畢業(yè)論文范文——基于PLC的全自動灌溉控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、介紹了可編程序控制器（p l c ）在節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，我國在開發(fā)灌溉自 動控制系統(tǒng)方面與發(fā)達(dá)國家差距較大，還處于研制、試用階段，隨著水資源的日趨緊張及 信息技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)不僅具有廣闊的市場前景， 而且具有巨大的社會效益。系統(tǒng)具有手動灌溉模式，能根據(jù)用戶要求設(shè)定各灌區(qū)的灌溉順 序和灌溉時間；同吋系統(tǒng)具有自動灌溉模式，通過內(nèi)置程序把濕度傳感器測定的土壤濕度 信號輸入到plc,與土壤最佳含水量對比，進(jìn)一步控制電機(jī)和電磁閥的啟閉；為了減小水 泵電機(jī)的啟動電流，減輕對電網(wǎng)形成的沖擊，減小能耗,系統(tǒng)啟動米用y / 啟動。關(guān)鍵詞plc；節(jié)水灌溉；土壤濕度；

2、65;/a啟動；梯形圖第1章基于plc的全自動灌溉控制系統(tǒng)的設(shè)計的原理1.1緒論當(dāng)前，隨著電氣信息技術(shù)在節(jié)水灌溉工程屮的應(yīng)用，發(fā)達(dá)國家如美國、以色列、荷蘭、 加拿大、澳大利亞等成功開發(fā)了一系列用途廣泛、功能極強(qiáng)的灌溉控制器。而我國在開發(fā) 灌溉自動控制系統(tǒng)方面與發(fā)達(dá)國家差距較大，還處于研制、試用階段，隨著水資源的口趨 緊張及信息技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)不僅具有廣闊的市場 前景，而口具有巨大的社會效益。本文以松下公司fp1系列的plc為核心，選用cao c型可編程控制器來開發(fā)了一套灌溉控制系統(tǒng)，所開發(fā)的控制系統(tǒng)能手動設(shè)置對各輪灌區(qū) 定時灌溉，也可以通過土壤濕度傳感器與控制

3、器形成全自動閉環(huán)控制系統(tǒng)。同時為了減 少水泵電機(jī)啟動電流，減輕對電網(wǎng)形成的沖擊，減小能耗，水泵電機(jī)釆用y/ 啟動。1.2制系統(tǒng)各部分功能及設(shè)計控制系統(tǒng)包括電機(jī)y/a啟動，手動控制模式自動控制模式。因本系統(tǒng)除了濕度傳感 器和雨量傳 感器輸人為模擬量外，其他輸入 出均為數(shù)字量，編程控制器本身的抗干擾 能力能滿足要求。p l c的容量包括i / 0點數(shù)、用戶存儲器的容量。系統(tǒng)采用f p 1 可編程控制器專用編程軟件編制梯形圖。1.2.1 y/啟動系統(tǒng)要求當(dāng)按下啟動按鈕時，首先電動機(jī)運行，帶動水泵抽水同時系統(tǒng)中電機(jī)采用y / 啟動，啟動時繼電器kmy接通。2s后kmy斷開，繼電器km接通，即完成y/

4、a 啟動。1.2.2手動灌溉模式系統(tǒng)具有手動設(shè)定各電磁閥的開啟口寸間和開啟順序的功能，當(dāng)某個電磁閉合吋相應(yīng)的 指示燈亮。當(dāng)雨量傳感器有信號，即下雨時，將停止灌溉，同時雨量報警器報警，本灌溉 系統(tǒng)要求為一號灌區(qū)灌溉lomin,打開2號灌區(qū)電磁閥灌水5 min,然后打開3號灌區(qū)電 磁閥灌水15min,最后停止灌溉。1.2.3自動灌溉模式本灌溉控制器能根據(jù)土壤濕度傳感器得到的土壤濕度信號，與設(shè)定的適于作物生長度 進(jìn)行比較，然后決定是否灌溉，自動進(jìn)行電機(jī)與各電磁閥的起閉。在本系統(tǒng)中選用2 0 0y z型土壤負(fù)壓傳感器來測量土壤濕度，測量范圍為負(fù)壓值0-85pa,基本上在植物的需 水范圍，一般說來，當(dāng)土

5、壤吸力大-7a值，土壤就需要灌水，否則會影響植物的生長，該 壓阻傳感器輸出為050niv；測量深度為200mm 1 2 000mm，地面以下部分根據(jù) 需要而 定，總精度為±2%左右；使用環(huán)境為0500°co在小麥拔節(jié)抽穗期土壤最佳含水量用土 壤負(fù)壓表示為-okpa-okpa ,即當(dāng)土壤負(fù)壓 小于-60kpa時，打開灌水 閥門對作物進(jìn) 行灌溉jo在該系統(tǒng)中把濕度傳感器得到的土壤濕度信號放入p l c的數(shù)據(jù)寄存器dto 中，把所設(shè)定的土壤濕度上限值（-50k p ）放入dt 4,下限值（-60kpa放入d t2 , 同吋當(dāng)土壤缺水或適宜吋，相應(yīng)的指示燈亮。1.2.4 2000y

6、z型土壤濕度計的技術(shù)參數(shù)指示單位kpa以mv表示測量范圍土壤負(fù)壓值/kpa 085壓阻傳感器輸出/mv 0->50最小顯示值/mv傳感器為0. 1 陶土頭直徑/mm20測量深度/nmi地面以下部分根據(jù)需要而定200至最長2000 傳感器供電恒流/ma 1.5-3或直流/v ±9 ±12線性度/% 0. 1總精度/% ±2左右使用環(huán)境/°c 0-500仁3結(jié)語本文以caoc可編程序控制器為核心來構(gòu)建節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)，系統(tǒng)具有手動設(shè)定功 能，能根據(jù)用戶要求設(shè)定對某一灌區(qū)的灌水時間；系統(tǒng)還具有全自動灌溉功能，能根據(jù)土 壤濕度傳感器得到的土壤信號與土壤的最

7、佳濕度值對比，自動做出灌溉計劃；系統(tǒng)采用y /變換啟動水泵電機(jī)來減小啟動電壓，減輕對電機(jī)內(nèi)部繞組的損壞。第2章基于plc和觸摸屏的灌注系統(tǒng)硬件設(shè)計cpu單元負(fù)責(zé)控制整個生產(chǎn)過程。觸摸屏通過rs232c串口和cpu進(jìn)行通訊，傳達(dá)用戶的 指令，從而改變系統(tǒng)的運行狀態(tài)。輸出模塊向外部設(shè)備傳送輸出信號，使不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 動作。對執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)的改變，通過行程開關(guān)或光電傳感器將其信號反饋給輸人模塊。cpu 單元乂從輸人模塊讀取數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)的變化執(zhí)行不同的控制 操作，由此構(gòu)成了整個控制回路n根據(jù)系統(tǒng)控制要求、所需的i/o點數(shù)、工作環(huán)境等因素，可編程控制器選用日本三菱公司 的fx-2n系列可編程控制器。觸摸

8、屏采用hitech公司的pws1760型。2.1 fx-2n系列可編程控制器簡介2.1.1可編程控制器的產(chǎn)生(一)plc的定義plc全稱programmable logic controller,可編程邏輯控制器,種數(shù)字運算操作 的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存 儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù) 字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。(-)plc的發(fā)展過程在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照 邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制，及大量離

9、散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過 氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國gm (通用汽車)公司提出取代繼電氣控制裝 置的要求，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司(dec)研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制 20世紀(jì)20年代起，人們把各種繼電器。定時器。接觸器及其觸點按一定的邏輯關(guān)系連接 起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng). 由于它結(jié)構(gòu)簡單。容易掌握。價格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面其廣, 在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位.但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點：設(shè)備體積大, 可靠性差，動作速度慢，功能少，難與實現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是

10、靠硬連線邏輯 構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r，原有的接線和控制盤就要更換，所以 通用性和靈活性較差.上世紀(jì)80年代至90年代中期，是plc發(fā)展最快的時期，年長率一肓保持為30、40%。 在這個時期，plc在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅 度的提高，plc逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地 位的dcs系統(tǒng)。plc具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，編程簡單的特 點。plc在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來是無法取代的。20世紀(jì)60年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車

11、型號不斷更新, 它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對整個開展系統(tǒng)重新配置為拋棄傳統(tǒng)的 繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場競爭要求，1968年美國通用汽車公司公開 向社會招標(biāo)，對汽車流水線控制系統(tǒng)提岀具體要求，歸納起來是：(1) 編程方便，可現(xiàn)場修改程序(2) 維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)(3) 可靠性高于繼電器控制裝置(4) 體積小于繼電器控制盤(5) 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機(jī)(6) 成本可與繼電器控制盤競爭(7) 輸入可以是交流150v以上(8) 輸出為交流115v,容量要求在2a以上，可直接驅(qū)動接觸器，電磁閥等(9) 擴(kuò)展吋原系統(tǒng)改變最小(10) 用戶存儲器至少能擴(kuò)張到4kb

12、(適應(yīng)當(dāng)時汽車裝配過程的需要)十項指標(biāo)的核心要求是采用軟布線(編程)方式代替繼電控制的硬接線方式，實現(xiàn)大 規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。2.1.2可編程控制器的定義美國國際電工委員會(tec)在1987年對可編程序控制器做出如下定義：可編程序 控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存 儲器，用來在其內(nèi)部進(jìn)行存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定吋、記數(shù)和算術(shù)運算等功能的 面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 可編程序控制器極其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò) 展其功能的原則而設(shè)計。定義強(qiáng)調(diào)了 plc應(yīng)

13、直接應(yīng)用與工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng) 能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別與一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個重要特征。定義還強(qiáng)調(diào)了 plc是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，他也是一種計算機(jī)，它是“專為在 工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的”工業(yè)計算機(jī)。這種工業(yè)計算機(jī)采用“面向用戶的指令”，因此 編程方便。它能完成邏輯運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術(shù)運算等操作，它述具有“數(shù) 字量和模擬量輸入和輸岀”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴(kuò) 充”。2.1.3可編程控制器的發(fā)展趨勢plc總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā) 展。具體表現(xiàn)在以下兒個方面。(1) 向小

14、型化、專用化、低成本方向發(fā)展隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價格，使plc結(jié)構(gòu)更為緊 湊，相當(dāng)于一本精裝本書的大小，操作使用十分方便。plc的功能不斷增加，將原來大、中型plc才有的功能部分地移植到小型plc上。（2）向大容量、高速度方向發(fā)展大型plc采用多微處理器系統(tǒng)，有的采用了 32位微處理器，可同時進(jìn)行多任務(wù)操 作，處理速度提高，特別是增強(qiáng)了過程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲容量大大增加。（3）智能型i/o模塊的發(fā)展智能型i/o模塊是以微處理器和存儲器為基礎(chǔ)的功能部件，它們的cpu與plc的主 cpu并行工作，占用主cpu的時間很少，有利于提高plc的掃描速度。（4

15、）基于pc的編程軟件取代編程器隨著計算機(jī)的日益普及，越來越多的用戶使用基于個人計算機(jī)上的編程軟件。編程 軟件可以對plc控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設(shè)置碩件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，例如設(shè)置各框架各個插 槽上模塊的型號、模塊的參數(shù)、各串行通行接口的參數(shù)等。（5）plc編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化與個人計算機(jī)相比，plc的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。在硬 件方面，各廠家的cpu模塊和i/o模塊互不通用。plc的編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表 達(dá)式也不一致，因此各廠家的可編程序控制器互不兼容。為了解決這一問題，iec制定了 可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)屮共有5種編程語言，允許編程者在同一程序中使用多種編程 語言，這使

16、編程能夠選擇不同的語言來適應(yīng)特殊的工作。（6）plc通信的易用化plc的通信聯(lián)網(wǎng)功能使它能與個人計算機(jī)和其他智能控制設(shè)備交換數(shù)字信息，使系統(tǒng) 形成-個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散控制和集中控制。（7）組態(tài)軟件與plc的軟件化個人計算機(jī)（pc）的價格便宜，有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機(jī)交互的 功能。（8）plc與現(xiàn)場總線相結(jié)合現(xiàn)場總線i/o與plc可以組成功能強(qiáng)大的、廉價的dcs系統(tǒng)。（9）開發(fā)新型特殊功能模塊t/0組件可以提高plc的智能化、高密集度和增人處理能力。（10）cpu的處理速度進(jìn)一步加快目前，plc的處理速度與計算機(jī)相比還比較慢，其高的cpu也不過80486,將來會全 而使用64位

17、的risc芯片，采用多cpu進(jìn)行處理、分時處理或分任務(wù)處理方式，將各種模 塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可使plc的處理速度達(dá)到納秒級。2.1.4可編程控制器的特點（1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好plc在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長期積累的生產(chǎn)控制經(jīng) 驗，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。i/o系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護(hù)與信號 調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。具體措施主要有以下 幾個方面：1）隔離：這是抗干擾的主要措施之一。plc的輸入、輸出接口電路一般采用光電耦合 器來傳遞信號。這種光電隔離措施，使外部電路與內(nèi)部電路之間避免了電

18、的聯(lián)系，可有效 的抑制外部干擾源對于plc的影響，同時防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。2）濾波：這是抗干擾的另一個主要措施。在plc的電源電路和輸入/輸出電路中設(shè)置 了多種濾波電路，用以對高頻干擾信號進(jìn)行有效的抑制。3）對內(nèi)部電源還采用了屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施，以減少外界干擾，保護(hù)供電質(zhì)量。 另外使輸入輸岀接口電路電源彼此獨立，以避免電源之間的干擾。4）內(nèi)部設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測與診斷、vatchdog （“看門狗”）等電路，一旦發(fā)現(xiàn)故 障或程序循環(huán)執(zhí)行時間超過了警戒時鐘（wdt）規(guī)定時間（預(yù)示程序進(jìn)入了死循環(huán)），立即 報警，以保證cpu可靠運行。5）利用系統(tǒng)軟件定期進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶

19、程序、工作環(huán)境和故障檢測，并采用信息 保護(hù)和恢復(fù)措施。6）對用戶程序及動態(tài)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行電池備份，以保障停電后有關(guān)狀態(tài)或信息不丟失。7）采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)工作現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。8）以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過程不依賴于機(jī)械觸點，以保障高可靠性。而 采用循環(huán)掃描的工作循環(huán)方式，也提高了抗干擾能力。（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)plc及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。（3）編程方便，易于使用plc是而向用戶的設(shè)備，plc的設(shè)計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣， plc程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼

20、電器原理圖相 類似，這種編程語言現(xiàn)彖直觀，容易掌握，不需要專門的計算機(jī)知識和語言，只要具有一 定的電工和工藝的知識的人員都可在短時間內(nèi)學(xué)會。（4）功能完善plc的輸岀/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量 的輸入/輸出。在plc內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時序、計算機(jī)、主控繼電器以及移位 寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實現(xiàn)延時、鎖存、比較、 跳轉(zhuǎn)、和強(qiáng)制i/o等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制 功能，而且還具備模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印、及報表生成等功能。（5）設(shè)計、施工、調(diào)試、的周期短用繼電器接觸器控制完成一項控

21、制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后 畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。而采用plc控 制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用 組裝，而大量具體的程序編制工作也可在plc到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計周期，使設(shè)計 和施工可同吋進(jìn)行。（6）體積小，維護(hù)操作方便plc體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。plc的輸入/輸岀系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場總線信號 的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。（7）易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化plc可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（8）可實現(xiàn)三電一體化plc將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（

22、運動控制）這三電集于一體，可 以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。2.1.5可編程控制器的主要功能（1）條件控制功能條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用plc的與、或、非指令取代繼電 器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)極其他各種邏輯連接，進(jìn)行開關(guān)控制。（2）定時/記數(shù)控制功能定時/記數(shù)控制功能指用plc提供的定時器、記數(shù)器指令實現(xiàn)對某種操作的定時或記數(shù)控 制，以取代時間繼電器和記數(shù)繼電器。（3）數(shù)據(jù)處理功能數(shù)據(jù)處理功能是指plc能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運算、邏輯 運算以及編碼和譯碼等操作。（4）步進(jìn)控制功能步進(jìn)控制功能是指用步進(jìn)指令來實現(xiàn)在有多

23、道加工工序的控制中，只有前一道工序 完成以后，才能進(jìn)行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器。（5）a/d與d/a轉(zhuǎn)換功能a/d與d/a轉(zhuǎn)換功能是指通過a/d、d/a模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。（6）運動控制功能運動控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進(jìn)行單軸或多軸運動控制。（7）過程控制功能過程控制功能是指通過plc的pid控制指令或模塊實現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量 等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。（8）擴(kuò)展功能擴(kuò)展功能是指通過連接輸入輸出擴(kuò)展單元（即i/o擴(kuò)展單元）模塊來增加輸入輸出 點數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高plc的控制功能。（9）遠(yuǎn)程i/o功能遠(yuǎn)

24、程i/o功能是指通過i/o單元將分散在遠(yuǎn)距離的各種輸入、輸出設(shè)備與plc主機(jī)相 連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。（10）通信聯(lián)網(wǎng)功能通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過plc之間的聯(lián)網(wǎng)、plc與上位機(jī)的鏈接等，實現(xiàn)遠(yuǎn)程i/o控制 或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制。(11) 監(jiān)控功能監(jiān)控功能是指plc能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進(jìn)行狀態(tài)和進(jìn)程，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進(jìn) 行報警和記錄，甚至自動終止運行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時器、記數(shù)器等 設(shè)定值或強(qiáng)制i/o狀態(tài)。2.1.6 plc的基本結(jié)構(gòu)目前plc種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工 業(yè)控制的專用計算機(jī)，所

25、以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似。主要包 括中央處理單元cpu、存儲器ram和rom、輸入輸出接口電路、電源、i/o擴(kuò)展接口、外部 設(shè)備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。如圖2.1所示，plc控制系統(tǒng)由輸入量一plc輸出量組成，外部的各種開關(guān)信號、模擬信 號、傳感器檢測的各種信號均作為plc的輸入量，它們經(jīng)plc外部輸入端子，作為plc的 輸岀量對外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。由此可見，plc的基本結(jié)構(gòu)有控制部分輸入和輸出組成。圖2. 1 plc硬件結(jié)構(gòu)圖2.1.7 plc各部分的作用(1) 中央處理器cpu是由控制器和運算器組成的。運算器也稱為算術(shù)邏輯單元，它的功

26、能就是進(jìn)行算術(shù)運 算和邏輯運算。控制器的作用是控制整個計算機(jī)的各個部件有條不紊地工作，它的基本功 能是從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令。他的重要功能如下：1. 診斷plc電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯誤。2. 采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入plc的寄存器中。3. 按用戶程序存儲器中存放的先后順序逐條讀取指令，進(jìn)行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任 務(wù)完成各種運算和操作。4. 將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。5. 應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請求。(2) 存儲器plc的存儲常分為兩大部分：一大部分是系統(tǒng)存儲器，用來存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。 二大部分是用戶存儲器，包括用戶

27、程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。(3) 輸入輸出接口電路plc通過輸入輸出(1/0)接口電路實現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。輸入接口通過plc的輸入 端子接受現(xiàn)場輸入設(shè)備的控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成cpu所能接受和處理的數(shù)字信號。 電源plc的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足plc 的cpu、存儲器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。輸入輸出i/o擴(kuò)展接口若主機(jī)單元的i/o點數(shù)不能滿足輸入輸出點數(shù)需要時，可通過此接口用扁平電纜線將 i/o擴(kuò)展單元與主機(jī)單元相連接。(6) plc的基本工作原理plc采用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個程序，cpu從第一條指

28、令開始執(zhí)行，按指令 步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從則從第一條指令開始逐條順序執(zhí) 行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個循環(huán) 稱為一個掃描周期。plc的掃描全過程如圖2. 2所示。輸出映像寄存圖2.2 plc的掃描全過程1輸入刷新階段在輸入刷新階段，cpu掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成 后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。2程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏 輯運算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸岀狀態(tài)寄存器。3輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器屮的內(nèi)

29、容，依次送到輸出鎖存電路，并通 過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成plc的實際輸出。顯然掃描周期的長短主要取決與程序的長短。掃描周期越長，響應(yīng)速度越慢。由于每 一個掃描周期只進(jìn)行一次1/0刷新，即每一個掃描周期plc只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更 新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。由 此可見，若輸入變量在i/o刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會相應(yīng)地發(fā)生變 化。反之，若在木次刷新之后輸入變量才發(fā)牛變化，則木次掃描輸出不變，而要到下一次 掃描的i/o刷新期間輸出才會發(fā)生變化。這對于一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的, 不但不會造

30、成不利影響，反而可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因為輸入采樣僅在輸入刷 新階段進(jìn)行，plc在一個工作周期的大部分時間里實際上是外設(shè)隔離的。而工業(yè)現(xiàn)場的干 擾常常是脈沖式的、短時的，由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，往往要兒個掃描周期才響應(yīng)一次，而多 次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但 是對于控制時間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時采 用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯后等不良影響。2. 2水資源短缺整體態(tài)勢嚴(yán)峻當(dāng)今世界普遍關(guān)注水危機(jī)問題，其中最突出的矛盾就是干旱缺水。19世紀(jì)世界矛盾的 交點是煤，20世紀(jì)世界矛盾的交點是石油，2

31、1世紀(jì)世界矛盾的交點是水，因此，21世紀(jì) 被稱之為水的卅紀(jì)。專家們認(rèn)為，我們正進(jìn)入一個新的水源緊缺時代，水將成為21世紀(jì) 可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重制約因素。今年8月28 口在南非約翰內(nèi)斯堡舉行的聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展 首腦會議上，全體與會代表一致通過將水危機(jī)列為未來10年人類面臨的最嚴(yán)重挑戰(zhàn)之一。 在會議上通過的政治宣言指岀：“全球環(huán)境繼續(xù)惡化。生物多樣性在不斷喪失，魚類資源 不斷減少，荒漠化在吞噬越來越多的良田，氣候變化的不利影響已顯而易見，自然災(zāi)害fi 趨頻繁，其危害日趨嚴(yán)重，發(fā)展中國家越來越脆弱，空氣污染、水污染和海洋污染繼續(xù)奪 去數(shù)百萬的無辜生命”。宣言重申，我們將特別關(guān)注和優(yōu)先重視威脅人類可持續(xù)發(fā)

32、展的世 界局勢。聯(lián)合國首腦會議政治宣言表明，經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和水資源可持續(xù)利用匕成為世界 各國共同承諾和行動準(zhǔn)則。20世紀(jì)80年代以來，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已成為各國經(jīng)濟(jì)社會與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的共同準(zhǔn) 則。當(dāng)今世界大多數(shù)則。當(dāng)今世界人多數(shù)國家，水已變成了一種稀少和昂貴的商品。為了滿足經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的需求，保障水的安全供給，各國對可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略達(dá)成共識， 并日益深入人心，治水思想已從“人與水抗?fàn)帯鞭D(zhuǎn)向“人與水共存”，從過去的“防御洪 水”轉(zhuǎn)向“管理泄水”，從“單一目標(biāo)的水資源開發(fā)”轉(zhuǎn)向“多目標(biāo)、多功能的配置、節(jié) 約和保護(hù)，并尋求環(huán)境和牛態(tài)功能”，從“單一的工程管理”轉(zhuǎn)向“流域內(nèi)人類生產(chǎn)生活 行為和生產(chǎn)方

33、式的管理”，從“多目標(biāo)開發(fā)為主的大規(guī)模水利建設(shè)時期”轉(zhuǎn)向“以水法規(guī) 和現(xiàn)代水管理為中心的綜合治理時期。”總而言之，當(dāng)今世界“人與水和諧共處”、“可 持續(xù)發(fā)展”等思想已全面深入水資源領(lǐng)域。過去人們沒有考慮水資源有限的問題。隨著經(jīng) 濟(jì)社會的發(fā)展和用水量的急劇增加，在一些國家和地區(qū)，水短缺和水污染日趨嚴(yán)重，水資 源已成為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的嚴(yán)重制約因素，此吋水資源的有限性及其節(jié)約和保護(hù)問題引起世 界各國的關(guān)注。我國是世界上人均水資源短缺的國家之一，按照國際上常用的缺水標(biāo)準(zhǔn)，我國有2/3的國 土而積屈于資源性缺水地區(qū)。加之水是自然資源，是可流動的資源，因此，水資源的性質(zhì) 及其基木特征決定了厲行節(jié)約用水，建立

34、節(jié)水型社會不是一項局部性的、臨時性的政策措 施。而是我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中的戰(zhàn)略性、全局性，必須長期堅持的基本國策。進(jìn)入21世 紀(jì)以后，水資源的短缺形勢會更加嚴(yán)峻，對經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展將構(gòu)成嚴(yán)重威脅。專家們 警告，中國解決了溫飽以后要防止有可能面臨第二個貧困一水貧困。因此，未來中國水資 源的短缺形勢將更為嚴(yán)峻，將成為經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重制約因素。針對水資源面臨 的新形勢、新問題，黨中央、國務(wù)院根據(jù)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，提出了新時期治水思路是實現(xiàn) 水資源的可持續(xù)利用，這是一條主線。因此，在國家實施可持續(xù)發(fā)展和科教興國兩大戰(zhàn)略 指導(dǎo)下，依靠科技進(jìn)步、體制機(jī)制創(chuàng)新，以及配套的法規(guī)和政策，目標(biāo)是全方位提高用

35、水 效率，建立節(jié)水型的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展體系。農(nóng)業(yè)是用水大戶，在未來用水總量中具有舉足輕 重的地位，因此，21世紀(jì)農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)是節(jié)水，這是形勢的需要，客觀的需要, 勢在必行。2. 3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)灌溉控制系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)由plc控制器c40c,直流24v電源，起/停按鈕，數(shù)據(jù)采 集器件包括土壤濕度傳感器、雨量傳感器和各類按鈕，執(zhí)行輸擊器件包括電磁閥，帶動水 泵的電機(jī)，報警裝置為報警指示閃爍燈或報警電鈴，同吋當(dāng)系統(tǒng)處于某個工作狀態(tài)時對應(yīng) 的指示燈亮，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖見圖2. 3圖2. 3控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖第3章基于plc的全自動灌溉控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1輸入、輸出點的分配根據(jù)輸入、輸出

36、點分配情況畫出plc輸入、輸出分配表（圖3.1）和plc外部接線圖 （圖 3. 2）oplc輸入、輸出點分配表圖3. 1名稱代號輸入點輸出點代號名稱電機(jī)啟動按鈕sb1x0y0kmy電機(jī)kmy接通按鈕停機(jī)按鈕sb2xiy1kma電機(jī)km接通按鈕手動模式按鈕sb3x2y2hl1手動顯示燈自動模式按鈕sb4x3y3hl2自動顯示燈雨量傳感器sq1x4y4yv1一號電磁閥報警消音按鈕sb5x5y5yv2二號電磁閥土壤濕度過量開關(guān)sb6x7y6yv3三號電磁閥上壤濕度適中開關(guān)sb7x10y7hl3一號電磁閥運行指示燈缺水開關(guān)sb8xiiy10hl4二號電磁閥運行指示燈土壤濕度檢測開關(guān)sb9x6yuhl5二號電磁閥運行指示燈y12hl6電源指示燈y13hl7系統(tǒng)運行指示燈y14i1l8雨量報警器y15hl9土壤缺水指示燈y16iil10土壤濕度適宜指示燈y17hl11土壤水分過量指示燈3. 2 plc外部接線圖:x0xicomplcyoy1y2y3odm1y4y5y6y7com2¥10yll¥12¥