【文章內(nèi)容簡介】 點輸出 EM223 數(shù)字量混合模塊。 （ 3）、輸入模擬量： ○ 1 、 3號站 輸入主水倉、補水倉液位（ 2個） 3號泵軸承處溫度（ 3 個） 3號泵排水口壓力（ 3 個） 3號泵吸水口負壓（ 3 個） 故，需 3個 EM231 模擬量輸入模塊 ○ 2 、 4號站 6號泵軸承處溫度（ 3 個） 6號泵排水口壓力（ 3 個） 6號泵吸水口負壓（ 3 個） 故，需 3個 EM231 模擬量輸入模塊 TD200 文本顯示（ 1 號站）功能鍵（總共提供 8個）： 顯示主水倉液位（ 1 個） 顯示 3號泵的信息（ 3個） 顯示 3號泵分配閥開關(guān)信息（ 3） TD200 文本顯示（ 2 號站）功能鍵（總共提供 8個） 顯示 6號泵的信息（ 3個） 顯示 6號泵分配閥開關(guān)信息（ 3） 電源計算 表 2 4號站 PLC電源預算 CPU電源預算 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號站 PLC 不能滿足各配置所需電源，故需增加一外部 24V 電源來供給擴展模塊。 由微機 PLC 網(wǎng)絡構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 由微機 PLC 網(wǎng)絡構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)可以分為 2層，管理層由微機組成，執(zhí)行層由 PLC 組成。 通信介質(zhì)的選擇 隨著網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡介質(zhì)通常有以下幾種： RS485 或 RS422 專線網(wǎng)絡 公用電話網(wǎng)，遠程撥號調(diào)制解調(diào)器網(wǎng)絡 綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)綜合業(yè)務服務網(wǎng)專線網(wǎng)絡 數(shù)據(jù)專用網(wǎng) DDN 專線網(wǎng)絡 數(shù) 據(jù)電臺無線通信網(wǎng)絡 本系統(tǒng)擬采用第一種網(wǎng)絡介質(zhì) RS485 或 RS422 專線網(wǎng)絡 其中 RS485為半雙工通信， RS422為全雙工通信；最遠傳輸距離可達 1200米，加中繼擴展可達 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）；從機數(shù)建議在 32臺以內(nèi)。通信電纜布線時單獨穿管，避免和動力電纜混合走線，以免引入強電干擾。 該專用網(wǎng)絡適用于距離在 3 公里以內(nèi)易于鋪設(shè)專線網(wǎng)絡的監(jiān)控系統(tǒng)。就這類現(xiàn)場而言，鋪設(shè)專線網(wǎng)絡其首期投入與運行費用的 綜合成本指標是最低的。電流環(huán)通信，抗干擾能力強，適合于工業(yè)現(xiàn)場通信。 從首期投入費用，運行費用來綜合考慮，且本系統(tǒng)設(shè)計的最大傳輸距離在 1200 米之內(nèi)，故本系統(tǒng)選用 RS485 專線網(wǎng)絡，采用直徑為 的雙絞線電纜。上位機采用 PΠ CPU、 64M 內(nèi)存、 5G硬盤以上配置即可，其網(wǎng)絡組成見圖 26. CPU 226 CPU 226上位機232/485轉(zhuǎn)換器0號站3號站4號站圖2 網(wǎng) 絡組成圖Port0 Port0TD2002號站TD2001號站RS485RS232 網(wǎng)絡功能說明： ○1 上位機 (0 號站 )和 4號站通訊； ○2 通過網(wǎng)絡指令（ NETR 和 NETW） ，二個 CPU226 可以互相發(fā)送信息，本系統(tǒng)只需 3 號站向 4 號站寫數(shù)據(jù)； ○3 3號站檢測主水倉、補水倉水位并監(jiān)控 3臺泵； 4 號站監(jiān)控另外 3 臺泵。 ○4 1號站與 3號站通訊，實時地顯示主水倉液位和 3 號泵的運行參數(shù)； 2號站與 4號站通訊，實時地顯示 6 號泵的運行參數(shù)。 使用 STEP7Micro/WIN32 編程軟件進行參數(shù)的選擇。設(shè)定和測試 此外， CPU226 提供了兩個 PPI 通訊口， TD200 文本顯示器將獨占一通訊口， 要將 PLC 與上位機 PC 串接起來， 需要一個網(wǎng)絡連接器，將 PPI 口轉(zhuǎn)換為一進一出通訊口，網(wǎng)絡連接器如圖 28 所示，其中的開關(guān)是匹配電阻。 圖 2網(wǎng)絡連接器 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 負壓傳感器 流量傳感器 轉(zhuǎn)速傳感器 溫度傳感器 代 號 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、付水倉各一臺（ 2 臺）； 2）壓力傳感器 (cgq2)：測 量水泵出口處的排水壓力，每臺泵各一臺（ 6臺）； 3）負壓傳感器 (cgq3)：測量水泵入口處的真空度 ,每臺泵各一臺（ 6臺）； 4）流量傳感器 (cgq4)：測量水泵的排水流量，每臺泵各一臺（ 6 臺）； 5）轉(zhuǎn)速傳感器 (cgq5)：測量水泵軸的轉(zhuǎn)速，每臺泵各一臺（ 6臺）； 6）溫度傳感器 (cgq6)：測量水泵軸承處的溫度，每臺泵各一臺（ 6臺）； 傳感器選用 1) 水位傳感器： 測量液位的方法有許多種，如測量液體重量、液體電阻、弦線電位計、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 缺點 液體重量 磁阻 低功耗、無源器件 分辨率低、測量范圍有限 電阻 分辨率很高 電路復雜 超聲 容易安裝 功率大、精度低 液體電阻 無源器件 無源器件 分辨率低、且于液體有關(guān) 弦線電位計 電位計 功率低、無源器件 線性度差、易腐蝕 液體壓力 硅傳感器 低成本、分辨率高、測量范圍 有源器件、需要一定的功率 本系統(tǒng)采用測量液體壓力的方法來測量液體的液位，摩托羅拉公司已經(jīng)開發(fā)出一系列壓敏電阻式傳感器，很適應于液位控制。尤其適應于空氣管傳感方式。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。但這時將管子上端封住，管子內(nèi)就會留有一定體積的空氣。當容器內(nèi)液位變化時，管內(nèi)空氣的壓力也會成比例的變化。 一個標準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）。它可以測出容器內(nèi)液位變化時的壓差。 （ 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 一個方向加偏置電壓而形成一個電流，當有剪切力作用時，將會產(chǎn)生一個垂直于電流方向的電場，電場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壓力而引 起的輸出電壓，該電壓正比于電場，而電場又與剪切應力成正比，因此產(chǎn)生的輸出壓力也就與外加剪切應力，即被測力成正比。 （ 3） 主水倉用水位傳感器： 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 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 響應時間（ 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 存儲溫度 Tstg 50～ 150 ℃ 工作溫度 TA 40～ 125 ℃ （ 4） 付水倉用水位傳感器： 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 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 響應時間（ 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償和放大 輸出型壓力傳感器，其集成方塊圖如圖 32 xducer溫補和放大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算： 1 ㎝ 水柱 等 效壓 力為 ，相 當于 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)場要求的，如果特殊情況不滿足現(xiàn)場要求，可選用 MPX 系列的其它型號傳感器，其有多種型號供客戶選擇。 2）壓力傳感器： 測量壓力的傳感器有多種類型，如電阻應變式傳感器、電感式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器等等。 電阻應變式傳感器具有悠久的歷史，是應用最廣泛的傳感器之一，將電阻應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)的電阻應變式傳感器，其具有以下優(yōu)點： ○1 、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，性能穩(wěn)定、可靠； ○2 、易于實現(xiàn)測試過程自動化和多點同步測量、遠距測量和遙測； ○3 、靈敏度高，測量速度塊，適合靜態(tài)、動態(tài)測量； 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變式壓力傳感器，用于測量水泵排水口處壓力， ACY7F 型大輸出高精度應變式壓力傳感器有各種量程型號，根據(jù)現(xiàn)場需要，可選擇其 系列中的某一量程的 ACY7F 型大輸出高精度應變式壓力傳感器，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(無壓力 ) mV 工作環(huán) 境 溫度 10～ 50 ℃ 相對溫度 90% 過載能力 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，圓形組合應變計由 4 枚單片應變片電阻組成，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 型大輸出高精度應變式壓力傳感器提供了專門設(shè)計的電子線路，將應變計的毫伏級電壓輸出值放大為伏特級電壓，其電子線路如圖 35。 R RR RRWCR RRRWRRCC+輸出211111134 5632a圖35 、AC Y5 F型 應變式壓力傳感器線路圖 ACY7F 型大輸出高精度應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、輸出信號大、性能可靠、體積小、重量輕等許多優(yōu)點。 3）負壓傳感器： 負壓傳感器用于測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，真空測量時，使用端口 P2，同時 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： 用于測量液體流量的傳感器有渦輪式、渦街式、旋進漩渦式、電磁式、節(jié)流式、均速管式、靶式、橢圓齒輪式等等。從使用條件和性價比 綜合考慮，本系統(tǒng)選用渦輪式流量