【正文】 低成本和提高生產(chǎn)率。 由于控制內(nèi)容的復(fù)雜化和高難度化，使 PLC 向集成化方向發(fā)展， PLC 與 PC集成、 PLC 與 DCS 集成、 PLC 與 PID 集成等，并強(qiáng)化了通訊能力和網(wǎng)絡(luò)化，尤其是以 PC 為基礎(chǔ)的控制產(chǎn)品增長(zhǎng)率最快。 PLC 的發(fā)展速度之快、應(yīng)用范圍之廣是驚人的，這充分證明 了 PLC 技術(shù)代表了當(dāng)今電氣控制技術(shù)的世界先進(jìn)水平，它已經(jīng)與數(shù)控技術(shù)、 CAD／ CAM 技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)并列成為工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的四大支柱。目前世界上著名的電氣控制設(shè)備公司幾乎都生產(chǎn) PLC 系列產(chǎn)品，使PLC 成為了一種主導(dǎo)的通用工業(yè)控制器。 早期的 PLC 主要由分立元件和小規(guī)模集成電路組成，指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單，一般只有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)功能，完全能夠取代繼電器控制的功能，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使之能夠很好地適應(yīng)惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。然而這種自動(dòng)化需要投入大量的資金，是一種高投資、高效益同時(shí)是高風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)展模式，很難為大多數(shù)中小企業(yè)所采用。全球市場(chǎng)導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)空前激烈，促使企業(yè)必須加快新產(chǎn)品投 放市場(chǎng)時(shí)間（ Time to Market）、改善質(zhì)量（ Quality）、降低成本（ Cost）以及完善服務(wù)體系（ Service），這就是企業(yè)的 .。 從 20 世紀(jì) 60 年代開始，西方國(guó)家就依靠技術(shù)進(jìn)步（即新設(shè)備、新工藝以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用）開始對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)進(jìn)行改造，使工業(yè)得到飛速發(fā)展。目前我國(guó)工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了很大的發(fā)展，我國(guó)工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形成。 工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 1. 我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化控制的發(fā)展 工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其它信息技術(shù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)，主要 包括工業(yè)自動(dòng)化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。所有新開發(fā)區(qū)（不包括獨(dú)戶住家 ）必須實(shí)行強(qiáng)制的“就地滯洪蓄水”。 美國(guó)的雨水利用是以提高天然入滲能力為其宗旨 , 針對(duì)城市化引起河道下游洪水泛濫問題，美國(guó)的克羅拉多州（ 1974 年）、佛羅里達(dá)州（ 1974 年）和賓西法尼亞州（ 1978 年）分別制定了《雨水利用條例》。日本“降雨蓄存及滲濾技術(shù)協(xié)會(huì)”經(jīng)模擬試驗(yàn)得出：在使用合流制雨水管道系統(tǒng)地區(qū)合理配置各種入滲設(shè)施的設(shè)置密度，強(qiáng)化雨水入滲使降雨以 5mm/h 的速率入滲地下可使該地區(qū)每年排出的 BOD 總量減少 50%。在雨水利用方面，德國(guó)還制定了一系列法律法規(guī)，規(guī)定在新建小區(qū)之前，無(wú)論是工業(yè)、商業(yè)還是居民小區(qū)，均要設(shè)計(jì)雨水利用設(shè)施，若無(wú)雨水利用措施，政府將征收雨水排放設(shè)施費(fèi)和雨水排放費(fèi)。目前德國(guó)的雨水利用技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化階段，市場(chǎng)上已大量存在收集、過濾、儲(chǔ)存、滲透雨水的產(chǎn)品。其中，德、日、美等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、城市化進(jìn)程發(fā)展較早的國(guó)家，將城市雨水利用作為解決城市水源問題的戰(zhàn)略措施，試驗(yàn)、推廣、立法、實(shí)施。北京市節(jié)水辦和北京建筑工程學(xué)院從 1998 年開始立項(xiàng)研究，北京市水利局和德國(guó)埃森大學(xué)的合作項(xiàng)目于 2021年啟動(dòng)，已建雨水利用工程等示范工程 10 多處； 2021 年 4 月起施行《關(guān)于加強(qiáng)建設(shè)工程用地內(nèi)雨水資源利用的暫行規(guī)定》，要求凡在本市行政區(qū)域內(nèi)，新建、改建、擴(kuò)建工程均應(yīng)進(jìn)行雨水利用工程設(shè)計(jì)和建設(shè)，雨水利用工程應(yīng)與主體建設(shè)工程同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投入使用。而真正意義上的城市雨水利用的研究與應(yīng)用卻開始于 20焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 引言 2 世紀(jì) 80 年代，發(fā)展于 90 年代，目前呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭。 雨水利用控制器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 11 所示。 本文主要介紹小型雨水利用自動(dòng)控制系統(tǒng)，可用于學(xué)校，企業(yè)公園等小面積區(qū)域的綠化灌溉。焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 引言 1 PLC 控制技術(shù)在雨水利用自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 1 引言 .1 課題研究的背景 本文是雨水利用自動(dòng)控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)說明，設(shè)計(jì)一個(gè)雨水罐液位自動(dòng)控制系統(tǒng)，并且使用 MCGS 進(jìn)行組態(tài)監(jiān)控。在 程序 設(shè)計(jì) 上，以及在 控制系統(tǒng)中，運(yùn)用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法， 如編寫可編程控制器 PLC 中的梯形圖與流程圖， 對(duì) 控制系統(tǒng)中的水泵和進(jìn)水閥進(jìn)行 控制 ，采用了液位、壓力 傳感器 信號(hào)輸入控制元件 ，實(shí)現(xiàn)雨水罐中液位的動(dòng)態(tài)平衡，確保供水管道中水壓的穩(wěn)定。具有管理方便，設(shè)計(jì)簡(jiǎn) 單，成本廉價(jià)等特點(diǎn)。 圖 1— 1 雨水利用控制器結(jié)構(gòu)示意圖 Fig 11 rain waters make use of controller structure sketch map 雨水利用自動(dòng)控制國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 1. 我國(guó)城市雨水利用概述 我國(guó)城市雨水利用的思想具有悠久的歷史，北京北海團(tuán)城古代雨水利用工程是古代雨水利用的典范。 北京、 上海、大連、哈爾濱、西安等許多城市相繼開展雨水收集利用研究，尤其是北京近幾年雨水集蓄利用技術(shù)發(fā)展步伐較快。 2. 城市雨水利用在國(guó)外 由于全球范圍內(nèi)水資源緊缺 和暴雨水水災(zāi)害頻繁，近 20 年來美國(guó)、加拿大、意大利、法國(guó)、墨西哥、印度、土耳其、以色列、日本、泰國(guó)、蘇丹、也門、澳大利亞、德國(guó)等 40 多個(gè)國(guó)家開展了雨水利用的研究與實(shí)踐 , 并召開過十屆國(guó)際雨水利用大會(huì)。 德國(guó)是歐洲開展雨水利用工程最好的國(guó)家之一。德國(guó)的城市雨水利用方式主要有三種：一是屋面 雨水集蓄系統(tǒng)，二是雨水截污與滲透系統(tǒng)，三是生態(tài)小區(qū)雨水利用系統(tǒng)。 日本的城市雨水利用在亞洲先行一步， 1980 年日本建設(shè)省就開始推行雨水貯留滲透計(jì)劃， 1988 年成立“日本雨水貯留滲透技術(shù)協(xié)會(huì)”， 1992 年頒布“第二代城市下水總體規(guī)劃”正式將雨水滲溝、滲塘及透水地面作為城市總體規(guī)劃的組成部分，要求新建和改建的大型公共建筑群必須設(shè)置雨水就地下滲 設(shè)施。有效促進(jìn)了城市雨水資源化進(jìn)程。這些條例規(guī)定新開發(fā)區(qū)的暴雨水焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 引言 3 水洪峰流量不能超過開發(fā)前的水平。 綜合國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家城市雨水利用的主要經(jīng)驗(yàn)是：制定了一系列有關(guān)雨水利用的法律法規(guī)；建立了完善的屋頂蓄水和由入滲池、井、草地、透水地面組成的地表回灌系統(tǒng)；收集的雨水主要用于沖廁所、洗車、澆庭院、洗衣服和回灌地下水。 我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化控制的發(fā)展道路，大多是在引進(jìn)成套設(shè)備的同時(shí)進(jìn)行消化吸收，然后進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用。目前，工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。 20 世紀(jì)末世界上最大的變化就是全球市場(chǎng)的形成。雖然計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ CIMS）結(jié)合信息集成和系統(tǒng)集成，追求更完善 .，使企業(yè)實(shí)現(xiàn)“在正確的時(shí)間，將正確的信息以正確的方式傳給正確的人，以便作出正確的決策”，即“五個(gè)正確”。 2. 可編程序邏輯控制器的發(fā)展 PLC 是可編程序邏輯控制器 的英文名稱 Programmable Logic Controller 的簡(jiǎn)稱，它是以繼電器控制為基礎(chǔ)，以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)，專門為工業(yè)應(yīng)用環(huán)境而設(shè)計(jì)的功能強(qiáng)大的新型控制器。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 引言 4 數(shù)字電路和微處理器在 PLC 中的應(yīng)用使 PLC 的功能不斷增強(qiáng)，它不僅可以實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制 、定時(shí)、計(jì)數(shù)功能，而且增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信等功能，并且具有處理分支、中斷、自診斷能力，使 PLC 更多地具備了通用計(jì)算機(jī)的功能。 PLC 從誕生到現(xiàn)在，盡管不到 40 年時(shí)間，但由于其具有編程簡(jiǎn)單、配置靈活、易于擴(kuò)展、可靠性高、使用方便、維護(hù)容易、價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展非常迅猛，在冶金、機(jī)械、石油、化工、紡織、輕工、建筑、運(yùn)輸、電力等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，為了保證電氣控制設(shè)備的高技術(shù)性能和系統(tǒng)的高可靠性，幾乎所有的電氣控制設(shè)備公司均采用了PLC 作為其電氣控制設(shè)備的控制器。 PLC 與 PC 集成，即將計(jì)算機(jī)、 PLC 及操作人員的人 — 機(jī)接口結(jié)合在 一起，使 PLC 能利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源，而計(jì)算機(jī)能和 PLC 的模塊交互存取數(shù)據(jù)。 PLC 曾存在嚴(yán)重的缺點(diǎn)，主要是 PLC 的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開放的，絕大多數(shù)的 PLC 是專用總線、專用通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議，編程雖多為梯形圖，但各公司的組態(tài)、尋址、語(yǔ)言結(jié)構(gòu)不一致，使各種 PLC 互不兼容?，F(xiàn) 在開發(fā)以 PC 為基、在 Windows 平臺(tái)下，符合IEC11313 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的新一代開放體系結(jié)構(gòu)的 PLC 正在規(guī)劃中。中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)環(huán)境保護(hù)也得到重視，各地的綠化面積不斷增加，對(duì)綠化用水的需求也越來越多，這就要求合理利用雨水來緩解城市引用水的壓力。 采用當(dāng)代成熟先進(jìn)實(shí)用技術(shù)來控制，使之成為安全、可靠、效率高的自動(dòng)控焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 引言 5 制系統(tǒng)。它不僅能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯順序控制，還能完成少量模擬量的過程控制，且編程簡(jiǎn)單，使用方便。 、可行性分析 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展和城市化進(jìn)程不斷加快，水資源短缺和污染已經(jīng)成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。因此，我們必須加大環(huán)境治理力度并切實(shí)保護(hù)好水資源，做到合理利用水資源。 設(shè)計(jì)一個(gè)雨水利用自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括雨水罐上、中、下三種液位的不同控制，并且使用 MCGS 進(jìn)行組態(tài)監(jiān)控。 PLC 技術(shù)對(duì)雨水利用自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究，其主要內(nèi)容是： ① 熟悉 PLC 技術(shù)的應(yīng)用方法； ② 熟悉雨水利用自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、操作方式和控制特點(diǎn)； ③ 用 PLC編程方法代替雨 水利用自動(dòng)控制系統(tǒng)中通過連線而實(shí)現(xiàn)的所有邏輯焦作大學(xué)機(jī)電系畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 引言 6 控制，并且根據(jù) PLC 的功能特點(diǎn)增加工作狀態(tài)顯示功能； ④ 硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)； ⑤ 實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試。 2 雨水利用自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PLC 技術(shù)是工業(yè)自動(dòng)化的重要手段 ，它可以實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制、定時(shí)、記數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信等功能，并且具有處理分支、中斷、自診斷能力。 PLC 的輸入輸出回路均帶有光電隔離等抗干擾和過載保護(hù)措施。 PLC 控制系統(tǒng)為模塊化結(jié)構(gòu)，維護(hù)更換方便，并可顯示故障類型。 根 據(jù)控制要求，系統(tǒng)的輸入信號(hào)：按鈕 2個(gè)，液位傳感器 3 個(gè)，壓力傳感器 1個(gè)，共有 6 個(gè)開關(guān)量輸入信號(hào)；系統(tǒng)的輸出信號(hào)有：電磁閥 1 個(gè)，水泵電機(jī)接觸器 1 個(gè)，共有 2 個(gè)開關(guān)量輸出信號(hào)。為了降低成本，因此，本文決定選用一臺(tái)中等規(guī)模的 S7— 200（ CPU222） PLC 做主機(jī)單元。該系列的 PLC 為整體式結(jié)構(gòu)，易于構(gòu)成模塊化 PLC 控制系統(tǒng)，易于實(shí)現(xiàn)分 布控制，便于系統(tǒng)擴(kuò)展。因此本文確定選用德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的 S7— 200 系列 PLC。 PLC 的具體硬件配置如表 21所示。可以滿足今后的調(diào)整和擴(kuò)展。 表 22 PLC的輸入 /輸出（ I/O）編址 Tab2