【正文】 ............................. 41 參考文獻(xiàn) .................................................. 42 致 謝 ............................................. 43 1 緒論 隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，水對人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強，人們對供水的質(zhì)量和安全可靠性的要求不斷提高。以前采用人工進行控制蓄水池的水位，由于不可能每時每刻對水位進行準(zhǔn)確的定位監(jiān)測，并且?guī)в泻艽蟮闹饔^性，所以很難準(zhǔn)確控制水泵電機的啟停，并且大多數(shù)供水系統(tǒng)采集信息數(shù)量少、處理慢、傳遞遲，難以實現(xiàn)設(shè)備之間及系統(tǒng)與外界之間的信息交換，嚴(yán)重制約了企業(yè)信息集成及企業(yè)綜合自 動化的實現(xiàn)。 本系統(tǒng)對傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)進行改造，可以有效的解決以前供水壓力波動大、系統(tǒng) 故障率高、能源浪費嚴(yán)重等一系列問題。通過 REMOTE START/STOP 輸入點進行 PLC 遠(yuǎn)程啟停變頻器，作為通用工業(yè)控制計算機，年來可編程控制器從無到有實現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現(xiàn)了 邏輯控制到數(shù)字控制的進步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運動控制、過程控制、及集散控制等各種任務(wù)的跨越。目前，世界上有 200 多廠家生產(chǎn) 300 多種 PLC 產(chǎn)品，主要應(yīng)用在汽車（ 23%）、糧食加工（ %）、化學(xué) /制藥（ %）、金屬 /礦山（ %）、紙漿 /造紙（ %）等行業(yè)。此外，帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。它接口容易，編程語 言易于為工程技術(shù)人員接受。開關(guān)量的邏輯控制這是最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。整體式PLC 由不同 I/O 點數(shù)的基本單元（又稱主機）和擴展單元組成。這種模塊式 PLC的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。 中檔 PLC 除具有低檔 PLC 的功能外，還具有較強的模擬量輸入 /輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程 I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。 PLC 的組成 PLC 的基本結(jié)構(gòu)主要由 3 部分組成：中央處理器 CPU、存儲器系統(tǒng)的 ROM 和RAM 等、系統(tǒng)的輸入 /輸出模塊。在 PLC 中，存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。存放在 RAM中，以適應(yīng)隨機存取的要求。另外， I/O 接口上通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于維護。 PLC 配有開關(guān)電源，以供內(nèi)部電路使用。與計算機連接，可組成多級分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。半智能型 CRT 人 /機接口裝置可長期安裝在控制臺上， 通過通信接口接收來自 PLC 的信息并在 CRT 上顯示出來；而智能型終端人 /機接口裝置有自己的微處理器和存儲器，能夠與操作人員快速交換信息，并通過通信接口與 PLC 相連，也可作為獨立的節(jié)點接入 PLC網(wǎng)絡(luò)。這 種串行工作過程稱為 PLC 的掃描工作方式。整個過程掃描執(zhí)行一遍所需的時間稱為掃描周期。 PLC 執(zhí)行程序的過程及特點 PLC 執(zhí)行程序的過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段輸入采樣階段在輸入采樣階段， PLC 以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時輸入映象寄存器被刷新。 因此 PLC 在一個掃描周期內(nèi)，對輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進行。而對于大中型 PLC，其 I/O 點數(shù)較多，控制功能強，用戶程序較長，為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，可以采用定期采樣、定期輸出方式，或中斷輸入、輸出方式以及采用智能 I/O 接口等多種方式。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令 PLC 和變頻技術(shù)在社會各個領(lǐng)域的應(yīng)用，可以用它來解決水壓控制系統(tǒng)存在的以上問題。 為節(jié)省輸入口數(shù)量，節(jié)省投資，本系統(tǒng)運行 /試驗功能的轉(zhuǎn)換采用了對 I/O模塊接線的優(yōu)化， 使 PLC 輸入模塊中 1 個輸入節(jié)點起到 2 個輸入節(jié)點的作用，完成 PLC 工作在兩種方式下的 I/O 功能。 C20P 面板布置如圖 所示。模擬定時單元的定時值由外部的電位器設(shè)定，不占用 I/O 口。 MONITOR使 PLC 處于監(jiān)控狀態(tài)，當(dāng) PLC 運行程序，對外監(jiān)控時，可按對應(yīng)的控制鍵，把 PLC 運行情況反映在液晶顯示器上，還可改變數(shù)據(jù)。 （ 5）特殊繼電 器 P 型機有 2 個半通道的繼電器即 18通道的左半字節(jié)、 19 通道的右半字節(jié)，共 16 個。 190 190 190 190 1907分別為出錯、進 借 位 、大于、相等、和小于標(biāo)志。當(dāng)變頻系統(tǒng)為開環(huán)時，設(shè)備可以人為設(shè)定輸出任意頻率控制電機轉(zhuǎn)速；當(dāng)變頻系統(tǒng)為閉環(huán)時，隨著反饋等要求的變化，根據(jù)設(shè)定的系統(tǒng)供水壓力值，自動跟蹤輸出相應(yīng)的頻率。 圖 變頻器與其外圍調(diào)設(shè)備的接線圖 系統(tǒng)工作原理 水泵根據(jù)用水的多少，按一定的控制邏輯運行，維持用水低恒壓。 圖 浮力式水位傳感器示意圖 圖中浮球采用光滑的不銹鋼薄壁圓球。鍵盤中按鍵的排列結(jié)構(gòu)一般采用矩陣形式。鍵盤掃描需要把各條行線同一個來自微處理機的輸出口相連，而各條列線則同一個輸入口相連。 LED 顯示器價格便宜，配置靈活，與單片機接口方便。當(dāng)探測點超過預(yù)定值時，信號發(fā)送給PLC，經(jīng) PLC 處理后，命令 0504 口輸出一個連續(xù)的時鐘脈沖，這時蜂鳴器開始鳴叫報警，與此同時紅色發(fā)光二極管開始閃亮，達(dá)到報警的目的。 PLC 終端軟件采用梯形圖語言編寫，為提高終端的抗干擾能力，軟件設(shè)計中采用了數(shù)字濾波、故障自檢、控制口令等措施，保證控制操作的正確性和可靠性。水位可分四段設(shè)定和顯示，在最低水位時自動啟泵，當(dāng)水位到達(dá)設(shè)定值時自動停泵。 圖 PLC 梯形圖 小結(jié) 本章主要介紹了 PLC 的軟件設(shè)計， PLC 終端軟件采用梯形圖語言編寫為提高終端的抗干擾能力，軟件設(shè)計中采用了數(shù)字濾波 、故障自檢、控制口令等措施，保證控制操作的正確性和可靠性。 最后，我還要對我的父母至以最真切的感謝，是他們的 愛和無私的幫助激勵我順利地完成學(xué)業(yè)。本系統(tǒng)在軟、硬件方面采取了多種措施，特別是現(xiàn)場終端選用了提高了系統(tǒng)的可靠性在供水系統(tǒng)取得了較好的應(yīng)用效果。 （ 3）水位由 00000003 口分最低、 較低、較高、最高四段設(shè)定，系統(tǒng)設(shè)置由低到高的優(yōu)先權(quán)，即當(dāng)多個設(shè)定的水位點同時有效時，低水位設(shè)定優(yōu)先。終端軟件主要由下列模塊組成初始化程序：設(shè)定各寄存器、計數(shù)器、工作模式 、通信方式等參數(shù)初始值數(shù)據(jù)采集子程序：對各路模擬量數(shù)據(jù)采集、濾波、平均等處理累計運行時間子程序：對泵機等設(shè)備的運行時間進行累計脈沖量累計子程序：對電耗、流量、儀表的輸出脈沖進行累計，并進行標(biāo)度變換遙信子程序：檢測電機、閥門、報警開關(guān)等設(shè)備的運行狀態(tài)置初值子程序：由監(jiān)控中心對時間、電耗、流量等累計參數(shù)按用戶的要求設(shè)定初始值故障自檢子程序：檢測的故障信息、校驗信息，并發(fā)往監(jiān)控中心控制子程序：根據(jù)監(jiān)控中心的命令，或現(xiàn)場自控條件輸出相應(yīng)的操作通訊子程序；完成與監(jiān)控中心的各種通信功能。 選擇手動時，通過開關(guān) KR 控制水泵啟動 /停止；選擇自動時，由 C20P 輸出特性通過變頻器控制水泵啟動與停止。 本系統(tǒng)外圍電路由于只需要實現(xiàn)小燈的亮滅來提示水位以及手動 /自動的切換。 圖 鍵盤的輸入輸出安排 鍵盤的電路設(shè)計 本系統(tǒng)采用中斷掃描方式，當(dāng)鍵位上有鍵按下時，產(chǎn)生中斷請求， CPU 響應(yīng)中斷，在中斷服務(wù)子程序中掃描鍵盤，判斷是哪一個鍵按下，然后執(zhí)行該鍵的功能子程序。另一種是軟件掃描。電感式液位傳感器是由原、副邊線圈組成的螺線管型互感線圈，當(dāng)原邊電壓為 E 時，副邊感應(yīng)電壓 U0 M E，其中 M是互感系數(shù)。水塔的高 /低水位信號也直接送給 PLC，作為高 /低水位報警。在高限值至恒定值之間，變頻器改變水泵電機電源頻率，使電機減速或恒速運行。 變頻器和 PLC 一樣是整個系統(tǒng)的核心元件，是調(diào)速核心設(shè)備，其主要作用是通過改變輸出電源頻率而對電機水泵實現(xiàn)無級調(diào)速，達(dá)到隨用水量變化而自動調(diào)節(jié)電機、水泵轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)保持恒壓的目的。 1809用于掃描周期超過 100ms 小于 103ms 時 ON。 指令鍵 灰色 ： 16 個，用于輸入指令。模擬輸出單元是將模擬信號 電壓或電流 轉(zhuǎn)換成輸入到 PLC 的二進制數(shù)，模擬輸出單元是將 PLC 的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號輸送給外圍設(shè)備。 CPU 采用 8 位微處理器。 圖 系統(tǒng)硬件配置圖 圖 I/O 模塊接線的優(yōu)化 歐姆龍 C20P 系統(tǒng)硬件配置 C20P 系統(tǒng)主要硬件配置包括面板、擴展單元、特殊單元、外圍設(shè)備。 PLC 選型 目前在國內(nèi)市場上有從美國、德國、日本等國引進的多種系列 PLC，國內(nèi)也有許多廠家組裝、開發(fā)數(shù)十種 PLC，故 PLC 系列標(biāo)準(zhǔn)不一，功能參差不齊，價格懸殊。對一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的。這方式稱為集中采樣，即在一個掃描周期內(nèi)，集中一段時間對輸入狀態(tài)進行采樣。 2）程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段， PLC 對程序按順序進行掃描執(zhí)行。在內(nèi)部處理階段，進行 PLC 自檢，檢查內(nèi)部硬件是否正常，監(jiān)視定時器（ WDT）是 否復(fù)位以及完成其它一些內(nèi)部處理工作。然后再從頭開始掃描執(zhí)行，周而復(fù)始重復(fù)運行。為了使調(diào)試好用戶程序不易丟失，經(jīng)常用 EPROM 寫入器將 PLC 內(nèi) RAM 保存到EPROM 中。智能接口模塊 智能接口模塊是一獨立的計算機系統(tǒng)，它有自己的 CPU、系統(tǒng)程序、存儲器以及與 PLC 系統(tǒng)總線相連的接口 。對電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值177。 I/O 接口的主要類型有：數(shù)字量（開關(guān)量）輸入、數(shù)字量（開關(guān)量）輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在掉電時用后備電池維持其現(xiàn)有的狀態(tài)，這部分在掉電時可保存數(shù)據(jù)的存儲區(qū)域稱為保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)。系統(tǒng)程序關(guān)系到 PLC 的性能，而且在 PLC 使用過程中不會變動，所以是由制造廠家直接固化在只讀存儲器 ROM、 PROM 或 EPROM 中，用戶不能訪問和修改。其中， CPU 是 PLC 的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入 /輸出設(shè)備與 CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計算機等外設(shè)連接。 高檔 PLC 除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)的運算、制表及表格傳送功能等。 還有一些 PLC 將整體式和模塊式的特點結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式 PLC。擴展單元內(nèi)只有 I/O 和電源等，沒有 CPU。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各廠商都十分重視的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程 當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。在 1987 年國際電工委員會（ International Electrical Committee）頒布的標(biāo)準(zhǔn)草案中對做了如下定義是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。 關(guān)鍵字： PLC，變頻器，自動控制 Control system design and realizes PLCbased water level ABSTRACT With social progress and rapid economic de