水塔水位PLC控制設(shè)計(jì)

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水塔水位控制設(shè)計(jì) 摘 要 隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,住房制度改革的不斷深入,人們生活水平的不斷提高,城市中各類小區(qū)建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)也對(duì)小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個(gè)重要方面,供水的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、穩(wěn)定性直接影響到小區(qū)住戶的正常生活和工作,也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平的高低。傳統(tǒng)的恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水等供水方式普遍不同程度的存在效率低、可靠性差、自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，難以滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)生活的需要。 水塔水位控制系統(tǒng)是我國(guó)住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng)的傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點(diǎn)。在水資源日益匱乏的今天，節(jié)約用水、提高水資源的利用率就顯得十分必要。傳統(tǒng)的水塔水位控制為粗放式的，基本沒(méi)有對(duì)水泵的合理控制且多為人為控制工作強(qiáng)度大、危險(xiǎn)。所以除了浪費(fèi)電能外還造成了人力資源的浪費(fèi)。采用新型的PLC控制供水方式與過(guò)去舊的控制方式相比在運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、穩(wěn)定性、等方面有顯著優(yōu)勢(shì)，特別是在提倡低碳的情況下有很好的節(jié)能效果，且由于PLC強(qiáng)大的擴(kuò)展性可以適應(yīng)今后城市供水建設(shè)的。 關(guān)鍵詞 PLC 水位 控制 目 錄 摘要.......................................................................（1） 前言.......................................................................（2） 第一章 水塔水位的介紹......................................................（3） 1.1 水塔水位PLC控制系統(tǒng)基本原理.........................................（3） 1.2 水泵的概述 ..........................................................（3） 1.3傳感器的概述......................................................... （4） 第二章 可編程控制器........................................................ (7) 2.1 基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)介......................................................... (7) 2.2 可編程控制器概述..................................................... (7) 2.3 可編程控制器的工作原理............................................... (8) 第三章 可編程序控制器分類與基本結(jié)構(gòu).......................................（10） 3.1可編程序控制器的結(jié)構(gòu)分類.............................................（11） 3.2 FX系列可編程控制器的硬件構(gòu)成........................................ (11） 3.3輸入、輸出接口電路...................................................（11） 3.4輸入輸出繼電器.......................................................（13） 第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)....................................................... (15) 4.1 控制要求............................................................ (15) 4.2 輸入輸出地址表......................................................（16） 4.3 外部接線圖..........................................................（17） 4.4 流程圖..............................................................（18） 4.5 梯形圖.............................................................. (19) 結(jié)束語(yǔ).................................................................... (21）參考文獻(xiàn) .................................................................（22） 前 言 在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、液位、流量、和開(kāi)關(guān)量等都是常用的主要被控參數(shù)。其中，水位控制越來(lái)越重要。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，水在人們正常生活和生產(chǎn)中起著越來(lái)越重要的作用。一旦斷了水，輕則給人民生活帶來(lái)極大的不便，重則可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故及損失。因此給水工程往往成為高層建筑或工礦企業(yè)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。任何時(shí)候都能提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、合格的水質(zhì)是對(duì)給水系統(tǒng)提出的基本要求。就目前而言，多數(shù)工業(yè)、生活供水系統(tǒng)都采用水塔、層頂水箱等作為基本儲(chǔ)水設(shè)備，由一級(jí)或二級(jí)水泵從地下市政水管補(bǔ)給。傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大、可靠性差等缺點(diǎn)?？删幊炭刂破鱌LC是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點(diǎn)，目前水位控制的方式被PLC控制取代。同時(shí)，又有PID控制技術(shù)的發(fā)展，因此，如何建立一個(gè)可靠安全、又易于維護(hù)的給水系統(tǒng)是值得我們研究的課題。 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活應(yīng)用中，常常會(huì)需要對(duì)容器中的液位水位，進(jìn)行自動(dòng)控制。比如自動(dòng)控制水塔、水池、水槽、鍋爐等容器中的蓄水量，生活中抽水馬桶的自動(dòng)補(bǔ)水控制、自動(dòng)電熱水器、電開(kāi)水機(jī)的自動(dòng)進(jìn)水控制等。雖然各種水位控制的技術(shù)要求不同精度不同。但其原理都大同小異。特別是在實(shí)際操作系統(tǒng)中、穩(wěn)定、可靠是控制系統(tǒng)的基本要求。因此如何設(shè)計(jì)一個(gè)精度高、穩(wěn)定性好的水位控制系統(tǒng)就顯得日益重要。采用PLC控制技術(shù)能很好的解決以上問(wèn)題使水位控制在要求的位置。 第一章 水塔水位的介紹 1.1水塔水位PLC控制系統(tǒng)基本原理 本文所設(shè)置的水塔水位控制系統(tǒng)由水位傳感器，一臺(tái)PLC和水泵以及若干部件組成。安裝于水塔上的傳感器將水塔的水位轉(zhuǎn)化成1-5伏的電信號(hào)，電信號(hào)到達(dá)PLC將控制控制水泵的開(kāi)關(guān)。水池水位自動(dòng)控制系統(tǒng)由PLC核心控制部件高低位水池的水位檢測(cè)電路高低水位信號(hào)傳送給PLC水泵電動(dòng)機(jī)控制電路 PLC 控制啟停。 如下圖整個(gè)系統(tǒng)由水位傳感器，一臺(tái)PLC和水泵以及若干部件組成。安裝于水塔上的傳感器將水塔的水位轉(zhuǎn)化成1-5伏的電信號(hào)電信號(hào)到達(dá)PLC將控制控制水泵的開(kāi)關(guān)。水箱水位自動(dòng)控制系統(tǒng)由PLC核心控制部件高低位水箱的水位檢測(cè)電路高低水位信號(hào)傳送給PLC水泵電動(dòng)機(jī)控制電路 PLC 控制啟停及主備切換。 PLC水塔水位檢測(cè)系統(tǒng)水泵及指示燈 圖1-1 基于PLC的供水系統(tǒng)原理框圖 在水塔水位檢測(cè)系統(tǒng)中通過(guò)液位傳感器將水位信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸入PLC中在通過(guò)PLC控制水泵的啟動(dòng)或關(guān)閉。在系統(tǒng)運(yùn)行中當(dāng)水為低于最低值時(shí)PLC將啟動(dòng)水泵向水塔中加水當(dāng)水塔中的水達(dá)到最高值時(shí)PLC使水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)即水泵停止向水塔供水。等到水塔水位再次達(dá)到控制最低水位時(shí) 系統(tǒng)再次重復(fù)這個(gè)過(guò)程。 圖1-1 1.2 水泵的概述 泵的種類繁多，有不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用范圍，根據(jù)工作原理可分成三類：葉片泵、容積泵、噴射泵。葉片泵是利用葉輪的葉片來(lái)輸送液體的，如離心泵、混流泵、軸流泵和旋渦泵等。在此次的水位控制系統(tǒng)中，采用了ISG系列的單級(jí)單吸立失管道離心泵，如圖1-2所示。 圖1-2 ISG系列單級(jí)單吸立式管道離心泵 ISG系列單級(jí)單吸立式管道離心泵，是上海虹興泵業(yè)制造有限公司科技人員聯(lián)合國(guó)內(nèi)水泵專家選用優(yōu)秀水力模型，采用IS型離心泵之性能參數(shù)，在一般立式泵的基礎(chǔ)上進(jìn)行巧妙組合設(shè)計(jì)而成。同時(shí)根據(jù)使用溫度、介質(zhì)等不同在ISG型基礎(chǔ)上進(jìn)行巧妙組合設(shè)計(jì)而成。同時(shí)根據(jù)使用溫度、介質(zhì)等不同在ISG型基礎(chǔ)上派出適用熱水、高溫、腐蝕性化工泵、油泵。該系列產(chǎn)品具有高效節(jié)能、噪音低、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。 1.2.1離心泵的主要部件 離心泵主要部件有葉輪、泵殼和軸封裝置。 （1） 葉輪 葉輪的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能直接傳給液體，以增加液體的靜壓能和動(dòng)能(主要增加靜壓能)。葉輪一般有6～12片后彎葉片。葉輪有開(kāi)式、半閉式和閉式三種。 開(kāi)式葉輪在葉片兩側(cè)無(wú)蓋板，制造簡(jiǎn)單、清洗方便，適用于輸送含有較大量懸浮物的物料，效率較低，輸送的液體壓力不高；半閉式葉輪在吸入口一側(cè)無(wú)蓋板，而在另一側(cè)有蓋板，適用于輸送易沉淀或含有顆粒的物料，效率也較低；閉式葉輪在葉輪在葉片兩側(cè)有前后蓋板，效率高，適用于輸送不含雜質(zhì)的清潔液體。一般的離心泵葉輪多為此類。 葉輪有單吸和雙吸兩種吸液方式。 （2） 泵殼 作用是將葉輪封閉在一定的空間，以便由葉輪的作用吸入和壓出液體。泵殼多做成蝸殼形，故又稱蝸殼。由于流道截面積逐漸擴(kuò)大，故從葉輪四周甩出的高速液體逐漸降低流速，使部分動(dòng)能有效地轉(zhuǎn)換為靜壓能。泵殼不僅匯集由葉輪甩出的液體，同時(shí)又是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置。 （3）軸封裝置 作用是防止泵殼內(nèi)液體沿軸漏出或外界空氣漏入泵殼內(nèi)。 常用軸封裝置有填料密封和機(jī)械密封兩種。 填料一般用浸油或涂有石墨的石棉繩。機(jī)械密封主要的是靠裝在軸上的動(dòng)環(huán)與固定在泵殼上的靜環(huán)之間端面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)而達(dá)到密封的目的。 1．2.2 離心泵的工作原理 葉輪安裝在泵殼2內(nèi)，并緊固在泵軸3上，泵軸由電機(jī)直接帶動(dòng)。泵殼中央有一液體吸入4與吸入管5連接。液體經(jīng)底閥6和吸入管進(jìn)入泵內(nèi)。泵殼上的液體排出口8與排出管9連接，如圖1-3。 圖1-3離心泵裝置簡(jiǎn)圖 在泵啟動(dòng)前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體；啟動(dòng)后，啟動(dòng)后，葉輪由軸帶動(dòng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以高速離開(kāi)葉輪外緣進(jìn)入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴(kuò)大而減速，又將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場(chǎng)所。液體由葉輪中心流向外緣時(shí)，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中?？梢?jiàn)，只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，液體便會(huì)不斷地被吸入和排出。 1.2.3氣縛現(xiàn)象 當(dāng)泵殼內(nèi)存有空氣，因空氣的密度比液體的密度小得多而產(chǎn)生較小的離心力。從而，貯槽液面上方與泵吸入口處之壓力差不足以將貯槽內(nèi)液體壓入泵內(nèi)，即離心泵無(wú)自吸能力，使離心泵不能輸送液體，此種現(xiàn)象稱為“氣縛現(xiàn)象”。 為了使泵內(nèi)充滿液體，通常在吸入管底部安裝一帶濾網(wǎng)的底閥，該底閥為止逆閥，濾網(wǎng)的作用是防止固體物質(zhì)進(jìn)入泵內(nèi)損壞葉輪或防礙泵的正常操作。 1.3傳感器的概述 此次水位控制系統(tǒng)中選傳感器作為檢測(cè)設(shè)備。傳感器通常是指按一定規(guī)律將所感受的被測(cè)非電量（包括物理量、化學(xué)量、生物量等）轉(zhuǎn)換成便于處理與傳輸?shù)碾娏浚ㄉ贁?shù)為其他物理量，如光信號(hào)）的器件或裝置。傳感器包含兩個(gè)必不可少的內(nèi)容：一是拾取信息，二是將拾取到的信息進(jìn)行變換，使之變成為一種與被測(cè)量有確定函數(shù)關(guān)系且便于處理與傳輸?shù)奈锢砹浚鄶?shù)為電量。傳感器是傳感系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它是被測(cè)量信號(hào)輸入的第一道關(guān)口。 1.3.1傳感器的特點(diǎn) 傳感器的特點(diǎn)包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和更新?lián)Q代，而且還可能建立新型工業(yè)，從而成為21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。微型化是建立在微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)基礎(chǔ)上的，已成功應(yīng)用在硅器件上做成硅壓力傳感器。 1.3.2傳感器的分類 液位傳感器有很多種，有側(cè)裝式磁翻柱，頂裝式磁翻柱，浮球連桿式，靜壓式液位計(jì)，浮球液位開(kāi)關(guān)等。如圖1-4所示。本課題運(yùn)用的是浮子液位傳感器。 UHZ/Q型系列浮子液位計(jì)適用工業(yè)生產(chǎn)中各種高位、低位容器中各種液體介質(zhì)的液面位置的測(cè)量。它的接收部份采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼材料，利用干簧受磁性吸合的原理，把液面位置的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的變化，并可附加液位計(jì)上下越位報(bào)警器及遠(yuǎn)距離信號(hào)變送器，將液位變化轉(zhuǎn)換成4-20mA直流信號(hào)，與組合儀表配套使用，達(dá)到液位的遠(yuǎn)距離指示檢測(cè)與監(jiān)控。本課題中水池選用長(zhǎng)度5m的UHZ/Q型系列浮子液位計(jì)水塔選用3m的UHZ/Q型系列浮子液位計(jì)。 圖1-4 浮子液位傳感器 1.3.4 傳感器的組成 一般是由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件組成。敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)非電量，并將其送到“轉(zhuǎn)換元件”轉(zhuǎn)換成電量的部分。轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)部分。 因?yàn)檎n題用于水中因此選用液位傳感器，利用液體浮力測(cè)液位的原理應(yīng)用廣泛，靠浮子隨液面升降的位移反映液位變化的，屬于恒浮力式；靠液面升降對(duì)物體浮力改變反映液位的屬于變浮式力。 自由狀態(tài)下的浮子能跟隨液面升降，這是人盡皆知的水漲船高規(guī)律。當(dāng)浮子的升降程度到達(dá)設(shè)定的刻度時(shí)，行程開(kāi)關(guān)開(kāi)始工作。并將采集到的信號(hào)傳送給PLC。 浮子式水位傳感器是選用JZB系列絕對(duì)編碼器，配用線輪、不銹鋼繩、重錘、防浪錘和浮子等構(gòu)成。此傳感器安裝在測(cè)井口上方，連接浮子和重錘的測(cè)繩掛在掛輪上。當(dāng)水位變化時(shí)浮子隨之上升或F降，測(cè)繩便帶動(dòng)線輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，傳感器輸出與水位相應(yīng)的編碼數(shù)字量。適用于水庫(kù)、水電站、水文站、水廠、江河、湖泊等水位測(cè)量。 傳感器以絕對(duì)編碼的方式，輸出并行循環(huán)參碼供儀表采集，配以變送裝置可輸出4-20mA或RS485供PLC或微機(jī)采集，該傳感器性能穩(wěn)定可靠，適應(yīng)性強(qiáng)，具有絕對(duì)編碼器的突出優(yōu)點(diǎn)，深受廣大水文、水利工程技術(shù)人員的好評(píng)。 1.3.5主要技術(shù)參數(shù) 測(cè)量范圍： 5m 10m 20mm 40mm 80mm 分辨率： 1cm 1mm 精度：1cm 回差：≤1cm 使用環(huán)境：溫度-5℃---+50℃相對(duì)濕度≤95%（RH40℃） 第二章 可編程控制器 2.1基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)介 可編程控制器（Programmable Logic Controller）于1969年面世，發(fā)展到現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制器。 PLC是20世紀(jì)70年代以來(lái)，在集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。由于它具有功能強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制的 各個(gè)領(lǐng)域，并已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的支柱產(chǎn)品。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)在PLC技術(shù)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面的發(fā)展也很快，除許多從國(guó)外引進(jìn)的設(shè)備、自動(dòng)化生產(chǎn)線外，國(guó)產(chǎn)的機(jī)床設(shè)備已越來(lái)越快地采用PLC控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的繼電接觸控制系統(tǒng)。國(guó)產(chǎn)化的小型PLC性能也基本達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)。因此，作為一名電氣工程技術(shù)人員，必須掌握PLC及其控制系統(tǒng)的基本原理與應(yīng)用技術(shù)，以適應(yīng)當(dāng)前電氣控制技術(shù)的發(fā)展需要。 在一般住宅或大樓樓頂常設(shè)置水塔或水箱以提供充足的水壓供用戶使用，另備有地下水槽儲(chǔ)存自來(lái)水公司提供的水源并給頂樓水塔進(jìn)水使用。由于當(dāng)前可編程序控制器（PLC）技術(shù)已日渠成熟，因而考慮利用它來(lái)實(shí)現(xiàn)水塔/水箱供水控制。 2.2可編程序控制器概述 目前的控制器有很多種，有可編程序控制器、單片機(jī)、工業(yè)計(jì)算機(jī)等，而可編程序控制器具有驅(qū)動(dòng)能力好、通信接口不復(fù)雜、指令簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，本課題選用三菱可編程序控制器。可編程序控制器（簡(jiǎn)稱PLC）是在繼電順序控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的以微處理器為核心的通用自動(dòng)控制裝置，PLC是電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電邏輯自動(dòng)控制系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。PLC作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)核心部件，要使它能在控制系統(tǒng)中充分發(fā)揮其功能，就必須了解PLC的結(jié)構(gòu)、工作原理等。以可編程控制器為核心單元的控制系統(tǒng)稱為可編程控制系統(tǒng)。可編程控制系統(tǒng)可分為硬件和軟件。 PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口電源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場(chǎng)輸入/輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接。 對(duì)于整體式PLC，所有部件都裝在同一機(jī)殼內(nèi)，其組成框圖如圖2-1所示；對(duì)于模塊式PLC，各部件獨(dú)立封裝成模塊，各模塊通過(guò)總線連接，安裝在機(jī)架或?qū)к壣?，其組成框圖如圖2-2所示。無(wú)論是哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可根據(jù)用戶組需要進(jìn)行配置與組合。 圖2-1整體式組成框圖 圖2-2 模塊式組成框圖 2.3可編程序控制器的工作原理 PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描，如無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然 后重新返回第一條指令，開(kāi)始下一輪新的掃描。在每次掃描過(guò)程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。 PLC的一個(gè)掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。 PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過(guò)一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作。 第三章 可編程序控制器的分類與基本構(gòu)成 3.1 可編程控制器的結(jié)構(gòu)分類 3.1.1.按硬件的結(jié)構(gòu)類型分類 可編程控制器是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)的。為了便于在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝，便于擴(kuò)展，方便接線，其結(jié)構(gòu)與普通計(jì)算機(jī)有很大區(qū)別，常見(jiàn)的有單元式、 模塊式及疊裝式三種結(jié)構(gòu)。 3.1.2.按應(yīng)用規(guī)模及功能分類 為了適應(yīng)不同工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的應(yīng)用要求，可編程控制器能夠處理信號(hào)的輸入信號(hào)數(shù)量是不一樣的。一般將一路信號(hào)稱作一個(gè)點(diǎn)，將輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)數(shù)的總和稱為機(jī)器的點(diǎn)。按照點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為超?。ㄎⅲ?、 小 、中 、大 、超大等五種類型。 可編程控制器還可以按功能分為低檔機(jī) 、中檔機(jī)及高檔機(jī)。而可編程控制器按功能劃分及按點(diǎn)數(shù)規(guī)模劃分是有一定聯(lián)系的。一般大型 、超大型機(jī)都是高檔機(jī)。 3.2 FX系列可編程控制器的硬件構(gòu)成： 1.單片機(jī)：PLC中的單片機(jī)包含了中央處理器、隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、串行接口SIO、時(shí)鐘CTC等。FX2系列中大部分都采用表面封裝技術(shù)的芯片，主板中只含兩片超大規(guī)模集成電路：一片是通用16位CPU，用于處理一般邏輯指令；另一片是專用邏輯處理器，用于處理高速指令、中斷等。 2.電源：FX2系列PLC基本單元和擴(kuò)展單元均采用開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源輸出DC5V、DC12V、DC24V三種電壓等級(jí)的直流電：5V的一路供內(nèi)部IC用，12V的一路用以驅(qū)動(dòng)輸出繼電器，24V的一路提供給用戶以作傳感器的電源。 3.通信接口：FX2系列PLC的基本單元帶有三個(gè)與外部裝置相連的通信接口，一個(gè)是連接編程器的接口，一個(gè)是連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊的接口，還有一個(gè)是連接特殊功能適配器的接口。 4.編程器：編程器的主要功能是編寫用戶程序，并將用戶程序送入PLC基本單元的用戶存儲(chǔ)器中，有些編程器還兼有監(jiān)控和向主機(jī)發(fā)出各種命令的功能。 3.3 輸入、輸出接口電路 1）輸入接口電路：FX2型PLC輸入接口電路如圖2-3，電路中光耦的輸出端設(shè)有RC濾波器，這是為防止由于輸入點(diǎn)的抖動(dòng)及信號(hào)輸入線中混入的噪聲引起誤動(dòng)作而設(shè)計(jì)的，所以輸入信號(hào)從ON→OFF或從OFF→ON變化時(shí)，PLC輸入接口電路內(nèi)部約有10ms的響應(yīng)滯后。 輸入接口電路中一個(gè)不容忽視的參數(shù)是輸入靈敏度，也就是輸入的動(dòng)作電流。FX2型PLC的輸入電流為7mA，能引起輸入動(dòng)作的最小電流為2.5～3mA，但為使動(dòng)作可靠，輸入電流必須大于4.5mA，為了保證可靠切斷，輸入電流必須小于1.5mA。因此，當(dāng)輸入回路中串有二極管或電阻，或者有并聯(lián)電阻，或有漏電流時(shí)應(yīng)特別注意，以免造成系統(tǒng)誤動(dòng)作。 輸入端子 傳感器 X COM COM DC 電源 可變程序控制器 LED 5V 24V +24V 圖3-1 FX2型PLC輸入接口電路 2）輸出接口電路：FX2型的PLC輸出接口電路共有三種形式：一種是繼電器輸出型，一種是晶閘管輸出型，一種是晶體管輸出型。 ①輸出接口電路的隔離方式 繼電器輸出型是利用繼電器線圈與輸出觸點(diǎn)，將PLC內(nèi)部電路與外部負(fù)載電路進(jìn)行電氣隔離；晶閘管輸出型是采用光控晶閘管，將PLC的內(nèi)部電路與外部負(fù)載電路進(jìn)行電氣隔離；晶體管輸出型是采用光電耦合器將PLC內(nèi)部電路與輸出晶體管進(jìn)行隔離。無(wú)論哪種隔離方式都能有效地防止因外部電路故障而波及到內(nèi)部電路，保證PLC的輸出安全可靠。 ②輸出接口電路的主要技術(shù)參數(shù) 響應(yīng)時(shí)間： 響應(yīng)時(shí)間是表示PLC輸出器件從ON狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)镺FF狀態(tài)，或從OFF狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)镺N狀態(tài)所需要的時(shí)間。繼電器型響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)，從輸出繼電器的線圈通電或斷電到輸出觸點(diǎn)ON或OFF的響應(yīng)時(shí)間均為10ms；晶閘管型從光控晶閘管獲得驅(qū)動(dòng)信號(hào)或失去驅(qū)動(dòng)信號(hào)到晶閘管完全導(dǎo)通或完全截止的時(shí)間在1ms以下；晶體管型從光耦獲得驅(qū)動(dòng)信號(hào)或失去驅(qū)動(dòng)信號(hào)到輸出晶體管完全導(dǎo)通或完全截止的時(shí)間在0.2ms以下（24V、200mA時(shí)）。 輸出電流：繼電器型具有較大的輸出電流，一般對(duì)電壓為AC 250V以下的電路驅(qū)動(dòng)純電阻負(fù)載的能力為2A/點(diǎn)，晶閘管型和晶體管型輸出電流都較小。對(duì)于感性負(fù)載，由于在斷開(kāi)的瞬間會(huì)產(chǎn)生較高的自感電勢(shì)，因此在考慮PLC的輸出電流時(shí)應(yīng)留有余地。此外對(duì)交流電路中的感性負(fù)載應(yīng)在負(fù)載兩端并接RC（一般R取120 ，C取0.1）浪涌吸收電路，對(duì)直流電路中的感性負(fù)載要在負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管。 開(kāi)路漏電流： 開(kāi)路漏電流指PLC輸出處于OFF狀態(tài)時(shí)，輸出回路中的電流。繼電器型輸出為OFF時(shí)沒(méi)有漏電流。晶閘管輸出型由于在PLC內(nèi)部與輸出晶閘管并聯(lián)了RC吸收支路，故將引起開(kāi)路漏電流，此開(kāi)路漏電流可能使PLC外部所接的小型繼電器保持吸合，應(yīng)加以重視。晶體管輸出型開(kāi)路漏電流一般較?。?00以下），一般不會(huì)造成輸出誤動(dòng)作。 3）輸出公共端 PLC的輸出端子有兩種接法：一種是輸出端無(wú)公共端，每一路輸出都是各自獨(dú)立的；另一種是若干路輸出構(gòu)成一組，共用一個(gè)公共端，各組的公共端用編號(hào)區(qū)分如COM1、COM2…，各組公共端間相互隔離。對(duì)共用一個(gè)公共端的同一組輸出，必須用同一電壓類型和同一電壓等級(jí)，但不同的公共點(diǎn)組可使用不同的電壓類型和電壓等級(jí)。 除上述開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口電路外，F(xiàn)X2還可通過(guò)專用模塊進(jìn)行模擬量輸入輸出。FX— 4AD為專用模擬量輸入模塊，F(xiàn)X—2DA為專用模擬量輸出模塊。 3.4.輸入輸出繼電器 PLC的輸入端是其內(nèi)部的輸入繼電器（X）從外部接收開(kāi)關(guān)信號(hào)的端口，輸入端與輸入繼電器之間是經(jīng)過(guò)光電隔離的。由于輸入端與輸入繼電器是一一對(duì)應(yīng)的，所以有多少個(gè)輸入繼電器就有多少個(gè)輸入端。FX2系列PLC最多有128個(gè)輸入繼電器，故又稱128點(diǎn)輸入。所有輸入繼電器只能由輸入端接收的外部信號(hào)驅(qū)動(dòng)，而不能用程序驅(qū)動(dòng)。 輸入繼電器是一種電子繼電器，其常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)可重復(fù)使用無(wú)數(shù)次，這與普通的電磁繼電器不一樣。PLC的輸出端是輸出繼電器（Y）向外部負(fù)載輸出信號(hào)的端口。輸出繼電器的觸點(diǎn)分外部輸出觸點(diǎn)和內(nèi)部觸點(diǎn)兩種，外部輸出觸點(diǎn)（繼電器觸點(diǎn)、晶閘管、晶體管等輸出元件）接到PLC的輸出端子上，且只有常開(kāi)觸點(diǎn)。內(nèi)部觸點(diǎn)如同輸入繼電器一樣，其常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)可重復(fù)使用無(wú)數(shù)次。輸出繼電器和輸出端子是一一對(duì)應(yīng)的，F(xiàn)X2的輸出繼電器最多有128個(gè)，故又稱128點(diǎn)輸出。輸出繼電器是PLC唯一能驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載的元件。FX2系列PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)均可擴(kuò)展至128點(diǎn)（即X0～X177，Y0～Y177），使用時(shí)總點(diǎn)數(shù)不可超過(guò)256點(diǎn)。 FX系列可編程控制器的軟件構(gòu)成：1.系統(tǒng)程序---PLC的系統(tǒng)程序是由制造商編制的用于控制PLC本身運(yùn)行的程序，它分為管理程序、用戶指令解釋程序、標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用三部分。2.用戶程序---用戶程序是由用戶根據(jù)控制的需要而編制的程序，編程語(yǔ)言可以是梯形圖、指令語(yǔ)句表及流程圖等。用戶程序依次存放在監(jiān)控程序指定的存儲(chǔ)空間內(nèi)。 第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 4.1 控制要求 打開(kāi)電源，首先對(duì)水池水位進(jìn)行水位進(jìn)行水位檢測(cè)，當(dāng)水位低于水池低水位界，S1液位傳感器輸出信號(hào)為1（即S1為ON），水泵M1運(yùn)轉(zhuǎn)，M1運(yùn)行指示燈Y3亮，同時(shí)定時(shí)器也進(jìn)行定時(shí)，4S后，如果S1的輸出信號(hào)仍為ON,表示水管內(nèi)沒(méi)有進(jìn)水，出現(xiàn)故障，產(chǎn)生報(bào)警燈Y2亮且M1停止運(yùn)行，運(yùn)行指示燈滅。當(dāng)水位達(dá)到S2位置時(shí)，S2液位傳感器輸出信號(hào)為1（即S2為ON），水泵M1停止運(yùn)行，S2最高指示燈亮，然后檢測(cè)水塔水位。當(dāng)水位高于水池低水位時(shí)，檢測(cè)水塔水位是否低于最低水位界，當(dāng)水塔水位低于水位界時(shí)，水塔液位傳感器S3輸出信號(hào)為1（即S3為ON），且S1輸出信號(hào)為0時(shí)（即水池內(nèi)有蓄水），水泵M2運(yùn)轉(zhuǎn)抽水，M2運(yùn)行指示燈亮。當(dāng)水塔水位高于水塔高水位時(shí)（即S4為1）水泵M2停止工作，水泵最高水位指示燈亮，程序回到第一步。水池和水塔的進(jìn)水也可由手動(dòng)進(jìn)行控制。 水塔水位控制示意圖如4-1所示。 4-1 水塔水位控制示意圖 4.2 I/O輸入輸出表 輸入 輸出 功能 元件 plc地址 功能 元件 Plc地址 液位傳感器 S1 X000 M1水泵 KM1 Y000 液位傳感器 S2 X001 M2水泵 KM2 Y001 液位傳感器 S3 X002 報(bào)警燈 HL1 Y002 液位傳感器 S4 X003 M1運(yùn)行燈 HL2 Y003 電源啟動(dòng) SB0 X004 M2運(yùn)行燈 HL3 Y004 電源關(guān)閉 SB1 X005 水池最高位指示燈 HL4 Y005 M1手動(dòng)開(kāi)關(guān) SB2 X006 水塔最高位指示燈 HL5 Y006 M2手動(dòng)開(kāi)關(guān) SB3 X007 圖 4-2 輸入輸出地址表 4.3接線圖 4-3 外部接線圖 4.4流程圖 開(kāi)始 否 水池水位低于最低位？ 是 水位低于水塔最低位？ M1水泵運(yùn)行，進(jìn)水運(yùn)行燈Y3亮 是 延時(shí)4S M2水泵運(yùn)行，進(jìn)水運(yùn)行燈Y3亮 是 M1停止運(yùn)行，報(bào)警 水池水位低于最低？ 否 否 水位達(dá)到水塔最高位？ M1水泵繼續(xù)運(yùn)行，進(jìn)水 是 否 水池水位達(dá)到最高位？ M2停止運(yùn)行，最高指示燈Y6亮 是 M1停止運(yùn)行，最高指示燈Y5亮 4.5 梯形圖 結(jié)束語(yǔ) 在這段時(shí)間內(nèi)，我在指導(dǎo)老師的幫助和指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)并完成了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我將所涉及到且學(xué)過(guò)的理論知識(shí)重新輸理了一遍，也學(xué)習(xí)了以前沒(méi)有學(xué)到的知識(shí)。在做好理論知識(shí)的收集以后再進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)，這樣使理論知識(shí)能充分的融入到設(shè)計(jì)中去。 所謂實(shí)際設(shè)計(jì)就是編寫程序，在反復(fù)的推敲和斟酌中，我完成了初步設(shè)計(jì)，但是還是有些搞不懂。隨后我聽(tīng)了老師的建議來(lái)設(shè)計(jì)程序，終于設(shè)計(jì)出了預(yù)期的效果。根據(jù)計(jì)算出的數(shù)據(jù)運(yùn)用到實(shí)踐中去。感謝我的班主任，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。 感謝我的指導(dǎo)老師，在本次論文設(shè)計(jì)過(guò)程中，老師對(duì)該論文從選題，構(gòu)思到最后定稿的各個(gè)環(huán)節(jié)給予細(xì)心指引與教導(dǎo),使我得以最終完成畢業(yè)論文設(shè)計(jì)。在學(xué)習(xí)中,老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識(shí)、敏銳的學(xué)術(shù)思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風(fēng)范是我終生學(xué)習(xí)的楷模，老師們的高深精湛的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)精神，將永遠(yuǎn)激勵(lì)著我。這5年中還得到眾多老師的關(guān)心支持和幫助。在此，謹(jǐn)向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意！ 另外，還要感謝身邊的同學(xué)們。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中每次遇到困難向他們請(qǐng)教時(shí)，他們都會(huì)給于我熱情地幫助，盡自己最大的力量幫助我解決問(wèn)題，這讓我深受感動(dòng)。同時(shí)也使我能夠較為順利地完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此也向他們表示真摯地感謝。 最后，再次感謝每一位老師和同學(xué)對(duì)我的指導(dǎo)和幫助。 參考文獻(xiàn) [1]上海市經(jīng)委節(jié)能辦公室，上海市機(jī)電工業(yè)管理局，中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)，上海市機(jī)工程學(xué)會(huì). 風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速節(jié)能手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987：10-15. 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