基于Netlinx给水厂控制系统设计.doc

基于Netlinx给水厂控制系统设计 基于Netlinx给水厂控制系统设计基于Netlinx给水厂控制系统设计摘 要水是人类生存的命脉，人们对供水的质量与可靠性的要求不断提高。但是水资源的污染日益严重，越来越多的水厂面临更严峻的水质安全问题，国家对饮水安全的控制力度加大，对供水的深度处理要求越来越高。水处理厂计算机自动化控制系统是保证安全、连续、优质供水的措施。本文通过分析国内外已建水厂自动化控制系统的现状，结合工艺设备智能化的发展趋势，以及我国中小型水厂现状，结合当下比较先进的Netlinx系统，设计了一套以罗克韦尔PLC作为控制器的自来水自动控制系统，该系统通过取水流量，液位等的检测，通过罗克韦尔PLC计算，通过Netlinx的信息网和设备网的通讯，实现对多台电机的自动控制，完成整个系统的运行，该系统能实时监测水质、取水流量，自动控制投矾、加氯，还能自动存储历史数据。此系统不仅能降低能耗、节约成本、减少维修维护工作强度、提高管理水平、确保供水质量，还能推进我国给水工艺的发展，对减小与先进水平的差距都具有现实意义。通过运行情况表明，该系统功能齐全，性能稳定可靠，具有较强的实用性和推广价值。 关键词：可编程序控制器；供水；自动化控制系统；NetlinxAbstractWater is the lifeline of human existence .The requirement of people on the quality and reliability of water supply continued to improve. However the water pollution is serious day by day, more and more water plant is faced with austere problem of water quality security, The Chinese government on drinking water safety control strength to increase, for deep processing of water provide higher requirements.The computer automation control system of the waterworks is an effective measure for guaranteeing the high quality of the water supply in security and continuity. This thesis, which combines with the development tendency of the processing equipment intelligent and the reality of small and medium-sized water treatment plant in our country, Combined with the current more advanced NetLinx system,has designed a water supply automatic control system of PLC Rockwell controller by analyzing the reality of the waterworks automation control system both at home and abroad. The system through the water flow, liquid level, etc,Through Rockwell PLC calculation, through the NetLinx information network and equipment network communication, to achieve the automatic control of multiple motors, to complete the operation of the entire system.This water supply automatic control system can in real time monitor the water quality, the water draw rate, the monitor site area security, etc. Besides, the system can automatically add vitriol and throw chlorine; also, the system can auto save historical data. In addition, the system, in which there is an operation significance for reducing the gap with advanced standards, not only cuts down the energy consumption, saves cost, reduces the service maintenance working strength, enhances the management level, guarantees the water supply quality, but also improves the advancement of the water supply technology. The running conditions of the system reveal that its system function is complete; its performance is stable and reliable; there are strong practicability and promotion value.Key words：Programmable Logical Controller；water supply；position machine of monitor and control system ；Netlinx目 录第1章 绪 论11.1 本课题的研究背景和意义11.2 国内外水厂自动控制的现状及发展趋势21.3 本课题的主要研究的内容4第2章 基于Netlinx给水厂控制系统控制方案设计72.1 设计内容72.2 控制系统方案的论证8第3章 基于Netlinx给水厂控制系统设计的硬件设计123.1 ControlLogix系统简介123.1.1 ControlLogix控制器123.1.2 ControlLogix网络结构133.1.3 ControlLogix软件143.2 主控制器的选型153.3 潜水泵的选型173.4 电磁流量计的选型193.5 液位传感器的选型193.6 检测仪表的选型203.6.1 浊度检测仪选型203.6.2 余氯分析仪选型203.7 主电路设计213.8 I/O分配表213.9 控制器及通讯模块外部接线图253.10 水源地取水控制设计283.11 加药控制设计293.12 加氯控制设计303.13 沉淀控制设计323.14 过滤控制设计33第4章 基于Netlinx给水厂控制系统软件设计344.1 系统软件流程图344.1.1 取水程序流程图344.1.2 加药系统流程图354.1.3 加氯系统流程图354.2 系统硬件组态364.2.1 控制器组态364.2.2 通信模块组态374.2.3 I/O模块组态38第5章 结论42参考文献43致 谢45附录I46附录II50IV第1章 绪 论1.1 本课题的研究背景和意义随着经济社会的发展，水对人民的生活与生产的影响日益突出，人们对供水的质量与安全可靠性的要求不断提高，同时也更加重视降低供水系统的能耗。加强供水系统工况的监测是一项重要而有效的节水降耗措施，因此加强水处理厂的各个工艺环节的自动监测与控制具有重要意义。我国城镇供水在改革开放的二十几年中得到了大发展与大提高。卫生部公布的第三次国家卫生服务调查主要结果显示，我国城市自来水普及率达到96，农村自来水普及率为34。因为我国总体上是一个水资源匮乏的国家，所以在发展供水事业的同时也要考虑节约用水，提高水资源利用率，特别是目前我国的城镇供水在水质处理、工艺设施和管网建设上，与发达国家相比还有一定差距，因此有必要提高城镇水厂的自动化程度。水厂自动化的主要目的不仅是节省劳动力，更主要的是实现可靠、优质、高效的供水保证。生产过程的自动检测、调整、控制和事故报警可保证设备在规定状态下运行，防范事故于未然，实现不间断的可靠供水；投药、过滤、消毒等工艺过程实施闭环控制，可以随着水量、水质的变化及时调整工艺参数，保证出水水质达标；出厂水压自动调整，能保证稳定的服务水压，减少爆管和漏失水量；生产过程的优化运行可以大大减少水、气、电和各种药剂的浪费，达到低耗高效。县镇水厂不同于大中型水厂，其供水规模较小、占地面积较小、日变化系数和时变化系数均较大，水厂技术力量较薄弱、管理水平较低、财力较为紧张等，这就决定了设计思路有别于大中型水厂，但又因其覆盖面广、数量众多，所以中、小型自来水厂的自动化控制系统研究有着广泛的前景。依靠现代化技术手段对生产过程进行控制和管理，提高设备的运行效率和可靠性，节省宝贵的水、电资源，是技术发展的必然趋势。近年来我国中小城市发展迅速，集中用水量急剧增加。据统计，从1990年到1998年，我国人均日生活用水量由175.7升增加到241.1升，增长了37.2%，与此同时我国城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。在用水量高峰期时供水量普遍不足，造成城市公用管网水压浮动较大。由于每天不同时段用水对供水的水位要求变化较大，仅仅靠供水厂值班人员依据经验进行人工手动调节很难及时有效的达到目的。这种情况造成用水高峰期时水位达不到要求,供水压力不足，用水低峰期时供水水位超标,压力过高，不仅十分浪费能源而且存在事故隐患。采用PLC控制不仅可减少人的工作量，还可以降低能源消耗和资源浪费，提高设备的可维护性和运行的可靠性，以达到降低自来水的生产成本和提高生产管理水平的目的。依靠现代化技术手段对生产过程进行控制和管理，提高设备运行效率和可靠性，节省宝贵的水、电资源，是技术发展的必然趋势。由于中小型自来水厂的自动化技术改造在我国有着广泛的前景，本控制系统具有较大的发展潜力和使用价值。1.2 国内外水厂自动控制的现状及发展趋势我国水厂自动化控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的过程。从一开始仅有常规仪表检测，到加药、加氯的局部自动控制，直至九十年代，随着可编程控制器(PLC)的大量推广使用，水厂自动化控制系统才真正建立起来。PLC具有可靠性高、编程简单、使用方使、以及通讯联网功能强的特点。水厂以PLC为主控设备建立的控制系统一般模式为:由设在中控室的上位监控计算机及若干现场PLC联网组成集散型监控系统。开始建立的系统，各分站以功能划分，站内设有监控计算机，这是针对当时PLC的通讯能力不够强大，控制系统可靠性不高所采用的措施，即一旦其它分站出现故障或网络中断后，未出故障的分站还可以在局部区域内实现自动控制。近几年随着PLC网络通讯能力的增强和控制及电气执行机构可靠性的提高，这一模式逐渐被打破。取消了各分站内的监控计算机，各分站的控制区域由以功能划分改为以距离划分，在中控室内监视水厂运行的全过程，应由分站1控制的远方设备工况或采集的检测仪表参数可送入附近的分站2通过网络可靠、及时地传输保证系统的正常、协调运行。目前大部分水厂都是采用的这种模式。在这基础上，对水厂自动化又提出了新要求:即厂内仅配备少量管理、维修人员，生产过程实现自动化，由中央控控制室的工业计算机实现监控和管理的控制系统，也称无人值守控制系统。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、起制动控制、压频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资成本高。随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器，像日本Samco公司，就推出了恒压供水基板，备有“变频泵固定方式、“变频泵循环方式一两种模式，它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多7台电机(泵)的供水系统。这类设备虽微化了电路结构，降低了设备成本，但其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，与别的监控系统(如BA系统)和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，因此在实际使用时其范围将会受到限制。随着技术的不断发展，国际上逐渐对区域的供水系统采用模块化的方式，将设备进行标准化集成，并实现整个生产流程的整体控制，即提高了饮用水生产设备的操作效率和降低了维修成本，又确保了饮用水的生产质量。由于模块化供水系统的先进性，目前国内有多个单位对此类设备进行开发。但国内开发的模块化供水系统由于大多数为单机版控制设备，系统采用 PLC 构成自动控制系统，在控制水平上与国际上先进的控制水平相比仍存在差距，主要表现在：（1）由于各个生产工艺阶段的比较独立的控制，不能完全实现整体模块化水厂的全自动化运行。（2）由于无上位机监控系统，无法直观的了解系统的运行状况；无法获取采集到的相关数据，因此缺少高级优化控制，或控制程度不高。（3）由于系统采用系统机，与不同厂家自控设备无法通讯，无法进行远程通讯及操作。（4）系统的互连和集成比较差，如 SCADA 系统、DCS 系统、GIS 系统之间不能实现数据共享。（5）系统的可靠性、可用性比较差。目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器(PLC)及相应的软件予以实现：有的采用单片机及相应的软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求。原深圳华为(现己更名为艾默生)电气公司和成都希望集团(森兰变频器)也推出了厦压供水专用变频器(5.5kw、22kw)，无需外接PLC和PID调节器，可完成最多4台水泵的循环切换、定时起、停和定时循环。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现，但其输出接口限制了带负载容量，同时操作不方便且不具有数据通信功能，因此只适用于小容量，控制要求不高的供水场所。随着电子信息技术、计算机技术以及光电技术等相关学科的飞速发展，近10年来工业自动化在各个方面都发生了许多变化，包括自动化感应部件、各种检测传感器、变送器、各种间接测量设备、各种执行机构等等底层设备，以及自动回路调节器、自动控制单元、各种大中小型装置控制系统乃至综合优化调度与协调系统和企业综合管理信息系统等。有关控制系统的研究与应用也一直是现代工业生产中的重点工作之一，并且在控制理论和自动控制系统水平方面都发生了极大的变化。现代水处理厂采用计算机控制技术日益普遍。欧美国家一些地方水处理厂已经用计算机进行数据记录和运行过程控制，甚至实现全自动化无人值守控制模式。如美国爱荷华水厂，在七十年代初开始研究微机自动控制水厂投加药剂，1975年应用直接数字式计算机控制自动加矾，运转一年就降低矾耗20%，并且提高了管理水平和稳定了水质。此外，俄罗斯的莫斯科水厂、日本东京朝霞水厂等也先后采用计算机自动控制系统进行控制。在厂区范围内设有若干台现场计算机，对整个水处理过程实现多环路控制，其中包括沉淀、过滤和反冲洗、化学药剂投放等。设在中心控制室内的计算机主机从各个现场计算机中搜集数据，并入提供图表显示、曲线、各个设备动作记录。我国水处理行业采用自动控制系统起步较晚，七十年代才开始采用集中巡检，在检测设备与监视设备方面与国外有较大的差距。随着计算机技术，信息技术和自动控制技术的飞速发展，近年来我国从国外引进了一些先进设备和先进的处理工艺，国内的水处理自动控制水平有了较快发展。由于历史现实的原因，我国水厂自动化的总体发展水平还不高，发展也不平衡。大中城市的水厂特别是发达地区的大型水厂，自动化程度较高，而小城市和城镇的水厂特别是落后地区的小型水厂，自动化程度较低，甚至还是空白。而且，在一些已实现自动化的水厂中，虽然其自动化系统和设备与其它行业如化工、电力等相比不差甚至更先进，但是，其功能并未充分发挥出来。有的自控系统从未运行过，一直处于闲置状态；有的运行一段时间后变为了手动，甚至处于瘫痪状态，造成了自动化系统和设备的极大浪费。水厂工业自动化领域的发展趋势是管理控制的一体化，而现场总线技术的飞速发展为管理控制一体化铺平道路。信息技术的不断发展，网络的普及，将会使管理控制一体化的重要性日益显露，可以预见，以PLC为基础的集散控制系统向以现场总线为基础的管理控制一体化分布式网络通信过渡是必然的发展趋势。1.3 本课题的主要研究的内容这次毕业设计的设计原则是：以任务书所要求的具体设计要求为根本设计目标，充分考虑给水控制的工作环境和工艺流程的具体要求。在满足工艺要求的基础上，尽可能的使结构简练，尽可能采用标准化、模块化的通用元配件，以降低成本，同时提高可靠性。本着科学经济和满足生产要求的设计原则，同时也考虑本次设计是毕业设计的特点，将大学期间所学的知识，如电器设计、电路原理、电机拖动、阀门控制、传感器、可编程控制器（PLC）、电子技术、自动控制、机械系统仿真等知识尽可能多的综合运用到设计中，使得经过本次设计对大学阶段的知识得到巩固和强化，同时也考虑个人能力水平和时间的客观实际，充分发挥个人能动性，脚踏实地，实事求是的做好本次设计。自来水厂自动化系统的总体要求是可靠地实现对各水处理设备和生产过程的自动监控，达到“现场无人值守、控制中心少人值班”的自动化程度。针对以上要求，本系统设计遵循的原则如下：先进性：系统的总体设计结构、软硬件选型、通信手段、开发方式，均应采用已被广泛长期应用和考验、实践证明属先进性的产品和方法，保证系统在建设投运以后在较长时间内具有“技术先进”的生命力。开放性：选用符合国际标准的硬件设备和软件平台，便于二次开发和系统扩展升级。应用软件设计开发要组态方便，相关系统中留有相应的软件接口，使各类型数据得到很好的共享，便于进一步扩展。做到总体规划、统一标准，系统开放、信息共享，保证前期投资的有效性和后续投资的连续性。经济实用性：系统建设要满足工艺要求，切合生产管理的实际情况，并为用户今后的使用、维护及扩展升级考虑，具有高性价比。应根据工艺设备的控制条件、控制频率和控制重要性等因素框定控制范围，避免过分追求控制范围的扩大化，提高系统的实用性和经济性。可靠性：考虑系统的抗干扰和防雷问题；采用冗余热备份技术，提高系统可靠性；考虑系统的网络安全性，使系统具有一定的抗入侵能力。根据以上原则，本设计的控制过程主要完成加矾、加氯量的调节，通过可编程逻辑控制器PLC来实现。具体如下：收集传感器对压力、流量、浊度、余氯数据的采集，具体包括取水口流量、出水口流量、取水口浊度、沉淀池浊度、出水口浊度、沉淀池余氯、出水口余氯传送给PLC，PLC根据数字显示，通过控制加氯仪和投矾仪的开关来实现自来水的消毒与净化。用于生产管理的计算机根据PLC上传的各仪表所检测到的数据，结合相关标准，经过分析后，将结果下传给PLC，最终控制加矾、加氯。本论文主要介绍以可编程控制器PLC为核心，提出具体给水厂控制系统设计的基本思路和方法。 （1）总体方案设计：根据系统概况和系统控制要求，对系统进行总体方案设计，进而确定系统的组成。 （2）下位机系统的硬件设计：根据系统工艺和控制要求，设计一个以PLC为核心的控制系统，系统由电气元件、PLC、传感器、现场机构组成。 （3）系统的软件设计：利用罗克韦尔PLC的编程软件RSLogix5000编制梯形图，实现供水过程的自动控制。第2章 基于Netlinx给水厂控制系统控制方案设计2.1 设计内容本次毕业设计是基于Netlinx的供水厂的自动控制系统的设计，现阶段我国供水系统处于高速发展阶段，在PLC被广泛应用于供水系统以来，我国供水控制系统取得了实质性的发展，从一开始完全根据值班人员的经验来控制供水，到现在的PLC自动供水控制系统的发展，我国供水行业取得了巨大的进步，但是，现阶段我国的供水控制系统还存在一些问题，需要进一步的改进，所以本次毕业设计的目的就是为了发展我国自动供水系统，更好的提升我国供水系统的先进性。控制系统工艺流程图如图2.1所示。 图2.1 控制系统工艺流程图本次设计选择罗克韦尔公司的PLC。根据系统信号输入输出的点数，主机模块选择了ControlLogix5561，系统由EtherNet通信，通过罗克韦尔系统三层网络进行信息传递，通过对输入输出点的分配，选择输入模块为1756-IB32/A，输出模块为1756-OB32。电气元器件方面，水泵选择沈阳节能潜水泵制造有限公司的QJ系列潜水泵，流量计选择MGG/C15151231EAA型电磁流量计以及沈阳电机集团实业电机有限公司的Y系列电动机，通过硬件的作用完成系统的运行，通过RSLogix5000编制软件编写梯形图，实现整个系统的控制。本次设计采用了罗克韦尔PLC，具体的硬件设计以及软件编程是在我国原有的供水系统上加以改进，本次设计的目的是提高我国供水系统的先进性以及可靠性，期望可以提高我国供水的水平。2.2 控制系统方案的论证目前在我国自动控制领域，应用的控制核心主要分为两大类，即基于单片机的自动控制系统以及基于PLC的自动控制系统。方案一：基于单片机的控制系统设计采用AT89C51 8位单片机实现。单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。信息量采集采用一般的模拟量传感器采集，需要设计信号调理电路、A/D 转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到微处理器处理，经过处理的数据经显示电路显示在屏幕上。软件设计则采用模块化编程方法，使得程序易于调试和维护，实现数据处理、实时显示、报警等功能。整个硬件系统分为以下几个模块：传感器模拟信号采集处理模块，A/D转换模块，显示模块、报警模块和单片机系统模块及EPROM和RAN扩展。系统框图如图2.2所示。 图2.2 单片机控制框图方案二：基于PLC的控制系统可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称PLC。国际电工委员会（IEC）在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令。并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”PLC的工作原理图如图2.3所示。 图2.3 PLC工作原理图 将方案一、方案二对比，利用PLC对生产过程进行生产控制，灵活性高且控制器的体积较小，选用方案二作为系统的设计方案，即PLC为系统的控制器。本次设计水源地取水和水处理过后的储存由14台300KW的水泵完成，加药过程由电机控制完成，电机和水泵的控制由罗克韦尔自动化的NetLinx三层网络系统实现控制，此次设计采用的是罗克韦尔自动化ControlLogix系统。根据控制系统要求，PLC控制器主要是对两个取水泵站的14台水泵和两个液位传感器、加药站的加药泵、加压站的四台加压泵进行控制及向上位监控机传送各种信息。由此，PLC控制系统的基本结构框图，如图2.4所示。 图2.4 系统结构框图本次设计包含二个系统，分别是： （1）电动阀门控制系统它控制16台加压泵电动阀门的打开与关闭，可以实现自动控制。 （2）PLC电气控制系统利用PLC实现实现14台抽水泵和16台加压泵控制，并向上位机的传送。本系统包括中控室、取水地、加矾加氯间、反应池、过滤池、清水池、送水泵房等各环节组成，各子系统由PLC站控制，中控室有2台分别用于生产管理的计算机，中控计算机可实时显示各PLC单元控制的仪表、机电、加矾、加氯设备和滤池在内的工作情况，可对系统的所有设备进行远程操作和控制。PLC接收流量、浊度无线远传信号，控制加氯、加矾量；管理计算机用于显示、存储视频信号，以便于管理。图2.5是水厂自动化控制系统总体结构图。水质监测系统主要由信息采集、信息分析、信息管理与反馈三部分组成。其中信息采集部分由流量检测仪、浊度检测仪、余氯分析仪、信息分析部分由PLC可编程控制器组成。仪器仪表的分布主要设置在三个地段：取水口处检测水源各项指标，保证最快地决策投矾量，避免由于延迟带来的投矾量误差；滤池后检测的各项指标起到反馈调节的作用，自动微调投矾加氯量，使整个系统成为一个闭环调节系统，保证实现最佳控制；在自来水出厂之前再对所有指标做一次检测，一方面这个数据上报管理机构存档，可以直接打印报表，另一方面是为防止特殊环境下清水池污染等突发事件发生时可以及时报警。 图2.5 系统总体图本设计的控制过程主要完成加矾、加氯量的调节，通过可编程逻辑控制器PLC来实现。具体如下：收集传感器对流量、浊度、余氯数据的采集，具体包括取水口流量、出水口流量、取水口浊度、沉淀池浊度、出水口浊度、沉淀池余氯、出水口余氯传送给PLC，PLC根据数字显示，通过控制加氯仪和投矾仪的开关来实现自来水的消毒与净化。PLC实时监测上述输入的信号，并把信号传给工控机，通过组态软件实时显示、报警、控制操作和实现数据管理。用于生产管理的计算机根据PLC上传的各仪表所检测到的数据，结合相关标准，经过分析后，将结果下传给PLC，最终控制加矾、加氯。第3章 基于Netlinx给水厂控制系统设计的硬件设计3.1 ControlLogix系统简介3.1.1 ControlLogix控制器ControlLogix创立了一个新的标准，以让PLC在所要求的简单易用的环境中发挥出更加出色的表现和性能。ControlLogix控制器在容量可选的存储单元的配合下，可以支持精确的复杂运算处理，除满足顺序控制、过程控制以外，并且可以提供快速的运动控制。其处理器是模块化的，允许根据具体应用，选择各种存储单元规格的不同处理器。多种多样的控制器、通讯模块和I/O模块可以不加限制地组合使用。对于I/O接口，不需要专门为之安排一个处理模块，系统就好比在生长一样，系统网络允许为额外的底板或者背板分配控制资源。ControlLogix控制器的优点有： （1）模块化的高性能控制平台可满足顺序控制、过程控制、驱动以及运动控制的要求。每一个ControlLogix控制器可以执行多个控制任务，减少了系统对控制器的数量要求，进而加快了系统故障的检查。多个周期性的任务可以在不同的时刻触发，以达到更高性能水平。 （2）在没有限制的条件下组合多个控制器、网络和I/O。ControlLogix平台的高性能在一定程度上归功于ControlLogix的底板或者说是背板，因为它提供了一个非常快捷的NetLinx网络，在这个网络上，ControlLogix的控制器、I/O模块和通讯模块可以像一个个的节点一样完成需要一定智能的任务。 （3）通用的编程环境和Logix控制引擎。无论如何组建控制平台或者搭建网络，由于使用了通用的控制模块，系统的成本低而且相互的整合也更加方便。系统的配置和编程的一致协调，使得最初程序的扩展和长期的系统维护都可以更加轻松的完成。 （4）与NetLinx公共网络体系的互联。在各个层面上通过网络实现信息的无缝互通，并且可以与互联网进行交互，实现了电子信息化的控制应用。 （5）多品种的I/O模块。模拟量、数字量以及特殊的I/O模块满足各种场合使用要求。 （6）对成熟的自诊断和高水平的可靠性的标准化设计提供了必要的可靠性能。3.1.2 ControlLogix网络结构通讯是ControlLogix平台的命脉。Contro1Logix的无源数据总线背板消除了通讯瓶颈现象，ControlLogix的无源数据总线背板采用了生产者客户(producer/consumer)技术，可提供高性能的确定性数据传送。Logix5561处理器通过Contro1Logix背板与本地框架中的1756IO模块通讯。除了Logix5561处理器自带的RS232(DFl协议)端口以外，与通讯网络的接口是模块化的。用户可以使用单独的通讯接口模块来实现背板与Ethernet、ControlNet、DeviceNet和普通的Remote IO链路之间的接口。如果用户在ControlLogix背板上安插了多个通讯接口模块、则用户就可在RS-232，Contro1Net，Ethernet和DeviceNet网络之间组态一个网关来桥接和传送控制数据及信息数据。 网络结构的最大特点就是采用三层网络构架来满足数据量以及实时性的不同要求。 （1）信息层的网络 在生产调度层（信息层）采用基于TCP/IP通讯协议的工业以太网（EtherNet/IP）作为网络媒介，网络传输速率为10/100Mb/s。由于PLC网络中采用了以太网网络技术，所以许多PLC产品都支持以太网的TCP/IP通信协议，它们将控制系统与监视和信息管理系统集成起来，通过以太网网络，用于监控的可编程序控制器、工业计算机以及商业计算机系统就可以存取车间级的数据。这样的数据能用于数据采集、监控、计算管理、统计质量控制、设备维护、生产流程以及物料跟踪，同时TCP/IP协议可以使计算机访问使用结构化询问语言SQL的开放型数据库。 （2）控制层的网络ControlNet控制网网络是一种用于对信息传送有时间苛刻要求的、高速确定性网络，同时，它允许传送无时间苛求的报文数据，但不会对有时间苛刻要求的数据传送造成冲击。它支持介质冗余和本质安全，在工业控制网络中，主要用于控制器、工控机、图形终端和人机界面（HMI）之间的通讯。同时也能够与各种设备连接，包括操作员界面、拖动装置以及其他与控制网连接的设备。采用生产者/消费者（Producer/Consumer）模型，支持对等（点对点）、多主和主从通讯方式，或三者的任意组合。高吞吐量5Mb/s的数据传送率用于改善I/O、控制器互锁以及对等通信报文传送的性能。 （3） 设备层的网络DeviceNet设备网网络是一种用于对底层设备信息传送现场总线网络。它既可以连接简单的底层工业设备，又可以连接像变频器、操作员终端这样的复杂设备。其物理层采用CAN总线技术，通过一根电缆将诸如可编程控制器、传感器、测量仪表、光电开关、变频器、操作员终端等现场智能设备连接起来，它是分布式控制理想的解决方案。DeviceNet设备网网络虽然属于工业控制网络的底层网络，通讯速率不高，数据传输量也不大，但其具有低成本、高效率、高可靠性的特点。其同一网段上最多可以容纳64个节点，三种可选的数据传输速率：125kbit/s、250kbit/s、500kbit/s，采用生产者/消费者（Producer/Consumer）模型，支持对等（点对点）、多主和主从通讯方式。3.1.3 ControlLogix软件ControlLogix软件系统包括集成软件开发平台RSLogix5000、通讯服务软件包RSLinx、网络组态软件RSNetWorx。RSLogix5000软件是符合IEC61131-3标准的软件包，是一个包含编程、诊断、在线监控等功能的集成系统开发平台。RSLinx提供了一个贯穿整个网络的友好的用户图形界面，支持和许多不同网络上的多种设备同时进行通讯。RSNetWorx网络组态软件是用于进行组态和规划的工具，允许用户为网络创建一个图形化界面，并配置相应的参数以定义网络。又根据三层网络构架分别有三个软件：RSNetWorx for DeviceNet（用于设备网组态）、RSNetWorx for ControlNet（用于控制网组态）、RSNetWorx for EtherNet/IP（用于以太网组态）。系统控制模块组成图如图3.1所示。 图3.1 ControlLogix控制模块3.2 主控制器的选型本次系统选择的是1756-L61处理器，该处理器为常用的ControlLogix系统的处理器，该处理器是一个2M内存，32位的微处理器，支持浮点运算、和全部的数字量和模拟量，具有在线维护能力,处理器固件(FirmWare)可以进行升级。以下是处理器技术指标。表3.1 处理器技术指标处理器内存容量最大I/O数量最大模拟量程序执行时间通讯Logix55612M128,0004,000输入或2,000输出0.08 ms/KEtherNetControlNetDeviceNetRS232-CRS485一个Logix5561处理器支持128000个离散或4000个模拟的I/O点，在安装有Logix5561处理器的一个背板上的1756I/O模块最多可以收发512个数字量，256个模拟量的输入或者96个模拟量的输出。如果是远程I/O，单独一个处理器可以交互的远程I/O最多达250个。控制器可以通过以太网、控制网、设备网和远程I/O网络来监控这些I/O接口。 ControlLogix处理器模块的正面视图如图3.2所示。工作方式选择钥匙开关有三个位置：RUN，REM，PROG,开关不同位置所对应的工作方式如表3.2所示。面板上还有若干LED指示灯，指示灯有亮灭和颜色的变化，其含义如表3.3所示。在ControlLogix处理器模块内包含了一个RS232端口，利用该端口可以进行对处理器模块初始参数设置、处理器固件(FirmWare)升级、项目（程序）的上传下载等一般性的通讯任务。ControlLogix处理器的指令丰富，功能强大。除了具有所有传统的位操作指令、定时器计数器指令、数据传送指令、算术运算指令、比较指令、顺控指令、程序控制指令以外，还有功能强大的输入/输出指令、数组（文件）操作指令、三角函数指令、高级算术指令（指数、对数）、算术转换指令。更突出的是还有PID、伺服运动控制等专用指令。 图3.2 ControlLogix处理器模块表3.2 工作方式选择工作方式开关位置本地编程PROG本地运行RUN远程编程从PROG转到 REM远程运行从RUN转到 REM远程测试REM，编程软件在线并选择Test模式 表3.3 面板状态指示指示灯状态/颜色说明RUN熄灭没有任务在运行控制器处于编程方式或测试方式绿色有一个或多个任务在运行控制器处于Run方式I/O熄灭没有组态的I/O或内存中没有项目绿色与所有组态的设备通讯绿色闪烁有一个或多个设备未响应 续表3.3红色闪烁机架故障RS232熄灭未激活绿色正在接收数据或传送数据BAT熄灭电池可以支持内存红色电池不能支持内存或没有电池OK熄灭未接通电源红色闪烁可恢复故障红色不可恢复故障，可更换机架电源，下载项目并运行来清除故障绿色控制器OK3.3 潜水泵的选型潜水泵是深井提水的重要设备。使用时整个机组潜入水中工作。把地下水提取到地表，是生活用水、矿山抢险、工业冷却、农田灌溉、海水提升、轮船调载，还可用于喷泉景观，热水潜水泵用于温泉洗浴，还可适用于从深井中提取地下水，也可用于河流、水库、水渠等提水工程。主要用于农田灌溉及高山区人畜用水，亦可供中央空调冷却、热泵机组、冷泵机组、城市、工厂、铁路、矿山、工地排水使用。潜水电泵机组由：水泵、潜水电机（包括电缆）、输水管和控制开关四大部分组成。潜水泵为单吸多级立式离心泵；潜水电机为密闭充水湿式、立式三相鼠笼异步电动机，电机与水泵通过爪式或单键筒式联轴器直接；配备有不同规格的三芯电缆；起动设备为不同容量等级的空气开关和自耦减压气动器、输水管为不同直径的钢管制成，采用法兰联结，高扬程电泵采用闸阀控制。潜水电机轴上部装有迷宫式防砂器和两个返向装配的骨架油封，防止流砂进入电机。潜水电机采用水润滑轴承，下部装有橡胶调压膜、调压弹簧，组成调压室，调节由于温度引起的压力变化；电机绕组采用聚乙烯绝缘，尼龙户套耐水电磁线，电缆联结方式按电缆接头工艺，把接头绝缘脱去刮净漆层，分别接好，焊接牢固，用生橡胶绕一层。再用防水粘胶带缠2-3层，外面包上2-3层防水胶布或用水胶粘结包一层橡胶（自行车里胎）以防渗水。潜水泵每级导流壳中装有一个橡胶承；叶轮用椎形套固定在泵轴上；导流壳采用螺纹或螺栓联成一体。高扬程潜水泵上部装有止回阀，避免停机水锤造成机组破坏。电机密闭，采用精密止口螺栓，电缆出口加胶垫进行密封。电机上端有一个注水孔，有一个放气孔，下部有个放水孔。电机下部装有上下止推轴承，止推轴承上有沟槽用于冷却，和它对磨的不锈钢推力盘，承受水泵的上下轴向力。QJ型井用潜水电泵是电机与水泵直联一体潜入水中工作的提水机具，它适用于从深井提取地下水、也可用于河流、水库、水渠等提水工程：深井潜水电泵主要用于农田灌溉及高原山区的人畜用水，亦可供城市、工厂、铁路、矿山、工地供排水使用。 （1）潜水电泵产品特点1 电机、水泵一体，潜入水中运行，安全可靠。2 对井管、扬水管无特殊要求（即：钢管井、灰管井、土井等均可使用）3 安装、使用、维护方便简单，占地面积小、不需建造泵房。4 结构简单、节省原材料。5 潜水电泵使用的条件是否合适，管理得当与使用寿命有直接的关系。6 额定频率为50HZ，额定电压为3805%V的三相交流电源。7 水泵进水口必须在水位1米以下，但潜水深度不得超过静水位70米以下 8 水温一般不得高于20.9 水中含砂量不大于0.01%（重量比）；10 PH值在6.58.5范围；11 氯离子含量不大于400毫克/升。本次设计使用的沈阳节能潜水泵制造有限公司的QJ系列潜水泵，该公司的潜水泵如图3.3所示。 图3.3 QJ系列潜水泵3.4 电磁流量计的选型AFLD(艾拓利尔)型智能电磁流量计由传感器和转换器两部分构成。它是基于法拉第电磁感应定律工作的，是一种测量导电介质体积流量的感应式仪表。除可测量一般导电液体的体积流量外，还可用于测量强酸强碱等强腐蚀液体和泥浆、纸浆等均匀液固两相悬浮液体的体积流量。广泛应用于石油、化工、冶金、造纸、环保、食品等工业部门及市政管理，水利建设、河流疏浚等领域的流量计量。AFLD(艾拓利尔)型智能电磁流量计的输入信号为4-20mA或1-5V DC，额定工作压力：DN10DN254.0MPa，流速范围：0.1-15m/s，信号输出：4-20mA(负载电阻0-750）,脉冲/频率,