【正文】 ① 熟悉 PLC 技術(shù)的應(yīng)用方法； ② 熟悉雨水利用自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、操作方式和控制特點； ③ 用 PLC編程方法代替雨 水利用自動控制系統(tǒng)中通過連線而實現(xiàn)的所有邏輯焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計 1 引言 6 控制，并且根據(jù) PLC 的功能特點增加工作狀態(tài)顯示功能； ④ 硬件設(shè)計和軟件設(shè)計； ⑤ 實驗室模擬調(diào)試。 小結(jié) 開發(fā)研制的此項新型雨水利用自動控制系統(tǒng)方案采用先進(jìn)技術(shù)、抗干擾能力強(qiáng)、工作可靠性高、簡單易懂、容易掌握、操作維護(hù)方便、性能優(yōu)良、功能強(qiáng)大、自動化程度高，此項可以達(dá)到節(jié)約水源的需求，適合我國現(xiàn)在的國情，對我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及雨水利用自動控制系統(tǒng)的進(jìn)步有著重要的現(xiàn)實意義和實用價值。 2 雨水利用自動控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 PLC 技術(shù)是工業(yè)自動化的重要手段 ，它可以實現(xiàn)邏輯控制、順序控制、定時、記數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信等功能，并且具有處理分支、中斷、自診斷能力。 PLC 技術(shù)的邏輯控制功能通過軟件編程來實現(xiàn)，柔性強(qiáng)，控制功能多，控制線路大大簡化。 PLC 的輸入輸出回路均帶有光電隔離等抗干擾和過載保護(hù)措施。程序運(yùn)行為周期性順序掃描和集中批處理的工作方式，且有故障檢測及診斷程序，可靠性極高 [1][2]。 PLC 控制系統(tǒng)為模塊化結(jié)構(gòu)，維護(hù)更換方便，并可顯示故障類型。 PLC 的選型設(shè)計 PLC 電路主要有 PLC、各種傳感器、操作開關(guān)和低壓交流接觸器等組成。 根 據(jù)控制要求，系統(tǒng)的輸入信號：按鈕 2個，液位傳感器 3 個，壓力傳感器 1個，共有 6 個開關(guān)量輸入信號；系統(tǒng)的輸出信號有：電磁閥 1 個，水泵電機(jī)接觸器 1 個，共有 2 個開關(guān)量輸出信號。這樣的控制規(guī)模不大，考慮到留以備用，可以選用一臺小型規(guī)模的 PLC 就能滿足控制要求。為了降低成本，因此，本文決定選用一臺中等規(guī)模的 S7— 200（ CPU222） PLC 做主機(jī)單元。德國西門子公司是全球著名的電氣公司，該公司最新推出的中等規(guī)模 PLC 產(chǎn)品是 S7— 200系列 [3][4]。該系列的 PLC 為整體式結(jié)構(gòu)，易于構(gòu)成模塊化 PLC 控制系統(tǒng)，易于實現(xiàn)分 布控制，便于系統(tǒng)擴(kuò)展。這種系列的 PLC 欲組成一個 PLC 控制系統(tǒng)，只需要在一個基板上插上主機(jī)單元模塊、輸入擴(kuò)展單元模塊、輸出擴(kuò)展單元模塊及其它需要的功能單元模塊，就可以構(gòu)成一個大規(guī)模綜合控制系統(tǒng)。因此本文確定選用德國西門子公司生產(chǎn)的 S7— 200 系列 PLC。 PLC 的硬件配置設(shè)計 焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計 1 引言 7 由于 S7— 200 系列 PLC 在一個基板上最多設(shè)置 8 個單元模塊，而 PLC 電路共需要 6 個開關(guān)量輸入點、 2 個開關(guān)量輸出，為了考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)展，一般應(yīng)在估計的總點數(shù)上再加上 20％～ 30％的備用 ［ 3］ ，因此可以選用 CPU222 型主 機(jī)單元，不需要擴(kuò)展單元模塊，就可以滿足要求。 PLC 的具體硬件配置如表 21所示。 CPU222 型主機(jī)單元具有 8 輸入 /6 輸出共計 14 個數(shù)字量 I/O 點，可以連接 2個 I/O 擴(kuò)張單元，最大擴(kuò)展至 78個數(shù)字量 I/O 點或 10 路模擬量 I/O，程序和數(shù)據(jù)存儲容量為 6KB?？梢詽M足今后的調(diào)整和擴(kuò)展。 表 2— 1 PLC的具體配置 Tab21 The detailed hardware ponent table of PLC PLC 的 I/O編址 PLC 的輸入∕輸出（ I∕ O）編址如表 22所示。 表 22 PLC的輸入 /輸出（ I/O）編址 Tab22 The table of the I/O addresses of PLC PLC 的輸入∕輸出點分配 PLC 的輸入∕輸出具體分配如表 23所示 表 23 PLC的輸入 /輸出地址分配 Tab23 The detailed table of the input/output addresses of PLC 焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計 1 引言 8 PLC 的輸入∕輸出電路設(shè)計 PLC 的輸入∕輸出電路如圖 21所示 圖 21 PLC電路主機(jī)單元 I/O接線圖 Fig21 The I/O diagram of the host unit of PLC 注釋：圖 21中， B1 為氣壓罐壓力傳感器， B2 為上液位傳感器， B3 為中液位傳感器， B4 為下液位傳感器， SB1為啟動按鈕， SB2 為停止按鈕， KV1 進(jìn)水閥， KM1焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計 1 引言 9 為水泵接觸器。 根據(jù)控制要求和圖 21所示，下面對外部元件的選擇做簡單的分析。 1. 外部輸入器件的選擇 由于外部輸入器件都采用開關(guān)量的輸入方式，因此在選型上不需要 A/D 轉(zhuǎn)換裝置。 ①氣壓罐壓力傳感器選用 BEP2 型壓力變送器。它可測液體、氣體等介質(zhì)。測量范圍在 060MPa，輸出信號為 420mA（兩線制），電源電壓 DC 24V，精度 級，本安 IAⅡ CT5，防爆 DⅡ CT5。 ②液位傳感器采用 SL3002 型金屬浮球液位開關(guān)。 SL3002 型浮球液位開關(guān)體積輕巧，工作原理簡單，可靠性高。工作原理：在密閉的非導(dǎo)性磁性管內(nèi)安裝有一個或多個干簧管，當(dāng)環(huán)形磁鐵靠近磁簧開關(guān)中心時，磁簧開關(guān)接點 ON，反之磁鐵離開時磁簧管有 ON 變?yōu)?OFF。 安裝方式：側(cè)面安裝 ；工作電壓： DC 24V； 開關(guān)電流： 。 ③按鈕開關(guān)采用 LA36 按鈕 適用于交流 50HZ 或 60HZ、 380V及以 下的電氣線路中 2. 外部輸出器件的選擇 外部輸出即為負(fù)載，它的選擇對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大的影響，因此要選用安全、可靠的設(shè)備。 ①電磁閥選用 ZQDF25A 型。工作壓差范圍為 0 至 ,最高使用壓力2MPa ； 結(jié)構(gòu)簡單緊湊，只有三個活動零件，結(jié)構(gòu)簡單，故障小，維修方便。線圈朝上 水平安裝，工作電壓 AC220V 50/60HZ 。 ②水泵選用 YLB 系列單相離心水泵。它采用 YL雙值電容異步電動機(jī)和獨特設(shè)計的泵體組成；電動機(jī)為全封閉結(jié)構(gòu)，防護(hù)等級 IP44，絕緣等級 B 級，頻率 50赫茲，在 160240 伏均能 正常工作；電動機(jī)配有熱保護(hù)器，在電壓過低、機(jī)組卡死和超負(fù)荷工作時能自動停機(jī)，保護(hù)電動機(jī)不燒毀。 ③交流接觸器選用 CJ10 系列。它是一個任務(wù)普通型接觸器，主要供遠(yuǎn)距離接通與分?jǐn)嘟涣?50HZ、電壓至 380V、電流至 150A 的線路之用，并適宜于控制交流電動機(jī)的起動及停止。安裝地點的污染等級為 3 級； 安裝類別（過電壓）為 III類。 元件明細(xì)表如表 24。 表 24 元件明細(xì)表 Tab 24 Component detailed statements 焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計 1 引言 10 雨水利用自動控制系統(tǒng)使用繼電接觸控制實現(xiàn) 邏輯控制．控制系統(tǒng)體積大、運(yùn)行噪音大、功耗高、接線復(fù)雜、故障率高、工作穩(wěn)定性和可靠性差、控制速度慢、控制精度差、功能改變難度大、使用壽命短，缺乏故障診斷功能，排查故障困難。 PLC技術(shù)可以實現(xiàn)邏輯控制、順序控制、定時、計數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信等功能，并且具有處理分支、中斷、自診斷能力。 PLC 技術(shù)的邏輯控制功能通過軟件編程實現(xiàn)，柔性強(qiáng)，控制功能多，控制線路大大簡化。 PLC 的輸入／輸出回路均帶有光電隔離等抗干擾和過載保護(hù)措施，程序運(yùn)行為循環(huán)掃描工作方式，且有故障檢測及診斷程序，可靠性極高。 PLC 控制系統(tǒng) 為模塊化結(jié)構(gòu)，維護(hù)更換方便，并可顯示故障類型。因此可以采用 PLC 控制來代替雨水利用自動控制系統(tǒng)中使用繼電接觸控制而實現(xiàn)的所有邏輯控制，可以保持原有的操作方式、按鈕、開關(guān)、主令控制器的作用不變，以方便用戶使用，縮短適應(yīng)期?？梢圆捎?PLC 技術(shù)設(shè)計信號通信電路，操作更簡便、可靠，指示更清晰 [6][7]。 采用 PLC 技術(shù)改造的雨水利用自動控制系統(tǒng)完全符合雨水利用的控制特點，能夠滿足雨水罐中液位和氣壓罐中壓力的要求，可以把雨水利用自動的控制技術(shù)提高到了一個新的水平。 3 雨水利用自動控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 發(fā)平臺和編程語言的選擇 焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計 1 引言 11 軟件開發(fā)平臺 由于在上一章的硬件設(shè)計中已經(jīng)確定選擇德國西門子公司生產(chǎn)的 S7—200PLC． 其軟件開發(fā)平臺為 STEP7 Micro／ WIN32 編程軟件。這是一種基于 Windows平臺的應(yīng)用軟件，是西門子公司專為 SIMATIC 系列 S7— 200 PLC 研制開發(fā)的編程軟件，它可以使用通用的個人計算機(jī)作為圖形編輯器，用于在線或離線開發(fā)用戶程序，用于在線對 PLC 進(jìn)行各種操作，并且可以在線實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 STEP7 Micro／ WIN32 編程軟件要求個人計算機(jī)操作系統(tǒng)為 Windows95 以上版本，硬件配置為： IBM486 以上兼容機(jī)．內(nèi)存 8MB 以上， VGA 顯示器，至少 50MB 以上硬盤空間，光驅(qū)，鼠標(biāo)， PC／ PPI 電纜 [8]。 編程語言的選擇 STEP7 Micro／ WIN32 編程軟件提供了三種編程語言，即梯形圖 LAD，語句表STL 及功能塊圖 FBD，每種語言都有自己的特點。梯形圖 LAD 是在繼電接觸控制基礎(chǔ)上演變而來的，是一種圖形化的編程語言。編程人員幾乎不必具有計算機(jī)的基礎(chǔ)知識，不需考慮 PLC 內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理，只要有繼電接觸控制的基礎(chǔ)，就能在很短時間內(nèi)掌握梯形圖 LAD 的使用和編程方法，因此這種編程語言應(yīng)用最廣。 語句表 STL 類似于計算機(jī)的匯編語言，是 PLC 最基礎(chǔ)的編程語言。它特別適合于熟悉計算機(jī)原理和熟悉 PLC 的結(jié)構(gòu)原理和工作過程的程序員，用它可以編寫出梯形圖LAD 或功能塊圖 FBD無法實現(xiàn)的程序，程序執(zhí)行速度最快。功能塊圖 FBD 類似于數(shù)字電子電路，它是將具有各種與、或、非、異或等邏輯關(guān)系的功能塊圖按照一定的控制邏輯組合起來。這種編程語言適合于那些熟悉數(shù)字電子電路的人員 [9][10]。 本文編程確定選用梯形閣 LAD 編程語言，以便形象、直觀地反映所實現(xiàn)的邏輯關(guān)系。 編程軟件基本功能 STEP7Micro/WIN32 編程軟件的基本功能是在 Windows 平臺下開發(fā)用戶程序，監(jiān)控用戶程序的動態(tài)執(zhí)行情況。詳細(xì)功能如下： 、編輯、編譯和修改用戶程序，設(shè)置系統(tǒng)組態(tài)，并將其存儲于個人計算機(jī)中。 ，編輯和修改用戶程序，直接對 PLC 進(jìn)行各種操作。 ，編輯器具有語法錯誤檢查功能，并在出錯處有標(biāo)志，焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計