水塔水位自动控制系统设计.doc
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1、宜宾学院本科毕业设计(论文)目录摘要IABSTRACTII第一章 水塔水位自动控制系统的现状和发展11.1 水塔供水的发展11.2传感器和PLC的应用2第二章 水塔水位自动控制系统的组成32.1系统构成及其控制要求32.1.系统框图5第三章水塔水位自动控制系统设计53.1水泵电动机控制电路的设计53.2水位传感器的选择:7第四章 PLC的设计84.1可编程序控制器(PLC)简介84. 2 PLC工作原理94.2.1扫描的概念94. 2. 2 PLC的工作过程94. 3 PLC的编程语言-梯形图114.4 编程软件的简介和梯形图的基本绘制规则124.5水塔水位自动控制系统的软件设计15第五章 结
2、束语(系统总结分析)215.1系统的优点215.2 结束语21参考文献23致 谢24摘要 供水是一个关系国计民生的重要产业。随着社会的发展和人民生活水平的提高,对城市供水提出了更高的要求,要满足及时、准确、安全保证充足供水,如果仍然沿用人工方式,劳动强度大,工作效率低,安全性难以保障,为此必须进行水塔水位控制自动化系统的改造。可编程控制器( PLC) 因其高可靠性和较高的性价比在工业控制中得到广泛的应用。本文针对目前比较流行的控制技术,利用PLC和传感器构成了水塔水位恒的控制系统。改造后的水塔水位自控系统,实现水塔水位自动控制系统,远程监控,实现无人值守。关键词: 可编程逻辑控制器(PLC)
3、水塔水位 自动控制AbstractWater supply is a major industry involving the interests of the state and the people. With development of society and the improvement of the peoples livelihood, city water supply has been brought forward a higher request. It needed to be timely , accurate and safely to plentifully c
4、onduct water supply. If we still continue to use a way of the man-power, the intensity of labor are high , availability is low and the security is difficult to ensure .We must carry out water tower water level under the control of automatic system reforming for this purpose . Programmable Logic Cont
5、roller (PLC) is applied broadly in industrial control because of high reliability and higher nature price. The main body of this paper on the control technology is aimed at being popular for at present comparatively, which makes the using of PLC and the sensor to compose water tower control system o
6、f permanent water level. Water tower control system after being reformed have realized water tower water level auto-controlling system , long-range supervisory control, and nobodys value guards realization.Key wards:Programmable Logic Controller. water pool water lever. automatically controls22 第一章
7、水塔水位自动控制系统的现状和发展1.1 水塔供水的发展中国的城镇供水具有120年的悠久历史。自1879年中国的旅顺建成第一座供水设施开始到1949年,全国只有60个城市有供水设施,日供水能力186万立方米。到1978年,全国有467个城市建有供水设施,日供水能力达到6382万立方米。改革开放以来,供水事业有了较快的发展,到1998年底,中国668个城市,具备日供水能力20992万立方米。另外,全国有13922个小城镇,建有水厂13828座,日供水能力达到2111万立方米。随着经济建设的大规模开展,我国城市给水工程建设也得到了飞速发展。旧式的水塔供水控制系统是通过继电器接触线路控制开停泵机来实现
8、控制水塔水位的。这种系统的缺点是控制线路复杂,维护工作繁重,操作麻烦,可靠性低,故障率高,而且供水量的增加也增加了供水人员的数量以及劳动量。随着计算机网络技术在工控领域的应用和发展,可编程控制PLC已具有很强的通讯功能,PLC系统也从单机控制系统,集中控制系统、分散型控制系统,发展到远程I/O控制系统。人们对供水系统的要求也越来越高如何及时、安全的供水成为不可避免的问题。能够准确有效的控制水塔水位达到供水要求就成为供水系统急需解决的问题。1.2传感器和PLC的应用现代水塔控制系统中大量先进仪表和设备的大量应用对其控制系统的稳定性和可靠性提出了越来越高的要求,传统的人工手动操作已远远不能获得好的
9、控制品质。可编程控制器( PLC) 因其高可靠性和较高的性价比在工业控制中得到广泛的应用。水塔水位控制系统中每个工艺段的设备及检测仪表相对集中, 控制相对独立,而PLC 特别适用于这样的系统特性, 因此能够完成生产过程中工业控制与状态监测。现代传感技术、电子技术、计算机技术、自动控制技术、信息处理技术和新工艺、新材料的发展为智能检测系统的发展带来了前所未有的奇迹。在工业、国防、科研等许多应用领域,智能检测系统正发挥着越来越大的作用。检测设备就像神经和感官,源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息,成为人们认识自然、改造自然的有力工具然随着科技的发展人们在控制水塔水位要求也越来越高,在引入P
10、LC后大大增进了水塔水位的自动化,不但达到了以前控制水泵的开关加水,而且达到及时准确、安全供水。第二章 水塔水位自动控制系统的组成2.1系统构成及其控制要求图2.1 水塔水位自动控制系统 S1: 水塔水位上限 当水塔水位达到此位置时液位传感器将向PLC发出最高水位信号请求停止水泵工作S2: 水塔水位下限 当水塔水位达到此位置说液位传感器将向PLC发出最低水位信号请求开启水泵工作S3: 水槽水位上限 当水塔水位达到此位置时液位传感器将向PLC发出最高水位信号请求停止水泵工作S4: 水槽水位下限 当水塔水位达到此位置说液位传感器将向PLC发出最低水位信号请求开启水泵工作M: 抽水泵 当水塔水位达到
11、最低水位时PLC将开到抽水泵向水塔供水Y: 补水泵 当水槽水位达到最低水位时PLC将开到抽水泵向水塔供水原理在控制系统启动后,若水槽水位低于水槽最低水位时液位传感器将水位信号转化为电信号向PLC发出信号,PLC根据此信号打开补水泵向水槽补水,当水位达到水槽最高水位时液位传感器将水位信号转化为电信号向PLC发出信号停止补水泵的工作,当水塔水位达到最低水位时,液位传感器将水位信号转化为电信号向PLC输出,PLC在收到信号后启动水泵向水塔加水,当水塔水位达到最高水位时传感器将水位信号转化为电信号向PLC发出信号停止水泵的工作。2.1.系统框图 如下图整个系统由一个水位传感器,一台PLC和一台水泵以及
12、若干部件组成。安装于水塔上的传感器将水塔的水位转化成1-5伏的电信号;电信号到达PLC将控制控制水泵的开关。水箱水位自动控制系统由PLC !核心控制部件# 高低位水箱的水位检测电路高低水位信号传送给PLC水泵电动机控制电路 PLC 控制启停及主备切换水塔水位检测系统水塔水位的实际高度 PLC水泵 图2.2 系统组成框图在水塔水位检测系统中通过超声波液位传感器将水位信号转换为电信号输入PLC中,在通过PLC控制水泵的启动或关闭。在系统运行中当水为低于最低值时PLC将启动水泵向水塔中加水,当水塔中的水达到最高值时PLC使水泵停止运转即水泵停止向水塔供水。等到水塔水位再次达到控制最低水位时 系统再次
13、重复这个过程第三章 水塔水位自动控制系统设计3.1水泵电动机控制电路的设计给排水工程中常使用三相异步电动机, 水泵上的电动机一般都是单向旋转有以下控制在水塔水位检测系统中通过水位传感器检测实际水位的高度,当水位低于最低水位时向PLC发出信息启动水泵,经过5分钟检测水塔水位是否提高控制水泵的工作,当水位达到最高水位时向PLC发出信息控制信息停止水泵工作。供水系统的基本原理如图2.1 所示,水位闭环调节原理是:通过在水塔中的水位传感器,将水位值变换为电流信号进入PLC,执行较后程序,通过水泵的开关对水塔中的水位进行自动控制。当PLC 出现故障时,还有一套手动控制来进行对水塔水位控制。手动控制采用交
14、流接触器。图3.1 水泵电动机控制图 水泵启动工作:当投入作为主电路电源开关的配线切断器MCCB时,在收到PLC的启动水泵指令后,电磁线圈MC中有电流流过,电磁接触器MC运行。当电磁接触器MC运行时,主电路的主触点MC闭合,常闭触点MC-b打开,常开触点MC-m2闭合,当主触点闭合时,电源电压施加到电动机M上,开始运转。当常闭触点MC-b打开时,绿灯GN-L中无电流流过,绿灯熄灭,当常开触点MC-m2闭合时,红灯RD-L中有电流流过,红灯点亮。水泵停止工作:当投入作为主电路电源开关的配线切断器MCCB时,在收到PLC的停止水泵指令后,电磁线圈MC中无电流流过,电磁接触器MC恢复。当电磁接触器M
15、C恢复时,主电路的主触点MC打开,常闭触点MC-b闭合,常开触点MC-m2打开,当主触点MC打开时,电源电压施不再施加到电动机M上,电动机M停止运转。当常闭触点MC-B闭合时,绿灯GN-L中有电流流过,绿灯点亮,当常开触点MC-m2打开时,红灯RD-L中无电流流过,红灯熄灭。 MCCB:Molded case circuit breakers 配线切断器是把开闭机构、后动装置等统一装到绝缘容器内的部件,它是利用操作手柄对通常使用状态的电路进行开闭控制的。经常应用于电源电路的开闭中,当发生过载、短路等情况时自动地切断电路。 MC:Electromagnetic contactors 所谓电磁接触
16、器,就是应用电磁铁对负载电流进行开闭控制的接触器,主要用于电源电路的开闭。电磁接触器有主触点和辅助触点构成的触点和电磁线圈与铁心构成的靠做电磁铁部分组成。 THR: 热敏继电器(thermal rekay) 是由加热器部分和触点机构部分组成的。当够电流流过加热部分时,双金属片因为受热而发生弯曲,因此触点部分被打开而使电路得到保护。3.2水位传感器的选择: 根据本设计的要求所选传感器要求在水面和水底都可以使用,所以选择超声波液位传感器U9ULS系列的 U9ULS10/100系列。U9ULS系列超声波液位传感器开关使用范围非常广。本产品具有焊接的不锈钢传感器探头,没有缝隙不会泄露,另外没有易损的活
17、动部件,故可承载非常高的温度和压力。它不会受温度、压力、密度和液体类型等参数的影响。在大多数情况下,电子设备放在铸铝的,NEMA 4/NEMA 7防爆且防水的壳体中。U9ULS具有以下特点:可应用于多种液体中 可承受高达1000psi的压力不受气泡、蒸汽、杂质后湍流等因素的影响。长度达121in(303.3cm)可安装在侧面、顶部或底部 工作原理:U9ULS系列是给予超声波理论工作的。当超声波在空气中传播时,会被严重衰减 相反地,如果在液体中传播时,超声波的传播会被大大增强。电子控制单元发出一系列的电信号,传感器将其转化为超声能量脉冲,并在被探测区内传播。当另一端街道有效信号时,就发出数据有效
18、的信号,表明有液体存在。这个信号输送到继电器,从而产生输出信号。 U9ULS100系列产品具有性能优异的传感器探头,可在温度为300F和压力为1000PSI的情况下良好的工作。 U9ULS10系列产品为更靠近池底,将顶端的探头设计成缺口形状。控制电路设计成小型,密封的结构,可安装在远程的控制地点。特点:10A的继电器输出115/230V AC,12V DC或24V DC输入高增益。无需效准,工作温度可达300 长度可达151.5CM表3.1 主要技术指标输入电压115/230V AC,50/60HZ或12/24V DCU9ULS10系列增益300:1U9ULS100系列增益1000:1U9UL
19、S10系列输出10 A DPDA继电器灭火两线制,4mA-干;20 mA- 湿U9ULS100系列输出10 A DPDT继电器延时0.5s重复性2mm外壳NEMA 4/NEMA 7,防水防爆罩,环氧涂层,铸铝。第四章 PLC的设计4.1可编程序控制器(PLC)简介 可编程序控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC。所谓可编程序控制器,就是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统,它采用一种可编程序的存储器,在其内部存储并执行逻辑运算、顺序控制、定时、记数和算术操作的指令,通过数字量或模拟量的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。随着PL
20、C的发展,它不仅能完成编辑、运算、控制,而且能实现模拟量、数字量的算术运算。4. 2 PLC工作原理 4.2.1扫描的概念 扫描是一种形象化的术语,用来描述可编程序控制器内部的CPU的工作过程。所谓扫描就是依次对各种规定的操作项目全部进行访问和处理。PLC运行时,用户程序中有众多的操作需要执行,但是一个CPU每一个时刻只能执行一个操作而不能同时执行多个操作,因此CPU按程序的顺序依次执行各个操作,这种需要处理多个作业时依次按顺序处理的工作方式称为扫描工作方式。由于扫描是周而复始无限循环的,每扫描一个循环所用的时间为扫描周期。 顺序扫描的工作方式是PLC的基本工作方式,它简单直观,方便用户程序设
21、计,为PLC的可靠运行提供了有利保证。一方面,所扫描的指令被执行后其结果马上就可以被后面将要扫描的指令所利用;另一方面,还可以通过CPU设置定时器来监视每次扫描时间是否超过规定时间,避免由于CPU内部故障使程序执行进入死循环。 4. 2. 2 PLC的工作过程 PLC的工作过程基本上是用户的梯形图程序的执行过程,是在系统软件的控制下顺次扫描各输入点的状态,按用户程序解算控制逻辑,.然后顺序向各个输出点发出相应的控制信号。除此之外,为提高工作的可靠性和及时的接收外来的控制命令,每个扫描周期还要进行故障自诊断和处理与编程器、计算机的通信。因此,PLC工作过程分为以下五步:(1)自诊断 自诊断功能可
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