【基于PLC控制系統(tǒng)的水塔水位設計6300字（論文）】

基于PLC控制系統(tǒng)的水塔水位設計目錄TOC\o"1-3"\h\u88251緒論 III1緒論自從改革開放以來社會的飛快發(fā)展和人們對品質(zhì)生活需求的不斷提高,自動化生產(chǎn)水平的提高和進步,過去的供水系統(tǒng)控制精細程度低,對資源很高,而對比先進供水穩(wěn)定性和可靠性也非常落后,因此傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)供水系統(tǒng)已取代了PLC水塔水位控制系統(tǒng)。在廣大人民群眾日常生活和企業(yè)的生產(chǎn)中,就要特別準確地對存放設備當中的各種水位信息進行監(jiān)測,如:供水槽、蓄洪池、水塔、鍋爐等各類存放設備的蓄水容器,在日常生活中也就是:公共廁所的自動沖洗式蓄水系統(tǒng)、自動電熱開水機的自動處理和補水功能。因此需要設計一個特別精細度高,性能好且非常穩(wěn)定可靠的水位控制系統(tǒng),所采用的是由PLC技術控制的一個水位控制系統(tǒng)。有著十分重要技術意義的一種PLC自動控制大型水塔使用供水系統(tǒng),,基于這種PLC控制水塔使用水位的控制供水系統(tǒng)廣泛化和使用正日益飛速地改變現(xiàn)代生產(chǎn)生活的方式和人們?nèi)粘Ｉ睢?控制要求2.1控制系統(tǒng)框圖使用PLC作為核心控制中心,使用PLC指令控制供水電機,送水設備,儲水設備,指示燈,如圖2.1所示:圖2.1簡易控制系統(tǒng)框圖PLC控制系統(tǒng):該系統(tǒng)主要對動作發(fā)生設備進行發(fā)出指定動作指令,將各個部分連接通信,充當該系統(tǒng)的首腦部分。供水電機:執(zhí)行水的搬運,完成需要水量的輸送存放,充當該系統(tǒng)的肢體部分。送水設備:對供水電機送來的水資源,進行加工處理,完成送水輸水等等。儲水設備:對供水電機送來的水資源,進行加工處理,完成儲水蓄水等等。警示燈:各部分設備的信號放大,告知生產(chǎn)工作人員,提醒更換、維修等故障操作。2.2硬件布局圖液體傳感器液體傳感器圖2.2水塔水位控制裝置圖水塔水位的工作方式:要求1:當檢測系統(tǒng)檢測到水池水位低于水位下限S1處,此時電磁閥通電,隨即開始向水池注水。要求2:當注水經(jīng)過5S后,當前水池水位還沒有超過水池水位下限S1處,電磁閥斷電,停止注水,系統(tǒng)發(fā)出報警,提醒工作人員檢查水池供水系統(tǒng)。要求3:當水池供水系統(tǒng)正常運行時,電磁閥持續(xù)通電,往水池繼續(xù)注水,直到水池水位達到水池水位上限S2處,停止注水。要求4:與此同時,水塔的檢測系統(tǒng)檢測到水塔水位低于水塔水位下限S3處,并且水池的檢測系統(tǒng)檢測到水位已經(jīng)達到水池水位上限,水泵才能通電,開始往水塔送水,直到水塔水位達到上限水位S4處,水泵停止工作。同時電磁閥斷電,停止往水池注水。2.3設計要求本系統(tǒng)設計從宏觀經(jīng)濟上有效率地控制了對水資源利用損耗大的供給供水系統(tǒng),在結構上進一步完善優(yōu)化水源供水系統(tǒng),使其使用可以在很大一定部分程度上有效節(jié)省了系統(tǒng)人力物力的管理費用和財政支出;在提高系統(tǒng)使用性能上,大大提高了供水實時效率,能夠及時發(fā)現(xiàn)供水過程中的問題以及可以有效利用供水系統(tǒng)對水資源的控制;在功能上改變了傳統(tǒng)的人力物力的大量投入,轉變?yōu)榉浅Ｏ冗M的機械供水方式,并能長期有效管理還能在此供水基礎上不斷升級,能使其適應各種氣候和環(huán)境,極大程度上提高了我國居民生活水平和企業(yè)生產(chǎn)效率。3主要設備的選擇3.1PLC選擇本設計屬于機械工作系統(tǒng),考慮到PLC的穩(wěn)定性,我們依舊選擇老品牌三菱,精度要求與時間響應速度較高所以選擇晶體管輸出型PLC,本次設計為13個I/O口設計,考慮后期更改產(chǎn)品工藝問題,選擇I/O口數(shù)量多一些的PLC型號,所以結合實地使用情況,本設計采用FX3U-128MT/ES-A型PLC,其中輸入點是內(nèi)置的64入/64出（晶體管漏型）,由于條件原因,只能在網(wǎng)上參考選型。三菱FX3U-128MT/ES-A推出的擁有多口徑可擴展數(shù)據(jù)輸入和單口輸出,模擬量精度監(jiān)測和數(shù)據(jù)通訊、其他功能的可擴展性。它是一種采用比較多數(shù)排列順序進行市場上控制的三菱PLC。三菱FX3U-128MT/ES-A在超小型機的各種結構、高速、優(yōu)越性能等各個方面都被普遍認為是目前三菱FX系列產(chǎn)品中技術檔次最高的超小型程序設備,除了單片機可以實現(xiàn)輸入輸出的最大擴展點數(shù)為256點。（特殊擴展：最多8臺）

與CC-Link遠程I/O的合計最大為384點。還因其具有廣泛的應用范圍包括無線網(wǎng)絡連接、模擬和控制、定位監(jiān)視器等多個項目。礎部件之間專門特殊使用,是一套能夠滿足PLC廣泛使用需要的設備。三菱FX3U-128MT/ES-A它是一款功能強大的小型PLC,它可以將其擴展為多達128個I/O點,而且還可以在其中添加專門的功能模塊或者擴展板。通訊及數(shù)據(jù)連線選擇使FX2N在音量、通訊、網(wǎng)絡等重要應用領域中獲得了完美的應用,以及一些特別重要的功能模塊。圖3.1FX3U-128MT/ES-A的實物圖3.2水泵的概述水泵是一種用來輸送加壓液體或者進入加壓器液體中的一種機械加壓工具。它將一臺液體原動機或其中的內(nèi)部機械作動能或其他外部的機械能量直接通過傳遞輸送到固態(tài)液體,使得固態(tài)液體的輸送能量大大地得以增加,主要被廣泛用于液體輸送的固態(tài)液體材料有液態(tài)水、油、氣體及其混合物和各種類型液態(tài)有色金屬等。確定吸力水泵使用性能的一個重要工程技術指標,它主要具有水泵流量,吸力,頭,軸功率,水力,效率。按照不同的實際使用量及工作量和原理,它們又被明確劃分分別為小型容積式傳動水泵,葉片式傳動水泵。葉片泵主要原理是通過電機利用帶動旋轉泵的葉片與泵內(nèi)自來水的相互作用而直接產(chǎn)生的各種能量,容積傳遞泵就是通過電機利用它們在一個工作室內(nèi)帶動容積量的變化而直接產(chǎn)生的各種能量進行傳遞。葉片泵能源就是一種可以利用自動泵或回轉泵的葉片和輸送水的動力交換器或機械水的運動方式來向葉片泵內(nèi)部液體傳遞水的能源。工作狀態(tài):在水位系統(tǒng)正常工作時,水池的水位到達高水位上限處,PLC就會給出一個指令,使電動機開始工作,隨及水泵開始往水塔里抽水,當PLC檢測出水塔的水位達到高水位時,就會發(fā)出指令,水泵停止工作。圖4.2葉片泵圖4.3容積泵選擇水泵的一般原則為1、滿足流量和揚程的要求;2、水泵發(fā)動機在長時間內(nèi)的運行中,水泵各個工作點的效能是最好;3、根據(jù)所需要確定的水泵類別及臺數(shù)而設計的水泵車站,要求是設備及土建成本盡量低;4、.易于操作和維護,管理成本更低但是在普遍廣泛應用的新型給水系統(tǒng)中,水塔高度都必須要求是在30米以上的新型水泵驅動電機上才能夠正常進行的,當抽水時,水泵驅動電機的電力資源需要消耗比較多,同時由于每臺水泵驅動電機都需要更換一臺裝置水泵進行備用,故在各種應用情況下經(jīng)過綜合考慮之后將每臺新型水泵驅動電機的輸出功率提升到額定。均經(jīng)過了篩選,設計為11kw,型號參數(shù)分別為60Y2-160M2-2,其中最主要的兩個參數(shù)分別是額定功率輸出輸入電流轉速為24.23a,額定輸出電流轉速及其控制參數(shù)為970r/min。該新型水泵的最大揚程長度可達40米,流量速度控制在35立方米/小時3.3液位開關本工程在設計中需要同時檢測出蓄水池和蓄水塔兩個場所的水位信號,因此我們選擇了歐姆龍公司制造的61F-GN-GN型電極液位開關。這種液位開關可以當做是一種電氣動液位的檢測。廣泛應用在高層建筑、住宅污水及鋼鐵、食品、化工、制藥、半導體等工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水、水凈化領域、污水處理等液位控制。一旦控制電極與運動液體之間發(fā)生自動接觸,通過這種電路液體就自然可以自動打開一個自動關閉的控制電路,根據(jù)對液體流量的分析檢測和確定液位自動控制的開關工作運動原理,即我們通常稱之為具有導電性的液體,它作用于對一個液位控制開關的自動控制。進行液體電位精確檢測時,直接通過電極檢測一個位于液體的兩個驅動電極間的兩個電阻,根據(jù)它們的電阻大于或者說是小于己經(jīng)精確設定的兩個兩極電阻值,來準確地直接判斷檢測系統(tǒng)中到底有無固體液面,61F-GN-GN型兩個沒有電極式的固體液位檢測開關中它所包含的只有三個而當電極正好時就可以直接用于本次檢測系統(tǒng)中對液體水位的精確檢測,同時它們的大于OFF型電流正好控制在4.5ma以下且小于OFF型的電流1.5ma以下,這才能真正滿足各種液位選擇型和PLC的液位輸入特殊型的性能控制要求。工作狀態(tài):在水位系統(tǒng)正常工作時,水池的水位到達高水位上限處,液位開關就會向PLC給出一個信號,使電磁閥和電動機開始工作,隨及開始往水塔和水池里進水,當檢測出水塔的水位達到高水位時,液位開關就會向PLC發(fā)出信號液位開關,然后水泵立即停止工作。圖3.41F-GN–GN型電極式液位開關外觀及外部尺寸3.4電磁閥電磁閥主要指的是一種可以利用空氣和電磁力對其進行自動化生產(chǎn)中的控制裝置,也是用來對流體在運動過程中,自動化控制過程中所需要的一種基本元器件,它只能夠適用于執(zhí)行器。它不僅僅局限于液壓和空氣流動的生產(chǎn)過程中,同時也適用在自動化生產(chǎn)過程中介質(zhì)運動的主導方向、流體的流量、轉矩及其他參數(shù)進行調(diào)節(jié)。這種電磁閥是可以應用在各種電路環(huán)境中,達到預期的控制效果,而且這些電磁閥控制的精確性和靈活度也都得到了保障。電磁閥控制系統(tǒng)不同工作位置的各種電磁閥類型多樣,各種電磁閥的類型也不一,最常見的類型有檢測閥、安全控制閥、方向器和控制閥、加速器和自動調(diào)節(jié)閥等。電磁閥的測量選型首先我們認為應該嚴格地要求遵循安全、可靠、適合現(xiàn)場使用、經(jīng)濟性四項最初測量規(guī)定,其次我們就是現(xiàn)場工作環(huán)境使用條件六個重要的測量方面(主要即電氣管路傳動參數(shù)、流體參數(shù)、壓力傳動參數(shù)、電氣傳動參數(shù)、運行控制方式、工藝技術要求、特殊使用情況等)。1、根據(jù)現(xiàn)場管道的內(nèi)徑尺寸或流量要求,確定管道的直徑尺寸;1)接口管理的方式,一般>dn50要求學生選擇合適的法蘭接口,≤dn50則學生可以根據(jù)不同的用戶信息情況和學生需求的自由進行選擇。2、根據(jù)流體的參數(shù)可以選擇電磁閥:材料、溫度等級組1)使用具有高抗腐蝕性的各類流體:實際安裝時使用應盡量嚴格選擇安全抗腐蝕的碳鋼電磁閥及全彈性不銹鋼;各類食用食品超凈液:實際使用時安裝應盡量嚴格選擇符合食品消毒等級的安全不銹鋼管及電磁閥;2)對于高溫流體:一定要考慮可以選擇一種具有優(yōu)良耐高溫的電工技術材料和特殊密封性材料來設計生產(chǎn)制造的電磁閥,而且還需要盡量選擇各種活塞式或不同的結構;3)大到有的都是流體流動口徑大于狀態(tài):大的有到流體口徑有的主要是對于氣態(tài)、液體或固態(tài)混合物,特別多的是對于當流體口徑狀態(tài)大于c/dn25時,必須區(qū)分:4)電磁閥的流體黏度:電磁閥的黏度:通常在以下50cst可以隨心選擇,如果黏度超過這個數(shù)值,則應該考慮選擇一種高黏度的電磁閥。3、根據(jù)各種應用壓力控制參數(shù)還可選擇適用電磁閥的:及其工作結構原理及閥體結構及其類型及各品種1)額定壓力:該參數(shù)與其他通用閥門的意義相同,并以管道的額定壓力為基礎;2)設備工作的單位壓力:如果一個設備工作的單位壓力較低,必須仔細考慮壓力是否完全能夠考慮選擇直接或者符合分步間接傳動作用的一種工藝工作原理;當最小的兩個工作壓力電流間的壓差通常大于0.04mpa以上時,可以考慮選擇直動式、分步直動式和分步先導式。4主電路設計水塔式水位自動控制系統(tǒng)的主集成電路如圖所示:圖4.1水塔水位控制系統(tǒng)主電路圖由三相管的電流在一個進線器的端口上連接進入到一個主控制電路中,其中一個按鈕電源開關接點QS就起到了短路隔離二次熔斷電源的保護功能;利用熔接分斷器FU對放在主控制上的電路運行做出電源短路熔斷保護,常常打開一個按鈕開關SB來使主控制上與KM上的電磁驅動線圈通過熔斷;該機對主控制電路的電源連接與短路分斷器的工作則按照要求依靠接觸器上與KM的三個不同主觸頭接點SA來連接完成。在過流控制電路中通常采用一個熔源阻斷器FR來做為一個小的短路過流保護;如果我們合上了主電路的電源的開關QS。啟動:按下啟動電源鍵,然后后按開關SB通過繼電器KM,再使電動機M通電,從而得到的交流電。然后在電流通過KM線圈主觸頭接點后,自動閉合。閉合:等M觸點與電路中電機觸點重合時,便能使主電路通電并繼續(xù)正常運轉。停止:當我們松開按鈕開關SB,在此時繼電器KM線圈失電,則會導致KM主觸點分斷隔開,電路停止通電,隨后電動機M停止工作。5PLC控制電路5.1I/O口的介紹及分配表本次設計我用的是三菱PLC編程軟件GXworks2模擬演示使用組態(tài)及部分實物共同完成模擬運行。根據(jù)所需設備現(xiàn)在將設備進行I/O分配如表5.1.表5.1水塔水位系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表輸入繼電器輸入變量名輸出繼電器輸出變量名X0控制開關Y0電磁閥X1水塔水位上限開關Y1抽水電機MX2水塔水位下限開關Y2水池下限指示燈D1X3水池水位下限開關Y3水池上限指示燈D2X4水池水位上限開關Y4水塔下限指示燈D3X5液位傳感器Y5水塔上限指示燈D4Y6報警指示燈D55.2硬件接線圖這是我們一個重要的單體可以進行控制的最小系統(tǒng),沒有一種特殊的控制技術要求,它只能在電路中擁有6個觸點來對其進行控制,開關量和輸出觸點總共有13個,只需要我們所設計和選擇的企業(yè)一般都是采用中小型控制器。據(jù)此,我們就能得到兩個輸入和一個輸出點之間的地址區(qū)域分布。水塔安裝水位自動控制管理系統(tǒng)中的I/O接線圖主要說明內(nèi)容如下:圖5.1水塔水位控制系統(tǒng)的I/O接線圖6系統(tǒng)軟件控制設計6.1系統(tǒng)流程圖水塔水位控制管理系統(tǒng)的PLC控制流程圖,根據(jù)教學設計發(fā)展要求企業(yè)控制流程圖如下:圖6.1系統(tǒng)流程圖將儲水的水塔和蓄水的水池,最初的狀態(tài)設置為零,并且四個高低限位水位狀態(tài)為工作中。當我們需要進行供水操作時,液位傳感器通過掃描水池液位后,得到電路信號指示是當前的水池液位低于水池的水位的下限時,那么電磁閥就自動合上通電,然后往蓄水水池里面開始注水。如果在往水池進水持續(xù)時間超過5秒后,而此時水池的水位沒有達到水池的水位下限處,則說明水池的控制系統(tǒng)中出現(xiàn)了故障,然后就會發(fā)出警報,提醒操作人員檢查電路。如果在5秒中,水池的水位超過了水池的水位的下限處,則表示本次注水操作正常運行。此時,如果水池內(nèi)的水量達到水池的水位上限,隨即開始向水塔供水。如果在往水塔進水持續(xù)時間超過5秒后,而此時水塔的水位沒有達到水池的水位下限處,則說明水塔的控制系統(tǒng)中出現(xiàn)了故障,然后就會發(fā)出警報,提醒操作人員檢查電路。當注水達到水塔的最高限位時向系統(tǒng)發(fā)出信號,隨即水泵停止抽水,整個系統(tǒng)停止運行。6.2梯形圖圖6.2GXWorks2模擬梯形圖7總結畢業(yè)論文是我在學習和發(fā)展階段進行一次非常難得的理論與實際情況相互有機地融合的契機,通過這次所做的基于PLC的水塔水位控制管理系統(tǒng)的教學設計,我徹底擺脫了單純的理論研究,知識教育學習生活狀態(tài),和實際教學設計相互融合,提高了我綜合應用所學知識運用自己所學的相關專業(yè)技術和基礎文化知識的水平,解決了企業(yè)實際操作中應用于工程方面所存在問題的知識和技術能力,同時也大大提高了我在查閱相關文獻資料、設計技術手冊、設計操作規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)技術課程的分析水平,而且還使得我能夠有效地通過對于整體結構設計把握,對于局部性的問題進行分析。

參考文獻[1]胡學林.《可編