【正文】 具體控制情況，該處壓力傳感器量程選用 0~1MPa，其信號輸出為 4~20mA的電流，其標準供電電源為 DC 24V。 物位傳感器 在該項目中要檢測油箱的最低液位，即油箱 的液位低于設(shè)定值時需報警提示，發(fā)出液壓信號供 PLC處理 。即只需要進行液面控制，毋須對液位的變化進行連續(xù)檢測。基于 這種 檢測要求，我們選擇了干簧管式浮球液位傳感器。 干簧管是干式舌簧管的簡稱，又叫磁簧管。它是一種有觸點的無源電子開關(guān)元件，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小便于控制等優(yōu)點。其外殼一般是一根密封的玻璃管，管中裝有兩個鐵質(zhì)的彈性簧片電板，還灌有一種惰性氣體。平時，玻璃管中的兩個有特殊材料制成的簧片是分開的。當(dāng)有磁性物質(zhì)靠近玻璃管時，在磁場磁力線的作用下，管內(nèi)的兩個簧片被磁化而相互吸引接觸，簧片就會吸和在一起，使節(jié)點所接的電路接通。外磁力消失后，簧片 在自身的彈力作用下分開，進而斷開電路。因此，作為一種利用磁場信號來控制的線路開關(guān)器件，干簧管可以作為傳感器用于計數(shù)、限位等。 對 于浮球液位開關(guān)，是在密封的非磁性金屬或塑膠管內(nèi)根據(jù)需要設(shè)置一點或多點干簧開關(guān)，再將中空而內(nèi)部有環(huán)形永久磁鐵的浮球固定在桿徑內(nèi)干簧管開關(guān)相關(guān)位置上，使浮球在一定范圍內(nèi)上下浮動，利用浮球內(nèi)的磁鐵去吸引干簧開關(guān)的閉合，產(chǎn)生開關(guān)動作，從而達到液位控制的目的。 重慶大學(xué)本科學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 傳感器的選型 17 流量傳感器 控制系統(tǒng)要求測量出油口管道的油液流量， 流量測量過程中 并 沒有特殊的要求，只要能置于油液中進行測量，體積大小符合要求，反應(yīng) 靈敏 就行。因此 在這里 我們選擇了常用的一種流量傳感器即 渦輪流量計 。渦輪流量計類似于葉輪式水表，在管道中安裝一個可以自由轉(zhuǎn)動的葉輪，流體流經(jīng)葉輪，使葉輪旋轉(zhuǎn)，流量越大，流速越高，則動力越大，葉輪轉(zhuǎn)速越高。 渦輪流量計具有安裝方便、精度高、反應(yīng)快、刻度線性和量程寬等特點，信號易遠傳，且便于數(shù)字顯示，可直接與計算機配合進行流量計算和控制。 由于葉輪的葉片具有一定的角度，流體的沖力使葉片具有轉(zhuǎn)動力矩，克服摩擦力據(jù)和流體阻力之后葉片旋轉(zhuǎn)，在力矩平衡后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，在一定條件下，轉(zhuǎn)速和流速成正比。由于葉片具有導(dǎo)磁性，它處于信號檢測器的磁場中，旋轉(zhuǎn)的葉片切割磁場線，周期性地改變著線圈的磁 通量，從而使線圈兩端感應(yīng)出電脈沖信號，此信號經(jīng)過放大器的放大整形，形成具有一定幅值的、連續(xù)的矩形脈沖波。 此處我們選擇的渦輪流量計的 量程比為 1： 10，其輸出為 4~20mA 的脈沖信號。外部供電電源為 24V DC。 電流傳感器 此處需要的測量電流為主機電機的互感電流， 電流傳感器種類比較多，這里我們選用的是 霍爾電流傳感器，接下來就介紹下 開環(huán)和閉環(huán) 霍爾傳感器的工作原理 。以下 以西安新敏電子科技公司的產(chǎn)品進行舉例說明。 1）直放式（開環(huán)）霍爾電流傳感器 圖 開環(huán)霍爾電流傳感器電路原理 如圖 ， 當(dāng)原邊電流 IP流過一根長導(dǎo)線時，在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生一磁場， 重慶大學(xué)本科學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 傳感器的選型 18 這一磁場的大小與流過導(dǎo)線的電流成正比，產(chǎn)生的磁場聚集在磁環(huán)內(nèi)，通過磁環(huán)氣隙中霍爾元件進行測量并放大輸出，其輸出電壓 VS精確的反映原邊電流 IP。 2）磁平衡電流（閉環(huán)）傳感器 磁平衡式電流傳感器也稱補償式傳感器，即原邊電流 Ip 在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁場通過一個次級線圈電流所產(chǎn)生的磁場進行補償，其補償電流 Is 精確的反映原邊電流 Ip，從而使霍爾器件處于檢測零磁通的工作狀態(tài)。 具體工作過程為：當(dāng)主回路有一電流通過時，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的磁場被磁環(huán)聚集并感應(yīng)到霍爾器件上，所產(chǎn)生的信號輸出用于驅(qū)動功率管并使其導(dǎo)通，從而獲得一個補償電流 Is。這一電流再通過多匝繞組產(chǎn)生磁場，該磁場與被測電流產(chǎn)生的磁場正好相反，因而補償了原來的磁場，使霍爾器件的輸出逐漸減小。當(dāng)與 Ip與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場相等時， Is 不再增加，這時的霍爾器件起到指示零磁通的作用，此時可以通過 Is 來測試 Ip。當(dāng) Ip 變化時，平衡受到破壞，霍爾器件有信號輸出，即重復(fù)上述過程重新達到平衡。被測電流的任何變化都會破壞這一平衡。一旦磁場失去 平衡，霍爾器件就有信號輸出。經(jīng)功率放大后，立即就有相應(yīng)的電流流過次級繞組以對失衡的磁場進行補償。從磁場失衡到再次平衡，所需的時間理論上不到 1μs，這是一個動態(tài)平衡的過程。因此，從宏觀上看，次級的補償電流安匝數(shù)在任何時間都與初級被測電流的安匝數(shù)相等。 圖 磁平衡式 霍爾 電流傳感器電路原理 由于閉環(huán)式霍爾電流傳感器采用了磁平衡原理其響應(yīng)速 度相對來說比較快且精度較高。且從其參數(shù)表可以看出一般閉環(huán)霍爾傳感器用于測量較小的電流而開環(huán)式則用于測量大電流。根據(jù)來自公司的指標，主電機電流 經(jīng)過電流互感器得來的互感電流不超過 10A，因此綜合考慮這里選擇了閉環(huán)式的霍爾電流傳感器。如下圖所示是該公司一些產(chǎn)品的參數(shù)表。 重慶大學(xué)本科學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 傳感器的選型 19 圖 磁平衡式霍爾電流傳感器電參數(shù) 這里我們根據(jù)實際情況要求選擇了 CSM010SY 型號的磁平衡霍爾電流傳感器。重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 20 5 .PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 控制系統(tǒng)的輸入輸出變量的分析 模擬量輸入與輸出 由產(chǎn)品設(shè)計要求可知該控制系統(tǒng)沒有模擬量輸出，需要控制的模擬量為油箱的溫度、油站出油口溫度、油站回油口溫度、供油壓力、供油流量以及主機的互感電流。由于要實現(xiàn)對以上模擬量的控制首先得通過傳感器和變送器將其實時值送入 PLC 中進行處理，由此可知模擬量輸入即為以上所列總共 6 路。 由之前傳感器的介紹章節(jié)我們知道，除了溫度傳感器 Pt100 以外，渦輪流量計、光纖壓力傳感器的輸出均為 4~20mA 的電流，電流傳感器的輸出為 4 5%V的電壓。 開關(guān)量的輸入輸出 1）開關(guān)量輸入 開關(guān)量輸入有： ○ 1 液壓計信號、 ○ 2 堵塞壓力發(fā)訊器信號、 ○ 3 油泵電機 1 的熱繼電器信號、 ○ 4 油泵電機 2 的熱繼電器信號、 ○ 5 冷卻電機 1 的熱繼電器信號、 ○ 6冷卻電機 2 的熱繼電器信號、 ○ 7 調(diào)整泵電機啟動信號、 ○ 8 電磁閥通斷信號、 ○ 9 油泵電機 1 啟動信號、 ○ 10 油泵電機 2 啟動信號、 ○ 11 主機啟動信號、 ○ 12 主機關(guān)閉信號、○ 13 星三角啟動信號、 ○ 14 油泵電機 1 停、 ○ 15 油泵電機 2 停 、 ○ 16 電源開關(guān) 。 2）開關(guān)量輸出 開關(guān)量輸出量即控制執(zhí)行器的開關(guān)量有： ○ 1 加熱器運行、 ○ 2 油泵 1 運行、 ○ 3泵 2 運行、 ○ 4 冷卻電機 1 高速、 ○ 5 冷卻電機 1 低速、 ○ 6 冷卻電機 2 高速、 ○ 7 冷卻電機 2 低速、 ○ 8 主機運行、 ○ 9 主機啟動中、 ○ 10 主軸上升、 ○ 11 主軸下降 、 ○ 12 報警器 、○ 13 油箱溫度傳感器失效、 ○ 14 出油口溫度傳感器失效、 ○ 15 回油口溫度傳感器失效、○ 16 壓力傳感器失效、 ○ 17 流量傳感器失效、 ○ 18 互感電流傳感器失效、 ○ 19 流量低指示燈、 ○ 20 過濾器堵塞指示燈、 ○ 21 時序錯誤指示、 ○ 22 液位低指示、 ○ 23 電源指示、 ○ 24 主機運行指示。 PLC 的 I/O 模塊的選型 由上面的分析可知我們需要的 I/O 模塊類型有數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊。 數(shù)字量輸入模塊的選型 我們已知數(shù)字量輸入總共有 15 路，再留 20%~30%的裕量的話則需要接近20 路數(shù)字量輸入接點。 由于西門子 S7300 系列 PLC 沒有 20 路輸入接點的模塊，因此這里選擇 32 路數(shù)字量輸入接點的模塊。 如圖 和 所示，表中列舉了各重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 21 個類型數(shù)字量輸入模塊的屬性。 根據(jù)現(xiàn)場的需求以及經(jīng)濟的角度我們選擇數(shù)字量輸入模塊為 SM 321 DI32DC24 V 型號，其訂貨號為 6ES73211BL000AA0。它的接線外觀圖如圖 所示。 具體的地址分配如下： 電源開關(guān)、 堵塞壓力發(fā)訊器信號、 泵 1熱繼電器信號、 泵 2 熱繼電器信號、 冷卻電機 1 熱繼電器信號、 冷卻電機 2 熱繼電器信號、 調(diào)整泵電機啟動信號、 泵 1 啟動、 泵 1停止、 油泵電 機 2 啟動、 油泵電機 2 停止、 主軸電機啟動、 主軸電機停止、 電磁閥啟動、 星三角時序錯誤、 液壓計信號。 圖 數(shù)字量輸入模塊 圖 數(shù)字量輸入模塊（續(xù)）重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 22 圖 SM321 DI32DC24V （ 1BL00）接線圖 數(shù)字量輸出模塊選型 我們已經(jīng)知道了數(shù)字量輸出總共有 24 路，再考慮到留有的裕量，所以選擇具有 32 路通道的數(shù)字量輸出模塊。由于驅(qū)動 的是直接接觸器和電磁閥和指示燈，因此近一步確定了選用晶體管輸出。選用晶體管輸出還可以增加系統(tǒng)的反映時間。故數(shù)字量輸出模塊型號選定為： SM322 DO3224V ，訂貨號為 6ES7 3221BL000AA0。 其內(nèi)部的接線圖見圖 。 數(shù)字量輸出模塊的地址分配如下： 加熱器運行、 泵 1 線圈、 泵 2 線圈、 冷卻電機 1 低速、 冷卻電機 1 高速、 冷卻電機 2 低速、 冷卻電機 2 高速、 主機運行、 主機啟動中、 主軸上升、 主軸下降、 報警、 壓力傳感器失效、 油箱溫度傳感器失效、 流量傳感器失效、 液位指示燈、 電源指示燈、 主機運行指示燈、 回油口溫度傳感器失效、 流量低指示、 出油口溫度傳感器失效、 Q 電流傳感器失效、 時序錯誤指示燈、 過濾器堵塞指示。 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 23 圖 DO3224V DC/ 接線框圖 圖 DO3224V DC/ 技術(shù)規(guī)范重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 24 模擬量輸入模塊選型 由前面分析可知該系統(tǒng)有 6 路模擬量輸入，而且涵蓋有溫度、電阻、電壓、電流的輸入 。 表 介紹了部分常用模擬量輸入模塊的屬性。 由表中我們可知還有專門用于處理電阻的模塊，但考慮到經(jīng)濟性， 根據(jù)表 中所列 模塊的 參數(shù) ， 可調(diào)整A I 8 1 2 b i t6 E S 7 3 3 1 7 K B x 2 0 A B 02 A I1 組可調(diào)整9 b i t ＋符號1 2 b i t ＋符號1 4 b i t ＋符號電流電壓電阻溫度任意 √√可調(diào)整可調(diào)整√√可調(diào)整A I 8 1 2 b i t6 E S 7 3 3 1 7 K F 0 2 0 A B 08 A I4 組可調(diào)整9 b i t ＋符號1 2 b i t ＋符號1 4 b i t ＋符號電流電壓電阻溫度任意A I 8 1 3 b i t6 E S 7 3 3 1 1 K F 0 0 0 A B 08 A I8 組可調(diào)整1 2 b i t ＋符號電流 電壓電阻 溫度任意任意任意√√8 A I4 組8 A I4 組A I 8 1 6 R TD6 E S 7 3 3 1 7 P F 0 0 0 A B 0A I 8 TC6 E S 7 3 3 1 7 P F 1 0 0 A B 0電阻 溫度溫度任意任意可調(diào)整1 5 b i t ＋符號可調(diào)整1 5 b i t ＋符號電流 電壓電流 電壓可調(diào)整1 5 b i t ＋符號可調(diào)整1 3 b i t ＋符號可調(diào)整A I 8 1 6 b i t6 E S 7 3 3 1 7 N