【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 點(diǎn)輸出 EM223 數(shù)字量混合模塊。 （ 3）、輸入模擬量： ○ 1 、 3號(hào)站 輸入主水倉(cāng)、補(bǔ)水倉(cāng)液位（ 2個(gè)） 3號(hào)泵軸承處溫度（ 3 個(gè)） 3號(hào)泵排水口壓力（ 3 個(gè)） 3號(hào)泵吸水口負(fù)壓（ 3 個(gè)） 故，需 3個(gè) EM231 模擬量輸入模塊 ○ 2 、 4號(hào)站 6號(hào)泵軸承處溫度（ 3 個(gè)） 6號(hào)泵排水口壓力（ 3 個(gè)） 6號(hào)泵吸水口負(fù)壓（ 3 個(gè)） 故，需 3個(gè) EM231 模擬量輸入模塊 TD200 文本顯示（ 1 號(hào)站）功能鍵（總共提供 8個(gè)）： 顯示主水倉(cāng)液位（ 1 個(gè)） 顯示 3號(hào)泵的信息（ 3個(gè)） 顯示 3號(hào)泵分配閥開關(guān)信息（ 3） TD200 文本顯示（ 2 號(hào)站）功能鍵（總共提供 8個(gè)） 顯示 6號(hào)泵的信息（ 3個(gè)） 顯示 6號(hào)泵分配閥開關(guān)信息（ 3） 電源計(jì)算 表 2 4號(hào)站 PLC電源預(yù)算 CPU電源預(yù)算 5V DC 24V DC 減 系統(tǒng)要求 5V DC 24V DC 3EM231,5V電源需求 3 10=30 mA 2EM223,5V電源需求 2 150=300 mA DC32輸入 32 4 mA＝ 128 mA TD200文本顯示器 80 mA 繼電器 39輸出 39 9 mA＝ 351 mA 總需求 330 mA 559mA 等于 電流平衡 5V DC 24V DC 總電流平衡 剩 670 mA 缺 279 mA 從上表可看出 4號(hào)站 PLC 不能滿足各配置所需電源，故需增加一外部 24V 電源來(lái)供給擴(kuò)展模塊。 由微機(jī) PLC 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 由微機(jī) PLC 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)可以分為 2層，管理層由微機(jī)組成，執(zhí)行層由 PLC 組成。 通信介質(zhì)的選擇 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)通常有以下幾種： RS485 或 RS422 專線網(wǎng)絡(luò) 公用電話網(wǎng)，遠(yuǎn)程撥號(hào)調(diào)制解調(diào)器網(wǎng)絡(luò) 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)服務(wù)網(wǎng)專線網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)專用網(wǎng) DDN 專線網(wǎng)絡(luò) 數(shù) 據(jù)電臺(tái)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò) 本系統(tǒng)擬采用第一種網(wǎng)絡(luò)介質(zhì) RS485 或 RS422 專線網(wǎng)絡(luò) 其中 RS485為半雙工通信， RS422為全雙工通信；最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá) 1200米，加中繼擴(kuò)展可達(dá) 3000 米，通信速率的最大值： 10Mbit/s（距離 ≤ 12 米）；1Mbit/s（距離 ≤ 120 米）； 100Kbit/s（距離 ≤ 1200 米）；從機(jī)數(shù)建議在 32臺(tái)以內(nèi)。通信電纜布線時(shí)單獨(dú)穿管，避免和動(dòng)力電纜混合走線，以免引入強(qiáng)電干擾。 該專用網(wǎng)絡(luò)適用于距離在 3 公里以內(nèi)易于鋪設(shè)專線網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控系統(tǒng)。就這類現(xiàn)場(chǎng)而言，鋪設(shè)專線網(wǎng)絡(luò)其首期投入與運(yùn)行費(fèi)用的 綜合成本指標(biāo)是最低的。電流環(huán)通信，抗干擾能力強(qiáng)，適合于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通信。 從首期投入費(fèi)用，運(yùn)行費(fèi)用來(lái)綜合考慮，且本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最大傳輸距離在 1200 米之內(nèi)，故本系統(tǒng)選用 RS485 專線網(wǎng)絡(luò)，采用直徑為 的雙絞線電纜。上位機(jī)采用 PΠ CPU、 64M 內(nèi)存、 5G硬盤以上配置即可，其網(wǎng)絡(luò)組成見圖 26. CPU 226 CPU 226上位機(jī)232/485轉(zhuǎn)換器0號(hào)站3號(hào)站4號(hào)站圖2 網(wǎng) 絡(luò)組成圖Port0 Port0TD2002號(hào)站TD2001號(hào)站RS485RS232 網(wǎng)絡(luò)功能說(shuō)明： ○1 上位機(jī) (0 號(hào)站 )和 4號(hào)站通訊； ○2 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)指令（ NETR 和 NETW） ，二個(gè) CPU226 可以互相發(fā)送信息，本系統(tǒng)只需 3 號(hào)站向 4 號(hào)站寫數(shù)據(jù)； ○3 3號(hào)站檢測(cè)主水倉(cāng)、補(bǔ)水倉(cāng)水位并監(jiān)控 3臺(tái)泵； 4 號(hào)站監(jiān)控另外 3 臺(tái)泵。 ○4 1號(hào)站與 3號(hào)站通訊，實(shí)時(shí)地顯示主水倉(cāng)液位和 3 號(hào)泵的運(yùn)行參數(shù)； 2號(hào)站與 4號(hào)站通訊，實(shí)時(shí)地顯示 6 號(hào)泵的運(yùn)行參數(shù)。 使用 STEP7Micro/WIN32 編程軟件進(jìn)行參數(shù)的選擇。設(shè)定和測(cè)試 此外， CPU226 提供了兩個(gè) PPI 通訊口， TD200 文本顯示器將獨(dú)占一通訊口， 要將 PLC 與上位機(jī) PC 串接起來(lái)， 需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接器，將 PPI 口轉(zhuǎn)換為一進(jìn)一出通訊口，網(wǎng)絡(luò)連接器如圖 28 所示，其中的開關(guān)是匹配電阻。 圖 2網(wǎng)絡(luò)連接器 第三章、外部設(shè)備選用 傳感器的選用 傳感器清單： 傳感器類型 水位傳感器 壓力傳感器 負(fù)壓傳感器 流量傳感器 轉(zhuǎn)速傳感器 溫度傳感器 代 號(hào) Cgq1 Cgq2 Cgq3 Cgq4 Cgq5 Cgq6 數(shù) 量 2 6 6 6 6 6 1）水位傳感器（ cgq1）：主水倉(cāng)、付水倉(cāng)各一臺(tái)（ 2 臺(tái)）； 2）壓力傳感器 (cgq2)：測(cè) 量水泵出口處的排水壓力，每臺(tái)泵各一臺(tái)（ 6臺(tái)）； 3）負(fù)壓傳感器 (cgq3)：測(cè)量水泵入口處的真空度 ,每臺(tái)泵各一臺(tái)（ 6臺(tái)）； 4）流量傳感器 (cgq4)：測(cè)量水泵的排水流量，每臺(tái)泵各一臺(tái)（ 6 臺(tái)）； 5）轉(zhuǎn)速傳感器 (cgq5)：測(cè)量水泵軸的轉(zhuǎn)速，每臺(tái)泵各一臺(tái)（ 6臺(tái)）； 6）溫度傳感器 (cgq6)：測(cè)量水泵軸承處的溫度，每臺(tái)泵各一臺(tái)（ 6臺(tái)）； 傳感器選用 1) 水位傳感器： 測(cè)量液位的方法有許多種，如測(cè)量液體重量、液體電阻、弦線電位計(jì)、液體壓力等等其性能比較如表 31。 表 31 液位傳感器性能比較 方法 傳感器 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 液體重量 磁阻 低功耗、無(wú)源器件 分辨率低、測(cè)量范圍有限 電阻 分辨率很高 電路復(fù)雜 超聲 容易安裝 功率大、精度低 液體電阻 無(wú)源器件 無(wú)源器件 分辨率低、且于液體有關(guān) 弦線電位計(jì) 電位計(jì) 功率低、無(wú)源器件 線性度差、易腐蝕 液體壓力 硅傳感器 低成本、分辨率高、測(cè)量范圍 有源器件、需要一定的功率 本系統(tǒng)采用測(cè)量液體壓力的方法來(lái)測(cè)量液體的液位，摩托羅拉公司已經(jīng)開發(fā)出一系列壓敏電阻式傳感器，很適應(yīng)于液位控制。尤其適應(yīng)于空氣管傳感方式。本系統(tǒng) 也采用 MPX 系列硅壓力傳感器。 （ 1） 液位傳感器原理： 如果將一根管子豎直立起，其一端放于液體中，另一端完全敞開，則里面的液面與容器中的是完全相同的。但這時(shí)將管子上端封住，管子內(nèi)就會(huì)留有一定體積的空氣。當(dāng)容器內(nèi)液位變化時(shí)，管內(nèi)空氣的壓力也會(huì)成比例的變化。 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的壓力傳感器一面與管子（壓力面）相接，另一面位環(huán)境壓力（一般為大氣壓）。它可以測(cè)出容器內(nèi)液位變化時(shí)的壓差。 （ 2） MPX 系列硅壓力傳感器工作原理： MPX 系列硅壓力傳感器采用了單晶硅膜片表面用離子注入工藝制作一個(gè)X 型的 4端電阻元件，結(jié)構(gòu)如圖 31。 圖3 型硅壓力傳感器工作原理 在 X 型 4 端電阻元件的 一個(gè)方向加偏置電壓而形成一個(gè)電流，當(dāng)有剪切力作用時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直于電流方向的電場(chǎng)，電場(chǎng)變化則引起該方向的電位分布發(fā)生變化，從而在與電流垂直方向上的兩端得到有被測(cè)壓力而引 起的輸出電壓，該電壓正比于電場(chǎng)，而電場(chǎng)又與剪切應(yīng)力成正比，因此產(chǎn)生的輸出壓力也就與外加剪切應(yīng)力，即被測(cè)力成正比。 （ 3） 主水倉(cāng)用水位傳感器： 選用摩托羅拉公司出品的 MPX5100 系列 MPX5100D 硅壓力傳感器，其技術(shù)參數(shù)如表 32 表 3 MPX5100系列硅壓力傳感器主要技術(shù)參數(shù) 參數(shù)名稱 符號(hào) 數(shù)值 單位 最小值 典型值 最大值 工作特性參數(shù)vs ＝DC TA ＝25℃ 壓力范圍 POP 0 100 Kpa 電源電壓 VS VDC 電源電流 I0 15 mADC 滿量程輸出電壓 VFSS V 靈敏度 △ V/△ P 45 Mv/Kpa 精度 ＋ %FSS 響應(yīng)時(shí)間（ 10％ 90%） TR ms 滿量程輸出電流 Iot mA 穩(wěn)定度 ＋ %FS 溫度誤差帶 0 85 ℃ 線性度 ＋ ％ FS 額定參數(shù) 最大壓力 Pmax 400 Kpa 沖擊壓力 Pburst 1000 Kpa 最大電源電壓 Vsmax VDC 存儲(chǔ)溫度 Tstg 50～ 150 ℃ 工作溫度 TA 40～ 125 ℃ （ 4） 付水倉(cāng)用水位傳感器： 選用摩托羅拉公司出品的 MPX5050 系列 MPX5050D 硅壓力傳感器，其技術(shù)參數(shù)如表 33 表 3 MPX5050系列硅壓力傳感器主要技術(shù)參數(shù) 參數(shù)名稱 符號(hào) 數(shù)值 單位 最小值 典型值 最大值 工作特性參數(shù)vs ＝DC TA ＝25℃ 壓力范圍 POP 0 50 Kpa 電源電壓 VS VDC 電源電流 I0 mADC 滿量程輸出電壓 VFSS V 靈敏度 △ V/△ P 80 Mv/Kpa 壓力遲滯 %FS 響應(yīng)時(shí)間（ 10％90%） TR ms 滿量程輸出電流 Iot mA 穩(wěn)定度 ＋ %FS 溫度遲滯 ＋ %FS 線性度 ％ FS 額定參數(shù) 最大壓力 Pmax 700 Kpa 沖擊壓力 Pburst 1000 Kpa 最大電源電壓 Vsmax VDC 存儲(chǔ)溫度 Tstg 50～ 150 ℃ 工作溫度 TA 40～ 125 ℃ MPX5050 系列和 MPX5100 系列硅壓力傳感器是全集成的溫度補(bǔ)償和放大 輸出型壓力傳感器，其集成方塊圖如圖 32 xducer溫補(bǔ)和放大1放大2和電平轉(zhuǎn)換地23V SV1OUT圖3 壓力傳感器集成方塊圖 （ 5） 壓力連接： 壓力連接見圖 33， P1口接待測(cè)壓力， P2口開放（即接入大氣壓）。 ppMP X21壓力源軟管夾圖3 壓力接口連接 （ 6）液位傳感器靈敏度計(jì)算： 1 ㎝ 水柱 等 效壓 力為 ，相 當(dāng)于 其 靈敏 度 △ P/ △ H =MPX5050 靈敏度 △ V/△ P＝ 80 Mv/Kpa, MPX5100 靈敏度 △ V/△ P＝ 45Mv/Kpa, 則： 液位傳感器 MPX5050 靈敏度 △ V/△ H＝ 80 ＝ Mv/ cm 液位傳感器 MPX5100 靈敏度 △ V/△ H＝ 45 ＝ Mv/ cm 上述兩種傳感器一般情況是滿足大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)要求的，如果特殊情況不滿足現(xiàn)場(chǎng)要求，可選用 MPX 系列的其它型號(hào)傳感器，其有多種型號(hào)供客戶選擇。 2）壓力傳感器： 測(cè)量壓力的傳感器有多種類型，如電阻應(yīng)變式傳感器、電感式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器等等。 電阻應(yīng)變式傳感器具有悠久的歷史，是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一，將電阻應(yīng)變片貼在各種彈性敏感元件上， 可構(gòu)成壓力等多種參數(shù)的電阻應(yīng)變式傳感器，其具有以下優(yōu)點(diǎn)： ○1 、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，性能穩(wěn)定、可靠； ○2 、易于實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程自動(dòng)化和多點(diǎn)同步測(cè)量、遠(yuǎn)距測(cè)量和遙測(cè)； ○3 、靈敏度高，測(cè)量速度塊，適合靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量； 所以，已被廣泛地用于諸多領(lǐng)域。 本系統(tǒng)所用的壓力傳感器就選用電阻應(yīng)變式壓力傳感器，用于測(cè)量水泵排水口處壓力， ACY7F 型大輸出高精度應(yīng)變式壓力傳感器有各種量程型號(hào)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，可選擇其 系列中的某一量程的 ACY7F 型大輸出高精度應(yīng)變式壓力傳感器，表 34 給出了該產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)。 表 3 ACY7F型大輸出高精度應(yīng)變式壓力傳感器主要技術(shù)參數(shù) 參數(shù)名稱 數(shù)值 單位 工作電壓 +9 VDC 量程規(guī)格 0～ 6等多種量程 Mpa 非線性 ≤ % 遲滯誤差 ≤ % 重復(fù)誤差 ≤ % 溫度零漂（ 10℃ 50℃） % ℃ 輸出靈敏度變化（ 10℃ 50℃） % ℃ 額定壓力輸出 5000+25 mV 初始不平衡輸出 +50(無(wú)壓力 ) mV 工作環(huán) 境 溫度 10～ 50 ℃ 相對(duì)溫度 90% 過(guò)載能力 額定壓力的 110% 外形尺寸 φ 28 90 mm 連接接管嘴 M14 (內(nèi)錐 37o) mm 重量 約 250 g 選用 0～ 6MPA 量程，其靈敏度為 ?V/?P =5000247。 6000＝ （ 1） 工作原理： ACY7F 型大輸出高精度應(yīng)變式壓力傳感器采用帶凸緣的平板圓膜片作為彈性元件，圓形組合應(yīng)變計(jì)由 4 枚單片應(yīng)變片電阻組成，如圖 34，感受變形后電阻發(fā)生變化電阻變化于壓力成線性比例。 圖34 （ 2） 放大整形電路： ACY7F 型大輸出高精度應(yīng)變式壓力傳感器提供了專門設(shè)計(jì)的電子線路，將應(yīng)變計(jì)的毫伏級(jí)電壓輸出值放大為伏特級(jí)電壓，其電子線路如圖 35。 R RR RRWCR RRRWRRCC+輸出211111134 5632a圖35 、AC Y5 F型 應(yīng)變式壓力傳感器線路圖 ACY7F 型大輸出高精度應(yīng)變式壓力傳感器具有精度高、線性度好、遲滯下誤差小、工作穩(wěn)定、輸出信號(hào)大、性能可靠、體積小、重量輕等許多優(yōu)點(diǎn)。 3）負(fù)壓傳感器： 負(fù)壓傳感器用于測(cè)量水泵吸入口處真空度，屬于壓力傳感器的范疇。本系統(tǒng)選用摩托羅拉 公司出品的 MPX5100 系列 MPX5100D 硅壓力傳感器。上表32給出其主要技術(shù)參數(shù)。 （ 1）壓力連接： ppMP X21壓力源軟管夾圖3 壓力接口連接 壓力連接見圖 36，真空測(cè)量時(shí)，使用端口 P2，同時(shí) P1口開放（即接入大氣壓）。 （ 2）集成方塊圖： MPX5100 系列硅壓力傳感器是全集成的溫度補(bǔ)償和放大輸出型壓力傳 感器，其集成方塊圖如圖 32 4）流量傳感器： 用于測(cè)量液體流量的傳感器有渦輪式、渦街式、旋進(jìn)漩渦式、電磁式、節(jié)流式、均速管式、靶式、橢圓齒輪式等等。從使用條件和性價(jià)比 綜合考慮，本系統(tǒng)選用渦輪式流量