【正文】 . This change is controlled by relays to the putercontrolled leap. PLC control is characterized by: ① high reliability, strong antijamming capability。最終完成基于 PLC的水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)采集，設(shè)計(jì)一套實(shí)用水位控制方案，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，以提高控制精度、可靠性和供水質(zhì)量。這個(gè)變革是由繼電器控制到計(jì)算機(jī)控制的飛躍 。所以除了浪費(fèi)電能外，還造成了人力資源的浪費(fèi)。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。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)的水塔水位控制為粗放式的，基本沒有對(duì)水泵的合理控制，且多為人為控制，工作強(qiáng)度大、危險(xiǎn)。隨 著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，它給工業(yè)自動(dòng)化帶來了革命性的變革。 因此綜上所述，為了達(dá)到節(jié)能的目的提高供水系統(tǒng)的質(zhì)量，考慮采用可編程控制器（ PLC）、繼電器。 并根據(jù)水塔水位控制系統(tǒng)的控制要求以及控制原理確定水塔水位控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，畫出系統(tǒng)流程圖，確定 PLC系統(tǒng)的輸入輸出分配，編寫程序，系統(tǒng)的模擬仿真等。s living standard, various types of residential construction and development in the city very quickly, but also put forward higher requirements for the district39。 ④ The system design small amount of work to build, easy maintenance, easy to transform。 氣壓罐供水具有體積小、技術(shù)簡(jiǎn)單、不受高度限制等特點(diǎn)，但此方式調(diào)節(jié)量小、水泵電機(jī)為硬起動(dòng)且起動(dòng)頻繁，對(duì)電器設(shè)備要求較高、系統(tǒng)維護(hù)工作量大，而且為減少水泵起動(dòng)次數(shù)，停泵壓力往往比較高，致使水泵在低效段工作，而出水壓力無謂的增高，也 使浪費(fèi)加大，從而限制了其發(fā)展。 綜上所述，傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在浪費(fèi)水力、電力資源 。 目前的供水方式朝向高效節(jié)能、自動(dòng)可靠的方向發(fā)展，采用 PLC 水塔水位控制系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。數(shù)控技術(shù)作為數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)成為當(dāng)今制造技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。第 1章 緒論 3 3 第二代采用晶體管和印制電路板組成的數(shù)控系統(tǒng)，可靠性有所提高，體積大為縮小，但是還沒有得到廣大用戶的認(rèn)可 。第五代采用微處理器或微型計(jì)算機(jī) 。這種系統(tǒng)較第一階段的數(shù)控系統(tǒng)容易擴(kuò)展，柔性好，可靠性高。盡管也可以由用戶做人機(jī)界面，但必須使用專門的開發(fā)工具 (如 Sinelnes 的 WSSOOA)，耗費(fèi)較多的人力，而對(duì)它的功能擴(kuò)展、改變和維修，都必須求助于系統(tǒng)供應(yīng)商。如 FANUC181 系統(tǒng)、 51emens840D 系統(tǒng)、Numl060 系統(tǒng)等。 “ NC 嵌入 CP”結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。因而這種開放結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制卡被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化控制各個(gè)領(lǐng)域。它的 CNC 軟件全部裝在計(jì)算機(jī)中，而硬件部分僅是計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)和外部 1/0吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文 4 之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口?？梢哉f，數(shù)控技術(shù)是實(shí)現(xiàn)制造過程自動(dòng)化的基礎(chǔ)，是自動(dòng)化柔性系統(tǒng)的核心，是現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的重要組成部分。再加上 PLC 發(fā)展過程中 產(chǎn)品的系列化、產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化，使之從早期的邏輯控制、順序控制迅速擴(kuò)展到了連續(xù)控制，開始進(jìn)入批量控制和過程控制領(lǐng)域，并迅速成為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的支柱〔 9」。 1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器。在軟件方面， PLC 采用極易為電氣人員掌握的梯形圖編程語言 ，除了保持原有的邏輯運(yùn)算等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。據(jù)“美國(guó)市場(chǎng)信息”的世界 PLC 以及軟件市場(chǎng)報(bào)告稱， 1995 年全球 PLC 及其軟件的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)模約 50 億美元。 PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，有相應(yīng)的 1/0模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備直接連接。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊 化結(jié)構(gòu)。 5)安裝簡(jiǎn)單，維修方便。 第 2章 可編程控制器概述 7 可編程控制器（ PLC）的應(yīng)用 由于 PLC 強(qiáng)大功能和優(yōu)點(diǎn)，使得其在我國(guó)的水工業(yè)自動(dòng)化中得到廣泛的應(yīng)用。它的軟、硬件配置與計(jì)算機(jī)極為類似，只不過它比一般計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適應(yīng)于控制要求的編程語言。 目前，小型 PLC 為單 CPU 系統(tǒng)，而中型及大型 PLC 則為雙 CPU 甚至多 CPU系統(tǒng)。CPU 按掃描方式工作 ，從存貯器中逐條讀取指令，并存入 CPU 內(nèi)的指令寄存器中 。常用的存貯器形式有 CMOSROM、 EPROM 和 EEPROM。用戶不能訪問和修改存貯器這部分的內(nèi)容 用戶存貯器主要用來存放用戶的應(yīng)用程序。為確保 PLC 機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性， CMOSRAM 存貯器有預(yù)防電源掉電故障的 鏗電池保護(hù)措施，以防電源掉電后破壞它的存貯內(nèi)容。 3)輸入 /輸出模塊 :輸入 /輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的接口?？删幊炭刂破饔卸喾N輸入 /輸出模塊，其類型有數(shù)字量輸入 /輸出模塊和模擬量輸入 /輸出模塊。模擬量輸入 /輸出模塊主要用來實(shí)現(xiàn)模擬量一數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，即 A/D或 D/A 轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓主要是0 一 5 伏和 O 一 10伏兩種，模擬電流主要是 0 一 ZomA 和 4 一 ZomA 兩種。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量 程的電壓或電流輸出信號(hào)，提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 5)編程器 :它的作用是供用戶 進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。用于 IBM 一 PC 及其兼容機(jī)的編程器。圖形編程器還可與打印機(jī)、錄音機(jī)、繪畫儀等設(shè)備連接，有較強(qiáng)的監(jiān)控功能。監(jiān)控工作方式可以對(duì)運(yùn)行中的控制器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和跟蹤，一般可以對(duì)某一線圈或觸點(diǎn)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，也可以對(duì)成組器件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，還可以跟蹤某一器件在不同時(shí)間的工作狀態(tài)，除搜索、監(jiān)視、跟蹤外，還可以對(duì)一些器件進(jìn)行操作。鍵盤有單功能鍵和雙功能鍵，在使用雙功能鍵的時(shí)候鍵盤中都 備有一個(gè)選擇第 2章 可編程控制器概述 11 鍵，以選擇其中一種方式工作。 (2)與外設(shè)通信 自診斷正常后 PLC 即掃描編程器、上位機(jī)等通信接口，如有通信請(qǐng)求便響吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文 12 應(yīng)處理。這一過程也稱為輸入采樣或輸出刷新，在一個(gè)掃描周期內(nèi)內(nèi)存映象的內(nèi)容不變，即使外部實(shí)際開關(guān)狀態(tài)己經(jīng)發(fā)生了變化也只能在下一個(gè)掃描過程中的輸入采樣時(shí)刷新，解算用戶邏輯所用的 輸入值是該輸入值的內(nèi)存映象值而不是當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際值。在一個(gè)掃周期內(nèi)，某個(gè)輸入信號(hào)的狀態(tài)不管外部實(shí)際情況是否己經(jīng)變化，對(duì)整個(gè)用戶程序是一致的，不會(huì)造成結(jié)果混亂。 在依次完成上述五個(gè)步驟操作后 PLC 又開始進(jìn)行下一次掃描。不同廠家的 PLC，其編程元件的多少及編號(hào)方法不盡相同，但是基本的元件及功能很相近。每一個(gè)邏輯行起始于左母線，然后是觸點(diǎn)的各種聯(lián)接，最后是線圈，整個(gè)圖形呈梯形。 ④梯形圖是 PLC 形象化的編程方式，其左右兩側(cè)的母線不接任何電源，因而圖中各個(gè)支路也沒有真實(shí)的電流通過，但是為了方便，常用有電流來形象的描述解算中滿足輸出線圈的動(dòng)作條件 。 ③可靠性高，平均故障間隔時(shí)間 (MTBF)超過 20210 小時(shí)。 ⑦可在基本系統(tǒng)上擴(kuò)展，系統(tǒng)容易配置，與負(fù)載最遠(yuǎn)距離可達(dá) 10000 英尺，內(nèi)存可以擴(kuò)展。 第 3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 15 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 隨著 PLC 功能的不斷完善和提高， PLC 幾乎可以完成工業(yè)領(lǐng)域的所以控制任務(wù)。 一般來說，能夠反映生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況，能用傳感器直接測(cè)量的參數(shù)，控制邏輯復(fù)雜的部分都由 PLC 控制來完成。 對(duì)第一個(gè)問題，首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的 I/O 點(diǎn)找出來，包括開關(guān)量 I/O，模擬量 I/O 以及這些 I/O 點(diǎn)的性質(zhì)。 對(duì)于第二個(gè)問題，則有以下幾個(gè)方面要考慮： （ 1）功能方面 所有 PLC 一般都具有常規(guī)的功能，但是對(duì)于某些特殊要求，就要知道所選用的 PLC 是否有能力完成控制任務(wù)。在使用 PLC 較多的情況下，這樣的差價(jià)必須是需要考慮的。 系統(tǒng)調(diào)試分模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試 硬件部分的模擬調(diào)試可在斷開主電路的情況下，主要試一試手動(dòng)控制部分是否正確?？衫蒙显V外圍設(shè)備模擬各種現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)和傳感器狀態(tài)，然后觀察 PLC 的輸出邏輯是否正確。有時(shí) PLC 也許只有這一臺(tái)，這時(shí)就要把 PLC 安裝到控制柜相應(yīng)的位置上。傳統(tǒng)的維持水壓的方法就是建造水塔，水泵開者時(shí)將水打到水塔中，水泵休息時(shí)借助水塔的水位繼續(xù)供水。通常的辦法是：用水量大時(shí)，增加水泵的數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以保證管網(wǎng)中的水壓不變，用水量小時(shí)又需作出相反的調(diào)節(jié)。 建造水塔需要 花費(fèi)財(cái)力，水塔還會(huì)造成水的二次污染。 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 配單臺(tái)電機(jī)和水泵時(shí)，它們的功率必須足夠的大，在用水量少于開一臺(tái)大電機(jī)肯定是浪費(fèi)，電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水不足。如圖 32 所示，圖中壓力傳感器用于檢測(cè)管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口。供水距離越遠(yuǎn)，用水地點(diǎn)越高，系統(tǒng)所需供水壓力越大。 （ 3）根據(jù)給定值和實(shí)測(cè)值的綜合，依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)工作中還有個(gè)調(diào)節(jié)規(guī)律的問題，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律多是比例 積分 微分調(diào)節(jié)，俗稱PID 調(diào)節(jié)。 下面以一個(gè)三泵生活 /消防雙恒壓無塔供水系統(tǒng)為例來說明其工藝過程，如圖 33 所示，市網(wǎng)來水用高低水位控制器 EQ 來控制注水閥 TV1，它們自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水箱中注水。吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文 20 火災(zāi)結(jié)束后三臺(tái)泵再改為生活供水使用。 I/O 單元是 PLC 與外部設(shè)備相互聯(lián)系的通道，能輸入 /輸出多種形式和驅(qū)動(dòng)能力的信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)被控設(shè)備與 PLC 的 I/O 接口之間的電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串 /并轉(zhuǎn)換、 A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換等功能。 根據(jù)圖 33 及以上控制要求 統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)的名稱、代碼及地址編號(hào)如下表所示。參照 S7 – 200 的產(chǎn)品第 3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 23 目以及市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī)為 CUP222（ 8 入 /6 繼電器輸出）一臺(tái)，加 上一臺(tái)擴(kuò)展模塊 EM222（ 8繼電器輸出），再擴(kuò)展一臺(tái)模擬量模塊 EM235（ 4AI/1AO）。由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面（ HMI）可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易的組成 PLC網(wǎng)絡(luò)。 EM235 模擬量工作單元 性能指標(biāo) 表 2 模擬量擴(kuò)展模塊 EM235輸入 /輸出技術(shù)規(guī)范 輸 入 技 術(shù) 規(guī) 范 輸 出 技 術(shù) 規(guī) 范 主機(jī)單元 CUP222 AC/DC 繼電器 擴(kuò)展單元 EM222 8 點(diǎn)繼電器 模擬量單元 EM235 4AI/1AO 吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文 24 最大輸出電壓 30VDC 隔離（現(xiàn)場(chǎng)到邏輯） 無 最大輸入電壓 32mA 信號(hào)范圍 電壓輸出 電流輸出 177。 177。 100mV, 177。 2%滿量程 精度 最差情況055℃ 電壓輸出 電流輸出 典型， 25℃ 電壓輸出 電流輸出 177。 5%滿量程 輸入分辨率 AD 轉(zhuǎn)換時(shí)間 ＜ 250 ? s 模擬輸入階躍響應(yīng) mS 到 95% 共模抑制 4dB,DC 到 60Hz 共模電壓 信號(hào)電壓加共加模電壓≤177。 校準(zhǔn)及配置 模擬量模塊在接入電路工作前需完成配置及校準(zhǔn)，配置指根據(jù)實(shí)際需接入的信號(hào)類型對(duì)模塊進(jìn)行一些設(shè)定。 （ 2）完成硬件的接線工作。 （ 3）確定模塊安裝入系統(tǒng)時(shí)的位置，并由安裝位置確定模塊的編號(hào)。一般使吉林工程技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)論文 26 用模擬量輸入 AIW及模擬量輸出 AQW單元安排由模擬量模塊送來的數(shù)字量及待入模塊轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量輸出的數(shù)字量。三臺(tái)電機(jī)分別為 M M M3。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕 SB1SB2 控制三臺(tái)泵的啟 /停和電磁閥 YV2 的通 /斷；自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在 PLC 程序控制下運(yùn)行。為了判斷變頻器的工作頻率達(dá)到上限的確定性，應(yīng)該濾去偶然的頻 率波動(dòng)引起的頻率達(dá)到上限情況，在程序中考慮采取時(shí)間濾波。 程序的結(jié)果以及程序功能的實(shí)現(xiàn) 由于 PLC 在恒壓供水系統(tǒng)中的功能比較多，本程序可分為 3 部分 ：主程序、子程序和中斷程序 邏輯運(yùn)算及報(bào)警處理等放在豬程序。初步確定的增益時(shí)間常數(shù)為：增益、采樣時(shí)間