三好學(xué)生申請書

1、摘要地下鐵道作為一種有效且快速疏導(dǎo)地面人流并緩解交通的手段，近年來已經(jīng)在國內(nèi)多個城市中建成并投入運營。本文從地鐵排水出發(fā)，介紹一種控于PLC的排水水泵自動投切控制系統(tǒng)，列出了硬件配置，PLC的梯形圖、程序流程。本控制系統(tǒng)在設(shè)計中沒有固定哪一臺水泵為備用泵，即讓備用泵和其它水泵一樣投入運行，起到了三臺水泵互為備用的優(yōu)點。關(guān)鍵詞：地鐵排水PLC梯形圖程序 AbstractAsaneffectiveandfastdirectinggroundpeopleandeasetrafficmeans,metrohasbeenbuiltinanumberofdomesticcitiesandputintoop

2、erationinrecentyears.Thisarticleisaboutthemetrodrainage,weintroduceadrainagepumpautomaticcontrolsystembased-onPLC.Andweliststhehardwareconfiguration,PLCladderdiagramandprogramflow.Thecontrolsysteminthedesignofwhichhavenofixedawaterpumpforsparepump,thatis,letthesparepumpandotherwaterpumpoperationasat

3、hreepumparespareadvantages.Keywords:MetrodrainagePLCLadderprogram 目錄1引言.12PLC概述.12.1PLC的定義及特點.12.2PLC的構(gòu)成及工作原理.23系統(tǒng)控制要求.53.1正常控制.53.2特殊情況控制.54電氣控制系統(tǒng)原理及其程序圖.64.1水泵電氣控制原理圖.64.2I/O端子分布以及PLC程序流程.84.3梯形圖程序.10結(jié)論.12致謝.13參考文獻(xiàn).14 江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆?？粕厴I(yè)設(shè)計第1頁1引言地鐵排水系統(tǒng)主要可分為三種類型，即污水排水系統(tǒng)、廢水排水系統(tǒng)和雨水排水系統(tǒng)。目前南京地鐵一號南延線排水主

4、要是污水排水系統(tǒng)，雨水和廢水較少。污水排水系統(tǒng)的核心是污水泵（房）站進(jìn)行的污水處理?！拔鬯幚韽S的首要處理環(huán)節(jié)是污水提升泵站,只有當(dāng)污水的勢能有所增加,才能進(jìn)行處理污水的后續(xù)工作;城市嬌縱錯雜的安裝著污水管網(wǎng),而保證這些污水能夠在管道中正常流淌的就是污水提升泵站。眼下排水水泵的自動控制可以分為兩種方式：一種是利用超聲波，另一種是水位開關(guān)報警裝置。后者的控制方式是把水位開關(guān)安裝在集水井中,PLC獲取來自水位開關(guān)的信號,當(dāng)信號達(dá)到了預(yù)先調(diào)試好的水位后，控制系統(tǒng)中的相應(yīng)開關(guān)將會自動開/停排水水泵5”。另外的那種是把超聲波液位計安裝在集水井中,PLC獲取來自集水井中的超聲波液位計的水位信號,然后由PL

5、C控制系統(tǒng)來自動控制排水水泵的運行。當(dāng)檢修水泵時為了能確保污水的正常排放，每一個排水泵（房）站基本上都會裝有備用的排水水泵。如果在集水井中很長一段時期不運行這些備用的水泵,那么這些排水水泵中的電機(jī)的絕緣電阻就會有一定量的下降,長此以往就會影響到水泵的壽命和控制系統(tǒng)的正常運行。本文討論的是后者的控制系統(tǒng)，即排水泵站水位開關(guān)的自動控制系統(tǒng)。在本文中所論述的自控系統(tǒng)中,其它泵和備用水泵同樣的會投入運行。從長久角度看,這些水泵有著均衡的運行時間,這樣使得本設(shè)計的三臺泵起到了互為備用的實用效果,并且本文列出了此設(shè)計的電氣控制線路（如圖4所示）,程序流程圖（如圖7所示）以及部分的梯形圖程序(如圖8所示)。

6、2PLC概述21PLC的定義及特點211PLC的定義可編程控制器（PLC）是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。212PLC的特點1可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)PLC是專門為工業(yè)控制設(shè)計的，采取了多層次抗干擾、精選元件的措施，可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強(qiáng)電設(shè)備一起工作，運行的穩(wěn)定性和可靠性較高。2編程簡單易學(xué)，深受工程技術(shù)人員

7、歡迎PLC的最大特點之一，就是采用易學(xué)易懂的梯形圖語言，它是以計算機(jī)軟件技術(shù)構(gòu)成人們慣 江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆?？粕厴I(yè)設(shè)計第2頁用的繼電器模型，形成一套獨具風(fēng)格的以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言。方便電氣人員在了解PLC工作原理和它的編程技術(shù)后，就可迅速地結(jié)合實際需要進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計，進(jìn)而將PLC用于實際控制系統(tǒng)中。3通用性強(qiáng)，使用方便由于PLC自身硬件特點，用戶在進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計時，不需要自己設(shè)計和制作硬件裝置，只需要根據(jù)控制要求進(jìn)行模塊的配置；用戶所作的工作只是設(shè)計滿足控制對象的控制要求的應(yīng)用程序。對于一個控制系統(tǒng)，當(dāng)控制要求改變時，只需修改程序，就能變更控制功能；與外圍設(shè)備的連

8、接方便，通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。4系統(tǒng)設(shè)計周期短由于系統(tǒng)硬件的設(shè)計任務(wù)僅僅是根據(jù)對象的控制要求配置適當(dāng)?shù)哪K，而不要設(shè)計具體的接口電路，同時軟件設(shè)計和外圍電路設(shè)計可以同時進(jìn)行，這樣大大縮短了整個系統(tǒng)設(shè)計的時間，加快了系統(tǒng)的設(shè)計周期。5對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)其控制功能是通過軟件編程來實現(xiàn)的，當(dāng)生產(chǎn)工藝改變時，在很大程度上只需改變用戶程序，這對現(xiàn)代化的小批量、多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)尤其適合；現(xiàn)今PLC已經(jīng)朝著嵌入式系統(tǒng)發(fā)展，將進(jìn)入日常生活中。6安裝簡單、調(diào)試方便、維護(hù)工作量小PLC控制系統(tǒng)的安裝接線工作量比繼電器控制系統(tǒng)少得多，只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O口相連。PLC軟件設(shè)計和調(diào)試大部分可以在實驗室

9、模擬進(jìn)行，模擬調(diào)試好后再將PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場聯(lián)機(jī)調(diào)試，方便省時，其本身可靠性高，有完善的自診斷能力和系統(tǒng)監(jiān)控能力，方便迅速故障查明和排除，維護(hù)的工作效率高。22PLC的構(gòu)成及工作原理221PLC的基本組成可編程序控制器實施控制，其實質(zhì)就是按一定算法進(jìn)行輸入輸出變換，并將這個變換與以物理實現(xiàn)。輸入輸出變換、物理實現(xiàn)可以說是PLC實施控制的兩個基本點，同時物理實現(xiàn)也是PLC與普通微機(jī)相區(qū)別之處，其需要考慮實際控制的需要，應(yīng)能排除干擾信號適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場，輸出應(yīng)放大到工業(yè)控制的水平，能為實際控制系統(tǒng)方便使用，所以PLC采用了典型的計算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由微處理器（CPU）、存儲器（RAM/ROM）、輸

10、入輸出接口（I/O）電路、通信接口及電源組成。PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。 江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆?？粕厴I(yè)設(shè)計第3頁圖1PLC的基本結(jié)構(gòu)1中央處理單元（CPU）中央處理單元是PLC的控制核心。CPU模塊，不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出。2存儲器可編程序控制器的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器；存放用戶程序（用戶程序存和數(shù)據(jù)）的存儲器稱為用戶程序存儲器，所以又分為用戶存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩部分。3輸入接口電路輸入輸出信號有開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量三種，在我們實習(xí)涉及到的信號當(dāng)中，開關(guān)量最普遍。如圖2就是采用光電耦合器的開關(guān)量

11、輸入接口電路：圖2開關(guān)量輸入接口電路4輸出接口電路可編程序控制器的輸出有：繼電器輸出(M)、晶體管輸出(T)、晶閘管輸出(SSR)三種輸出形式。5電源PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。如FX1S額定電壓 江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆?？粕厴I(yè)設(shè)計第4頁AC100V240V，而電壓允許范圍在AC85V264V之間。允許瞬時停電在10ms以下，能繼續(xù)工作。一般小型PLC的電源輸出分為兩部分：

12、一部分供PLC內(nèi)部電路工作；一部分向外提供給現(xiàn)場傳感器等的工作電源。222PLC的工作原理PLC采用循環(huán)掃描的工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。掃描周期的長短主要取決于以下幾個因素：一是CPU執(zhí)行指令的速度；二是執(zhí)行每條指令占用的時間；三是程序中指令條數(shù)的多少。一個掃描周期主要可分為三個階段。第一階段為輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成輸入端刷新工作后，將關(guān)閉輸入端口，

13、轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變，而這些變化必須等到下一工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。第二階段為程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入刷新階段。第三階段為輸出刷新階段，當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器），并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。綜上所述，PLC的掃描工作過程如圖3所示。圖3PLC掃描工作過程223PLC選型的一

14、般考慮1確定控制對象和控制范圍在應(yīng)用PLC時，首先要詳細(xì)分析被控對象、控制過程與要求，了解工藝流程后列出控制系 江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆專科生畢業(yè)設(shè)計第5頁統(tǒng)的所有功能和指標(biāo)要求，與繼電接觸器控制系統(tǒng)和工業(yè)控制計算機(jī)進(jìn)行比較后加以選擇。如果控制對象的工業(yè)環(huán)境較差，而安全性、可靠性要求特別高，系統(tǒng)工藝復(fù)雜，輸入輸出以開關(guān)量為多，而用常規(guī)的繼電接觸器控制難以實現(xiàn)，工藝流程又要經(jīng)常變動的對象和現(xiàn)場，用PLC進(jìn)行控制是合適的。2選擇機(jī)型一般來說在選擇機(jī)型前，用戶首先要對控制對象進(jìn)行下列估計：1)有多少個開關(guān)量輸入，電壓分別為多少；2)有多少個開關(guān)量輸出，輸出功率為多少；3)有多少模擬量輸入輸出點

15、；4)是否有特殊控制要求，如高速計數(shù)器等；5)現(xiàn)場對PLC的響應(yīng)速度有何要求；3編制程序編程時，首先要合理劃分模塊，其次是合理利用指令，嚴(yán)格注意信息名稱定義，最后進(jìn)行調(diào)試。程序必須經(jīng)過一段時間的運行考驗，才可以投入實際現(xiàn)場工作。 江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆?？粕厴I(yè)設(shè)計第6頁4電氣控制系統(tǒng)原理及其程序圖4.1水泵電氣控制原理圖圖4電氣控制原理圖 江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆專科生畢業(yè)設(shè)計第7頁三號泵運行二號泵運行一號泵運行三號泵故障二號泵故障一號泵故障接停自動手動圖5電氣控制原理圖在圖4、圖5中,SA是排水泵開關(guān)操作模式的選擇開關(guān),提供的轉(zhuǎn)換選擇方式為手動、自動、以及停止。TA、QA是啟

16、動和停止時的排水泵手動操作按鈕。在手動擋下，即把SA撥到排水泵手動運作方式那邊,按動QA、TA按鈕就會相對應(yīng)的啟動和停止水泵。QBD是水泵 江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆?？粕厴I(yè)設(shè)計第8頁保護(hù)裝置。每個泵配備了用于檢測油泵房和元件密封性,軸承溫度和電機(jī)器件溫度等的裝置。通電后,如果油泵密封腔是正常的，電纜和軸承溫度是常溫纏繞，常開QBD將吸合，其常閉將被斷開。如檢測到正在運行中的電機(jī)有上述一個或多個部分不正常動作,則常開QBD就斷開,其常閉閉合,控制系統(tǒng)無論何種控制方式下都不能運行,需檢修人員把水泵吊起，待檢修完畢可以正常使用后方可運行。本系統(tǒng)所用PLC選用西門子200系列?！拔鏖T子是國際知

17、名的跨國公司,其PLC產(chǎn)品是國際上主流產(chǎn)品,200系列PLC結(jié)構(gòu)緊湊,性能可靠,功能指令強(qiáng)大,存儲容量大,抗干擾能了強(qiáng),是各種小型控制任務(wù)的首選產(chǎn)品”2。 江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆?？粕厴I(yè)設(shè)計第10頁自動選擇得出,實際上就成了三臺水泵互為備用,合理有效地利用了資源。在梯形圖程序中，M0.1到M0.2狀態(tài)轉(zhuǎn)換時有一個延時通電時間繼電器,時間為10秒,同樣在M0.2到M0.3也有一個和上述相同的延時通電繼電器,加這兩個延時繼電器的目的是以防當(dāng)系統(tǒng)開始啟動運行時,如水位超過S2,S3,所有水泵會同時啟動運行。4.3梯形圖程序由于全部梯形圖程序篇幅太長,此處并未全部列出。以圖6中M1.5,M1

18、.6,M1.7,M2.0,M0.6的轉(zhuǎn)換來簡要說明,具體如圖7所示。M1.5得電激活時,KM1和KM3動作,此時若水位降到停泵水位時,M1.5就會動作復(fù)位,同時M1.6得電激活,KM1,KM3停止動作。由圖中可知,M1.6動作時并沒有水泵運行排水;M1.5動作時,若水位繼續(xù)上升，當(dāng)達(dá)到報警水位時,M1.7動作,M1.5動作復(fù)位,所有水泵激活運行。M1.6動作時,如果水位升到開“一臺”泵的水位,則M1.6就會動作復(fù)位,M0.6動作,開啟一臺“上一次沒有啟動運行過的水泵”。M1.7動作時,若水位下降到停泵水位,則M1.7就會動作復(fù)位,M2.0動作,停止所有水泵運行。在M2.0動作時,若水位上升到“開啟一臺”水泵水位時,M2.0就會動作復(fù)位,M0.6動作,開動一臺（物理意義上講的）“上一次沒有啟動運行過的水泵”。 江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆專科生畢業(yè)設(shè)計第11頁圖7梯形圖程序 江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆?？粕厴I(yè)設(shè)計第12頁結(jié)