基于PLC的給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要 本論文以某小區(qū)供水系統(tǒng)的改造為背景，根據(jù)供水系統(tǒng)的特性和實(shí)際情況的要求，以松下FP0-T32CT作為主控制器、組態(tài)軟件KingView作為監(jiān)控平臺(tái)對(duì)小區(qū)原有的繼電器邏輯控制系統(tǒng)進(jìn)行更新設(shè)計(jì)，采用松下公司提供的FPWIN GR軟件對(duì)PLC進(jìn)行程序的編制與調(diào)試。該系統(tǒng)可以對(duì)供水系統(tǒng)的壓力、液位等過程參數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)供水過程的全自動(dòng)控制，滿足居民用水的需要。 本論文研究的主要內(nèi)容包括:基于PLC自來水控制系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)、PLC控制系統(tǒng)原理、重點(diǎn)探討PLC控制系統(tǒng)硬件、軟件的設(shè)計(jì)方法，綜合對(duì)比經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、邏輯設(shè)計(jì)法、時(shí)序圖設(shè)計(jì)法和順序控制設(shè)計(jì)法，對(duì)PLC在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)控制過程中經(jīng)常遇到的一些實(shí)際問題，如:電源干擾問題、擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)和系統(tǒng)連鎖問題等，提出了具體解決方案。 本論文是基于該工程項(xiàng)目的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)展開的，采用可編程控制器PLC，完成了整個(gè)電氣控制系統(tǒng)的軟硬件的設(shè)計(jì)，基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了小區(qū)供水的自動(dòng)化。關(guān)鍵詞 PLC；供水系統(tǒng)；自動(dòng)控制Abstract In this paper a district water supply system transformation as the background, according to the characteristics of the water supply system and actual situation, at the request of the panasonic FP0-T32CT as the main controller, configuration software as a platform to the village KingView monitoring of the original relay update logic control system design, the panasonic company FPWIN GR software to PLC for programming and debugging. The system can for the water supply system pressure, the liquid level and process parameters of on-line inspection, realize the automatic control process of water supply, meet residents use the need of water. This research include: tap water control system based on PLC of the overall program design, PLC control system principle, discusses the PLC control system hardware and software design method, integrated comparative experience design method, the logical design method, the timing diagram design method and sequence control design method, the PLC in actual control process often meet with some actual problems, such as: power interference problems, expand the I/O points and chain system, puts forward specific solutions.This paper is based on the engineering project of the electrical control system design and realization to launch, and by using the programmable controller PLC, has completed the electrical control system of the hardware and software design, basic achieve the expected goal to realize the automation of water supply area.Key word PLC; Water supply system; Automatic control 目錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 本課題的研究背景及意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)11.3 設(shè)計(jì)原則31.4 本課題研究的內(nèi)容4第2章 PLC的概述52.1 PLC的定義52.2 PLC的構(gòu)成52.2.1 CPU的構(gòu)成62.2.2 I/O模塊62.2.3 電源模塊72.2.4 底板或機(jī)架72.2.5 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)72.3 PLC的基本工作82.4 PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用10第3章 基于PLC的給水控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)123.1 基于PLC的給水控制系統(tǒng)概況123.2 基于PLC的給水控制系統(tǒng)要求、組成及功能123.2.1 基于PLC給水控制系統(tǒng)控制要求133.2.2 基于PLC的給水控制系統(tǒng)控制組成133.3 基于PLC給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)143.3.1 基于PLC的給水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟143.3.2 基于PLC的給水控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖153.3.3 基于PLC的給水控制系統(tǒng)的工藝流程圖16第4章 基于PLC的供水控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)174.1 基于PLC的供水控制系統(tǒng)PLC機(jī)型選擇174.2 基于PLC的給水控制系統(tǒng)PLC容量選擇184.3 基于PLC的給水控制系統(tǒng)I/O模塊的選擇184.3.1 確定I/O點(diǎn)數(shù)194.3.2 開關(guān)量I/O接口194.3.3 模擬量I/O接口204.4 基于PLC的給水控制系統(tǒng)電源模塊的選擇204.5 基于PLC的給水控制系統(tǒng)的信號(hào)的傳輸關(guān)系214.6 基于PLC的給水控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)分布224.7 基于PLC的給水控制系統(tǒng)的元器件244.7.1 松下FP0-T32CT PLC244.7.2 其他元器件254.7.3 PLC的I/O地址分配264.7.4 主要元器件簡介284.8 基于PLC的給水控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)31第5章 基于PLC的給水控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)325.1 PLC程序設(shè)計(jì)的常用方法325.1.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法325.1.2 邏輯設(shè)計(jì)法325.1.3 時(shí)序圖設(shè)計(jì)法335.1.4 順序控制設(shè)計(jì)法335.2 PLC軟件設(shè)計(jì)概述355.3 基于PLC的給水控制系統(tǒng)控制流程35結(jié) 論36致 謝37參考文獻(xiàn)38附錄139附錄243附錄34754哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 緒論1.1 本課題的研究背景及意義近年來我國中小城市發(fā)展迅速，集中用水量急劇增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1990年到1998年，我國人均日生活用水量（包括城市公共設(shè)施等非生產(chǎn)用水）有175.7升增加到241.1升，增長了37.2%，與此同時(shí)我國城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。在用水量高峰期時(shí)供水量普遍不足，造成城市公用管網(wǎng)水壓浮動(dòng)較大。由于每天不同時(shí)段用水對(duì)供水的水位要求變化較大，僅僅靠供水廠值班人員依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工手動(dòng)調(diào)節(jié)很難及時(shí)有效的達(dá)到目的。這種情況造成用水高峰期時(shí)水位達(dá)不到要求,供水壓力不足，用水低峰期時(shí)供水水位超標(biāo),壓力過高，不僅十分浪費(fèi)能源而且存在事故隱患（例如壓力過高容易造成爆管事故）。采用PLC控制不僅可減少人的工作量，還可以降低能源消耗和資源浪費(fèi)，提高設(shè)備的可維護(hù)性和運(yùn)行的可靠性，以達(dá)到降低自來水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的。依靠現(xiàn)代化技術(shù)手段對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制和管理，提高設(shè)備運(yùn)行效率和可靠性，節(jié)省寶貴的水、電資源，是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。由于中小型自來水廠的自動(dòng)化技術(shù)改造在我國有著廣泛的前景，本控制系統(tǒng)具有較大的發(fā)展?jié)摿褪褂脙r(jià)值。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)自來水生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài):水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無到有、從簡單到復(fù)雜的過程。從一開始僅有常規(guī)儀表檢測(cè)，到加藥、加氯的局部自動(dòng)控制，直至九十年代，隨著可編程控制器(PLC)的大量推廣使用，水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)才真正建立起來。PLC具有可靠性高、編程簡單、使用方使、以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)的特點(diǎn)。水廠以PLC為主控設(shè)備建立的控制系統(tǒng)一般模式為:由設(shè)在中控室的上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)及若干現(xiàn)場(chǎng)PLC聯(lián)網(wǎng)組成集散型監(jiān)控系統(tǒng)。開始建立的系統(tǒng)，各分站以功能劃分，站內(nèi)設(shè)有監(jiān)控計(jì)算機(jī)，這是針對(duì)當(dāng)時(shí)PLC的通訊能力不夠強(qiáng)大，控制系統(tǒng)可靠性不高所采用的措施，即一旦其它分站出現(xiàn)故障或網(wǎng)絡(luò)中斷后，未出故障的分站還可以在局部區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。近幾年隨著PLC網(wǎng)絡(luò)通訊能力的增強(qiáng)和控制及電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)可靠性的提高，這一模式逐漸被打破。取消了各分站內(nèi)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)，各分站的控制區(qū)域由以功能劃分改為以距離劃分，在中控室內(nèi)監(jiān)視水廠運(yùn)行的全過程，應(yīng)由分站1控制的遠(yuǎn)方設(shè)備工況或采集的檢測(cè)儀表參數(shù)可送入附近的分站2通過網(wǎng)絡(luò)可靠、及時(shí)地傳輸保證系統(tǒng)的正常、協(xié)調(diào)運(yùn)行。目前大部分水廠都是采用的這種模式。在這基礎(chǔ)上，對(duì)水廠自動(dòng)化又提出了新要求:即廠內(nèi)僅配備少量管理、維修人員，生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，由中央控控制室的工業(yè)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和管理的控制系統(tǒng)，也稱無人值守控制系統(tǒng)。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動(dòng)控制、起制動(dòng)控制、壓頻比控制及各種保護(hù)功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時(shí)，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對(duì)壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)計(jì)時(shí)都采用一臺(tái)變頻器只帶一臺(tái)水泵機(jī)組的方式，幾乎沒有用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)水泵機(jī)組運(yùn)行的情況，因而投資成本高。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動(dòng)化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像日本Samco公司，就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式、“變頻泵循環(huán)方式一兩種模式，它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多7臺(tái)電機(jī)(泵)的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)(如BA系統(tǒng))和組態(tài)軟件難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此在實(shí)際使用時(shí)其范圍將會(huì)受到限制。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺(tái)水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)：有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。原深圳華為(現(xiàn)己更名為艾默生)電氣公司和成都希望集團(tuán)(森蘭變頻器)也推出了廈壓供水專用變頻器(5.5kw、22kw)，無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多4臺(tái)水泵的循環(huán)切換、定時(shí)起、停和定時(shí)循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場(chǎng)所。水廠工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)是管理控制的一體化，而現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的飛速發(fā)展為管理控制一體化鋪平道路。信息技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的普及，將會(huì)使管理控制一體化的重要性日益顯露，可以預(yù)見，以PLC為基礎(chǔ)的集散控制系統(tǒng)向以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的管理控制一體化分布式網(wǎng)絡(luò)通信過渡是必然的發(fā)展趨勢(shì)。1.3 設(shè)計(jì)原則這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則是：以任務(wù)書所要求的具體設(shè)計(jì)要求為根本設(shè)計(jì)目標(biāo)，充分考慮給水控制的工作環(huán)境和工藝流程的具體要求。在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上，盡可能的使結(jié)構(gòu)簡練，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用元配件，以降低成本，同時(shí)提高可靠性。本著科學(xué)經(jīng)濟(jì)和滿足生產(chǎn)要求的設(shè)計(jì)原則，同時(shí)也考慮本次設(shè)計(jì)是畢業(yè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，將大學(xué)期間所學(xué)的知識(shí)，如電器設(shè)計(jì)、電路原理、電機(jī)拖動(dòng)、閥門控制、傳感器、可編程控制器（PLC）、電子技術(shù)、自動(dòng)控制、機(jī)械系統(tǒng)仿真等知識(shí)盡可能多的綜合運(yùn)用到設(shè)計(jì)中，使得經(jīng)過本次設(shè)計(jì)對(duì)大學(xué)階段的知識(shí)得到鞏固和強(qiáng)化，同時(shí)也考慮個(gè)人能力水平和時(shí)間的客觀實(shí)際，充分發(fā)揮個(gè)人能動(dòng)性，腳踏實(shí)地，實(shí)事求是的做好本次設(shè)計(jì)。1.4 本課題研究的內(nèi)容本論文主要介紹以可編程控制器PLC為核心，提出具體實(shí)現(xiàn)小區(qū)供水自動(dòng)化的基本思路和方法。 1總體方案設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)概況和系統(tǒng)控制要求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，進(jìn)而確定系統(tǒng)的組成。 2下位機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)工藝和控制要求，設(shè)計(jì)一個(gè)以PLC為核心的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)由電氣元件、PLC、傳感器、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)構(gòu)及監(jiān)控儀器組成。 3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。利用松下公司提供的專門軟件FPWIN GR編制梯形圖，實(shí)現(xiàn)供水過程的自動(dòng)控制。4 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要包括系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計(jì),以及控制界面的后臺(tái)程序設(shè)計(jì)。第2章 PLC的概述2.1 PLC的定義可編程控制器(Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大的超過了邏輯控制的范圍。因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。為了使PLC生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，國際電工委(IEC)先后頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通過對(duì)它的定義：它是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？傊?，可編程控制器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。2.2 PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為整體式、模塊式和疊裝式三種。整體式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC 包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。疊裝式PLC是將整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來。這種結(jié)構(gòu)的CPU、電源、I/O等單元也是各自獨(dú)立的模塊，但它們相互的連接僅用電纜即可，并且各模塊可以疊裝在一起。2.2.1 CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和 PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。 CPU 主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細(xì)分析 CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由振蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，I/O數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。2.2.2 I/O模塊 PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。 開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號(hào)，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用I/O外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。2.2.3 電源模塊現(xiàn)代PLC一般配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源，供內(nèi)部電路使用。與普通電源相比，開關(guān)電源的輸入電壓范圍寬，體積小，質(zhì)量輕，效率高，抗干擾性能好。有的PLC還向外提供DC24V的直流電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。 2.2.4 底板或機(jī)架 大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。2.2.5 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器的觀點(diǎn)說法。 PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。2.3 PLC的基本工作 PLC雖然具有微機(jī)的許多優(yōu)點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式。有鍵按下或1/O動(dòng)作則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，無鍵按下則繼續(xù)掃描。PLC則采用循環(huán)掃描工作方式，在PLC中，用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回第一條。如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理，然后順序向輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。這個(gè)工作過程分為五個(gè)階段:自診斷，與編程器等的通信，輸入采樣，用戶程序的執(zhí)行，輸出刷新。其工作過程框圖如圖2-1所示。自診斷與編程器計(jì)算機(jī)等通信讀入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)執(zhí)行用戶程序結(jié)果輸出 圖2-1 PLC的工作原理 l、每次掃描用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷內(nèi)容為I/O部分、存儲(chǔ)器、CPU等，發(fā)現(xiàn)異常停機(jī)顯示出錯(cuò)。若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描。 2、PLC檢查是否有與編程器和計(jì)算機(jī)的通信請(qǐng)求，若有則進(jìn)行相應(yīng)處理，如接收編程器送來的程序、命令和各種數(shù)據(jù)，并把顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、出錯(cuò)信息等發(fā)送給編程器進(jìn)行顯示。如果有與計(jì)算機(jī)等的通信請(qǐng)求，也在這段時(shí)間完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送任務(wù)。 3、PLC的中央處理器對(duì)各個(gè)輸入端進(jìn)行掃描，將輸入的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中，這是輸入采樣階段。4、中央處理器CPU將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，以對(duì)輸入和原輸出狀態(tài)(這些狀態(tài)統(tǒng)稱為數(shù)據(jù))進(jìn)行“處理”，即按程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行邏輯、算術(shù)運(yùn)算，再將正確的結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器中，這就是程序執(zhí)行階段。5、當(dāng)所有的指令執(zhí)行完畢時(shí)，集中把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備能接收的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備，這就是輸出刷新階段。PLC經(jīng)過這五個(gè)階段的工作過程，稱為一個(gè)掃描周期，完成一個(gè)掃描周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行，掃描周期是PLC的重要指標(biāo)之一，在不考慮第二個(gè)因素(與編程器等通信)時(shí)，掃描周期T見公式。T=(讀入一點(diǎn)時(shí)間X輸入點(diǎn)數(shù))+(運(yùn)算速度X程序步數(shù))+(輸出一點(diǎn)時(shí)間X輸出點(diǎn)數(shù))+故障診斷時(shí)間 顯然掃描時(shí)間主要取決于程序的長短，一般每秒鐘可掃描數(shù)十次以上，這對(duì)于工業(yè)設(shè)備通常沒什么影響。但對(duì)控制要求嚴(yán)格，響應(yīng)速度要求快的系統(tǒng)，就應(yīng)該精確地計(jì)算響應(yīng)的時(shí)間，細(xì)心編排程序，合理安排指令的順序，以盡可能減少掃描周期造成的不良影響。PLC與繼電接觸器控制的重要區(qū)別之一就是工作方式不同。繼電接觸器控制是按并行方式工作的，也就是說是按同時(shí)執(zhí)行的方式工作的，只要形成電流通路，就可能有幾個(gè)繼電器同時(shí)動(dòng)作，而PLC是以反復(fù)掃描的方式工作的，它是循環(huán)地連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任一時(shí)刻它只能執(zhí)行一條指令，這就是說PLC是以串行方式工作的。這種串行工作方式可以避免繼電控制的觸點(diǎn)競爭和時(shí)序失配的問題。總之，采用循環(huán)掃描的工作方式也是PLC區(qū)別于微機(jī)的最大特點(diǎn)，使用者應(yīng)特別注意。特別注意的是:在PLC的程序中，前面邏輯行的執(zhí)行結(jié)果在本次掃描過程中，影響后面邏輯行的執(zhí)行結(jié)果:而后面邏輯行的執(zhí)行結(jié)果在本次掃描中不影響前面邏輯行的果。2.4 PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用可編程序控制器的特點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面:1、編程方法簡單易學(xué)。PLC中配備了易于接受和掌握的梯形圖語言。梯形圖語言的電路符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相當(dāng)接近，只用PLC的20多條開關(guān)量邏輯控制指令就可以實(shí)現(xiàn)繼電器的功能。2、硬件配套齊全，用戶使用方便。PLC配有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶不必自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。PLC的安裝接線也很方便，PLC一般用接線端子連接外部接線。3、通用性強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)。由于PLC的系列化和模塊化，硬件配置相當(dāng)靈活，可以組成能滿足各種控制要求的控制系統(tǒng)。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速的適應(yīng)工藝條件的變化。4、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。PLC用軟件取代了繼電器系統(tǒng)中容易出現(xiàn)故障的大量觸電和接線。除此之外，PLC還采取了一系列抗干擾的措施。5、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少。PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。 由于PLC 具有一系列特點(diǎn)，因此，它已被廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、機(jī)械、石油、化工、汽車制造、電力、造紙、印刷、輕工、紡織、交通、通訊、郵政、建筑、建材、環(huán)保、娛樂、食品加工、家電等各行各業(yè)。按照控制類型不同，它主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：1、開關(guān)量控制。取代傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的邏輯控制和順序控制。2、模擬量控制。通過模擬量I/O模塊可對(duì)溫度、壓力、流量、速度等連續(xù)變化的模擬量進(jìn)行控制。3、數(shù)字量控制。利用PLC能接收和發(fā)送高速脈沖的功能，在配備相應(yīng)的傳感器和脈沖伺服裝置就可實(shí)現(xiàn)數(shù)字量控制。4、集散控制。PLC的通信聯(lián)網(wǎng)能力很強(qiáng)。除了相互之間可以進(jìn)行通信聯(lián)網(wǎng)以外，PLC與計(jì)算機(jī)之間也可以進(jìn)行通信聯(lián)網(wǎng)，由計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)其監(jiān)控和管理。 第3章 基于PLC的給水控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)3.1 基于PLC的給水控制系統(tǒng)概況本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的自動(dòng)供水系統(tǒng)仿真示意圖如圖3-1所示。該系統(tǒng)通過2臺(tái)抽水泵(另外兩臺(tái)備用)分別將1#和2#兩口水井中的井水抽到清水池中，加藥處理后由2臺(tái)加壓泵(另外兩臺(tái)備用)分別向A區(qū)水塔和B區(qū)水塔自動(dòng)供水，以保證兩區(qū)居民的用水需求。 圖3-1 PLC控制自動(dòng)供水仿真圖3.2 基于PLC的給水控制系統(tǒng)要求、組成及功能自動(dòng)供水控制系統(tǒng)主要是控制4臺(tái)抽水泵和4臺(tái)加壓泵的啟停，保證用戶供水，控制系統(tǒng)設(shè)“手動(dòng)”和“自動(dòng)”兩種工作方式。手動(dòng)方式是一種備用方式，它是在自動(dòng)方式不能正常運(yùn)行的情況下啟用，自動(dòng)方式可以實(shí)現(xiàn)無人值班，無需人為干預(yù)，正常情況下自動(dòng)供水，保證用戶有水可用即可。3.2.1 基于PLC給水控制系統(tǒng)控制要求(1) 1#或2#水井水位低于最低水位時(shí)，自動(dòng)停止相應(yīng)的抽水泵，在操作臺(tái)顯示液位值，并向上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。(2) 清水池水位低于下限水位時(shí)，1#和2#兩口水井中的各自一臺(tái)水泵向清水池送水，當(dāng)清水池水位達(dá)到上限時(shí)，根據(jù)設(shè)定值自動(dòng)啟動(dòng)加藥泵和攪拌電機(jī)進(jìn)行加藥處理，處理完畢后，向兩個(gè)水塔自動(dòng)供水。要求各臺(tái)備用抽水泵在相應(yīng)抽水泵出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)投入運(yùn)行。如果每個(gè)水井對(duì)應(yīng)的兩臺(tái)抽水泵都出現(xiàn)故障，不能正常啟動(dòng)時(shí)，顯示該水井供水報(bào)警。(3) A區(qū)或B區(qū)水塔水位不高于上限水位，清水池中的水是加藥處理后適合居民使用的純凈水時(shí)，如果清水池中的水位不低于下限水位，各主加壓泵同時(shí)向水塔送水；當(dāng)水塔水位高于上限水位時(shí)，主加壓泵停止送水；要求各臺(tái)備用加壓泵在相應(yīng)加壓泵出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)投入運(yùn)行。如果每個(gè)水塔對(duì)應(yīng)的兩臺(tái)加壓泵都出現(xiàn)故障，不能正常啟動(dòng)時(shí)，顯示該水塔供水報(bào)警。(4) 通過上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警，并實(shí)時(shí)顯示水井、清水池、水塔的液位。供水管道的壓力高于上限時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。(5) 本系統(tǒng)要求運(yùn)行安全可靠，手動(dòng)操作、自動(dòng)操作轉(zhuǎn)換方便、可行。3.2.2 基于PLC的給水控制系統(tǒng)控制組成本PLC的給水控制系統(tǒng)由按鈕操作系統(tǒng)、電動(dòng)閥門控制系統(tǒng)、PLC電氣控制系統(tǒng)和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)四個(gè)部分組成。(1)按鈕操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式的轉(zhuǎn)換；手動(dòng)操作時(shí)，通過按鈕控制任意一臺(tái)抽水泵、加壓泵、加藥泵和加壓泵電動(dòng)閥們的啟、停。(2)電動(dòng)閥門控制系統(tǒng)它控制4臺(tái)加壓泵電動(dòng)閥門的打開與關(guān)閉，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制與遠(yuǎn)程控制。(3)PLC電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)4臺(tái)抽水泵和4臺(tái)加壓泵的自動(dòng)/手動(dòng)通電與斷電的電氣控制，利用PLC實(shí)現(xiàn)功能要求的邏輯適時(shí)控制和信息向上位機(jī)的傳送。(4)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控4臺(tái)抽水泵和4臺(tái)加壓泵的狀態(tài)，并實(shí)時(shí)顯示水井、清水池、水塔的水位，并顯示報(bào)警信息。3.3 基于PLC給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本PLC給水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計(jì)；系統(tǒng)控制的工藝流程圖的設(shè)計(jì)；系統(tǒng)信號(hào)的傳輸關(guān)系的設(shè)計(jì)；PLC及其它元器件的選擇；PLC的I/O地址分配；系統(tǒng)控制硬件電路的設(shè)計(jì)；PLC的流程圖和梯形圖的軟件設(shè)計(jì)。3.3.1 基于PLC的給水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為硬件選型及PLC軟件編制兩個(gè)方面。現(xiàn)介紹控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟。1、根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求，如需要完成的動(dòng)作（動(dòng)作時(shí)序、條件、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等）、操作（手動(dòng)、自動(dòng)、連續(xù)、間斷等）。2、在明確了控制任務(wù)和要求后，選擇電氣傳動(dòng)方式和確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。 3、選擇合適的PLC類型（包括機(jī)型的選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇等）。4、分配I/O點(diǎn)，設(shè)計(jì)I/O端子接線圖。5、進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制柜或操作臺(tái)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。6、將編寫好的程序輸入PLC中去，并對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。7、聯(lián)機(jī)調(diào)試。在PLC軟硬件設(shè)計(jì)和控制臺(tái)、柜及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直到調(diào)試成功。8、編制技術(shù)文件。（包括說明書、電氣原理圖、電氣布置圖、電氣元件明細(xì)表、PLC程序清單）。9、交付使用。 以上是一個(gè)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟，可根據(jù)控制系統(tǒng)的規(guī)模、控制要求的繁簡、控制程序步序的多少，根據(jù)實(shí)際情況有的步驟可以省略。3.3.2 基于PLC的給水控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)控制系統(tǒng)要求，PLC控制器主要是對(duì)兩個(gè)取水泵站的四臺(tái)水泵和兩個(gè)液位傳感器、加藥站的加藥泵、加壓站的四臺(tái)加壓泵進(jìn)行控制及向上位監(jiān)控機(jī)傳送各種信息。由此，PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖，如圖3-2所示。 圖3-2 PLC控制系統(tǒng)基本框圖3.3.3 基于PLC的給水控制系統(tǒng)的工藝流程圖根據(jù)PLC的供水控制系統(tǒng)控制工藝要求，由其相互邏輯關(guān)系，可以得到各個(gè)水泵和加壓泵的自動(dòng)控制流程圖，如圖3-3所示。圖3-3工藝流程圖第4章 基于PLC的供水控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 基于PLC的供水控制系統(tǒng)PLC機(jī)型選擇機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)使用方便及最佳的性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮的因素如下所述。（1）結(jié)構(gòu)合理對(duì)于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好、維修量較小的場(chǎng)合，選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC;否則，選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。 （2）功能、規(guī)模相當(dāng)對(duì)于開關(guān)量控制的工程項(xiàng)目，對(duì)其控制速度無須考慮，一般選用低檔的PLC。 如西門子公司的S7-200系列機(jī)或歐姆龍公司的COM1。對(duì)于以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目，可選用含有A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和含有D/A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，以及具有加減乘除運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳輸功能的低檔PLC。如西門子公司的S7-300或S7-400。對(duì)于控制比較復(fù)雜、控制功能要求較高的工程項(xiàng)目，如要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可根據(jù)控制規(guī)模及復(fù)雜的程度，選用中檔機(jī)或高檔機(jī)。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)和整個(gè)工廠的自動(dòng)化等。（3）機(jī)型統(tǒng)一 一個(gè)大型企業(yè)選用PLC時(shí)，盡量要做到機(jī)型統(tǒng)一。同一機(jī)型的PLC，其模塊可互為備用，以便備件的采購和管理;另外，功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)人員的培訓(xùn);其外部設(shè)備通用也有利于資源共享。若配備了上位計(jì)算機(jī)，可把各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺(tái)PLC聯(lián)成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，相互通信，集中協(xié)調(diào)管理。（4）PLC的環(huán)境適應(yīng)性由于PLC是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，生產(chǎn)廠家都把它設(shè)計(jì)成能在惡劣的環(huán)境條件下，可靠地工作。盡管如此每種PLC都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，我們?cè)谶x用時(shí)，特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)環(huán)境條件要進(jìn)行充分的考慮。對(duì)于需要應(yīng)用在特殊環(huán)境下的PLC，要根據(jù)具體的情況進(jìn)行合理的選擇。（5）是否在線編程PLC的特點(diǎn)之一是使用靈活。當(dāng)被控設(shè)備的工藝過程改變時(shí)，只需用編程器重新修改程序，就能滿足新的控制要求，給生產(chǎn)帶來很大方便。是否在線編程，應(yīng)根據(jù)被控設(shè)備工藝要求的不同來選擇。對(duì)于產(chǎn)品定型的設(shè)備和工藝不常變動(dòng)的設(shè)備，應(yīng)選用離線編程的PLC；反之，可考慮選用在線編程的PLC。4.2 基于PLC的給水控制系統(tǒng)PLC容量選擇PLC容量包括兩個(gè)方面:一是I/O的點(diǎn)數(shù);二是用戶存儲(chǔ)器的容量(字?jǐn)?shù))。PLC容量的選擇除滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?，以做備用。根?jù)經(jīng)驗(yàn)，在選擇存儲(chǔ)容量時(shí)，一般按實(shí)際需要的10%25%考慮裕量。對(duì)于開關(guān)量控制系統(tǒng)，存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為開關(guān)量I/O乘以8;對(duì)于有模擬量控制功能的PLC，所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為模擬內(nèi)存單元數(shù)乘以100。各種指令占存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)可查閱PLC產(chǎn)品使用手冊(cè)。I/O點(diǎn)數(shù)應(yīng)留有適當(dāng)余量。由于目前I/O點(diǎn)數(shù)較多的PLC價(jià)格高，若備用的I/O點(diǎn)的數(shù)量太多，將使成本增加。根據(jù)被控對(duì)象的輸入信號(hào)和輸出的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，通常I/O點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要的10%15%考慮備用量。4.3 基于PLC的給水控制系統(tǒng)I/O模塊的選擇PLC是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，它的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過1/0接口模塊來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)PLC輸入量和輸出量的點(diǎn)數(shù)和性質(zhì)，可以確定I/O模塊的型號(hào)和數(shù)量，每一模塊點(diǎn)數(shù)可能有4、8、16、32和64點(diǎn)，點(diǎn)數(shù)多的每點(diǎn)平均價(jià)格低一些。4.3.1 確定I/O點(diǎn)數(shù)I/O點(diǎn)數(shù)的確定要充分的考慮到裕量，能方便地對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展。對(duì)一個(gè)控制對(duì)象，由于采用不同的控制方法或編程水平不一樣，I/0點(diǎn)數(shù)就可能有所不同。4.3.2 開關(guān)量I/O接口開關(guān)量I/O接口按外部接線方式分為隔離式、分組式和匯點(diǎn)式，隔離式的每點(diǎn)平均價(jià)格較高，如果信號(hào)之間不需要隔離，應(yīng)選后兩種。(1)選擇開關(guān)量輸入模塊主要從下面兩方面考慮:一是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)與PLC輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來選擇電平的高低。一般24V以下屬于低電平，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。如12V電壓模塊一般不超過l0m，距離較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較高電壓模塊比較可靠。二是高密度的輸入模塊，如32點(diǎn)輸入模塊，能允許同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不得超過總輸入點(diǎn)數(shù)的60%。(2)選擇開關(guān)量輸出模塊時(shí)應(yīng)從以下三個(gè)方面來考慮:一是輸出方式選擇。輸出模塊有三種輸出方式:繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出。其中，繼電器輸出價(jià)格便宜，抗干擾能力強(qiáng)，使用電壓范圍廣，壽命較短，且響應(yīng)速度較慢，適用于動(dòng)作不頻繁的交/直流負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載時(shí)，最大開關(guān)頻率不得超過1Hz。晶閘管輸出(交流)和晶體管輸出(直流)都屬于無觸點(diǎn)開關(guān)輸出，適用于通斷頻繁的感性負(fù)載，響應(yīng)速度快。但其負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力較差（負(fù)載電流為0.30.5 A）感性負(fù)載在斷開瞬間會(huì)產(chǎn)生較高壓，必須采取抑制措施。二是輸出電流的選擇。模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值，如果負(fù)載電流較大，輸出模塊不能直接驅(qū)動(dòng)時(shí)，應(yīng)增加中間放大環(huán)節(jié)。對(duì)于電容性負(fù)載、熱敏電阻負(fù)載，考慮到接通時(shí)有沖擊電流，要留有足夠的余量。三是允許同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)。在選用負(fù)載能力，即輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的總電流值不得超過模塊允許電流值。4.3.3 模擬量I/O接口模擬量I/O接口是用來傳輸傳感器產(chǎn)生的信號(hào)的。主要考慮以下兩點(diǎn)：1、模擬量輸入模塊的參數(shù)指標(biāo)，即模擬量輸入模塊的分辨率、精度和轉(zhuǎn)換時(shí)間等參數(shù)指標(biāo)必須滿足現(xiàn)場(chǎng)的要求。2、抗干擾措施。主要方法有：輸入信號(hào)必須與交流信號(hào)和可能產(chǎn)生干擾源的供電電源保持一定的距離；模擬量輸入信號(hào)線要采取屏蔽措施；采取補(bǔ)償技術(shù)以減少環(huán)境變化對(duì)模擬量輸入信號(hào)的影響。4.4 基于PLC的給水控制系統(tǒng)電源模塊的選擇電源模塊的選擇一般只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于處理器模塊、I/O模塊、專用模塊等消耗電流和總和。以下步驟為選擇電源的一般規(guī)則:1、確定電源的輸入電壓;2、將框架中每塊I/O模塊所需的總背板電流相加，計(jì)算I/O模塊所需的總背板電流值;3、I/O模塊所需的總背板電流值再加上以下各電流:(1)框架中帶有處理器時(shí)，則加上處理器的最大電流值;(2)框架中帶有遠(yuǎn)程適配器或擴(kuò)展本地I/O適配器模塊時(shí)，應(yīng)加上其最大電流值。4.5 基于PLC的給水控制系統(tǒng)的信號(hào)的傳輸關(guān)系根據(jù)供水系統(tǒng)控制要求，其檢測(cè)、控制、顯示、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分布和信號(hào)傳輸關(guān)系示意圖如圖4-1所示。 圖4-1 供水系統(tǒng)檢測(cè)、控制、顯示、執(zhí)行示意圖4.6 基于PLC的給水控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)分布由PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖工藝組成可得：電氣控制系統(tǒng)要求5個(gè)液位傳感器分別檢測(cè)兩個(gè)水井液位、清水池液位、A區(qū)水塔液位和B區(qū)水塔液位；4個(gè)出水輔助電接點(diǎn)壓力表來控制四臺(tái)加壓泵電動(dòng)閥門的開啟和檢測(cè)四臺(tái)加壓泵電機(jī)運(yùn)行是否正常，除此之外，電氣控制系統(tǒng)還要求一些水泵電機(jī)運(yùn)行指示燈和按鈕等元器件，各元器件功能及所占PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)見下表。表4-1 模擬量輸入點(diǎn)數(shù)項(xiàng)目名稱模擬量輸入點(diǎn)數(shù)備注總點(diǎn)數(shù)水井液位變送器2模擬量：水井液位I點(diǎn)：7清水池液位變送器1模擬量：清水池液位A區(qū)和B區(qū)水塔液位變送器2模擬量：A區(qū)和B區(qū)水塔液位A區(qū)和B區(qū)水塔流量變送器2模擬量：A區(qū)和B區(qū)水塔流量表4-2 數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)項(xiàng)目名稱數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)備注總點(diǎn)數(shù)14#抽水泵電機(jī)4運(yùn)行及顯示O點(diǎn)：914#加壓泵電機(jī)4運(yùn)行及顯示14#加壓泵電動(dòng)閥門-正、反運(yùn)行及顯示加藥電機(jī)1運(yùn)行及顯示運(yùn)行模式顯示-自動(dòng)與手動(dòng)分別顯示表4-3 數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)項(xiàng)目名稱數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)備注總點(diǎn)數(shù)14#抽水泵電機(jī)-手動(dòng)按鈕：起動(dòng)與停止I點(diǎn)：2114#加壓泵電機(jī)-手動(dòng)按鈕：起動(dòng)與停止14#加壓泵電動(dòng)閥門-手動(dòng)按鈕：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止14#抽水泵出水輔助電接點(diǎn)壓力表4-14#加壓泵出水輔助電接點(diǎn)壓力表8行程開關(guān)：極限壓力檢測(cè)和低壓檢測(cè)12#水井液位變送器2數(shù)字量：水井低液位清水池液位變送器2數(shù)字量：清水池高、低液位A區(qū)水塔液位變送器2數(shù)字量：A區(qū)水塔高、低液位B區(qū)水塔液位變送器2數(shù)字量：B區(qū)水塔高、低液位手動(dòng)與自動(dòng)切換1旋鈕：手動(dòng)與自動(dòng)切換4.7 基于PLC的給水控制系統(tǒng)的元器件4.7.1 松下FP0-T32CT PLC本次設(shè)計(jì)所選的PLC主控制單元FP0-T32CT及擴(kuò)展單元為FP0-E8T的總點(diǎn)數(shù)為48點(diǎn)。其中數(shù)字量輸入24點(diǎn)，輸出16點(diǎn)。該P(yáng)LC的I/O總點(diǎn)數(shù)完全能夠滿足系統(tǒng)的要求，并且其多余的I/O點(diǎn)可以作為系統(tǒng)今后的功能擴(kuò)展使用。FP0產(chǎn)品的特點(diǎn)如下：1外形小巧。FP0機(jī)型小巧精致，其外形尺寸高90mm，寬60mm，厚25mm，I/O可擴(kuò)充至128點(diǎn)，總厚度也只有105mm。其安裝體積在同類產(chǎn)品中是最小的，所以FP0可安裝在小型機(jī)器設(shè)備及越來越小的控制板上。2運(yùn)行速度高。FP0的運(yùn)行速度是非?？斓?，執(zhí)行500步的程序只需1ms。還可以捕捉僅50s的窄脈沖。3較大的程序容量。FP0具有5000步的大容量內(nèi)存及大容量的數(shù)據(jù)寄存器，可用于復(fù)雜控制和有處理大量數(shù)據(jù)的能力。4靈活的網(wǎng)絡(luò)通信功能。FP0可經(jīng)RS323接口連接到調(diào)制解調(diào)器，當(dāng)選用“調(diào)制解調(diào)器”通信方式時(shí)，F(xiàn)P0可使用AT命令自動(dòng)撥號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。如果使用C-NET通信單元，可將多個(gè)FP0單元連接在一起構(gòu)成分布式控制網(wǎng)絡(luò)。本設(shè)計(jì)采用液位變送器對(duì)水井，清水池，水塔的液位進(jìn)行勘測(cè)和監(jiān)控。所選的A/D智能單元FP0-A80有8通道的模擬輸入，足以滿足系統(tǒng)5個(gè)模擬量的輸入。下面對(duì)A/D智能模塊的工作原理進(jìn)行介紹8。模擬量輸入A/D單元的作用是將外部的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以使CPU進(jìn)行處理。FP0-A80模塊式8路A/D。每路輸入信號(hào)都經(jīng)過前置放大器處理，來保證高輸入阻抗和線性度，再由多路選擇開關(guān)、模數(shù)轉(zhuǎn)換、光電隔離后送至鎖存緩沖器。當(dāng)PLC程序掃描執(zhí)行到讀模擬量指令時(shí)，由程序制定的基本輸入通道的模擬量就被采樣，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換完成后從鎖存器經(jīng)總線傳送到指定的數(shù)據(jù)寄存器9。A/D轉(zhuǎn)換模塊的接口如圖4-2所示。 圖4-2 A/D模塊接口示意圖4.7.2 其他元器件由控制系統(tǒng)參數(shù)以及對(duì)PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)、性質(zhì)的要求，以及前面所論述的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，對(duì)控制系統(tǒng)的其他關(guān)鍵元器件：液位變送器和變送器傳送屏蔽電纜線，進(jìn)行必要的選型。其選型明細(xì)表如表4-4所示。表4-4 PLC控制系統(tǒng)主要元器件明細(xì)表序號(hào)器件名稱規(guī)格數(shù)量生產(chǎn)廠家備注1水井液位變送器SBP2881C5KBOB12北京富邦2清水池液位變送器SBP2881A4KB2M1B113A區(qū)水塔液位變送器FB3051LTEA222M114B區(qū)水塔液位變送器FB3051LTEA222M115變送器傳送屏蔽電纜線RVVP31.0只作為信號(hào)線系統(tǒng)的其它各元器件，如：指示儀表、按鈕、指示燈、繼電器、接觸器等等，在此就不進(jìn)行選型，只對(duì)其數(shù)量和用途加以說明。（1）儀表指示類：7個(gè)儀表 12#水井液位指示、清水池液位指示、A區(qū)水塔液位指示、B區(qū)水塔液 位指示、A區(qū)水塔流量指示、B區(qū)水塔流量指示；（2）運(yùn)行信號(hào)燈類：19個(gè)信號(hào)燈電源指示（1）、運(yùn)行模式指示（2）、水井抽水指示（22）、攪拌機(jī)運(yùn)行指示（21）、消毒劑添加指示（21）、加壓泵運(yùn)行指示（4）、電動(dòng)閥門運(yùn)行指示（4）；（3）手動(dòng)指令開關(guān)類：1個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)、1個(gè)旋鈕開關(guān)、37個(gè)按鈕（共39個(gè)開關(guān)） 電源空氣或自動(dòng)開關(guān)（1）、運(yùn)行模式指令（1）、水井抽水指令（2（2+2）、攪拌指令（2（1+1）、消毒劑添加指令（2（1+1）、加壓泵指令（4（1+1）、電動(dòng)閥指令（4（1+1+1）；4.7.3 PLC的I/O地址分配 根據(jù)控制系統(tǒng)要求利用PLC控制的信號(hào)的分布情況，綜合考慮各輸入、輸出點(diǎn)的電壓、電流和性質(zhì)，對(duì)各輸入、輸出點(diǎn)進(jìn)行分組分配。其對(duì)應(yīng)PLC輸入/輸出地址分配如表4-5所示。表4-5 PLC輸入/輸出地址分配序號(hào)PLC上的I/O點(diǎn)控制功能說明備注1X0工作方式選擇1自動(dòng) 0手動(dòng)2X1A區(qū)水位高1水位高3X2A區(qū)水位低1水位低4X3B區(qū)水位高1水位高5X4B區(qū)水位低1水位低6X5清水池水位高1水位高7X6清水池水位低1水位低8X71#水井水位1水位低9X82#水井水位1水位低10X91#抽水泵電接點(diǎn)11代表有水11XA1#抽水泵電接點(diǎn)21代表有水12XB2#抽水泵電接點(diǎn)11代表有水13XC2#抽水泵電接點(diǎn)21代表有水14XD1#加壓泵有水電接點(diǎn)1代表有水15XE2#加壓泵有水電接點(diǎn)1代表有水16XF3#加壓泵有水電接點(diǎn)1代表有水17X104#加壓泵有水電接點(diǎn)1代表有水18X111#加壓泵高壓電接點(diǎn)1代表壓力高19X122#加壓泵高壓電接點(diǎn)1代表壓力高20X133#加壓泵高壓電接點(diǎn)1代表壓力高21X144#加壓泵高壓電接點(diǎn)1代表壓力高22Y01#加壓泵A區(qū)水塔主加壓泵23Y12#加壓泵A區(qū)水塔備用加壓泵24Y23#加壓泵B區(qū)水塔主加壓泵25Y34#加壓泵B區(qū)水塔備用加壓泵26Y41#抽水泵1#井主抽水泵27Y52#抽水泵1#井備用抽水泵28Y63#抽水泵2#井主抽水泵29Y74#抽水泵2#井備用抽水泵30Y8攪拌電機(jī)攪拌輪控制電機(jī)31Y9加藥電機(jī)控制加藥電機(jī)32YA1#加壓泵高壓報(bào)警控制1#加壓泵高壓報(bào)警33YB2#加壓泵高壓報(bào)警控制2#加壓泵高壓報(bào)警34YC3#加壓泵高壓報(bào)警控制3#加壓泵高壓報(bào)警35YD4#加壓泵高壓報(bào)警控制4#加壓泵高壓報(bào)警36WX21#井水位儀A/D單元CH0通道37WX42#井水位儀A/D單元CH1通道38WX6水池水位儀A/D單元CH2通道39WX8A區(qū)水位儀A/D單元CH3通道40WX10B區(qū)水位儀A/D單元CH4通道4.7.4 主要元器件簡介1.3051/1151LT系列法蘭式變送器圖4-3 3051/1151LT系列法蘭式變送器表4-6 3051/1151LT系列法蘭式變送器規(guī)格名稱型號(hào)測(cè)量范圍（kPa）最大工作壓力（Mpa）準(zhǔn)確度等級(jí)法蘭式液位變送器1151LT406.237.42.50.2、0.51151LT60117690(1)主要特點(diǎn)a品種齊全、精度高、穩(wěn)定性好、價(jià)格比同類進(jìn)口儀表便宜；b量程和零位可在外部連續(xù)調(diào)節(jié)；c正遷移可達(dá)500%，負(fù)遷移可達(dá)600%（最小量程時(shí)）； d阻尼可調(diào)；(2)工作原理被測(cè)介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩壓力室，作用在元件(即敏感元件)的兩隔離膜片上，通過隔離膜片和元件內(nèi)的填充液傳送到預(yù)張緊的測(cè)量膜片兩側(cè)。測(cè)量膜片與兩側(cè)絕緣體上的電極各組成一個(gè)電容器，在無壓力通入或兩側(cè)壓力均等時(shí)測(cè)量膜片處于中間位置，兩側(cè)兩電容器的電容量相等。當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時(shí)，致使測(cè)量膜片產(chǎn)生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側(cè)電容量就不等，通過檢測(cè)此電容極板上的差動(dòng)電容，再由電子線路把差動(dòng)電容轉(zhuǎn)換放大成4-20mADC的二線制電流信號(hào)。壓力變送器和絕對(duì)壓力變送器的工作原理和差壓變送器相同,所不同的是低壓室壓力是大氣壓或真空。圖4-4 元件的結(jié)構(gòu)圖(3)功能范圍使用對(duì)象：液體、氣體和蒸氣。輸出信號(hào)：420mADC。（特殊可為四線制010mADC輸出）。 供電電源：供電電源為1245VDC，帶數(shù)字顯示器為1545VDC，一般24VDC。負(fù) 載：與供電電源有關(guān)，負(fù)載阻抗R與電源電壓V的關(guān)系式為R50(V-12)。（帶表頭時(shí)負(fù)載能力有所降低）2.WP311型投入式液位變送器圖4-5 WP311型投入式液位變送器WP311型投入式液位變送器（也稱 靜壓式液位變送器 ）選用進(jìn)口帶防腐膜片敏感組件，將芯片裝入一個(gè)不銹鋼（或聚四氟乙烯）殼體內(nèi)。頂部的鋼帽起保護(hù)傳感器的作用，也能使被測(cè)液體流暢地接觸到膜片。該產(chǎn)品采用特制的通氣電纜，使感壓膜片的背壓腔與大氣良好相通，測(cè)量液位不受外界大氣壓變化的影響，測(cè)量準(zhǔn)確，長期穩(wěn)定性好，并具有優(yōu)良的密封及防腐性能，符合船用標(biāo)準(zhǔn)，可直接投入到水、油等液體中長期使用。聚四氟乙烯材料的外殼及電纜可測(cè)量多種強(qiáng)腐蝕性液體，如表4-7所示。表4-7 WP311型投入式液位變送器技術(shù)指標(biāo)量 程： 0 0.5200mH 工作溫度： 20 85 過 載： 150% FS綜合精度： 0.1 ， 0.25 ， 0.5 級(jí)保護(hù)等級(jí)： IP68穩(wěn) 定 性： 0.2%FS / 年測(cè)量介質(zhì)： 與不銹鋼 (1Cr18Ni9Ti) 或聚四氟乙烯兼容的介質(zhì)4.8 基于PLC的給水控制系統(tǒng)電路設(shè)