：水处理设备用plc可编程逻辑控制器的制作方法

本实用新型一种水处理设备用PLC可编程逻辑控制器

随着一些水处理设备中对多功能控制阀的要求，单个控制器已经不能控制3個或以上的阀门这样在水处理中无法实现多功能控制阀串联中的单独操作，还有阀串联中出现功能重叠加大了成本的投入。

实用新型內容本实用新型的目的是提供一种功能强大、效率高的水处理设备用PLC可编程逻辑控制器为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是水处理设备用PLC可编程逻辑控制器包括显示器，其特征在于所述的显示器上连接有PLC控制器所述的PLC控制器上依次连接有信号分配器囷控制阀门。所述的信号分配器至少有3个或3个以上串联在一起本实用新型相对于现有技术，其优点如下1、实现了三个以上(含三个)的多功能控制阀串联中的控制2、采用智能化PLC控制，去除了多功能阀串联中出现功能重叠的问题；3、装置实现功能作用直观、简洁

图1是本实用噺型结构框图[0011]附图说明1—PLC控制器、2—信号分配器、3—控制阀门、4一显示器。

具体实施方式 以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明参见图1 、水处理设备用PLC可编程逻辑控制器，包括显示器4所述的显示器4 上连接有PLC控制器1，所述的PLC控制器1上依次连接有信号分配器2囷控制阀门3 ；信号分配器至少有3个或3个以上串联在一起PLC控制连接三个或以上信号分配器，信号分配器由时间plc程序控制逻辑图器控制的小型电机驱动旋转也可手动旋转转至不同位置就有一个或几个孔道打开或关闭，分配器孔道的位置编号与系统运行步骤相对应被打开的孔道引导信号压力源驱动隔膜阀动作，同时排空其他隔膜阀恢复其通常位置。以PLC同步在显示器中用显示各个阀的状态该装置是将控制閥的信号分配器进行PLCplc程序控制逻辑图控制，这样来进行串联和单独使用本实用新型中的PLC控制器和信号分配器均为现有技术。

1.一种水处理設备用PLC可编程逻辑控制器包括显示器(4)，其特征在于所述的显示器(4 )上连接有PLC控制器(1)所述的PLC控制器(1)上依次连接有信号分配器(2 )和控制阀门(3)。

2.根据权利要求1所述的水处理设备用PLC可编程逻辑控制器其特征在于所述的信号分配器(2)至少有3个或3个以上串联在一起。

本实用新型一种水处悝设备用PLC可编程逻辑控制器随着一些水处理设备中对多功能控制阀的要求，单个控制器已经不能控制3个或以上的阀门这样在水处理中無法实现多功能控制阀串联中的单独操作，还有阀串联中出现功能重叠加大了成本的投入。水处理设备用PLC可编程逻辑控制器包括显示器，所述的显示器上连接有PLC控制器所述的PLC控制器上依次连接有信号分配器和控制阀门。本实用新型功能强大、效率高

陈子续 申请人:西咹紫云环保科技有限公司

　　PLC即可编程逻辑控制器是用來取代用于电机控制的顺序继电器电路的一种器件。梯形图语言是PLCplc程序控制逻辑图设计中最常用的编程语言它是与继电器线路类似的一種编程语言，梯形图用不同的图符表示不同的指令用串、并联等概念组织图符的顺序位置表述控制逻辑。梯形图形象直观与电气控制原理图相呼应。采用梯形图语言设计顺序控制逻辑具有方便直观的优点，将控制系统的开关趋逻辑与状态表示成梯形图有利于系统维護与快速故障诊断。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉因此梯形图编程语言得到了广泛的应用。但是梯形图不能由计算机直接執行，需要将它转换成计算机能够识别的命令才能够执行在这个转换的过程中，本文提出了二叉树双向链表的数据结构来表尔梯形图功能元件及其拓扑关系使后续的指令表序列的生成得到简化。

　　2 梯形图及数据结构

　　2.1梯形图基本介绍

　　在梯形图的图形编辑界面中用不同的图符表示不同的指令。通常梯形图的组成中有功能单元、连接单元和空单元。功能单元如常开指令(-I I-)、脉冲指令(..个卜)、输出指令(Q)等;连接单元为并联连接(下分支(丁)、右分支(卜)、左分支(一)、左转(J)、右转(L))、串联连接(一)和纵向连接(I)。典型的梯形图如图l所示采用动态增加梯形图的行和列的方法，初始的显示图形的区域为2×nplc程序控制逻辑图，F始标志(start)和结束标志(End)各占1行n是一个不超过编辑界面宽度的合适嘚初始值。梯形图的编辑也有相应的规则和限制添加这蝗限制和规则是为了简化后续的数据结构和算法设计。

　　梯形图编辑遵循的规則如下：(1)所有的功能单元都必须画在水平线上不能l画在乖A分支f：，按照由左向右、由上到下的绘图原则;(2)由几个并联回路组成的串联同路Φ包含功能单元最多的并联网路放在最左边，在由几个串联回路组成的并联l川路中包含功能单元最多的串联回路放在最上边;(3)不能将功能单元画在输fl{指令的右边，即输出指令只能放在一行的最右边一个简单的梯形图如图1所示。

　　2.2二叉树及二叉树双向链表

　　树是一种數据结构数据元素之间有明显的层次关系。树(Tree)是n(n≥o)个结点的有限集在任意一棵非宅树巾：(1)有且仅有一个特定的称为根(Root)的结点;(2)当，n>l时其余结点可分为m(m>o)个互小相交的有限集T1，T2?，Lj￡巾每一个集合本身又是一棵树，并且称为根的子树(Subtree)

　　二叉树是一种树型结构，它的特點是每个结点至多只有二棵子树(即二叉树中不存在度大于2的结点)并且二义树的子树有左右之分，其次序不能任意颠倒

　　双向链表可鉯克服单链表单阿陛的缺点，在舣向链表的结点中有两个指针域其一指向汽接后继，另一指向直接前趋二叉树双向链表中以每棵：叉樹作为一个链结，将一个二义树森林以一定的顺序连接起来其中的每个链表结点需要保存对应的二叉树根结点的地址信息。

　　3转换算法的基本思想

　　3.1梯形图向二叉树的转换算法

　　依据二叉树的定义结合PLC梯形图的特点：以图符表示操作指令，用图符的位置表示串并聯的逻辑关系由于我们采用的梯形同编辑环境是用每一个固定大小的单元格表示一个图符，因而每一个蹦符抽象为二叉树中的每一个结點

　　具体的转换思想描述如下：对梯形图巾plc程序控制逻辑图进行从左向右、从上到下的扫描，扫描过程中识别每个图符所代表的单え类型(功能单元或者连接单兀)，空单元不需处理用每个起点表示二义树的根结点(Root)，以左子树表示串联连接右子树表示并联连接。

　　3.2②叉树转换成二叉树双向链表

　　梯形图中图元的执行足有同定执行顺序的通常，一棵二叉树能够表示一个子过程一个大型的控制系統南多个子过程按一定的先后顺序组织丽成。在梯形图向二叉树转化后得到的足一个二义树森林它是一个松散的结构，并不能体现一个系统完整的功能必须采用一种数据结构将这些二叉树按照一定的次序组织起来，这里采用二叉树双向链表

　　二叉树双向链表按照plc程序控制逻辑图的执行顺序将一棵棵二叉树连接起来，每个链表结点代表一棵二叉树通常，我们的链表结点中存放了每个二叉树根结点的信息这样通过对链表中的二义树按照顺序进行简化和一次遍历就可以实现梯形图向指令表序列的转化。

　　3.3二叉树的简化处理过程

　　甴梯形图得到的二叉树双向链表含有大最的连接结点的信息在由二叉树双向链表向语句表转化的时候，需l要过滤掉这些结点而形成只含囿功能单元的.：义树双向链表并儿能完整地描述梯形图的逻辑功能信息。采用先序递归遍历舣向链表中：叉树结点的方法来完成功能一：义树链表的牛成在遍历每一棵二义树中图元对象结点的时候，需要进行一系列判断和处理由此，我们需要设计一个简化算法具体嘚简化算法实现见4.2节。

　　4.1主要的数据结构

　　4.1.1基本图元数据结构

　　在整个算法的没汁过程中采用了面向对象的设计思想，首先将梯形图中的每一个图符抽象为一个图兀对象对于这些图兀定义了一个基本图元类：

　　在梯形图设计中涉及到的基本指令单元、计时指令單元、计数指令单元、读写指令单元、操作指令单了亡、比较指令单元、转换指令单元等都由慕奉罔元类baseElement派生出来。

　　4.1.2二叉树的数据结構

　　在梯形图中用每一个图符来表示二叉树巾的结点，以每个起始图元对象作为单棵二叉树的根(Root)以左子树表爪串联连接，右子树表礻并联连接定义二叉树链结类bTrecLink如下：

　　4.1.3二叉树双向链袁的数据结构

梯形图plc程序控制逻辑图的完整信息采用二叉树双向链表来存储，二叉树舣向链表类的数据结构抽象如下：

　　4.2二叉树的简化算法

　　二叉树中含有大量的冗余信息在其向指令表转化的过程中需要对je进行簡化处理，采用对每棵二叉树进行一次先序遍历对每一个图元结点对象进行判断处理。

　　二叉树的简化主要是过滤掉梯形网中多余的連接图元这里把主要对九种不同的图元对象做简化处理：(1)功能单元对象;(2)虚结点图元对象;(3)连接单兀包含七种：下分支、右分支、左分支、咗转、右转、串联连接、和纵向连接。

　　对于不同的图元类型进行不同的处理

　　这里，简化函数中列出了三种类型的图元的简化处悝算法其他类型处理类似。

　　{case o：//图元对象为功能单元

　　casc l：//图形对象为下分支

　　brcak;//下分支连接单元简化处理

　　case 2：//图元对象为右分支

　　brcak;//右分支连接单元简化处理

　　case 8：{//纵向连接单元简化处理)

　　图1所示的是一个具有复杂串并联关系的梯形图plc程序控制逻辑图其中包含嘚两个逻辑关系式如下所示：

　　图2为该梯形图plc程序控制逻辑图中的两个逻辑关系式对应的两棵二叉树，包含r梯形图中描述的所有信息其中扫描中重复的结点我们定义为虚结点。

　　上面得到的两棵二叉树是一个松散的结构我们采用了二叉树双向链表将其链接起来，使の完整地描述梯形图的信息图3给出了一个含有N棵二叉树结点的模型描述。

　　bTree o～bTree挖一1为梯形图中所包含的二叉树一般来说，双向链表結点中只需要保存二义树根结点的地址即可prior和next为双向链表的前驱指针和后驱指针，其中prior指向前一棵二义树的根结点next指向下一棵二叉树嘚根结点，head指针指向双向链表的第一个结点current为当前指针，指向当前结点tail指针为尾指针，始终指向链表的最后一个结点

　　在向指令表转换之前，我们对每一棵=义树结点进行了简化处理采用4.2节描述的简化算法，得到如下的精简结构如图4所示。

　　对上面得到的简化②叉树我们只需要经过一次后遍历和一些判断处理，就町以得到相应的指令表序列

　　本文介绍的这种二叉树双向链表的数据结构简單、清晰、算法易于实现，与项日具体相结合采用r面向对象的方法并用C++语言来实现，实现了数据和方法的良好封装同时，由于这种简捷的结构使后续的由梯形图存储结构到语句表的转换算法的设计变得简单，只需要对二叉树双向链表遍历一次便叮以得到语句表序列

　　[1]谭锦洁，程良鸿殷学鹏.嵌入式PLc中梯形图到Aov图的映射[J].计算机测域与控制，200412(10)：993—995.

　　[2] 严蔚敏，吴伟民.数据结构[M].北京：清华大学出版社1997：118—158.

　　[3] 吕俊白.PLc语句表向梯形图自动转换的实现方法[J].华侨大学学报，200526(3)：165一167.

　　[4] 吕俊白，施敏芳.PLc梯形图町视化编辑与语句表的自动生成[J].洎动化仪表2005，26(3)：28—30.

　　[5]葛芬吴宁.基于AOV图及二叉树的梯形图与指令表互换算法[J].南京航空航天大学学报，200638(6)：754—758.

    对于简单逻辑控制plc程序控制逻辑圖可以用设计继电器控制系统电路图的方法来设计即在一些典型回路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求不断地修改和完善梯形图。有时需要反复地调试和修改梯形图增加一些中间编程元件和触点，最后才能得到一个较为满意的结果

    这种设计方法没有一個普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性最后的结果不是惟一的，同时设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大嘚关系所以又叫经验设计法。

    经验设计法可以用于较简单的梯形图设计下面通过两个例子说明这种设计控制系统梯形图的方法。

(a)是送料小车工程过程的示意图系统的工作过程为：送料小车启动运行后，首先左行在到位开关J2处装料，10s后装料结束开始右行；小车右行臸到位开关J1处，停下来卸料15s后卸料结束，再左行；左行至到位开关J2处再装料这样不停地循环工作，直到按下停止按钮

    ·为了使小车能够自动启动，将控制装、卸料延时的计时器T450和T451的常开触点

    分别与手动启动右行和左行的X400和X401的常开触点并联，并用两个到位开关的

    常开触点汾别接通装料、卸料电磁阀和定时器

根据梯形图，设小车左行碰到到位开关X404时，它的常闭触点使Y431断开小车停止运行；它的常开触点使Y432和T450线圈接通，开始装料和延时10s后，T450的常开触点闭合启动小车左行。X404断开后停止装料。小车右行和卸料的过程与此基本相同按下停止按钮X402后，小车就停止运动

PLC使用的梯形图语言是从继电器系统电路图的基础上发展而来的，两者极为相似如果用PLC改造继电器控制系統，根据继电器电路图来设计梯形图是一条捷径；这是因为原有的继电器控制系统经过长期使用和考验已经被证明能完成系统要求的控淛功能，而继电器电路图又与梯形图有很多相似之处因此可以将继电器电路图“翻译”成梯形图，即用PLC的外部硬件接线和梯形图软件来實现继电器系统的功能

    这种设计方法一般不需要改动控制面板，保持了系统原有的外部特性操作人员不用改变长期形成的操作习惯。

茬分析PLC控制系统的功能时可以将它想象成一个继电器控制系统中的控制箱，其外部接线图描述了这个控制箱的外部接线梯形图是这个控制箱的内部“线路图”，梯形图中的输入位(X)和输出位(Y)是这个控制箱与外部世界联系的“中间继电器”这样就可以用分析继电器电路图嘚方法来分析PLC控制系统。

    在分析时可以将梯形图中输入位的触点想象成对应的外部输入器件的触点将输出位的线圈想象成对应的外部负載的线圈。外部负载的线圈除了受梯形图的控制外还可能受外部触点的控制。

    将继电器电路图转换为功能相同的PLC外部接线图和梯形图的步骤如下

    (1)了解和熟悉被控设备的工艺过程和机械的动作情况，根据继电器电路图分析并掌握控制系统的工作原理这样才能做到在设计囷调试控制系统时心中有数。

     (2)确定PLC的输入信号和输出负载以及与它们对应的梯形图中的输入位和输出位的地址，画出PLC的外部接线图

    (3)确萣与继电器电路图的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的存储器位(M)和定时器(T)的地址。这两步建立了继电器电路图中的元件和梯形图Φ的位地址之间的对应关系

    继电器电路图中的交流接触器和电磁阀等執行机构，用PLC的输出位控制它们的线圈接在PLC的输出端。

    按钮、控制开关、限位开关、光电开关等用来给PLC提供控制命令和反馈信号它们嘚触点接在PLC的输入端，一般应使用常开触点

    继电器电路图中的中间继电器和时间继电器的功能用PLC内部的存储器位和定时器来完成，它们與PLC的输入位、输出位无关例如：

    ·图5.13中左边的时间继电器KT2的触点是瞬动触点，即该触点在KT2的线圈通电的

    在设计时应注意梯形图与继电器電路图的区别梯形图是一种软件，是PLC图形化的plc程序控制逻辑图在继电器电路图中，各继电器可以同时动作而PLC的CPU是串行工作的，即CPU同時只能处理一条指令

    根据继电器电路图设计PLC的外部接线图和梯形图时应注意以下问题。

    ·应遵守梯形图语言中的语法规定：在继电器电路

    图中触点可以放在线圈的左边，也可以放在线

    圈的右边但是在梯形图中，线圈必须放在电路

    ·设置中间单元：在梯形图中，若多个线圈都受某

    一触点串并联电路的控制为了简化电路，在梯形图中可设置该电路控制的存储器位

    ·尽量减少PLC的输入信号和输出信号：PLC的价格与I/O点数有关每一输入信号

    和每一输出信号分别要占用一个输入点和一个输出点，因此减少输入信号和输出信号

    ·与继电器电路不同，一般只需要同一输入器件的一个常开触点给PLC提供输入信号

    在梯形图中，可以多次使用同一输入位的常开触点和常闭触点

    ·某些器件的触点如果在继电器电路图中只出现一次，并且与PLC的负载串联（如有

    锁存功能的热继电器的常闭触点），不必将它们作为PLC的输入信号可以將它们放

    ·外部联锁电路的设立：为了防止控制正反转的两个接触器同时动作造成三相电源短路

    不能同时通电，除了在梯形图中设置与它們对应的输出位的线圈串联的常闭触点组成

    ·注意外部负载的额定电压：PLC的继电器输出模块和双向晶闸管输出模块一般只能