基于PLC的抽水泵站自動控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計開題報告

1、電信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計開題報告姓名專業(yè)控制工程基地班（電 氣）班級控制工程基地班11級2班學(xué)號指導(dǎo)教師題目類型工程設(shè)計題目小型灌溉抽水泵站PLC自動控制系統(tǒng)設(shè)計一、選題背景及依據(jù)（簡述題目的技術(shù)背景和設(shè)計依據(jù)，如實說明選題目的、意義，列出主要參考文獻）1 技術(shù)背景隨著科技的飛速發(fā)展，數(shù)字化和智能化也越來越多的應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上。我國是一個水 資源不甚豐富的農(nóng)業(yè)大國，要想合理發(fā)展農(nóng)業(yè)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率，現(xiàn)代科技的作用尤為重要， 灌溉自動化與監(jiān)控系統(tǒng)便應(yīng)運而生。灌溉自動化既可以實現(xiàn)節(jié)水灌溉解決用水困難的現(xiàn)狀， 又可以減輕人工澆灌的勞動強度提高生產(chǎn)率。以往的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中更多的是依靠人工的或自然 的力量來進行澆灌和

2、監(jiān)控，非常消耗體力且增加勞動強度不說，在量 上也很難把控，生產(chǎn)率 也一直很低。我國作為一個有著將近14億人口的大國，有著將近世界五分之一的人口，同時土地資源又十分匱乏根本達不到自給自足，所以中國的糧 食問 題一直都是世界關(guān)注的焦點。在這種尷尬的境況下，提高糧食的生產(chǎn)率是迫在眉睫的。所 以，農(nóng)業(yè)自動化數(shù)字化是勢在必行的。小型泵站在城市建設(shè)、防洪排澇、灌溉、水利等領(lǐng)域的應(yīng)用中占有相當(dāng)大的比例。以前 采用傳統(tǒng)的單機控制和集中控制方式，運行管理成本較高。采用可編程控制器PLC控制，可以通過設(shè)定運行程序?qū)Ρ谜具M行運行監(jiān)控，既可以降低運行費用，又可以提高小型泵 站的自動化程度。將其運用到灌溉領(lǐng)域便可實現(xiàn)灌

3、溉自動化。2. 設(shè)計依據(jù)本設(shè)計中是通過利用PLC控制系統(tǒng)控制水泵運行來達到實時灌溉的目的。可編程邏 輯 控制器PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，自帶有控制邏輯順序、定時、數(shù)據(jù)處理和計算能力等功 能，綜合了計算機、自動控制和通信等技術(shù)的一種新型工業(yè)控制裝置，它具有結(jié)構(gòu) 簡單、編 程方便、可靠性高、使用靈活等優(yōu)點，是現(xiàn)代工業(yè)的重要基礎(chǔ)設(shè)備之一。PLC是靠執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)控制要求的。PLC用戶程序的執(zhí)行主要采用循環(huán)掃描的工作方 式， 在系統(tǒng)軟件的控制下，順序掃描個輸入點的狀態(tài)，按照用戶程序進行運算處理，然 后順序向 輸出點發(fā)出相應(yīng)的控制信號。整個工作過程包括3個階段：輸入采樣、執(zhí)行用戶程序、輸出刷新。小型

4、PLC自動控制系統(tǒng)控制的抽水泵站不僅能合理、高效的完成灌溉， 且可靠性高、耗能低，是最理想的控制系統(tǒng)。3 研究意義1 ）自動控制系統(tǒng)能提高泵站運行的可靠性和自動化水平，實時監(jiān)視泵站運行狀況，快速 準確地檢測并處理故障，防止事故發(fā)生的同時并保護運行設(shè)備。同時也降低了人員 事故發(fā)生 率。2）自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用提高了經(jīng)濟效益。采用PLC監(jiān)控系統(tǒng)能根據(jù)進水量適時的調(diào)整 運行泵數(shù)，并在運行允許時能順序替換，使得每臺水泵的的運行時間大致相同，減少不必要 的損耗。同時自動控制系統(tǒng)需要的配備人員需求減少，減少了運行成本和配備人員生活設(shè)施 的配套成本。3) 于常規(guī)操作系統(tǒng)相比操作更方便，顯示更直觀，能實時顯示配

5、電站系統(tǒng)的運行參數(shù)的變化和運行趨勢。不需要繁瑣的操作便能控制運行并得到想要的目標數(shù)據(jù)。而且能直觀 的看到故障發(fā)生時的地點，進行及時的搶救維修，避免設(shè)備上大的損失。參考文獻1李素玲等，恒壓供水自動測控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，中國給水排水， 2004年3月2陳明榜，基于組態(tài)軟件的PLC泵站監(jiān)控系統(tǒng)，工業(yè)控制計算機，2007, (02)345何平，大型泵站自動控制系統(tǒng)設(shè)計，電工技術(shù)，2004, ( 12)王存才，抽水泵站自動控制系統(tǒng)設(shè)計探討，城市建設(shè)理論研究，2013 ( 7)nn石建飛等，基于PLC的農(nóng)田自動灌溉無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，黑龍江省農(nóng)業(yè)工程學(xué)會2011學(xué)術(shù)年會論文集，2011年1月 劉嘉等，基于P

6、LC的自動灌溉系統(tǒng)設(shè)計，南昌工程學(xué)院學(xué)報，2013 (6)7 葛瑜，基于PLC和組態(tài)王的智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計，江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014 ( 12)8 電力工程電氣設(shè)計手冊(電氣一次部分、電氣二次部分),水利電力出版社,19909 王錫凡，電力工程基礎(chǔ)，西安交通大學(xué)出版社，199810 組態(tài)王監(jiān)控軟件用戶手冊，北京亞控自動化公司11 PROGRAMME LOGIC CONTROL PUMPING STATION AND SY STEMAUTOMATION , Matangu-deba-noel, Business and Management Review VI. 1 (7) pp. 46 -52 S

7、eptember, 2011 ISSN: 2047 0398。二、主要設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計思想、解決問題的關(guān)鍵、擬采用的設(shè)計方案、設(shè)計工作步驟 1-設(shè)計內(nèi)容1) 課題研究的意義及目的，國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀；2) 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計；3) 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計及控制系統(tǒng)的硬件配置；4) PLC應(yīng)用軟件設(shè)計和主要電氣設(shè)備選擇；5) 監(jiān)控軟件的設(shè)計及圖形界面的設(shè)計。2.設(shè)計思想利用傳感器來檢測泵站進水前池和水井的水位高低，根據(jù)進水前池與水井的水位高低， 調(diào)整投運水泵的數(shù)量，保持進水前池水位處于一個相對穩(wěn)定的預(yù)定設(shè)定點。水位的檢測要實 時連續(xù)，以避免發(fā)生高低水位預(yù)警。當(dāng)進水前池高水位預(yù)警時，停止運行A組水泵并投運B

8、 組全部水泵；當(dāng)?shù)竭_進水前池低水位時，啟動A組全部水泵，B組暫停；當(dāng)?shù)竭_水井低水位時，停止A組水泵運行。當(dāng)進水率處于預(yù)定穩(wěn)定值時，可進行AB組 內(nèi)泵 順序交替運行，使得在一個周期內(nèi)，每臺泵運行的時間都是一樣的，有效避免有的機組過度 磨損，有的機組則長期停機的情況。根據(jù)進水側(cè)和出水側(cè)的管道水壓來決定水泵是否變頻運 行。3. 要解決問題的關(guān)鍵1) 電氣控制原理圖的設(shè)計。2) 可編程控制器PLC的選型和各低壓設(shè)備的選型。3）做好合理的繼電保護和運行設(shè)備保護。4. 擬采用的設(shè)計方案1）主要低壓電器的選擇a. 空氣斷路器的選擇空氣斷路器，又名空氣開關(guān)，是斷路器的一種。是一種只要電路中電流超過額定電流就

9、會自動斷開的開關(guān)?？諝忾_關(guān)是低壓配電網(wǎng)絡(luò)和電力拖動系統(tǒng)中非常重要的一種電器，它集 控制和多種保護功能于一身。除能完成接觸和分斷電路外，尚能對電路或電氣設(shè)備發(fā)生的短 路、嚴重過載及欠電壓等進行保護，同時也可以用于不頻繁地啟動電動機。根據(jù)經(jīng)濟性和可 靠性，我們選用DZ20C-160/3300ob. 交流接觸器的選擇在電工學(xué)上，接觸器是一種用來接通或斷開帶負載的交直流主電路或大容量控制電路的 自動化切換器，主要控制對象是電動機，此外也用于其他電力負載，如電熱器，電焊機，照 明設(shè)備，接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護作用。接觸器控制容量 大，適用于頻繁操作和遠距離控制，是自動控制系統(tǒng)

10、中的重要元件之一。此處我們選用 CJ20-100A型的交流接觸器。c. 按鈕的選擇按鈕是一種短時間接通或斷開小電流電路的手動電器，常用于控制電路中發(fā)出啟動或停止等指令，以控制接觸器、繼電器等電器的線圈電流的接通或斷開，再由它們?nèi)ソ?通或 斷開主電路。按鈕開關(guān)可以完成啟動、停止、變速、正反轉(zhuǎn)以及互鎖等基本控制。按鈕的一 般結(jié)構(gòu)主要由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式動觸頭、動合靜觸頭、動斷靜觸頭、推桿和外殼等組 成。每個按鈕開關(guān)都有兩對觸點，每對觸點由一個常開觸點和常閉觸點組 成。當(dāng)按鈕按下 時，常開觸點閉合同時常閉觸點斷開。在本設(shè)計中我們選用常閉式按鈕 選用LA19-11D型。d. 液位開關(guān)的選擇液位開關(guān)

11、也稱水位開關(guān)、液位傳感器，是用來控制液位的開關(guān)，從形式上主要分為 接觸 式和非接觸式。常見的非接觸式開關(guān)有電容式液位開關(guān)，接觸式有浮球式液位開關(guān)。電容式 液位開關(guān)就是在容器內(nèi)插入電極，當(dāng)液位變化時，電極內(nèi)部介質(zhì)改變，電極間的電容也隨之 變化，再轉(zhuǎn)換成標準化的直流電信號。浮球式液位開關(guān)就是在液位中放一個 空心的球，當(dāng)液 位變化時，浮球?qū)a(chǎn)生與液位變化相同的位移，可用機械或電的方法來測得浮球的位移，這 種開關(guān)不適用于高粘度的液體，其輸出端有開關(guān)控制和連續(xù)輸出。在本設(shè)計這種我們選用浮 球式液位開關(guān)。e. 變頻器的選擇本系統(tǒng)是提供灌溉用水的抽水泵站系統(tǒng)，可以采用恒壓供水的方式，這樣就要用到 變頻 器。

12、本次設(shè)計的負載是是泵，所以我們選用MICROMASTER 430變頻器。MICROMASTER 430變頻器適合用于各種變速驅(qū)動裝置，有多種型號可選，額定功率范圍從 7.5KW到250KW可選，由于其靈活性而可以在廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。在采用變頻器的出廠設(shè)定功能和缺省設(shè)定值時，MICROMASTER 430變頻器尤其適合用于工業(yè) 部門的 水泵和風(fēng)機。本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進技術(shù)水平的絕緣柵 雙極型晶體 管（IGBT）作為功率輸出器件。因此，它們具有很高的運行可靠性和通用性。采用脈沖頻率 可選的專用脈寬調(diào)制方法，可使電動機低噪聲運行。全面而完善的保護功能為變頻器和電動 機提供了良

13、好的保護。與MICROMASTER 420變頻器相比，這種變頻 器具有更多的輸入和輸出端，具有手動/自動切換功能的操作面板，以及自適應(yīng)的軟件功能。f. 壓力變送器的選型壓力變送器用于測量液體、氣體或蒸汽的液位、密度和壓力，然后將壓力信號轉(zhuǎn)換 成420mA電流信號或者15V電壓信號輸出。主要有電容式壓力變送器、擴散硅壓力變送器、陶瓷壓力變送器和應(yīng)變式壓力變送器。本設(shè)計中選用KTTS801擴散硅壓阻式壓力變送器。2) PLC及各擴展模塊的配置及選型在此次設(shè)計中，我選用西門子S7系列的PLC, S7系列以結(jié)構(gòu)緊湊、功能全、可靠性高等優(yōu)點在自動控制領(lǐng)域占有重要地位。主要有S7-200 S7300、S7

14、-400等系列。 對于控制速度要求不高的開關(guān)量控制系統(tǒng)，可選用小型PLC如S7-200系列；對以開關(guān)量為主，帶有部分模擬量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，如對工業(yè)系統(tǒng)中遇到的壓力、溫度、速度、流 量、液位等連續(xù)量的控制，應(yīng)選用帶有A/D轉(zhuǎn)換額模擬量輸入輸出模塊和帶有D/A轉(zhuǎn)換的模 擬量輸入輸出模塊的中小型PLC如S7-300系列；對于比較復(fù)雜的大型控制系 統(tǒng)，應(yīng)選用大 型PLC如S7-400系列。本設(shè)計中，有模擬量的控制故選用S7-300系列CPU型號為314的PLCo其中擴展模塊 分別選用：模擬量輸入模塊SM331 : 8點輸入，模擬量輸出模塊SM332：8點輸出，數(shù)字量輸入SM321:32點輸入，數(shù)字量輸

15、出SM322:32點輸出。電源模塊選用PS307,接口模塊選 用 IM365。3) I/O分配表表1 I/O分配表輸入信號1號自動模式11.05號壓力變送器信號PIW3282號自動模式11.16號壓力變送器信號PIW3303號自動模式11.27號壓力變送器信號PIW3324號自動模式11.3號壓力變送器信號PIW3345號自動模式11.41號故障信號PIW3366號自動模式11.52號故障信號PIW3367號自動模式：11.6號故障信號PIW3368號自動模式11.7P號故障信號PIW3361號壓力變送器信號PIW3205號故障信號PIW3362號壓力變送器信號PIW3226號故障信號PIW3

16、363號壓力變送器信號PIW32417號故障信號PIW3384號壓力變送器信號PIW3268號故障信號PIW340輸出信號1號泵自動開關(guān)Q0.01號頻率輸出PQW3522號泵自動開關(guān)Q0.12號頻率輸出PQW3543號泵自動開關(guān)Q0.23號頻率輸出PQW3564號泵自動開關(guān)Q0.34號頻率輸出PQW3585號泵自動開關(guān)Q0.45號頻率輸出PQW3606號泵自動開關(guān)Q0.5r6號頻率車刖出PQW3627號泵自動開關(guān)Q0.67號頻率輸出PQW3648號泵自動開關(guān)Q0.78號頻率輸出PQW3664)程序設(shè)計根據(jù)國際電工委員會制定的工業(yè)控制編程語言標準(IEC1131-3) , PLC編程語言有 5種

17、形式：a順序功能圖語言(SFC)順序功能流程圖語言是為了滿足順序邏輯控制而設(shè)計的編程語言。編程時將順 序流 程動作的過程分成步和轉(zhuǎn)換條件，根據(jù)轉(zhuǎn)移條件對控制系統(tǒng)的功能流程順序進 行分配， 一步一步的按照順序動作。每一步代表一個控制功能任務(wù)，用方框表示。在方框內(nèi)含有 用于完成相應(yīng)控制功能任務(wù)的梯形圖邏輯。這種編程語言使程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀及 維護，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調(diào)試時間。用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關(guān)系 較復(fù)雜的場合。b.梯形圖語言(LAD)梯形圖語言是PLC程序設(shè)計中最常用的編程語言。它是與繼電器線路類似的一種 編程語言，它的特點是：與電氣控制原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性，

18、比較 直觀易 懂，且容易在計算機編程軟件上進行仿真模擬。d.結(jié)構(gòu)化文本語言(ST)結(jié)構(gòu)化文本語言是用結(jié)構(gòu)化的描述文本來描述程序的一種編程語言。它是類似于高 級語言的一種編程語言。在大中型的PLC系統(tǒng)中，常采用結(jié)構(gòu)化文本來描述控制系統(tǒng)中 各個變量的關(guān)系。主要用于其他編程語言較難實現(xiàn)的用戶程序編制。它的特點是：采用 高級語言進行編程，可以完成較復(fù)雜的控制運算；需要有一定的計算機高級語言的知識 和編程技巧，對工程設(shè)計人員要求較高。直觀性和操作性較差。e.指令表語言(STL)指令表編程語言是與匯編語言類似的一種助記符編程語言，和匯編語言一樣由操作 碼和操作數(shù)組成。在無計算機的情況下，適合采用PLC手持

19、編程器對用戶程序 進行編 制。同時，指令表編程語言與梯形圖編程語言圖一'一對應(yīng)，在PLC編程軟件下可以相互轉(zhuǎn)換。它的特點是：采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶，便于 掌握；在手持編程器的鍵盤上采用助記符表示，便于操作，可在無計算機的場合進 行編程設(shè)計；與梯形圖有一一對應(yīng)關(guān)系。其特點與梯形圖語言基本一致。在本設(shè)計中采用做常用的梯形圖語言編程。5)電氣控制原理圖的設(shè)計選定PLC和分配完I/O地址后，硬件設(shè)計部分就剩電氣控制原理圖的設(shè)計了。電氣控制原理圖包括兩個部分：主電路和控制電路?？刂齐娐钒≒LC的I/O接線和自動部分、手動部分的詳細連接。一般電器元器件的選擇主要是根據(jù)控制要求選擇按鈕