工廠電氣控制及PLC課程設(shè)計(jì)-水塔水位控制系統(tǒng)

成績題目：水塔水位控制系統(tǒng)課程名稱：工廠電氣控制及PLC課程設(shè)計(jì)院部名稱：龍蟠學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：學(xué)生姓名：學(xué)號：課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)：課程設(shè)計(jì)學(xué)時：2周指導(dǎo)教師：金陵科技學(xué)院教務(wù)處制-PAGEII-目錄摘要 IIAbstract III第一章緒論 11.1相關(guān)背景知識 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第二章水塔水位控制系統(tǒng)PLC硬件設(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 42.4PLC輸入/輸出信號及地址分配 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第三章水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì) 73.1梯形圖設(shè)計(jì) 73.2基本PLC語句對應(yīng)指令 83.3系統(tǒng)調(diào)試 8第四章課程設(shè)計(jì)總結(jié) 9致謝 10參考文獻(xiàn) 10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)能顯著提高勞動效率，減少勞動強(qiáng)度。關(guān)鍵詞：高集成度，通信組網(wǎng)，水塔水位，PLCWatertowerswaterlevelcontrolsystemAbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,nomatterindailylife,orintheindustrialandagriculturaldevelopment,PLChaswideapplication.PLCgeneralfeatures:stronganti-interference,highreliability,simpleprogrammingandconvenientuse,convenientmaintenance,design,construction,commissioningperiodisshortandeasytorealizemechanicalandelectricalintegration.PLCgeneraltendencyis:highfunction,highspeed,highlevelofintegration,largecapacity,smallvolume,lowcost,communicationnetworkingability.ThiswatertowerwaterlevelcontrolsystemadoptsPLCtocontrolthecore,haveopenandallstopfunction,thisisakindofPLCcontrolautomaticadjustmentofthecontrolsystem.Applicationofthiscontrolsystemcansignificantlyimprovetheworkefficiencyandreducelaborintensity.Keywords：highlevelofintegration,communicationnetwork,thetowerswerewaterlevel,PLC第一章緒論1.1相關(guān)背景知識傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)大多采用水塔、高位水箱或增壓設(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)成的自動控制水塔系統(tǒng)已在住宅小區(qū)中廣泛應(yīng)用?？删幊炭刂破魇窃诶^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)、價格低廉的方向發(fā)展，使自動控制實(shí)現(xiàn)起來更容易。在一般住宅或大樓頂樓常設(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。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、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（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。（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?？煞譃?個步驟：①選擇PLC的機(jī)型及I/O模塊的型號，進(jìn)行系統(tǒng)配置并校驗(yàn)主機(jī)的電源負(fù)載能力；②根據(jù)工藝流程圖繪制順序功能圖；③列出PLC的I/O分配表，畫出PLC的I/O接線圖；④設(shè)計(jì)梯形圖并進(jìn)行必要的注釋；⑤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和規(guī)格，列出電氣元件明細(xì)表。選擇電氣元件時，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STEP7-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)，附上所有的圖表、所用參考資料的出處及對自己設(shè)計(jì)成果的評價或改進(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（S4為OFF時表示），閥門Y打開給水池注水（Y為ON），同時定時器開始計(jì)時；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（S3為ON時表示），閥門Y關(guān)閉（OFF）。當(dāng)S3為ON時，如果水塔水位低于低水位界限(S2為OFF)，水泵M開始從供水池中抽水；當(dāng)水池水位在S4和S3之間時，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（S1為ON），水泵M停止抽水。圖中，S1、S2、S3、S4為液面?zhèn)鞲衅?。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，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的機(jī)型及I/O模塊的型號，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)場調(diào)試；（6）編寫技術(shù)文件并現(xiàn)場試運(yùn)行。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，進(jìn)水口閥門Y自動打開。當(dāng)進(jìn)水口閥門Y打開一定時間后，液壓傳感器S4仍然沒有變?yōu)镺FF，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，進(jìn)水口閥門Y自動關(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，如果蓄水池水位不低于下限水位即S4為OFF,水泵電機(jī)M自動啟動。當(dāng)水泵電機(jī)M自動啟動一定時間后，液壓傳感器S2仍然沒有變?yōu)镺FF，表明水泵電機(jī)M出現(xiàn)故障，水塔水箱水位故障報警。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，水泵電機(jī)M自動停車。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）。2.4PLC輸入/輸出信號及地址分配 根據(jù)上述水塔水位控制要求的分析，PLC的輸入信號有蓄水池水位上下限液位傳感器信號，水塔水箱水位上下限液位傳感器信號。PLC的輸出信號有進(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警信號燈。由上述PLC輸入/輸出信號分析可知，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1所示。表1I/O分配表輸入信號輸出信號水塔水位上限液壓傳感器S1I0.1進(jìn)水口閥門控制YQ0.0水塔水位下限液壓傳感器S2I0.2水泵電機(jī)控制MQ0.1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短路時熔斷器FU的熔體熔斷而切斷電路起保護(hù)作用。2.5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，熱繼電器也不會立即動作。因此在電動機(jī)啟動時間不太長的情況下，熱繼電器不會動作，只有在電動機(jī)長期過載時，熱繼電器才會動作，用它的常閉觸頭使控制電路斷電。2.5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，接觸器KM斷電釋放，電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動。當(dāng)電源電壓恢復(fù)正常時，接觸器線圈不會自行通電，電動機(jī)也不會自行啟動，只有在操作人員重新按下啟動按鈕后，電動機(jī)才能啟動。2.5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，動或靜觸頭所能移動的距離。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)觸頭閉合時能利用觸頭彈簧力緩沖，減小彈跳；c)在觸頭分閘時，使動觸頭獲得一定的初始的動能，拉斷熔焊點(diǎn)，提高初始分閘速度，減小燃弧時間，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，初始分閘速度變小，會影響真空開關(guān)的開斷關(guān)合和動熱穩(wěn)定性能，甚至產(chǎn)生重合閘彈振。若超程太大，會增加操作機(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，10kV級真空開關(guān)的超程一般取3～4mm。現(xiàn)在的真空開關(guān)動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)3.2基本PLC語句對應(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。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)。在此時對以前學(xué)習(xí)的知識的挑戰(zhàn)與突破。在對這個設(shè)計(jì)的材料搜索進(jìn)行獨(dú)立搜索時，對于辦公軟件的應(yīng)用有了進(jìn)一步的提高。同時在對搜集的材料進(jìn)行整核，結(jié)合所學(xué)理論知識，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，由于我對一些細(xì)節(jié)的不加重視，當(dāng)我把自己想出來的一些認(rèn)為是對的程序運(yùn)用到梯形圖編輯時，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