基于PLC的抽水泵站自動(dòng)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、電信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告姓名專業(yè)控制工程基地班（電 氣）班級(jí)控制工程基地班11級(jí)2班學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師題目類型工程設(shè)計(jì)題目小型灌溉抽水泵站PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、選題背景及依據(jù)（簡(jiǎn)述題目的技術(shù)背景和設(shè)計(jì)依據(jù)，如實(shí)說明選題目的、意義，列出主要參考文獻(xiàn)）1 技術(shù)背景隨著科技的飛速發(fā)展，數(shù)字化和智能化也越來越多的應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上。我國(guó)是一個(gè)水 資源不甚豐富的農(nóng)業(yè)大國(guó)，要想合理發(fā)展農(nóng)業(yè)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率，現(xiàn)代科技的作用尤為重要， 灌溉自動(dòng)化與監(jiān)控系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。灌溉自動(dòng)化既可以實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉解決用水困難的現(xiàn)狀， 又可以減輕人工澆灌的勞動(dòng)強(qiáng)度提高生產(chǎn)率。以往的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中更多的是依靠人工的或自然 的力量來進(jìn)行澆灌和

2、監(jiān)控，非常消耗體力且增加勞動(dòng)強(qiáng)度不說，在量 上也很難把控，生產(chǎn)率 也一直很低。我國(guó)作為一個(gè)有著將近14億人口的大國(guó)，有著將近世界五分之一的人口，同時(shí)土地資源又十分匱乏根本達(dá)不到自給自足，所以中國(guó)的糧 食問 題一直都是世界關(guān)注的焦點(diǎn)。在這種尷尬的境況下，提高糧食的生產(chǎn)率是迫在眉睫的。所 以，農(nóng)業(yè)自動(dòng)化數(shù)字化是勢(shì)在必行的。小型泵站在城市建設(shè)、防洪排澇、灌溉、水利等領(lǐng)域的應(yīng)用中占有相當(dāng)大的比例。以前 采用傳統(tǒng)的單機(jī)控制和集中控制方式，運(yùn)行管理成本較高。采用可編程控制器PLC控制，可以通過設(shè)定運(yùn)行程序?qū)Ρ谜具M(jìn)行運(yùn)行監(jiān)控，既可以降低運(yùn)行費(fèi)用，又可以提高小型泵 站的自動(dòng)化程度。將其運(yùn)用到灌溉領(lǐng)域便可實(shí)現(xiàn)灌

3、溉自動(dòng)化。2. 設(shè)計(jì)依據(jù)本設(shè)計(jì)中是通過利用PLC控制系統(tǒng)控制水泵運(yùn)行來達(dá)到實(shí)時(shí)灌溉的目的。可編程邏 輯 控制器PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，自帶有控制邏輯順序、定時(shí)、數(shù)據(jù)處理和計(jì)算能力等功 能，綜合了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制和通信等技術(shù)的一種新型工業(yè)控制裝置，它具有結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、編 程方便、可靠性高、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代工業(yè)的重要基礎(chǔ)設(shè)備之一。PLC是靠執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制要求的。PLC用戶程序的執(zhí)行主要采用循環(huán)掃描的工作方 式， 在系統(tǒng)軟件的控制下，順序掃描個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按照用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理，然 后順序向 輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。整個(gè)工作過程包括3個(gè)階段：輸入采樣、執(zhí)行用戶程序、輸出刷新。小型

4、PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)控制的抽水泵站不僅能合理、高效的完成灌溉， 且可靠性高、耗能低，是最理想的控制系統(tǒng)。3 研究意義1 ）自動(dòng)控制系統(tǒng)能提高泵站運(yùn)行的可靠性和自動(dòng)化水平，實(shí)時(shí)監(jiān)視泵站運(yùn)行狀況，快速 準(zhǔn)確地檢測(cè)并處理故障，防止事故發(fā)生的同時(shí)并保護(hù)運(yùn)行設(shè)備。同時(shí)也降低了人員 事故發(fā)生 率。2）自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用提高了經(jīng)濟(jì)效益。采用PLC監(jiān)控系統(tǒng)能根據(jù)進(jìn)水量適時(shí)的調(diào)整 運(yùn)行泵數(shù)，并在運(yùn)行允許時(shí)能順序替換，使得每臺(tái)水泵的的運(yùn)行時(shí)間大致相同，減少不必要 的損耗。同時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)需要的配備人員需求減少，減少了運(yùn)行成本和配備人員生活設(shè)施 的配套成本。3) 于常規(guī)操作系統(tǒng)相比操作更方便，顯示更直觀，能實(shí)時(shí)顯示配

5、電站系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)的變化和運(yùn)行趨勢(shì)。不需要繁瑣的操作便能控制運(yùn)行并得到想要的目標(biāo)數(shù)據(jù)。而且能直觀 的看到故障發(fā)生時(shí)的地點(diǎn)，進(jìn)行及時(shí)的搶救維修，避免設(shè)備上大的損失。參考文獻(xiàn)1李素玲等，恒壓供水自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，中國(guó)給水排水， 2004年3月2陳明榜，基于組態(tài)軟件的PLC泵站監(jiān)控系統(tǒng)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2007, (02)345何平，大型泵站自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電工技術(shù)，2004, ( 12)王存才，抽水泵站自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討，城市建設(shè)理論研究，2013 ( 7)nn石建飛等，基于PLC的農(nóng)田自動(dòng)灌溉無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，黑龍江省農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)2011學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2011年1月 劉嘉等，基于P

6、LC的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)，南昌工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2013 (6)7 葛瑜，基于PLC和組態(tài)王的智能灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)，江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014 ( 12)8 電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)(電氣一次部分、電氣二次部分),水利電力出版社,19909 王錫凡，電力工程基礎(chǔ)，西安交通大學(xué)出版社，199810 組態(tài)王監(jiān)控軟件用戶手冊(cè)，北京亞控自動(dòng)化公司11 PROGRAMME LOGIC CONTROL PUMPING STATION AND SY STEMAUTOMATION , Matangu-deba-noel, Business and Management Review VI. 1 (7) pp. 46 -52 S

7、eptember, 2011 ISSN: 2047 0398。二、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)思想、解決問題的關(guān)鍵、擬采用的設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)工作步驟 1-設(shè)計(jì)內(nèi)容1) 課題研究的意義及目的，國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀；2) 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；3) 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)的硬件配置；4) PLC應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)和主要電氣設(shè)備選擇；5) 監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)及圖形界面的設(shè)計(jì)。2.設(shè)計(jì)思想利用傳感器來檢測(cè)泵站進(jìn)水前池和水井的水位高低，根據(jù)進(jìn)水前池與水井的水位高低， 調(diào)整投運(yùn)水泵的數(shù)量，保持進(jìn)水前池水位處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的預(yù)定設(shè)定點(diǎn)。水位的檢測(cè)要實(shí) 時(shí)連續(xù)，以避免發(fā)生高低水位預(yù)警。當(dāng)進(jìn)水前池高水位預(yù)警時(shí)，停止運(yùn)行A組水泵并投運(yùn)B

8、 組全部水泵；當(dāng)?shù)竭_(dá)進(jìn)水前池低水位時(shí)，啟動(dòng)A組全部水泵，B組暫停；當(dāng)?shù)竭_(dá)水井低水位時(shí)，停止A組水泵運(yùn)行。當(dāng)進(jìn)水率處于預(yù)定穩(wěn)定值時(shí)，可進(jìn)行AB組 內(nèi)泵 順序交替運(yùn)行，使得在一個(gè)周期內(nèi)，每臺(tái)泵運(yùn)行的時(shí)間都是一樣的，有效避免有的機(jī)組過度 磨損，有的機(jī)組則長(zhǎng)期停機(jī)的情況。根據(jù)進(jìn)水側(cè)和出水側(cè)的管道水壓來決定水泵是否變頻運(yùn) 行。3. 要解決問題的關(guān)鍵1) 電氣控制原理圖的設(shè)計(jì)。2) 可編程控制器PLC的選型和各低壓設(shè)備的選型。3）做好合理的繼電保護(hù)和運(yùn)行設(shè)備保護(hù)。4. 擬采用的設(shè)計(jì)方案1）主要低壓電器的選擇a. 空氣斷路器的選擇空氣斷路器，又名空氣開關(guān)，是斷路器的一種。是一種只要電路中電流超過額定電流就

9、會(huì)自動(dòng)斷開的開關(guān)?？諝忾_關(guān)是低壓配電網(wǎng)絡(luò)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)中非常重要的一種電器，它集 控制和多種保護(hù)功能于一身。除能完成接觸和分?jǐn)嚯娐吠?，尚能?duì)電路或電氣設(shè)備發(fā)生的短 路、嚴(yán)重過載及欠電壓等進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)也可以用于不頻繁地啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和可 靠性，我們選用DZ20C-160/3300ob. 交流接觸器的選擇在電工學(xué)上，接觸器是一種用來接通或斷開帶負(fù)載的交直流主電路或大容量控制電路的 自動(dòng)化切換器，主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，此外也用于其他電力負(fù)載，如電熱器，電焊機(jī)，照 明設(shè)備，接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護(hù)作用。接觸器控制容量 大，適用于頻繁操作和遠(yuǎn)距離控制，是自動(dòng)控制系統(tǒng)

10、中的重要元件之一。此處我們選用 CJ20-100A型的交流接觸器。c. 按鈕的選擇按鈕是一種短時(shí)間接通或斷開小電流電路的手動(dòng)電器，常用于控制電路中發(fā)出啟動(dòng)或停止等指令，以控制接觸器、繼電器等電器的線圈電流的接通或斷開，再由它們?nèi)ソ?通或 斷開主電路。按鈕開關(guān)可以完成啟動(dòng)、停止、變速、正反轉(zhuǎn)以及互鎖等基本控制。按鈕的一 般結(jié)構(gòu)主要由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式動(dòng)觸頭、動(dòng)合靜觸頭、動(dòng)斷靜觸頭、推桿和外殼等組 成。每個(gè)按鈕開關(guān)都有兩對(duì)觸點(diǎn)，每對(duì)觸點(diǎn)由一個(gè)常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)組 成。當(dāng)按鈕按下 時(shí)，常開觸點(diǎn)閉合同時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開。在本設(shè)計(jì)中我們選用常閉式按鈕 選用LA19-11D型。d. 液位開關(guān)的選擇液位開關(guān)

11、也稱水位開關(guān)、液位傳感器，是用來控制液位的開關(guān)，從形式上主要分為 接觸 式和非接觸式。常見的非接觸式開關(guān)有電容式液位開關(guān)，接觸式有浮球式液位開關(guān)。電容式 液位開關(guān)就是在容器內(nèi)插入電極，當(dāng)液位變化時(shí)，電極內(nèi)部介質(zhì)改變，電極間的電容也隨之 變化，再轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化的直流電信號(hào)。浮球式液位開關(guān)就是在液位中放一個(gè) 空心的球，當(dāng)液 位變化時(shí)，浮球?qū)a(chǎn)生與液位變化相同的位移，可用機(jī)械或電的方法來測(cè)得浮球的位移，這 種開關(guān)不適用于高粘度的液體，其輸出端有開關(guān)控制和連續(xù)輸出。在本設(shè)計(jì)這種我們選用浮 球式液位開關(guān)。e. 變頻器的選擇本系統(tǒng)是提供灌溉用水的抽水泵站系統(tǒng)，可以采用恒壓供水的方式，這樣就要用到 變頻 器。

12、本次設(shè)計(jì)的負(fù)載是是泵，所以我們選用MICROMASTER 430變頻器。MICROMASTER 430變頻器適合用于各種變速驅(qū)動(dòng)裝置，有多種型號(hào)可選，額定功率范圍從 7.5KW到250KW可選，由于其靈活性而可以在廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。在采用變頻器的出廠設(shè)定功能和缺省設(shè)定值時(shí)，MICROMASTER 430變頻器尤其適合用于工業(yè) 部門的 水泵和風(fēng)機(jī)。本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵 雙極型晶體 管（IGBT）作為功率輸出器件。因此，它們具有很高的運(yùn)行可靠性和通用性。采用脈沖頻率 可選的專用脈寬調(diào)制方法，可使電動(dòng)機(jī)低噪聲運(yùn)行。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng) 機(jī)提供了良

13、好的保護(hù)。與MICROMASTER 420變頻器相比，這種變頻 器具有更多的輸入和輸出端，具有手動(dòng)/自動(dòng)切換功能的操作面板，以及自適應(yīng)的軟件功能。f. 壓力變送器的選型壓力變送器用于測(cè)量液體、氣體或蒸汽的液位、密度和壓力，然后將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換 成420mA電流信號(hào)或者15V電壓信號(hào)輸出。主要有電容式壓力變送器、擴(kuò)散硅壓力變送器、陶瓷壓力變送器和應(yīng)變式壓力變送器。本設(shè)計(jì)中選用KTTS801擴(kuò)散硅壓阻式壓力變送器。2) PLC及各擴(kuò)展模塊的配置及選型在此次設(shè)計(jì)中，我選用西門子S7系列的PLC, S7系列以結(jié)構(gòu)緊湊、功能全、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)在自動(dòng)控制領(lǐng)域占有重要地位。主要有S7-200 S7300、S7

14、-400等系列。 對(duì)于控制速度要求不高的開關(guān)量控制系統(tǒng)，可選用小型PLC如S7-200系列；對(duì)以開關(guān)量為主，帶有部分模擬量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，如對(duì)工業(yè)系統(tǒng)中遇到的壓力、溫度、速度、流 量、液位等連續(xù)量的控制，應(yīng)選用帶有A/D轉(zhuǎn)換額模擬量輸入輸出模塊和帶有D/A轉(zhuǎn)換的模 擬量輸入輸出模塊的中小型PLC如S7-300系列；對(duì)于比較復(fù)雜的大型控制系 統(tǒng)，應(yīng)選用大 型PLC如S7-400系列。本設(shè)計(jì)中，有模擬量的控制故選用S7-300系列CPU型號(hào)為314的PLCo其中擴(kuò)展模塊 分別選用：模擬量輸入模塊SM331 : 8點(diǎn)輸入，模擬量輸出模塊SM332：8點(diǎn)輸出，數(shù)字量輸入SM321:32點(diǎn)輸入，數(shù)字量輸

15、出SM322:32點(diǎn)輸出。電源模塊選用PS307,接口模塊選 用 IM365。3) I/O分配表表1 I/O分配表輸入信號(hào)1號(hào)自動(dòng)模式11.05號(hào)壓力變送器信號(hào)PIW3282號(hào)自動(dòng)模式11.16號(hào)壓力變送器信號(hào)PIW3303號(hào)自動(dòng)模式11.27號(hào)壓力變送器信號(hào)PIW3324號(hào)自動(dòng)模式11.3號(hào)壓力變送器信號(hào)PIW3345號(hào)自動(dòng)模式11.41號(hào)故障信號(hào)PIW3366號(hào)自動(dòng)模式11.52號(hào)故障信號(hào)PIW3367號(hào)自動(dòng)模式：11.6號(hào)故障信號(hào)PIW3368號(hào)自動(dòng)模式11.7P號(hào)故障信號(hào)PIW3361號(hào)壓力變送器信號(hào)PIW3205號(hào)故障信號(hào)PIW3362號(hào)壓力變送器信號(hào)PIW3226號(hào)故障信號(hào)PIW3

16、363號(hào)壓力變送器信號(hào)PIW32417號(hào)故障信號(hào)PIW3384號(hào)壓力變送器信號(hào)PIW3268號(hào)故障信號(hào)PIW340輸出信號(hào)1號(hào)泵自動(dòng)開關(guān)Q0.01號(hào)頻率輸出PQW3522號(hào)泵自動(dòng)開關(guān)Q0.12號(hào)頻率輸出PQW3543號(hào)泵自動(dòng)開關(guān)Q0.23號(hào)頻率輸出PQW3564號(hào)泵自動(dòng)開關(guān)Q0.34號(hào)頻率輸出PQW3585號(hào)泵自動(dòng)開關(guān)Q0.45號(hào)頻率輸出PQW3606號(hào)泵自動(dòng)開關(guān)Q0.5r6號(hào)頻率車刖出PQW3627號(hào)泵自動(dòng)開關(guān)Q0.67號(hào)頻率輸出PQW3648號(hào)泵自動(dòng)開關(guān)Q0.78號(hào)頻率輸出PQW3664)程序設(shè)計(jì)根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)制定的工業(yè)控制編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)(IEC1131-3) , PLC編程語(yǔ)言有 5種

17、形式：a順序功能圖語(yǔ)言(SFC)順序功能流程圖語(yǔ)言是為了滿足順序邏輯控制而設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言。編程時(shí)將順 序流 程動(dòng)作的過程分成步和轉(zhuǎn)換條件，根據(jù)轉(zhuǎn)移條件對(duì)控制系統(tǒng)的功能流程順序進(jìn) 行分配， 一步一步的按照順序動(dòng)作。每一步代表一個(gè)控制功能任務(wù)，用方框表示。在方框內(nèi)含有 用于完成相應(yīng)控制功能任務(wù)的梯形圖邏輯。這種編程語(yǔ)言使程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀及 維護(hù)，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調(diào)試時(shí)間。用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關(guān)系 較復(fù)雜的場(chǎng)合。b.梯形圖語(yǔ)言(LAD)梯形圖語(yǔ)言是PLC程序設(shè)計(jì)中最常用的編程語(yǔ)言。它是與繼電器線路類似的一種 編程語(yǔ)言，它的特點(diǎn)是：與電氣控制原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性，

18、比較 直觀易 懂，且容易在計(jì)算機(jī)編程軟件上進(jìn)行仿真模擬。d.結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言(ST)結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言是用結(jié)構(gòu)化的描述文本來描述程序的一種編程語(yǔ)言。它是類似于高 級(jí)語(yǔ)言的一種編程語(yǔ)言。在大中型的PLC系統(tǒng)中，常采用結(jié)構(gòu)化文本來描述控制系統(tǒng)中 各個(gè)變量的關(guān)系。主要用于其他編程語(yǔ)言較難實(shí)現(xiàn)的用戶程序編制。它的特點(diǎn)是：采用 高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行編程，可以完成較復(fù)雜的控制運(yùn)算；需要有一定的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言的知識(shí) 和編程技巧，對(duì)工程設(shè)計(jì)人員要求較高。直觀性和操作性較差。e.指令表語(yǔ)言(STL)指令表編程語(yǔ)言是與匯編語(yǔ)言類似的一種助記符編程語(yǔ)言，和匯編語(yǔ)言一樣由操作 碼和操作數(shù)組成。在無(wú)計(jì)算機(jī)的情況下，適合采用PLC手持

19、編程器對(duì)用戶程序 進(jìn)行編 制。同時(shí)，指令表編程語(yǔ)言與梯形圖編程語(yǔ)言圖一'一對(duì)應(yīng)，在PLC編程軟件下可以相互轉(zhuǎn)換。它的特點(diǎn)是：采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶，便于 掌握；在手持編程器的鍵盤上采用助記符表示，便于操作，可在無(wú)計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合進(jìn) 行編程設(shè)計(jì)；與梯形圖有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。其特點(diǎn)與梯形圖語(yǔ)言基本一致。在本設(shè)計(jì)中采用做常用的梯形圖語(yǔ)言編程。5)電氣控制原理圖的設(shè)計(jì)選定PLC和分配完I/O地址后，硬件設(shè)計(jì)部分就剩電氣控制原理圖的設(shè)計(jì)了。電氣控制原理圖包括兩個(gè)部分：主電路和控制電路?？刂齐娐钒≒LC的I/O接線和自動(dòng)部分、手動(dòng)部分的詳細(xì)連接。一般電器元器件的選擇主要是根據(jù)控制要求選擇按鈕