大学毕业论文-—基于logo!在循环水泵控制中的应用设计.doc

基于LOGO!在循环水泵控制中的应用设计摘 要随着现代工业的快速发展，循环水泵系统的应用也越来越广泛，完善循环水泵控制系统，使其适应现代工业生产的需求已经成为目前急需解决的重要问题。采用LOGO!作为控制核心的循环水泵控制系统能很好的解决现有很多循环水泵控制系统故障率高、可靠性差、成本高、维修量大的缺陷。本文在分析循环水泵控制系统的结构和工作基本过程的基础上，介绍了基于LOGO!的循环水泵控制系统的设计过程，详细阐述了系统的硬件和软件设计。给出了控制系统主电路接线图、LOGO!硬件接线图、程序流程图、LOGO!功能块图等。利用LOGO!的仿真软件对所设计程序进行了仿真验证，结果表明，所设计的循环水泵控制系统基本达到了设计要求。最后对循环水泵控制系统进行了模拟实验研究，实验结果证明了设计的可行性。关键词：控制系统、LOGO!、循环水泵ABSTRACTwater circulating pump system are increasingly being used with the rapid development of modern industry, Improving the water circulating pump control system to adapt to the demand of modern industrial production has become an important issue which needed to resolve urgently. Using LOGO! as the control core of this system can solve the high failure rate, poor reliability, high cost and huge work of maintenance defects of many existing water circulating pump control system.This paper analyzes the structure and basic working process of water circulating pump control system. Elaborating the designs process, hardware and software of this system which based on LOGO!. Showing the programming flowchart, the main circuit connection, LOGO! hardware wiring and function block diagram of the control system. The program is validated by the LOGO! simulation software which shows the water circulating pump control system basically meet the design requirements. Finally, the experimental results of the systems simulation demonstrate the feasibility of the design.Keywords: Control System, LOGO!, Water Circulating Pump目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论51.1 循环水泵系统的研究背景及意义51.2 循环水泵系统的发展51.3本文的主要工作61.4 本章小结7第2章 循环水泵控制系统方案研究82.1 循环水泵系统简介82.2 循环水泵系统设计要求及研究思路92.3控制方式的选择92.4 本章小结10第3章 循环水泵系统硬件部分设计113.1 主电路的设计113.2 控制电路的设计123.2.1 LOGO!的具体I/O分配123.2.2 控制电路接线133.3 控制面板与控制箱设计133.3.1 控制面板设计133.3.2 控制箱设计143.4 设备选型153.4.1 电动机选型153.4.2 LOGO!选型153.4.3 热继电器选型153.4.4 交流接触器选型163.4.5 低压断路器选型163.4.6 低压熔断器选型163.4.7 液位控制器选型163.5 本章小结17第4章 循环水泵系统软件设计184.1 程序流程图184.2 循环水泵控制系统程序设计194.2.1 自动控制程序194.2.2 手动控制程序204.2.3 急停程序204.2.4 主程序214.3 本章小结21第5章 循环水泵控制系统仿真结果与分析225.1自动控制功能仿真235.2 手动控制功能仿真235.3 急停功能仿真245.4 优先级仿真245.5 本章小结25第6章 循环水泵系统的的实验研究266.1 循环水泵实验系统的组成266.2 循环水泵系统的实验内容与结果266.3 本章小结28结 论29参考文献30致 谢31 第1章 绪论随着我国现代工业的快速发展，循环水泵系统在工业中的应用也越来越广泛，并且与此同时对循环水泵系统也有了更高的要求。目前许多正在使用的循环水泵系统已经不能满足生产的需求，随着现代工业对生产效率和经济效益要求的提升，对其改造和升级势在必行。1.1 循环水泵系统的研究背景及意义循环水泵是输送流体或使其增压的机械，其作用是将水循环起来利用。在稳定工作条件下，循环水泵的流量变化比较小、扬程较低1。随着现代工业的发展，循环水泵在机械、水利、冶金、农业等各方面的作用越来越显著，广泛应用于各种需要循环提供冷却介质的场合，典型的比如汽轮机用循环水泵、汽车用循环水泵、大型空调机组等等。在循环水泵应用的越来越广泛的同时，随着现代工业对生产效率和经济效益要求的提升，对循环水泵系统的要求也越来越高，然而目前许多的循环水泵系统已经不能满足现代工业这种越来越高的要求，严重影响了生产的正常进行2。现阶段我国的循环水泵控制系统总体上还是滞后于现代工业的发展。目前许多循环水泵系统有着严重的不足。具有控制功能简单，不能满足控制要求，系统故障率高，维修困难，水泵使用率低，容易生锈，建立系统所需资金较高等缺点。甚至很多的循环水泵控制还是最原始的用继电器和接触器构建的，不仅维护困难，甚至还需要随时有人在旁边来人工启停水泵。如何完善控制系统，降低循环水泵系统的故障率，提高水泵使用率已经成了完善循环水泵系统需要考虑的问题。循环水泵系统作为许多现代工业生产的重要部分，它的落后将直接影响到工业生产。改进、完善循环水泵系统是十分必要的。为满足现代工业的生产需要，改变传统循环水泵固有的缺点，利用现代科技发展的最新成果，结合生产实际，设计一款编程简单、灵活、维护维修方便、可靠性高的循环水泵控制系统具有十分重要的现实意义与实用价值。1.2 循环水泵系统的发展由于循环水泵系统在现代工业的许多方面都有重要的作用，所以对于如何改进、完善循环水泵系统，人们投入了大量的资金和精力去发展和研究3。并且经过多年的研究，循环水泵系统在自动化和经济等多个方面都取得了很好的成效。最初的循环水泵系统是以继电器和接触器为主来设计整个循环水泵的控制系统，并且整个系统只有一个水泵，这种循环水泵控制系统有很多的弊端。首先用继电器和接触器来构建循环水泵的控制系统所需要的继电器和接触器的数量非常多，接线复杂，因而故障率也高, 维修工作量大，并且购买大量继电器和接触器所需的资金也比较多4。特别是常规继电器体积较大，还需要一定的安装空间, 因而其电气控制箱的体积也较大，这样就会占据太多的工业用地。另外，整个系统只有一个水泵，在这个水泵产生故障时，整个系统都会受到影响而完全不能工作，使生产效益降低5。由于最初的循环水泵系统存在上述缺点，这种循环水泵系统逐渐被淘汰，随后人们设计了以单片机为控制核心的的循环水泵系统，并且配备了主备两台水泵。这种循环水泵系统能实现完整的控制功能，且体积小，成本相对较低。并且由于此种循环水泵系统具有一个备用的循环水泵，解决了上述的因为水泵突然故障而导致整个系统不能运行的问题。但是这种系统也有明显的缺点，用单片机控制循环水泵受主板设计工艺、布局结构、所采用元器质量等因素影响导致抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境依赖性强，开发周期长6。而且在主水泵无故障的时候，备用水泵无法得到使用，长期以往备用水泵就会生锈，从而影响系统的稳定性。随着PLC即可编辑程序控制器的出现和发展，人们又对循环水泵系统进行了进一步的完善，设计了以PLC为控制核心，配置主备两台水泵的循环水泵控制系统，且当工程量大一个水泵不能满足工业需求时主、备泵能同时运行。这种以PLC为控制核心的循环水泵系统抗干扰能力强，故障率低，易于设备的扩展，便于维护，开发周期短，并且备用水泵的使用率也得到了提高7。然而此种循环水泵系统费较高，对循环水泵控制系统这种要求不是很高的控制系统来说，性价比不是很高。1996年西门子公司推出了通用逻辑模块控制器，即LOGO!，针对控制系统不是很复杂的场合，LOGO!控制器具有编程方便，简单易学，性价比高的特点8。采用其设计的循环水泵系统能实现水位检测、水泵的自动控制和手动控制、主备水泵按星期日的不同切换等功能，这种循环水泵系统大大减少了建设的成本，并且很大程度上提高了备用水泵的使用率，在大多数的中小型场合中能得到良好的应用。1.3本文的主要工作本设计的主要工作是采用通用逻辑控制模块设计一个能普遍适用大多数中小型应用场合的循环水泵系统，主要功能包括两个方面：一是能够根据星期日的不同改变两台水泵的主备次序；二是能够根据液位控制器的信号判断是否需要抽水，自动控制两台水泵的启停，从而实现循环水泵的自动控制功能。因此，为实现上述目标，本文的主要工作包括以下几个方面：l 选取合适的硬件元件，设计合理的硬件电路。l 分析设计控制要求和成本选择合适可行的控制方式，并且设计合理的控制程序。l 对设计的控制程序进行仿真，完成整个程序的调试与改进，使设计达到要求。l 进行循环水泵系统实物模拟实验，验证系统设计是否具有可行性。1.4 本章小结本章主要介绍了循环水泵系统的研究背景及意义，阐述了循环水泵技术的发展历程，在此基础上，介绍了基于LOGO！的循环水泵系统的应用前景，最后概况了论文工作的主要安排。第2章 循环水泵控制系统方案研究循环水泵控制系统方案的研究主要是在了解循环水泵系统的结构与工作过程的基础上，根据系统具体的控制要求，确定系统的控制方式，从而设计合理的控制系统。使循环水泵系统达到控制功能完善、维护方便、价格便宜的目的。2.1 循环水泵系统简介循环水泵系统能够使水资源得到循环利用，主要用来供排水和提供冷却介质。本次设计的循环水泵控制系统的基本结构如图2.1所示。 图2.1 循环水泵系统基本结构图循环水泵系统主要包括液位控制器和两台水泵。通过水泵工作来调节蓄水池水位的高低，采用液位传感器检测蓄水池液位信号，并将其信号送到主控制器，由控制器控制水泵的启停来调节水位的高低，具体的基本工作过程如图2.2所示。图2.2 循环水泵系统基本工作过程图循环水泵控制系统的基本工作过程是：先是液位控制器检测水位状况，并且转换为数字信号输入系统的控制器内，按照可编程逻辑控制器内编写好的程序输出信号，控制系统中两台水泵的启停，从而调节蓄水池的水位，调整循环系统的供水量。2.2 循环水泵系统设计要求及研究思路根据设计任务，本设计采用两台水泵控制蓄水池水位的高低，一主一备，其具体的控制要求如下：在自动控制方式下，两台水泵主与备每天切换控制，星期一、星期三、星期五、星期日水泵M1作为主泵，水泵M2作备用水泵。星期二、星期四、星期六水泵M2作为主水泵，M1号水泵作备用水泵。当蓄水池水位在高水位时，两台水泵同时开启。当蓄水池水位在中水位时，当日主水泵开启。当蓄水池水位在低水位时，两台水泵都停机。处于手动控制方式时，可以手动选择水泵M1或水泵M2的开启，一旦进入手动控制状态，两台水泵都自动脱离自动开启和自动停机状态。另外系统具有急停，不论两台水泵哪台处于工作状态，一旦急停按钮动作，要求所有水泵立即停机。根据上述的控制要求及循环水泵系统的结构和工作过程分析，研究思路如下：由于本设计的循环水泵系统主要针对的是较小型的应用场合，所以采用两台功率较小的水泵用来抽水，从而控制蓄水池的水位、调整系统的供水量。采用液位控制器作为水位状况信号采集工具，输入到LOGO!控制器，从而控制两台水泵的启停。分析控制要求，循环水泵系统要有手动控制方式和自动控制方式，在手动控制方式下时，能够紧急的应对突发状况，提高系统的灵活性，当液位控制器出现故障时，能够通过手动控制水泵启停保障系统继续运行。在处于自动控制方式下时，一是利用LOGO!中的周定时器模块，编程设定主备水泵。二是通过液位控制器检测水位信息，然后输入到核心控制器，决定是启动两台水泵还是当日主水泵，又或是停止水泵的运行。2.3控制方式的选择目前，在循环水泵控制系统的应用上，主要有4种控制方式能够符合循环水泵系统的控制要求，分别为继电接触器控制方式、单片机控制器控制方式、可编程逻辑控制器控制方式、可编程逻辑块控制器控制方式。继电接触器控制系统这种控制方式有着很大的缺点，它不仅耗能高，系统接线复杂，在控制过程中，其中任何一个继电器或接触器损坏，都会影响整个系统的正常工作与运行，故障率高，并且在查找和排除系统故障时比较困难，控制柜的安装接线工作量大，控制系统灵活性也较差9。单片机控制器控制方式成本相对较低，但是由于制版工艺、布局结构、器件的质量等因素的影响使得抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境依赖性强10。而且开发周期长，从设计到使用要求设计人员有较高的专业知识与单片机开发经验。可编程逻辑控制器即基于PLC的控制器方式。PLC可编程控制器是发展比较早的工业控制器，能够简单的编程实现控制要求，灵活性高，它应用于工业生产线、流水线、大型自动化设备方面，但由于价格方面的因素，在小型控制方式不能体现其优越性，缺乏市场竞争力。可编程逻辑块控制器也就是基于LOGO!控制器方面的自动控制。它是由PLC发展而来，面向的是较小型的自动化控制。采用这种控制方式来控制循环水泵系统具有很大的优势。首先，LOGO!控制器产品集编程功能、显示功能、控制为一体，我们可以随时对循环水泵控制系统进行编程或者修改，极其方便11。其次，LOGO!编程语言简单易学，操作简单，可以很轻松的对循环水泵控制系统进行编程，不像PLC的梯形图编程较为复杂。再次，LOGO!较PLC价格便宜，在中小型的自动控制方面市场竞争力更强。经过比较，由于LOGO!控制系统有着独特的显示功能，编程方便，编程语言简单易懂，性价比较高，且本身偏向于中、小型自动化应用等优点12。所以，本设计选择以LOGO!逻辑控制模块作为控制核心来设计循环水泵控制系统。2.4 本章小结本章主要简单分析了循环水泵系统的基本结构与工作过程，随后分析了循环水泵系统的具体控制要求，通过对其原理和要求的分析制定合理的研究思路。最后对于系统控制方式的选择做了详细的分析与说明。第3章 循环水泵系统硬件部分设计在了解了循环水泵控制系统设计要求的基础上，经过对比分析，选择了控制系统方案后，主要是对循环水泵控制系统硬件电路部分进行设计。循环水泵系统硬件电路设计主要包括主电路部分的设计、控制电路部分的设计、控制面板的设计、控制箱的设计以及对系统主要元器件的选型等方面。3.1 主电路的设计根据设计要求，主电路采用两台电机，电源采用三相四线制，线电压为380V，相电压为220V，频率为50HZ的交流电压，电路具有过电流和过电压保护功能。主电路图如3.1所示。图3.1 主电路图图中M1和M2为三相异步电动机，采用三相电源进行供电，FR1和FR2为热继电器触头，为电动机提供过电流保护。FU1和FU2为低压熔断器，为系统提供过电压保护。KM1为交流接触器常开触头，通过触头控制水泵的运行与停止。QS为低压断路器，可断开主电路电源，同时控制控制电路电源。控制电路部分电源由零线N和火线L3提供。3.2 控制电路的设计控制电路核心部分为LOGO!控制器，再加上热继电器，接触器，断路器，按钮开关，组成了系统控制部分。控制部分主要元器件集中于控制箱与控制面板上。控制面板有按钮开关与断路器，为用户直接操作部分，控制箱内各个元器件集中安装。一般我们可以将控制箱与控制面板组合在一起，控制箱为暗装，控制面板可明装。这样既便于操作，又便于维修。3.2.1 LOGO!的具体I/O分配根据设计要求，分析可知输入信号有3个液位传感器，两个手动启动按钮，一个自动控制开启按钮，一个急停按钮，输出有两台水泵启动线圈，所以总共需要用到7个输入和两个输出。本设计的循环水泵系统具体的输入信号为：自动控制方式按钮SB1，手动启动水泵M1按钮SB2，手动启动水泵M2按钮SB3，紧急停止按钮SB4，KPL为蓄水池低水位信号，KPM为蓄水池中水位信号，KPH为蓄水池高水位信号；输出信号为：Q1输出接KM1线圈，控制水泵M1的启停，Q2输出接KM2线圈，控制水泵的启停。其具体I/O地址分配如表3.1所示。表3.1 LOGO! I/O地址分配表序号数字量输入地址设备定义1I1按钮SB1自动控制方式2I2按钮SB2手动启动水泵13I3按钮SB3手动启动水泵24I4按钮SB4急停5I5KPL水箱低水位6I6KPM水箱中水位7I7KPH水箱高水位8数字量输出设备定义9Q1KM1线圈控制水泵110Q2KM2线圈控制水泵23.2.2 控制电路接线LOGO!基本模块有8个数字量输入和4个数字量输出，本设计只需用到7个数字量输入，两个数字量输出，所以只用一个LOGO!基本模块即可13。根据系统控制要求及I/O分配表，控制电路的接线如图3.2所示。 图3.2 控制电路接线图3.3 控制面板与控制箱设计 根据硬件电路与控制接线以及安装设计的需要，本设计采用控制面板与控制箱分开的方式进行设计，为了安全，安装环境应该为干燥通风处，控制箱外部宜采用绝缘箱体，箱体外部金属部分应接地。控制箱进线电源为220V单相，并且能够独立切断控制箱电源。液位传感器与水泵安装在控制箱外部，通过接线端子棑与之联系。三相断路器安装于控制箱外围。3.3.1 控制面板设计控制面板布置图如图3.3所示，图中有4个按钮开关，一个低压断路器。图3.3 控制面板布置图面板各按钮功能如下：QS2：单相断路器，可通断控制箱电源，具有保护作用。SB1：自动控制方式按钮，开启水泵自动方式状态。SB2：手动启动水泵M1按钮，进行手动控制水泵M1工作。SB3：手动启动水泵M2按钮，进行手动控制水泵M2工作。SB4：急停按钮，系统发生故障时，紧急停止。3.3.2 控制箱设计控制箱主要是根据元器件的多少，结合安装空间的大小，按照功能分区的原则进行设计，由于本次设计主要是控制系统功能的实现，故对控制箱的结构与控制箱接线图没有进行详细的设计，仅给出了控制箱布局图，如图3.4所示。图3.4 控制箱布局图由图中可知，控制箱里面元器件主要包括FU1，FU2主电路低压熔断器，FU3控制电路低压熔断器，QS2单向断路器，LOGO!一台，交流接触器两个，两个热继电器以及接线端子排。液位控制器应安装于控制箱外围。设备安装线路需要通过端子排进行连接。3.4 设备选型根据系统控制要求，首先对电动机与LOGO!进行选型，然后依据水泵电动机的额定电压、电流等参数对其它系统设备进行选型。包括低压断路器，低压熔断器，热继电器，交流接触器以及液位控制器等。3.4.1 电动机选型电动机选型主要是根据循环水泵所需功率的大小进行选择，本次设计主要是实现循环水泵控制系统的相关功能，采用一般的水泵即可，根据调研与查阅相关资料，我们将循环水泵的功率选择在7.5KW，由于采用三相四线制供电，电机的额定电压选用380V，经过分析论证，选用电机型号为Y-132S2-2三相电机异步电动机，参数为额定电压380V，功率为7.5KW，额定电流为15A14。3.4.2 LOGO!选型系统三相四线制电源可提供220V交流电源，为减少设备费用，提高系统可靠性，选择LOGO!额定电压为220V交流。根据控制要求，本系统需要7个数字量输入与2个数字量输出，而LOGO!230RC型号拥有8个数字输入信号，4个数字输出信号、供给电压为115-240V AC/DC，其输出承载电流高达10A，满足设计要求，所以在本设计中选择LOGO!控制器型号为LOGO!230RC15。3.4.3 热继电器选型热继电器的额定电流按电动机的额定电流选择，并留有上下调节的余地。热继电器的整定电流可为电动机的额定电流的1.01.05倍9。由于电机经常需要启停，取最大值1.05倍，因此，选热继电器的额定电流为：IFR1=1.05IN1=1.0515A=15.75A (3.1) 因此，电动机的热继电器选择JR20-16系列，它的额定电压时380V，整定电流范围为14-18A。3.4.4 交流接触器选型选择交流接触器时主要考虑主触头的额定电压大于或等于电动机额定电压，其主触头的额定电流应等于或大于电机的额定电流16。即 (3.2) (3.3) 、分别为接触器主触头的额定电压与额定电流。考虑到式3.3、式3.4中的额定电压、额定电流及电器寿命、性价比等因素，再考虑到接触器的电流小于16A，并且线圈是接220V电压，交流接触器型号可以选CJ20J-16A。3.4.5 低压断路器选型低压断路器又称自动空气开关或自动开关，低压断路器既有手动开关作用，又能自动进行欠电压、失电压、过载和短路保护的开关电器9。系统中电路正常工作电压为380V、电机额定电流为15A，所以选用DZ47-63系列高分断小型断路器，该型号断路器适用于电动机的控制系统16。主要用于交流50Hz/60Hz，三、四极400V线路的过载、短路保护，因此，选用DZ47-63/3P 16A三极该型号断路器作为主电路断路器。该型号断路器壳架等级额定电流为63A，级数为3，额定电流值为16A，符合控制要求。3.4.6 低压熔断器选型主电路低压熔断器的选型由电动机额定电流决定。由于水泵需要频繁启动，因此FU1低压熔断器取熔体额定电流为2倍电机额定电流9，计算的水泵电机额定电流大小为15A，所以熔断器熔体电流为30A。在熔断器的规格选择中，熔断器的额定电压必须大于电路工作电压，额定电流必须等于或大于所装熔体的额定电流，由以上要求选择RC1A-60型号熔断器。RC1A-60型熔断器适用于额定电压为交流380V。因此，可以选择电流级别为40A的RC1A-60/40型号低压熔断器。3.4.7 液位控制器选型液位控制器由控制盒和电子式水位开关搭配而成，最大的优点是:安全耐用、稳定可靠、耐污耐水垢能力强、接线简单、安装非常方便，广泛应用于需要水位控制的场合。本设计选用的水位控制器为宝智公司生产的三水位控制器，型号为BZ303。它的工作电压是AC220，输出是开关量输出，可直接连接到LOGO!。3.5 本章小结本章主要对循环水泵系统硬件电路的各个部分进行了分别设计，其中包括主电路部分的设计、控制电路部分的设计、控制面板的设计。完成了对系统主要元器件的选型以及控制箱的设计。并对各个部分的设计和元器件选型进行了阐述和分析。第4章 循环水泵系统软件设计根据循环水泵系统工作原理与控制要求，在第3章的基础上，对系统进行软件设计。根据程序设计要求以及流程，整个软件设计程序部分由自动控制部分、手动控制部分、急停程序部分3部分组成。急停功能为最高优先级，确保系统能够实现紧急停止。手动功能优先于自动功能。LOGO！常用的编程方法有：梯形图（LAD）和功能块图（FBD）两种。在本次计中，使用功能块图（FBD）进行编程。4.1 程序流程图根据循环水泵系统控制要求，绘出程序流程图如图4.1所示。图4.1 程序流程图系统开始运行时，先判断是否需要紧急停止，需要则停止两台水泵的运行，停止后再返回继续判断是否需要紧急停止。否则再次判断是否开启手动控制方式，如果是则直接手动启动两台水泵或其中之一，如果否则进入自动控制进行蓄水池液位信号判断，判断是否是高水位，如果是则同时启动两台水泵，如果否则判断是否是中水位，是则判断是否是星期1、3、5、7中的一天，如果是则启动水泵M1，如果否则启动水泵M2。然后判断是否到了低水位，如果是则停止启动的水泵并且返回开始。这个过程持续到关闭整个控制系统。4.2 循环水泵控制系统程序设计根据程序设计要求以及流程，程序设计包含有自动控制程序、手动控制程序、急停程序。4.2.1 自动控制程序根据前面的分析编写出自动控制部分程序，自动控制水泵过程通过I1、I5、I6、I7四个按钮控制。水泵自动控制程序功能块如图4.2所示。图4.2 自动控制程序图I1按钮与I5、I6、I7按钮分别接入与门B001、B002、B003，为自动控制方式的开启开关。当按下I5按钮，结合自动开关I1按钮经过与门B001、非门B004输入到与门B020再输入到与门B005和与门B006，使系统在蓄水池处于低水位时停止运行的水泵。当按下I6按钮，结合自动开关I1经过与门B020输入到与门B005和与门B006，结合周定时器B014、B015，使系统在蓄水池处于中水位时，当日期是星期1.、3、5、7启动水泵M1而水泵M2不启动，当日期是星期2、4、6启动水泵2而水泵1不启动。当按下I7按钮，结合自动开关I1直接输入到或门B007和或门B008，使系统在蓄水池处于高水位时同时启动两台水泵。4.2.2 手动控制程序根据前面的分析编写出自动控制部分的程序，手动控制水泵通过I2、I3两个按钮控制。水泵手动控制程序功能块如图4.3所示。图4.3 手动控制程序图按下I2直接输入到与门B009达到手动直接启动水泵M1的目的，并且经过或门B013、非门B019输入到与门B016和与门B017使手动方式优先于自动方式；按下I3直接输入到与门B010达到手动直接启动水泵M2的目的，并且经过或门B013、非门B019输入到与门B016和与门B017使手动方式优先于自动方式。4.2.3 急停程序根据前面的分析编写出急停部分的程序，急停按钮是I4，急停程序功能块如图4.4所示。图4.4 急停程序图在本项设计中急停功能为最高优先级。实现过程是通过按下I4，经过非门B018输出到与门B011和与门B012实现对Q1与Q2的复位，从而保证急停功能优先于手动与自动功能。4.2.4 主程序综合图4.2-4.4自动控制、手动控制、急停控制功能块图，考虑3种控制功能的优先度，急停功能为最高的优先级，所以I4经非门后直接输入到B011和B012保证他的最高优先度；手动控制为次一级的优先级，所以I2，I3经或门BO13、非门B019输入与门B016和与门B017，达到锁住自控控制的目的。把3个控制模块联系起来可得循环水泵系统控制总功能块图，主程序总功能块图如图4.5所示。图4.5 主程序图4.3 本章小结本章在结合前几章的分析下对控制系统进行了软件设计。利用LOGO!提供的LOGO!soft comfort v7.0进行FBD功能块图程序设计，完成了自动控制部分、手动控制部分、急停程序部分三部分的设计，在此基础上，将三者有机结合，完成了主程序设计。第5章 循环水泵控制系统仿真结果与分析LOGO！soft comfort v7.0不仅具有软件编程功能，还具备了强大的软件仿真功能。借助于软件仿真功能，可以直接在PC机上对程序进行调试。下面将利用该功能对本设计中的控制程序进行仿真。仿真界面图如图5.1所示。图5.1 仿真界面图图中下方的七个蓝色和二个黑色白色灯泡小方框分别代表了整个循环水泵控制系统的七个输入（I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7）和二个输出（Q1、Q2），其中I1为自动控制方式开启按钮、I2为手动启动水泵M1按钮，I3为手动启动水泵M2按钮，I4为急停按钮。I5、I6、I7为低、中、高3种液位信号，由开关仿真操作。Q1、Q2分别为水泵M1输出与水泵M2输出。通过对七个输入的控制来观察输出是否符合控制的设计要求。下面分别进行自动方式、手动方式与急停功能的仿真。并且在最后进行3种功能优先级验证仿真。5.1自动控制功能仿真在如图5.1的仿真界面下对水泵的自动控制功能进行验证。仿真结果如图5.2所示图5.2 水泵自动控制方式仿真结果图按下仿真按钮，开启仿真。按下自动控制按钮I1开启自动控制水泵方式，再按下蓄水池低水位液位信号按钮I5，水泵M1和水泵M2都不运行。再按下蓄水池中水位液位信号按钮I6，先设定的日期是2013年5月17日，是星期五，Q1亮，代表水泵M1运行。再设定日期是2013年5月17日，是星期六，Q2亮，代表水泵M2运行。再按下高水位液位信号按钮I7，不管是星期几，Q1和Q2同时亮起，代表水泵M1和水泵M2同时运行。仿真结果符合自动控制方式的要求。5.2 手动控制功能仿真在如图5.1的仿真界面下对水泵的手动控制功能进行验证。仿真结果如图5.3所示，图5.3 水泵手动方式仿真结果图按下水泵M1手动按钮I2，Q1亮，代表水泵M1开始运行。按下水泵M2手动按钮I3，Q2亮，代表水泵M2开始运行。同时按下I2和I3则Q1与Q2同时亮，代表两台水泵同时运行。仿真结果符合手动控制方式的要求。 5.3 急停功能仿真在如图5.1的仿真界面下对系统的急停功能进行仿真。仿真结果如图5.4所示。图5.4 急停功能仿真结果图在处于自动控制方式下，Q1与Q2同时亮，代表两台水泵都运行时，按下急停按钮I4，Q1与Q2都灭，代表两台水泵都停止运行；在处于手动控制方式下，Q1与Q2同时亮，代表两台水泵同时运行时，按下急停按钮I4，Q1与Q2都灭，代表两台水泵都停止运行。仿真结果符合手动控制方式的要求。5.4 优先级仿真在如图5.1的仿真界面下检验自动方式、手动方式、急停功能之间的优先级。仿真结果如图5.5所示。图5.5 仿真结果图在处于自动控制方式下，蓄水池处于高水位，Q1和Q2同时亮，代表两台水泵同时运行，依次按下手动启动按钮I2、I3，Q1、Q2依次亮起，代表先后直接手动启动水泵M1和水泵M2，同时自动方式不再影响两台水泵的运作，随后按下急停按钮I4，则Q1与Q2同时灭，表示两台水泵都停止运行。仿真结果符合系统所设定的优先级要求。5.5 本章小结本章主要是利用LOGO！soft comfort v7.0对循环水泵控制系统进行仿真，结果表明，自动控制方式、手动控制方式以及急停功能都能得以实现。程序符合控制系统所提出的要求。第6章 循环水泵系统的的实验研究在完成循环水泵系统的硬件和软件设计后，对控制系统的功能进行了仿真验证，仿真证明系统能够实现控制要求。为进一步验证系统的可行性，本设计进行了实验研究。本章对实验情况进行简单介绍。6.1 循环水泵实验系统的组成循环水泵控制系统实验主要由3个部分组成：液位控制器部分，循环水泵部分，控制按钮部分。由于时间、经费、实验条件以及个人水平等关系，实验只是对循环水泵系统进行简单模拟。在实验中通过开关来代替液位控制器的数字信号，用照明灯代替水泵的启停指示。实验模型如图6.1所示。图6.1 循环水泵控制系统实验模型 6.2 循环水泵系统的实验内容与结果本次实验主要的研究内容是：LOGO!能否接受开关模拟的输入信号，对不同的输入情况是否有正确的输出信号，LOGO!的输出信号是否能有效的控制各模拟输出。经过多次的实验表明，LOGO!能够良好的接受开关模拟的输入信号，并且对不同的输入情况有正确的相应输出，输出信号能有效的控制各模拟输出。在自动控制方式下，蓄水池处于高水位时，两台水泵同时运行，实验结果如图6.2所示。图6.2 高水位模拟实验图自动控制开关处于开启状态，三个模拟水位状况信号的开关处于按下状态，表示蓄水池处于高水位，此时两个灯泡都是亮着的，代表两台水泵都在运行，符合控制要求。在手动控制方式下，手动启动水泵M1，实验结果况如图6.3所示。图6.3 手动启动水泵模拟实验图手动控制水泵M1开启的模拟开关处于按下的状态，此时灯泡1是亮着的，代表水泵M1在运行，符合控制要求。6.3 本章小结本章对循环水泵控制系统的模拟实验情况进行了简单的介绍，模拟实验结果表明本设计的循环水泵控制系统能够良好的完成控制要求，进一步验证了本设计的循环水泵系统的可靠性。结 论目前国内许多正在使用的循环水泵控制系统已经不能满足生产的需求，具有控制功能简单，不能满足控制要求，系统故障率高，维修困难，水泵使用率低，容易生锈，建立系统所需资金较高等缺点，严重影响了工业生产。针对这种情况，本文提出了基于LOGO!的循环水泵控制系统，循环水泵控制系统以LOGO!作为控制核心，配备两台水泵，并且两台水泵互为主备。本文首先对循环水泵控制系统的结构和基本工作过程进行了分析，然后根据具体的控制要求，确定了大体的研究思路，通过对可选控制方式的对比，最终选定LOGO！作为循环水泵控制系统的控制核心，然后完成了系统硬件电路设计，对循环水泵控制系统的主电路以及控制电路以及用到的元器件型号进行了设计与选择，给出了控制电路连线图、LOGO! I/O分配表等。在此基础上经过分析控制要求，给出了程序流程图，并利用LOGO! soft comfort软件对水泵自动控制、手动控制、急停控制进行了功能块图设计，顺利完成了系统软件设计部分。最后通过LOGO! soft comfort软件提供的仿真功能，对所设计程序进行了仿真，经过仿真分析，所设计程序能够满足循环水泵控制系统控制要求。最后对整个系统进行实验验证，验证结果进一步验证了循环水泵控制系统的可靠性和可行性。通过对循环水泵控制系统设计的仿真以及实物验证，表明其控制功能实用，所需成本较低，具有良好的可行性，适用于大多数的中小型应用场合。能有效的弥补目前许多循环水泵控制系统成本高、故障率高难以维护等缺点。由此可见，循环水泵控制系统的研究是十