基于PLC的水池控制系統(tǒng)設(shè)計

趙 瑞，張鑫力，高振博

(哈爾濱理工大學榮成學院，山東 威海 264300)

0 引言

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

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)液位開關(guān)高度，設(shè)定系統(tǒng)運行條件，然后按下啟動按鈕后，出水閥出水，達到中間抽水泵的接通條件時中間抽水泵開始抽水，達到右側(cè)抽水泵的接通條件時右側(cè)抽水泵開始抽水，達到相應(yīng)的斷開條件時各被控對象斷開。在設(shè)備運行過程中，無論何時出現(xiàn)了錯誤，均會立即引發(fā)報警中斷程序，點亮故障指示燈，同時PLC也會轉(zhuǎn)為STOP狀態(tài)使運動停止。

1.2 工作流程

1.2.1 設(shè)定系統(tǒng)運行條件

(1) 出水閥的接通和斷開條件：

接通：按下啟動按鈕。

斷開：左側(cè)水池液面到達高限位開關(guān)或出水時間達到5 min。

(2) 中間抽水泵的接通和斷開條件：

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

斷開：左側(cè)水池液面到達低液位開關(guān)位置或右側(cè)水池液面到達高液位開關(guān)。

(3) 右側(cè)抽水泵的接通和斷開條件：

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

斷開：液面到達低液位開關(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于語氣表達的選擇并不一定需要遵循一致式，如果能巧妙使用語氣隱喻式的表達，那對于演講者來說無疑是更有利的。在希拉里的這篇演講者中所使用的皆為陳述語氣和祈使語氣，沒有用到疑問語氣。因此，本文將主要從陳述語氣隱喻和祈使語氣隱喻兩個角度來探析希拉里的這篇敗選演講。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 CPU選型

根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求和實際條件，可計算出現(xiàn)場輸入信號7個，輸出信號3個，因此選用S7-200系列 CPU 222，CPU222可以實現(xiàn)8點輸入、6點輸出的控制[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，信號電源由PLC和擴展模塊本身的24 V直流電源提供；輸出回路采用繼電器輸出，每個輸出點額定控制容量為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

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水泵和一個電磁水閥供電[2]。電路開關(guān)選用刀閘開關(guān)，電路接觸器采用CJ20系列CJ20-20，其主觸點額定電壓為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

3.1 定時交互系統(tǒng)

本系統(tǒng)選用昆侖通態(tài)TPC7062TX型號的7寸觸摸屏來作為交互端[4]。在各元件與PLC之間建立數(shù)據(jù)鏈接，實現(xiàn)對運行狀態(tài)的控制與實時監(jiān)控[5]。最終

可完成簡單的人機交互界面，通過交互界面設(shè)定系統(tǒng)的工作時間，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 液面檢測系統(tǒng)

采用浮球液位開關(guān)檢測水位，通過電機齒輪鏈條組合控制浮球液位開關(guān)上下移動。可通過交互界面設(shè)定浮球液位開關(guān)高度，以檢測不同水位，實現(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

利用PID對控制系統(tǒng)進行改進，當液位距目標值較遠時，水閥和水泵將完全打開；接近目標位置時其將以緩慢速度精準停在目標液位。而且通過收集水底壓力傳感器測量的數(shù)據(jù)，不斷調(diào)整PID參數(shù)，從而達到最快響應(yīng)及節(jié)水的要求。其運行結(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)時間不大于0.5 s。說明PID改進是有效的。

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，通過宇龍機電控制仿真軟件V3.8進行仿真分析，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)要求進行軟件仿真，運行過程按照如圖1所示的順序功能圖準確進行，結(jié)果準確，滿足使用要求。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)計的雙水池控制系統(tǒng)選用西門子S7-200 PLC

系列CPU 222模塊作為控制核心，操作簡便，可以滿足不同工作環(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。

圖6 功能圖左側(cè)流程調(diào)試結(jié)果圖