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抽象的
PLC技術(shù)“編程控制系統(tǒng)”是當(dāng)今工廠和工業(yè)中一種非常有趣且至關(guān)重要的現(xiàn)代自動(dòng)化類(lèi)型。由于這項(xiàng)技術(shù)在幾十年前就出現(xiàn)了，但它仍然是世界上最常用和最實(shí)用的控制系統(tǒng)之一。
SCADA“監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集”是一種控制系統(tǒng)架構(gòu)，包括計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信和圖形用戶界面，用于對(duì)機(jī)器和過(guò)程進(jìn)行高級(jí)監(jiān)督。
如今，幾乎所有簡(jiǎn)單和復(fù)雜的行業(yè)都有這些類(lèi)型的自動(dòng)化，任何工廠的兩個(gè)主要部分是這里使用PLC實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)和這里由基于計(jì)算機(jī)的SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)的監(jiān)控或操作部分。
我們可以將此項(xiàng)目應(yīng)用于任何水處理廠，它是基于其傳感器類(lèi)型的原型，但如果使用工業(yè)傳感器，我們可以控制大規(guī)模的水過(guò)濾或處理廠。
該項(xiàng)目設(shè)計(jì)為三層，第一層是控制層，傳感器收集所有物理數(shù)據(jù)，如液位和溫度，并將它們組合在一起并通過(guò)工業(yè)協(xié)議發(fā)送到 PLC，第二層是數(shù)據(jù)處理和執(zhí)行的控制層。 PLC 內(nèi)部的邏輯 所有根據(jù)IEC 61131-3 編寫(xiě)的邏輯和監(jiān)管層都是通過(guò)使用工業(yè)協(xié)議和SCADA 系統(tǒng)來(lái)完成的，以將數(shù)據(jù)顯示給遠(yuǎn)程控制站中的操作員。
該項(xiàng)目是對(duì)大型實(shí)際工業(yè)項(xiàng)目的模仿，我們可以使用此設(shè)計(jì)來(lái)配置和操作甚至維護(hù)和排除大型項(xiàng)目的故障。想要從事這個(gè)項(xiàng)目的學(xué)生將收集到足夠的知識(shí)，在他的真實(shí)工程生活中成為一名優(yōu)秀的工程師。
縮寫(xiě)
- PLC可編程邏輯控制器
- IDE 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境
- USB 通用串行總線
- SCADA 監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集
- K1 泵 1 繼電器
- K2 泵 2 繼電器
- L1-L2 超聲波液位傳感器 1 和 2
- LPS 低壓開(kāi)關(guān)
- 肌電圖緊急
- RS485 是定義用于串行通信系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器和接收器的電氣特性的標(biāo)準(zhǔn)。
- HMI人機(jī)界面
- Modbus Modicon（現(xiàn)為施耐德電氣）總線
- RTU 遠(yuǎn)程終端單元
- TIA Portal 全集成自動(dòng)化
- LCD 液晶顯示器
- ACK 確認(rèn)
- TT 溫度變送器
- NO-NC 常開(kāi) – 常閉
介紹
可編程邏輯控制器 (PLC) 或可編程控制器是一種工業(yè)計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)加固和調(diào)整，可用于控制制造過(guò)程，例如裝配線、機(jī)器、機(jī)器人設(shè)備或任何需要高可靠性、易于編程和過(guò)程故障診斷的活動(dòng). 迪克莫利被認(rèn)為是 PLC 之父，因?yàn)樗?1968 年為通用汽車(chē)公司發(fā)明了第一臺(tái) PLC，即 Modicon084。
PLC 的范圍從具有數(shù)十個(gè)輸入和輸出 (I/O) 的小型模塊化設(shè)備，與處理器集成在一個(gè)外殼中，到具有數(shù)千個(gè) I/O 的大型機(jī)架式模塊化設(shè)備，這些設(shè)備通常與其他 PLC 和 SCADA 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。
問(wèn)題陳述
當(dāng)今行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的高度提高需要具有競(jìng)爭(zhēng)力價(jià)格的高質(zhì)量和最穩(wěn)定的產(chǎn)品。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，許多行業(yè)都在考慮各種新產(chǎn)品設(shè)計(jì)和集成制造技術(shù)，同時(shí)使用自動(dòng)化設(shè)備。
獲得上述挑戰(zhàn)的解決方案的顯著且有影響力的舉措之一是工業(yè)自動(dòng)化。工業(yè)自動(dòng)化有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性和生產(chǎn)率，同時(shí)通過(guò)采用新的、創(chuàng)新的和集成的技術(shù)和服務(wù)來(lái)降低生產(chǎn)和設(shè)計(jì)成本。
自動(dòng)化更進(jìn)一步的機(jī)械化，使用特定的機(jī)械機(jī)制輔助人類(lèi)操作員執(zhí)行任務(wù)。機(jī)械化是使用取決于人類(lèi)決策的動(dòng)力機(jī)械手動(dòng)操作任務(wù)。
另一方面，自動(dòng)化通過(guò)使用邏輯編程命令和強(qiáng)大的機(jī)器取代了人類(lèi)的參與
工業(yè)自動(dòng)化是用計(jì)算機(jī)和機(jī)器代替人類(lèi)思維。自動(dòng)化一詞的含義是“自我指示”或“一種機(jī)制自行移動(dòng)”，源自希臘詞 Auto 和 Matos，其中 auto 表示自我，而 Matos 表示移動(dòng)。
簡(jiǎn)而言之，工業(yè)自動(dòng)化可以定義為使用成套技術(shù)和自動(dòng)控制裝置，實(shí)現(xiàn)工業(yè)過(guò)程的自動(dòng)運(yùn)行和控制，無(wú)需大量人為干預(yù)，并獲得優(yōu)于手動(dòng)控制的性能。這些自動(dòng)化設(shè)備包括PLC、PC、PAC等，技術(shù)包括各種工業(yè)通信系統(tǒng)。
客觀的
集中式水處理廠基于混凝、絮凝和消毒過(guò)程，被發(fā)現(xiàn)在處理大量水時(shí)最具成本效益。然而，它們需要大量的基礎(chǔ)設(shè)施成本，這在發(fā)展中國(guó)家的農(nóng)村地區(qū)難以籌集，并且通常使用政府資金進(jìn)行安裝。因此，集中處理只存在于發(fā)展中國(guó)家的大都市，主要惠及城市人口。水到集中處理廠和從處理廠到個(gè)別家庭的運(yùn)輸成本是另一項(xiàng)主要費(fèi)用，將其收益限制在遠(yuǎn)離處理廠的地區(qū)。
因此，集中處理廠一般安裝在淡水資源（河流湖泊）附近，使生活在這些水體附近的人們受益。
項(xiàng)目意義
WaterTreatment Plants 處理來(lái)自不同水體的水并對(duì)其進(jìn)行凈化，使其適合飲用以及其他日常活動(dòng)。水處理廠從水中去除化學(xué)物質(zhì)、顆粒物、有機(jī)物以及其他雜物并處理水，從而產(chǎn)生可用于烹飪、清潔等的清潔飲用水。水處理廠從事凈化水并使其適用人類(lèi)消費(fèi)確保防止任何短期或長(zhǎng)期的健康風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槲廴镜乃牟焕绊憽?/font>
項(xiàng)目范圍
該項(xiàng)目的主要目標(biāo)是使用 PLC 和 SCADA 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)學(xué)生出勤率。該項(xiàng)目將涵蓋四個(gè)范圍。首先是設(shè)計(jì)和實(shí)施水處理廠的理念，專(zhuān)門(mén)做布線和修復(fù)設(shè)計(jì)的故障，其次是習(xí)慣梯形圖編程等PLC邏輯，第三是了解如何使用Modbus等工業(yè)協(xié)議，最后設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)將所有這些方面結(jié)合在一個(gè)屏幕中的 SCADA 系統(tǒng)。
理論框架：
XG5000 Ls PLC軟件：
LS Industrial Systems (LSIS) 是韓國(guó)領(lǐng)先的 PLC 制造商。用PLC系列分為許多不同的段。從緊湊型PLC到模塊化PLC，LS IS越來(lái)越多地出現(xiàn)在工業(yè)化市場(chǎng)。
今天plc247.com想和大家分享一下XG5000軟件，用于對(duì)一些LS PLC進(jìn)行編程，包括：
+ XGT：XGK CPUU、XGK CPUH、XGK CPUA、XGK CPUS、XGK CPUE、XGI 系列、XGR 系列。
+ XGB、XGT 系列：XBM、XBC、XEC。
2. TIA Portal(WinCC) SCADA軟件：
借助全集成自動(dòng)化門(mén)戶 (TIA Portal)，您不僅可以集成基本軟件（SIMATICSTEP 7、SIMATIC WinCC、SINAMICS Startdrive、SIMOCODE ES 和 SIMOTIONSCOUT TIA），而且還可以通過(guò)諸如 TIA Portal Multiuser Engineering 和通過(guò)單一界面使用 SIMATIC Energy Suite 進(jìn)行能源管理。這就是使 TIA Portal 不僅僅是一個(gè)工程框架的原因。
3. Modbus MasterData 掃描儀：
ModScan是一個(gè)作為 modbus 主機(jī)運(yùn)行的 Windows 應(yīng)用程序。它允許您使用 RTU 或 ASCII 傳輸模式訪問(wèn)和更改連接的從設(shè)備中的數(shù)據(jù)點(diǎn)。ModScan 非常適合對(duì) modbus 協(xié)議進(jìn)行快速簡(jiǎn)便的一致性測(cè)試，其內(nèi)置的串行流量顯示允許有效地排除現(xiàn)場(chǎng)連接故障。
4. Arduino IDE：
開(kāi)源的 Arduino 軟件 (IDE) 可以輕松編寫(xiě)代碼并將其上傳到開(kāi)發(fā)板。該軟件可與任何 Arduino 板一起使用。
有關(guān)安裝說(shuō)明，請(qǐng)參閱入門(mén)頁(yè)面。
源代碼
Arduino 軟件的積極開(kāi)發(fā)由 GitHub托管。請(qǐng)參閱構(gòu)建代碼的說(shuō)明。最新發(fā)布的源代碼檔案可在此處獲得。這些檔案是 PGP 簽名的，因此可以使用這個(gè)gpgkey 對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。
2.2 實(shí)用框架
1.阿杜諾：
是一個(gè)用于構(gòu)建電子項(xiàng)目的開(kāi)源平臺(tái)。Arduino 由一個(gè)物理可編程電路板（通常稱(chēng)為微控制器）和一個(gè)軟件組成，或在您的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的 IDE（集成開(kāi)發(fā)環(huán)境），用于將計(jì)算機(jī)代碼寫(xiě)入和上傳到物理板。Arduino 平臺(tái)在剛開(kāi)始接觸電子產(chǎn)品的人們中非常受歡迎，并且有充分的理由與大多數(shù)以前的可編程電路板不同，Arduino 不需要單獨(dú)的硬件（稱(chēng)為編程器）來(lái)將新代碼加載到板上 - 你可以只需使用 USB 電纜。此外，Arduino IDE 使用 C++ 的簡(jiǎn)化版本，更易于學(xué)習(xí)編程。最后，Arduino 提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的外形尺寸，將微控制器的功能分解為更易于訪問(wèn)的封裝 (1)。
Uno 是 Arduino 家族中比較受歡迎的板子之一，也是初學(xué)者的絕佳選擇。我們將在本教程后面討論它的內(nèi)容以及它可以做什么。
1)超聲波傳感器 HC-SR04
UltrasonicSensor HC-SR04 是一款可以測(cè)量距離的傳感器。它會(huì)發(fā)射 40 000 Hz (40kHz) 的超聲波，該超聲波在空氣中傳播，如果其路徑上有物體或障礙物，它將反彈回模塊。考慮到傳播時(shí)間和聲音的速度，您可以計(jì)算距離。
HC-SR04 的配置引腳為 VCC(1)、TRIG (2)、ECHO (3) 和 GND (4)。VCC 的電源電壓為 +5V，您可以將 TRIG 和 ECHO 引腳連接到 Arduino 板上的任何數(shù)字 I/O。
2)液晶顯示器 (LCD)
液晶庫(kù)允許您控制與 Hitachi HD44780 驅(qū)動(dòng)程序兼容的 LCD 顯示器。那里有很多，你通?？梢酝ㄟ^(guò) 16 針接口告訴他們。
在 16x2 LCD 上輸出草圖
LCD 具有并行接口，這意味著微控制器必須同時(shí)操作多個(gè)接口引腳來(lái)控制顯示器。該接口由以下引腳組成：
一個(gè)寄存器選擇 (RS) 引腳，用于控制您在 LCD 內(nèi)存中寫(xiě)入數(shù)據(jù)的位置。您可以選擇保存屏幕內(nèi)容的數(shù)據(jù)寄存器或指令寄存器，這是 LCD 控制器查找下一步操作指令的地方。
一個(gè)讀取/寫(xiě)入（R/W）引腳，用于選擇讀取模式或?qū)懭肽Ｊ?/font>
啟用寫(xiě)入寄存器的Enablepin
8個(gè)數(shù)據(jù)引腳 (D0 -D7) 。這些引腳的狀態(tài)（高或低）是您在寫(xiě)入時(shí)寫(xiě)入寄存器的位，或者是您在讀取時(shí)讀取的值。
還有一個(gè)顯示對(duì)比度引腳（Vo）、電源引腳（+5V 和 GND）和LEDBacklight（Bklt+ 和 BKlt-）引腳，可用于為 LCD 供電、控制顯示對(duì)比度以及打開(kāi)和關(guān)閉 LED 背光，分別。
3) MAX485 TTLRS485
RS-485 是一種異步串行通信協(xié)議，因?yàn)闆](méi)有與數(shù)據(jù)一起傳輸?shù)耐綍r(shí)鐘信號(hào)。RS-485 使用差分信號(hào)將二進(jìn)制數(shù)據(jù)從一個(gè)設(shè)備傳輸?shù)搅硪粋€(gè)設(shè)備。差分信號(hào)通過(guò)使用5V正負(fù)產(chǎn)生差分電壓來(lái)工作。這種差分信號(hào)方法具有抑制共模噪聲的優(yōu)勢(shì)。
RS-485 支持的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為 30 Mbps。RS-485 還支持具有單個(gè)主站的多個(gè)從站。RS-485 協(xié)議最多可以連接 32 個(gè)設(shè)備。
在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將使用 MAX485 模塊在兩個(gè) Arduino 之間的通信中實(shí)現(xiàn) RS-485 協(xié)議。該模塊使用 5V 作為操作
電壓并具有如下表所示的引腳配置。
RS-485 模塊作為發(fā)射器
為了用作發(fā)送器，RE 腳和 DE 腳必須接 5V，DI 腳接 TX。數(shù)據(jù)從 Arduino TXpin 發(fā)送到模塊 DI 引腳，然后數(shù)據(jù)將通過(guò) AB 發(fā)送。
RS-485 模塊作為接收器
為了用作接收器，RE 引腳和 DE 引腳必須連接到 GND，RO 引腳連接到 RX。AB 接收到的數(shù)據(jù)將被發(fā)送到連接到 Arduino RX 引腳的 RO 引腳，以便 Arduino 可以讀取數(shù)據(jù)。
RS-485 可以實(shí)現(xiàn)為三種類(lèi)型的串行通信系統(tǒng)：?jiǎn)喂?、半雙工和全雙工。但是在這個(gè)項(xiàng)目中，我們只實(shí)現(xiàn)了單工和半雙工。
2.PLC _
1)特點(diǎn)
XGB系統(tǒng)的特點(diǎn)如下。
(1) 系統(tǒng)保證以下高性能。
(a) 處理速度快
(b) 最大。支持中小型系統(tǒng)實(shí)施的384I/O控制
(c) 足夠的方案能力
(d) 支持浮點(diǎn)的擴(kuò)展應(yīng)用
2)輸入輸出接線術(shù)語(yǔ)
接收器邏輯
對(duì)于匯邏輯，NPN 晶體管為電氣負(fù)載提供接地路徑。為了使 NPN 晶體管電路工作，它必須連接到 PNP 晶體管電路。換言之，接收邏輯電路需要連接到源邏輯電路。
圖 1 顯示了連接到源數(shù)字輸入的漏數(shù)字輸出。輸入電路連接在正電源側(cè) (Vcc) 和 NPN 晶體管之間。
源邏輯
對(duì)于源邏輯，PNP 晶體管為電氣負(fù)載提供電壓路徑。要使 PNP 晶體管電路工作，它必須連接到 NPN 晶體管電路。換言之，源邏輯電路需要連接到接收邏輯電路。
圖 2 顯示了一個(gè)源數(shù)字輸出，它連接到一個(gè)漏數(shù)字輸入。輸入電路連接在 PNP 晶體管和電源 GND (0v) 之間。
3) XBG系統(tǒng)配置
XGB 系列系統(tǒng)配置如下。擴(kuò)展 I/O 模塊和特殊模塊可用于
“S”型最多連接7級(jí)，“H”型最多連接10級(jí)?？蓴U(kuò)展通信模塊
最多連接 2 個(gè)階段
4)下載線
PLC 通信可能需要從 RS232 串行到 Micro USB 到 Cat5e 以太網(wǎng)的各種電纜和連接。一系列專(zhuān)用 PLC 通信電纜可用于 PLC 編程和 I/O 擴(kuò)展。由于 CPU 提供了許多不同的通信端口可能性，因此準(zhǔn)確了解所需的通信電纜會(huì)很有幫助。LS PLC XGB 系列 PMC-310SLoader 電纜連接電纜（PC 到 PLC），9pin-6pin。
由于這種特殊電纜不可用，替代選項(xiàng)使用 USB 作為下載電纜
5)部件名稱(chēng)和功能
項(xiàng)目理念
首先這個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)為水處理廠的一部分，如下圖所示，我們?cè)谶@個(gè)項(xiàng)目中有兩個(gè)主要的水箱，左邊的水箱叫做 Tank1，右邊的水箱叫做 Tank2，所有的過(guò)程都將使用tank1 喜歡聯(lián)邦和水平控制。關(guān)于右邊的儲(chǔ)水箱，我們可以將處理后的水儲(chǔ)存在Tank2中以供進(jìn)一步使用。
水平計(jì)算
我們使用了兩個(gè)超聲波傳感器來(lái)計(jì)算每個(gè)罐的液位，因?yàn)?PLC 沒(méi)有任何模擬輸入，我們添加了這些傳感器來(lái)為我們的項(xiàng)目及其穩(wěn)定性和敏銳度添加更多選項(xiàng)。
最終安裝如下圖所示
1號(hào)傳感器在內(nèi)置圖紙上稱(chēng)為L(zhǎng)evel1或L1，它位于水箱1上以測(cè)量其液位，L2是水箱2的液位變送器。根據(jù)PLC內(nèi)部的邏輯，L1確保水箱1充滿水在開(kāi)始過(guò)濾過(guò)程之前，L2 確保在啟動(dòng)泵之前我們有水。這兩個(gè)傳感器也參與關(guān)閉泵。當(dāng)水位變淺時(shí)，PLC 內(nèi)部的一些計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)算特定泵的轉(zhuǎn)動(dòng)。
水循環(huán)過(guò)程
水循環(huán)過(guò)程是該項(xiàng)目的關(guān)鍵部分之一，我們使用了兩個(gè)泵來(lái)填充或從水箱中吸水，它們的位置如下圖所示
連接到 Tank1 的過(guò)濾器及其泵是該項(xiàng)目中可用的主要處理單元，它們有一個(gè)低壓開(kāi)關(guān)或 LPS，它可以防止泵在處理階段在沒(méi)有水的情況下工作。
本地控制面板
任何工業(yè)工廠都應(yīng)該有一個(gè)本地控制面板，可以控制現(xiàn)場(chǎng)的一些處理選項(xiàng)，因此在這種情況下，我們添加了這樣一個(gè)很酷的控制面板，以便在沒(méi)有 SCADA 系統(tǒng)的情況下提供本地控制過(guò)程的選項(xiàng)，我們可以通過(guò)選擇遠(yuǎn)程或本地過(guò)程來(lái)選擇SCADA 主屏幕上的遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)。
這個(gè)怎么運(yùn)作
plc 不斷檢查所有傳感器，如果沒(méi)有緊急情況或錯(cuò)誤，將準(zhǔn)備好執(zhí)行。緊急按鈕的好處是用于對(duì)整個(gè)工廠進(jìn)行呼喊，并在緊急情況下一直處于警報(bào)狀態(tài)，直到緊急情況到達(dá)其正常位置。確認(rèn)按鈕可用于重置 PLC 內(nèi)的所有程序，如定時(shí)器和其他代碼。RUN 指示燈顯示正在執(zhí)行的過(guò)程，但報(bào)警指示燈以不同的閃爍速度顯示錯(cuò)誤和緊急情況。通過(guò)使用選擇器，我們可以選擇過(guò)濾過(guò)程或在選擇適當(dāng)?shù)倪^(guò)程后重新填充，我們可以按開(kāi)始執(zhí)行邏輯并停止以取消邏輯，即使在過(guò)程中間也是如此。
PLC會(huì)按照里面的邏輯這樣工作
- · 檢查 Tank1 中的水位
- · 檢查選擇器位置
- · 檢查 SCADA 的遠(yuǎn)程/本地狀態(tài)
- · 如果選擇了本地控制并且沒(méi)有警報(bào)，泵將啟動(dòng)
- · 1.5 分鐘后，PLC 將檢查 LPS 的壓力
- · 2.5 分鐘后，PLC 將關(guān)閉泵并運(yùn)行泵1
- · 當(dāng) Tank1 中的液位達(dá)到淺水位時(shí)，泵 1 將關(guān)閉
- · 如果選擇器處于 Refill 位置并且操作員按下開(kāi)始
- · PLC 將儲(chǔ)罐排至 Tank1
- · 如果 PLC 溫度超過(guò) 35C 的限制，冷卻風(fēng)扇將啟動(dòng)
5. 溫度 – fandiagram
該風(fēng)扇旨在防止 PLC 過(guò)熱，并由連接到 Arduino 的 TT 溫度變送器控制，所有數(shù)據(jù)通過(guò) Modbus 協(xié)議傳輸?shù)?PLC 以控制風(fēng)扇，如果溫度升至 35C 以上，它將運(yùn)行冷卻風(fēng)扇并如果溫度低于或?qū)⒌陀?35 Cit 將關(guān)閉它。
PLC 轉(zhuǎn) SCADA RS-232
僅使用 3 個(gè)引腳將 PLC 與 PC (SCADA) 連接
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