水塔水位控制系統(tǒng)

1、明達(dá)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)20122013學(xué)年度機(jī)電工程系 機(jī)電一體化 專業(yè)班級(jí) 10 機(jī) 電 學(xué)號(hào) 62103117 課題名稱基于PLC控制的水塔水位電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 陸 鴻指導(dǎo)教師 茅紅霞 20 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）承諾書本人鄭重承諾：1、本設(shè)計(jì)（論文）是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，進(jìn)行分析研究，獨(dú)立撰寫而成的。2、本設(shè)計(jì)（論文）中，所有實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)和有關(guān)材料均是真實(shí)的。3、本設(shè)計(jì)（論文）中除引文和致謝的內(nèi)容外，不包含其他人或機(jī)構(gòu)已經(jīng)撰寫發(fā)表過的研究成果。4、本設(shè)計(jì)（論文）如有剽竊他人研究成果的情況，一切后果自負(fù)。學(xué)生（簽名）： 20 年 月 日目錄前言··

2、··················································

3、······1第一章 可編程控制器概述······································11.1 PLC的產(chǎn)生及發(fā)展歷史·&

4、#183;·································11.2 PLC的特點(diǎn)··············&#

5、183;································4第二章 水塔水位電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)··············

6、3;················52.1水塔水位的檢測意義及應(yīng)用······························52.2水塔

7、水位的控制要求·····································52.3控制分析流程圖··········

8、································62.4 I/O口分配表················

9、····························72.5PLC的外部接線圖····················

10、;·····················82.6設(shè)計(jì)說明及梯形圖···························

11、;············10總結(jié)·····································&

12、#183;·······················11參考文獻(xiàn)·························&

13、#183;································11致謝················

14、83;······································12水塔水位電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)陸鴻【摘要】 隨著科技的發(fā)展和現(xiàn)實(shí)暴露的一些問題，以便能更快捷更方便的完成一些任務(wù)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要

15、對(duì)水位進(jìn)行測量和控制。水位控制在日常生活中應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而水位檢測可以有多種實(shí)現(xiàn)方法，如機(jī)械控制、邏輯電路控制、機(jī)電控制等。其中在繼電器控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了一種新型的工業(yè)控制裝置可編程控制器。本設(shè)計(jì)采用以可編程控制器為主控制機(jī)實(shí)現(xiàn)供水控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)是在傳統(tǒng)水塔供水的基礎(chǔ)上，加入PLC、變頻器等器件組成，通過控制電磁閥的關(guān)閉和對(duì)水泵進(jìn)行調(diào)速，來實(shí)現(xiàn)水塔水位的供水。詳細(xì)論述了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)、操作流程和控制方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水塔水位的自動(dòng)控制，提高了供水質(zhì)量?！娟P(guān)鍵詞】水位控制 PLC 故障報(bào)警 水位保持第一章 可編程控制器的概述1.1PLC的產(chǎn)生及發(fā)

16、展可編程控制器是二十世紀(jì)七十年代發(fā)展起來的控制設(shè)備，是集微處理器、儲(chǔ)存器、輸入/輸出接口與中斷于一體的器件，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、化工、能源、交通等各個(gè)行業(yè)。計(jì)算機(jī)在操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、通行能力上的飛速發(fā)展，大大加強(qiáng)了可編程控制器通信能力，豐富了可編程控制器編程軟件和編程技巧，增強(qiáng)了PLC過程控制能力，因此，無論是單機(jī)還是多機(jī)控制、是流水線控制還是過程控制，都可以采用可編程控制器，推廣和普及可編程控制器的實(shí)用技術(shù)，對(duì)提高我國工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)效率都有十分重要的意義?？删幊炭刂破鳎≒rogrammable Controller）也可稱邏輯控制器（Programmable Logic Con

17、troller），是一微處理器為核心的工業(yè)自動(dòng)控制通用裝置，是計(jì)算機(jī)家族的一名成員，簡稱PC。為了與個(gè)人電腦（也簡稱PC）相混淆通常將可編程控制器稱為PLC。可編程控制器的產(chǎn)生和繼電器一接觸器控制系統(tǒng)有很大的關(guān)系。繼電器一接觸器控制已經(jīng)有上百年的歷史，它是一種弱電信號(hào)控制強(qiáng)電信號(hào)的電磁開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡單、電路直觀、價(jià)格低廉、容易操作、易于維修的優(yōu)點(diǎn)、對(duì)于工作模式固定、要求比較簡單的場合非常實(shí)用，至今仍有廣泛的用途。但是當(dāng)工作模式改變時(shí)，就必須改變系統(tǒng)的硬件接線，控制柜中的物件以及接線都要作相應(yīng)的改變，改造工期長、費(fèi)用高，用戶寧愿扔掉舊控制柜，另作一個(gè)新控制柜使用，阻礙了產(chǎn)品更新?lián)Q代。隨著工業(yè)生

18、產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場競爭的激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期日益縮短，工業(yè)生產(chǎn)從大批量、少品種，向小批量、多品種轉(zhuǎn)換，繼電器一接觸器控制難以滿足市場要求，刺問題首先被美國通用汽車公司（GM 公司）提了出來。通用汽車公司為適合汽車型號(hào)的不斷翻新，滿足用戶對(duì)產(chǎn)品多樣性的需求，公開對(duì)外招標(biāo)，要求制造一種新的工業(yè)控制裝置，取代傳統(tǒng)的繼電器一接觸器控制。其對(duì)新裝置性能提出的要求就是著名的GM10條，即：1. 編程方便，現(xiàn)場可修改程序；2. 維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)：3. 可靠性高于繼電氣控制裝置；4. 體積小于繼電氣控制裝置；5. 數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)；6. 成本可預(yù)計(jì)電氣控制裝置競爭；7. 輸入可以是交流11

19、5V；8. 輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閘，接觸器等；9. 在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更；10. 用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K。這十項(xiàng)指標(biāo)就是現(xiàn)代PLC的最基本功能，值得注意的是PLC并不等同于普通計(jì)算機(jī)，它與有關(guān)的外部設(shè)備，按照“易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一體”和“便于擴(kuò)充功能”的原則來設(shè)計(jì)。用可編程控制器代替了繼電器一接觸器的控制，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制功能，并且具有計(jì)算機(jī)功能靈活、通用性等有點(diǎn)，用程序代替硬接線，減少了重新設(shè)計(jì)，重新接線的工作，此種控制器借鑒計(jì)算機(jī)的高級(jí)語言，利用面向控制過程，面向問題的“自然語言”編程，其標(biāo)志性語言是極易為IT電器人員掌握的梯形圖語言，使得不熟

20、悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。這樣，工作人員不必在變成上花費(fèi)大量地精力，只需要集中精力去考慮如何操作并發(fā)揮改裝置地功能即可，輸入、輸出電平與市電接口，市控制系統(tǒng)可方便地在需要地地方運(yùn)行、所以，可編程控制器廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域。1969年，第一臺(tái)可編程控制器PDP14由美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）制作成功，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上使用取得良好的效果，可編程控制器由此誕生，在控制領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生了歷史性革命。PLC問世時(shí)間不長，但是隨著微處理器的發(fā)展，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路不斷出現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)不斷進(jìn)步，PLC迅速發(fā)展。PLC進(jìn)入九十年代后，工業(yè)控制領(lǐng)域幾乎全被plc占領(lǐng)。國外專家預(yù)言，PLC技術(shù)將在工

21、業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（PLC/機(jī)器人和CAC/CAM）種躍居首位。我國在八十年代初才開始使用PLC，目前從國外應(yīng)進(jìn)的PLC使用較為普遍的由日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、滅國GE公司GE系列和德國西門子公司S系列等。雖然PLC問世時(shí)間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分為三個(gè)階段：早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這是的PLC多少由電氣控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)等。它在硬件上以計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在I/O接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的要

22、求。裝置種的器件主要采用分離元件和中小規(guī)模集成電路，存儲(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上采用廣大電器工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，其故障指示，能重復(fù)使用等。其中PLC特有的編程語言梯形圖一直沿用至今。在七十年代，微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元（CPU）.這樣，使PLC的功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處

23、理和傳送。通訊、自診斷等功能。再硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量快、遠(yuǎn)程T/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量，是各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。進(jìn)入八十年代中、后期，由于插大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價(jià)格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度，各制造廠商紛紛開發(fā)研制了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬功能發(fā)生了巨大變化。1.2PLC的特點(diǎn)1、高可靠性（1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間

24、電氣上隔離。（2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為1020ms.（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。（4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。（5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。（6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。（7）大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可*性更進(jìn)一步提高。2、豐富的I/O接口模塊PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場信號(hào)，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁

25、線圈；控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機(jī)對(duì)話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。3、采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。4、編程簡單易學(xué)PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。5、安裝簡單，維修方便PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接

26、運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。第二章 水塔水位電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1水塔水位的檢測意義及應(yīng)用水位控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而以往水位的檢測是由人工完成的，值班人員全天候地對(duì)水位的變化進(jìn)行監(jiān)測，用有線電話及時(shí)把水位變化情況報(bào)知主控室。然后主控室再開動(dòng)電機(jī)進(jìn)行給排水。很顯然上述重復(fù)性的工作無論從人員、時(shí)間和資金上都將造成很大的浪費(fèi)。同時(shí)也容易

27、出差錯(cuò)。因此急需一種能自動(dòng)檢測水位，并根據(jù)水位變化的情況自動(dòng)調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。在工業(yè)、國防、科研等許多應(yīng)用領(lǐng)域，智能檢測系統(tǒng)正發(fā)揮著越來越大的作用。檢測設(shè)備就像神經(jīng)和感官，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人們認(rèn)識(shí)自然、改造自然的有力工具。2.2水塔水位的控制要求設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的當(dāng)水池水位低于水池低水位界（X4為ON表示），閥Y打開進(jìn)水（Y為ON）定時(shí)器開始定時(shí)，4秒后，如果X4還不為OFF，那么閥Y指示燈閃爍，表示閥Y沒有進(jìn)水，出現(xiàn)故障，X3為ON后，閥Y關(guān)閉（Y為OFF）。當(dāng)X4為OFF時(shí)，且水塔水位低于水塔低水位界時(shí)X2為ON，電機(jī)M運(yùn)轉(zhuǎn)抽水。當(dāng)水塔水位高

28、于水塔高水位界時(shí)電機(jī)M停止，此次給水塔供水完成。水塔水位控制裝置如圖2.1所示：圖2.1水塔水位控制裝備圖2.3控制分析流程圖開始水池水位低于下限嗎電磁閥打開水池水位高于下限？水池繼續(xù)加水電磁閥關(guān)閉水池水位高于上限水塔水位低于下限嗎水泵啟動(dòng) 供水水塔水位高于下限水塔水位高于上限水池水位低于下限水泵停止結(jié)束否是否是是水塔水位控制系統(tǒng)的PLC控制流程圖，根據(jù)設(shè)計(jì)要求控制流程圖如圖2.2所示： 圖2.2水塔水位控制系統(tǒng)的PLC控制流程圖2.4I/O口分配表表2.1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元件輸出繼電器輸出元件X0控制開關(guān)Y0電磁閥X1水塔上限液位開關(guān)Y1電機(jī)MX2水塔下

29、限液位開關(guān)Y2水池下限指示燈a1X3水池下限液位開關(guān)Y3水池上限指示燈a2X4水池上限液位開關(guān)Y4水塔下限指示燈a3Y5水塔上限指示燈a4Y6報(bào)警指示燈a5液位傳感器（靜壓液位計(jì)/液位變送器 /液位傳感器/水位傳感器）是一種測量液位的壓力傳感器靜壓投入式液位變送器（液位計(jì)）是基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用國外先進(jìn)的隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（一般為420mA/15VDC）。電磁閥：電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥是用電磁的效應(yīng)進(jìn)行控制

30、，主要的控制方式由繼電器控制。這樣，電磁閥可以配合不同的電路來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。電磁閥有很多種，不同的電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用，最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調(diào)節(jié)閥等。2.5 PLC的外部接線圖及系統(tǒng)控制電路圖這是一個(gè)單體控制小系統(tǒng)，沒有特殊的控制要求，它有5個(gè)開關(guān)量，開關(guān)量輸出觸點(diǎn)書有8個(gè)，輸入、輸出觸點(diǎn)數(shù)共有13個(gè)，只需選用一般中小型控制器即可。據(jù)此，可以對(duì)輸入、輸出點(diǎn)作出地址分配，水塔水位控制系統(tǒng)的I/O接線圖如圖2.3所示：圖2.3水塔水位外部接線圖水塔水位系統(tǒng)控制電路如圖2.4所示圖2.4水塔水位系統(tǒng)控制電路圖2.6設(shè)計(jì)說明及梯形圖設(shè)計(jì)說明：設(shè)水