【文章內(nèi)容簡介】 形圖語言，并用來編制用戶程序。梯形圖語言實(shí)際上是一種面向用戶的一種高級語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時，用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語言后再去執(zhí)行。 ◆ 維修工作量少，維修方便 PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的實(shí)時梯形圖的狀態(tài)迅速的查明故障的原因，用修改程序或更換模塊的方法可以迅速地排除故障。 ◆ 體積小，能耗低 對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型PLC的體積相當(dāng)于幾個繼電器大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的確1/21/10。PLC的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線要少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時，可以減少大量費(fèi)用。 ◆ 與時俱進(jìn)，能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊PLC可以與電腦及智能儀表等通過通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制集中管理。并能實(shí)現(xiàn)地顯示出當(dāng)前機(jī)械設(shè)備的工作狀態(tài)和工作流程，對生產(chǎn)管理和現(xiàn)場維修帶來極大的方便。而組態(tài)軟件是一種成熟的軟件產(chǎn)品，主要用于工業(yè)現(xiàn)場的檢測，數(shù)據(jù)采集等優(yōu)點(diǎn)是功能強(qiáng)大，易于二次組態(tài)開發(fā)，性能穩(wěn)定。多以通過實(shí)踐檢能夠很好的完成本文的要求。（5）PLC通信方式 S7200系列PLC主要有三種通信方式：一種是通過點(diǎn)對點(diǎn)（PPI）的方式，主要用于與SIEMENS公司的專門用于對PLC進(jìn)行編程的設(shè)備進(jìn)行通信，這種通訊協(xié)議是對外保密的。第二種為DP方式，PLC通過這種方式連接到過程現(xiàn)場總線從而可以擴(kuò)大PLC的控制范圍。第三種是FreePort通信即自由口通訊方式，自由即意味著通訊協(xié)議可由用戶自己編寫，這種方式比較開放。本系統(tǒng)中采用PPI通信方式，它是SIEMENS專門為S7200系列PLC設(shè)計的專用通信協(xié)議。這種方式所需的投資很小，同時擁有很好的靈活性，適合小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)。大多數(shù)PC機(jī)的串口通訊標(biāo)準(zhǔn)為RS232，SIEMENS公司提供的PC/PPI電纜帶有RS232/RS485電平轉(zhuǎn)換裝置，因此在不增加任何硬件的情況下，可以很方便地將PLC和PC機(jī)互聯(lián)。 泵站監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動化的過程中，需要對系統(tǒng)運(yùn)行的各種參數(shù)進(jìn)行檢測，本文將給出這幾個參數(shù)的檢測方法:水池液位、水泵流量、水泵壓力。 本系統(tǒng)采用超聲波液位傳感器來實(shí)現(xiàn)對水池液位的檢測。 超聲波液位傳感器是利用超聲波對兩種介質(zhì)之間的邊界反射特性。如果發(fā)射的超聲波脈沖的開始，直到接收到的反射波的時間間隔是已知的，可以計算出分界面的具體位置，液位的測量可以使用此方法。據(jù)的發(fā)送和接收功能的換能器，傳感器可分為單個換能器和雙個換能器。單個換能器的傳感器發(fā)射和接收超聲波使用相同的換能器，和雙換能器傳感器的發(fā)送和接收使用兩個換能器所不同。下面是單個換能器超聲波傳感器進(jìn)的介紹。超聲波的發(fā)射和接收換能器可以安裝在液體表面上方，讓超聲波在空氣中的傳播。 超聲波液位計安裝示意圖 采用單個換能器時，發(fā)射的超聲波從液面反射回到換能器所需到的時間為： （）那么 （） 式中：h為換能器到液面之間的高度，c為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度。 從上面的式子可以看出，只要測出時間間隔t，就可以求出液位高度h。 超聲波液位傳感器具有精度高，使用壽命長的特點(diǎn)，但如果有氣泡在液體或液體表面的波動，會產(chǎn)生較大的誤差。在一般使用條件下，其測量誤差為，檢測液位范圍為～m。 本文采用yjsonic系列的超聲波液位計，在測量過程中脈沖超聲波由傳感器（換能器）發(fā)出，反射的聲波由同一傳感器接收。通過超聲波發(fā)送和接收的時間來計算要測試的對象距離傳感器的距離。工作特點(diǎn)：先進(jìn)的檢測技術(shù)，豐富的軟件功能，以適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境；使用新的波形計算技術(shù)，提高儀器的測量精度；雜亂回波抑制功能，保證真實(shí)的測量數(shù)據(jù)；16位D/ A轉(zhuǎn)換，并提高輸出電流的精度和分辨率；傳感器采用四氟乙烯材料，可用于各種腐蝕性環(huán)境；多種輸出模式：可編程繼電器輸出，高精度420mA電流輸出，RS485數(shù)字通信輸出等方法可以選擇。 超聲波液位計選型 設(shè)計中選用二線制輸出型液位計，其參數(shù)如下： 電源：24VDC 輸出：4～20mA二線制 防護(hù)等級：IP65 量程：0～120m 精度：% 盲區(qū)：～ 溫度：20℃～+55℃ 本文采用應(yīng)變式壓力傳感器來檢測水泵的壓力。應(yīng)變式壓力傳感器，主要用于測量設(shè)備的進(jìn)口和出口的氣體或液體的壓力，如動態(tài)或靜態(tài)的壓力，在發(fā)動機(jī)內(nèi)部的壓力，桶和筒的內(nèi)部壓力，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)管道壓力等。應(yīng)變式壓力傳感器大多采用膜片式或圓柱狀的彈性元件。隔膜式壓力傳感器的應(yīng)變片安裝在膜片的內(nèi)壁，在壓力p的作用下，膜片產(chǎn)生的徑向和切向應(yīng)變表達(dá)式分別為： （） （）式中：p是膜片上壓力，h和R分別為膜片的厚度和壓力，x為到圓心的距離。 由以上公式可知，當(dāng)膜片承受壓力時，其應(yīng)變變化曲線具有以下特點(diǎn)為：當(dāng)x=0時，；當(dāng) x=R時，=0，=。 根據(jù)以上特點(diǎn)，在平膜片圓心處切向粘貼RR4兩個應(yīng)變片，在其邊緣處沿徑向粘貼RR3兩個應(yīng)變片。其中，且R1=R2=R3=R4，則： （） （）此時全橋差動電路不僅沒有非線形誤差，而且電壓靈敏度為單片工作時的4倍，同時仍具有溫度補(bǔ)償作用。 全橋差動電路 本系統(tǒng)采用HS 956系列薄膜壓力傳感器。 HS 956系列高性能薄膜壓力傳感器和信號調(diào)理電路薄膜壓力傳感器。本系列產(chǎn)品具有獨(dú)特的技術(shù)，性能優(yōu)越，具有體積小，重量輕，安裝方便，可以在惡劣的環(huán)境下長期穩(wěn)定等特點(diǎn)，特別適用于頻繁的沖擊壓力測量。理想流體壓力測量儀器。 HS 956系列薄膜壓力傳感器特性： ，優(yōu)于+/ ％的速度增長 +/ ％ 40?125℃ ％/℃ ，耐熱，耐腐蝕，耐震動 此產(chǎn)品，適應(yīng)性廣，體積小，重量輕，無隔離膜片和調(diào)解液體。全不銹鋼密封結(jié)構(gòu)，沒有移動部件，可以直接進(jìn)行任何安裝。因此，適應(yīng)于各種工業(yè)測量場合和媒體。 主要技術(shù)指標(biāo)： : 液體，氣體或蒸汽: 兩線制420mA: 24V DC，無負(fù)載時，可工作于12V DC: 允許的最小負(fù)載為零，最大負(fù)載RL= 50Ω: 量程的120％: 變送器過壓時，內(nèi)部限流器輸出電流限制在25mA以下 : 敏感元件工作溫度：50～125℃；電子部件工作溫度：40～85℃: 099％的相對濕度本系統(tǒng)采用電磁流量計來實(shí)現(xiàn)對水泵流量的檢測。電磁流量計由電磁流量轉(zhuǎn)換器和電磁流量傳感器組成的。電磁流量轉(zhuǎn)換器是為電磁流量傳感器提供電源，并將其測量的流量信號整定成為標(biāo)準(zhǔn)的420mA電流等其他形式的信號。電磁流量傳感器是根據(jù)法拉第原理制成的一種流量計，用來測量導(dǎo)電液體的流量。，它是由產(chǎn)生均勻磁場的系統(tǒng)、不導(dǎo)磁材料的管道以及在管道橫截面上的導(dǎo)電電極組成。磁場方向、電極連線、管道軸線三者之間是相互垂直的。當(dāng)被測導(dǎo)電液體流過管道時，切割磁力線，于是在和磁場及流動方向垂直的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其數(shù)值與液體的流速成正比。即 （）上式中:B為磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)； D為切割磁力線的導(dǎo)體液體的長度(為管道內(nèi)徑)(m)； v為導(dǎo)電液體在管道內(nèi)的平均流速(m/s )。由式()得被測導(dǎo)電液體的體積流量為 （） 因此，液體的流量可以通過上述的電動勢求出。 電磁流量傳感器的工作機(jī)理理論上磁場強(qiáng)度B為常數(shù)，也就是說是直流磁場。但是，直流電勢會使被測的液體電解化，使電極極化。正電極被負(fù)離子包圍，負(fù)電極被一層正離子包圍，加大了電極的電阻。破壞了原來的測量條件。同時內(nèi)阻增加隨被測液體成分的變化和工作時間長短而變化，因而使輸出電勢不固定，影響測量精度。而對被測量介質(zhì)的流量測量采用交流電(頻率為50Hz)勵磁的交流磁場： （）感應(yīng)電動勢為 （）所以體積流量為 （）為了避免測量管路引起磁分流，故需要用非導(dǎo)磁材料做成。另外，由于測量管路處于較強(qiáng)的交流磁場中，管壁產(chǎn)生渦流，因而產(chǎn)生二次磁通。為了減少渦流，要求測量管路的材料具有高電阻率。且對于不同直徑的電磁流量計，其電極、測量管路都采用不同的材料做成。電磁流量計的特點(diǎn):，因此可用于有懸浮顆粒的漿液等流量的測量，且壓力損失極??；、壓力、粘度等無關(guān)，因此其使用范圍廣泛；，；；，可以用來測量脈動流量；。 本系統(tǒng)采用西門子S7200系列的PLC實(shí)現(xiàn)對泵站的硬件系統(tǒng)設(shè)計。主要根據(jù)水位的變化實(shí)現(xiàn)對水泵的啟停。下面是排水系統(tǒng)的工藝流程。，當(dāng)水位低于BGL時系統(tǒng)報警，當(dāng)高于BGc但不高于BGB時1泵啟動，當(dāng)水位高于BGB但不高于BGA時2泵也啟動，當(dāng)水位高于BGA但不高于BGH時3也啟動，當(dāng)水位高于BGH時系統(tǒng)報警同時4泵也啟動。 泵站工藝流程圖本系統(tǒng)對泵站控制的基本要求是： ，手動只在應(yīng)急或檢修時使用； ； ； 。控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號的名稱、代碼、及地址編號如下表所列。在水池的H、L、A、B、C五個位置裝上小型浮球開關(guān)，當(dāng)水位達(dá)到或超過這些位置時，對于的浮球開關(guān)處于閉合狀態(tài)。表1 輸入/輸出點(diǎn)代碼和地址編號名稱代碼地址編號輸入信號L水位信號（水位下限）BGLH水位信號（水位上限）BGHA水位信號BGAB水位信號BGBC水位信號BGC變頻器報警信號KFU消鈴按鈕SF9試燈按鈕SF10壓力傳感器的電壓值UPAIW0流量傳感器的電壓值ULAIW2輸出信號1號泵工頻工作時接觸器和指示燈QA1，PG11號泵變頻工作時接觸器和指示燈QA2，PG22號泵工頻工作時接觸器和指示燈QA3，PG32號泵變頻工作時接觸器和指示燈QA4，PG43號泵工頻工作時接觸器和指示燈QA5，PG53號泵變頻工作時接觸器和指示燈QA6，PG64號泵工頻工作時接觸器和指示燈QA7，PG74號泵變頻工作時接觸器和指示燈QA8，PG8L水位(水池下限)報警燈PG9H水位(水池上限)報警燈PG10變頻器故障報警燈PG11報警電鈴PB變頻器頻率復(fù)位控制KF(EMG)控制變頻器頻率電壓信號VfAQW0根據(jù)上面表格的分析可以知道：系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn)8個，開關(guān)量輸出點(diǎn)13個；模擬量輸入點(diǎn)2個，模擬量輸出點(diǎn)1個。參照西門子S7200系列PLC產(chǎn)品說明書發(fā)現(xiàn)采用CPU 222的PLC最多只能擴(kuò)展兩個模塊，無法滿足后續(xù)擴(kuò)展要求，選用CPU226的PLC可以滿足控制要求，但是花銷很大,浪費(fèi)較大，故選用主機(jī)為CPU224（14入/10出）一臺，加上一臺擴(kuò)展模塊EM222,再擴(kuò)展一個模擬量模塊EM235(4AI/1AO) ,這樣的配置是最經(jīng)濟(jì)的。 PLC系統(tǒng)組成 本監(jiān)控系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)水泵的軟啟動功能，考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，選擇變頻器來實(shí)現(xiàn)此功能。變頻器選擇西門子MM440變頻器，這種變頻器集多種功能于一體，并提供多個型號供用戶選擇，其恒定轉(zhuǎn)矩控制方式的額定功率范圍為120W200kW,可變轉(zhuǎn)矩控制方式的額定功率可達(dá)250kW,完全能夠滿足本監(jiān)控系統(tǒng)的需求。本文中MM440與S7200PLC配合使用，實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)在軟啟動過程中的變頻控制。PLC與變頻器連接時，把EM235的模擬量輸出通道連接到MM440頻率輸入端即可。本文中水泵電機(jī)型號選擇JW7114，變頻器在連接電機(jī)時雙方都得設(shè)置參數(shù)，以使電動機(jī)與變頻器相配。電動機(jī)參數(shù)如表2所示。電動機(jī)參數(shù)設(shè)置完成后，設(shè)置P0010為0，使變頻器處于準(zhǔn)備狀態(tài)。然后設(shè)置變頻器控制端口開關(guān)操作操作控制參數(shù)，如表3所示。表2 設(shè)置電動機(jī)參數(shù)表參數(shù)表出廠值設(shè)置值說明P000311用戶訪問級為標(biāo)準(zhǔn)級P001001快速調(diào)試P010000功率單位為kW，頻率為50HzP0304230380電動機(jī)額定電壓（V）P0305電動機(jī)額定電流（A）P0307電動機(jī)額定功率（kW）P03105050電動機(jī)額定頻率（Hz）P031101400電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速（r/min）表3 控制端口開關(guān)操作控制參數(shù)參數(shù)號出廠值設(shè)置值說明P000311用戶訪問等級為標(biāo)準(zhǔn)級P000407命令和數(shù)字I/OP070022命令源選擇“由端子排輸入”P000312用戶訪問等級為擴(kuò)展級P000407命令和數(shù)字I/O*P07011