【文章內(nèi)容簡介】 水塔供水 作為 現(xiàn)代化生產(chǎn)生活建設(shè) 的重要工具與人們的工作和生活日益緊密聯(lián)系。 PLC 作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術(shù)先進性，在 水塔液位中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 控制中得到廣泛應(yīng)用，從而使 水塔液位控制 由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計算機控制的一個重要方向，成為當(dāng)前 水塔液位 控制和技術(shù)改造的熱點之一。 PLC 是一種專門從事邏輯控制的微型計算機系統(tǒng)。由于 PLC 具有性 能穩(wěn)定、抗干擾能力強、設(shè)計配置靈活等特點。因此在工業(yè)控制方面得到了廣泛應(yīng)用。自80 年代后期 PLC 引入我國 水塔液位控制 以來，由 PLC 組成的 水塔液位 控制系統(tǒng)被 各地人民的生產(chǎn)生活 普遍采用。并形成了一系列的定型產(chǎn)品。在傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)的改造工程中， PLC 系統(tǒng)一直是主流控制系統(tǒng)。 水塔液位 控制系統(tǒng)分為 檢測部分 和 水泵電機 控制部分。 檢測部分 的性能對 水塔液位能否順利自動控制 有著重要影響，而 水泵電機 控制部分則是 水塔液位控制能否實現(xiàn) 運行的關(guān)鍵。為了改善 水塔液位 的 調(diào)節(jié)準(zhǔn)確性 和運行的可靠性，現(xiàn)在都改為用 PLC 來控制 水泵 的運行 ， 以及檢測液位的反饋。 這樣大大提高了 水塔水位自動控制 的性能。 綜上所述考慮到，在實際生產(chǎn)生活中為了解決水塔供水的穩(wěn)定性、高效性、省時性等問題。采用基于 PLC 控制的水塔液位的方式。更容易實現(xiàn)生產(chǎn)生活中的機械化、自動化。降低認(rèn)為操作的頻繁次數(shù)，而且使整個控制系統(tǒng)更易于操控和維護，這將大大增加工業(yè)和生產(chǎn)生活的自動化，為居民生活質(zhì)量的提高，工業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展產(chǎn)生極大的幫助。所以應(yīng)當(dāng)設(shè)計一種基于 PLC 使水塔可以自動控制的設(shè)計系統(tǒng)。 基于 PLC 的供水方案設(shè)計 系統(tǒng)控制要求 水塔水位控制示意圖如圖 22 所示： 中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 6 圖 22 水塔水位控制示意圖 給排水工程中常使用三相異步電動機， 水泵上的電動機一般都是單向旋轉(zhuǎn)有以下控制。 在水塔水位檢測系統(tǒng)中通過水位傳感器檢測實際水位的高度，當(dāng)水位低于最低水位時向 PLC 發(fā)出信息啟動水泵，當(dāng)水位達到最高水位時向 PLC 發(fā)出信息控制信息停止水泵工作。 供水系統(tǒng)的基本原理如圖所示，水位閉環(huán)調(diào)節(jié)原理是：通過在水塔中的水位傳感器，將水位值變換為電流信號進入 PLC，執(zhí)行較后程序，通過水泵的開關(guān)對水塔中的水位進行自動控制。 控制要求如下： 位界限時（ S1 為 OFF 時表示），報警燈報警，補水泵M1 打開給水池注水； 10s 后，如果 S4 繼續(xù)保持 OFF 狀態(tài) ,表示補水泵 M1 沒有工作，出現(xiàn)了故障，報警燈繼續(xù)報警；如果 S1 為 ON 狀態(tài) ,表示水池水位開始升高 ,報警燈 2 解除。 （ S3 為 OFF 時表示），報警燈報警，水泵M2 開始從水池中抽水； 10s 后，如果 S3 繼續(xù)保持 OFF 狀態(tài)，表示水泵沒有抽水，出現(xiàn)了故障，報警燈繼續(xù)報警；如果 S3 為 ON 狀態(tài) ,表示水塔水位開始升高 ,報警燈 1 解除。 S3 時 ,水泵 M 運行并開始抽水 ,直到水位到達 高水位界限S4。由于水塔要供水 ,所以水位會下降 ,當(dāng)水塔水位介于 S3 和 S4 之間 ,不需要水泵M 運行 ,避免了水泵頻繁啟停。當(dāng)水塔水位再一次低于 S3 時 ,水泵 M2 運行并開始中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 抽水 ,直到水位到達高水位界限 S4 時 ,水泵停止運行。 S1 時，補水泵 M1 打開并開始進水，直到水位到達高水位界限 S2。由于水塔要抽水 ,所以供水池水位會下降 ,當(dāng)供水池水位介于 S1 和S2 之間 ,不需要補水泵打開 ,避免了補水泵頻繁開關(guān)。當(dāng)水塔水位再一次低于 S1時補水泵 M1 開始工作，直到水位到達高水位界限 S2，時補水泵 Y 關(guān)閉。 分析示意圖 基于 PLC 的水塔水位控制系統(tǒng)是一個自動控制系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計分析分析如下： 當(dāng)電源啟動時，水池和水塔的水位有以下幾種情況： 水池的水位在 S1 之下，如圖 （ a）所示，則電磁閥 MB1 打開，水泵 M1啟動，開始向水池供水，待 4S 后，若水池水位沒有超過 S1，則水池蜂鳴器報警。當(dāng)水池水位高于 S2 時，如圖 （ c）所示，水泵 M1 停止，電磁閥 MB1 關(guān)閉。 水池的水位在 S1 與 S2 之間，如圖 （ b）所示，則電磁閥 MB1 不會打開，水泵 M1 不會啟動，保持待命狀態(tài)。 水塔的水位在 S3 之下，如圖 （ d） 所示，并且水池水位在 S1 與 S2 之間，則電磁閥 MB2 打開，水泵 M2 啟動，開始向水塔供水，待 4S 后，若水塔水位沒有超過 S3，則水塔蜂鳴器報警。當(dāng)水塔水位高于 S4 時，如圖 （ f）所示，水泵 M2 停止，電磁閥 MB2 關(guān)閉。 水塔的水位在 S3 之下，并且水池水位在 S1 之下，則電磁閥 MB2 不會打開，水泵 M2 不會啟動，等待水池水位高于 S1。 水塔水位在 S3 與 S4 之間，如圖 （ e）所示，則電磁閥 MB2 不會打開，水泵 M2 不會啟動，保持待命狀態(tài)。 水塔設(shè)計分析示意圖如圖 23 所示 ： 中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 圖 23 水塔設(shè)計分析示意圖 確定設(shè)計方案 通過比較傳統(tǒng)水塔液位控制系統(tǒng)和基于 PLC控制的水塔液位系統(tǒng)的優(yōu)缺點。確定使用 PLC 來控制水塔的液位。經(jīng)過資料的查閱之后確定了以 S7200 系列的CPU224 做主機，輸入端口的數(shù)目為 9 個，輸出端口的數(shù)目也為 9 個。以 EM222作為智能擴展模塊，為 4 個數(shù)字量輸出模塊。并通過置于容器內(nèi)的液位傳感器來作為感測水塔系統(tǒng)水位的元件，再加上 EM232 作為數(shù)字量輸出模塊經(jīng)過擴展之后將電流電壓信號傳給 MM430 變頻器，通過變頻器來控制驅(qū)動水泵。水塔系統(tǒng)的總體框圖如圖 24 所示 。 圖 24 水塔設(shè)計 總體框圖 中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 3. 水塔 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 簡述 可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller， PLC），它采用一類可編程 的 存儲器 ，用于 其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程 [7]。 可編程控制器的分類 （一） 小型 PLC 小型 PLC 的 I/O 點數(shù)是在 128 點一下，它的體積較小、結(jié)構(gòu)還比較緊湊，整體和硬件還融洽的比較緊湊。除了開關(guān)量 I/O 以外，還可以連接模擬量 I/點數(shù)O，還可以連接其他特殊的功能模塊。它能執(zhí)行的運算也很多，其中有邏輯運算，計時、計數(shù)，算數(shù)，運算數(shù)據(jù)處理和傳送通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。適合于控制單機設(shè)備和開發(fā)機電一體化設(shè) 備。 （二） 中性 PLC 中型 PLC 的 I/O 點數(shù)在 128 至 2048 點之間，不僅具有極強的開關(guān)量邏輯控制功能，而且其他的通信量聯(lián)網(wǎng)功能和模擬量處理能力更強大。中型機的指令比小型機的指令更豐富，中型機更適用于復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)線的過程控制場合。 （三） 大型 PLC 大型 PLC 的 I/O 點數(shù)在 2048 點以上，程序和數(shù)據(jù)存儲容量最高分別可達到10MB，其性能已經(jīng)與工業(yè)控制計算機相當(dāng)，它具有計算，控制和調(diào)節(jié)功能，還具有強大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信聯(lián)網(wǎng)能力，有些大型 PLC 還具有沉余能力。他的監(jiān)視系統(tǒng)能夠表示過程中 的動態(tài)流程，記錄各種曲線， PID 調(diào)節(jié)參數(shù)等；它配備多種智能板，構(gòu)成多功能的控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還可以和其他型號的控制器互聯(lián)，和上位機相連，組成一個集中分散的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)。大型機適用于設(shè)備自動化控制，過程自動化控制和過程監(jiān)控系統(tǒng)。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟 設(shè)計 PLC 系統(tǒng)時，首先要進行 PLC 應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計，即根據(jù)被控對象中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 10 的功能設(shè)計和工藝要求。明確系統(tǒng)要做的工作要求和因此必備的條件，然后時進行 PLC 應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析。即通過分析系統(tǒng)的功能，提出 PLC 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，控制信號的 種類、數(shù)量，下面是 PLC 系統(tǒng)設(shè)計步驟： ，要詳細(xì)的研究被控的對象的工作特點和設(shè)計要求的工藝特點，設(shè)計 PLC 的方案。 I／ O 端口，結(jié)合要控制的系通的要求，明確設(shè)計者所要用的輸入，最后確定 PLC 的 I／ O 點數(shù)。 PLC 時包括 PLC 的機型、容量、 I／ O 模塊、和電源。 PLC 的 I／ O 地址。 PLC 的程序設(shè)計。 。 可編程控制器的工作原理 PLC 的工作過程可以分為三部分，第一部分是上電處理。機器上電后對 PLC系統(tǒng)進行 一次初始化，包括硬件初始化，配置和檢查 I/O 模塊，斷電保護，系統(tǒng)通信參數(shù)配置等。 PLC 正常運行時，掃描周期長短與 CPU 的性能、 I/O 點的多少、與設(shè)計者所設(shè)計的程序有關(guān)。不同的指令執(zhí)行的時間是不同的。如果用于高速系統(tǒng)要縮短掃描周期時間，可在軟硬件上同時考慮。考慮到現(xiàn)在 CPU 速度高，所以想過去編程那樣從用戶軟件使用指令上來精打細(xì)算的來節(jié)省掃描時間已是不可能的了。 概括而言， PLC 是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式工作的。每一次掃描所用的時間稱掃描周期或工作周期。 圖 31 為掃描周期示意圖。 上電RUN自診斷通訊輸入采樣用戶程序執(zhí)行輸出刷新故障 圖 31 PLC掃描周期示意圖 本章主要從系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計的角度，介紹該項目的 PLC 控制系統(tǒng)的實際步驟和 PLC 的硬件配置、外部電路設(shè)計、以及 PLC 的控制器設(shè)計的參數(shù)中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 的整定。 PLC 的選型 在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)首先確定控制方案，下一步就是 PLC 工程設(shè)計選型。工藝特點和應(yīng)用需求的設(shè)計選型主要依據(jù)。 PLC 和相關(guān)設(shè)備應(yīng)綜合的，基于標(biāo)準(zhǔn)，易于跟蹤和工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能選擇在相關(guān)工業(yè) PLC的選用原則應(yīng)投產(chǎn)的表現(xiàn)領(lǐng)域，成熟可 靠的系統(tǒng)， PLC 的大小和控制系統(tǒng)的硬件，軟件和設(shè)備的配置和功能應(yīng)符合要求。熟悉可編程邏輯控制器，有利于減少編程時間的菜單計劃和相關(guān)的編程語言，所以當(dāng)工程設(shè)計選型和估算應(yīng)該是過程的特點進行詳細(xì)分析，控制要求，明確任務(wù)，并確定所需的控制的操作和動作，并根據(jù)控制要求的范圍，估算輸入輸出點數(shù)，所需存儲器容量確定 PLC 的功能，外部設(shè)備的特性，最后選擇了更高的性價比和設(shè)計相應(yīng)的 PLC 控制系統(tǒng)。 綜合了輸入輸出（ I/O）點數(shù)、存儲器容量、各項控制功能和機型的考慮以及性價比等各方面的因素，在此我為該系統(tǒng)設(shè)計選擇了 S7200 PLC 一臺。 S7200 系列的 PLC 有 CPU22 CPU22 CPU22 CPU226 等類型。 6 個有 12 種工作方式的高速計數(shù)器和兩點高速計數(shù)器 /和脈沖寬度調(diào)制器、直接讀寫的模擬量 I/O 模塊、 CPU 有著先進的程序結(jié)構(gòu) 、尋址方式 靈活多變 以及程序化的PID 編程控制。 便宜使用的價格使它能夠被廣泛的應(yīng)用到生產(chǎn)生活的方方面面 。最重要的是它還提供了完善的的網(wǎng)上支持。這些都為實現(xiàn)本系統(tǒng)的設(shè)計提供很好的條件和方便。此系統(tǒng)選用的 S7200 CPU224,CPU224 集成 14 輸入 /10 輸出共 24個數(shù)字量 I/O 點 ?？蛇B接 7 個擴展模塊，最大擴展至 248 路數(shù)字量 I/O 點或 35路模