【文章內(nèi)容簡介】 中小型場合中能得到良好的應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)的主要工作是采用通用邏輯控制模塊設(shè)計(jì)一個(gè)能普遍適用大多數(shù)中小型應(yīng)用場合的循環(huán)水泵系統(tǒng)，主要功能包 括兩個(gè)方面：一是能夠根據(jù)星期日的不同改變兩臺(tái)水泵的主備次序；二是能夠根據(jù)液位控制器的信號(hào)判斷是否需要抽水，自動(dòng)控制兩臺(tái)水泵的啟停，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)水泵的自動(dòng)控制功能。 因此，為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本文的主要工作包括以下幾個(gè)方面： ? 選取合適的硬件元件，設(shè)計(jì)合理的硬件電路。 ? 分析設(shè)計(jì)控制要求和成本選擇合適可行的控制方式，并且設(shè)計(jì)合理的控制程序。 ? 對(duì)設(shè)計(jì)的控制程序進(jìn)行仿真，完成整個(gè)程序的調(diào)試與改進(jìn)，使設(shè)計(jì)達(dá)到要求。 ? 進(jìn)行循環(huán)水泵系統(tǒng)實(shí)物模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否具有可行性。 本章小結(jié) 本章主要介紹了循環(huán)水泵系統(tǒng)的研 究背景及意義，闡述了循環(huán)水泵技術(shù)的發(fā)展歷程，在此基礎(chǔ)上，介紹了基于 LOGO！的循環(huán)水泵系統(tǒng)的應(yīng)用前景，最后概況了論文工作的主要安排。 第 2 章 循環(huán)水泵控制系統(tǒng)方案研究 循環(huán)水泵控制系統(tǒng)方案的研究主要是在了解循環(huán)水泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作過程的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)具體的控制要求，確定系統(tǒng)的控制方式，從而設(shè)計(jì)合理的控制系統(tǒng)。使循環(huán)水泵系統(tǒng)達(dá)到控制功能完善、維護(hù)方便、價(jià)格便宜的目的。 循環(huán)水泵系統(tǒng)簡介 循環(huán)水泵系統(tǒng)能夠使水資源得到循環(huán)利用，主要用來供排水和提供冷卻介質(zhì)。本次設(shè)計(jì)的循環(huán)水泵控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 循環(huán)水泵系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖 循環(huán)水泵系統(tǒng)主要包括液位控制器和兩臺(tái)水泵。通過水泵工作來調(diào)節(jié)蓄水池水位的高低，采用液位傳感器檢測蓄水池液位信號(hào)，并將其信號(hào)送到主控制器，由控制器控制水泵的啟停來調(diào)節(jié)水位的高低，具體的基本工作過程如圖 所示。 圖 循環(huán)水泵系統(tǒng)基本工作過程圖 MM蓄 水 池液 位傳 感器中 水 位高 水 位低 水 位水 泵 M 1 水 泵 M 2管 道檢 測 信 號(hào) 輸 入 控 制 器控 制 水 泵 的啟 停調(diào) 節(jié) 水 位 循環(huán)水泵控制系統(tǒng)的基本工作過程是：先是液位控制器檢測水位狀況，并且轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入系統(tǒng)的控制器內(nèi)，按照可編程邏輯控制器內(nèi)編寫好的程序輸出信號(hào)，控制系 統(tǒng)中兩臺(tái)水泵的啟停，從而調(diào)節(jié)蓄水池的水位，調(diào)整循環(huán)系統(tǒng)的供水量。 循環(huán)水泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及研究思路 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，本設(shè)計(jì)采用兩臺(tái)水泵控制蓄水池水位的高低，一主一備，其具體的控制要求如下：在自動(dòng)控制方式下，兩臺(tái)水泵主與備每天切換控制，星期一、星期三、星期五、星期日水泵 M1 作為主泵，水泵 M2 作備用水泵。星期二、星期四、星期六水泵 M2 作為主水泵， M1 號(hào)水泵作備用水泵。當(dāng)蓄水池水位在高水位時(shí)，兩臺(tái)水泵同時(shí)開啟。當(dāng)蓄水池水位在中水位時(shí)，當(dāng)日主水泵開啟。當(dāng)蓄水池水位在低水位時(shí)，兩臺(tái)水泵都停機(jī)。處于手動(dòng)控制方式時(shí)， 可以 手動(dòng)選擇水泵 M1 或水泵 M2 的開啟，一旦進(jìn)入手動(dòng)控制狀態(tài)，兩臺(tái)水泵都自動(dòng)脫離自動(dòng)開啟和自動(dòng)停機(jī)狀態(tài)。另外系統(tǒng)具有急停，不論兩臺(tái)水泵哪臺(tái)處于工作狀態(tài)，一旦急停按鈕動(dòng)作，要求所有水泵立即停機(jī)。 根據(jù)上述的控制要求及循環(huán)水泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作過程分析，研究思路如下：由于本設(shè)計(jì)的循環(huán)水泵系統(tǒng)主要針對(duì)的是較小型的應(yīng)用場合，所以采用兩臺(tái)功率較小的水泵用來抽水，從而控制蓄水池的水位、調(diào)整系統(tǒng)的供水量。采用液位控制器作為水位狀況信號(hào)采集工具，輸入到 LOGO!控制器，從而控制兩臺(tái)水泵的啟停。分析控制要求，循環(huán)水泵系統(tǒng)要有手動(dòng) 控制方式和自動(dòng)控制方式，在手動(dòng)控制方式下時(shí)，能夠緊急的應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況，提高系統(tǒng)的靈活性，當(dāng)液位控制器出現(xiàn)故障時(shí)，能夠通過手動(dòng)控制水泵啟停保障系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。在處于自動(dòng)控制方式下時(shí)，一是利用 LOGO!中的周定時(shí)器模塊，編程設(shè)定主備水泵。二是通過液位控制器檢測水位信息，然后輸入到核心控制器，決定是啟動(dòng)兩臺(tái)水泵還是當(dāng)日主水泵，又或是停止水泵的運(yùn)行。 目前，在循環(huán)水泵控制系統(tǒng)的應(yīng)用上，主要有 4 種控制方式能夠符合循環(huán)水泵系統(tǒng)的控制要求，分別為繼電接觸器控制方式、單片機(jī)控制器控制方式、可編程邏輯控制器 控制方式、可編程邏輯塊控制器控制方式。 繼電接觸器控制系統(tǒng) 這種控制方式有著很大的缺點(diǎn)，它不僅耗能高，系統(tǒng)接線復(fù)雜，在控制過程中，其中任何一個(gè)繼電器或接觸器損壞，都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作與運(yùn)行，故障率高，并且在查找和排除系統(tǒng)故障時(shí)比較困難，控制柜的安裝接線工作量大，控制系統(tǒng)靈活性也較差 [9]。 單片機(jī)控制器控制方式成本相對(duì)較低，但是由于制版工藝、布局結(jié)構(gòu)、器件的質(zhì) 量等因素的影響使得抗干擾能力差，故障率高，不易擴(kuò)展，對(duì)環(huán)境依賴性強(qiáng) [10]。而且開發(fā)周期長，從設(shè)計(jì)到使用要求設(shè)計(jì)人員有較高的專業(yè)知識(shí)與單片機(jī)開發(fā)經(jīng) 驗(yàn)。 可編程邏輯控制器即基于 PLC 的控制器方式。 PLC 可編程控制器是發(fā)展比較早的工業(yè)控制器，能夠簡單的編程實(shí)現(xiàn)控制要求，靈活性高，它應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)線、流水線、大型自動(dòng)化設(shè)備方面，但由于價(jià)格方面的因素，在小型控制方式不能體現(xiàn)其優(yōu)越性，缺乏市場競爭力。 可編程邏輯塊控制器也就是基于 LOGO!控制器方面的自動(dòng)控制。它是由 PLC 發(fā)展而來，面向的是較小型的自動(dòng)化控制。采用這種控制方式來控制循環(huán)水泵系統(tǒng)具有很大的優(yōu)勢(shì)。首先， LOGO!控制器產(chǎn)品集編程功能、顯示功能、控制為一體，我們可以隨時(shí)對(duì)循環(huán)水泵控制系統(tǒng)進(jìn)行編程或者 修改，極其方便 [11]。其次， LOGO!編程語言簡單易學(xué)，操作簡單，可以很輕松的對(duì)循環(huán)水泵控制系統(tǒng)進(jìn)行編程，不像 PLC 的梯形圖編程較為復(fù)雜。再次， LOGO!較 PLC 價(jià)格便宜，在中小型的自動(dòng)控制方面市場競爭力更強(qiáng)。 經(jīng)過比較，由于 LOGO!控制系統(tǒng)有著獨(dú)特的顯示功能，編程方便，編程語言簡單易懂，性價(jià)比較高，且本身偏向于中、小型自動(dòng)化應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn) [12]。所以，本設(shè)計(jì)選擇以 LOGO!邏輯控制模塊作為控制核心來設(shè)計(jì)循環(huán)水泵控制系統(tǒng)。 本章小結(jié) 本章主要簡單分析了循環(huán)水泵系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與工作過程，隨后分析了循 環(huán)水泵系統(tǒng)的具體控制要求，通過對(duì)其原理和要求的分析制定合理的研究思路。最后對(duì)于系統(tǒng)控制方式的選擇做了詳細(xì)的分析與說明。 第 3 章 循環(huán)水泵系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì) 在了解了循環(huán)水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，經(jīng)過對(duì)比分析，選擇了控制系統(tǒng)方案后，主要是對(duì)循環(huán)水泵控制系統(tǒng)硬件電路部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。循環(huán)水泵系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)主要包括主電路部分的設(shè)計(jì)、控制電路部分的設(shè)計(jì)、控制面板的設(shè)計(jì)、控制箱的設(shè)計(jì)以及對(duì)系統(tǒng)主要元器件的選型等方面。 主電路的設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，主電路采用兩臺(tái)電機(jī)，電源采用三相四線制，線電壓為 380V，相電壓為 220V，頻率為 50HZ 的交流電壓，電路具有過電流和過電壓保護(hù)功能。主電路圖如 所示。 圖 主電路圖 圖中 M1 和 M2 為三相異步電動(dòng)機(jī)，采用三相電源進(jìn)行供電， FR1 和 FR2 為熱繼電器觸頭，為電動(dòng)機(jī)提供過電流保護(hù)。 FU1 和 FU2 為低壓熔斷器，為系統(tǒng)提供過電壓保護(hù)。 KM1 為交流接觸器常開觸頭，通過觸頭控制水泵的運(yùn)行與停止。 QS 為低壓斷路器，可斷開主電路電源，同時(shí)控制控制電路電源?？刂齐娐凡糠蛛娫从闪憔€ N 和火M L 1 L 2 L 3NQ SF U 1F U 2K M 1K M 2F R 1F R 2M 1M 2控 制 回 路M 線 L3 提供。 控制電路的設(shè)計(jì) 控制 電路核心部分為 LOGO!控制器，再加上熱繼電器，接觸器，斷路器，按鈕開關(guān)，組成了系統(tǒng)控制部分?？刂撇糠种饕骷杏诳刂葡渑c控制面板上?？刂泼姘逵邪粹o開關(guān)與斷路器，為用戶直接操作部分，控制箱內(nèi)各個(gè)元器件集中安裝。一般我們可以將控制箱與控制面板組合在一起，控制箱為暗裝，控制面板可明裝。這樣既便于操作，又便于維修。 LOGO!的具體 I/O 分配 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，分析可知輸入信號(hào)有 3 個(gè)液位傳感器，兩個(gè)手動(dòng)啟動(dòng)按鈕，一個(gè)自動(dòng)控制開啟按鈕，一個(gè)急停按鈕，輸出有兩臺(tái)水泵啟動(dòng)線圈，所以總共需要用到 7個(gè)輸入和兩個(gè) 輸出。本設(shè)計(jì)的循環(huán)水泵系統(tǒng)具體的輸入信號(hào)為：自動(dòng)控制方式按鈕SB1，手動(dòng)啟動(dòng)水泵 M1 按鈕 SB2，手動(dòng)啟動(dòng)水泵 M2 按鈕 SB3，緊急停止按鈕 SB4，KPL 為蓄水池低水位信號(hào)， KPM 為蓄水池中水位信號(hào)， KPH 為蓄水池高水位信號(hào)；輸出信號(hào)為： Q1 輸出接 KM1 線圈，控制水泵 M1 的啟停， Q2 輸出接 KM2 線圈，控制水泵的啟停。其具體 I/O 地址分配如表 所示。 表 LOGO! I/O 地址分配表 序號(hào) 數(shù)字量輸入地址 設(shè)備 定義 1 I1 按鈕 SB1 自動(dòng)控制方式 2 I2 按鈕 SB2 手動(dòng)啟動(dòng)水泵 1 3 I3 按鈕 SB3 手動(dòng)啟動(dòng)水泵 2 4 I4 按鈕 SB4 急停 5 I5 KPL 水箱低水位 6 I6 KPM 水箱中水位 7 I7 KPH 水箱高水位 8 數(shù)字量輸出 設(shè)備 定義 9 Q1 KM1 線圈 控制水泵 1 10 Q2 KM2 線圈 控制水泵 2 控制電路接線 LOGO!基本模塊有 8 個(gè)數(shù)字量輸入和 4 個(gè)數(shù)字量輸出，本設(shè)計(jì)只需用到 7 個(gè)數(shù)字量輸入，兩個(gè)數(shù)字量輸出 ，所以只用一個(gè) LOGO!基本模塊即可 [13]。根據(jù)系統(tǒng)控制要求及 I/O 分配表，控制電路的接線如圖 所示。 K M 2L O G O !K M 1L 3 NQ S 2F U 3S B 1 S B 2 S B 3 S B 4K P L K P M K P HL N I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 I 8Q 1 Q 2Q 3Q 4 圖 控制電路接線圖 控制面板與控制箱設(shè)計(jì) 根據(jù)硬件電路與控制接線以及安裝設(shè)計(jì)的需要，本設(shè)計(jì)采用控制面板與控制箱分開的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)， 為了安全，安裝環(huán)境應(yīng)該為干燥通風(fēng)處，控制箱外部宜采用絕緣箱體，箱體外部金屬部分應(yīng)接地?？刂葡溥M(jìn)線電源為 220V 單相，并且能夠獨(dú)立切斷控制箱電源。液位傳感器與水泵安裝在控制箱