【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 形圖語(yǔ)言，并用來(lái)編制用戶程序。梯形圖語(yǔ)言實(shí)際上是一種面向用戶的一種高級(jí)語(yǔ)言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語(yǔ)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(shí)，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的實(shí)時(shí)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(duì)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(shí)間繼電器，小型PLC的體積相當(dāng)于幾個(gè)繼電器大小，因此可將開(kāi)關(guān)柜的體積縮小到原來(lái)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(shí)，可以減少大量費(fèi)用。 ◆ 與時(shí)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(guò)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(duì)生產(chǎn)管理和現(xiàn)場(chǎng)維修帶來(lái)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(chǎng)的檢測(cè)，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(kāi)發(fā)，性能穩(wěn)定。多以通過(guò)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(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（PPI）的方式，主要用于與SIEMENS公司的專門用于對(duì)PLC進(jìn)行編程的設(shè)備進(jìn)行通信，這種通訊協(xié)議是對(duì)外保密的。第二種為DP方式，PLC通過(guò)這種方式連接到過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)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(jì)的專用通信協(xié)議。這種方式所需的投資很小，同時(shí)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(dòng)化的過(guò)程中，需要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的各種參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，本文將給出這幾個(gè)參數(shù)的檢測(cè)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水池液位的檢測(cè)。 超聲波液位傳感器是利用超聲波對(duì)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(kāi)始，直到接收到的反射波的時(shí)間間隔是已知的，可以計(jì)算出分界面的具體位置，液位的測(cè)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(gè)換能器和雙個(gè)換能器。單個(gè)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(gè)換能器所不同。下面是單個(gè)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(jì)安裝示意圖 采用單個(gè)換能器時(shí)，發(fā)射的超聲波從液面反射回到換能器所需到的時(shí)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(cè)出時(shí)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(zhǎng)的特點(diǎn)，但如果有氣泡在液體或液體表面的波動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。在一般使用條件下，其測(cè)量誤差為，檢測(cè)液位范圍為～m。 本文采用yjsonic系列的超聲波液位計(jì)，在測(cè)量過(guò)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(guò)超聲波發(fā)送和接收的時(shí)間來(lái)計(jì)算要測(cè)試的對(duì)象距離傳感器的距離。工作特點(diǎn)：先進(jìn)的檢測(cè)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(jì)算技術(shù)，提高儀器的測(cè)量精度；雜亂回波抑制功能，保證真實(shí)的測(cè)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(jì)選型 設(shè)計(jì)中選用二線制輸出型液位計(jì)，其參數(shù)如下： 電源：24VDC 輸出：4～20mA二線制 防護(hù)等級(jí)：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(lái)檢測(cè)水泵的壓力。應(yīng)變式壓力傳感器，主要用于測(cè)量設(shè)備的進(jìn)口和出口的氣體或液體的壓力，如動(dòng)態(tài)或靜態(tài)的壓力，在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的壓力，桶和筒的內(nèi)部壓力，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)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(shí)，其應(yīng)變變化曲線具有以下特點(diǎn)為：當(dāng)x=0時(shí)，；當(dāng) x=R時(shí)，=0，=。 根據(jù)以上特點(diǎn)，在平膜片圓心處切向粘貼RR4兩個(gè)應(yīng)變片，在其邊緣處沿徑向粘貼RR3兩個(gè)應(yīng)變片。其中，且R1=R2=R3=R4，則： （） （）此時(shí)全橋差動(dòng)電路不僅沒(méi)有非線形誤差，而且電壓靈敏度為單片工作時(shí)的4倍，同時(shí)仍具有溫度補(bǔ)償作用。 全橋差動(dòng)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(hào)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(zhǎng)期穩(wěn)定等特點(diǎn)，特別適用于頻繁的沖擊壓力測(cè)量。理想流體壓力測(cè)量?jī)x器。 HS 956系列薄膜壓力傳感器特性： ，優(yōu)于+/ ％的速度增長(zhǎng) +/ ％ 40?125℃ ％/℃ ，耐熱，耐腐蝕，耐震動(dòng) 此產(chǎn)品，適應(yīng)性廣，體積小，重量輕，無(wú)隔離膜片和調(diào)解液體。全不銹鋼密封結(jié)構(gòu)，沒(méi)有移動(dòng)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(cè)量場(chǎng)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(wú)負(fù)載時(shí)，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(guò)壓時(shí)，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(duì)濕度本系統(tǒng)采用電磁流量計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵流量的檢測(cè)。電磁流量計(jì)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(cè)量的流量信號(hào)整定成為標(biāo)準(zhǔn)的420mA電流等其他形式的信號(hào)。電磁流量傳感器是根據(jù)法拉第原理制成的一種流量計(jì)，用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體的流量。，它是由產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)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(chǎng)方向、電極連線、管道軸線三者之間是相互垂直的。當(dāng)被測(cè)導(dǎo)電液體流過(guò)管道時(shí)，切割磁力線，于是在和磁場(chǎng)及流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，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(zhǎng)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(cè)導(dǎo)電液體的體積流量為 （） 因此，液體的流量可以通過(guò)上述的電動(dòng)勢(shì)求出。 電磁流量傳感器的工作機(jī)理理論上磁場(chǎng)強(qiáng)度B為常數(shù)，也就是說(shuō)是直流磁場(chǎng)。但是，直流電勢(shì)會(huì)使被測(cè)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(lái)的測(cè)量條件。同時(shí)內(nèi)阻增加隨被測(cè)液體成分的變化和工作時(shí)間長(zhǎng)短而變化，因而使輸出電勢(shì)不固定，影響測(cè)量精度。而對(duì)被測(cè)量介質(zhì)的流量測(cè)量采用交流電(頻率為50Hz)勵(lì)磁的交流磁場(chǎng)： （）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 （）所以體積流量為 （）為了避免測(cè)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(cè)量管路處于較強(qiáng)的交流磁場(chǎng)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(cè)量管路的材料具有高電阻率。且對(duì)于不同直徑的電磁流量計(jì)，其電極、測(cè)量管路都采用不同的材料做成。電磁流量計(jì)的特點(diǎn):，因此可用于有懸浮顆粒的漿液等流量的測(cè)量，且壓力損失極小；、壓力、粘度等無(wú)關(guān)，因此其使用范圍廣泛；，；；，可以用來(lái)測(cè)量脈動(dòng)流量；。 本系統(tǒng)采用西門子S7200系列的PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要根據(jù)水位的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)系統(tǒng)報(bào)警，當(dāng)高于BGc但不高于BGB時(shí)1泵啟動(dòng)，當(dāng)水位高于BGB但不高于BGA時(shí)2泵也啟動(dòng)，當(dāng)水位高于BGA但不高于BGH時(shí)3也啟動(dòng)，當(dāng)水位高于BGH時(shí)系統(tǒng)報(bào)警同時(shí)4泵也啟動(dòng)。 泵站工藝流程圖本系統(tǒng)對(duì)泵站控制的基本要求是： ，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)使用； ； ； ?？刂葡到y(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)的名稱、代碼、及地址編號(hào)如下表所列。在水池的H、L、A、B、C五個(gè)位置裝上小型浮球開(kāi)關(guān)，當(dāng)水位達(dá)到或超過(guò)這些位置時(shí)，對(duì)于的浮球開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)。表1 輸入/輸出點(diǎn)代碼和地址編號(hào)名稱代碼地址編號(hào)輸入信號(hào)L水位信號(hào)（水位下限）BGLH水位信號(hào)（水位上限）BGHA水位信號(hào)BGAB水位信號(hào)BGBC水位信號(hào)BGC變頻器報(bào)警信號(hào)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(hào)1號(hào)泵工頻工作時(shí)接觸器和指示燈QA1，PG11號(hào)泵變頻工作時(shí)接觸器和指示燈QA2，PG22號(hào)泵工頻工作時(shí)接觸器和指示燈QA3，PG32號(hào)泵變頻工作時(shí)接觸器和指示燈QA4，PG43號(hào)泵工頻工作時(shí)接觸器和指示燈QA5，PG53號(hào)泵變頻工作時(shí)接觸器和指示燈QA6，PG64號(hào)泵工頻工作時(shí)接觸器和指示燈QA7，PG74號(hào)泵變頻工作時(shí)接觸器和指示燈QA8，PG8L水位(水池下限)報(bào)警燈PG9H水位(水池上限)報(bào)警燈PG10變頻器故障報(bào)警燈PG11報(bào)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(hào)VfAQW0根據(jù)上面表格的分析可以知道：系統(tǒng)共有開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)8個(gè)，開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)13個(gè)；模擬量輸入點(diǎn)2個(gè)，模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)。參照西門子S7200系列PLC產(chǎn)品說(shuō)明書發(fā)現(xiàn)采用CPU 222的PLC最多只能擴(kuò)展兩個(gè)模塊，無(wú)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(tái)，加上一臺(tái)擴(kuò)展模塊EM222,再擴(kuò)展一個(gè)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(dòng)功能，考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，選擇變頻器來(lái)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(gè)型號(hào)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(dòng)過(guò)程中的變頻控制。PLC與變頻器連接時(shí)，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(hào)選擇JW7114，變頻器在連接電機(jī)時(shí)雙方都得設(shè)置參數(shù)，以使電動(dòng)機(jī)與變頻器相配。電動(dòng)機(jī)參數(shù)如表2所示。電動(dòng)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(kāi)關(guān)操作操作控制參數(shù)，如表3所示。表2 設(shè)置電動(dòng)機(jī)參數(shù)表參數(shù)表出廠值設(shè)置值說(shuō)明P000311用戶訪問(wèn)級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)級(jí)P001001快速調(diào)試P010000功率單位為kW，頻率為50HzP0304230380電動(dòng)機(jī)額定電壓（V）P0305電動(dòng)機(jī)額定電流（A）P0307電動(dòng)機(jī)額定功率（kW）P03105050電動(dòng)機(jī)額定頻率（Hz）P031101400電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速（r/min）表3 控制端口開(kāi)關(guān)操作控制參數(shù)參數(shù)號(hào)出廠值設(shè)置值說(shuō)明P000311用戶訪問(wèn)等級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)級(jí)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(wèn)等級(jí)為擴(kuò)展級(jí)P000407命令和數(shù)字I/O*P07011