基于PLC的水池控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙 瑞，張?chǎng)瘟Γ哒癫?/p>

(哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院，山東 威海 264300)

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，用水需求不斷增長(zhǎng)，在使用水資源的過(guò)程中，因人為因素等造成的水資源浪費(fèi)情況也隨之增多。因此，本文將基于PLC設(shè)計(jì)出一套可自動(dòng)控制液體流量的雙水池控制系統(tǒng)，以減少水資源的浪費(fèi)。

1 水池控制系統(tǒng)工作原理與流程

1.1 工作原理

首先調(diào)節(jié)液位開(kāi)關(guān)高度，設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行條件，然后按下啟動(dòng)按鈕后，出水閥出水，達(dá)到中間抽水泵的接通條件時(shí)中間抽水泵開(kāi)始抽水，達(dá)到右側(cè)抽水泵的接通條件時(shí)右側(cè)抽水泵開(kāi)始抽水，達(dá)到相應(yīng)的斷開(kāi)條件時(shí)各被控對(duì)象斷開(kāi)。在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)論何時(shí)出現(xiàn)了錯(cuò)誤，均會(huì)立即引發(fā)報(bào)警中斷程序，點(diǎn)亮故障指示燈，同時(shí)PLC也會(huì)轉(zhuǎn)為STOP狀態(tài)使運(yùn)動(dòng)停止。

1.2 工作流程

1.2.1 設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行條件

(1) 出水閥的接通和斷開(kāi)條件：

接通：按下啟動(dòng)按鈕。

斷開(kāi)：左側(cè)水池液面到達(dá)高限位開(kāi)關(guān)或出水時(shí)間達(dá)到5 min。

(2) 中間抽水泵的接通和斷開(kāi)條件：

接通：左側(cè)水池液面到達(dá)高液位開(kāi)關(guān)或低液位開(kāi)關(guān)接通5 s后。

斷開(kāi)：左側(cè)水池液面到達(dá)低液位開(kāi)關(guān)位置或右側(cè)水池液面到達(dá)高液位開(kāi)關(guān)。

(3) 右側(cè)抽水泵的接通和斷開(kāi)條件：

接通：右側(cè)水池液面到達(dá)高液位開(kāi)關(guān)或低液位開(kāi)關(guān)接通5 s后。

斷開(kāi)：液面到達(dá)低液位開(kāi)關(guān)10 s后。

1.2.2 系統(tǒng)工作方式

根據(jù)設(shè)定的系統(tǒng)運(yùn)行條件得到水池控制系統(tǒng)順序功能圖如圖1所示。

在希拉里的敗選演講中，希拉里作為演講者對(duì)于語(yǔ)氣表達(dá)的選擇并不一定需要遵循一致式，如果能巧妙使用語(yǔ)氣隱喻式的表達(dá)，那對(duì)于演講者來(lái)說(shuō)無(wú)疑是更有利的。在希拉里的這篇演講者中所使用的皆為陳述語(yǔ)氣和祈使語(yǔ)氣，沒(méi)有用到疑問(wèn)語(yǔ)氣。因此，本文將主要從陳述語(yǔ)氣隱喻和祈使語(yǔ)氣隱喻兩個(gè)角度來(lái)探析希拉里的這篇敗選演講。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 CPU選型

根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求和實(shí)際條件，可計(jì)算出現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)7個(gè)，輸出信號(hào)3個(gè)，因此選用S7-200系列 CPU 222，CPU222可以實(shí)現(xiàn)8點(diǎn)輸入、6點(diǎn)輸出的控制[1]，因此在水池控制系統(tǒng)中使用尚有裕量，可供備用。 PLC輸入回路中，信號(hào)電源由PLC和擴(kuò)展模塊本身的24 V直流電源提供；輸出回路采用繼電器輸出，每個(gè)輸出點(diǎn)額定控制容量為AC220 V，2 A。

2.2 外部接線和I/O口分配

控制電路中，選用220 V兩相交流電源作為PLC的供電電源，同時(shí)給輸出電路供電，選用24 V直流電源給PLC輸入端供電，最終控制部分的電氣接線與I/O口分配分別如圖2和表1所示。

2.3 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)

根據(jù)水池的控制要求，選用380 V三相四線交流電源給兩個(gè)水泵和一個(gè)電磁水閥供電[2]。電路開(kāi)關(guān)選用刀閘開(kāi)關(guān)，電路接觸器采用CJ20系列CJ20-20，其主觸點(diǎn)額定電壓為380 V、線圈額定電壓為220 V；電路熔斷器采用NT系列的NT00型組合熔斷器，額定電壓為380 V[3]，并采用了熱繼電器。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 定時(shí)交互系統(tǒng)

本系統(tǒng)選用昆侖通態(tài)TPC7062TX型號(hào)的7寸觸摸屏來(lái)作為交互端[4]。在各元件與PLC之間建立數(shù)據(jù)鏈接，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)的控制與實(shí)時(shí)監(jiān)控[5]。最終

可完成簡(jiǎn)單的人機(jī)交互界面，通過(guò)交互界面設(shè)定系統(tǒng)的工作時(shí)間，以適應(yīng)不同工作環(huán)境的工作需求。交互界面如圖3所示。

3.2 液面檢測(cè)系統(tǒng)

采用浮球液位開(kāi)關(guān)檢測(cè)水位，通過(guò)電機(jī)齒輪鏈條組合控制浮球液位開(kāi)關(guān)上下移動(dòng)?？赏ㄟ^(guò)交互界面設(shè)定浮球液位開(kāi)關(guān)高度，以檢測(cè)不同水位，實(shí)現(xiàn)設(shè)定的工作要求。

圖1 水池控制系統(tǒng)順序功能圖

圖2 控制系統(tǒng)接線原理

表1 控制系統(tǒng)I/O分配

圖3 交互界面圖

3.3 PID控制系統(tǒng)的改進(jìn)

利用PID對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，當(dāng)液位距目標(biāo)值較遠(yuǎn)時(shí)，水閥和水泵將完全打開(kāi)；接近目標(biāo)位置時(shí)其將以緩慢速度精準(zhǔn)停在目標(biāo)液位。而且通過(guò)收集水底壓力傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)，不斷調(diào)整PID參數(shù)，從而達(dá)到最快響應(yīng)及節(jié)水的要求。其運(yùn)行結(jié)果如圖4所示。

圖4 PID控制器仿真結(jié)果

從圖4中可以看出：經(jīng)PID改進(jìn)后，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差不大于0.1，超調(diào)量小于20%，調(diào)節(jié)時(shí)間不大于0.5 s。說(shuō)明PID改進(jìn)是有效的。

4 組態(tài)仿真

4.1 硬件調(diào)試

建立水池控制系統(tǒng)的仿真模型，通過(guò)宇龍機(jī)電控制仿真軟件V3.8進(jìn)行仿真分析，仿真模型如圖5所示。

圖5 水池控制系統(tǒng)仿真模型

4.2 軟件調(diào)試

打開(kāi)宇龍仿真軟件，選擇S7-200系列CPU 222，在其內(nèi)部編輯梯形圖程序，按照設(shè)定的系統(tǒng)要求進(jìn)行軟件仿真，運(yùn)行過(guò)程按照如圖1所示的順序功能圖準(zhǔn)確進(jìn)行，結(jié)果準(zhǔn)確，滿(mǎn)足使用要求。功能圖左側(cè)流程調(diào)試結(jié)果如圖6所示。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的雙水池控制系統(tǒng)選用西門(mén)子S7-200 PLC

系列CPU 222模塊作為控制核心，操作簡(jiǎn)便，可以滿(mǎn)足不同工作環(huán)境的需求，具有較好的通用性和靈活性，避免了水資源的使用受人為等因素的制約，有效地提高了水資源的利用率，減少了水資源的浪費(fèi)。

圖6 功能圖左側(cè)流程調(diào)試結(jié)果圖