基于PLC的小区排水控制系统设计毕业论文.doc

基于PLC的小区排水自动控制系统目 录1 引 言 11.1研究背景 11.2研究目的和意义 11.3设计内容及实现目标 12 系统总体设计 22.1系统控制功能要求 22.2系统控制工艺的确定 22.3确定设计方案 33 控制系统硬件设计 43.1 PLC选型及扩展 43.1.1 PLC的选型 43.1.2 模拟量输出模块的选择 53.2 电机及驱动控制 63.2.1 电机的选择 63.2.2 变频器的选择 63.3 低压电器选型 73.3.1 低压断路器 73.3.2 继电器 83.3.3熔断器 83.3.4水位开关 83.4 电源的设计 93.5 人机接口的设计 104 控制系统软件设计 114.1 控制程序流程图 114.2 显示操作界面设计 125 控制系统软件调试 145.1 系统启动 145.2 系统高水位排水 145.3系统变频器上电调速 155.4系统电机运行 165.5系统低水位停止排水 17结束语 18参考文献 19附录 20附录A 程序清单 20附录B硬件原理图 22总结 2311 引 言1.1研究背景近年随着城市化进程的加快，城市人口急剧增多，国内各大城市的小区均面临着巨大的压力，小区排水系统是小区给排水及防灾系统的主要设施之一。

及时排放小区内部的积水，对整个的排水设备、自动扶梯、公共区照明等小区设备进行全面且有效的自动化监控及管理，确保设备处于高效、节能、可靠的最佳运行状态，创造一个舒适的地下环境并能在火灾等灾害或阻塞事故状态下，更好地协调小区设备的运行，充分发挥各种设备应有的作用，保证住户的安全和设备的正常运行排水系统包括消防用水系统和排水系统消防用水利用城市现有设施排入城市雨水系统，生活污水及厕所冲洗水经化粪池处理后排入城市污水系统1.2研究目的和意义本课题主要采用稳定性较好，编程和操作都比较简单的PLC控制系统来主导各个站点的排水控制随着社会经济的发展，小区网络将会愈加复杂，继电器控制已经无法满足各大城市小区的排水控制需求排水系统，需要保持非常好的稳定性，同时由于本排水系统所处工作环境恶劣所以本课题的主要研究目的是利用PLC，开发一套运行稳定，便于监控 ，自动化程度高的系统以降低系统的维护成本，延长系统的使用寿命1.3设计内容及实现目标本系统采用西门子S7-200PLC的224CPU和扩展模块以及少量的中间继电器来代替传统的继电--接触器控制系统，以PLC梯形图的“软接线控制网络”取代传统的继电器构成的硬接线控制线路，对各蓄水池按设定指令进行抽水，对各蓄水池水位进行实时监控。

电机发生故障时及时报警并在一定时间后紧急停止系统小区排水控制系统的软件和硬件，有效的实现了小区排水系统的逻辑控制、安全控制、故障诊断及其应对措施同时也实现了泵、阀控制的自动化和智能化，大大降低了电气控制系统的复杂程度，提高了自动化程度和整个系统的可靠性2 系统总体设计2.1系统控制功能要求为保证各水池顺利排水，对系统进行以下要求：（1）根据实际情况采用过载和短路两种保护方式以保护电机不被损坏（2）设置水位显示灯，便于监控（3）两台主抽水泵实行两班倒轮换制(即12小时轮换一次)（4）设置手动控制方式，便于在系统的人工检测维修小区自动排水控制系统示意图如图2.1所示图2.1小区自动排水控制系统示意图2.2系统控制工艺的确定（1）本系统设置1个蓄水池，蓄水池中设置有水位开关2）当蓄水池中水位为满水时，满水指示灯亮同时打开排水阀门，关闭进水阀门3）当蓄水池处于无水状态时，处于工作时间的主泵停止工作4）系统安全：电机发生故障时,系统不可继续执行抽水工作关闭所有进水阀门和排水阀门,系统发出报警,报警30分钟后自动断电2.3确定设计方案早期的控制系统多采用继电器——接触器控制系统，但随着电子技术的飞速发展，控制要求的不断提高，该类控制方法已不能满足现代工业污水处理系统的控制要求，因此已逐渐被淘汰，取而代之的是DCS、现场总线控制、PLC等控制方法。

用PLC作为处理系统的控制器，实现控制系统的功能要求，也可利用计算机作为其上位机，通过网络连接PLC，对生产过程进行实时监控，其特点如下：编程方便，开发周期短，维护容易通用性强，使用方便控制功能强模块化结构，扩展能力强系统控制方案如图2.2所示，各个池，抽水机组以及阀门的动作均由主控制器控制抽水机组按照指令将蓄水池中的废水抽出并排至指定的排水沟中每台驱动电机对控制器都有故障报警的连接为便于对系统的监控，监控器对外不仅有声光输出，还能够与远程PC终端进行连接PLC数字量输入液位开关模拟量输出报警变频器电机1电机2数字量输出人机界面图2.2 系统控制方案图 3 控制系统硬件设计3.1 PLC选型及扩展3.1.1 PLC的选型本系统选用西门子S7-200 CPU224型PLC，具有14点输入/10点输出，共有24点数字量I/O可连接7个扩展模块，最大扩展至168点数字量I/O或35路模拟量I/O； 6个独立的30 kHz高速计数器，两路独立的20 kHz高速脉冲输出，具有比例、积分、微分(PID)控制器；1个RS-485通信/编程口，具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力。

I/O端子排可很容易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制器，可完全满足一些中小型复杂控制系统的要求CPU224如图3.1所示图3.1 CPU224示意图3.1.2 模拟量输出模块的选择该系统需要扩展两个模拟量输出模块，选用EM232此输出扩展模块主要参数为DC24V，2点模拟量输出，功耗0.25W如图3.2所示图3.2 EM232示意图在扩展的模拟量输出模块中，需要使用的输出点共2个，即：AQW0变频器1模拟量输出口；AQW2变频器2模拟量输出口小区自动排水控制系统的PLC输入接口如下表3.3所示表3.3 小区自动排水控制系统PLC输入接口功能表序号名称文字符号输入口1启动SF1I0.02停止SF2I0.13蓄水池高水位开关信号BG1I0.24蓄水池低水位开关信号BG2I0.3小区自动排水控制系统的PLC输出接口如下表3.4所示表3.4 小区自动排水系统PLC输出接口功能表序号名称文字符号输出口1电机1继电器KF1Q0.02电机2继电器KF2Q0.13蓄水池高水位红色指示灯PG1Q0.24蓄水池低水位绿色指示灯PG2Q0.35变频器1接触器QA1Q0.46变频器2接触器QA2Q0.57报警红色指示灯PG3Q0.68电机1运行指示灯PG4Q0.79电机2运行指示灯PG5Q1.0小区自动排水系统的PLC模拟量输出接口如下表3.5所示表3.5 小区自动排水系统模拟量输出地址分配表地址功能AQW0变频器1AQW2变频器23.2 电机及驱动控制3.2.1 电机的选择该小区自动排水系统中所使用的动力设备为水泵，电机。

均采用三相交流异步电动机，电动机和水泵选配防水防潮型其具体参数如下：电机1：立式离心泵LS50-10-A，扬程10m，流量29m3/h，1kW电机2：立式离心泵LS40-32.1，扬程30m，流量16m3/h，3kW 与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难3.2.2 变频器的选择该系统选用的变频器是西门子MM430变频器，具有多个继电器输出，具有多个模拟量输出（0~20 mA），2 个模拟输入：AIN1：0~10 V， 0~20 mA 和–10 至+10 V； AIN2：0~10 V， 0~20 mA，6个带隔离的数字输入，并可切换为NPN/PNP接线它是一种风机水泵负载专用变频器，能适用于各种变速驱动系统，尤其是适用于工业部门的水泵和风机该型变频器，具有能源利用率高的特点，优化了部分结构与功能，便于工作人员进行操作，实现功能强它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪声。

全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护其接线图如图3.6所示：图3.6 主电路接线图3.3 低压电器选型低压电器是一种能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件或设备控制电器按其工作电压的高低，以交流1000V、直流1500V为界，可划分为高压控制电器和低压控制电器两大类总的来说，低压电器可以分为配电电器和控制电器两大类，是成套电气设备的基本组成元件在工业、农业、交通、国防以及人们用电部门中，大多数采用低压供电，因此电器元件的质量将直接影响到低压供电系统的可靠性3.3.1 低压断路器低压断路器是一种不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流，还可以接通和分断短路电流的开关电器低压断路器在电路中除起控制作用外，还具有一定的保护功能，如过负荷、短路、欠压和漏电保护等低压断路器广泛应用于低压配电系统各级馈出线，各种机械设备的电源控制和用电终端的控制和保护本设计采用DZ20J-100型断路器其部分参数见表3.7表3.7 DZ20J-100型断路器部分参数脱扣器额定电流架壳等级额定电流交流短路极限通断能力电寿命机械寿命飞弧距离100A100A35KA4000次4000次150mm3.3.2 继电器继电器是一种电控制器件，是当输入量的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。

它具有控制系统和被控制系统之间的互动关系通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用本设计采用JT18-1型继电器其部分参数见表3.8表3.8 JT18-1型继电器部分参数额定电压消耗功率机械寿命电寿命220V19W300万次50万次3.3.3熔断器熔断器是根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开；运用这种原理制成的一种电流保护器熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一本设计采用的熔断器型号为RL1B其部分参数见表3.9表3.9 熔断器部分参数额定电压熔断器额定电流额定分段电流功率因数380V100A50KA0.253.3.4水位开关采用SKYWEAL的LSYZ-6型侧装浮球开关，每个蓄水池在满水位和无水水位分别安装一个，可分别发出脉冲LYZ系列侧装型小尺寸单点液位开关这种低价位的开关适合于在小容器的应用中大量使用工程塑料的构造提供了与水、油和化学物质的广泛兼。