现故障时，系统会自动跳过该水泵，不会影响其他水泵的投切过程。
3 无负压供水控制系统结构设计
在传统的无负压供水设备中，控制器大多采用单片机设计，这种控制器一般都不允许用户对其内部的程序进行修改。如果想增加一些功能，则找控制器的供应商帮助完成。这就导致了系统的灵活性较差，而且这种控制器一般都没有经过性测试，在性方面可能存在或多或少的问题。
采用PLC作为控制单元，在性上得到了保证，其开放的编程环境也使系统开发和维护加方便。不仅如此，和利时还为无负压供水设备提供了标准的例程，用户可以直接使用这个例程搭建无负压供水控制系统，或者可以根据需要对例程进行简单的修改，这样大大提高了系统的建立效率以及系统的开放性。
本次设计针对1拖3无负压供水控制系统。系统主要由PLC、变频器、离心泵、压力传感器、水位传感器、缺相保护器、故障报等组成。PLC负责三个水泵的投切控制算法，根据管网出口的设定压力动态调节变频器的输出频率，以及实现倒泵、休眠、故障处理、无负压补偿等功能。本系统采用和利时LM系列PLC作为系统控制器，并且通过LM系列PLC自带的RS232接口连接现场的触摸屏HT6720T，触摸屏程序具有系统参数设置、显示系统运行状态、查询系统报警等功能。为了便于用户查询控制系统的运行状况以及设置出口压力等参数，这里还用LM系列PLC自带的RS485接口连接了一个短信数传模块，用户可以通过手机随时查询水泵的运行状况以及设定管网的出口压力
5 系统的特点
基于LM系列PLC的无负压供水系统具有如下特点：
性
性是无负压供水系统的关键。与传统的单片机控制器相比，LM系列PLC在稳定性、抗干扰性以及恶劣条件下的工作性能都要胜一筹。LM系列PLC的输入和输出点都是与现场隔离的，这为系统的提供了硬件基础。系统所提供的增量PID运算功能块使系统能够根据用户的用水量调节给水泵的工作频率，使给水压力以较快的速度稳定在设定值，这也在功能上保证了系统的稳定运行。
易用性
LM系列PLC体积小、集成化程度高、运算速度快、逻辑控制容量大，还可以进行在线调试和离线调试，有强大的视图功能，可以大大降低编程调试的工作量，缩短调试的周期。灵活的编程功能，可以给未来的系统升级带来大方便。系统采用7英寸TFT触摸屏，整个系统的运行状况一目了然，各项控制参数也可以根据不同工况进行调整，并可以生成实时报警与历史报警列表。同时，还利用LM系列PLC自带的RS485接口连接短信数传模块，用户可以直接通过手机随时查询系统的运行工况，并可以进行管网出口压力等参数的设置。
功能性
本系统是在LM系列PLC的无负压供水标准程序的基础上建立的，实现的功能包括了水泵的自动投切功能、休眠倒泵功能、水泵级判断功能、优化的故障处理功能、多时段设定功能、低水位自动保护功能、无负压功能、短信通讯功能以及PLC锁定功能等。整个系统的搭建过程几乎没有对标准程序进行修改，在实现了强大功能的基础上，方便快速地完成了控制系统的搭建。
0 引言
三相鼠笼式异步电动机存在启动电流大、启动转矩不大的缺点，只能用于空载或轻载启动。三相绕线式异步电动机可以通过滑环在转子绕组回路串入适当的电阻来限制启动电流，增大启动转矩。因此，重载启动要求启动转矩大的设备如桥式起重机、卷扬机、龙门吊车等生产机械常使用三相绕线式异步电动机。对启动控制频繁，启动转矩要求大的场所，一般采用三相绕线式异步电动机转子绕组串电阻启动控制系统。
传统的三相绕线式异步电动机转子绕组串电阻启动继电接触器控制系统存在以下缺点：继电接触器属硬器件，控制电路接线繁杂，元器件和接点多，触点易磨损，故障，控制功能改变不方便，通用性差，性低。PLC控制系统能在一般高温、振动、冲击和粉尘恶劣环境中稳定有效地工作。采用PLC控制技术，系统体积小，故障率低，硬接线少维修方便，控制，性高，抗干扰性强，可以有效提高设备生产效率，延长设备使用周期。
1 继电接触器控制电路分析
图1为三相绕线式异步电动机转子串电阻启动控制电路图。为了限制启动电流，该电路用3个时间继电器KT1、KT2、KT3分别控制3个接触器KM1、KM2、KM3按顺序依次吸合，自动切除转子绕组中的电阻。启动时，合上电源开关QS，按下按钮SB1，接触器KM吸合，串入全部电阻（R1+R2+R3）启动；在启动3s后，接触器KM1主触头闭合，切除组电阻R1，剩下电阻（R2+R3）；经过1s后，接触器KM2主触头闭合，切除二组电阻R2，剩下电阻R3；再过1s后，接触器KM3主触头闭合，切除三组电阻R3，转子串接电阻全部切除，电动机M启动完毕，正常工作。
KM1、KM2和KM3 3个常闭辅助触头与启动按钮SB1串接的作用是保电动机在转子绕组中接入全部启动电阻的条件下才能启动，如果接触器KM1、KM2、KM3中任何一个触头因熔焊或机械故障没有释放恢复闭合时，电动机M就不能接通电源直接启动。
2 PLC的选型、I/O分配和输入输出接线图
2．1 PLC的I/O地址分配
采用PLC改造三相绕线式异步电动机转子串电阻启动继电接触器控制系统，PLC的输入信号主要有2个：启动按钮SB1和停止按钮SB2。输出信号主要有4个：主接触器KM控制三相绕线式电动机M接通三相电源运行，接触器KM1用于控制组电阻R1的切除，接触器KM2用于控制二组电阻R2的切除，接触器KM3用于控制三组电阻R3的切除。3个时间继电器功能可以用PLC内部定时器实现。根据控制要求，对PLC的输入量、输出量进行分配，PLC的I/O地址分配情况如表1所示。
表1 I/O地址分配表
2．2 PLC的选型
对三相绕线式异步电动机转子串电阻启动继电接触器控制进行PLC控制改造，输入元件为2个，输出元件4个，可选择采用日本三菱公司FX系列FX2N-16MR型号的PLC，I/O总数为16，每条指令的执行时间为12μs。输入点数为8个，对应的输入继电器地址编号为X000~X007；输出点数为8个，对应的地址编号为Y000~Y007；定时器200点100ms，T0-T199。
2．3 PLC的输入输出接线图
图2所示为三相绕线式异步电动机转子串电阻启动PLC控制输入输出接线图。3 设计PLC控制程序
3．1 PLC梯形图
用PLC改造三相绕线式异步电动机转子串电阻启动继电接触器控制系统，根据原有的继电接触器电路图来设计梯形图是一条简便实用的办法。原有的绕线式异步电动机转子串电阻启动继电接触器控制电路经过长期使用和考验，已经证明能完成系统要求的各种功能。继电接触器控制电路图和PLC程序控制梯形图有许多相似的地方，按照梯形图语言设计规定和对应关系可以将继电接触器电路图方便地“翻译”成梯形图控制程序，用PLC的外部硬接线和梯形图软件来实现继电接触器电路图的控制功能。
图3所示三相绕线式异步电动机转子串电阻启动控制PLC梯形图使用的是内部继电器、定时器等，都是由软件来实现的，使用方便，修改灵活，是原继电接触器控制线路硬接线无法比拟的。3.3 工作过程分析
（1）启动：按启动按钮SB1，输入继电器X001接通动合触点闭合，输出继电器Y000接通，接触器KM线圈得电，主触头闭合接通三相电源，绕线式异步电动机转子串电阻（R1+R2+R3）启动，同时定时器T1线圈得电,开始延时,时间设定为3s。
（2）3s后，定时器T1常开触点闭合,输出继电器Y001接通，接触器KM1吸合，主触头闭合，切除组电阻R1，电动机串接（R2+R3）电阻继承启动，同时定时器线圈T2得电,时间设定为1s。
（3）1s后，定时器T2常开触点闭合,输出继电器Y002接通，接触器KM2吸合，主触头闭合，切除二组电阻R2，电动机串接R3电阻继承启动，同时定时器线圈T3得电,时间设定为1s。
（4）1s后，定时器T3常开触点闭合,输出继电器Y003接通，接触器KM3吸合，主触头闭合，切除三组电阻R3，同时Y003常闭触头断开，定时器线圈T1、T2、T3和输出继电器Y1、Y2失电。累计启动5s，三相绕线式异步电动机转子所串3组电阻全部切除，电动机M结束启动状态，进入正常运行状态。
（5）停车：按停止按钮SB2，输出继电器Y000失电，接触器KM失电，主触头断开，电动机作自由停车运行。输出继电器线圈Y000失电，常开触点Y000复位，输出继电器Y003失电，常开触点Y003复位，3组电阻（R1+R2+R3）恢复与三相绕线式异步电动机转子串接，为下次启动做好准备。
（6）过载保护：当电动机过载时，热过载保护继电器FR的动断触点断开，接触器KM、KM1、KM2、KM3均断电，电动机M也停车。
（7）把输出继电器Y001、Y002和Y003 3个常闭触点与输入继电器X001常开触点串联，如果输出继电器Y001、Y002和Y003线圈得电，接触器KM1、KM2、KM3中任何一个触头没有释放恢复闭合时，按下启动按钮SB1，输出继电器Y000和接触器KM线圈不能得电，KM主触头不能闭合，电动机M就不能接通电源直接启动，保证了三相绕线式电动机只有在转子绕组中接入全部启动电阻（R1+R2+R3）的条件下才能启动。
4 结语
采用三菱FX2N-16MR型PLC改造三相绕线式异步电动机转子串电阻启动继电接触器控制系统，用通用指令编写控制程序，程序清晰，直观易懂，调试简捷方便。实践明，改造后的PLC控制系统达到实际启动控制要求，抗干扰性强，设备运行，稳定性高，降低了控制系统故障率，提高了设备使用运行效率。
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