1、第1章緒論水塔水位控制系統(tǒng)是我國住宅小區(qū)廣泛應用的供水系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點，研究設計的基于PLC控制的多泵循環(huán)變頻恒壓供水系統(tǒng)，采用可編程序控制器、變頻器以及壓力變送器等器件，完成邏輯控制、變頻調(diào)速和數(shù)據(jù)采樣等功能,使系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制，達到節(jié)能的目的，提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量.1.1水塔供水的發(fā)展供水是一個關系國計民生的重要產(chǎn)業(yè)。隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，對城市供水提出了更高的要求，要滿足及時、準確、安全保證充足供水，如果仍然沿用人工方式，勞動強度大，工作效率低，安全性難以保障，為此必須進行水塔水位控制自動化系統(tǒng)的改造。可編程控制器（PLC）因其高可靠性和較高

2、的性價比在工業(yè)控制中得到廣泛的應用。本文針對目前比較流行的控制技術，利用PLC和傳感器構成了水塔水位恒的控制系統(tǒng)。改造后的水塔水位自控系統(tǒng)，實現(xiàn)水塔水位自動控制系統(tǒng)，遠程監(jiān)控，實現(xiàn)無人值守。第10頁共27頁第三章可編程序控制器目前的控制器有很多種，有可編程序控制器、單片機、工業(yè)計算機等，而可編程序控制器具有驅(qū)動能力好、通信接口不復雜、指令簡單、運行可靠等優(yōu)點，所以本課題選用可編程序控制器可編程序控制器（簡稱PLC）是在繼電順序控制基礎上發(fā)展起來的以微處理器為核心的通用自動控制裝置，PLC是電子技術、計算機技術與繼電邏輯自動控制系統(tǒng)相結合的產(chǎn)物。PLC作為自動控制系統(tǒng)中的一個核心部件，要使它能在

3、控制系統(tǒng)中充分發(fā)揮其功能，就必須了解PLC的結構、工作原理等。以可編程控制器為核心單元的控制系統(tǒng)稱為可編程控制系統(tǒng)。可編程控制系統(tǒng)可分為硬件和軟件。PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口電源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入/輸出設備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計算機等外設連接。對于整體式PLC,所有部件都裝在同一機殼內(nèi)，其組成框圖如圖1T所示；對于模塊式PLC,各部件獨立封裝成模塊，各模塊通過總線連接，安裝在機架或?qū)к壣希浣M成框圖如圖1-2所示。無論是哪種結構類型的PLC,都可根據(jù)用

4、戶組需要進行配置與組合。PLC基本單元輸入端口編程器7寫入器-打印機-人機界面。上位計算機-PLC總線電源CPU輸出端口1通信接口存儲器擴展接口V*3. 2可編程序控制器的工作原理PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即在PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的一個掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。PLC在輸

5、入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段。PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應的運算和處理后，其結果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應的運算和處理后，其結果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段：當所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中

6、，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動相應輸出設備工作。3.3可編程控制布的結構按硬件的結構類型分類可編程控制器是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設計的。為了便于在工業(yè)現(xiàn)場安裝，便于擴展，方便接線，其結構與普通計算機有很大區(qū)別，常見的有單元式、模塊式及疊裝式三種結構。(1) 按應用規(guī)模及功能分類為了適應不同工業(yè)生產(chǎn)過程的應用要求，可編程控制器能夠處理信號的輸入信號數(shù)量是不一樣的。一般將一路信號稱作一個點，將輸入點和輸出點數(shù)的總和稱為機器的點。按照點數(shù)的多少，可將PLC分為超小(微)、小、中、大、超大等五種類型。可編程控制器還可以按功能分為低檔機、中檔機及高檔機。而可編程控制器按功能劃分及按點

7、數(shù)規(guī)模劃分是有一定聯(lián)系的。一般大型、超大型機都是高檔機。機型和機器的結構形式及內(nèi)部存儲器的容量一般也有一定的聯(lián)系，大型機都是模塊式機，具有很大的存儲容量。第四早變頻器4.1變頻器的概述變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。可分為交一一交變頻器，交一一直一一交變頻器。交一一交變頻器可直接把交流電變成頻率和電壓都可變的交流電；交直交變頻器則是先把交流電經(jīng)整流器先整流成直流電，再經(jīng)過逆變器把這個直流電流變成頻率和電壓都可變的交流電。變頻技術是應交流電機無級調(diào)速的需要而誕生的。20世紀60年代以后，電力電子器件經(jīng)歷了SCR（晶閘管）、GT0（門極可關斷晶閘管）、B

8、JT（雙極型功率晶體管）、M0SFET（金屬氧化物場效應管）、SIT（靜電感應晶體管）、SITH（靜電感應晶閘管）、MGT（M0S控制晶體管）、MCT（M0S控制晶閘管）、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）、HVIGBT（耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管）的發(fā)展過程，器件的更新促進了電力電子變換技術的不斷發(fā)展。20世紀70年代開始，脈寬調(diào)制變壓變頻（PWM-VVVF）調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀80年代，作為變頻技術核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世紀80年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達國家的VVVF變頻器已投入市場并獲得

9、了廣泛應用。4.2變頻器的分類變頻器即電壓頻率變頻器，是一種將固定頻率的交流電變換成頻率、電壓連續(xù)可調(diào)的交流電，以供給電動機運轉的電源裝置。目前國內(nèi)外變頻器的種類很多,可按以下幾種方式分類。4.2.1按變換環(huán)節(jié)分類1. 交一直一交變頻器交一直一交變頻器首先將頻率固定的交流電整流成直流電，經(jīng)過濾波，再將平滑的直流電逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電。2. 交一交變頻器交一交變頻器把頻率固定的交流電變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電。4.2.2按電壓的調(diào)制方式分類1. PAM（脈幅調(diào)制）所謂PAM,是PulseAmplitudeModulation的簡稱，它是通過調(diào)節(jié)輸出脈沖的幅值來調(diào)節(jié)輸出電壓的一種方式，調(diào)節(jié)過

10、程中，逆變器負責調(diào)頻，相控整流器或直流斬波器負責調(diào)壓。2. PWM（脈寬調(diào)制）所謂PWM,是PulseWidthModulation的簡稱，它是通過改變輸出脈沖的寬度和占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓的一種方式，調(diào)節(jié)過程中，逆變器負責調(diào)頻調(diào)壓。4.2.3按濾波方式分類1. 電壓型變頻器2. 電流型變頻器4.2.4按輸入電源相數(shù)分類1. 三進三出變頻器2. 單進三出變頻器4.2.5按控制方式分類1. U/f控制變頻器2. 轉差頻率控制變頻器3. 矢量控制方式變頻器3變頻器的基本構成變頻器的基本構成如圖所示，由主電路和控制電路組成。逆變器控制指令控制指令控制電路變頻器的基本構成44變頻器的工作原理變頻器的工作

11、原理我們知道,交流電動機的同步轉速表達式位：n=60f(l-s)/p(1)式中n異步電動機的轉速；f異步電動機的頻率；s電動機轉差率；p電動機極對數(shù)。由式(1)可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在050Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機轉速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。第五章傳感器在科學技術高度發(fā)達的現(xiàn)代社會中，人類已進入瞬息萬變的信息時代。人們在從事工業(yè)生產(chǎn)和科學實驗等活動中，主要依靠對信息資源的開發(fā)、獲取、傳輸和處理。傳感器處于研究對象與測控系統(tǒng)的接口位置，是感知、獲取與檢測信息的窗口，一

12、切科學實驗和生產(chǎn)過程，特別是自動檢測和自動控制系統(tǒng)要獲取的信息，都要通過傳感器將其轉換為容易傳輸與處理的電信號。傳感器通常是指按一定規(guī)律將所感受的被測非電量（包括物理量、化學量、生物量等）轉換成便于處理與傳輸?shù)碾娏浚ㄉ贁?shù)為其他物理量，如光信號）的器件或裝置。傳感器包含兩個必不可少的內(nèi)容：一是拾取信息，二是將拾取到的信息進行變換，使之變成為一種與被測量有確定函數(shù)關系且便于處理與傳輸?shù)奈锢砹浚鄶?shù)為電量。傳感器是傳感系統(tǒng)的一個組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關口。5.2傳感器的分類液位傳感器有很多種，有側裝式磁翻柱，頂裝式磁翻柱，浮球連桿式，靜壓式液位計，浮球液位開關等。如圖4-1所示。下面我

13、將介紹浮子液位傳感器。UHZ/Q型系列浮子液位計適用工業(yè)生產(chǎn)中各種高位、低位容器中各種液體介質(zhì)的液面位置的測量。它的接收部份采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼材料，利用干簧受磁性吸合的原理，把液面位置的變化轉變?yōu)殡娦盘柕淖兓⒖筛郊右何挥嬌舷略轿粓缶骷斑h距離信號變送器，將液位變化轉換成4-20mA直流信號，與組合儀表配套使用，達到液位的遠距離指示檢測與監(jiān)控。5.3傳感器的組成一般是由敏感元件、轉換元件組成。敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應被測非電量，并將其送到“轉換元件”轉換成電量的部分。轉換元件是指傳感器中能將敏感元件感受或響應的被測量轉換成適于傳輸或測量的電信號部分。因為課題用于水中因此選用液位傳感器

14、，利用液體浮力測液位的原理應用廣泛，靠浮子隨液面升降的位移反映液位變化的，屬于恒浮力式；靠液面升降對物體浮力改變反映液位的屬于變浮式力。自由狀態(tài)下的浮子能跟隨液面升降，這是人盡皆知的水漲船高規(guī)律。當浮子的升降程度到達設定的刻度時，行程開關開始工作。并將采集到的信號傳送給PLCo浮子式水位傳感器是選用JZB系列絕對編碼器，配用線輪、不銹鋼繩、重錘、防浪錘和浮子等構成。此傳感器安裝在測井口上方，連接浮子和重錘的測繩掛在掛輪上。當水位變化時浮子隨之上升或F降，測繩便帶動線輪作旋轉運動，傳感器輸出與水位相應的編碼數(shù)字量。適用于水庫、水電站、水文站、水廠、江河、湖泊等水位測量。傳感器以絕對編碼的方式，輸

15、出并行循環(huán)參碼供儀表采集，配以變送裝置可輸出4-20mA或RS485供PLC或微機采集，該傳感器性能穩(wěn)定可靠，適應性強，具有絕對編碼器的突出優(yōu)點，深受廣大水文、水利工程技術人員的好評。第六章系統(tǒng)程序設計第二章水泵2.1水泵的概述水泵的種類繁多，有不同的結構特點和使用范圍，根據(jù)工作原理可分成三類：葉片泵、容積泵、噴射泵。葉片泵是利用葉輪的葉片來輸送液體的，如離心泵、混流泵、軸流泵和旋渦泵等。在此次的水位控制系統(tǒng)中，采用了ISG系列的單級單吸立失管道離心泵，如圖所示。ISG系列單級單吸立式管道離心泵ISG系列單級單吸立式管道離心泵，是上海虹興泵業(yè)制造有限公司科技人員聯(lián)合國內(nèi)水泵專家選用優(yōu)秀水力模型

16、，采用IS型離心泵之性能參數(shù)，在一般立式泵的基礎上進行巧妙組合設計而成。同時根據(jù)使用溫度、介質(zhì)等不同在ISG型基礎上進行巧妙組合設計而成。同時根據(jù)使用溫度、介質(zhì)等不同在ISG型基礎上派出適用熱水、高溫、腐蝕性化工泵、油泵。該系列產(chǎn)品具有高效節(jié)能、噪音低、性能可靠等優(yōu)點。第22頁共27頁IISOXOO1T$"一"伊so$20S24ElSOETS20$2。15-|SrL|19X011HF$21?2-|STL（?5?7處mTX017mX012Ah（YOOO；（仰1；c順：fEI$21:（傾；（仰1；（仰8:（仰0；®$20:®$22:$22T叫$23T叫$24

17、T叫X012X016ifX017T卜X012HFX013TX015X016T卜mAbX015T卜X002T卜（VOOO$21$23（YOOO$22$24$23S0REIEND353840424548515355586163666970第七章結束語經(jīng)過了兩個多月的學習和工作，我終于完成了水塔水位自動控制系統(tǒng)這篇論文。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在技師上課期間獨立完成的最大的項目。在這段時間里，我學到了很多知識也有很多感受，從對PLC,傳感器，變頻器等相關技術很不了解的狀態(tài)我開始了獨立的學習和試驗，查看相關的資料和書籍，讓自己頭腦

18、中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起來，每一次改進都是我學習的收獲，每一次試驗的成功都會讓我興奮好一段時間。從我也認識到了PLC那巨大的用處。雖然我的論文作品不是很成熟，還有很多不足之處，但我可以自豪的說，這里面的每一段代碼，都有我的勞動。當看著自己的程序，自己成天相伴的系統(tǒng)能夠健康的運行，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最終都會化為甜美的甘泉。這次做論文的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學習的過程和研究的過程，沒有學習就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫論文了。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學習

19、中激勵我繼續(xù)進步。致謝參考文獻1 史國生主編.電氣控制與可編程控制器技術.北京：化工出版社，2005.2 高欽和主編.可編程控制器應用技術與設計實例.北京：人民郵電出版社，2004.3 何衍慶等編.可編程控制器編程語言及應用.北京：電子工業(yè)出版社，20064 郭宗仁主編.可編程序控制器及其通信網(wǎng)絡技術.北京：人民郵電出版社，1999.5 廖常初主編.PLC編程及應用.北京：機械工業(yè)出版社，2002.6 汪曉平等編.PLC可編程控制器系統(tǒng)開發(fā)實例導航.北京：人民郵電出版社，2004.7 求是科技主編.PLC應用開發(fā)技術與工程實踐.北京：人民郵電出版社，2005.8 錢銳等編.PLC應用技術，北京

20、：科學出版社.2006.9 賈德勝主編.PLC應用開發(fā)實用子程序.北京：人民郵電出版社，2006.10 賀安之等編.現(xiàn)代傳感器原理及應用.北京：宇航出版社，1995.離心泵主要部件有葉輪、泵殼和軸封裝置。2.2.1葉輪葉輪的作用是將原動機的機械能直接傳給液體，以增加液體的靜壓能和動能（主要增加靜壓能）O葉輪一般有612片后彎葉片。葉輪有開式、半閉式和閉式三種。開式葉輪在葉片兩側無蓋板，制造簡單、清洗方便，適用于輸送含有較大量懸浮物的物料，效率較低，輸送的液體壓力不高；半閉式葉輪在吸入口一側無蓋板，而在另一側有蓋板，適用于輸送易沉淀或含有顆粒的物料，效率也較低；閉式葉輪在葉輪在葉片兩側有前后蓋板

21、，效率高，適用于輸送不含雜質(zhì)的清潔液體。一般的離心泵葉輪多為此類。葉輪有單吸和雙吸兩種吸液方式。2.2.2泵殼作用是將葉輪封閉在一定的空間，以便由葉輪的作用吸入和壓出液體。泵殼多做成蝸殼形，故又稱蝸殼。由于流道截面積逐漸擴大，故從葉輪四周甩出的高速液體逐漸降低流速，使部分動能有效地轉換為靜壓能。泵殼不僅匯集由葉輪甩出的液體，同時又是一個能量轉換裝置。2.2.3軸封裝置作用是防止泵殼內(nèi)液體沿軸漏出或外界空氣漏入泵殼內(nèi)。常用軸封裝置有填料密封和機械密封兩種。填料一般用浸油或涂有石墨的石棉繩。機械密封主要的是靠裝在軸上的動環(huán)與固定在泵殼上的靜環(huán)之間端面作相對運動而達到密封的目的。2.3.1離心泵的工

22、作原理葉輪安裝在泵殼2內(nèi)，并緊固在泵軸3上，泵軸由電機直接帶動。泵殼中央有一液體吸入4與吸入管5連接。液體經(jīng)底閥6和吸入管進入泵內(nèi)。泵殼上的液體排出口8J=：地山苗C洗食為口反10-0984231-°+輪2-親秀3-泵袖4-吸入口5-吸入甘8-排出口9-排出鶯10-通節(jié)閥EB2-1噩心泵裝置簡綠環(huán)泵在泵啟動前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體；啟動后，啟動后，葉輪由軸帶動高速轉動，葉片間的液體也必須隨著轉動。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴大而減速，又將部分動能轉變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場所。液體由葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方