水塔水位PLC自動控制系統(tǒng)

電氣工程學(xué)院課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：水塔水位PLC自動控制系統(tǒng)系別：電氣工程及其自動化年級專業(yè)：13級應(yīng)電2班組員：賈猛、孟令軍、修圣虎、李晶指導(dǎo)教師：郭忠南摘要隨著當(dāng)代社會生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)進步，當(dāng)代工業(yè)自動化生產(chǎn)水平的日益提高，微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在繼電器控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了一種新型的工業(yè)控制裝置——可編程控制器（PLC）。隨著科技的發(fā)展和現(xiàn)實暴露的某些問題，方便能更快捷更方便的完畢某些任務(wù)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要對水位進行測量和控制。水位控制在日常生活中應(yīng)用也相稱廣泛，例如水塔、地下水、水電站等狀況下的水位控制。而水位檢測能夠有多個實現(xiàn)辦法，如機械控制、邏輯電路控制、機電控制等。本文采用PLC進行主控制，在水箱上安裝一種自動測水位裝置。運用水的導(dǎo)電性持續(xù)地全天候地測量水位的變化，把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電信號，主控臺對接受到的信號進行數(shù)據(jù)解決，完畢對應(yīng)的水位顯示、故障報警信息顯示、實時曲線和歷史曲線的顯示，使水位保持在適宜的位置。核心詞：PLC(ProgrammableLogicController)自動化水塔水位三菱PLC目錄TOC第一章研究背景 11.1可編程控制器的產(chǎn)生及發(fā)展 11.2PLC的基本構(gòu)造 21.3PLC的特點 51.4PLC的工作原理 61.5梯形圖程序設(shè)計及工作過程分析 8第二章水塔水位自動控制系統(tǒng)方案設(shè)計 10第三章水塔水位自動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 123.1水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定 123.2水塔水位控制系統(tǒng)主電路 123.3水泵電機的選擇 133.4水位傳感器的選擇 133.5可編程序控制器的選擇 143.6PLCI/O口分派 143.7PLC控制電路原理圖 15第四章水塔水位自動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 174.1程序流程圖 174.2梯形圖 18第五章設(shè)計總結(jié) 23第一章研究背景1.1可編程控制器的產(chǎn)生及發(fā)展可編程控制器是二十世紀(jì)七十年代發(fā)展起來的控制設(shè)備，是集微解決器、儲存器、輸入/輸出接口與中斷于一體的器件，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、化工、能源、交通等各個行業(yè)。計算機在操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、通行能力上的飛速發(fā)展，大大加強了可編程控制器通信能力，豐富了可編程控制器編程軟件和編程技巧，增強了PLC過程控制能力。因此，無論是單機還是多機控制、是流水線控制還是過程控制，都能夠采用可編程控制器，推廣和普及可編程控制器的使用技術(shù)，對提高我國工業(yè)自動化生產(chǎn)及生產(chǎn)效率都有十分重要的意義?？删幊炭刂破?ProgrammableController)也可稱邏輯控制(ProgrammableLogicController),是一微解決器為核心的工業(yè)自動控制通用裝置，是計算機家族的一名組員，簡稱PC。為了避免與個人電腦（也簡稱PC）相混淆普通將可編程控制器稱為PLC。1969年，第一臺可編程控制器PDP—14由美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）制作成功，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上使用獲得良好的效果，可編程控制器由此誕生，在控制領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生了歷史性革命。PLC問世時間不長，但是隨著微解決器的發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路不停出現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)不停進步，PLC快速發(fā)展。PLC進入九十年代后，工業(yè)控制領(lǐng)域幾乎全被PLC占領(lǐng)。國外專家預(yù)言，PLC技術(shù)將在工業(yè)自動化的三大支柱（PLC、機器人和CAC/CAM）種躍居首位。PLC的發(fā)過程大致可分為三各階段：早期的PLC其要功效只是執(zhí)行原先由繼電器完畢的次序控制、定時等。它在硬件上以計算機的形式出現(xiàn)，在I/O接口電路上作了改善以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的規(guī)定。裝置種的器件重要采用分離元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采用了某些方法，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上采用廣大電器工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點涉及簡樸易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障批示，能重復(fù)使用等。其中PLC特有的編程語言—梯形圖始終沿用至今。在七十年代，微解決器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國等某些廠家先后開始采用微解決器作為PLC的中央解決單元（CPU）。這使PLC的功效大大增強。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功效以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)解決和傳送、通訊、自診療等功效。再硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量快、遠(yuǎn)程I/O模塊、多個特殊功效模塊。并擴大了存儲器的容量，是多個邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC的應(yīng)用范疇得以擴大。進入八十年代中、后期，由于插大規(guī)模集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，微解決器的市場價格大幅度下跌，使得多個類型的PLC所采用的微解決器的檔次普遍提高。并且，為了進一步提高PLC的解決速度，各制造廠商紛紛開發(fā)研制了專用邏輯解決芯片。這樣使得PLC軟、硬功效發(fā)生了巨大變化。1.2PLC的基本構(gòu)造PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制計算機，其硬件構(gòu)造基本上與微型計算機相似，中央解決單元(CPU)，以下圖所示。圖1.1PLC構(gòu)造框圖一、中央解決單元(CPU)中央解決單元(CPU)是PLC控制中樞。它PLC系統(tǒng)程序賦予功效接受并存儲從編程器鍵入顧客程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器狀態(tài)，并能診療顧客程序中語法錯誤。當(dāng)PLC投入運行時，首先它以掃描方式接受現(xiàn)場各輸入裝置狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從顧客程序存儲器中逐條讀取顧客程序，命令解釋后按指令規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算成果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等全部顧客程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)傳送到對應(yīng)輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。二、存儲器寄存系統(tǒng)軟件存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。寄存應(yīng)用軟件存儲器稱為顧客程序存儲器。1、PLC慣用存儲器類型（1）RAM（RandomAssessMemory）這是一種讀/寫存儲器(隨機存儲器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。（2）EPROM（ErasableProgrammableReadOnlyMemory）這是一種可擦除只讀存儲器。斷電狀況下，存儲器內(nèi)全部內(nèi)容保持不變。紫外線持續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容)。（3）EEPROM(ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory)這是一種電可擦除只讀存儲器。使用編程器就能很容易對其所存儲內(nèi)容進行修改。2、PLC存儲空間分派多個PLCCPU最大尋址空間各不相似，PLC工作原理，其存儲空間普通涉及下列三個區(qū)域：（1）系統(tǒng)程序存儲區(qū)（2）系統(tǒng)RAM存儲區(qū)（涉及I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）（3）顧客程序存儲區(qū)三、輸入/輸出模塊輸入/輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的接口?，F(xiàn)場的輸入信號，如按鈕開關(guān)，行程開關(guān)、限位開關(guān)以及傳感輸出的開關(guān)量或模擬量（壓力、流量、溫度、電壓、電流）等，都要通過輸入模塊送到PLC。由于這些信號電平各式各樣，而可編程控制器CPU所解決的信息只能是原則電平，因此輸入模塊還需將這些信號轉(zhuǎn)換成PLC能夠接受和解決的數(shù)字信號。輸入模塊的作用是接受中央解決器解決過的數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行部件所能接受的控制信號，以驅(qū)動如電磁閥、燈光顯示、電機等執(zhí)行機構(gòu)?？删幊炭刂破饔卸鄠€輸入/輸出模塊其類型有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。這些模塊分直流和交流、電壓和電流類型，每種類型又有不同的參數(shù)等級，重要有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入輸出/模塊，部件上都設(shè)有接線端子排，為了濾除信號的噪聲和便于PLC內(nèi)部對信號的解決，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號鎖存電路。數(shù)字量輸入模塊帶有廣電耦合電路，其目的是把PLC與外部電路隔離起來，以提高PLC的抗干擾能力。數(shù)字兩輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸入/輸出模塊重要用來實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，即A/D或D/A轉(zhuǎn)換。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機構(gòu)有某些信號是持續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過模擬量輸入/輸出模塊與PLC的中央解決器連接。模擬量輸入模塊A/D轉(zhuǎn)換后的二進制數(shù)字量，經(jīng)光電耦合器和輸出鎖存器宇PLC的1/0總線掛接?，F(xiàn)在原則量程的模擬電壓重要是0—5伏和0—10伏兩種。模擬量輸入模塊接受原則量程的模擬電壓或電流猴，把它轉(zhuǎn)換成8位、10位或12位的二進制數(shù)字信號，送給中央解決器進行解決。模擬量輸出模塊將中央解決器的二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成原則量程的電壓或電流輸出信號，提供應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)。四、擴展模塊當(dāng)一種PLC中心單元的I/O點數(shù)不夠用時，就要對系統(tǒng)進行擴展，擴展接口就是用于連接中心基本單元與擴展單元的。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，使可編程控制器的功效更加強大和完善。只能I/O接口模塊種類諸多，例如高速計數(shù)模塊、PLCA控制模塊、數(shù)字位基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計置譯碼模塊、閥門控制模塊、智能存貯弄快以及智能I/O模塊等。五、編程器它的作用是供顧客進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機或磁帶機相連，以將顧客程序和有關(guān)信息打印出來或寄存在它的作用是供顧客進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機或磁帶機相連，以將顧客程序和有關(guān)信息打印出來或寄存在磁帶上，磁帶上的信息能夠重新裝入PLC。六、電源PLC中的電源普通有三類：1、+5V、±15V直流電源：供PLC中TTL芯片和集成運放使用；2、供輸出接口使用的高壓大電流的功率電源；3、鋰電池及其充電電源。考慮到系統(tǒng)的可靠性以及光電隔離器的使用，不同類型的電源其地線也不同?，F(xiàn)在PLC的發(fā)展非?？焖伲吞柋姸?，多個特殊功效模板不停涌現(xiàn)。普通根據(jù)其I/O點的數(shù)量將PLC分為三大類：小型機：256點下列（無模擬量）；中型機：256-2048點（64-128路模擬量）；大型機：2048點以上（128-512路模擬量）。具體實現(xiàn)時，普通采用模板式構(gòu)造，方便顧客根據(jù)實際應(yīng)用需求進行配備。但某些小型機常制作成一體機，其配備固定，重要供定型成套設(shè)備使用；而某些大型機普通在電源、或者CPU，甚至兩者都作了熱備份。1.3PLC的特點(一)高可靠性1.全部的I/O接口電路均采用光電隔離使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離2.各輸入端均采用R-C濾波器其濾波時間常數(shù)普通為10~20ms.3.各模塊均采用屏蔽方法以避免輻射干擾4.采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源5.對采用的器件進行嚴(yán)格的篩選6.良好的自診療功效一旦電源或其它軟硬件發(fā)生異常狀況CPU立刻采用有效方法以避免故障擴大7.大型PLC還能夠采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進一步提高(二)豐富的I/O接口模塊1.PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強電或弱電等。2.有對應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備如：按鈕；行程開關(guān)；靠近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥。3.直接連接另外為了提高操作性能它尚有多個人-機對話的接口模塊;為了構(gòu)成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)它尚有多個通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等等。(三)采用模塊化構(gòu)造為了適應(yīng)多個工業(yè)控制需要除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化構(gòu)造，PLC的各個部件涉及CPU電源I/O等均采用模塊化設(shè)計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功效可根據(jù)顧客的需要自行組合。(四)編程簡樸易學(xué)PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說不需要含有計算機的專門知識，因此很容易被普通工程技術(shù)人員所理解和掌握。(五)安裝簡樸維修方便

PLC不需要專門的機房能夠在多個工業(yè)環(huán)境下直接運行，使用時只需將現(xiàn)場的多個設(shè)備與PLC對應(yīng)的I/O端相連接即可投入運行，多個模塊上都有運行和故障批示裝置，便于顧客理解運行狀況和查找故障，由于采用模塊化構(gòu)造，因此一旦某模塊發(fā)生故障顧客能夠通過更換模塊的辦法使系統(tǒng)快速恢復(fù)運行。1.4PLC的工作原理最初研制生產(chǎn)的PLC重要用于替代傳統(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相似的：（1）繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器全部的觸點（涉及其常開或常閉觸點）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立刻同時動作。（2）PLC的CPU則采用次序邏輯掃描顧客程序的運行方式，即如果一種輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的全部觸點(涉及其常開或常閉觸點)不會立刻動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。為了消除兩者之間由于運行方式不同而造成的差別，考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間普通在100ms以上，而PLC掃描顧客程序的時間普通均不大于100ms，因此，PLC采用了一種不同于普通微型計算機的運行方式掃描技術(shù)。這樣在對于I/O響應(yīng)規(guī)定不高的場合，PLC與繼電器控制裝置的解決成果上就沒有什么區(qū)別了。掃描技術(shù)當(dāng)PLC投入運行后，其工作過程普通分為三個階段，即輸入采樣、顧客程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完畢上述三個階段稱作一種掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。（1）輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入全部輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的對應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入顧客程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的對應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會變化。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須不不大于一種掃描周期，才干確保在任何狀況下，該輸入均能被讀入。（2）顧客程序執(zhí)行階段在顧客程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的次序依次地掃描顧客程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的次序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的成果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者擬定與否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功效指令。（3）輸出刷新階段當(dāng)掃描顧客程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新全部的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動對應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。1.5梯形圖程序設(shè)計及工作過程分析梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言，它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號，與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電路圖非常相似，但又加入了許多功效強而又使用靈活的指令，它比較直觀、形象，對于那些熟悉繼電器一接觸器控制系統(tǒng)的人來說，易被接受。繼電器梯形圖多半合用于比較簡樸的控制功效的編程，絕大多數(shù)PLC顧客都首選使用梯形圖編程。指令是用英文名稱的縮寫字母來體現(xiàn)PLC的多個功效的助記符號，類似于計算機匯編語言。由指令構(gòu)成的能夠完畢控制任務(wù)的指令組合就是指令表，每一條指令普通由指令助記符和作用器件編號構(gòu)成，比較抽象，普通都先用其它方式體現(xiàn)，然后改寫成對應(yīng)的語句表，編程設(shè)備簡樸價廉。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語言(SFC)類似于計算機慣用的程序框圖，但有它自己的規(guī)則，描述控制過程比較具體具體，涉及每一框前的輸入信號，框內(nèi)的判斷和工作內(nèi)容，框后的輸出狀態(tài)。這種方式容易構(gòu)思，是一種慣用的程序體現(xiàn)方式。普通微、小型PLC重要采用繼電器梯形圖編程，其編程的普通規(guī)則有：1)梯形圖按自上而下、從左到右的次序排列。每一種邏輯行起始于左母線然后是觸點的多個連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個圖形呈階梯形。梯形圖所使用的元件編號地址必須在所使用PLC的有效范疇內(nèi)。2)梯形圖是PLC形象化的編程方式，其左右兩側(cè)母線并不接任何電源，因而圖中各支路也沒有真實的電流流過。但為了讀圖方便，慣用“有電流”、“得電”等來形象地描述顧客程序解算中滿足輸出線圈的動作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流”，并且認(rèn)為它只能由左向右單方向流：層次的變化也只能自上而下。3)梯形圖中的繼電器實質(zhì)上是變量存儲器中的位觸發(fā)器，對應(yīng)某位觸發(fā)器為“l(fā)態(tài)”，表達該繼電器線圈通電，其動合觸點閉合，動斷觸點打開，反之為“o態(tài)”。梯形圖中繼電器的線圈又是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器線圈外，還涉及定時器、計數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)器等的線圈以及多個比較、運算的成果。4)梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應(yīng)與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點，而左邊必須有觸點。5)繼電器線圈在一種程序中不能重復(fù)使用：而繼電器的觸點，編程中能夠重復(fù)使用，且使用次數(shù)不受限制。6)PLC在解算顧客邏輯時，是按照梯形圖由上而下、從左到右的先后次序逐步進行的，即按掃描方式次序執(zhí)行程序，不存在幾條并列支路同時動作，這在設(shè)計梯形圖時，能夠減少量多有約束關(guān)系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設(shè)計大大簡化。因此，由梯形圖編寫指令程序時，應(yīng)遵照自上而下、從左到右的次序，梯形圖中的每個符號對應(yīng)于一條指令，一條指令為一種步序。當(dāng)PLC運行時，顧客程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但CPU是不能同時去執(zhí)行多個操作的，它只能按分時操作原理每一時刻執(zhí)行一種操作。這種分時操作的過程稱為CPU對程序的掃描。掃描從0000號存儲地址所寄存的第一條顧客程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的狀況下，按存儲地址號遞增次序逐條掃描顧客程序，也就是次序逐條執(zhí)行顧客程序，直到程序結(jié)束。每掃描完一次程序就構(gòu)成一種掃描周期，然后再從頭開始掃描，并周而復(fù)始。第二章水塔水位自動控制系統(tǒng)方案設(shè)計設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空水位，液位批示燈全滅。水塔水位控制裝置以下圖所示。圖2.1水塔水位控制裝置方案規(guī)定：當(dāng)執(zhí)行程序時，掃描到水池為液位低于水池下限液位時，進水閥Y打開，開始往水池里進水，如果進水超出3秒，而水池液位沒有超出水池下限位，闡明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會自動報警并切斷電源。若3秒之后水池液位按預(yù)定的超出水池下限位，水池下限位的批示燈亮，闡明系統(tǒng)在正常的工作，系統(tǒng)檢測到此信號時，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵開始工作（啟動過程采用星三角變換啟動，時間設(shè)定為2s），向水塔供水，5s后若頁面低于下限位，注水發(fā)生故障，發(fā)出報警信號，否則正常供水。當(dāng)水面高于限位開關(guān)S5時，電機由三角行運行變?yōu)樾切芜\行方式，注水速度減少（便于最后的制動），當(dāng)水池的液位超出水池上限S3時，水池上限批示燈亮，進水閥Y就關(guān)閉，但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，可此時水塔液位已經(jīng)超出水塔下限水位，則水塔下限批示燈亮，水泵繼續(xù)工作，在抽水向水塔供水，水塔抽滿時，水塔液位超出水塔上限，水塔上限批示燈亮，但剛剛給水塔供水的時候，水泵已經(jīng)把水池的水抽走了，此時水塔液位已經(jīng)低于水池上限，水池上限批示燈滅。本次給水塔供水完畢。當(dāng)水塔水位低于下限水位S2，同時水池水位也低于下限水位S4時，水泵不能啟動。當(dāng)水塔水位低于下限位S2時，出水閥Q不能打開。S1故障時，水塔水位靠近溢出，觸發(fā)溢出開關(guān)S6，系統(tǒng)報警，切斷電機開關(guān)，停止注水。故障時，能夠手動控制電機注水。第三章水塔水位自動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定為實現(xiàn)第二章中設(shè)計的方案規(guī)定，對水塔水位控制裝置設(shè)計如圖2.1所示。3.2水塔水位控制系統(tǒng)主電路圖3.2水塔水位控制系統(tǒng)主電路水泵啟開工作：當(dāng)收到PLC的啟動水泵指令后，線圈KM1、KM2中有電流流過，KM1和KM2的主觸點閉合，電機低速啟動（星啟），當(dāng)電機啟動通過2s后，PLC控制KM3線圈得電，使KM3主觸點閉合;同時控制KM2線圈失電，使KM2主觸點斷開，使電機高速轉(zhuǎn)動（角轉(zhuǎn)）。水泵停止工作：當(dāng)收到PLC的停止水泵指令后，線圈KM1、KM2、KM3中無電流流過，KM、KM2、KM3的主觸點斷開，電機停止工作。FU：熔斷器，當(dāng)通過熔斷器的電流超出一定數(shù)值并通過一定的時間后，電流在熔體上產(chǎn)生的熱量使熔體某處熔化而切斷電路，從而保護電路和設(shè)備。熔體的額定電流≥（1.5～2.5），為電動機額定電流。3.3水泵電機的選擇由于本次設(shè)計選用的水泵電機功率較大，初始運行時的啟動電流過大，故主電路中采用星-角變換減壓啟動，啟動時電機的繞組接成星形，進而限制啟動電流，當(dāng)反映啟動過程結(jié)束的定時器發(fā)出指令再后將電機的繞組改接成三角形聯(lián)結(jié)實現(xiàn)全壓工作。普通的水塔供水系統(tǒng)中水塔高度都在30米以上，所用水泵電機在向水池抽水時消耗的能量較大，為了確保水泵能可靠、安全、經(jīng)濟地運行，故綜合考慮后將水泵電機額定功率選為11KW，型號為Y2-160L-6，其重要參數(shù)有額定電流為24.23A，額定轉(zhuǎn)速為970r/min。水泵揚程為40米，流量為35立方米/小時。3.4水位傳感器的選擇根據(jù)本設(shè)計的規(guī)定所選傳感器規(guī)定在水面和水底都能夠使用，且要考慮到對水質(zhì)的影響，因此選擇超聲波液位傳感器U9ULS系列的U9ULS——10/100系列。U9ULS系列超聲波液位傳感器開關(guān)使用范疇非常廣。含有焊接的不銹鋼傳感器探頭，沒有縫隙不會泄露，另外沒有易損的活動部件，它不會受溫度、壓力、密度和液體類型等參數(shù)的影響。在大多數(shù)狀況下，電子設(shè)備放在鑄鋁的，NEMA4/NEMA7防爆且防水的殼體中。U9ULS含有下列特點：可應(yīng)用于多個液體中可承受高達1000psi的壓力不受氣泡、蒸汽、雜質(zhì)后湍流等因素的影響長度達121in(303.3cm)可安裝在側(cè)面、頂部或底部工作原理：U9ULS系列是予以超聲波理論工作的。當(dāng)超聲波在空氣中傳輸時，會被嚴(yán)重衰減相反地，如果在液體中傳輸時，超聲波的傳輸會被大大增強。電子控制單元發(fā)出一系列的電信號，傳感器將其轉(zhuǎn)化為超聲能量脈沖，并在被探測區(qū)內(nèi)傳輸。當(dāng)另一端街道有效信號時，就發(fā)出數(shù)據(jù)有效的信號，表明有液體存在。這個信號輸送到繼電器，從而產(chǎn)生輸出信號。U9ULS——100系列產(chǎn)品含有性能優(yōu)秀的傳感器探頭，可在溫度為300F和壓力為1000PSI的狀況下良好的工作。U9ULS——10系列產(chǎn)品為更靠近池底，將頂端的探頭設(shè)計成缺口形狀?？刂齐娐吩O(shè)計成小型，密封的構(gòu)造，可安裝在遠(yuǎn)程的控制地點。特點：10A的繼電器輸出115/230VAC，12VDC或24VDC輸入高增益，無需效準(zhǔn)，工作溫度可達300長度可達151.5CM3.5可編程序控制器的選擇本次課程設(shè)計選用三菱-48MR型可編程序控制器。輸入輸出各24點滿足規(guī)定。3.6PLCI/O口分派輸入輸出部分如表1所示。輸入部分名稱PLC接口注釋SB1X000啟動SB2X005停止SB3X006出水閥開關(guān)SB4X011水泵手動操作SB5X012進水閥手動操作SQ1X001水塔上限位SQ2X002水塔下限位SQ3X003水池上限位SQ4X004水池下限位SQ5X007水塔注水變速限位開關(guān)SQ6X010水塔溢出報警開關(guān)KM1Y001水泵MK