工廠電氣控制及PLC課程設(shè)計(jì)水塔水位控制系統(tǒng)

1、 題目： 水塔水位控制系統(tǒng)水塔水位控制系統(tǒng) 課程名稱：工廠電氣控制及工廠電氣控制及 plc 課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)院部名稱： 龍?bào)磳W(xué)院龍?bào)磳W(xué)院 專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化電氣工程及其自動(dòng)化 班級(jí)：m09 電氣工程及其自動(dòng)化電氣工程及其自動(dòng)化(2)班學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： c314 課程設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)： 2 周周 指導(dǎo)教師： 金陵科技學(xué)院教務(wù)處制成績成績- i -目錄摘要摘要.iiabstract.iii第一章第一章 緒論緒論.11.1 相關(guān)背景知識(shí).11.2 課程設(shè)計(jì)的目的.11.3 課程設(shè)計(jì)的要求.11.4 課程設(shè)計(jì)的任務(wù).2第二章第二章 水塔水位控制系統(tǒng)水塔水位控制系統(tǒng) plc 硬件設(shè)計(jì)硬

2、件設(shè)計(jì).42.1 蓄水池的水位控制要求.42.2 水塔水箱的水位控制要求.42.3 選擇機(jī)型.42.4 plc 輸入/輸出信號(hào)及地址分配.42.5 電氣連接圖.52.5 水塔水位控制系統(tǒng)的安全保護(hù).5第三章第三章 水塔水塔水水位控制系統(tǒng)位控制系統(tǒng) plc 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì).73.1 梯形圖設(shè)計(jì).73.2 基本 plc 語句對(duì)應(yīng)指令.83.3 系統(tǒng)調(diào)試.8第四章第四章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)課程設(shè)計(jì)總結(jié).9致謝致謝.10參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).10- ii -水塔水位控制系統(tǒng)摘要隨著科技的發(fā)展，無論在日常生活中，還是在工農(nóng)業(yè)發(fā)展中，plc 具有廣泛的應(yīng)用。plc 的一般特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，可靠性極高、編程簡單方

3、便、使用方便、維護(hù)方便、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。plc 總的發(fā)展趨勢(shì)是：高功能、高速度、高集成度、大容量、小體積、低成本、通信組網(wǎng)能力強(qiáng)。本水塔水位控制系統(tǒng)采用 plc 為控制核心，具備開啟和全部停止功能，這是一種 plc 控制的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。應(yīng)用此控制系統(tǒng)能顯著提高勞動(dòng)效率，減少勞動(dòng)強(qiáng)度。關(guān)鍵詞：高集成度，通信組網(wǎng)，水塔水位，plc- iii -water towers water level control systemabstractwith the development of science and technology, no matter in daily

4、 life, or in the industrial and agricultural development, plc has wide application. plc general features: strong anti-interference, high reliability, simple programming and convenient use, convenient maintenance, design, construction, commissioning period is short and easy to realize mechanical and

5、electrical integration. plc general tendency is: high function, high speed, high level of integration, large capacity, small volume, low cost, communication networking ability. this water tower water level control system adopts plc to control the core, have open and all stop function, this is a kind

6、 of plc control automatic adjustment of the control system. application of this control system can significantly improve the work efficiency and reduce labor intensity.keywords：high level of integration, communication network, the towers were water level, plc- 1 -第一章 緒論1.1 相關(guān)背景知識(shí)傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)大多采用水塔、高位水箱或增

7、壓設(shè)備，用水泵高出實(shí)際用水高度的揚(yáng)程來“提升”水位高度，以保證有足夠的用水量。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)在我國的日新月異，繼電器控制系統(tǒng)已跟不上時(shí)代的發(fā)展要求，取而代之的是可編程控制器，以 plc 構(gòu)成的自動(dòng)控制水塔系統(tǒng)已在住宅小區(qū)中廣泛應(yīng)用。 可編程控制器是在繼電器控制的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的以微處理器為核心，集微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)為一體，以工業(yè)自動(dòng)化控制為目標(biāo)的新型控制裝置，目前已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、交通運(yùn)輸領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成為各行業(yè)的通用控制核心產(chǎn)品。正在向更加可靠、操作簡單、通用性強(qiáng)、價(jià)格低廉的方向發(fā)展，使自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)起來更容易。在一般住宅或大樓頂樓常

8、設(shè)置水塔或水箱以提供充足的水壓供用戶使用,另備有地下水槽儲(chǔ)存自來水公司提供的水源并給頂樓水塔進(jìn)水使用。由于當(dāng)前可編程序控制器(plc)技術(shù)已日趨成熟,因而考慮利用它來實(shí)現(xiàn)水塔/水箱供水控制。1.2 課程設(shè)計(jì)的目的（1）了解常用電氣控制裝置的設(shè)計(jì)方法、步驟和設(shè)計(jì)原則。（2）學(xué)以致用，鞏固書本知識(shí)。通過訓(xùn)練，使學(xué)生初步設(shè)計(jì)具有電氣控制裝置的能力，從而培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作和創(chuàng)造的能力。（3）進(jìn)行一次工程技術(shù)的基本訓(xùn)練。培養(yǎng)學(xué)生查閱書籍、參考資料、產(chǎn)品手冊(cè)、工具書的能力，上網(wǎng)查詢信息的能力，運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工程繪圖的能力，編制技術(shù)文件的能力等，從而提高學(xué)生解決實(shí)際工程技術(shù)問題的能力。1.3 課程設(shè)計(jì)的要求（

9、1）閱讀本課程設(shè)計(jì)參考資料及有關(guān)圖樣，了解一般電氣控制裝置的設(shè)計(jì)原則、方法和步驟。（2）上網(wǎng)調(diào)研當(dāng)今電氣控制領(lǐng)域的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新動(dòng)向，用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)過程，使設(shè)計(jì)成果具有先進(jìn)性和創(chuàng)造性。- 2 -（3）認(rèn)真閱讀本課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，分析所選課題的控制要求，并進(jìn)行工藝流程分析，畫出工藝流程圖。（4）確定控制方案，設(shè)計(jì)電氣控制裝置的主電路。（5）應(yīng)用 plc 設(shè)計(jì)電氣控制裝置的控制程序。可分為 5 個(gè)步驟：選擇 plc 的機(jī)型及 i/o 模塊的型號(hào)，進(jìn)行系統(tǒng)配置并校驗(yàn)主機(jī)的電源負(fù)載能力；根據(jù)工藝流程圖繪制順序功能圖；列出 plc 的 i/o 分配表，畫出 plc 的 i/o 接線圖；設(shè)計(jì)梯形圖并進(jìn)行必

10、要的注釋；輸入程序并進(jìn)行室內(nèi)調(diào)試及模擬運(yùn)行。（6）設(shè)計(jì)電氣控制裝置的照明、指示及報(bào)警等輔助電路。系統(tǒng)應(yīng)具有必要的安全保護(hù)措施，例如，短路保護(hù)、過載保護(hù)、失電壓保護(hù)、超程保護(hù)等。（7）選擇電氣元件的型號(hào)和規(guī)格，列出電氣元件明細(xì)表。選擇電氣元件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用優(yōu)質(zhì)新產(chǎn)品。（8）繪制正式圖樣，要求用計(jì)算機(jī)繪圖軟件繪制電氣控制電路圖，用step 7-micro/win32 編程軟件編寫梯形圖。要求圖幅選擇合理，圖、字體排列整齊，圖樣應(yīng)按電氣控制圖國家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定繪制。（9）編寫設(shè)計(jì)說明書及使用說明書。內(nèi)容包括闡明設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)過程，附上設(shè)計(jì)過程中有關(guān)計(jì)算及說明，說明操作過程、使用方法及注意事項(xiàng)，附上所有

11、的圖表、所用參考資料的出處及對(duì)自己設(shè)計(jì)成果的評(píng)價(jià)或改進(jìn)意見等。要求文字通順、簡練，字跡端正、整潔。1.4 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)1.4.1 控制要求水塔水位控制示意圖如圖所示。當(dāng)供水池水位低于低水位界限時(shí)（s4 為off 時(shí)表示） ，閥門 y 打開給水池注水（y 為 on） ，同時(shí)定時(shí)器開始計(jì)時(shí)；2秒鐘后，如果 s4 繼續(xù)保持 off 狀態(tài)，那么閥門 y 的指示燈開始以 0.5s 的間隔閃爍，表示閥門 y 沒有進(jìn)水，出現(xiàn)了故障；當(dāng)水池水位到達(dá)高水位界限時(shí)（s3為 on 時(shí)表示） ，閥門 y 關(guān)閉（off） 。當(dāng) s3 為 on 時(shí)，如果水塔水位低于低水位界限(s2 為 off)，水泵 m 開始從供水池

12、中抽水；當(dāng)水池水位在 s4 和 s3 之間時(shí)，水泵 m 繼續(xù)保持抽水狀態(tài)；當(dāng)水塔水位到達(dá)高水位界限時(shí)（s1 為 on） ，水泵 m 停止抽水。圖中，s1、s2、s3、s4 為液面?zhèn)鞲衅鳌? 3 -圖 1.2 水塔水位控制的實(shí)驗(yàn)面板圖1.4.2 系統(tǒng)分析為了實(shí)現(xiàn)上述要求，首先列出 plc 的 i/o 分配表，并畫出 plc 的 i/o 接線圖，然后選擇 plc 的機(jī)型及 i/o 模塊的型號(hào)，進(jìn)行系統(tǒng)配置并校驗(yàn)主機(jī)的電源負(fù)載能力。根據(jù)控制要求，編寫梯形圖及語句表，調(diào)試程序直到準(zhǔn)確無誤。1.4.3 硬件設(shè)計(jì)（1）列出 plc 的 i/o 分配表，并畫出 plc 的 i/o 接線圖；（2）選擇 plc

13、 的機(jī)型及 i/o 模塊的型號(hào)，進(jìn)行系統(tǒng)配置并校驗(yàn)主機(jī)的電源負(fù)載能力；（3）設(shè)計(jì)必要的安全保護(hù)措施，例如，短路保護(hù)、過載保護(hù)、失電壓保護(hù)、超程保護(hù)等。1.4.4 軟件設(shè)計(jì)（1）采用模塊化程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，首先將整個(gè)軟件分成若干功能模塊；（2）編寫控制系統(tǒng)的邏輯關(guān)系圖；（3）繪制各種電路圖；（4）編制 plc 程序并進(jìn)行模擬調(diào)試；（5）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試；（6）編寫技術(shù)文件并現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行。 - 4 -第二章 水塔水位控制系統(tǒng) plc 硬件設(shè)計(jì)2.1 蓄水池的水位控制要求當(dāng)蓄水池水位低于下限水位即液壓傳感器 s4 為 on 時(shí)，進(jìn)水口閥門 y 自動(dòng)打開。當(dāng)進(jìn)水口閥門 y 打開一定時(shí)間后，液壓傳感器 s4 仍然

14、沒有變?yōu)?off，表明進(jìn)水口閥門 y 出現(xiàn)故障或水塔無水，蓄水池水位故障報(bào)警。當(dāng)蓄水池水位達(dá)到上限水位即液壓傳感器 s3 為 on 時(shí)，進(jìn)水口閥門 y 自動(dòng)關(guān)閉。2.2 水塔水箱的水位控制要求水塔水箱的水位主要是保證用戶有一定的用水量，所以其水位不能太低，不然就不能滿足用戶的要求。當(dāng)水塔水箱水位低于下限水位即液壓傳感器 s2為 on 時(shí)，如果蓄水池水位不低于下限水位即 s4 為 off,水泵電機(jī) m 自動(dòng)啟動(dòng)。當(dāng)水泵電機(jī) m 自動(dòng)啟動(dòng)一定時(shí)間后，液壓傳感器 s2 仍然沒有變?yōu)?off，表明水泵電機(jī) m 出現(xiàn)故障，水塔水箱水位故障報(bào)警。當(dāng)水塔水箱水位達(dá)到上限水位即液壓傳感器 s1 為 on 時(shí)，

15、水泵電機(jī) m 自動(dòng)停車。2.3 選擇機(jī)型根據(jù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，考慮到擴(kuò)展和功能，選用一臺(tái)晶體管輸出結(jié)構(gòu)的 cpu224 小型 plc 作為控制中心，cpu224 的 i /o 點(diǎn)數(shù)為 24 點(diǎn)（14 入 10 出） 。2.4 plc 輸入 /輸出信號(hào)及地址分配根據(jù)上述水塔水位控制要求的分析，plc 的輸入信號(hào)有蓄水池水位上下限液位傳感器信號(hào)，水塔水箱水位上下限液位傳感器信號(hào)。plc 的輸出信號(hào)有進(jìn)水口閥門控制電磁閥、水泵電機(jī)控制接觸器、蓄水池和水塔水箱水位故障報(bào)警信號(hào)燈。由上述 plc 輸入 /輸出信號(hào)分析可知，選擇 s7-200 系列的 plc 即可滿足控制要求，其輸入 /輸出地址分配如表

16、 1 所示。表 1 i/o 分配表 - 5 - 輸入信號(hào)輸入信號(hào) 輸出信號(hào)輸出信號(hào)水塔水位上限液壓傳感器水塔水位上限液壓傳感器 s1 i0.1進(jìn)水口閥門控制進(jìn)水口閥門控制 yq0.0水塔水位下限液壓傳感器水塔水位下限液壓傳感器 s2 i0.2水泵電機(jī)控制水泵電機(jī)控制 mq0.1蓄水池水位上限液位傳感器蓄水池水位上限液位傳感器 s3i0.3蓄水池水位下限液位傳感器蓄水池水位下限液位傳感器 s4i0.42.5 電氣連接圖2.5 水塔水位控制系統(tǒng)的安全保護(hù)水塔水位控制系統(tǒng)的安全保護(hù)主要包括四個(gè)方面：短路保護(hù)、過載保護(hù)、失電壓保護(hù)和超程保護(hù)等。具體體現(xiàn)在主電路圖圖 2.1 中。2.5.1 短路保護(hù)短路

17、時(shí)熔斷器 fu 的熔體熔斷而切斷電路起保護(hù)作用。2.5.2 過載保護(hù)采用熱繼電器 fr。由于熱繼電器的熱慣性較大，即使發(fā)熱元件流過幾倍于額定值得電流，熱繼電器也不會(huì)立即動(dòng)作。因此在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間不太長的情況下，熱繼電器不會(huì)動(dòng)作，只有在電動(dòng)機(jī)長期過載時(shí)，熱繼電器才會(huì)動(dòng)作，用它的常閉觸頭使控制電路斷電。2.5.3 失電壓保護(hù)通過接觸器 km 的自鎖環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電源電壓由于某種原因而嚴(yán)重欠電壓或失電壓（如停電）時(shí)，接觸器 km 斷電釋放，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電源電 - 6 -壓恢復(fù)正常時(shí)，接觸器線圈不會(huì)自行通電，電動(dòng)機(jī)也不會(huì)自行啟動(dòng)，只有在操作人員重新按下啟動(dòng)按鈕后，電動(dòng)機(jī)才能啟動(dòng)。2.5.4 超程

18、保護(hù)超程也叫超行程，術(shù)語多用于電力設(shè)備斷路器。 超程是真空開關(guān)觸頭完全閉合后，動(dòng)或靜觸頭所能移動(dòng)的距離。超程的作用主要有以下幾點(diǎn)：a)保證觸頭在電磨損后仍能保持一定的接觸壓力；b)觸頭閉合時(shí)能利用觸頭彈簧力緩沖，減小彈跳；c)在觸頭分閘時(shí)，使動(dòng)觸頭獲得一定的初始的動(dòng)能，拉斷熔焊點(diǎn)，提高初始分閘速度，減小燃弧時(shí)間，從而提高介質(zhì)恢復(fù)的速度。如果超程太小，就不能保證觸頭在燒損后應(yīng)有的觸頭壓力，同時(shí)，初始分閘速度變小，會(huì)影響真空開關(guān)的開斷關(guān)合和動(dòng)熱穩(wěn)定性能，甚至產(chǎn)生重合閘彈振。若超程太大，會(huì)增加操作機(jī)構(gòu)的合閘功，使合閘變得極不可靠。真空開關(guān)的超程取額定開距的 15%40%左右，10 kv 級(jí)真空開關(guān)的

19、超程一般取 34 mm。現(xiàn)在的真空開關(guān)動(dòng)靜觸頭之間的接觸一般采用平板接觸，要保證接觸良好，就要保證相當(dāng)?shù)慕佑|壓力，超程是指開關(guān)動(dòng)靜觸頭接觸后，觸頭彈簧的壓縮行程，其目的是為了保證接觸壓力，從而保證開關(guān)接觸良好 - 7 -第三章 水塔水位控制系統(tǒng) plc 軟件設(shè)計(jì)3.1 梯形圖設(shè)計(jì) - 8 -3.2 基本 plc 語句對(duì)應(yīng)指令3.3 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)電氣接線圖安裝接線，用編程工具將用戶程序輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)過反復(fù)編輯、編譯、下載、調(diào)試、運(yùn)行、直至運(yùn)行成功。 - 9 -第四章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)這次課程設(shè)計(jì)的課題是 plc 系統(tǒng)理論與實(shí)踐相結(jié)合的設(shè)計(jì)。在此時(shí)對(duì)以前學(xué)習(xí)的知識(shí)的挑戰(zhàn)與突破。在對(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)的材料搜索進(jìn)

20、行獨(dú)立搜索時(shí)，對(duì)于辦公軟件的應(yīng)用有了進(jìn)一步的提高。同時(shí)在對(duì)搜集的材料進(jìn)行整核，結(jié)合所學(xué)理論知識(shí)，以及實(shí)際應(yīng)用操作的情況下，提高了實(shí)際操作和獨(dú)立解決問題的能力。通過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐。讓我更熟練的掌握了西門子的 plc 軟件的簡單編程方法，對(duì)于西門子的 plc 的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在理論的運(yùn)用中，也提高了我的工程素質(zhì)。剛開始學(xué)習(xí)西門子 plc 軟件時(shí)，由于我對(duì)一些細(xì)節(jié)的不加重視，當(dāng)我把自己想出來的一些認(rèn)為是對(duì)的程序運(yùn)用到梯形圖編輯時(shí)，問題出現(xiàn)了。轉(zhuǎn)換成指令表后則顯示不出很多正確的指令程序，這主要是因?yàn)槲覜]有把理論和實(shí)踐相結(jié)合，缺乏動(dòng)手能力而造成的結(jié)果，最后通過老師的糾正和自己的實(shí)際操作，終于把正確的結(jié)果做了出來，同樣也看清了自己的不足之處。 - 10 -致謝本課程設(shè)計(jì)得以完成，