PLC课设水塔水位PLC自动控制系统

电气工程学院课程设计说明书设计题目：水塔水位PLC自动控制系统系别：电气工程及其自动化年级专业：学号：学生姓名：指导教师：电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：电气控制与PLC课程设计基层教学单位：电气工程及自动化系指导教师：郭忠南等学号学生姓名（专业）班级设计题目水塔水位PLC自动控制系统设计技术参数采用PLC构成水塔水位电气控制系统。控制要求查阅相关文献。设计要求1)根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。2)根据控制要求，编制PLC控制程序3)按要求编写设计说明书并绘制A1幅面图纸一张。参考资料1、《PLC电气控制技术》漆汉宏主编机械工业出版社20082、图书馆各类期刊文献相关数据库3、相关电气设计手册周次第一周第二周应完成内容完成全部方案设计：周一、二：查、阅相关参考资料周二至周五：方案设计周六、日：设计方案完善周一、二：完成设计说明书周三、四：绘制A1设计图纸周五：答辩考核指导教师签字基层教学单位主任签字说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。电气工程学院教务科水塔水位PLC自动控制系统设计说明书1摘要随着现代社会生产的发展和技术进步，现代工业自动化生产水平的日益提高，微电子技术的飞速发展，在继电器控制系统的基础上产生了一种新型的工业控制装置——可编程控制器。随着科技的发展和现实暴露的一些问题，以便能更快捷更方便的完成一些任务，在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量和控制。水位控制在日常生活中应用也相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本文采用PLC进行主控制，在水箱上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用MCGS组态软件对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、故障报警信息显示、实时曲线和历史曲线的显示，使水位保持在适当的位置关键词：PLC(ProgrammableLogicController)、自动化、水塔水位。水塔水位PLC自动控制系统设计说明书2目录摘要···························································1目录···························································2第1章概论························································3第2章水塔水位自动控制系统方案设计································4第3章水塔水位自动控制系统硬件设计································53.1水塔水位控制系统设计要求···································53.2水塔水位控制系统主电路·····································63.3水泵电机的选择·············································73.4水位传感器的选择···········································73.5PLCI/O接口分配···········································83.6PLC控制电路原理图·········································10第4章水塔水位自动控制系统PLC软件设计····························114.1程序流程图·················································114.2梯形图程序·················································124.3指令表·····················································14总结···························································16参考文献···························································17水塔水位PLC自动控制系统设计说明书3第1章概论我国的水工业科技发展较快，与国际先进水平的差距正在不断缩小，水工业科技体系已初步形成，拥有一支从事水工业基础科学研究、应用研究、产品研制和工程化产业化开发的科技队伍。但是，在水工业科技领域普遍存在着实用性差、转化率低的情况。这已成为制约我国水工业产业化发展的关键。在水工业科技产业化大潮到来之际，认真分析我国水工业科技发展历程，总结我国水工业科技的特点和特长是寻找水工业产业化突破口的关键。目前，我国的供水自动化系统发展已初有成效。供水自动化系统主要包括水厂自动化和供水管网调度自动化两个方面。我国供水行业是推动水科技产业化的龙头。给水行业是城市基础设施投资的主要方向之一。在体制上，供水企业体制的变革已成为市场化发展的必然；在技术上，供水行业则面临着关键给水装备国产化、工艺技术成套设备化、自动控制现代化的迫切的技术要求。优质供水是水工业市场化发展的新增长点，同时要倡导节约用水，提高水的重复利用率，并逐步建立完善的水工业学科体系。完善的水工业学科体系是水工业产业发展的必要保证。传统的给水排水工程学科体系已难以包还水工业的丰富内涵，已不能很好地适应水工业发展的需要，而水工业学科体系正是在给水排水工程学科体系发展而来。由水工业的社会性所决定，水工业的学科体系由多个相互关联的学科组成，包括：水质与水处理技术、水工业工程技术、水处理基础科学、水社会科学、水工业设备制造技术等，它们共同支撑着水工业的工业体系。而在这些学科中水质与水处理技术和水工业工程技术是水工业学科体系中的主导学科。水塔水位PLC自动控制系统设计说明书4第2章水塔水位自动控制系统方案设计设计方案设水塔、水池初始状态都为空着的，液位指示灯全灭。当执行程序时，扫描到水池为液位低于水池下限液位时，进水阀打开，开始往水池里进水，如果进水超过3秒，而水池液位没有超过水池下限位，说明系统出现故障，系统就会自动报警并切断电源。若3秒之后水池液位按预定的超过水池下限位，说明系统在正常的工作，水池下限位的指示灯亮，此时，水池的液位已经超过了下限位了，系统检测到此信号时，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵开始工作，向水塔供水，当水池的液位超过水池上限液位时，水池上限指示灯亮，进水阀就关闭，但是水塔现在还没有装满，可此时水塔液位已经超过水塔下限水位，则水塔下限指示灯亮，水泵继续工作，在抽水向水塔供水，水塔抽满时，水塔液位超过水塔上限，水塔上限指示灯亮，但刚刚给水塔供水的时候，水泵已经把水池的水抽走了，此时水塔液位已经低于水池上限，水池上限指示灯灭。此次给水塔供水完成。当水塔水位低于下限水位时，同时水池水位也低于下限水位时，水泵不能启动。当水塔水位低于下限位时，出水阀不能打开。水塔水位PLC自动控制系统设计说明书5第3章水塔水位自动控制系统硬件设计3.1水塔水位控制系统设计要求水塔水位控制装置如图2-1所示水池水塔水泵M进水阀Y水流水池上限液位开关S3水池下限液位开关S4水塔上限液位开关S1水塔下限液位开关S2出水阀Q水流图3-1水塔水位控制装置水塔水位的工作方式当水池液位低于下限液位开关S4，S4此时为OFF，进水阀打开，开始往水池里注水，当3S以后，若水池液位没有超过水池下限液位开关时，则系统发出报警，若系统正常，此时水池下限液位开关S4为ON,表示水位高于下限水位。当水位液面高于上限水位，则S3为ON，进水阀关闭。当水塔水位低于水塔下限水位时，则水塔下限水位开关S2为OFF，水泵开始工作，向水塔供水，当S2为ON时，表示水塔水位高于水塔下限水位。当水塔液面高于水塔上限水位时，则水塔上限水位开关S1为ON，水泵停止。当水塔水位低于下限水位，同时水池水位也低于下限水位时，水泵不能启动。水塔水位PLC自动控制系统设计说明书63.2水塔水位控制系统主电路L1L3L2KM3KM2FUM3~KM1图3-2水泵控制图水泵启动工作：当收到PLC的启动水泵指令后，线圈KM1、KM2中有电流流过，KM1和KM2的主触点闭合，电机低速启动（星启），当电机启动经过一段时间后，PLC控制KM3线圈得电，使KM3主触点闭合;同时控制KM2线圈失电，使KM2主触点断开。使电机高速转动（角转）。水泵停止工作：当收到PLC的停止水泵指令后，线圈KM1、KM2、KM3中无电流流过，KM、KM2、KM3的主触点断开，电机停止工作。FU：熔断器，当通过熔断器的电流超过一定数值并经过一定的时间后，电流在熔体上产生的热量使熔体某处熔化而切断电路，从而保护电路和设备。熔体的额定电流IfN≥（1.5～2.5）IN，IN为电动机额定电流。水塔水位PLC自动控制系统设计说明书73.3水泵电机的选择由于本次设计选用的水泵电机功率较大，初始运行时的启动电流过大，故主电路中采用星-角变换减压启动，启动时电机的绕组接成星形，进而限制启动电流，当反映启动过程结束的定时器发出指令再后将电机的绕组改接成三角形联结实现全压工作。一般的水塔供水系统中水塔高度都在30米以上，所用水泵电机在向水池抽水时消耗的能量较大，为了保证水泵能可靠、安全、经济地运行，故综合考虑后将水泵电机额定功率选为11KW，型号为Y2-160L-6，其重要参数有额定电流为24.23A，额定转速为970r/min。水泵扬程为40米，流量为35立方米/小时。3.4水位传感器的选择根据本设计的要求所选传感器要求在水面和水底都可以使用，且要考虑到对水质的影响，所以选择超声波液位传感器U9ULS系列的U9ULS——10/100系列。U9ULS系列超声波液位传感器开关使用范围非常广。具有焊接的不锈钢传感器探头，没有缝隙不会泄露，另外没有易损的活动部件，它不会受温度、压力、密度和液体类型等参数的影响。在大多数情况下，电子设备放在铸铝的，NEMA4/NEMA7防爆且防水的壳体中。U9ULS具有以下特点：可应用于多种液体中可承受高达1000psi的压力不受气泡、蒸汽、杂质后湍流等因素的影响。长度达121in(303.3cm)可安装在侧面、顶部或底部工作原理：U9ULS系列是给予超声波理论工作的。当超声波在空气中传播时，会被严重衰减相反地，如果在液体中传播时，超声波的传播会被大大增强。水塔水位PLC自动控制系统设计说明书8电子控制单元发出一系列的电信号，传感器将其转化为超声能量脉冲，并在被探测区内传播。当另一端街道有效信号时，就发出数据有效的信号，表明有液体存在。这个信号输送到继电器，从而产生输出信号。U9ULS——100系列产品具有性能优异的传感器探头，可在温度为300F和压力为1000PSI的情况下良好的工作。U9ULS——10系列产品为更靠近池底，将顶端的探头设计成缺口形状。控制电路设计成小型，密封的结构，可安装在远程的控制地点。特点：10A的继电器输出115/230VAC，12VDC或24VDC输入高增益。无需效准，工作温度可达300长度可达151.5CM3.5PLCI/O接口分配输出部分输入部分名称PLC接口注释SB1X000启动SB2X005停止SB3X006出水阀开关SQ1X001水塔上限位SQ2X002水塔下限位SQ3X003水池上限位SQ4X004水池下限位水塔水位PLC自动控制系统设计说明书9输出部分输出部分名称PLC接口注释KM1Y001水泵MKM2Y015星启（低速）KM3Y016角转（高速）KM4Y002进水阀YKM5Y003出水阀QYL1Y004水泵故障指示灯YL2Y005进水阀故障指示灯YL