【正文】 同窗之誼和手足之情，我將終生難忘。在專業(yè)課學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，徐老師總是鼓勵(lì)我既要努力打好基礎(chǔ)，學(xué)好專業(yè)知識(shí)，又要大膽創(chuàng)新，勤于鉆研；在學(xué)習(xí)上和生活上，給予我悉心的指導(dǎo)和無微不至的關(guān)懷。本控制系統(tǒng)在水位控制上采用的是通過由 4 個(gè)浮球水位開關(guān)檢測水位，PLC 根據(jù)水位情況控制潛水泵的起停，4 臺(tái)潛水泵采用循環(huán)工作方式取代了通常的 3 用 1 備工作方式，更加合理的分配了潛水泵的起停，提高了每臺(tái)潛水泵的利用率，避免了電動(dòng)機(jī)的頻繁啟動(dòng)，對電動(dòng)機(jī)的保護(hù)也更加完善。圖 水位控制圖 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 22 頁當(dāng) 4 臺(tái)潛水泵中有一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，其余 3 臺(tái)將循環(huán)工作，工作過程與 4 臺(tái)潛水泵都無故障時(shí)的工作過程基本相同，只是當(dāng) 3 臺(tái)潛水泵都需要工作時(shí)，沒有潛水泵作為替換與 4 臺(tái)潛水泵均能正常工作時(shí)不同。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 20 頁圖 中水位自動(dòng)控制原理圖 圖 中水位潛水泵循環(huán)工作圖水位由中位以下升到超高位再降到低位以下但是水位在上升和下降過程中也在變化，具體過程如下：t1 時(shí)刻水位由中位以下上升到中位，第一臺(tái)潛水泵啟動(dòng)，在 t1 到 t2 時(shí)間段內(nèi)第一臺(tái)潛水泵以 50Hz 的頻率運(yùn)行；到 t2 時(shí)刻水位從中位上升到高位，第一臺(tái)潛水泵仍以50Hz 的頻率運(yùn)行，同時(shí)第二臺(tái)潛水泵啟動(dòng)，在 t2 到 t3 時(shí)間段內(nèi)第一臺(tái)潛水泵和第二臺(tái)潛水泵同時(shí)以 50Hz 的頻率運(yùn)行；到 t3 時(shí)刻水位從高位上升到超高位，系統(tǒng)報(bào)警，第一臺(tái)潛水泵和第二臺(tái)潛水泵仍以 50Hz 的頻率運(yùn)行，同時(shí)第三臺(tái)潛水泵啟動(dòng)，在 t3 到 t4 時(shí)間段內(nèi)三臺(tái)潛水泵均以 50Hz 的頻率運(yùn)行。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 18 頁圖 超高水位自動(dòng)控制原理圖圖 超高水位潛水泵循環(huán)工作圖水位由中位以下升到高位再降到低位以下并且水位在上升和下降過程中無其他變化，具體過程如下：t1 時(shí)刻水位由中位以下上升到中位，第一臺(tái)潛水泵啟動(dòng)，在 t1 到 t2 時(shí)間段內(nèi)第一臺(tái)潛水泵以 50Hz 的頻率運(yùn)行；到 t2 時(shí)刻水位從中位上升到高位，第一臺(tái)潛水泵仍以50Hz 的頻率運(yùn)行，同時(shí)第二臺(tái)潛水泵啟動(dòng)，在 t2 到 t3 時(shí)間段內(nèi)第一臺(tái)潛水泵和第二臺(tái)潛水泵同時(shí)以 50Hz 的頻率運(yùn)行；到 t3 時(shí)刻水位下降到高位以下，為保持水位平穩(wěn)不能立刻升高故在 t3 到 t4 時(shí)間段內(nèi)第一臺(tái)潛水泵和第二臺(tái)潛水泵仍均以 50Hz 的頻率運(yùn)行；到 t4 時(shí)刻水位下降到中位以下，第一臺(tái)潛水泵以 50Hz 的頻率運(yùn)行，第二臺(tái)潛水泵的頻率降為 25Hz，在 t4 到 t5 時(shí)間段內(nèi)第一臺(tái)潛水泵以 50Hz 的頻率運(yùn)行，第二臺(tái)潛水泵以25Hz 的頻率運(yùn)行；到 t5 時(shí)刻水位下降到低位以下，為正常水位，兩臺(tái)潛水泵都停止運(yùn)行（見圖 ） 。輸入、輸出端口地址的分配見表 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制方式工作過程整個(gè)系統(tǒng)以自動(dòng)控制方式工作時(shí)，潛水泵的啟停以及工作頻率完全由 S7200 的軟 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 16 頁件根據(jù) 4 個(gè)浮球式水位開關(guān)檢測到的水位進(jìn)行控制。SIEMENS 公司的 PLC 具有可靠性高，可擴(kuò)展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡單等優(yōu)點(diǎn)；PLC 可以上接工控計(jì)算機(jī)，對自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測控制。由于實(shí)際的開關(guān)量輸入有 32 點(diǎn)，所以需要擴(kuò)展，擴(kuò)展模塊選擇的是一個(gè) EM223 型模塊，該模塊有 6 種輸入輸出，選擇其中一種 16 點(diǎn)輸入/16 點(diǎn)輸出組合；其輸出為模擬量輸出，有 8 點(diǎn)，故選擇 6 個(gè) EEM232 模擬量擴(kuò)展模塊，該模塊有 2 個(gè)模擬量輸出。(2) 當(dāng)水位下降到高位以下時(shí)，第三臺(tái)潛水泵頻率降為 25Hz，當(dāng)水位下降到中位以下時(shí)，第二臺(tái)潛水泵頻率降到 25Hz，當(dāng)水位下降到低位以下時(shí)，水泵停止工作。 (2) 自動(dòng)方式：將控制柜柜門上的方式選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)打到 ‘遠(yuǎn)程自動(dòng)’位置，并且將操作畫面中的方式選擇開關(guān)切換到‘自動(dòng)’方式，這時(shí)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)工作狀態(tài)，潛水泵的啟動(dòng)、停止以及工作頻率完全由 S7200 的軟件根據(jù) 4 個(gè)浮球式水位開關(guān)檢測到的水位高低進(jìn)行控制。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 13 頁控制系統(tǒng)簡介每個(gè)泵站安裝有 1 臺(tái) S7200 PLC，利用 PROFIBUS DP 網(wǎng)絡(luò)與原上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通訊。由于采用接觸器啟動(dòng)方式，而且電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻繁，對電網(wǎng)和功率元件的沖擊較大，故障率較高，經(jīng)常造成主接觸器、自藕變壓器等元器件的損壞，從而影響生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 12 頁3 污水坑水位控制設(shè)計(jì) 原控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案冷軋硅鋼廠污水坑 30KW 泵站有 4 臺(tái) 30KW 潛水泵，由 1 臺(tái)小型 PLC 作為邏輯管理，電動(dòng)機(jī)由接觸器直接起停，水位由 4 個(gè)浮球水位開關(guān)檢測，電動(dòng)機(jī)的保護(hù)由電源側(cè)自動(dòng)開關(guān)作為過流保護(hù)、電動(dòng)機(jī)側(cè)熱繼電器作為過負(fù)載保護(hù)、電機(jī)上安裝有熱元件作為潛水泵溫度報(bào)警、潛水泵安裝有泄漏、滲漏保護(hù)裝置作為潛水泵泄漏、滲漏報(bào)警等構(gòu)成；操作方式分為自動(dòng)方式和手動(dòng)方式。每個(gè)邏輯行開始于左母線，一般來說，觸點(diǎn)要放在左側(cè)，線圈和指令盒放在右側(cè)，線圈和指令盒右側(cè)不能有觸點(diǎn)，整個(gè)梯形圖形成階梯形結(jié)構(gòu)。梯形圖(LAD) 語言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，是應(yīng)用最多的一種編程語言，與計(jì)算機(jī)語言相比，梯形圖可以看作是 PLC 的高級(jí)語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電氣工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)人員所接受，是初學(xué)者理想的編程工具。目前比較慢的為 ，60ms/1K 字?jǐn)?shù)字運(yùn)算程序；較快的為 1ms/IK 字邏輯運(yùn)算程序，10ms/1K 字?jǐn)?shù)字運(yùn)算程序，目前最快的為 字邏輯運(yùn)算程序。這是因?yàn)閳?zhí)行程序中隨變量狀態(tài)的不同，一部分程序段可能不執(zhí)行而形成的。第二部分并不是每個(gè)系統(tǒng)或系統(tǒng)的每次掃描都有的，占用的掃描時(shí)間也是變化的。為了現(xiàn)場調(diào)試方便，PLC 具有輸入輸出控制功能，用戶可以通過編程器封鎖或開放輸入輸出。CPU 在處理用戶程序時(shí)，使用的輸入值不是直接從實(shí)際輸入點(diǎn)讀得的，運(yùn)算的結(jié)果也不直接送到實(shí)際輸出點(diǎn)，而是在內(nèi)存中設(shè)置了兩個(gè)暫存區(qū)，一個(gè)輸入暫存區(qū)，一個(gè)輸出暫存區(qū)。該過程在機(jī)器運(yùn)行中是否執(zhí)行是可控的。與數(shù)字處理器進(jìn)行信息交換的過程，當(dāng)配有數(shù)字處理器時(shí)，一個(gè)掃描周期中才包含了這一過程。與編程器進(jìn)行信息交換的掃描過程在 PLC 中，用戶程序是通過編程器寫入的。WDT 故障可能由 CPU 硬件引起，也可能由用戶程序執(zhí)行時(shí)間太長，使掃描周期時(shí)間超過 WDT 的設(shè)定時(shí)間而引起。自監(jiān)視掃描過程為保證設(shè)備的可靠性，出現(xiàn)故障及時(shí)反應(yīng)，PLC 都具有自監(jiān)視功能。 可編程控制器的掃描周期PLC 可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設(shè)備，它一直在周而復(fù)始地循環(huán)掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務(wù)。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 8 頁P(yáng)LC 的工作方式是巡回掃描執(zhí)行用戶程序，由于建立了輸入映象區(qū)，因此程序在執(zhí)行時(shí)，系統(tǒng)工作只涉及到映象寄存器中的內(nèi)容，只是在掃描周期的適當(dāng)時(shí)刻將輸出映象寄存器的信息全部輸出給外設(shè)，同時(shí)也從所有外設(shè)讀入信息。(2) 程序執(zhí)行是對用戶所編程序和輸入/輸出映象寄存器的內(nèi)容及其它各元件映象寄存器的內(nèi)容進(jìn)行邏輯運(yùn)算和處理。(2) 程序執(zhí)行階段，在這個(gè)過程中， PLC 執(zhí)行用戶程序，對用戶以梯形圖方式編寫的程序按照從上到下，從左到右的順序逐一掃描各指令，并從輸入映象寄存器中取出上一階段采入的所有輸入端子的狀態(tài)，從輸出映象寄存器中取出各輸出元件的輸出狀態(tài)，然后進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果再次存入輸出映象寄存器中，但是，這個(gè)結(jié)果在整個(gè)程序未執(zhí)行前不會(huì)送至輸出端口。映象區(qū)的大小隨系統(tǒng)輸入、輸出信息多少，即輸入、輸出的點(diǎn)數(shù)而定。執(zhí)行用戶程序時(shí)需要的現(xiàn)場信息，都在輸入映象區(qū)中取用，而不去外設(shè)取用。這不僅僅是因?yàn)橛械某绦虿恍枰繏呙枰淮危艌?zhí)行一次，而是因?yàn)樵谝粋€(gè)大型控制系統(tǒng)中，需要處理的 I/O 點(diǎn)數(shù)較多，只有通過對不同組織模塊的安排，采用分時(shí)分批掃描執(zhí)行的辦法，才可以縮短掃描周期和提高對控制的實(shí)時(shí)響應(yīng)。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 6 頁2 可編程序控制器概述 可編程控制器的工作方式 可編程控制器的工作原理繼電器控制裝置采用邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果一個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器的所有觸點(diǎn)(包括它的常開觸點(diǎn)或常閉觸點(diǎn))不論在繼電器線路的哪個(gè)位置上，都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類，目前國內(nèi)大都使用交－直－交變頻器 [7]。隨著 PLC 功能的不斷增強(qiáng)，越來越多地采用了微機(jī)技術(shù)，同時(shí)工業(yè)微機(jī)為了適應(yīng)用戶需要，向提高可靠性、更耐用與便于維修的方向發(fā)展，兩者間相互滲透，差異越來越小。PLC 設(shè)計(jì)調(diào)試周期短。但是，PLC 的工作方式不同于工業(yè)微機(jī)的很多軟件，還不能直接應(yīng)用。但是，使用工業(yè)微機(jī)的人 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 第 4 頁員技術(shù)水平要求較高，一般應(yīng)具有一定的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)。今天的可編程控制器己增強(qiáng)了模擬量控制功能，開發(fā)了各種智能模板，具有了 MID 調(diào)節(jié)功能并可構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)控制功能的功能。集散控制系統(tǒng)由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展而來。由于 PLC 強(qiáng)大的功能和眾多的優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi) PLC 已經(jīng)在機(jī)電、冶金、輕工、紡織、煤炭、鐵道、交通等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了明顯的效益。小型化和微型化當(dāng)今 PLC 市場除了呈現(xiàn)高性能和網(wǎng)絡(luò)功能競爭特征之外，另一個(gè)顯著特征就是小型再小型，價(jià)格一降再降。在開放方面，最大的進(jìn)步當(dāng)屬于 PLC 編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化?，F(xiàn)在，一大批的專業(yè)監(jiān)控(SCADA)軟件廠商(如 Intellution,Wonderware 等)在 Windows系統(tǒng)平臺(tái)上開發(fā)了許多功能非常強(qiáng)的監(jiān)控軟件，這些軟件一般支持多種 PLC 連接，具有豐富的圖形顯示功能，歷史數(shù)據(jù)記錄與趨勢顯示功能，狀態(tài)報(bào)警顯示功能，PLC 圖形組態(tài)功能等，使得今天的 PLC 再也不是一個(gè)順序邏輯控制黑匣子，而變成了一個(gè)集邏輯控制、調(diào)節(jié)控制、網(wǎng)絡(luò)通信和圖形監(jiān)視于一體的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。一般情況下，PLC 自身完成所有的控制功能，即使通信和監(jiān)視設(shè)備都不工作，PLC 仍繼續(xù)其邏輯控制工作。當(dāng)今的 PLC 具有以下特點(diǎn):功能豐富當(dāng)今的 PLC 己不再限于完成順序邏輯控制功能。在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，PLC 己經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕工、紡織、交通運(yùn)輸、環(huán)保以及文化娛樂等各行各業(yè)，成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備?，F(xiàn)代的 PLC 不僅具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順控等功能，而且還具有 AID, DIA轉(zhuǎn)換，數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)處理等功能。最后通過編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。在本系統(tǒng)中，采用西門子 S7200 型 PLC 控制潛水泵的起停，其中 PLC 選用 DC24V 輸入、DC24V 繼電器輸出。鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 　　　　　　　　　　第 I 頁 基于 PLC 的污水坑水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要PLC（可編程邏輯控制器）是一種基于數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)、專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)。污水坑水位控制系統(tǒng)的操作方式分為手動(dòng)方式和自動(dòng)方式。關(guān)鍵詞：水位控制，潛水泵，PLC鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）　　　　　　　　　　第 II 頁 The Design of Sewage Pit Water Level Control System Based on PLCAbstractPLC (programmable logic controller) is one kind of electronic system based on technology of digital puter, and designed specially for using in industrial environment. It has many merits such as powerful function, reliable use and easymending. With the rapid development of microelectronic and puter technology, PLC has widely used in industrial control area. Because the PLC is safe, stable, reliable, and applied widely, the PLC is used as the controller for the sewage pit water level control system. In this system, using Simens S7200 PLC to control the start and stop of diving pumps, in which PLC selects DC24V of input, DC24V relay of outputs, and has DC24V voltagestabilized source. The sewage pit wate