基于plc恒压供水控制系统

基于plc恒压供水控制系统内容摘要：

在线 （ 5）结构灵活 可编程控制器的发展趋势 随着计算 机科学的发展和工业自动化愈来愈高的需求，可编程控制技术得到了飞速的发展，其技术和产品日趋完善。 本科生毕业设计（论文） 8 可编程控制器的应用领域 可编程控制器 的初期由于其价格高于 接触器 控制装置，使得其应用受到限制。 但最近十年来， PLC 的应用面越来越广， PLC 的应用范围通常分成以下 5 种类型： 顺序控制； 运动控制； 过程控制； 数据控制； 通信控制。 可编程控制器的系统组成 PLC 种类繁多，但其组成和工作原理基本相同。 用 PLC 实施控制，其实质是按一定算法进行输入 /输出变换，并将这个变换给以物理实现，应用于工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由 CPU、电源、存储器和专门设计的输入 /输出接口电路等组成。 中央处理单元（ CPU） 单元 (CPU)是 PLC 的控制中枢。 它按照 PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、 I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。 当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。 等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 存储器 PLC 的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。 输入 /输出模块 输入（ Input）模块和输出（ Output）模块简称为 I/O 模块。 PLC 的输入和输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。 输入 /输出模块从广义上分包含两部分：一是与控制设备相连接的接口电路；另一部分是输入和输出的映像寄存器。 输入模块用于接收来自用户设备的各种控制信号，如限 位开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。 输出模块用于将这些信号转换成 CPU 能够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。 电源模块 PLC 一般使用 220V 的交流电源，内部的开关电源为 PLC 的中央处理器、存 本科生毕业设计（论文） 9 储器等电路提供 5V、177。 12V、 24V 等直流电源，使 PLC 能正常工作。 接口模块 接口模块用于将扩展单元或功能模块与基本单元相连，使 PLC 的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需要。 通信接口 为了实现“人─机”或“机─机”之间的对话， PLC 配有多种通信接口。 编程器 过去的编程设备一般是编程器 ，其功能仅限于用户程序读写和调试。 其他部分 需要时， PLC 可配有存储器卡、电池卡等。 可编程控制器的工作原理 PLC是一种工业控制计算机，故它的工作原理是建立在计算机工作原理之上，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的，但是 CPU 是以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按程序顺序依次完成相应各电器的动作，所以它属于串行工作方式。 概括而言， PLC 是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。 系统的 输入 /输出信号 输入 信号 分析 输入设备 用于产生 输入控制信号 ， 本设计中输入设备包括以下几种： 启动按钮和停止按钮 备用按钮 切换开关 根据系统控制要求， 输入 信号分析如下： 启动信号 1 个； 停止信号 1 个； 手动 /自动切换 信号 1 个； 备用 输入信号 1 个； 手动辅助泵 输入信号 1 个； 消防 /生活切换信号 1 个。 开关量输入信号 共 6 个 ， 输入 设备 及其电气符号如表 所示。 本科生毕业设计（论文） 10 表 输入 设备 及其电气符号 输入信号名称 电气符号 手动 /自动切换 按钮 SF1 备用 按钮 SF2 手动辅助泵 按钮 SF3 启动按钮 SF4 停止按钮 SF5 消防 /生活 切换按钮 SF6 输出 信号 分析 输出设备是 PLC 的输出信号驱动的执行元件 ， 本设计中 由 PLC 输出 控制的信号有： 变频 接触器 信号、工频 接触器 信号、辅助泵 接触器 信号、变频器 接触器信号等。 根据系统控制要求， 输出控制 信号分析如下： 1 号变频 接触器 驱动信号 1 个； 2 号变频 接触器 驱动信号 1 个； 3 号变频 接触器 驱动信号 1 个； 1 号工频 接触器 驱动信号 1 个； 2 号工频 接触器 驱动信号 1 个； 3 号工频 接触器 驱动信号 1 个 ； 辅助泵 接触器 驱动信号 1 个； 变频器 接触器 驱动信号 1 个。 输出开关量 共 8 个， 输出 设备 及其电气符号如表 所 示。 表 设备 及其电气符号 输出 设备 名称 电气符号 1号变频 接触器 QA1 2号变频 接触器 QA2 本科生毕业设计（论文） 11 续表 3号变频 接触器 QA3 1号工频 接触器 QA4 2号工频 接触器 QA5 3号工频 接触器 QA6 辅助泵 接触器 QA7 频器 接触器 QA8 PLC 选择及扩展模块的选择 PLC 的选择 PLC 诞生不久即显示了其在工业控制中的重要地位，目前国际上生产 PLC 的公司有很多，如德国的西门子、日本的三菱、欧姆龙、松下；法国的 TE、施耐德、韩国的三星等。 本设计选用的是德国西门子公司生 产的 S7200 系列的 PLC。 S7200 系列 PLC 是西门子公司生产的 一种小型 PLC，其许多功能已经达到大、中型 PLC 的水平，而价格却和小型 PLC 的一样。 CPU22*系列 PLC 它有如下六种不同结构的配置单元： （ 1） CPU221。 本机集成 6输入 /4输出，无扩展能力。 （ 2） CPU222。 本机集成 8输入 /6输出，最多可扩展 2个模块。 （ 3） CPU224。 本机集成 14输入 /10输出，最多可扩展 7个模块。 （ 4） CPU224XP。 本机集成 14输入 /10输出，最多可扩展 7个模块，并且在主机上增加了 2输入 /1输出的模拟量单元和一个通信口。 （ 1） CPU226 本机集成 24 输入 /16 输出，最多可扩展 7 个模块，具有 2 个通信口。 本科生毕业设计（论文） 12 PLC 型号选择 综上所述，根据 I/O 点数选择 PLC 型号为 S7200CPU224。 扩展模块的选择 S7200系列的 PLC 的主机提供一定数量的数字量 I/O 和模拟量 I/O， 当 CPU的 I/O 点数不够用或需要进行特殊功能的控制时，就要进行 I/O 的扩展。 I/O 扩展包括 I/O 点数的扩展和功能模块的扩展。 不同的 CPU 有不同的扩展规范，它主要受 CPU 的功能限制。 S7200PLC 的 I/O 扩展模块有： （ 1） 输入扩展模块 EM221 共有 3种，即 ： 8点和 16点 DC、 8点 AC。 （ 2） 输出扩展模块 EM222 共有 5种，即 8点 DC 和 4点 DC、 8点 AC、 8点 接触器 和 4点 接触器。 （ 3）输入 /输出混合扩展模块 EM223 共有 6种。 其中 DC 输入 /DC 输出的有三种， DC 输入 /接触器 输出的有三种，它们对应的输入 /输出点数分别为 4点、 8点和 16点。 （ 4）模拟量输入扩展模块 EM231 共有 3种： （ 5） 模拟量输出扩展模块 EM232 只有一种 2路模拟量输出的扩展模块。 （ 6） 模拟量输入 /输出扩展模块 EM235只 有 一种 4路 AI/1路 AO（占用 2路输出地址）。 本系统本设计 的 CPU224 与 EM235模块 连接方式如图。 图 模块连接方式 各模块的编址如表 所示。 主机 CPU224 AC/DC 模块 1 EM235 本科生毕业设计（论文） 13 表 各模块编址 主机 I/O 模块 EM235 AIW0 AQW0 AIW2 AIW4 AIW6 I/O 分配 数字量输入部分 根据系统控制要求，输入信号有启动信号、停止信号、手动 /自动切换信号、备用输入信号、手动辅助泵输入信号、消防 /生活切换信号等 ， 输 入 信号 地址分配如表 所示。 表 数字量输入 I/O分配 表 输入 地址分配 功能 电气符号 手动 /自动切换 按钮 SF1 备用 按钮 SF2 手动辅助泵 按钮 SF3 本科生毕业设计（论文） 14 续表 启动按钮 SF4 停止按钮 SF5 消防 /生活切换按钮 SF6 数字量输出部分 PLC 输出控制的信号有：变频 接触器 信号、工频 接触器 信号、辅助泵 接触器信号、变频器 接触器 信号等。 输出 信号的 地址分配如表 所示。 表 数字量输出 I/O分配 表 输出地址分配 功能 电气符号 1号变频 接触器 QA1 2号变频 接触器 QA2 3号变频 接触器 QA3 1号工频 接触器 QA4 2号工频 接触器 QA5 3号工频 接触器 QA6 辅助泵 接触器 QA7 频器 接触器 QA8 模拟量输入输出部分 模拟量输入输出信号 的地址分配如表 所示。 表 分配表 地址分配 功能 AIW0 采样数据 AQW0 输出控制值 本科生毕业设计（论文） 15 系统电气原理设计 根据 前面对输入输出设备的分 析和 I/O 分配， 进行 PLC 与 外部 设备的连接，其 接线图如图 所示。 I 0 . 0 Q 0 . 0 I 0 . 1 Q 0 . 1 I 0 . 2 Q 0 . 2 I 0 . 3 Q 0 . 3 I 0 . 4 Q 0 . 4 I 0 . 5 Q 0 . 5 Q 0 . 6 Q 0 . 7 L + N 1 M 1 L 2 M 2 L M 3 L L1 C P U2 2 4 M R A L + A + M O A R B B+ V O B E M 2 3 5 2 2 0 V AC 压力传感器（电流信号） 液位传感器（电流信号） 输出模拟量信号到变频器 S F 2 S F 3 S F 4 S F 5 S F 1 QA 1 1 QA 2 1 QA 3 1 QA 4 1 QA 5 1 QA 6 1 QA 7 1 QA 8 1 图 PLC 外部接线图 压力传感器 压力传感器是将压力转换为电信号输出的传感器，通常又把压力测量仪表中的电测式仪表成为压力传感器。 它一般由弹性敏感元件和位移敏感元件（或应变计）组成。 弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变，然后由位移敏感元件或应变计转换为与压力成一定关系的电信号。 本科生毕业设计（论文） 16 压力传感器的原理 压力传感器是由电阻应变片按照惠斯通电桥原理组成的。 电阻应变片是一种将被测件上的应变片转换成为一种电信号的 敏感器件，它是压力传感器的主要组成部分之一。 电阻应变片应用最多的金属电阻应变片和半导体应变片两种。 金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。 通常是将应变片通过特殊的粘合剂紧密地粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，是应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。 这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是 A/D 转换和 CPU）显示或执行机构。 电阻应变片由基体材料、金属应。