典型監(jiān)控系統(tǒng)基于plc的泵站監(jiān)控——本科畢業(yè)論文_1

1、<p>　　編號：（ ）字 號</p><p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　　題目： </p><p>　　姓名： 學(xué)號： </p><p>　　班級：

2、 </p><p><b>　　二〇一三年六月</b></p><p>　　中 國 礦 業(yè) 大 學(xué)</p><p><b>　　本科生畢業(yè)設(shè)計</b></p><p>　　姓 名： 學(xué) 號： </p><p>

3、　　學(xué) 院： 信息與電氣工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程與自動化 </p><p>　　設(shè)計題目： 典型監(jiān)控系統(tǒng)——基于PLC的泵站監(jiān)控 </p><p>　　專 題： 工業(yè)設(shè)計 </p&g

4、t;<p>　　指導(dǎo)教師： 職 稱： </p><p>　　二〇一三年 六月 徐州</p><p>　　中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　學(xué)院 信息與電氣工程學(xué)院 專業(yè)年級 電氣工程與自動化 學(xué)生姓名 </p><p>　　任務(wù)下達(dá)日期： 2012年12月31日<

5、;/p><p>　　畢業(yè)設(shè)計日期： 2012年12月31日至2013年6月12日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計題目： 典型監(jiān)控系統(tǒng)——基于PLC的泵站監(jiān)控</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計專題題目： 工業(yè)設(shè)計</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容和要求：</p><p>　　本題目主要使學(xué)生掌握最常見典型監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，各個

6、部分的組成和作用以及整個系統(tǒng)的設(shè)計。</p><p>　　1.掌握典型監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理</p><p>　　2.學(xué)習(xí)并掌握PLC應(yīng)用、下層硬件的構(gòu)成</p><p>　　3.通過設(shè)計編制PLC控制程序以及下層硬件設(shè)計的構(gòu)建一個典型的監(jiān)控系統(tǒng)</p><p>　　院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字：</p>

7、;<p>　　年 月 日</p><p>　　中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師評閱書</p><p>　　指導(dǎo)教師評語（①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；②獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力；③研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：</p><p>　　成 績：

8、 指導(dǎo)教師簽字：</p><p>　　年 月 日</p><p>　　中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱書</p><p>　　評閱教師評語（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力；③工作量的大??；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評價及建議成績；⑦

9、存在問題；⑧是否同意答辯等）：</p><p>　　成 績： 評閱教師簽字：</p><p>　　年 月 日</p><p>　　中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計答辯及綜合成績</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　

10、泵站是城市排水防澇系統(tǒng)的核心部分，實(shí)現(xiàn)其自動監(jiān)控具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。隨著城市排水現(xiàn)狀的日益嚴(yán)峻以及人力成本的日益提升,人們對泵站的性能和自動化水平的要求也越來越高，PLC及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展讓建立更加先進(jìn)的泵站監(jiān)控系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)。</p><p>　　在對泵站監(jiān)控系統(tǒng)的研究過程中，尤其是對PLC和組態(tài)軟件基本性能及其特點(diǎn)進(jìn)行充分分析和研究的基礎(chǔ)上，本文詳細(xì)分析了泵站的監(jiān)控需求，設(shè)計出了基于PLC的泵站監(jiān)控系統(tǒng)，并結(jié)合

11、MCGS組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)更加高級的控制功能。</p><p>　　本監(jiān)控系統(tǒng)中下位機(jī)采用西門子公司的S7-200系列PLC，上位機(jī)運(yùn)行北京昆侖通態(tài)MCGS組態(tài)軟件，并通過PPI協(xié)議與PLC連接。本文根據(jù)實(shí)際控制要求，從節(jié)能增效的角度出發(fā)，選擇了PLC型號及其擴(kuò)展模塊，并基于MCGS平臺設(shè)計了上位機(jī)監(jiān)控軟件，具有數(shù)據(jù)采集、報警分析、趨勢分析等功能，系統(tǒng)能夠滿足監(jiān)控要求，并且具有良好的實(shí)用性和可維護(hù)性。</p>

12、;<p>　　關(guān)鍵詞:泵站監(jiān)控;PLC; MCGS</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Pumping station is the core of the city waterlogging drainage system, to achieve its automatic monitoring has great

13、 practical significance. With the increasingly serious situation of urban drainage and labor costs rising, people have increasingly high requirements for the performance and the level of automation of the pumping station

14、 , PLC and its related technologies allow a more advanced pump monitoring system to become a reality .</p><p>　　On the research process of Pumping station monitoring system , especially after enough analysis

15、 and research on the basic performance and characteristics of the PLC and configuration software, after a detailed analysis of the demand of the system, the article has designed a pumping station monitoring system based

16、on PLC , combined with MCGS configuration software more advanced control functions have been realized.</p><p>　　Lower machine for this control system is Siemens S7-200 series PLC, upper machine is the Beijin

17、g Kunlun-state MCGS configuration software. MCGS is based on the Windows operating system as the operating platform, and uses PPI protocol to connect with the PLC. Based on the actual control requirements and from the mo

18、st economical point of view, this article has chose the most appropriate PLC model and its extensions, and used MCGS powerful features to make monitoring system has signal acquisition, </p><p>　　KEY WORDS: P

19、umping station's monitoring; PLC; MCGS</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 本課題的研究意義1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外泵站的發(fā)展現(xiàn)狀1</p

20、><p>　　1.3泵站監(jiān)控系統(tǒng)研究的發(fā)展趨勢3</p><p>　　1.4本課題的研究內(nèi)容及方案3</p><p>　　2 監(jiān)控系統(tǒng)要求及設(shè)計方案4</p><p>　　2.1泵站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計要求4</p><p>　　2.2泵站監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計方案4</p><p>　　3 監(jiān)控系

21、統(tǒng)的硬件設(shè)計部分5</p><p>　　3.1PLC概述5</p><p>　　3.2泵站監(jiān)控系統(tǒng)各種參數(shù)的檢測9</p><p>　　3.2.1水池液位的檢測9</p><p>　　3.2.2水泵壓力的檢測10</p><p>　　3.2.3水泵流量的檢測12</p><p>　　

22、3.3PLC泵站的系統(tǒng)設(shè)計13</p><p>　　3.3.1泵站工藝流程13</p><p>　　3.3.2系統(tǒng)的控制要求14</p><p>　　3.3.3控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配14</p><p>　　3.3.4PLC系統(tǒng)選型15</p><p>　　3.3.5控制系統(tǒng)的電氣原理圖16</

23、p><p>　　3.3.6PLC外圍接線電路圖18</p><p>　　3.3.7PLC程序設(shè)計19</p><p>　　4 監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)軟件設(shè)計24</p><p>　　4.1MCGS概述24</p><p>　　4.1.1MCGS組態(tài)軟件的概念24</p><p>　　4.1.2M

24、CGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成24</p><p>　　4.1.3MCGS組態(tài)軟件的特點(diǎn)26</p><p>　　4.1.4MCGS組態(tài)軟件的工作方式27</p><p>　　4.2監(jiān)控系統(tǒng)主界面28</p><p>　　4.3系統(tǒng)報警界面30</p><p>　　4.4控制系統(tǒng)的報表輸出32</p>

25、<p>　　4.4.1實(shí)時數(shù)據(jù)報表32</p><p>　　4.4.2歷史數(shù)據(jù)報表32</p><p>　　4.5控制系統(tǒng)的曲線顯示33</p><p>　　4.6PLC與上位機(jī)的通訊34</p><p><b>　　5 總結(jié)36</b></p><p>　　5.1工作總結(jié)

26、36</p><p>　　5.2工作展望36</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　英文原文38</b></p><p><b>　　中文翻譯45</b></p><p><b>　　致 謝

27、51</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 本課題的研究意義</p><p>　　泵站在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用，隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，人們必將對泵站的運(yùn)行提出更高的要求，研究泵站監(jiān)控并實(shí)現(xiàn)其高效運(yùn)行是很有現(xiàn)實(shí)意義的。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)泵站控

28、制系統(tǒng)的自動運(yùn)行會帶來很大的益處，對減少泵站運(yùn)行管理人員的數(shù)量有很大幫助。為泵站建立一個控制系統(tǒng)并改善其各方面的控制功能，達(dá)到泵站運(yùn)行自動化的目的。泵站的自動化運(yùn)行還能夠帶來穩(wěn)定性和安全性的提升。</p><p>　　PLC對現(xiàn)場的控制又是專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)計算機(jī)，具有高可靠性，編程簡單，安裝簡單，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。再結(jié)合組態(tài)軟件可以很好的完成對泵站的監(jiān)控。</p><p>

29、　　1.2 國內(nèi)外泵站的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　目前，國內(nèi)中小型泵站機(jī)組的啟動、運(yùn)行和停車大多靠人工操作來完成，這種情況下不僅工作強(qiáng)度大，而且工作效率不高。近年來興建的大型泵站中，大都設(shè)置了微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，但一般情況下還不能實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行過程的計算機(jī)控制。國內(nèi)泵站的發(fā)展還存在以下問題:</p><p>　　缺乏統(tǒng)一的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)擴(kuò)展困難，隨著計算機(jī)的普及，上世紀(jì)90年代以來，中國的許

30、多行業(yè)開始采用計算機(jī)控制技術(shù)，泵站也不例外，但由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各設(shè)計院設(shè)計的泵站有很大的不同，缺乏統(tǒng)一的功能和技術(shù)規(guī)范使得系統(tǒng)擴(kuò)展困難;不完善的系統(tǒng)設(shè)備，有些泵站使用的設(shè)備不完善，功能不全，就地控制單元和其他控制功能缺失;數(shù)據(jù)連接標(biāo)準(zhǔn)的缺乏，選擇的元件和系統(tǒng)不匹配導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法交換，沒有通信接口或接口協(xié)議之間出現(xiàn)矛盾，當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出一個信號，如溫度信號，以及其他的水位監(jiān)測元件的信號，若出現(xiàn)問題不能順利傳輸數(shù)據(jù),導(dǎo)致無法及時解決問題;泵

31、站運(yùn)行人員和技術(shù)人員嚴(yán)重短缺，技術(shù)人才嚴(yán)重短缺已成為一個普遍現(xiàn)象，泵站操作人員大多沒有正規(guī)的專業(yè)教育和足夠的專業(yè)培訓(xùn)，文化素質(zhì)不高,計算機(jī)水平很有限，當(dāng)自動化設(shè)備出現(xiàn)故障，泵站運(yùn)行人員不能解決，導(dǎo)致泵站繼續(xù)運(yùn)行從而很可能演變成一個更大的問題，造成更加嚴(yán)重的后果。當(dāng)要求設(shè)備生產(chǎn)商服務(wù)時，卻發(fā)現(xiàn)自動化設(shè)備制造商之間激烈的市場競爭導(dǎo)致許多廠商已經(jīng)倒閉，用戶很容易會遇到找不到廠商服務(wù)的情況。</p><p>　　國外像荷

32、蘭、美國等國家，它們的泵站發(fā)展速度很快，擁有非常先進(jìn)的技術(shù)和更好的管理水平，有許多方面是我們可以學(xué)習(xí)和研究的。比如在泵的設(shè)計和安裝方面，荷蘭有世界著名的液壓機(jī)械專家可以對泵站的各種裝置的性能進(jìn)行測試，包括水擊計算，模型試驗(yàn)等。在機(jī)械方面，他們對計算和測量振動，監(jiān)測泵的性能和噪聲方面也很有研究。他們還廣泛利用計算機(jī)，利用計算機(jī)輔助選擇（CAS），計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD），計算機(jī)輔助制造（CAM）等先進(jìn)的技術(shù)；在泵的葉片方面，他們從液壓，結(jié)

33、構(gòu)優(yōu)化等方面進(jìn)行設(shè)計，并對葉片的加工進(jìn)行嚴(yán)格控制，在充分利用計算機(jī)這樣一個在制造工藝上高度先進(jìn)的設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計工作。荷蘭對研究的投資很高，研究實(shí)力很強(qiáng)，研究機(jī)構(gòu)齊全，設(shè)施非常先進(jìn)，對水泵和進(jìn)出口管道有一個較為系統(tǒng)的研究。完美的設(shè)計和制造，對提高機(jī)組的性能和增加水泵運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性很有幫助。美國擁有世界最大流量和揚(yáng)程的抽水站埃德蒙斯頓泵站。它位于加利福尼亞中部圣華金河谷地區(qū)的南部郊區(qū)的貝克斯菲爾德，加利福尼亞南部的南水北調(diào)工程上

34、的22個大型泵站總的綿延長度達(dá)到864公里（加利福尼亞整個特哈查比山脈南運(yùn)河的水運(yùn)到加利福尼亞北部）。埃德蒙斯頓</p><p>　　國外在對泵站的管理方面有許多值得我們學(xué)習(xí)的地方：</p><p>　　1.國外泵站自動化程度高</p><p>　　國外水利工程在建設(shè)過程中對質(zhì)量的要求非常嚴(yán)格。荷蘭的泵站與業(yè)務(wù)管理之間的關(guān)系比我國更緊密，運(yùn)營管理設(shè)計人員對泵站非常熟

35、悉，他們與泵站管理單位在設(shè)計，生產(chǎn)，制造，測試，安裝，調(diào)試，運(yùn)行和維護(hù)等各個環(huán)節(jié)配合默契。國外泵站的狀態(tài)都保養(yǎng)得很好，這不僅提高了泵站運(yùn)行的效率而且能大大延長泵站的使用壽命，減少事故的發(fā)生。</p><p>　　國內(nèi)泵站的質(zhì)量不是很好。國內(nèi)的泵站，結(jié)構(gòu)簡單，制造質(zhì)量普遍較差，很多泵站在建設(shè)過程中沒有嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng)，這不僅降低了泵站的運(yùn)行效率，而且留下了許多隱患。</p><p>　　國

36、外泵站的自動化程度很高，對泵站運(yùn)行的各項指標(biāo)進(jìn)行長期跟蹤，監(jiān)控和記錄，發(fā)現(xiàn)問題，隨時可以解決。此外，自動化程度的增加會大大減少事故的發(fā)生，也減少了泵站管理人員。如美國，幾十公里的水路，只有幾個工作人員。而國內(nèi)的大多數(shù)泵站由于建設(shè)時間較早，設(shè)備陳舊，自動化程度較低，往往采用經(jīng)驗(yàn)主義管理并且缺乏定期的檢修，導(dǎo)致運(yùn)行成本的增加，帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失。</p><p>　　2.國外泵站運(yùn)行管理人員素質(zhì)高，分工明確<

37、/p><p>　　國外泵站運(yùn)行管理人員只相當(dāng)于我國的1/10，而且泵站能夠在良好的秩序中保持長期運(yùn)行。以荷蘭為例，我們知道泵是泵站裝配和維護(hù)的核心部件，泵站管理人員只負(fù)責(zé)小規(guī)模的檢查維護(hù)工作，而大規(guī)模的檢修工作由專業(yè)的公司來完成。這些勞動分工與合作方面的成功經(jīng)驗(yàn)，值得我們認(rèn)真研究和借鑒。</p><p>　　國外泵站擁有經(jīng)驗(yàn)豐富的管理人員，他們能夠在泵站運(yùn)行過程中，及時發(fā)現(xiàn)問題，正確處理各種突

38、發(fā)事件。而國內(nèi)許多泵站管理人員素質(zhì)差，專業(yè)技能低，地方保護(hù)主義嚴(yán)重，不注重管理人員的培訓(xùn)，導(dǎo)致泵站的管理水平很落后。</p><p>　　3.國外十分重視工程的維護(hù)并擁有足夠的運(yùn)營和管理資金</p><p>　　國外泵站清潔工作做得很好，一般都配有清洗專用設(shè)備，這樣可以確保泵站的安全運(yùn)行，節(jié)能降耗，降低了泵的磨損，延長使用壽命。而國內(nèi)的泵站，工作環(huán)境差，設(shè)施不齊全，許多都沒有配備清洗設(shè)備，

39、缺乏資金投入。</p><p>　　在運(yùn)行和管理費(fèi)用方面，國外泵站是國家資金的受益者，擁有足夠的資金，所以有能力根據(jù)不同的要求進(jìn)行翻新，維修和擴(kuò)建。而在我國，很多泵站工程一次性投資完成后，缺少后期的投資，導(dǎo)致設(shè)施落后，使部分泵站不能達(dá)到應(yīng)有的工作效率。此外，有些泵站在運(yùn)行管理資金上的缺乏導(dǎo)致工人工資都得不到保障，就更不用說泵站的更新改造了。</p><p>　　1.3泵站監(jiān)控系統(tǒng)研究的發(fā)展

40、趨勢</p><p>　　實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)在上個世紀(jì)90年代之前，是傳統(tǒng)的，封閉的，它升級是非常困難的。近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)，圖形化UI界面技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，系統(tǒng)的升級和擴(kuò)展的問題，已經(jīng)得到解決。從技術(shù)層面和可靠性的角度考慮，采用PLC+IPC這種控制方式而不是常規(guī)的控制系統(tǒng)，是泵站監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。</p><p>　　在泵站控制軟件方面，采用組態(tài)軟件開發(fā)將成為必

41、然的趨勢。組態(tài)軟件是一種監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)工具，通過簡單形象的組態(tài)配置工作，就能構(gòu)造出監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,這對于監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)具有十分重大的意義。</p><p>　　泵站監(jiān)控系統(tǒng)與故障診斷的結(jié)合會更加緊密。監(jiān)控系統(tǒng)與故障診斷技術(shù)有著不可分割的關(guān)系。在泵站監(jiān)控過程中，如果發(fā)現(xiàn)泵站出現(xiàn)故障，故障診斷系統(tǒng)會自動判斷故障類型，并給出措施，即使故障排除。</p><p>　　泵站監(jiān)控系統(tǒng)會朝著更

42、加智能化的方向發(fā)展。人們對控制系統(tǒng)性能的要求越來越高，而傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)已很難到達(dá)人們所要求的性能指標(biāo)，而智能控制可以很好的完成這個任務(wù)。自動化是設(shè)計控制系統(tǒng)的核心目的，而智能控制是自動控制系統(tǒng)發(fā)展的高級階段，如果把智能控制理論應(yīng)用在泵站監(jiān)控系統(tǒng)中，勢必會帶來讓人驚喜的效果。</p><p>　　1.4本課題的研究內(nèi)容及方案</p><p>　　設(shè)計一套適合城市排水的基于PLC的泵站監(jiān)控系統(tǒng)

43、，以達(dá)到安全，高效的控制泵站運(yùn)行的目的。具體包括：選擇泵站監(jiān)控系統(tǒng)所需要用到的各種傳感器，以實(shí)現(xiàn)對流量、壓力、液位等參數(shù)的測量；根據(jù)控制要求選擇合適的PLC并進(jìn)行硬件系統(tǒng)設(shè)計，包括PLC的選型、外電路的設(shè)計、不同控制方式的實(shí)現(xiàn)、plc編程等問題；結(jié)合MCGS組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)更加可視化的監(jiān)控。</p><p>　　方案:根據(jù)設(shè)計要求和實(shí)際情況，采用基于PLC的監(jiān)控系統(tǒng)并輔以上位機(jī)組態(tài)軟件的分布式控制系統(tǒng)。</p

44、><p><b>　　此方案主要優(yōu)點(diǎn)有：</b></p><p>　　可靠性和可維護(hù)性高；</p><p>　　編程方便、開發(fā)周期較短；</p><p>　　設(shè)計和施工周期短，調(diào)試修改方便。</p><p>　　2 監(jiān)控系統(tǒng)要求及設(shè)計方案</p><p>　　2.1泵站監(jiān)控系統(tǒng)

45、的設(shè)計要求</p><p>　　泵站監(jiān)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)對各個泵站設(shè)備的監(jiān)測和控制功能，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測泵站運(yùn)行的狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，接收故障報警信息，并能夠通過計算機(jī)下達(dá)控制信號，實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)的顯示和歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計等功能。具體要求如下：</p><p>　　運(yùn)行方式：手動操作和自動運(yùn)行相結(jié)合。</p><p>　　實(shí)時監(jiān)控：實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)工作流程，動態(tài)顯示流程畫面、自動監(jiān)控整個系統(tǒng)的

46、各種變量，包括水位、泵的啟停、流量、壓力。</p><p>　　用戶界面：提供友好的監(jiān)控界面。</p><p>　　報警功能：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動報警功能，并能夠記錄故障的時間等信息。</p><p>　　數(shù)據(jù)顯示：具有系統(tǒng)實(shí)時數(shù)據(jù)顯示的功能。</p><p>　　歷史數(shù)據(jù)：能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和保存等功能。</p><

47、p>　　2.2泵站監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計方案</p><p>　　圖2.1是泵站監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成圖，此系統(tǒng)采用安裝有MCGS的IPC作為上位機(jī)，PLC作為下位機(jī)。PLC與IPC通過PC/PPI電纜連接，采用PPI協(xié)議進(jìn)行通訊。傳感器通過現(xiàn)場電流、電壓信號或RS-485數(shù)字通訊的方法來實(shí)現(xiàn)與PLC的連接。整個系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對泵站的監(jiān)測和控制，能夠滿足監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計要求。</p><p>　

48、　圖2.1 泵站監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成圖</p><p>　　3 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計部分</p><p><b>　　3.1PLC概述</b></p><p>　　可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境設(shè)計。它采用了可編程程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲邏輯、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出

49、，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程；而有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。</p><p>　　PLC的種類很多，但它的結(jié)構(gòu)和工作原理基本上是相同的，主要由CPU（中央處理器）、記憶模塊、輸入/輸出單元、供電部分、擴(kuò)展接口、通訊接口、編程設(shè)備、其他組件等部分組成。</p><p>　　1、PLC的工作原理</p><p>　?。?）

50、與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別</p><p>　　繼電器控制系統(tǒng)是一種硬件邏輯系統(tǒng)，當(dāng)電源被接通時，繼電器控制電路處于受控狀態(tài)，該閉合的部分閉合，受到某種限制不能閉合的不閉合，它屬于并行工作模式。而在PLC內(nèi)部設(shè)備的各種循環(huán)掃描過程中，邏輯的，數(shù)字的輸出結(jié)果都是按照在程序中的前后順序計算得出，因此它屬于串行工作模式。</p><p>　　在控制系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性方面，繼電器控制系統(tǒng)使用的機(jī)械

51、觸點(diǎn)很多，連接線也很多。容易出現(xiàn)電弧，機(jī)械磨損，壽命較短，因此，在可靠性和可維護(hù)性表現(xiàn)一般。而PLC采用微電子技術(shù)，無接觸，體積小，壽命長，開關(guān)動作次數(shù)由半導(dǎo)體電路完成，可靠性相當(dāng)高。</p><p>　　在控制速度方面，繼電器控制系統(tǒng)依靠機(jī)械動作控制觸點(diǎn)，工作頻率低，打開和關(guān)閉行動是以毫秒為單位計算。此外，在機(jī)械觸點(diǎn)動作時會出現(xiàn)抖動;而PLC是通過半導(dǎo)體電路的程序指令來實(shí)現(xiàn)控制，屬于非接觸式控制，速度一般在微秒

52、數(shù)量級，而且不會出現(xiàn)抖動。</p><p>　?。?）PLC工作方式</p><p>　　PLC的工作過程可以分為三個部分。</p><p>　　第一部分是加電處理。PLC系統(tǒng)加電后，需要進(jìn)行初始化操作，包括硬件初始化，I/O模塊配備檢查，配置系統(tǒng)的各種參數(shù)等其他的初始化過程。</p><p>　　第二部分是掃描過程。PLC加電過程處理完成后

53、進(jìn)入掃描過程后。需要對輸入信號和與其他設(shè)備之間的通信進(jìn)行處理，然后再次更新和刷新時鐘和特殊寄存器。當(dāng)CPU處于停止?fàn)顟B(tài)時，轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查。當(dāng)CPU處于運(yùn)行模式時，還需要執(zhí)行用戶程序并對輸出過程進(jìn)行處理，再轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查。</p><p>　　第三部分是出錯處理。PLC每掃描一次，執(zhí)行一次自診斷檢查，確定PLC自身的動作是否正常，如果CPU、電池電壓、程序存儲器、I/O和通信等是否異?；虺鲥e。如果檢查出異常

54、，CPU面板上的LED及異常繼電器會接通，在特殊寄存器中會存入出錯代碼；當(dāng)出現(xiàn)致命錯誤時，CPU會被強(qiáng)制進(jìn)入到停止模式，所有的掃描會被停止。</p><p>　　PLC掃描周期長度和CPU的運(yùn)算速度，I/O數(shù)量，用戶應(yīng)用程序的長度有關(guān)系。不同的指令的執(zhí)行時間是不同的，范圍從幾微秒到幾百微秒，所以不同的指令的掃描時間也是不同的。但是由于當(dāng)今的CPU速度都非?？?，通過對程序的費(fèi)心思考去減小掃描周期時間不再是非常必要的

55、了。</p><p>　　概括而言，PLC是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期,也叫工作周期。</p><p>　　在PLC上電后的正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，它會不斷重復(fù)掃描過程，并一直重復(fù)下去。分析掃描過程時，如果忽略遠(yuǎn)程I/O、特殊模塊、更新時鐘及其他通訊服務(wù)，這樣掃描過程就只剩下輸入采樣，程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。這三個階段是PLC工作過程的中

56、心內(nèi)容，也是PLC工作原理的核心所在。</p><p><b>　　◆ 輸入采樣階段</b></p><p>　　PLC在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，并將每個輸入狀態(tài)存入對應(yīng)的輸入映像寄存器中，此時出入映像寄存器被刷新。接著系統(tǒng)進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個周期的輸入采樣階段

57、，才重新寫入出入端的新內(nèi)容。所以，一般來說，輸入信號的寬度要大于一個掃描周期，或者輸入信號的頻率不能太高，否則很可能造成信號的丟失。</p><p><b>　　◆ 程序執(zhí)行階段</b></p><p>　　進(jìn)入程序執(zhí)行階段之后，一般來說（因?yàn)檫€有子程序和中斷程序的情況），PLC按從左到右、從上到下的步驟執(zhí)行程序。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時，PLC就從輸入映像寄存器

58、中“讀入”對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從原件映像寄存器“讀入”對應(yīng)原件（“軟繼電器”）的當(dāng)前狀態(tài)。然后進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，最新的運(yùn)算結(jié)果馬上存入到相應(yīng)的原件映像寄存器中。對原件映像寄存器來說，每一個原件（“軟繼電器”）的狀態(tài)隨著程序過程而刷新。</p><p><b>　　◆ 輸出刷新階段</b></p><p>　　在用戶程序執(zhí)行完畢之后，原件映像寄存器中所有輸出寄存器的狀態(tài)（接

59、通/斷開）在輸出刷新階段一起轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過一定方式集中輸出，最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動外部負(fù)載。在下一個輸出刷新階段開始之前，輸出鎖存器的狀態(tài)不會改變，從而輸出端子的狀態(tài)也不會改變。</p><p>　?。?）PLC的主要功能</p><p>　　PLC的使用非常廣泛，在工業(yè)自動化設(shè)備、工廠自動化系統(tǒng)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)中占有重要地位。今天的PLC的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)可以

60、取代的。</p><p>　　現(xiàn)在的PLC系統(tǒng)一般包括以下基本功能：</p><p><b>　　◆ 控制功能</b></p><p>　　邏輯控制:PLC具有與、或、非、異或和觸發(fā)器等邏輯運(yùn)算功能，可以代替繼電器進(jìn)行開關(guān)量控制。</p><p>　　定時控制:它為用戶提供了若干個電子定時器，用戶可自行設(shè)定:接通延時、關(guān)

61、斷延時和定時脈沖等方式。</p><p>　　計數(shù)控制:用脈沖控制可以實(shí)現(xiàn)加、減計數(shù)模式，可以連接碼盤進(jìn)行位置檢測。</p><p>　　順序控制:在前道工序完成之后，就轉(zhuǎn)入下一道工序，使一臺PLC可作為多部步進(jìn)控制器使用。</p><p>　　◆ 數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能</p><p><b>　　數(shù)學(xué)運(yùn)算功能包括:</b

62、></p><p>　　基本算術(shù):加、減、乘、除</p><p>　　擴(kuò)展算術(shù):平方根、三角函數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算</p><p>　　比較:大于、小于和等于</p><p>　　數(shù)據(jù)處理:選擇、組織、規(guī)格化、移動和先入先出</p><p>　　模擬數(shù)據(jù)處理:PID、積分和濾波</p><p>　

63、　◆ 輸入/輸出接口處理功能</p><p>　　具有A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能，通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)精度，可以根據(jù)用戶要求選擇。具有溫度測量接口，直接連接各種電阻或電偶。</p><p><b>　　◆ 通信、聯(lián)網(wǎng)功能</b></p><p>　　現(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，大都有RS-232或RS-485接口，可進(jìn)

64、行遠(yuǎn)程I/O控制，多臺PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。</p><p>　　通信接口或通信處理器按標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。</p><p>　　在系統(tǒng)構(gòu)成時，可由一臺計算機(jī)與多臺PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。&l

65、t;/p><p><b>　　◆ 人機(jī)界面功能</b></p><p>　　提供操作者以監(jiān)視機(jī)器/過程工作必需的信息；允許操作者和PC系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用，以便作決策和調(diào)整。實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面功能的手段:從基層的操作者屏幕文字顯示，到單機(jī)的CRT顯示與鍵盤操作和用通信處理器、專用處理器、個人計算機(jī)、工業(yè)計算機(jī)的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。</p><p&g

66、t;<b>　　◆ 編程、調(diào)試等</b></p><p>　　使用復(fù)雜程度不同的手持、便攜和桌面式編程器、工作站和操作屏，進(jìn)行編程、調(diào)試、監(jiān)視、試驗(yàn)和記錄，并通過打印機(jī)打印出程序文件。</p><p>　　（4）PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢</p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)自動化系統(tǒng)中很大一部分是采用PLC的，而不是傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，這主要是因?yàn)镻LC

67、具有多種優(yōu)勢：</p><p>　　◆ 功能強(qiáng)，性能價格比高</p><p>　　一臺小型PLC內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件（如計時器，計數(shù)器，繼電器等），有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器相比，具有很高的性能價格比。</p><p>　　◆ 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)</p><p>　　可編程序

68、控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同的功能、不規(guī)模的系統(tǒng)。楞編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器。</p><p>　　◆ 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)</p><p>　　傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。

69、由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/10--1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無故障時間達(dá)到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。</p><p>　　◆ 系統(tǒng)的設(shè)計

70、、安裝、調(diào)試工作量少</p><p>　　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、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計方法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計時間比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。PLC的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號用小開關(guān)來模擬，通過PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信

71、號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。</p><p><b>　　◆ 編程方法簡單</b></p><p>　　梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時間就可

72、以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。梯形圖語言實(shí)際上是一種面向用戶的一種高級語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時，用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語言后再去執(zhí)行。</p><p>　　◆ 維修工作量少，維修方便</p><p>　　PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的實(shí)時梯形圖的狀態(tài)迅速的查

73、明故障的原因，用修改程序或更換模塊的方法可以迅速地排除故障。</p><p><b>　　◆ 體積小，能耗低</b></p><p>　　對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型PLC的體積相當(dāng)于幾個繼電器大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的確1/2-1/10。PLC的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線要少得多，故可以省下大量的配線和附件

74、，減少大量的安裝接線工時，可以減少大量費(fèi)用。</p><p>　　◆ 與時俱進(jìn)，能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊</p><p>　　PLC可以與電腦及智能儀表等通過通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制集中管理。并能實(shí)現(xiàn)地顯示出當(dāng)前機(jī)械設(shè)備的工作狀態(tài)和工作流程，對生產(chǎn)管理和現(xiàn)場維修帶來極大的方便。而組態(tài)軟件是一種成熟的軟件產(chǎn)品，主要用于工業(yè)現(xiàn)場的檢測，數(shù)據(jù)采集等優(yōu)點(diǎn)是功能強(qiáng)大，易于二次組態(tài)開發(fā)，性能穩(wěn)定。多以通過實(shí)踐檢能

75、夠很好的完成本文的要求。</p><p>　?。?）PLC通信方式</p><p>　　S7-200系列PLC主要有三種通信方式：一種是通過點(diǎn)對點(diǎn)（PPI）的方式，主要用于與SIEMENS公司的專門用于對PLC進(jìn)行編程的設(shè)備進(jìn)行通信，這種通訊協(xié)議是對外保密的。第二種為DP方式，PLC通過這種方式連接到過程現(xiàn)場總線從而可以擴(kuò)大PLC的控制范圍。第三種是FreePort通信即自由口通訊方式，自

76、由即意味著通訊協(xié)議可由用戶自己編寫，這種方式比較開放。本系統(tǒng)中采用PPI通信方式，它是SIEMENS專門為S7-200系列PLC設(shè)計的專用通信協(xié)議。這種方式所需的投資很小，同時擁有很好的靈活性，適合小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)。大多數(shù)PC機(jī)的串口通訊標(biāo)準(zhǔn)為RS-232，SIEMENS公司提供的PC/PPI電纜帶有RS-232/RS-485電平轉(zhuǎn)換裝置，因此在不增加任何硬件的情況下，可以很方便地將PLC和PC機(jī)互聯(lián)。</p><p&

77、gt;　　3.2泵站監(jiān)控系統(tǒng)各種參數(shù)的檢測</p><p>　　泵站監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動化的過程中，需要對系統(tǒng)運(yùn)行的各種參數(shù)進(jìn)行檢測，本文將給出這幾個參數(shù)的檢測方法:水池液位、水泵流量、水泵壓力。</p><p>　　3.2.1水池液位的檢測</p><p>　　本系統(tǒng)采用超聲波液位傳感器來實(shí)現(xiàn)對水池液位的檢測。</p><p>　　超聲波液位傳

78、感器是利用超聲波對兩種介質(zhì)之間的邊界反射特性。如果發(fā)射的超聲波脈沖的開始，直到接收到的反射波的時間間隔是已知的，可以計算出分界面的具體位置，液位的測量可以使用此方法。據(jù)的發(fā)送和接收功能的換能器，傳感器可分為單個換能器和雙個換能器。單個換能器的傳感器發(fā)射和接收超聲波使用相同的換能器，和雙換能器傳感器的發(fā)送和接收使用兩個換能器所不同。下面是單個換能器超聲波傳感器進(jìn)的介紹。</p><p>　　超聲波的發(fā)射和接收換能器

79、可以安裝在液體表面上方，讓超聲波在空氣中的傳播，在圖3.1中所示。</p><p>　　圖3.1 超聲波液位計安裝示意圖</p><p>　　采用單個換能器時，發(fā)射的超聲波從液面反射回到換能器所需到的時間為：</p><p><b>　?。ㄊ?.1）</b></p><p><b>　　那么</b>

80、</p><p><b>　?。ㄊ?.2）</b></p><p>　　式中：h為換能器到液面之間的高度，c為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度。</p><p>　　從上面的式子可以看出，只要測出時間間隔t，就可以求出液位高度h。</p><p>　　超聲波液位傳感器具有精度高，使用壽命長的特點(diǎn)，但如果有氣泡在液體或液體表面的波

81、動，會產(chǎn)生較大的誤差。在一般使用條件下，其測量誤差為，檢測液位范圍為～m。</p><p>　　本文采用yjsonic系列的超聲波液位計，在測量過程中脈沖超聲波由傳感器（換能器）發(fā)出，反射的聲波由同一傳感器接收。通過超聲波發(fā)送和接收的時間來計算要測試的對象距離傳感器的距離。</p><p>　　工作特點(diǎn)：先進(jìn)的檢測技術(shù)，豐富的軟件功能，以適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境；使用新的波形計算技術(shù)，提高儀器的

82、測量精度；雜亂回波抑制功能，保證真實(shí)的測量數(shù)據(jù)；16位D/ A轉(zhuǎn)換，并提高輸出電流的精度和分辨率；傳感器采用四氟乙烯材料，可用于各種腐蝕性環(huán)境；多種輸出模式：可編程繼電器輸出，高精度4-20mA電流輸出，RS-485數(shù)字通信輸出等方法可以選擇。</p><p>　　圖3.2 超聲波液位計選型</p><p>　　設(shè)計中選用二線制輸出型液位計，其參數(shù)如下：</p><p&

83、gt;<b>　　電源：24VDC</b></p><p>　　輸出：4～20mA二線制</p><p><b>　　防護(hù)等級：IP65</b></p><p>　　量程：0～3、5、8、10、15、20m</p><p><b>　　精度：0.25% </b></p&g

84、t;<p>　　盲區(qū)：0.3～0.5m</p><p>　　溫度：-20℃～+55℃</p><p>　　3.2.2水泵壓力的檢測</p><p>　　本文采用應(yīng)變式壓力傳感器來檢測水泵的壓力。</p><p>　　應(yīng)變式壓力傳感器，主要用于測量設(shè)備的進(jìn)口和出口的氣體或液體的壓力，如動態(tài)或靜態(tài)的壓力，在發(fā)動機(jī)內(nèi)部的壓力，桶和筒的

85、內(nèi)部壓力，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)管道壓力等。應(yīng)變式壓力傳感器大多采用膜片式或圓柱狀的彈性元件。隔膜式壓力傳感器的應(yīng)變片安裝在膜片的內(nèi)壁，在壓力p的作用下，膜片產(chǎn)生的徑向和切向應(yīng)變表達(dá)式分別為：</p><p><b>　?。ㄊ?.3）</b></p><p><b>　?。ㄊ?.4）</b></p><p>　　式中：p是膜片上壓力，

86、h和R分別為膜片的厚度和壓力，x為到圓心的距離。</p><p>　　由以上公式可知，當(dāng)膜片承受壓力時，其應(yīng)變變化曲線具有以下特點(diǎn)為：當(dāng)x=0時，；當(dāng) x=R時，=0，=。</p><p>　　根據(jù)以上特點(diǎn)，在平膜片圓心處切向粘貼R1、R4兩個應(yīng)變片，在其邊緣處沿徑向粘貼R2、R3兩個應(yīng)變片，然后接成如圖3.3的全橋電路。其中，，且R1=R2=R3=R4，則：</p><

87、;p><b>　　（式3.5）</b></p><p><b>　?。ㄊ?.6）</b></p><p>　　此時全橋差動電路不僅沒有非線形誤差，而且電壓靈敏度為單片工作時的4倍，同時仍具有溫度補(bǔ)償作用。</p><p>　　圖3.3 全橋差動電路</p><p>　　本系統(tǒng)采用HS - 95

88、6系列薄膜壓力傳感器。 HS - 956系列高性能薄膜壓力傳感器和信號調(diào)理電路薄膜壓力傳感器。本系列產(chǎn)品具有獨(dú)特的技術(shù)，性能優(yōu)越，具有體積小，重量輕，安裝方便，可以在惡劣的環(huán)境下長期穩(wěn)定等特點(diǎn)，特別適用于頻繁的沖擊壓力測量。理想流體壓力測量儀器。</p><p>　　HS - 956系列薄膜壓力傳感器特性：</p><p>　　1.高穩(wěn)定性，優(yōu)于+/ - 0.1％的速度增長</p&g

89、t;<p>　　2.測量誤差小綜合誤差小于+/- 0.1％</p><p>　　3.寬工作溫度范圍允許介質(zhì)溫度為 - 40?125℃</p><p>　　4.小的溫度漂移典型溫漂加或減0.02％/℃</p><p>　　5.適應(yīng)惡劣的環(huán)境，耐熱，耐腐蝕，耐震動</p><p>　　此產(chǎn)品，適應(yīng)性廣，體積小，重量輕，無隔離膜片和調(diào)

90、解液體;全不銹鋼密封結(jié)構(gòu)，沒有移動部件，可以直接進(jìn)行任何安裝。因此，適應(yīng)于各種工業(yè)測量場合和媒體。</p><p><b>　　主要技術(shù)指標(biāo)：</b></p><p>　　1.介質(zhì): 液體，氣體或蒸汽</p><p>　　2.輸出: 兩線制4-20mA</p><p>　　3.電源: 24V

91、 DC，無負(fù)載時，可工作于12V DC</p><p>　　4.負(fù)載范圍: 允許的最小負(fù)載為零，最大負(fù)載RL= 50Ω</p><p>　　5.過壓: 量程的120％</p><p>　　6.輸出限制: 變送器過壓時，內(nèi)部限流器輸出電流限制在25mA以下 7.溫度范圍: 敏感元件工作溫度：-50～125℃；電子部件工作溫度：-40～85℃&l

92、t;/p><p>　　8.濕度范圍: 0-99％的相對濕度</p><p>　　3.2.3水泵流量的檢測</p><p>　　本系統(tǒng)采用電磁流量計來實(shí)現(xiàn)對水泵流量的檢測。</p><p>　　電磁流量計由電磁流量轉(zhuǎn)換器和電磁流量傳感器組成的。電磁流量轉(zhuǎn)換器是為電磁流量傳感器提供電源，并將其測量的流量信號整定成為標(biāo)準(zhǔn)的4--20mA電流等其他形式

93、的信號。電磁流量傳感器是根據(jù)法拉第原理制成的一種流量計，用來測量導(dǎo)電液體的流量。其原理圖如圖3.4所示，它是由產(chǎn)生均勻磁場的系統(tǒng)、不導(dǎo)磁材料的管道以及在管道橫截面上的導(dǎo)電電極組成。磁場方向、電極連線、管道軸線三者之間是相互垂直的。</p><p>　　當(dāng)被測導(dǎo)電液體流過管道時，切割磁力線，于是在和磁場及流動方向垂直的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其數(shù)值與液體的流速成正比。即</p><p><

94、;b>　　（式3.7）</b></p><p>　　上式中:B為磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)；</p><p>　　D為切割磁力線的導(dǎo)體液體的長度(為管道內(nèi)徑)(m)；</p><p>　　v為導(dǎo)電液體在管道內(nèi)的平均流速(m/s )。</p><p>　　由式(3.7)得被測導(dǎo)電液體的體積流量為</p><p>

95、<b>　?。ㄊ?.8）</b></p><p>　　因此，液體的流量可以通過上述的電動勢求出。</p><p>　　圖3.4 電磁流量傳感器的工作機(jī)理</p><p>　　理論上磁場強(qiáng)度B為常數(shù)，也就是說是直流磁場。但是，直流電勢會使被測的液體電解化，使電極極化。正電極被負(fù)離子包圍，負(fù)電極被一層正離子包圍，加大了電極的電阻。破壞了原來的測量條

96、件。同時內(nèi)阻增加隨被測液體成分的變化和工作時間長短而變化，因而使輸出電勢不固定，影響測量精度。</p><p>　　而對被測量介質(zhì)的流量測量采用交流電(頻率為50Hz)勵磁的交流磁場：</p><p><b>　?。ㄊ?.9）</b></p><p>　　感應(yīng)電動勢為 （式

97、3.10）</p><p>　　所以體積流量為 （式3.11）</p><p>　　為了避免測量管路引起磁分流，故需要用非導(dǎo)磁材料做成。另外，由于測量管路處于較強(qiáng)的交流磁場中，管壁產(chǎn)生渦流，因而產(chǎn)生二次磁通。為了減少渦流，要求測量管路的材料具有高電阻率。且對于不同直徑的電磁流量計，其電極、測量管路都采用不同的材料做成。<

98、/p><p><b>　　電磁流量計的特點(diǎn):</b></p><p>　　1.測量管路內(nèi)沒有任何突出和可移動的部件，因此可用于有懸浮顆粒的漿液等流量的測量，且壓力損失極小；</p><p>　　2.感應(yīng)電勢與被測液體溫度、壓力、粘度等無關(guān)，因此其使用范圍廣泛；</p><p><b>　　3.測量范圍寬，；<

99、/b></p><p>　　4.可以測量各種腐蝕性液體的流量；</p><p>　　5.電磁流量計的慣性小，可以用來測量脈動流量；</p><p>　　6.測量介質(zhì)的電導(dǎo)率要大于0.005Ω/米。</p><p>　　3.3PLC泵站的系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　本系統(tǒng)采用西門子S7-200系列的PLC實(shí)現(xiàn)對泵

100、站的硬件系統(tǒng)設(shè)計。主要根據(jù)水位的變化實(shí)現(xiàn)對水泵的啟停。</p><p>　　3.3.1泵站工藝流程</p><p>　　下面是排水系統(tǒng)的工藝流程。如圖3.5所示，當(dāng)水位低于BGL時系統(tǒng)報警，當(dāng)高于BGc但不高于BGB時1#泵啟動，當(dāng)水位高于BGB但不高于BGA時2#泵也啟動，當(dāng)水位高于BGA但不高于BGH時3#也啟動，當(dāng)水位高于BGH時系統(tǒng)報警同時4#泵也啟動。</p>&l

101、t;p>　　圖3.5 泵站工藝流程圖</p><p>　　3.3.2系統(tǒng)的控制要求</p><p>　　本系統(tǒng)對泵站控制的基本要求是：</p><p>　　1.對泵的操作要有手動控制功能，手動只在應(yīng)急或檢修時使用；</p><p>　　2.根據(jù)水位的變化實(shí)現(xiàn)各泵的啟停；</p><p>　　3.水泵在啟動時要有軟

102、啟動功能；</p><p>　　4.要有完善的報警功能。</p><p>　　3.3.3控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配</p><p>　　控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號的名稱、代碼、及地址編號如下表所列。在水池的H、L、A、B、C五個位置裝上小型浮球開關(guān)，當(dāng)水位達(dá)到或超過這些位置時，對于的浮球開關(guān)處于閉合狀態(tài)。</p><p>　　表1 輸入/輸出

103、點(diǎn)代碼和地址編號</p><p>　　3.3.4PLC系統(tǒng)選型</p><p>　　根據(jù)上面表格的分析可以知道：系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn)8個，開關(guān)量輸出點(diǎn)13個；模擬量輸入點(diǎn)2個，模擬量輸出點(diǎn)1個。參照西門子S7-200系列PLC產(chǎn)品說明書發(fā)現(xiàn)采用CPU 222的PLC最多只能擴(kuò)展兩個模塊，無法滿足后續(xù)擴(kuò)展要求，選用CPU226的PLC可以滿足控制要求，但是花銷很大,浪費(fèi)較大，故選用主機(jī)為CP

104、U224（14入/10出）一臺，加上一臺擴(kuò)展模塊EM222,再擴(kuò)展一個模擬量模塊EM235(4AI/1AO) ,這樣的配置是最經(jīng)濟(jì)的。整個PLC系統(tǒng)的配置如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 PLC系統(tǒng)組成</p><p>　　本監(jiān)控系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)水泵的軟啟動功能，考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，選擇變頻器來實(shí)現(xiàn)此功能。</p><p>　　變頻器選擇西門子MM440

105、變頻器，這種變頻器集多種功能于一體，并提供多個型號供用戶選擇，其恒定轉(zhuǎn)矩控制方式的額定功率范圍為120W-200kW,可變轉(zhuǎn)矩控制方式的額定功率可達(dá)250kW,完全能夠滿足本監(jiān)控系統(tǒng)的需求。</p><p>　　本文中MM440與S7-200PLC配合使用，實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)在軟啟動過程中的變頻控制。PLC與變頻器連接時，把EM235的模擬量輸出通道連接到MM440頻率輸入端即可。</p><p&g

106、t;　　本文中水泵電機(jī)型號選擇JW7114，變頻器在連接電機(jī)時雙方都得設(shè)置參數(shù)，以使電動機(jī)與變頻器相配。電動機(jī)參數(shù)如表2所示。</p><p>　　電動機(jī)參數(shù)設(shè)置完成后，設(shè)置P0010為0，使變頻器處于準(zhǔn)備狀態(tài)。然后設(shè)置變頻器控制端口開關(guān)操作操作控制參數(shù)，如表3所示。</p><p>　　表2 設(shè)置電動機(jī)參數(shù)表</p><p>　　表3 控制端口開關(guān)操作控制參數(shù)&l

107、t;/p><p>　　3.3.5控制系統(tǒng)的電氣原理圖</p><p>　　控制系統(tǒng)的電氣原理圖包括主電路圖，控制電路圖和PLC的外部接線電路圖。</p><p><b>　　主電路圖</b></p><p>　　如圖3.7所示為控制水泵電機(jī)的主電路圖。四臺水泵電動機(jī)分別為MA1，MA2，MA3和MA4。QA1，QA3，QA5

108、和QA7為接觸器，分別用來實(shí)現(xiàn)對MA1，MA2，MA3和MA4的工頻工作控制，QA2，QA4，QA6，QA8為接觸器,分別用來實(shí)現(xiàn)對MA1，MA2，MA3，MA4的變頻工作控制，BB1,BB2,BB3,BB4分別為安裝在四臺水泵電動機(jī)上的熱繼電器；QA10，QA20，QA30，QA40，QA50為隔離開關(guān)，分別安裝在相應(yīng)的變頻器及電機(jī)上；QA0實(shí)現(xiàn)對總電源的開閉，VVVF為變頻器。</p><p>　　圖3.7控

109、制系統(tǒng)主電路圖</p><p><b>　　2.控制電路圖</b></p><p>　　如圖3.8所示為控制系統(tǒng)的控制電路圖。SF為手動運(yùn)行和自動運(yùn)行兩種運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換開關(guān)，SF撥到1時，系統(tǒng)處于手動控制狀態(tài)；當(dāng)撥到2時，系統(tǒng)處于PLC控制的狀態(tài)下。手動控制時可以用按鈕SF1到SF8控制4臺水泵的啟停。PG12的作用是當(dāng)系統(tǒng)處于PLC控制運(yùn)行時做出指示。KF是一個中間

110、繼電器，用來實(shí)現(xiàn)對變頻器的復(fù)位操作。</p><p><b>　　圖3.8控制電路圖</b></p><p>　　3.3.6PLC外圍接線電路圖</p><p>　　如圖3.9所示為PLC及其擴(kuò)展模塊的外圍接線電路圖。</p><p>　　圖3.9 PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線圖 </p><p>

111、;　　3.3.7PLC程序設(shè)計</p><p>　　根據(jù)上述的控制要求，PLC程序設(shè)計如下：</p><p><b>　　Network 1</b></p><p>　　LD I0.4</p><p>　　= M2.0</p><p>　　Network 2 </p>

112、<p>　　// 復(fù)位變頻器頻率，為軟啟動做準(zhǔn)備</p><p>　　LD M2.0</p><p>　　TON T33, 1</p><p><b>　　EU</b></p><p>　　= Q1.6</p><p>　　Network 3 </p&g

113、t;<p>　　// 產(chǎn)生1#泵工頻啟動脈沖信號</p><p>　　LD T33</p><p><b>　　EU</b></p><p>　　= M0.1</p><p>　　Network 4 </p><p>　　LD I0.3</p>

114、<p>　　= M2.1</p><p>　　Network 5 </p><p>　　LD M2.1</p><p>　　TON T34, 1</p><p>　　Network 6 </p><p>　　// 產(chǎn)生2#泵工頻啟動脈沖信號</p><p>