開題報告-PLC城市供水系統(tǒng)設計

沈陽工業(yè)大學工程學院本科生畢業(yè)設計開題報告畢業(yè)設計題目：基于PLC的城市供水系統(tǒng)的設計院系：自動化系專業(yè)班級：電氣工程及其自動化04班學生姓名：指導教師：〔實驗師〕開題時間：2023年3月基于PLC的城市供水系統(tǒng)的設計引言在城市供水系統(tǒng)中普遍存在數(shù)據(jù)采集點分散、現(xiàn)場工作環(huán)境千差萬別,各采集點都要對管道中水的流量、濁度和壓力等參數(shù)進行采集處理以便對整個水廠運行狀況實施監(jiān)控。本文應用PLC、Profibus總線、遙控技術組成城市供水監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)了各泵站設備運行情況的遠程監(jiān)控、在線檢測,保障了城市供水系統(tǒng)常運行及城市供水質量。系統(tǒng)設計原理控制系統(tǒng)如圖1所示?？刂葡到y(tǒng)由4層3級總線復合而成,由上到下依次監(jiān)控調度層、過程管理層,過程測控層;監(jiān)控對象層[4]。最下一級為AS-i級總線,負責與現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行器的通信。中間一級是Profibus級總線,采用令牌方式和主從輪詢相結合的存取控制方式,可實現(xiàn)現(xiàn)場、控制和監(jiān)控3級的通信。最高一級為工業(yè)以態(tài)網(wǎng),使用通信協(xié)議,負責傳送生產(chǎn)管理信息。圖1城市供水工程管控系統(tǒng)示意圖調度主站負責數(shù)據(jù)管理、監(jiān)控系統(tǒng)運行。特殊功能如開關操作、參數(shù)設定需校驗密碼前方能執(zhí)行,為提高可靠性,監(jiān)控調度主機設為兩臺,互為備用。調度管理人員可直接監(jiān)視到現(xiàn)場工藝動態(tài)流程;重要設備的運行狀態(tài);各工作站的工藝參數(shù)、機電參數(shù)、濾池反沖工藝參數(shù);設備的啟停及閥門的動作情況;電臺后備電池的工作狀態(tài)。實時控制實現(xiàn)了對濾池反沖過程參數(shù)的設定與修改;包括水位的設定及報警上、下限的設定。數(shù)據(jù)記錄功能記錄了各測量點200天的數(shù)據(jù),完全滿了歷史查詢的需要。報表打印可打印過去有效時間的工作日志,也可即時打印,滿足了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的存檔。調度主站操作系統(tǒng)設有操作員權限,即考慮到調度操作的方便,又有效地防止了無關人員的誤操作[2]。整個系統(tǒng)主要由工控機、檢測、遙控、適配器、Profibus現(xiàn)場總線,S7系列PLC、遠程傳送單元、主站電臺、執(zhí)行機構及現(xiàn)場儀表組成。由于各供水泵站控制方式不同,對難以聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)檢測信號采用了無線發(fā)送方式。首先將各檢測點4~20mA檢測信號送到現(xiàn)場的遠程傳送單元,現(xiàn)場的遠程傳送單元將數(shù)字信號調制再通過定向天線發(fā)射傳送給主站電臺,主站電臺將接收的信號解調復原傳送給調度主站供調度人員監(jiān)視。對要實施控制的檢測點通過Profibus現(xiàn)場總線將儀表數(shù)據(jù)送往調度主站控制[3]。2SIMATICS7及Profibus現(xiàn)場總線簡介SIMATICS7-300PLC可編程控制器特點是:模塊化、無排風結構、易于實現(xiàn)分布、運行可靠、性價比高。本系統(tǒng)應用兩套S7-300來實現(xiàn)所有信號的采集、運算、調節(jié),并通過CP5611卡實現(xiàn)S7-300PLC與工控機的通信。S7-200是西門子公司生產(chǎn)的小型可編程控制器,具有強大的多種集成功能和實時特性,可靠性高、運行速度快。本系統(tǒng)應用兩套S7-200實現(xiàn)現(xiàn)場中智能檢測與監(jiān)控。Profibus是按照ISO/OSI參考模型制定的現(xiàn)場總線標準EN50170,是一種開方式總線。Profibus由3局部組成,即ProfibusFMS、ProfibusSDP、ProfibusPA,可實現(xiàn)現(xiàn)場、控制、和監(jiān)控3級通信。系統(tǒng)中選用Profibus總線,將調度主站與S7-300、S7-300及檢測裝置構成局域網(wǎng)絡,通信協(xié)議由Profibus協(xié)議完成,通信網(wǎng)絡使用RS-485標準雙絞線,實現(xiàn)了控制單元與監(jiān)控主機的多主通信。AS-i即傳感器-執(zhí)行器接口,符合IEGTG17B國家標準和EN50295歐洲標準,它通過雙絞線與傳感器、執(zhí)行器連接。TP200觸板設備允許操作人員(通過觸摸屏幕上的控制)與S7-200程序進行交互操作并對其進行控制,同時設計人員可以繪制工藝流程圖,顯示簡單畫面、動態(tài)按鈕、顯示圖象或文本[1]。3V型濾池自控局部V型濾池自控局部實現(xiàn)了濾池車間生產(chǎn)工藝自動化。其功能是:實現(xiàn)6套系統(tǒng)恒水過濾;濾池反沖自動化、實現(xiàn)調度對工藝的實時監(jiān)控。整個控制系統(tǒng)是基于西門子系列可編程控制器,S7-200PLC1對6個濾池實現(xiàn)控制,S7-200PLC2控制6個濾池的反沖泵和風機系統(tǒng),完成對6個濾池反沖的自動控制。對濾池恒水位過程的控制主要通過調節(jié)濾后水調節(jié)閥實現(xiàn)水位的恒定,設計中應用PID模塊,僅采用比例、積分控制,關閉微分回路[1],較好地實現(xiàn)了恒水位控制。對濾池的反沖控制,根據(jù)給定3種限定條件,只要任意1種成立、即可控制電路或手動進行控制,反沖過程執(zhí)行時間可由監(jiān)控微機改變或TD200現(xiàn)場操作。調度對濾池的監(jiān)控通過Profibus總線通信實現(xiàn)。V型濾池自控局部設計了自動與手動兩種功能,當自動局部出故障時,手動能控制生產(chǎn),保證了生產(chǎn)的正常進行。4調度遙測局部調度遙測系統(tǒng)實現(xiàn)了對各泵站設備運行情況的監(jiān)控,各泵站及水處理車間儀表數(shù)據(jù)的遙測,實現(xiàn)了調度對生產(chǎn)過程各工藝參數(shù)的及時遠程觀察,起到了分散控制集中顯示管理的作用。遙測局部對信號的采集采用了無線通信方式,如圖2所示。圖2遙控檢測示意圖現(xiàn)場應用中,1#泵站、2#泵站、3#泵站、4#泵站、5#泵站、加壓泵站各檢測點的4~20mA檢測信號送到現(xiàn)場的遠程傳送單元。遠程傳送單元首先對信號進行高精度A/D轉換,在通信協(xié)議控制下,無線發(fā)送系統(tǒng)將數(shù)字信號調制再通過定向天線發(fā)射傳送給主站電臺,主站電臺將接收信號解調復原傳送給上位機顯示,供調度人員監(jiān)視。無線發(fā)送采用半雙工通信方式,調度室采用輪詢方式訪問各泵站及濾池。遠程傳送單元的主要部件采用了國際先進的檢測、通信設備。數(shù)據(jù)采集單元0902、0404是澳大利亞公司生產(chǎn)的、集軟件協(xié)議、電臺控制、A/D轉換為一體的硬件模塊,應用此模塊保證了數(shù)據(jù)高精度處理及平安實現(xiàn)遠距離數(shù)據(jù)傳送。5總結上述控制方案已在某城市(采用黃河水源)供水系統(tǒng)中成功應用。該系統(tǒng)將微機監(jiān)控系統(tǒng)、檢測與控制技術、高速網(wǎng)絡通信技術結合起來,實現(xiàn)了供水系統(tǒng)智能化,為城市供水系統(tǒng)生產(chǎn)過程的優(yōu)化決策和在線控制提供了正確依據(jù)。6課題的進度安排周次課題安排1初步了解設計內容，并收集相關資料2查找相關英文資料3翻譯英文資料，按要求排版4進一步明確設計任務，目的，擬定設計方案5掌握PLC可編程控制器的相關知識6了解控制系統(tǒng)組成明確各局部功能7設計PLC控制系統(tǒng)中硬件接線圖8設計PLC控制系統(tǒng)中硬件接線圖9完成PLC主控制程序設計10完成PLC主控制程序設計11完成PLC觸摸屏程序設計12完成PLC觸摸屏程序設計13軟件綜合調試14軟件綜合調試15整理前期設計內容，對硬件，軟件設計進一步完善16按照撰寫標準上的要求完成論文的撰寫17按要求繪制圖紙18上交材料，準備辯論7參考文獻[1]耿紅旗,等.可編程控制器應用