開(kāi)題報(bào)告-PLC城市供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：基于PLC的城市供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)院系：自動(dòng)化系專業(yè)班級(jí)：電氣工程及其自動(dòng)化04班學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：〔實(shí)驗(yàn)師〕開(kāi)題時(shí)間：2023年3月基于PLC的城市供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)引言在城市供水系統(tǒng)中普遍存在數(shù)據(jù)采集點(diǎn)分散、現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境千差萬(wàn)別,各采集點(diǎn)都要對(duì)管道中水的流量、濁度和壓力等參數(shù)進(jìn)行采集處理以便對(duì)整個(gè)水廠運(yùn)行狀況實(shí)施監(jiān)控。本文應(yīng)用PLC、Profibus總線、遙控技術(shù)組成城市供水監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了各泵站設(shè)備運(yùn)行情況的遠(yuǎn)程監(jiān)控、在線檢測(cè),保障了城市供水系統(tǒng)常運(yùn)行及城市供水質(zhì)量。系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理控制系統(tǒng)如圖1所示。控制系統(tǒng)由4層3級(jí)總線復(fù)合而成,由上到下依次監(jiān)控調(diào)度層、過(guò)程管理層,過(guò)程測(cè)控層;監(jiān)控對(duì)象層[4]。最下一級(jí)為AS-i級(jí)總線,負(fù)責(zé)與現(xiàn)場(chǎng)傳感器和執(zhí)行器的通信。中間一級(jí)是Profibus級(jí)總線,采用令牌方式和主從輪詢相結(jié)合的存取控制方式,可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)、控制和監(jiān)控3級(jí)的通信。最高一級(jí)為工業(yè)以態(tài)網(wǎng),使用通信協(xié)議,負(fù)責(zé)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(diào)度主站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)管理、監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行。特殊功能如開(kāi)關(guān)操作、參數(shù)設(shè)定需校驗(yàn)密碼前方能執(zhí)行,為提高可靠性,監(jiān)控調(diào)度主機(jī)設(shè)為兩臺(tái),互為備用。調(diào)度管理人員可直接監(jiān)視到現(xiàn)場(chǎng)工藝動(dòng)態(tài)流程;重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài);各工作站的工藝參數(shù)、機(jī)電參數(shù)、濾池反沖工藝參數(shù);設(shè)備的啟停及閥門的動(dòng)作情況;電臺(tái)后備電池的工作狀態(tài)。實(shí)時(shí)控制實(shí)現(xiàn)了對(duì)濾池反沖過(guò)程參數(shù)的設(shè)定與修改;包括水位的設(shè)定及報(bào)警上、下限的設(shè)定。數(shù)據(jù)記錄功能記錄了各測(cè)量點(diǎn)200天的數(shù)據(jù),完全滿了歷史查詢的需要。報(bào)表打印可打印過(guò)去有效時(shí)間的工作日志,也可即時(shí)打印,滿足了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的存檔。調(diào)度主站操作系統(tǒng)設(shè)有操作員權(quán)限,即考慮到調(diào)度操作的方便,又有效地防止了無(wú)關(guān)人員的誤操作[2]。整個(gè)系統(tǒng)主要由工控機(jī)、檢測(cè)、遙控、適配器、Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線,S7系列PLC、遠(yuǎn)程傳送單元、主站電臺(tái)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)儀表組成。由于各供水泵站控制方式不同,對(duì)難以聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)檢測(cè)信號(hào)采用了無(wú)線發(fā)送方式。首先將各檢測(cè)點(diǎn)4~20mA檢測(cè)信號(hào)送到現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程傳送單元,現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程傳送單元將數(shù)字信號(hào)調(diào)制再通過(guò)定向天線發(fā)射傳送給主站電臺(tái),主站電臺(tái)將接收的信號(hào)解調(diào)復(fù)原傳送給調(diào)度主站供調(diào)度人員監(jiān)視。對(duì)要實(shí)施控制的檢測(cè)點(diǎn)通過(guò)Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線將儀表數(shù)據(jù)送往調(diào)度主站控制[3]。2SIMATICS7及Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介SIMATICS7-300PLC可編程控制器特點(diǎn)是:模塊化、無(wú)排風(fēng)結(jié)構(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)分布、運(yùn)行可靠、性價(jià)比高。本系統(tǒng)應(yīng)用兩套S7-300來(lái)實(shí)現(xiàn)所有信號(hào)的采集、運(yùn)算、調(diào)節(jié),并通過(guò)CP5611卡實(shí)現(xiàn)S7-300PLC與工控機(jī)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(qiáng)大的多種集成功能和實(shí)時(shí)特性,可靠性高、運(yùn)行速度快。本系統(tǒng)應(yīng)用兩套S7-200實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)中智能檢測(cè)與監(jiān)控。Profibus是按照ISO/OSI參考模型制定的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)EN50170,是一種開(kāi)方式總線。Profibus由3局部組成,即ProfibusFMS、ProfibusSDP、ProfibusPA,可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)、控制、和監(jiān)控3級(jí)通信。系統(tǒng)中選用Profibus總線,將調(diào)度主站與S7-300、S7-300及檢測(cè)裝置構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò),通信協(xié)議由Profibus協(xié)議完成,通信網(wǎng)絡(luò)使用RS-485標(biāo)準(zhǔn)雙絞線,實(shí)現(xiàn)了控制單元與監(jiān)控主機(jī)的多主通信。AS-i即傳感器-執(zhí)行器接口,符合IEGTG17B國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和EN50295歐洲標(biāo)準(zhǔn),它通過(guò)雙絞線與傳感器、執(zhí)行器連接。TP200觸板設(shè)備允許操作人員(通過(guò)觸摸屏幕上的控制)與S7-200程序進(jìn)行交互操作并對(duì)其進(jìn)行控制,同時(shí)設(shè)計(jì)人員可以繪制工藝流程圖,顯示簡(jiǎn)單畫(huà)面、動(dòng)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(shí)現(xiàn)了濾池車間生產(chǎn)工藝自動(dòng)化。其功能是:實(shí)現(xiàn)6套系統(tǒng)恒水過(guò)濾;濾池反沖自動(dòng)化、實(shí)現(xiàn)調(diào)度對(duì)工藝的實(shí)時(shí)監(jiān)控。整個(gè)控制系統(tǒng)是基于西門子系列可編程控制器,S7-200PLC1對(duì)6個(gè)濾池實(shí)現(xiàn)控制,S7-200PLC2控制6個(gè)濾池的反沖泵和風(fēng)機(jī)系統(tǒng),完成對(duì)6個(gè)濾池反沖的自動(dòng)控制。對(duì)濾池恒水位過(guò)程的控制主要通過(guò)調(diào)節(jié)濾后水調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)水位的恒定,設(shè)計(jì)中應(yīng)用PID模塊,僅采用比例、積分控制,關(guān)閉微分回路[1],較好地實(shí)現(xiàn)了恒水位控制。對(duì)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(dòng)進(jìn)行控制,反沖過(guò)程執(zhí)行時(shí)間可由監(jiān)控微機(jī)改變或TD200現(xiàn)場(chǎng)操作。調(diào)度對(duì)濾池的監(jiān)控通過(guò)Profibus總線通信實(shí)現(xiàn)。V型濾池自控局部設(shè)計(jì)了自動(dòng)與手動(dòng)兩種功能,當(dāng)自動(dòng)局部出故障時(shí),手動(dòng)能控制生產(chǎn),保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。4調(diào)度遙測(cè)局部調(diào)度遙測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)各泵站設(shè)備運(yùn)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(cè),實(shí)現(xiàn)了調(diào)度對(duì)生產(chǎn)過(guò)程各工藝參數(shù)的及時(shí)遠(yuǎn)程觀察,起到了分散控制集中顯示管理的作用。遙測(cè)局部對(duì)信號(hào)的采集采用了無(wú)線通信方式,如圖2所示。圖2遙控檢測(cè)示意圖現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中,1#泵站、2#泵站、3#泵站、4#泵站、5#泵站、加壓泵站各檢測(cè)點(diǎn)的4~20mA檢測(cè)信號(hào)送到現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程傳送單元。遠(yuǎn)程傳送單元首先對(duì)信號(hào)進(jìn)行高精度A/D轉(zhuǎn)換,在通信協(xié)議控制下,無(wú)線發(fā)送系統(tǒng)將數(shù)字信號(hào)調(diào)制再通過(guò)定向天線發(fā)射傳送給主站電臺(tái),主站電臺(tái)將接收信號(hào)解調(diào)復(fù)原傳送給上位機(jī)顯示,供調(diào)度人員監(jiān)視。無(wú)線發(fā)送采用半雙工通信方式,調(diào)度室采用輪詢方式訪問(wèn)各泵站及濾池。遠(yuǎn)程傳送單元的主要部件采用了國(guó)際先進(jìn)的檢測(cè)、通信設(shè)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(tái)控制、A/D轉(zhuǎn)換為一體的硬件模塊,應(yīng)用此模塊保證了數(shù)據(jù)高精度處理及平安實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送。5總結(jié)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(yīng)用。該系統(tǒng)將微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、檢測(cè)與控制技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)結(jié)合起來(lái),實(shí)現(xiàn)了供水系統(tǒng)智能化,為城市供水系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)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(jìn)度安排周次課題安排1初步了解設(shè)計(jì)內(nèi)容，并收集相關(guān)資料2查找相關(guān)英文資料3翻譯英文資料，按要求排版4進(jìn)一步明確設(shè)計(jì)任務(wù)，目的，擬定設(shè)計(jì)方案5掌握PLC可編程控制器的相關(guān)知識(shí)6了解控制系統(tǒng)組成明確各局部功能7設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)中硬件接線圖8設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)中硬件接線圖9完成PLC主控制程序設(shè)計(jì)10完成PLC主控制程序設(shè)計(jì)11完成PLC觸摸屏程序設(shè)計(jì)12完成PLC觸摸屏程序設(shè)計(jì)13軟件綜合調(diào)試14軟件綜合調(diào)試15整理前期設(shè)計(jì)內(nèi)容，對(duì)硬件，軟件設(shè)計(jì)進(jìn)一步完善16按照撰寫標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)備辯論7參考文獻(xiàn)[1]耿紅旗,等.可編程控制器應(yīng)用