《基于三菱PLC的水泵运行失效监控系统设计》12000字（论文）

目录页共39页第一章序言1.1课题研究背景及意义泵是一种可广泛用于输送流体及使流体增压的机械，通常都会把抬高流体、传送流体或使流体升高压力，即把输入的原动设备的机械能转化成为流体能量的机械叫作泵。人类社会在与自然界的争斗中打造了最古老的取水器械，如水车、辘轳等，诸如此类全是水泵的雏形。伴随着生产的快速发展和对自然的规律的了解和把握，这样的最早的抽水器具就逐渐开始变化成为当今的泵。如今，时代飞速的进步，科技快速地发展，随着城镇化建设进程的不断加速，人们对水的需求越来越高，在城市供水系统中，大部分的系统都是依靠供水系统中的水泵工作，假如把管道比作为我们身体的血管，如此泵便是人身体的心脏。因而水泵是一种很重要的通用设备，在社会生活、农牧业、化工、矿产开采工业和石油单位的生产中起到着很重要的影响。供水性能和能力的好和坏直接地影响了人们的生产和生活。泵的安全稳定运行是确保日常生活生产能正常展开的关键核心，假若泵出现了异常，很容易会影响到专业生产，乃至是生产停歇。为了保证水泵运行的稳定性，运行安全，提高管理效率，要建立进行对水泵运行的监控的系统，本课题是基于时间的水泵运行失效监控系统设计，能够即时地呈现水泵的一些关键参数，判明水泵是不是稳定常规地运行，是否失效，并对失效水泵及时地作出反应和报警，减少损失，目的是建立一个简单、稳定的水泵运行失效监控系统。这可以减少供水的安全隐患，对水泵机组的安全可靠运行起到保障作用，提高供水的效率。还能够改善人们的生活质量。1.2本课题的主要研究内容本课题主要研究基于时间的水泵运行失效监控系统设计，该系统主要设备包括三菱FX5U系列PLC和传感器，三菱PLC对现场数据采集和处理，能够实时在线地显示出水泵的各方面的关键参数，来判断水泵是否正常运行，是否失效，并对失效水泵及时地作出反应和报警，在解决故障后，再继续工作。为方便监控和控制，通过组态的设计，将整个系统有效直观地展现出来。1.3论文结构本文从研究课题发展背景开始，将PLC控制技术，信息采集技术，传感器技术运用到水泵运行监控系统中，对该系统进行设计。本文的结构如下：第一章：序言，简要概括了选题背景还有本课研究目的和意义。并确定了本项目的主要的研究内容；第二章：水泵运行监控系统的总体结构概述，分析了水泵运行失效监控系统的特点和整体系统组成；第三章：水泵运行时监控系统的硬件设计，全面讲解了系统中硬件的选取准则还有各硬件的作用，并决定相关设备的参数及选型；第四章：PLC控制系统的软件设计和实现，PLC的编程、组态工程设计；第五章：对水泵运行失效监控系统仿真调试，介绍了基于PLC的仿真调试以及仿真调试过程。第二章水泵运行监控系统总体结构2.1技术特点基于时间的水泵运行失效监控系统设计从真实实际的需求出发，监察水泵运作时是否会出故障。基于我早前所掌握的知识和老师的指教，我最终做下决定，使用PLC和变送器，打算应用电动阀来充当控制液体流动执行机构，人机交互触摸屏的部分搭载的昆仑通态MCGS组态软件，用MCGS的触摸屏。用GX-Works3来构建程序，要用梯形图来组织编写。本监控系统完全完成后，能够达到下部的功能，储水罐中的冷热水周期循环切换输送进测试水泵，人机交互，监控水泵的功率，流量，水温，液位等数据。2.2系统组成水泵运行失效监控系统主要组成结构包括下面的几个模块：PLC的CPU控制模块、外部驱动设备模块、通信模块等。具体结构如图2.1所示。图2.1总体结构2.3技术指标本题目需要水泵运转在时间模式（即设立在热水状况下和凉水状况下分别设定运转时间）下，依靠变送器检测水泵的部分参数，并根据这些数据分析水泵有没有损坏，并呈现在触摸屏上。本运行系统总共分为以下几个部分：供水部分；加热控温部分；冷热水周期循环出水部分；测量水泵关键参数部分；报警部分。供水部分要求在启动后对应的两个水箱的高液位的液位开关一直在检测状态，在上电后的任意时间，只要两个水罐任意一个的水位检测到低于高液位，供水水泵就会处于运行状态，同时与水罐相对应的进水电动阀会打开，供水水泵对水罐进行补水。可以使得两个水箱的水充足，都处于高液位。加热控温部分要求两个水箱温度处于一定的到70摄氏度，而冷水箱的温度控制则要达到五摄氏度。当温度变送器检测到小于规定温度时，加热器加热让水温升到规定温度时停止升温，只有当两个水箱的水温达到设定的温度和水位达到高液位，才会第一次启动测试水泵并开始测试。测试水泵开始运行后，冷水和热水要循环地通过测试水泵。计划转换周期为一分钟，首先打开热水出水阀，热水箱供水时间累计到30秒即进行转换，换到另一个水箱进行供水，每转换一次作为一个周期，循环周期设计要进行到2.5万周期。在系统上电后，检测水泵参数的各种变送器就会开始检测水泵的电流、流量、功率和出水口温度，并要把测到的参数实时地显示到连接的触摸屏上。触摸屏可以看到两个水泵的开关状态和各个电动阀的开和关等。也要可以看到水在水管的流动方向。触摸屏有登录设计，没有登录的用户无法查看水泵的关键参数。设置触摸屏的采集周期为100ms。报警部分要求在水泵正常启动后，设定在启动运行三秒后，控制器开始判断对应的变送器检测的水泵的电流、功率、流量和出水口水温在不在正常的设定范围内。在规定的正常的范围内，继续正常运行。如果不在正常范围，测试水泵在故暂持续三秒后停止运行，两个水罐停止加热并且层灯报警发光，触摸屏弹出故障报警画面。在故障修复后，需要在触摸屏上设置的故障后重启按钮，按下按钮可以再次重启运行本系统，接着故障之前的周期进行计数。第三章基于时间的水泵运行失效监控系统硬件设计3.1水泵的选型本监控系统设计我计划用两个水泵，一个用来给两个储水罐供水的供水水泵，另一个用于测试水泵运行失效监控的检测水泵。根据所学和实际条件，按照驱动泵的原动机来选择，最后还是电动泵比较合适。根据本论文所要传输的介质以及实验的全过程，我决定采用清水泵来完成本课题。在查阅资料过后，单级单吸泵足以完成本课题。清水泵适用于工业、市政污水、升压、灭火等。长距离运送液体、农田灌溉等，清水泵不能运送含污物。这是非常危险的，可能会导致清水泵出现故障。3.1.1供水水泵的选型第一个水泵主要是实现供水的功能，它的用途是输送液体或者使液体增压，这类水泵我觉得就选择家用的普通的水泵就可以，所以最后选用QY型充油式潜水电泵（简称QY潜水泵）。它存在稳当的禁水密封性能，体型小、分量轻、不要做灌引水，操纵维护和控制都很简易。QY型潜水泵最大可下潜到水下5米；在不高于40℃的情况下可以传输液体，在水中含有的不能溶解的固体粒子不能超过0.1%，不能有0.2毫米的粒径的固体颗粒，其只能在PH为6.5-8的水中使用；比如普通的水，比如井水，比如河水。QY型潜水泵供选型号如表3.1所示。本论文选用型号为QY40-16-3的潜水泵。表3.1供水水泵选型型号额定流量额定量程配用功率额定电压QY100-4.5-2.21004.52.2380QY15-26-2.215262.2380QY65-7-2.26572.2380QY40-16-340163380QY25-26-325263380QY12.5-40-312.54033803.1.2测试水泵的选型根据本课题要解决的问题，和实际情况。测试水泵要选用常用的水泵，目前我国大部分的给水和加压设备都是使用的离心泵，而离心水泵的使用范围也很大，而且结构简单，输液无脉动，流量调节比较简单。所以我决定测试水泵选用ZX型自习式离心泵（简称：ZX自吸泵），也可以称作清水自吸离心泵。ZX自吸泵的工作原理：泵平稳启动控制后，叶片将吸入室所存的流体和吸到管线中的气体共同吸收，并在叶片当中能够获得全面混和，在离心力的影响下，流体夹杂着空气向涡卷室外缘活动、在叶片的边沿上产生有相当薄厚的白色的气泡带及飞速转动液环。气液掺和体借助发散管前往气液分隔室。此时，因为流通速度忽然地下降，较轻的空气从混杂气液中被处理出去，空气经过泵体吐出口连续升高排走。脱气后的流体再去到储液室里边，并由回流孔又一次地去到叶片，与叶片里面从吞入管道中吸进去的空气再度交融，在快速旋动的叶片影响下，又输送到叶片外沿……。随着整个环节周期重复地开展下来，摄入管子中的气流的一直缩减，直到最后吸尽空气，结束自吸进程，泵便参与到一般运作。表3-2就是测试水泵的选型表。本系统我决定选用型号为50ZX15-12的供水水泵。水泵电机的电压是三相380V，额定电流=1.5KW/（1.732x380Vx0.8）=2.8A。根据上述计算可知，三相380V的电机的额定电流是2.8A，电机工作若工作在超负荷工况，应检查电机或负载。选择的供水水泵的流量大于测试水泵的流量，这样可以在测试水泵进行测试时，减小供水水泵供水带来的影响。表3.2测试水泵选型型号流量扬程功率（电机功率）25ZX3.2-203.2200.7550ZX15-1215121.550ZX18-2018202.280ZX50-2550257.5100ZX100-401004022供水水泵和测试水泵实物图如图3.1和图3.2所示。图3.1供水水泵图3.2测试水泵3.2控制器的选型通过三年来的了解和学习。PLC十分靠谱，抗干扰能力强，能在较为恶劣的环境中操作，不像单片机，对环境的要求比较高。本监控的系统所处环境在实际的环境中可能不会有太好的环境。所以PLC好。再者，PLC容易上手，容易学习和使用，更加的灵活和方便。三年来的学习也是学的PLC。PLC（ProgrammableLogicCotroller），它的名字用中文说就是可编程逻辑控制器。他是人类对电气技术和数字技术的发展和创新。主要用于替代传统的继电接触器系统，它对于提高工厂的生产效率，减低人所犯的错误，保障人们的安全，是非常有帮助的。并且控制器结构简洁、具有好的适用性等优点。三年来的专业知识的学习，我学习的是三菱系列的PLC，相对于其他的PLC，我更加地熟悉三菱PLC，和它的编程习惯，从可靠性来考虑，三菱属于日本的大品牌还是很可靠的。本系统属于较简单的控制系统，配套使用日本的三菱PLC很合适。本系统所需要的I/O点预计需要13个。要用到的输入点数有4个，输出点数有9个，会在第四章具体说明。在平时的时候,PLC的输入输出点要又恰当的预留量。在PLC选型安排中，鉴于程序容量是往往是要高出存储器容量的，因而必须对存储器容量加以估计，但通常来讲,PLC的存储容量是完全充足的。内存容量估计,大体是以数字量I/O个数的10~15倍再加上模拟点的一百倍，将计算结果当内存的总字数。另取该数字的百分之二十五考虑剩余容量。本系统要使用一台PLC来控制几个小的硬件设备。没有多台可编程控制器的通信问题。同时本系统只有开关量控制。本系统需要用到PLC的逻辑运算、定时器、计数器等简单功用。还要配有一些的模拟量输入，宜用的PLC最好是配有A/D单元和数据传递功能。小型的PLC即可满足需求。三菱FX系列的PLC满足要求，所以选用三菱FX系列PLC。FX3U系列和FX5U系列是我的选择范围。在对比和结合自身所学后，最终决定采用FX5U系列PLC。FX5U系列PLC实物图如下图3.3所示。三菱FX3U虽然也是主流产品。但FX5U系列作为FX3U系列的升级产品，提高了基础能力。也改变和完善了驱动产品的联结和软件环境这些方面。可以实现丰富的运动控制。FX5U内置2路模拟量输入和1路模拟量输出；内置以太网接口。FX5UPLC系统总线速度为1.5k字节/ms，约为FX3U的150倍。同时最大可拓展16块智能拓展模块。因为输入和输出的总点数总共只有13个，所以选择5U的输入输出点数最少的32个就足够。输入为16个，输出点数为16个。由于输入输出点数相对较少，而且32个I/0点都集成在FX5U的CPU模块上。所以直接用PLC的本体，即CPU模块。FX5U的存储器容量为64k步，完全可以承载本系统的程序运行。本系统PLC不要求输出高频率的动作，可以不用造价更高的晶体管输出型，继电器输出完全可以满足我的要求。它适用电压范围宽而且非常便宜。根据上面所述的PLC的选型要求和本系统的需求，最后选择的是三菱FX5U-32MR这一小型PLC。图3.3三菱FX5UPLC3.2.1PLC的基本原理PLC搭载的是“周期的往复读取”的工作的模式，即CPU是根据逐行识别的同时实行机主的程序来完成的。当一只逻辑线圈接起或切断的情况下，此线圈的各个触头并不能随即展开行动，必得拖到程序识别运行到该接触点才能够行动。很多时候，当PLC启动后，其工作进程能够划分为输入取样环节、程序运行环节和输出更新环节，实现以上3个环节即叫做一个识别周期。3.2.2PLC的编程语言PLC编程是由设计人员按照系统的具体控制条件，采用PLC的编程语言来编制的。而按照国际电工委员会所颁布的程序设计语言规范，PLC的编程语言一般包括如下五类，它们包括梯形图、语句表、顺序功能图、功能块图形和结构化文件。但各种机型的PLC程序设计软件，对上述五类编程语言的使用种类也是有所不同的。梯形图编程简单，决定使用梯形图来编写程序。梯形图编程语言是PLC程序中最常见的编程语言。也因为梯形图可以与电气控制原理流程图相对应。3.2.3PLC拓展适配器本系统用到的变送器如检测温度的温度变送器、检测流量的流量计等等都是连接到PLC的模拟量输入端，PLC对输入的标准的电流和电压信号进行处理再转化为对应的可以被PLC识别的数字量，然后这些数字量被放到运行程序中进行判断，完成丰富的运动控制。PLC系统的FX5U系列PLC基本单元虽然内置了2位的2路模拟量输入。但本系统需要的模拟量输入远不止2个，我是设计了6个。所以我要再拓展4路的模拟量输入，所以要连接PLC的拓展适配器。需要输入的模拟量分别是热水罐温度、冷水罐温度、测试水泵出水口温度、测试水泵的流量、电流、功率。PLC的拓展适配器连接在CPU模块左侧用于拓展系统功能。其产品型号以及功能表3.3所示。表3.3FX5U拓展适配器型号功能FX5-4AD-ADP4通道电压输入/电流输入FX5-4DA-ADP4通道电压输入/电流输入FX5-4DA-PT-ADP4通道测温电阻输入FX5-4AD-TC-ADP4通道热电偶电阻输入FX5-232ADPRS232通信用FX5-485ADPRS485通信用在对比表3.3之后，确定型号为FX5-4AD-ADP的拓展适配器符合我的要求。FX5-4AD-ADP连接在CPU模块的左侧，采用硬连接的方式。它具有4路模拟量输入，支持电压和电流两种信号，其实物外观如图3.4所示。FX5-4AD-ADP转换后的数值为14位有符号整数，它输入特性如表3.4所示。表3.4输入特性模拟输入范围数字输出值电压0~10V0~160000~5V0~160001~5V0~16000-10~+10V-8000~+8000电流0~20mA0~160004~20mA0~12800-20~20mA-8000~+8000图3.4FX5-4AD-ADP3.2.4PLC的外部接线图PLC控制系统的规划中，尽管接线任务量和不相同的继电器比拟，极大削减。但硬件线路是PLC编写程序设计任务的基石；唯有在无误的实现外边连线的条件下，才能够保证编程设计和调试运行的顺利进行。本系统的PLC外部接线图如图如图3.5所示。另外拓展适配器的外部接线与内置模拟量类似，具体见附录。图3.5外部接线图FX5U-32MR型PLC为AC电源，DC输入。L、N端是外部电源输入端，一般直接使用交流电AC100V~AC240V，一般的时候，外部电源接220V交流电源。L和N分别接外面的相线和电源的中性线。旁边的24V、0V端子输出24V直流电源。不可将外部电源接至此端子，以防损伤设备。S/S端子是所有输入端子的公用端。COM0~COM2是各组输出端子的公用端。PLC的输出是分组输出，每组有一个对应的COM口。同一组输出端子不能使用不相同的电压；Y0~Y3的公共端子为COM0，COM1是Y4~Y7的。其他公共端同理。3.3触摸屏的选型在组态软件的选择上，我根据实际选用MCGS，MCGS具有操作方便、可视性好、方便维护等的优点，它的功能也比较全。经过与其他相关的硬件仪器如PLC连接，可以便利、便捷地用于现场采集数据或者进行数据控制和处理，操作者仅仅只要进行非常简单的模块化组态便能建立自己的专属系统。在组态软件的基础上，最终决定选用了MCGS组态相对应的触摸屏，方便用户使用和监控系统的操作，实物图如图3.6所示。强悍的图像显示和数据处理功能是它的优点。图3.6触摸屏触摸屏的主要参数如表3.5所示。表3.5触摸屏的主要参数生产厂家昆仑通态型号7062Ti尺寸7英寸分辨率800*4803.4液位开关的选型由供水水泵输送出来的水要分别送到两个储水罐，测试水泵抽的水要分别在两个出水管转换，循环。所以要检测储水罐内的液位高低，并控制好液位。所以便要选用液位开关。本系统选择浮球液位开关，浮球液位开关的具有磁性的浮子会随着液位上涨或者下沉，传感器监测管里设置点位的干簧管器件随即运动，输出触点开/关更动讯号。而且浮球浮球液位开关的维护方便、能够长时间使用，安装方便。高液位开关初始状态设定成断开的，低液位浮球开关初始设成关闭的。具体实物图如图3.7所示。图3.7液位开关液位开关检测水罐内的水位高低，发出的信号，发送给PLC，可以根据控制程序判断管路上的供水电动阀开启还是关闭。以及供水泵的开启和关闭。3.5电动阀的选型电动阀也能够叫电动执行器。是可以完成闸阀的开和关。它是由执行元件和闸阀连结在一起的。电动阀应用电力来源当做能源来电动执行元件来开启和合上阀门。它除了必须满足生产过程对于阀门的要求外，还得要满足专业生产进程对于自动化系统的标准。从而实现对管路中流体导通和截断。电动阀的实物图如图3.8所示。使用电动阀的作用主要是体现在两个方面。电动阀的外部接线图如3.9所示。是为了让供水水泵在储水罐液位达到高度的时候，及时地停止水泵，防止出现水泵的损坏。也要让储水罐里的水位一直超过最低液位，防止测试水泵空载。也保护测试水泵。满足实验条件，本课题是基于时间的，时间为控制节点测试方式为：分别设定好高温、低温循环水的循环时间，时间到即进行转换。通过控制电动阀的开和闭来实现冷热水的循环测试。图3.8电动阀实物图图3.9电动阀外部接线图3.6变送器的选型在本控制系统中，需要测量和收集多个外部的连续变化的信号。这就要用到各种传感器。将外界各种物理信号转为电信号。正因如此，它被广泛应用在了我们社会的生活的很多的领域，发挥着非常重要的作用。变送器是从传感器发展而来的，能输出标准电信号的传感器。在自动控制、检测和调节系统中，将各种参数如温度、压力、流量、液位等外部模拟量转换成统一标准电信号，再传送到PLC中，进行记录和控制。另外根据驱动变送器的物质的不同，变送器也区分为气动变送器和电力变送器。在这里，我们用电动的差压变送器。3.6.1温度变送器为了控制两个储水罐的温度，温度变送器是必不可少的。现代的检测温度的传感器有太多太多了，比如金属热电阻、PN结测温集成电路等都是比较常见的。选用装配式的热电偶传感器，这比较合适本系统。它的原理大部分是借助了金属板材的热电阻值随温度增高而上升的这一特点，来测量温度变化。在目前，比较广泛利用的热电阻材质主要为铜和铂。这种热电阻的电阻温度系数大、热线性性质好、特性平稳、应用范围广泛、制造简单等特性。实物图如图3.10所示。图3.10PT100温度变送器这一个温度变送器采用四线制的接法。具体接法如图3.11所示。因为供电电源与输出信号分开进行传送，所以对信号的零点和元件功耗没有过高的要求，供电电源可以是交流220伏特，又可以是直流24伏特，输出信号可以是0-10mA，也可以是4-20mA。图3.11温度变送器四线制接法温度变送器的主要参数如下表3.6所示。表3.6温度变送器的主要参数型号DIN2x2SAR-Z1-T2-P1-U2输入类型Pt100输入温度范围0-100℃供电电压24VDC输出范围4-20mA精度0.2%（相对于温度）3.6.2功率变送器功率变送器是将被测工频交流电力供应的有功、无功功率分隔改变成按线性的比例输出的规范直流电压或直流电流输出。该变送器广泛应用于频率为50Hz、60Hz及独特频率的单、三相电路。根据本系统要求，我要用功率变送器检测水泵的功率。最终选定型号为LF-A31-39A44-0.2/500*5A的功率变送器。实物图如图3.12所示。该产品是0~5伏特输出、220伏特的交流电供电的三相三线制有功功率变送器。功率变送器也采用四线制的接法，与其他的变送器的接法类似。图3.12功率变送器实物图功率变送器的主要参数如表3.7所示。表3.7电磁流量计的主要参数型号LF-A31-39A44-0.2/500x5A工作电压AC220V输入范围0~500V/0~5A输出信号0~5V精度0.2%功率变送器的接线图如图3.13所示。图3.13功率变送器接线图3.6.3电磁流量计电磁流量计的内部结构，是建立于法拉第电磁感应法定上。当一种导电材料在磁力场内行动时，在与磁向、行动方向成彼此垂直角度的导电体二头上，会引发感应电动势。电动势的高和低，与导电材料行动速度与对磁场的地磁感应强度高低，成正有关。电磁流量计由电磁流量转换器和电磁流速感应器二大部份在一起构成。具体实物如图3.14所示。我选用的型号为AX-LD的电磁流量计。图3.14电磁流量计实物图电磁流量计的主要参数如表3.8所示。表3.8电磁流量计的主要参数型号AX-LD工作电压24VDC输入范围0~40m3/h输出范围0~5V电磁流量计的外部接线图如图3.15所示。图3.15电磁流量计的外部接线图3.6.4电流变送器电流变送器是可以将需要监测的输入信号，更换成线性的直流信号的器械。电流变送器具有结构简单、高度集成化、优越的温度特性、高准确度、可以长久稳定工作、线性度高等特点。它可以测量单相电流或者三相电流。本次测量三相电流。选定型号为KHD-3I-A2-P5-O1的电流变送器。这一款电流变送器测量三相交流电流，输入范围是0~5A，工作电源是AC22CV。其输出的信号范围是0~5V。实物图如图3.16所示。图3.16电流变送器实物图电流变送器的主要参数如表3.9所示。表3.9电流变送器的主要参数型号KHD-3I-A2-P5-O1工作电压AC220V输入范围0~5A输出信号0~5V精度0.2%电流变送器的外部接线图如图3.17所示。图3.17外部接线图3.7硬件保护一个真正完整的系统会有很多的元器件，如果这些硬件没有保护措施的话，那这个系统是很不安全的，一旦系统发生了错误，硬件上加的保护措施可以很好地做出反应并动作，保证硬件不会损坏。我决定加入热继电器、断路器和熔断器。把他们加在电动机的主回路中。同时在电路的一些部分也少不了一些接触器，中间继电器。3.7.1热继电器热继电器是依靠电流的热效应的特性来断掉闭合电路的保障电路。它是特意作为对接连运转的电动机达成负载过大还有短相的防护，以抗御电动机因温度过高而毁坏的一种维护器件。热继电器的主接口连接在电动机操控的主电路中，当电动机（也便是水泵）产生超负载电流过大时，热继电器的触电发热元件会发现形变，进而让内部电路截断。确保闭合电路和水泵不受破坏。3.7.2断路器断路器不但能在线路运行时实现自动地断路或通路，还能在发生过载、短路、失压、低电压等情况下，实现断路器的功能。3.7.3熔断器熔断器是一种电气设备，它是作用于超负载和保护的仪器。其主要的部位是一种低熔点的金属丝或是金属薄板生产的，它正常是和被保护闭合电路连接。往往，当引起线路短路或超载时，或当经过熔断器的电流逾越规定要求的温度时，熔体等同一根导线，基于温度太高会使电子线路自动斩断。这三个各自的功能和作用有重叠，这样可以增加容错，这样的冗余设计，能够在一个硬件出问题时，其他的硬件仍有能力完成其承担的功能。第四章基于时间的水泵运行失效监控系统软件设计4.1PLC程序设计根据要本论文的设计要求，最先要完成的是给水机能，先分辨冷热水罐的液位，当热水储水罐位于高液位时，热水罐给水电动阀关停，未居于高液位时，热水罐给水电动阀属于打开情况。当凉水储水罐保持着高液位时，凉水罐给水电动阀暂时关闭，已经不在高液位时，凉水罐给水电动阀属于开动模式。当二个储水罐都一直处于高液位时（即当二个给水电动阀都关掉时），给水抽水机关上取消给水。供水流程图如图4.1所示。图4.1供水流程图上电运行后，供水和加热同步进行。这样可以减少加热的时间。热水储水罐加热到70℃时停止加热，不足70℃时加热。冷水储水罐加热到5℃时停止加热，不足5℃时在开始加热。温度加热流程图如图4.2所示。图4.2温度加热流程图开始上电运行后，当两个水箱都居于高液位，并且温度达到设定要求时，测试水泵开始运行，开始测试，同时先打开热水储水罐出水阀，过三十秒后，停掉热水储水箱排水电动阀，冷水储水箱排水电动阀开启。再过三十秒，冷水储水箱排水电动阀关停，热水储水箱排水电动阀又一次开动。依此循环，每转换一次即为一个周期，循环周期设定25000个周期。4.1.1PLC的I/O分配在本控制系统中，需要4个输入信号，分别是热水罐高液位开关、冷水罐高液位开关、冷水罐低液位开关、热水罐低液位开关；另外还有9个输出信号，分别是供水水泵、待测水泵、热水储水罐给水电动阀、凉水储水罐给水电动阀、热水罐加热、冷水罐加热、热水储水罐排水电动阀、凉水储水罐排水电动阀、层灯报警信号。如表4.1所示。表4.1I/O地址分配表PLC的I/O地址连接的外部设备在系统中的作用X1热水罐高液位开关检测液位X3冷水罐高液位开关检测液位X0热水罐低液位开关检测液位X2冷水罐低液位开关检测液位Y0供水水泵控制供水水泵开闭Y1测试水泵控制测试水泵开闭Y2热水罐供水电动阀控制热水罐供水Y3冷水罐供水电动阀控制冷水罐供水Y4热水罐加热控制热水罐加热Y5冷水罐加热控制冷水罐加热Y6热水罐出水电动阀热水罐出水电动阀开关Y7冷水罐出水电动阀冷水罐出水电动阀开关Y10层灯报警4.1.2PLC程序在本系统中涉及到很多的模拟量输入。模拟量输入和处理的程序编写就很重要。FX5U本体自带2路的模拟量输入、全都是电压0~10伏特，对应数字量0~4000；第一路的数据输送在SD6020；第二路的数据传输到SD6060。具体地，两个储水罐的温度检测程序如图4.3所示。图4.3温度检测程序上电运行后，首先将通道SD6020的数字运算值放入到D0。而后再将D0里16位整数转为浮点数放到D1中去。最后运用数学知识，将D1里的浮点数除以20得到最终的温度值放入D3中。温度的转换过程如图4.4所示。之后连接触摸屏后，可以在触摸屏上显示出来。图4.4温度转换过程储水罐供水程序如图4.5所示。程序启动后，X1对应的是热水罐高液位开关，X3对应的是冷水罐高液位开关。高液位开关我设置的是常开触点。当液位低于高液位时，程序中的X1或X3导通。导通后控制电动阀的中间继电器动作。对应供水阀打开，同时供水水泵得电。当两个储水罐都处于高液位时，程序中的X1和X3断开。两个输出线圈失电。供水电动阀都关闭，同时供水水泵也关闭。图4.5储水罐供水程序储水罐加热程序如图4.6所示。温度变送器输出模拟量电压信号放在对应的通道内，分别是SD6020和SD6060，PLC通过程序对两个通道的数值进行判断。实现对于控制加热的继电器的置位或复位，从而对两个储水罐液体温度进行调控，热水罐温度要加热到70℃，冷水罐要到5℃。图4.6储水罐加热程序图4.7为控制出水阀和测试水泵的程序。在两个储水罐第一次都到达高液位并且温度达标时。辅助及继电器M0得电，控制外面的测试水泵的Y1线圈得电并自锁，待测的水泵开动。在测验水泵运行的同一时刻，二个排水电动阀中先启开热水储水箱排水阀，在过了三十秒后，暂停热水储水箱排水电动阀，一同启开凉水储水箱排水电动阀。再过三十秒，再关闭冷水储水罐出水阀，同时打开热水储水罐出水电动阀。依此循环，每转换一次即为一个周期，循环周期设定25000个周期。图4.7控制出水阀和测试水泵的程序图4.8是测试水泵关键参数后判断是否报警失效部分程序，测试水泵得电后，上图中的M2辅助继电器也同时得电，会在下面的程序里使得PLC里的定时器定时启T3定时3秒，之后在判断水泵是否失效并报警。定时3秒后再判断的原因是刚启动时水泵的启动电流可能过大，影响报警的准确性，若在一开始就检测判断，很有可能形成误报的问题。图4.8是测试水泵关键参数后判断是否报警失效部分程序最后完整的PLC程序图见附录。4.2PLC与触摸屏的通信本论文，FX5UPLC与MCGS触摸屏的通信通过以太网方式连接。借助本身自带的以太网端口，用路由器利用公司内部LAN等来完成连接，如图4.9所示。最终可以实现昆仑通态触摸屏对三菱FX5U系列PLC数字量输入、数字量输出和寄存器进行读写等操作。图4.9以太网方式连接以太网通讯通道在互联网上至多能够实现8通道的通信，能够同一时刻接入PC和一些仪器。除此之外它还兼容与上位机之间的SLMP通讯等。本系统以太网通信，用的协议是TCP/IP。我们要设置好PLC的IP地址、子网掩码和默认网关、和端口号。MCGS设置远程IP与PLC的IP地址和端口号相同。如图4.10所示。图4.10MCGS设备属性设置设置完成后。接下来，我们把设置好的工程分别下载到PLC和触摸屏里，连上网线通上电就可以试试我们的通讯了。4.3触摸屏画面设计根据我要完成的论文的要求，我总共设计了三个用户窗口。分别是主画面窗口、数据采集窗口和报警时所要弹出的报警窗口。4.3.1主画面设计主画面主要在展现本系统的主要硬件的摆放和总体的一个结构。可以知道水的流动方向以及哪个地方的水在流动。同时它可以实时地监控供水水泵和测试水泵的开和关、各个电动阀的开和关。同时还设定了一个一按下就进入数据采集界