【正文】 電 磁 閥 打 開4 S 后 水 池 水 位 高于 下 限 嗎 ？繼 續(xù)報(bào) 警水 池 繼 續(xù) 進(jìn) 水水 塔 水 位 低 于下 限 嗎 ？水 池 水 位 高 于 上 限電 磁 閥 關(guān) 閉水 泵 起 動(dòng) ， 給 水 塔 供 水水 塔 水 位 高 于 下 限水 塔 水 位 高 于 上 限水 泵 停 止水 池 水 位 低 于 下 限結(jié) 束否是否是是否 圖 41 水塔液位控制流程圖 中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 19 ： 水塔工作系統(tǒng)的工作方式為：當(dāng)水池水位低于水池下限位液位檢測傳感器S1 時(shí)，則 S1 此時(shí)為 OFF，電磁閥 MB1 打開，水泵 M1 啟動(dòng)，開始向水池供水，待 4S 后，若水池水位沒有超過水池下限位液位檢測傳感器 S1，即說明系統(tǒng)發(fā)生故障，則水池蜂鳴器 PB1 報(bào)警，水池報(bào)警燈閃爍。 接線方式為整個(gè)液位傳感器系統(tǒng)外部有一個(gè) 220V 電源驅(qū)動(dòng)，液位傳感器有三個(gè)引腳分別是正極（ 1 腳）輸入到外供，公共端（ 3 腳）和信號(hào)（ 2 腳）分別輸入到正負(fù)輸入引腳。 液位傳感器的接線及工作原理如圖 36 所示。 輸出穩(wěn)定可靠的 “ON”、 “OFF”開關(guān)控制信號(hào)，無任何誤動(dòng)作，可靠性高。 檢測元件 應(yīng)用設(shè)計(jì) 檢測元件采用 GSK 液位傳感器，它的特點(diǎn)為： 外殼采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼，機(jī)械強(qiáng)度高、密封性好。隨著水塔內(nèi) 液面的不斷升高液位檢測器所檢測到的壓力值也隨之不斷變化，繼而擴(kuò)展模塊輸出同樣變化著的模擬量值，以此來傳輸給變頻器并通過變頻器調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的頻率。 通過 CPU的擴(kuò)展模塊 EM232將液位傳感器所檢測到的液壓信號(hào)經(jīng)過其內(nèi)部的 D/A 轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)換為模擬的電壓和電流信號(hào)， V0、 I0 和 V I1 分別輸出模擬量來控制兩個(gè) M430 變頻器，并通過 M430 變頻器來控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)，電機(jī)定子繞組電阻的影響已不能忽略，流過定子繞組的電流下降，電磁轉(zhuǎn)矩下降。變頻器的輸出電壓與輸出頻率呈二次曲線關(guān)系，適用于 風(fēng)機(jī)，水泵類負(fù)載。 驅(qū)動(dòng)電路如圖 35 所示 中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 16 圖 35 液位控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路 變頻器調(diào)速控制方式 u/f 控制方式 因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 Tm=（ u1/f1） (u1/f1),所以保持 u/f 恒定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩恒定，電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載的能力不變。離心泵有好多種，從使用上可以分為民用與工業(yè)用泵；從輸送介質(zhì)上可以分為清水泵、雜質(zhì)泵、耐腐 蝕泵等。 其中 V0、I0 和 V I1 分別輸出模擬量來控制兩個(gè) M430 變頻器，并通過 M430 變頻器來控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn) [11]。該模塊需要 DC24V 供電，可由 CPU 模塊的傳感器電源 DC24V/400mA 供電，也可中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 14 由用戶提供外部電源 [11]。電壓輸出的設(shè)置時(shí)間為 。 輸出信號(hào)的范圍：電壓輸出為 10~+10V，電流輸出為 0~20mA。 模擬量輸出模塊（ EM232）具有 2 個(gè)模擬量輸出通道。 模擬量輸出模塊的作用就是把 PLC 輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量信號(hào)，以適應(yīng)模擬量控制的要求。 圖 33 EM222 模塊 數(shù)字 量 I/O 連線示意圖 如 電動(dòng)閥門、液壓電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu) 當(dāng)它們應(yīng)用于工業(yè)控制之中時(shí)，這些設(shè)備在現(xiàn)場的控制是通過連續(xù) 的變化的模擬量信號(hào)來驅(qū)動(dòng)或者控制的。根據(jù)負(fù)載性質(zhì)（直流負(fù)載或交流負(fù)載）來選用負(fù)載回路的電源（直流電源或交流電源） [9]。交 直流輸出模塊是繼電器輸出方式。 PLC 擴(kuò)展模塊的選擇 PLC 的交直流輸出模塊 EM222 有 8 個(gè)輸出點(diǎn)，分成兩組， 1L,2L 是每組輸出點(diǎn)內(nèi)部電路的公共端。其中輸出端的電路器件會(huì)在相應(yīng)的輸入端的信號(hào)的作用下來進(jìn)行設(shè)計(jì)好的動(dòng)作，以保證整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。 中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 圖 32 CPU224 外部電路連接圖 CPU224 應(yīng)用介紹 如圖 33 所示的 CPU224 外部接線圖輸入端接 24V 直流來驅(qū)動(dòng) PLC 的 CPU來進(jìn)行工作輸入接口分別是啟動(dòng)、停止按鈕，報(bào)警確認(rèn)，水池下限液位檢測，水池上限液位檢測，水塔下限液位檢測，水塔上限液位 檢測，以及熱繼電器來保護(hù)電路。 6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器，2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器?？蛇B接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35路模擬量 I/O 點(diǎn)。這些都為實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供很好的條件和方便。 便宜使用的價(jià)格使它能夠被廣泛的應(yīng)用到生產(chǎn)生活的方方面面 。 S7200 系列的 PLC 有 CPU22 CPU22 CPU22 CPU226 等類型。熟悉可編程邏輯控制器，有利于減少編程時(shí)間的菜單計(jì)劃和相關(guān)的編程語言，所以當(dāng)工程設(shè)計(jì)選型和估算應(yīng)該是過程的特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，控制要求，明確任務(wù)，并確定所需的控制的操作和動(dòng)作，并根據(jù)控制要求的范圍，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)，所需存儲(chǔ)器容量確定 PLC 的功能，外部設(shè)備的特性，最后選擇了更高的性價(jià)比和設(shè)計(jì)相應(yīng)的 PLC 控制系統(tǒng)。工藝特點(diǎn)和應(yīng)用需求的設(shè)計(jì)選型主要依據(jù)。 上電RUN自診斷通訊輸入采樣用戶程序執(zhí)行輸出刷新故障 圖 31 PLC掃描周期示意圖 本章主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)的角度，介紹該項(xiàng)目的 PLC 控制系統(tǒng)的實(shí)際步驟和 PLC 的硬件配置、外部電路設(shè)計(jì)、以及 PLC 的控制器設(shè)計(jì)的參數(shù)中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 的整定。每一次掃描所用的時(shí)間稱掃描周期或工作周期。考慮到現(xiàn)在 CPU 速度高，所以想過去編程那樣從用戶軟件使用指令上來精打細(xì)算的來節(jié)省掃描時(shí)間已是不可能的了。不同的指令執(zhí)行的時(shí)間是不同的。機(jī)器上電后對(duì) PLC系統(tǒng)進(jìn)行 一次初始化，包括硬件初始化，配置和檢查 I/O 模塊，斷電保護(hù)，系統(tǒng)通信參數(shù)配置等。 。 PLC 的 I／ O 地址。 I／ O 端口，結(jié)合要控制的系通的要求，明確設(shè)計(jì)者所要用的輸入，最后確定 PLC 的 I／ O 點(diǎn)數(shù)。明確系統(tǒng)要做的工作要求和因此必備的條件，然后時(shí)進(jìn)行 PLC 應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析。大型機(jī)適用于設(shè)備自動(dòng)化控制，過程自動(dòng)化控制和過程監(jiān)控系統(tǒng)。他的監(jiān)視系統(tǒng)能夠表示過程中 的動(dòng)態(tài)流程，記錄各種曲線， PID 調(diào)節(jié)參數(shù)等；它配備多種智能板，構(gòu)成多功能的控制系統(tǒng)。中型機(jī)的指令比小型機(jī)的指令更豐富，中型機(jī)更適用于復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)線的過程控制場合。適合于控制單機(jī)設(shè)備和開發(fā)機(jī)電一體化設(shè) 備。除了開關(guān)量 I/O 以外，還可以連接模擬量 I/點(diǎn)數(shù)O，還可以連接其他特殊的功能模塊。 圖 24 水塔設(shè)計(jì) 總體框圖 中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 3. 水塔 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 簡述 可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller， PLC），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)過程 [7]。并通過置于容器內(nèi)的液位傳感器來作為感測水塔系統(tǒng)水位的元件，再加上 EM232 作為數(shù)字量輸出模塊經(jīng)過擴(kuò)展之后將電流電壓信號(hào)傳給 MM430 變頻器，通過變頻器來控制驅(qū)動(dòng)水泵。經(jīng)過資料的查閱之后確定了以 S7200 系列的CPU224 做主機(jī)，輸入端口的數(shù)目為 9 個(gè)，輸出端口的數(shù)目也為 9 個(gè)。 水塔設(shè)計(jì)分析示意圖如圖 23 所示 ： 中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 圖 23 水塔設(shè)計(jì)分析示意圖 確定設(shè)計(jì)方案 通過比較傳統(tǒng)水塔液位控制系統(tǒng)和基于 PLC控制的水塔液位系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。 水塔的水位在 S3 之下，并且水池水位在 S1 之下，則電磁閥 MB2 不會(huì)打開，水泵 M2 不會(huì)啟動(dòng)，等待水池水位高于 S1。 水塔的水位在 S3 之下，如圖 （ d） 所示，并且水池水位在 S1 與 S2 之間，則電磁閥 MB2 打開，水泵 M2 啟動(dòng)，開始向水塔供水，待 4S 后，若水塔水位沒有超過 S3，則水塔蜂鳴器報(bào)警。當(dāng)水池水位高于 S2 時(shí)，如圖 （ c）所示，水泵 M1 停止，電磁閥 MB1 關(guān)閉。當(dāng)水塔水位再一次低于 S1時(shí)補(bǔ)水泵 M1 開始工作，直到水位到達(dá)高水位界限 S2，時(shí)補(bǔ)水泵 Y 關(guān)閉。 S1 時(shí)，補(bǔ)水泵 M1 打開并開始進(jìn)水，直到水位到達(dá)高水位界限 S2。由于水塔要供水 ,所以水位會(huì)下降 ,當(dāng)水塔水位介于 S3 和 S4 之間 ,不需要水泵M 運(yùn)行 ,避免了水泵頻繁啟停。 （ S3 為 OFF 時(shí)表示），報(bào)警燈報(bào)警，水泵M2 開始從水池中抽水； 10s 后，如果 S3 繼續(xù)保持 OFF 狀態(tài)，表示水泵沒有抽水，出現(xiàn)了故障，報(bào)警燈繼續(xù)報(bào)警；如果 S3 為 ON 狀態(tài) ,表示水塔水位開始升高 ,報(bào)警燈 1 解除。 供水系統(tǒng)的基本原理如圖所示，水位閉環(huán)調(diào)節(jié)原理是：通過在水塔中的水位傳感器，將水位值變換為電流信號(hào)進(jìn)入 PLC，執(zhí)行較后程序，通過水泵的開關(guān)對(duì)水塔中的水位進(jìn)行自動(dòng)控制。 基于 PLC 的供水方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)控制要求 水塔水位控制示意圖如圖 22 所示： 中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 圖 22 水塔水位控制示意圖 給排水工程中常使用三相異步電動(dòng)機(jī)， 水泵上的電動(dòng)機(jī)一般都是單向旋轉(zhuǎn)有以下控制。降低認(rèn)為操作的頻繁次數(shù)，而且使整個(gè)控制系統(tǒng)更易于操控和維護(hù)，這將大大增加工業(yè)和生產(chǎn)生活的自動(dòng)化，為居民生活質(zhì)量的提高，工業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展產(chǎn)生極大的幫助。采用基于 PLC 控制的水塔液位的方式。 這樣大大提高了 水塔水位自動(dòng)控制 的性能。 檢測部分 的性能對(duì) 水塔液位能否順利自動(dòng)控制 有著重要影響，而 水泵電機(jī) 控制部分則是 水塔液位控制能否實(shí)現(xiàn) 運(yùn)行的關(guān)鍵。在傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)的改造工程中， PLC 系統(tǒng)一直是主流控制系統(tǒng)。自80 年代后期 PLC 引入我國 水塔液位控制 以來，由 PLC 組成的 水塔液位 控制系統(tǒng)被 各地人民的生產(chǎn)生活 普遍采用。由于 PLC 具有性 能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)配置靈活等特點(diǎn)。 PLC 作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術(shù)先進(jìn)性，在 水塔液位中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 控制中得到廣泛應(yīng)用，從而使 水塔液位控制 由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計(jì)算機(jī)控制的一個(gè)重要方向，成為當(dāng)前 水塔液位 控制和技術(shù)改造的熱點(diǎn)之一。因此這個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)不適應(yīng)對(duì)居民生活生產(chǎn)供水的要求，必須建立更加高效使用的控制系統(tǒng)。 這種控制方式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜， 而且不適合在戶外氣候條件不佳時(shí)使用。如果需要控制的水筏較大，浮球的浮力不足以驅(qū)動(dòng)控制水閥動(dòng)作時(shí)，可以在 “檢測機(jī)構(gòu) ”與 “閥門控制 ”之間增加一套機(jī)電控制驅(qū)動(dòng)裝置 。 也是通過對(duì)組態(tài)的學(xué)習(xí)使得設(shè)計(jì)更加合理的呈現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)的工業(yè)應(yīng)用之中，為將來在實(shí)際的日常工作之中早日與生產(chǎn)建設(shè)技術(shù)接軌做好初期的理論學(xué)習(xí)。在本次設(shè)計(jì)大體完成之后還加入了組態(tài)仿真軟 件的在水塔液位控制設(shè)計(jì)報(bào)警方面的模擬動(dòng)畫以及系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的監(jiān)控畫面。所以，這次設(shè)計(jì)采用的是單相 220V 交流電源供電的 PLC[6]。 PLC 對(duì)其外部工作電源的穩(wěn)定度要求不高，一般可允許 177。 PLC 的外部工作電源一般為單相 85 ~260 50/60Hz交流電源，也有采用 24~36V 直流電源的。 熟悉檢測元件在不同水壓情況下的工作狀 態(tài)從而使設(shè)計(jì)更加貼近現(xiàn)實(shí)，更具實(shí)