基于PLC及組態(tài)王的水塔液位控制系統(tǒng)要點

摘要目前，大量的高位生活用水和工作用水逐漸增多。因此，不少單位自建水箱儲水來解決高層樓房的用水問題。最初，大多用人工進行控制，由于人工無法每時每刻對水位進行準確的定位監(jiān)測，很難準確控制水泵的起停。要么水泵關(guān)停過早，造成水箱缺水；要么關(guān)停過晚，造成水箱溢出，浪費水資源，給用戶造成不便。利用人工控制水位。后來，使用水位控制裝置使供水狀況有了改變，但常使用浮標或機械水位控制裝置，由于機械裝置的故障多，可靠性差，給維修帶來很大的麻煩。因此為更好的保證供水的穩(wěn)定性和可靠性，傳統(tǒng)的供水控制方法已難以滿足現(xiàn)在的要求。本文采用的是三菱FXZN型PLC可編程控制器作為水箱水位自動控制系統(tǒng)的核心，對水箱水位自動控制系統(tǒng)的功能性進行了需求分析。主要實現(xiàn)方法是通過傳感器檢測水號，最終實現(xiàn)對水箱水位的自動。另外在PLC的基礎(chǔ)上，運用組態(tài)王Kingview工業(yè)監(jiān)控軟件，交流匯集在一起，實現(xiàn)最優(yōu)化管理。 第一章緒論 11.1本課題的選題背景與意義 11.2可編程邏輯控制器簡述 1第二章水箱水位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 22.1基于PLC的水箱水位控制系統(tǒng)基本原理 22.2水箱控制系統(tǒng)要求 2 2.4系統(tǒng)硬件元器件選擇 4第三章水箱水位系統(tǒng)的PLC軟件設(shè)計 53.1水箱水位控制系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計 5第4章水箱水位控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計 64.1水箱液位控制系統(tǒng)監(jiān)控界面 64.2組態(tài)畫面監(jiān)控運行演示 6第四章總結(jié) 9 第一章緒論景與意義在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、液位、流量、和開關(guān)量等都是常用的主要被控參數(shù)。其中，水位控制越來越重要。在社會經(jīng)濟飛速發(fā)展的今天，水在人們正常生活和生產(chǎn)中起著越來越重要的作用。一旦斷了水，輕則給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成嚴重的生產(chǎn)事故及損失。因此給水工程往往成為高層建筑或工礦企業(yè)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。任何時候都能提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、合格的水質(zhì)是對給水系統(tǒng)提出的基本要求。就目前而言，多數(shù)工業(yè)、生活供水系統(tǒng)都采用水箱、層頂水箱等作為基本儲水設(shè)備，由一級或二級水泵從地下市政水管補給。傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大、可靠性差等缺點?？删幊炭刂破?PLC是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點，目前水位控制的方式被PLC空制取代。同時，又有PID控制技術(shù)的發(fā)展，因此，如何建立一個可靠安全、又易于維護的給水系統(tǒng)是值得我們在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活應(yīng)用中，常常會需要對容器中的液位(水位)進行自動控制。比如自動控制水箱、水池、水槽、鍋爐等容器中的蓄水量，生活中抽水馬桶的自動補水控制、自動電熱水器、別是在實際操作系統(tǒng)中，穩(wěn)定、可靠是控制系統(tǒng)的基本要求。因此如何設(shè)計一個精度高、穩(wěn)定性好的水PLC解決以上問題，使水位控制在要求的位置?？删幊踢壿嬁刂破骱喎QPLC，是從早期的繼電器邏輯電氣控制系統(tǒng)發(fā)展而來，它不斷吸收PLC之所以有較強壽命長等特點。2第二章水箱水位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計PLC系統(tǒng)基本原理如下圖整個系統(tǒng)由水位傳感器，一臺PL(和水泵以及若干部件組成。安裝于水箱上的傳感器將水箱的水位轉(zhuǎn)化成1-5伏的電信號；電信號到達PLC各控制控制水泵的開關(guān)。水箱水位自動控制系統(tǒng)由PLC核心控制部件高低位水箱的水位檢測電路高低水位信號傳送給PLC水泵電動機控制電路PLC控制啟停及主備切水泵與電磁圖2-1基于PLC勺供水系統(tǒng)原理框圖在水箱水位檢測系統(tǒng)中通過液位傳感器將水位信號轉(zhuǎn)換為電信號輸入PLC中，在通過PLC控制水泵的啟動或關(guān)閉。在系統(tǒng)運行中當水為低于最低值時時PLC使水泵停止運轉(zhuǎn)即水泵停止向水箱供水。系統(tǒng)要求PLC將啟動水泵向水箱中加水，當水箱中的水達到最高值等到水箱水位再次達到控制最低水位時系統(tǒng)再次重復這個供供水塔圖2-2水箱水位控制裝置圖4水箱控制系統(tǒng)具體需求如下：(1)當水箱水位低于10L時，低水位報指示燈顯示紅燈，閥門自動關(guān)閉，水泵自動開啟，向水箱內(nèi)充水，防止水箱液位過低；(2)當水箱液位高于90L時，高水位指示燈顯示紅燈，水泵自動關(guān)閉，防止水箱液位過高；(3)當水箱液位由低于10L開始上升到10L與90L之間時，水泵開啟，閥門開啟，水箱進水量大于出水量，保證水箱中的水位持續(xù)上升，達到高水位限時，水泵關(guān)閉。⑷當水箱液位由高于90L開始下降到10L與90L之間時，水泵關(guān)閉，閥門開啟，此時只有出水量，水箱中的水位持續(xù)下降，達到低水位限時，水泵開啟。2.3PLCI/O口的分配表2-3水箱水位控制系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表輸入信號輸入信號輸入變量名輸出信號輸出變量名X000啟動開關(guān)Y000水箱高液位指示燈X001停止開關(guān)Y001水箱低液位指示燈X002水箱低位傳感器Y002模擬水泵電動機運行動作X003水箱高位傳感器Y003模擬進水閥門的開關(guān)動作54系統(tǒng)硬件元器件選擇1)PLC的選擇可編程控制器產(chǎn)品眾多，不同廠家、不同系列、不同型號的PLC功能和結(jié)構(gòu)均有所不同，但工作原理和組成基本相同。本系統(tǒng)為單體控制系統(tǒng)，對控制功能無特殊要求，同時本次設(shè)計所需輸入輸出總點數(shù)少于48點，因此選用三菱公司生產(chǎn)的的FX2N-48MR-001型PLC其具有結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，極高的性價比，適用于小型控制系統(tǒng)的特點，該型號PLC為繼電器輸出型，輸入輸出點數(shù)各為24個點，多余的端子作為備用。2)水泵的選擇選擇水泵的一般原則為高；3、按所選的水泵型號和臺數(shù)設(shè)計的水泵站，要求設(shè)備和土建的投資最??；而一般的水箱供水系統(tǒng)中水箱高度都在30米以上，所用水泵電機在向水池抽水時消耗的能量較大，故綜合考慮后將水泵電機額定功率都選為11KVy型號為丫2-160L-6，其重要參數(shù)3)熔斷器的選擇因為熔斷器熔體電流應(yīng)大于等于兩倍的電機額定電流，因此電動機供電回路選用熔體電流為50A的4)電子液位位開關(guān)的選擇因為本次設(shè)計中水箱中各有2處需要檢測水位信號，因此選用歐姆龍公司生產(chǎn)的61F-GN制。一旦電極接觸到液體，通過液體可以閉合電路，根據(jù)流過的電流檢測液位控制的動作原理，是以所謂的導電性液體為控制對象的液位開關(guān)。進行檢測時，直接檢測液體的電極間電阻，根據(jù)大于或小于已設(shè)定的電阻值，來判斷有無液面,6仆-GN-G型電極式液位開關(guān)含有三個電極正好用于本系統(tǒng)水位的檢測，同時其ON電流在4.5mA以下且OFFmAPLC合適。5)熱繼電器的選擇A選用JR20-25/5T型熱繼電器，整合電流為21—25A。6)接觸器的選擇冊后選擇G20-25型接觸器。6第三章水箱水位系統(tǒng)的PLC軟件設(shè)計3.1水箱水位控制系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計;;■7第4章水箱水位控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計4.1水箱液位控制系統(tǒng)監(jiān)控界面圖4.1水箱液位控制系統(tǒng)監(jiān)控界面4.2組態(tài)畫面監(jiān)控運行演示連接PLC與PC，將PLC程序下載到三菱FX2N-48MR-001型號中，打開組態(tài)王軟件，設(shè)備配置設(shè)置好后，就可以進入演示狀態(tài)了。按下組態(tài)中的開始/停止按鈕或是按下PLC外圍連接X0端口的SB1按鈕，組態(tài)以及PLC都進入運行狀態(tài)。運行過程中有如下幾種情況： (1)水箱水位低于10L(水位下限)時圖4.2水箱水位低于10L情況圖如圖4.2所示，在水箱水位低于10L的情況下，水位下限報警燈顯示紅色報警，這時水泵開啟工作，閥門關(guān)閉，防止水箱液位過低。在硬件PLC中，也能看到，丫2(模擬水泵電動機運行動作)輸出端口指示燈亮，還有丫3(模擬閥門打開)指示燈亮。8⑵水箱水位在10L和90L之間，且水位在上升的情況時圖4.3水位在10L和90L之間，且水位在上升的情況圖如圖4.3所示，當水位在10L和90L之間，且水位在上升的情況下，水位下限和水位上限指示均顯示綠色(表示水位在安全范圍)，且水泵工作，閥門打開，在水位上升的過程中一直都是進水量大于出水量，從而保持水位的上升。與此同時，在硬件PLC上，可以看到X2(模擬水位下限傳感器)指示燈亮，丫1(低水位指示燈)指示燈量，丫2(模擬水泵電動機運作)指示燈亮，還有丫3(模擬閥門打開)指示燈亮。 (3)水箱水位高于90L(水位上限)時圖4.4水箱水位高于90L時的情況圖如圖4.4所示，水箱水位高于90L(水位上限)的情況下，水位上限報警燈顯示紅燈(表示水箱液位高于水位的上限)，水泵電動機也停止工作。此時，在硬件PLC中，也能看到，X3(水位上限傳感器)指示燈亮，還有丫3(模擬閥門打開)指示燈亮。9⑷水箱水位在10L和90L之間，且水位在下降的情況時水水箱圖4.5水位在10L和90L之間，且水位在下降的情況圖如圖4.5所示，水箱水位在10L和90L之間，且水位在下降的情況下，水泵停止工作，閥門打開，水位下限和水位上限指示燈均顯示綠色，在此過程中，只有出水量，所以水箱水位會逐漸降低。此時，在硬件PLC中，可以看到可以看到X2(模擬水位下限傳感器)指示燈亮，還有丫3(模擬閥門打開)第四章總結(jié)我組成員做的這個題目是有關(guān)PLC與組態(tài)軟件相結(jié)合的，這次課程設(shè)計給予我們理論與實踐相結(jié)合的機會，提高了我們實際操作和獨立解決問題的能力。通過這次設(shè)計實踐。讓我們更熟練的掌握三菱PLC的編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我們的專業(yè)基礎(chǔ)。在對組態(tài)軟件的學習當中，體會到了細節(jié)決定一切的道理，剛開始做組態(tài)的時候，由于我對一些細節(jié)不加重視，當我把自己想出來一些以為是對的東西用到組態(tài)軟件上時，問題出現(xiàn)了，不是不能運行，就是運行的結(jié)果和我想要的結(jié)果不相符合。經(jīng)過我一次次的實踐，最后把正確的結(jié)果做出來時，才看到了自己的缺點。解決實際問題需要的不僅僅是理論知識，而且要求較強的理論聯(lián)系實際的能力，完成本設(shè)計要求理清水箱水箱控制的全過程，才會對軟件實現(xiàn)帶來方便。縱觀整個設(shè)計過程，本設(shè)計還有很大的擴展空間，相信在未來的學習與發(fā)展中會得到更好的應(yīng)用與改進。參考文獻[1]蔡杏山.PLC、變頻器入門?北京：電子工業(yè)出版社[2]楊后川，張春平，張學民，陶征.三菱PLC應(yīng)用100例北京：電子工業(yè)出版社⑶翟慶一?典型工業(yè)過程的組態(tài)控制?天津：天津大學出版社[4]李紅萍?工控組態(tài)技術(shù)及應(yīng)用一組態(tài)王?西安：西安電子科技大學出版社[5]王善斌.組態(tài)軟件應(yīng)用指南?