基于PLC的供水控制系统设计(3)

3.1.2 PLC的选型

PLC是整个变频恒压供水控制系统的核心，它要完成对系统中所有输入信号的采集、所有输出单元的控制、恒压的实现以及对外的数据交换。因此我们在选择PLC时，要考虑PLC的指令执行速度、指令丰富程度、内存空间、通讯接口及协议、带扩展模块的能力和编程软件的方便与否等多方面因素，以日本三菱PLC为例，该PLC有FX、A、Q三大系列，在FX系列中又有FX1S，FX1N和FX2N三种型号。依据控制任务，从PLC的输入／输出点数、存储器容量、输入／输出接口模块类型等方面等来选PLC型号。在供水系统的设计中，我们选择三菱FX1N-40MR-001型PLC。FX1N-40MR-001的主要参数为：

I／O点数：24／16； 基本指令：27条； 功能指令：298条；

基本指令执行时间：0.55-0.7微秒； 用户程序步骤：8K； 通信功能：强； 输出形式：继电型； 输出能力：2A／点；

三菱FX1N-40MR-001是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。具有扩展输入输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。是一款广泛应用于一般的顺序控制三菱PLC。

特点：三菱FX1N-40MR-001 PLC拥有相当快的速度， FX是从16路到256路输入/输出的多种应用的选择方案； FX1N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中高档次的超小形程序装置。 除输入输出16-25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。

三菱FX1N-40MR-001在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256点的灵活输入输出组合。可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用

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最小8点的扩展模块进行扩展。可根据电源及输出形式，自由选择。 程序容量：内置800步RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至16K步。丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变，中断输入处理，直接输出等。便利指令数字开关的数据读取，16位数据的读取，矩阵输入的读取，7段显示器输出等。数据处理、数据检索、数据排列、三角函数运算、平方根、浮点小数运算等。特殊用途、脉冲输出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脉宽调制，PID控制指令等。

3.1.3 压力传感器的选型

压力传感器是供水系统中的主要传感器。PLC自动控制水泵的工作情况的信息全部来自压力传感器，它必须要有很高的可靠性，如果压力传感器出错，将会带来灾难性的事故，很可能是管道爆裂或者是水压不足，造成居民用水的不方便，因此压力传感器的选用很关键。

根据供水系统的具体的要求，我们选择佛山一众传感仪器有限公司的水压传感器PY206。它有以下特点：

水压传感器，厂家采用进口高精度感应芯体，先进的贴片工艺，配套带有零点、满量程补偿，温度补偿的高精度和高稳定性放大集成电路，将被测量介质的压力转换成0～5VDC标准电信号 。采用全不锈钢封焊结构，具有良好的防潮能力及优异的介质兼容性。广泛用于工业设备、水利、化工、医疗、电力、空调、金刚石压机、冶金、车辆制动、楼宇供水等压力测量与控制。

产品概述及特点：

A、采用进口感压芯片；

B、先进的贴片工艺，具有零点、满量程补偿，温度补偿； C、高精度和高稳定性放大集成电路；

D、全封焊结构、抗冲击、耐疲劳、可靠性高； E、输出信号多样化（有电流型、电压型）； F、结构小巧，安装方便；

G、采用高温补偿最高介质温度可达350度；

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产品主要参数：

被测介质： 气体、液体及蒸气（弱腐蚀性） 压力类型： 表压

量 程： -100KPa-0.6Mpa～60 Mpa～120 Mpa间任意可选（量小量程为0.6MPa,量大量程为120MPa）

输 出：4～20mA（二线制）、0～5VDC、0～10VDC、0.5～4.5VDC（三线制）

综合精度： ±0.1%FS（量程60MPa以下）、±0.25%FS、±0.5%FS 供 电： 24V DC（15～30VDC） 绝缘电阻： ≥1000 MΩ/100VDC

负载电阻: 电流输出型：最大800Ω 电压输出型：大于50KΩ 介质温度： -20～85℃、-20～150℃、-20～200℃、-20～300℃（可选） 环境温度：-20～85℃ 储存温度：-40～90℃ 相对湿度： 0～95% RH 密封等级：IP65/IP68 过载能力： 150%FS 响应时间：≤10mS 稳 定 性：≤±0.15%FS/年

振动影响：≤±0.15%FS/年（机械振动频率20Hz～1000Hz） 电气连接：紧线螺母直接出线；标准配线3米 压力连接：M20×1.5，其它螺纹可依据客户要求设计 连接螺纹材料：304/316L不锈钢 产品结构图：

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图 3-1水压传感器PY206结构图

3.2 可编程控制器I/O分配

表3.2 控制器I/O口分配表 输入元件 低水压输入 正常水压输入 高水压输入 模式选择开关 自动模式开关 水泵1过载 水泵2过载 水泵3过载 水泵4过载 水泵1手动开 水泵1手动关 水泵2手动开 水泵2手动关 水泵3手动开 水泵3手动关 水泵4手动开 水泵4手动关

地址编码 X000 X001 X002 X003 X004 X005 X006 X007 X010 X011 X012 X013 X014 X015 X016 X017 X020 14

输出元件 水泵1接触器 水泵2接触器 水泵3接触器 水泵4接触器 水泵1工作指示灯 水泵2工作指示灯 水泵3工作指示灯 水泵4工作指示灯 自动模式指示灯 手动模式指示灯 自动模式开关指示灯 高压报警灯 低压报警灯 地址编码 Y001 Y002 Y003 Y004 Y005 Y006 Y007 Y010 Y011 Y012 Y013 Y014 Y015

3.3 系统电路分析及设计 3.3.1 系统电源

供电系统的设定直接影响到控制系统的可靠性，因此在设定供电系统时应考 虑下列因素：

1)输入电源电压在一定的允许范围内变化；

2)当输入交流电断电时，应不破坏控制器程序和数据； 3)当控制系统不允许断电的场合，要考虑供电电源的冗余； 4)当外部设备电源通断电时，应不影响控制器的供电； 5)要考虑电源系统的抗干扰措施。

为实现以上要求，在主电路和控制电路加上了保护，包括过载保护，当主电路因某些原因出现故障时，比如水泵过载，这时过载保护工作，水泵停止运行既使水泵安全，也使电源供电安全确保PLC的电源正常。

3.3.2 供水系统主电路分析与设计

由设计内容和要求可知，本设计需要用到四台水泵，水泵的型号都为：150sfl160-20x4，55kw，1450转/分，380V，144A。在设计主电路时水泵以电动机代替，图中的KM为接触器线圈，FR为热继电器，主电路并设有短路过载保护。

硬件设设计主电路图如图3-2所示：

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