多控制方式给水系统研究范文

《福建农机杂志》2014年第二期

1演示区和操作区的功能设计

整套系统设有演示区和操作区。演示区作为教学演示，展示上述四种控制方式对给水系统的控制过程，从电路形式到控制执行的全过程都是透明开放，便于学习和理解。操作区是将给水系统的水位探测器、水泵和电磁阀的控制端引出来，将自行设计或制作好的继电器、单片机、DDC和PLC等四种控制方式的任何一种电路接入该给水系统控制，验证编程和制作的作品是否正确，进而较全面地掌握自动化控制技术的内涵，比较不同控制技术之间的异同点。演示区与操作区之间的电路要求完全隔离，互不影响，实现对同一套给水系统完成教学演示或作品验证的独立控制。首先是电源供电隔离，在演示区接入220V电源的空气开关QS出线处接入一个交流接触器KM。KM常闭端接入操作区开关QS1的电源出线端，给操作区提供一组电源插座；KM常开端接入示区开关QS的电源出线端。在演示区的空气开关QS合上的时候，接触器吸合，KM常开端闭合，演示区得电，KM常闭端断开，操作区失电，实现演示区和操作区的隔离（见图3）。演示区运行具有优先权，只有切断演示区的总控电源开关，退出运行状态，操作区才能进行通电操作使用。其次是隔离控制对象，当演示区得电后，开关电源24V输出，为操作区继电器K1－K7线圈供电，继电器断开接入常闭端的各个液位开关端口及水泵和水阀端口，操作区的外接端子在演示区工作时就不能使用，进一步隔离演示区和操作区。

2教学演示区系统设计

2.1控制系统的构成在演示系统中一共有四种控制方式，这四套控制系统中每个控制系统的输入端与输出端都有差异：PLC输入端口需要外部24V电源形成输入信号；DDC能接收有源开关量信号和无源开关量信号；单片机控制系统要检测传感器反馈信号电平值的高低是5V还是0V；继电器控制系统是一个整体的控制电路，无需检测。四套系统控制器的输出端口都是继电器模式，用控制输出信号控制继电器的常开常闭，因此通过PLC编程控制继电器，对四种控制方式进行切换和隔离，使得每个系统不能同时运行，避免发生冲突。在演示系统中设置指示灯及选择开关的面板，面板设有水泵、水阀工作指示灯及水位降到消防警戒水位的报警指示灯。用了5个带有指示灯的按钮，其中一个按钮带有自锁，用于启动/停止PLC内部的选择控制程序，其余4个按钮分别是继电器、PLC、DDC、单片机各系统的选择按钮；各系统的切换控制及隔离电路由PLC输出控制外部继电器来实现切换。

2.2多方式控制系统的切换模块四个演示系统中由于控制方式不同，输入控制和输出控制也不同，要对同一套给水设备分别控制，就必须将每个系统独立开来，并且在四个系统之间可以任意选择切换，选择PLC作为切换模块可以实现安全联锁保护。在系统中设置一个带自锁装置的开关用来启动/停止四个系统的选择开关，而四个选择开关带有复位装置，分别对四套控制系统进行切换演示。其中PLC切换模块的I/O口分配如表1所示。在PLC切换模块中建立一个带自锁的启动/停止按钮，其信令由I0.09端输入，整个系统必须在这个开关接通后才能选择和启动各类控制系统；其余四个控制系统的选择按钮带有复位装置，目的是要在四个系统之间切换演示。因为没有机械自锁，并保证各个系统不能同时工作，所以要增加各个系统自锁和互锁的程序设计，当某个控制系统选择和启动的同时就要将别的系统锁在停止运行状态，保证切换安全可靠。PLC的输出端口100.03~100.06控制继电器构成的切换电路，实现传感器反馈信号在各个控制系统之间的切换，保证四种控制模块的输入端口和电源不能同时工作，达到相互隔离、互不干扰的效果，每个输出端各接一个指示灯，用来指示此时运行的系统。

2.3继电器控制系统继电器控制是一种应用悠久的控制方式，继电器控制系统适用于一些简单的逻辑控制电路，继电器控制是属于电工技术的课程，也是通用的电路，很多控制电路都离不开继电器控制。该控制电路由7个继电器K1~K7组成，继电器K12和K13组成的切换电路接通了继电器控制系统，接通了水位传感器电路和警戒水位报警电路。继电器控制系统的启动按钮SB1接通后，若水面在低水位：水泵启动抽水，水阀开闸进水；水面到达低水位，K2和K5接通，但水泵和阀泵继续运行；水面到达高水位，K1和K4接通，水泵和水阀停止运行。若水面下降到低于高水位，K1和K4失电，但水泵和水阀不会启动；水面下降到低水位以下，K2和K5失电，水泵和水阀的电路被接通启动。

2.4PLC控制系统PLC控制器产品设计和开发是基于现场控制为前提，信号处理时间短，速度快，所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间有较好的电气隔离。PLC控制模块选用了OMRON产品，PLC控制给水自动化系统的I/O端口分配：水位探测器L1~L5对应输入端口I0.00~I0.04，输出端口100.00~100.02控制水泵、水阀和警戒水位报警指示灯的继电器K8、K9和K7。PLC控制系统与继电器控制系统相比，继电器控制系统是采用硬件接线，利用继电器机械触点组合成控制逻辑，其连线多且复杂，灵活性和可扩展性受到很大限制；而PLC采用了计算机技术，其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中，PLC控制系统连线少灵活性和可扩展性很好。

2.5单片机控制系统主控芯片采用STC89C52单片机，32个可编程I/O引脚，用作采集水位传感器的开关信息、发送水泵和水阀控制信令的端口；串行通信接口作为485总线接口电路。单片机控制模块包含了5V电源电路、单片机最小系统、继电器驱动电路等等。单片机控制给水自动化系统的I/O口分配：水位探测器L1~L4对应P1.0～P1.3，P1.4和P1.5分别控制水泵和水阀的继电器K8和K9。本系统采用AC220V供电，通过变压器、整流电路和滤波电路的转换，再由LM7805稳压块得到稳定的DC5V电压供给单片机系统。单片机的I/O口输出电流很小，因此需要增加放大级驱动继电器。在继电器两端并接一个二极管形成释放回路，消除继电器感应电压对电路的影响。

2.6DDC控制系统直接数字控制器，简称DDC，是楼宇自动化控制系统的另一种控制形式。选用海湾HW-BA5208DDC控制模块，用LONWORKS现场总线技术与上位机进行通讯，通过编程完成给水信息的采集、显示、操作和控制功能。HW-BA5208控制器内部集成多种软件功能模块，通过相应的Plug_in可方便地对其进行配置、组合，从而实现各种逻辑运算与算术运算功能。DDC控制给水自动化系统的I/O端口分配：水位探测器L1~L5对应输入端口DI1~DI5，DO1和DO3分别控制水泵、水阀和警戒水位报警指示灯的继电器K8、K9和K7。

3系统管理软件的设计与组建

给水自动化控制系统的管理上位机选用PC机较为合适，便于组建机房实施教学。应用力控组态软件来开发管理平台，设计用户界面、后台数据存储，设置上位机与控制器之间的通信，具有简单、直观、易于理解等特点。以设计DDC控制方式的管理界面为例，首先要对I/O设备组态进行配置，使得组态软件能跟DDC5208通用控制模块进行通信；在数据库组态配置输入输出端口中，根据DDC5208通用控制模块的输入输出端口进行相对应的配置；在窗口中绘制控制界面，根据数据库组态设置每个图形，使得控制界面形象生动，演示效果逼真；在控制界面中设有手动模式，可以对现场给水设备的运行状态即时操作控制和检测，既加强了对自动化控制系统的理解，又增加了学习的乐趣。

4结束语

多控制方式楼宇自动化系统系统的开发研制是以给水系统为载体，综合体现多种控制技术的控制过程，有利于不同控制技术的横向比较，提升综合理解和综合应用的实践能力。该系统开发研制的效果达到了真实性、实用性、全面性、开放性、规范性和综合性等几个方面的要求，从控制器件、电路设计、布线规范、接线要求、编程特点都是直观明了、便于操作，集中展示了楼宇自动化控制技术的多样性和各种控制方式的设计特点与制作特点。

作者：程智宾陈榕林励单位：福建信息职业技术学院