【正文】 選擇合適的 PLC類型（包括機(jī)型的選擇、容量的選擇、 I/O模塊的選擇等）。 根據(jù)生產(chǎn)的工藝過(guò)程分析控制要求，如需要完成的動(dòng)作（動(dòng)作時(shí)序、條件、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等）、操作（手動(dòng)、自動(dòng)、連續(xù)、間斷等）。 基于 PLC 的給水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為硬件選型及 PLC軟件編制兩個(gè)方面。 (4)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 監(jiān)控 4 臺(tái)抽水泵和 4 臺(tái)加壓泵的狀態(tài)，并實(shí)時(shí)顯示水井、清水池、水塔的水位，并顯示報(bào)警信息。 14 (2)電動(dòng)閥門控制系統(tǒng) 它控制 4臺(tái)加壓泵電動(dòng)閥門的打開與關(guān)閉，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制與遠(yuǎn)程控制。 基于 PLC 的給水控制系統(tǒng)控制組成 本 PLC的給水控制系統(tǒng)由按鈕操作系統(tǒng)、電動(dòng)閥門控制系統(tǒng)、 PLC電氣控制系統(tǒng)和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)四個(gè)部分組成。供水管道的壓力高于上限時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。如果每個(gè)水塔對(duì)應(yīng)的兩臺(tái)加壓泵都出現(xiàn)故障，不能正常啟動(dòng)時(shí)，顯示該水塔供水報(bào)警。如果每個(gè)水井對(duì)應(yīng)的兩臺(tái)抽水泵都出現(xiàn)故障，不能正常啟動(dòng)時(shí)，顯示該水井供水報(bào)警。 (2) 清水池水位低于下限水位時(shí)， 1和 2兩口水井中的各自一臺(tái)水泵向清水池送水，當(dāng)清水池水位達(dá)到上限時(shí)，根據(jù)設(shè)定值自動(dòng)啟動(dòng)加藥泵和攪拌電機(jī)進(jìn)行加藥處理，處理完畢后，向兩個(gè)水塔自動(dòng)供水。手動(dòng)方式是一種備用方式，它是在自動(dòng)方式不能正常運(yùn)行的情況下啟用，自動(dòng)方式可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班， 無(wú)需人為干預(yù)，正常情況下自動(dòng)供水，保證用戶有水可用即可。該系統(tǒng)通過(guò) 2臺(tái)抽水泵 (另外兩臺(tái)備用 )分別將 1和 2兩口水井中的井水抽到清水池中，加藥處理后由 2臺(tái)加壓泵 (另外兩臺(tái)備用 )分別向 A區(qū)水塔和 B區(qū)水塔自動(dòng)供水，以保證兩區(qū)居民的用水需求。除了相互之間可以進(jìn)行通信聯(lián)網(wǎng)以外， PLC 與計(jì)算機(jī)之間也可以進(jìn)行通信聯(lián)網(wǎng)，由計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其監(jiān)控和管理。 集散控制。 數(shù)字量控制。 模擬量控制。 11 按照控制類型不同，它主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面： 開關(guān)量控制。 PLC 用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。除此之外， PLC還采取了一系列抗干擾的措施。 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。由于 PLC的系列化和模塊化，硬件配置相當(dāng)靈活，可以組成能滿足各種控制要求的控制系統(tǒng)。 PLC的安裝接線也很方便， PLC一般用接線端 子連接外部接線。 硬件配套齊全，用戶使用方便。 PLC中配備了易于接受和掌握的梯形圖語(yǔ)言。 特別注意的是 :在 PLC的程序中，前面邏輯行的執(zhí)行結(jié)果 在本次掃描過(guò)程中，影響后面邏輯行的執(zhí)行結(jié)果 :而后面邏輯行的執(zhí)行結(jié)果在本次掃描中不影響前面 邏輯行的果。這種串行工作方式可以避免繼電控制的觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)序失配的問(wèn)題。 PLC與繼電接觸器控制的重要區(qū)別之一就是工作方式不同。 T=(讀入一點(diǎn)時(shí)間 X輸入點(diǎn)數(shù) )+(運(yùn)算速度 X程序步數(shù) )+(輸出一點(diǎn)時(shí)間 X輸出點(diǎn)數(shù) )+故障診斷時(shí)間 顯然掃描時(shí)間主要取決于程序的長(zhǎng)短，一般每秒鐘可掃描數(shù)十次以上，這對(duì)于工業(yè)設(shè)備通常沒(méi)什么影響。 當(dāng)所有的指令執(zhí)行完畢時(shí)，集中把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過(guò)輸出部件轉(zhuǎn) 換成被控設(shè)備能接收的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備，這就是輸出刷新階段。 PLC的中央處理器對(duì)各個(gè)輸入端進(jìn)行掃描，將輸入的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中，這是輸入采樣階段。 PLC檢查是否有與編程器和計(jì)算機(jī)的通信請(qǐng)求，若有則進(jìn)行相應(yīng)處理，自診斷 與編程器計(jì)算機(jī)等通信 讀入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) 執(zhí)行用戶程序 結(jié)果輸出 9如 接收編程器送來(lái)的程序、命令和各種數(shù)據(jù)，并把顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、出錯(cuò)信息等發(fā)送給編 程器進(jìn)行顯示。自診斷內(nèi)容為 I/O部分、 存儲(chǔ)器、 CPU等，發(fā)現(xiàn)異常停機(jī)顯示出錯(cuò)。其工作過(guò)程框圖如圖 21所示。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理，然后順序 向輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。 PLC則采用循環(huán)掃描工作 方式，在 PLC中，用戶程序按先后順序存放， CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序， 直到遇到結(jié)束符后又返回第一條。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式。多數(shù) PLC 具有 RS232 接口，還有一些內(nèi)置有支持各 自通信協(xié)議的接口。因 8此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來(lái)越顯著，甚至有人提出 網(wǎng)絡(luò)就是控制器 的觀點(diǎn)說(shuō)法。 底板或機(jī)架 大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板 或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使 CPU能訪問(wèn)底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。有的PLC 還向外提供 DC24V 的直流電源。 電源模塊 現(xiàn)代 PLC 一般配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源，供內(nèi)部電路使用。 除了上述通用 I/O 外，還有特殊 I/O 模塊，如熱電阻 、熱電偶、脈沖等模塊。常用的 I/O 分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 7I/O 分為開關(guān)量輸入（ DI），開關(guān)量輸出（ DO），模擬量輸入（ AI），模擬量輸出（ AO）等模塊。 I/O 模塊集 成了 PLC 的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。 CPU速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù)，它們決定著 PLC 的工作速度， I/O數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在 控制器指揮下工作。 CPU的控制器控制 CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。 進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。這種結(jié)構(gòu)的 CPU、電源、 I/O 等單元也是各自獨(dú)立的模塊，但它們相互的連接僅用電纜即可，并且各模塊可以疊裝在一起。模塊式 PLC 包括 CPU模塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源 模塊、底板或機(jī)架， 這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 PLC 的構(gòu)成 從結(jié)構(gòu)上分， PLC 分為整體式、模塊式和疊裝式三種。它具有豐富的輸入 /輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸 入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī) (Personal Computer)的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱 PLC。隨著技術(shù)的 發(fā)展 ，這種裝置的功能已經(jīng)大大的超過(guò)了邏輯控制的范圍。 5第 2 章 PLC 的概述 PLC 的定義 可編程控制器 (Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。 4． 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 3．系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。 2．下位機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。 1．總體方案設(shè)計(jì)。本著科學(xué)經(jīng)濟(jì)和滿足生產(chǎn)要求的設(shè)計(jì)原則，同時(shí)也考慮本次設(shè)計(jì)是畢業(yè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，將大學(xué)期間所學(xué)的知識(shí)，如 電器 設(shè)計(jì)、電路 原理、 電機(jī)拖動(dòng) 、 閥門控制 、傳感器、可編程控制器（ PLC）、電子技術(shù)、自動(dòng)控制、機(jī)械系統(tǒng)仿真等知識(shí)盡可能多的綜 合運(yùn)用到設(shè)計(jì)中，使得經(jīng)過(guò)本次設(shè)計(jì)對(duì)大學(xué)階段的知識(shí)得到鞏固和強(qiáng)化，同時(shí)也考慮個(gè)人能力水平和時(shí)間的客觀實(shí)際，充分發(fā)揮個(gè)人能動(dòng)性，腳踏實(shí)地，實(shí)事求是的做好本次設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)原則 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則是：以任務(wù)書所要求的具體設(shè)計(jì)要求為根本設(shè)計(jì)目標(biāo)，充分考慮 給水控制 的工作環(huán)境和工藝流程的具體要求。 水廠工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)是管理控制的一體化，而現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的飛速發(fā)展為管理控制一體化鋪平道路。原深圳華為 (現(xiàn)己更名為艾默生 )電氣公司和成都希望集團(tuán) (森蘭變頻器 )也推出了廈壓供水專用變頻器 (、22kw)，無(wú)需外接 PLC和 PID 調(diào)節(jié)器，可完成最多 4 臺(tái)水泵的循環(huán)切換、定時(shí)起、停和定時(shí)循環(huán)。 目前國(guó)內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國(guó)外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺(tái)水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器 (PLC)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)：有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動(dòng)化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn) 可后，國(guó)外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像日本 Samco 公司，就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式 、“變頻泵循環(huán)方式一兩種模式，它將 PID 調(diào)節(jié)器和 PLC 可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過(guò)設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn) PLC 和 PID 等電控系統(tǒng) 的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個(gè)內(nèi)置的電磁接觸器 3工作，可構(gòu)成最多 7 臺(tái)電機(jī) (泵 )的供水系統(tǒng)。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時(shí)，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對(duì)壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。在這基礎(chǔ)上，對(duì)水廠自動(dòng)化又提出了新要求 :即廠內(nèi)僅配備少量管理、維修人員，生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，由中央控控制室的工業(yè)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和管理的控 制系統(tǒng)，也稱無(wú)人值守控制系統(tǒng)。取消了各分站內(nèi)的監(jiān)控計(jì)算機(jī)，各分站的控制區(qū)域由以功能劃分改為以距離劃分，在中控室內(nèi)監(jiān)視水廠運(yùn)行的全過(guò) 程，應(yīng)由分站 1控制的遠(yuǎn)方設(shè)備工況或采集的檢測(cè)儀表參數(shù)可送入附近的分站 2通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可靠、及時(shí)地傳輸保證系統(tǒng)的正常、協(xié)調(diào)運(yùn)行。開始建立的系統(tǒng)，各分站以功能劃分，站內(nèi)設(shè)有監(jiān)控計(jì)算機(jī)，這是針對(duì)當(dāng)時(shí) PLC的通訊能力不夠強(qiáng)大，控制系統(tǒng)可靠性不高所采用的措施，即一旦其它分站出現(xiàn)故障或網(wǎng)絡(luò)中斷后，未出故障的分站還可以在局部區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 PLC 具有 可 靠性高、編程簡(jiǎn)單、使用方使、以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)的特點(diǎn)。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì) 自來(lái)水生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài) : 水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無(wú)到有、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過(guò)程。依靠現(xiàn)代化技術(shù)手段對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制和管理，提高設(shè)備運(yùn)行效率和可靠性，節(jié)省寶貴的水、電資源，是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。這種情況造成用水高峰期時(shí)水位達(dá)不到要求 ,供水壓力不足，用水低峰期時(shí)供水水位超標(biāo) ,壓力過(guò)高，不僅十分浪費(fèi)能源而且存在事故隱患（例如壓力過(guò)高容易造成爆管事故）。在用水量高峰期時(shí)供水量普遍不足，造成城市公用管網(wǎng)水壓浮動(dòng)較大。 Automatic control III 目錄 摘 要 ............................................................ I Abstract ......................................................... II 第 1 章 緒論 ...................................................... 1 本課題的研究背景及意義 ..................................... 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和趨勢(shì) ....................................... 1 設(shè)計(jì)原則 ................................................... 3 本課題研究的內(nèi)容 ........................................... 4 第 2 章 PLC 的概述 ................................................. 5 PLC 的定義 ................................................. 5 PLC 的構(gòu)成 ................................................. 5 CPU 的構(gòu)成 ............................................ 6 I/O 模塊 .............................................. 6 電源模塊 ............................................. 7 底板或機(jī)架 ........................................... 7 PLC 的通信聯(lián)網(wǎng) ........................................ 7 PLC 的基本工作 ............................................. 8 PLC 的特 點(diǎn)及應(yīng)用 .......................................... 10 第 3 章 基于 PLC 的給水控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) ......................... 12 基于 PLC 的給水控制系統(tǒng)概