地铁排水水泵自动投切装置PLC控制设计

专科毕业设计（论文）设计题目：地铁排水水泵自动投切装置PLC控制设计系部：电气工程系专业：工业企业电气自动化班级：工企091301姓名：许国振学号：093905130148指导教师：姚苏华职称:讲师2012年6月南京摘要地下铁道作为一种有效且快速疏导地面人流并缓解交通的手段，近年来已经在国内多个城市中建成并投入运营。本文从地铁排水出发，介绍一种控于PLC的排水水泵自动投切控制系统，列出了硬件配置，PLC的梯形图、程序流程。本控制系统在设计中没有固定哪一台水泵为备用泵，即让备用泵和其它水泵一样投入运行，起到了三台水泵互为备用的优点。关键词：地铁排水PLC梯形图程序AbstractAsaneffectiveandfastdirectinggroundpeopleandeasetrafficmeans,metrohasbeenbuiltinanumberofdomesticcitiesandputintooperationinrecentyears.Thisarticleisaboutthemetrodrainage,weintroduceadrainagepumpautomaticcontrolsystembased-onPLC.Andweliststhehardwareconfiguration,PLCladderdiagramandprogramflow.Thecontrolsysteminthedesignofwhichhavenofixedawaterpumpforsparepump,thatis,letthesparepumpandotherwaterpumpoperationasathreepumparespareadvantages.Keywords:MetrodrainagePLCLadderprogram目录1引言.....................................................................12PLC概述.................................................................12.1PLC的定义及特点......................................................12.2PLC的构成及工作原理..................................................23系统控制要求.............................................................53.1正常控制..............................................................53.2特殊情况控制..........................................................54电气控制系统原理及其程序图...............................................64.1水泵电气控制原理图..................................................64.2I/O端子分布以及PLC程序流程........................................84.3梯形图程序..........................................................10结论.....................................................................12致谢.....................................................................13参考文献................................................................14江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计第1页1引言地铁排水系统主要可分为三种类型，即污水排水系统、废水排水系统和雨水排水系统。目前南京地铁一号南延线排水主要是污水排水系统，雨水和废水较少。污水排水系统的核心是污水泵（房）站进行的污水处理。“污水处理厂的首要处理环节是污水提升泵站,只有当污水的势能有所增加,才能进行处理污水的后续工作;城市娇纵错杂的安装着污水管网,而保证这些污水能够在管道中正常流淌的就是污水提升泵站。眼下排水水泵的自动控制可以分为两种方式：一种是利用超声波，另一种是水位开关报警装置。后者的控制方式是把水位开关安装在集水井中,PLC获取来自水位开关的信号,当信号达到了预先调试好的水位后，控制系统中的相应开关将会自动开/停排水水泵[5]”。另外的那种是把超声波液位计安装在集水井中,PLC获取来自集水井中的超声波液位计的水位信号,然后由PLC控制系统来自动控制排水水泵的运行。当检修水泵时为了能确保污水的正常排放，每一个排水泵（房）站基本上都会装有备用的排水水泵。如果在集水井中很长一段时期不运行这些备用的水泵,那么这些排水水泵中的电机的绝缘电阻就会有一定量的下降,长此以往就会影响到水泵的寿命和控制系统的正常运行。本文讨论的是后者的控制系统，即排水泵站水位开关的自动控制系统。在本文中所论述的自控系统中,其它泵和备用水泵同样的会投入运行。从长久角度看,这些水泵有着均衡的运行时间,这样使得本设计的三台泵起到了互为备用的实用效果,并且本文列出了此设计的电气控制线路（如图4所示）,程序流程图（如图7所示）以及部分的梯形图程序(如图8所示)。2PLC概述2．1PLC的定义及特点2．1．1PLC的定义可编程控制器（PLC）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。2．1．2PLC的特点1．可靠性高，抗干扰能力强PLC是专门为工业控制设计的，采取了多层次抗干扰、精选元件的措施，可在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作，运行的稳定性和可靠性较高。2．编程简单易学，深受工程技术人员欢迎PLC的最大特点之一，就是采用易学易懂的梯形图语言，它是以计算机软件技术构成人们惯江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计第2页用的继电器模型，形成一套独具风格的以继电器梯形图为基础的形象编程语言。方便电气人员在了解PLC工作原理和它的编程技术后，就可迅速地结合实际需要进行应用设计，进而将PLC用于实际控制系统中。3．通用性强，使用方便由于PLC自身硬件特点，用户在进行控制系统的设计时，不需要自己设计和制作硬件装置，只需要根据控制要求进行模块的配置；用户所作的工作只是设计满足控制对象的控制要求的应用程序。对于一个控制系统，当控制要求改变时，只需修改程序，就能变更控制功能；与外围设备的连接方便，通讯协议标准。4．系统设计周期短由于系统硬件的设计任务仅仅是根据对象的控制要求配置适当的模块，而不要设计具体的接口电路，同时软件设计和外围电路设计可以同时进行，这样大大缩短了整个系统设计的时间，加快了系统的设计周期。5．对生产工艺改变适应性强其控制功能是通过软件编程来实现的，当生产工艺改变时，在很大程度上只需改变用户程序，这对现代化的小批量、多品种产品的生产尤其适合；现今PLC已经朝着嵌入式系统发展，将进入日常生活中。6．安装简单、调试方便、维护工作量小PLC控制系统的安装接线工作量比继电器控制系统少得多，只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O口相连。PLC软件设计和调试大部分可以在实验室模拟进行，模拟调试好后再将PLC控制系统进行现场联机调试，方便省时，其本身可靠性高，有完善的自诊断能力和系统监控能力，方便迅速故障查明和排除，维护的工作效率高。2．2PLC的构成及工作原理2．2．1PLC的基本组成可编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换与以物理实现。输入输出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点，同时物理实现也是PLC与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适应于工业现场，输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用，所以PLC采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。PLC的基本结构如图1所示。江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计第3页图1PLC的基本结构1．中央处理单元（CPU）中央处理单元是PLC的控制核心。CPU模块，不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。2．存储器可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放用户程序（用户程序存和数据）的存储器称为用户程序存储器，所以又分为用户存储器和数据存储器两部分。3．输入接口电路输入输出信号有开关量、模拟量、数字量三种，在我们实习涉及到的信号当中，开关量最普遍。如图2就是采用光电耦合器的开关量输入接口电路：图2开关量输入接口电路4．输出接口电路可编程序控制器的输出有：继电器输出(M)、晶体管输出(T)、晶闸管输出(SSR)三种输出形式。5．电源PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。如FX1S额定电压江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计第4页AC100V—240V，而电压允许范围在AC85V—264V之间。允许瞬时停电在10ms以下，能继续工作。一般小型PLC的电源输出分为两部分：一部分供PLC内部电路工作；一部分向外提供给现场传感器等的工作电源。2．2．2PLC的工作原理PLC采用循环扫描的工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：一是CPU执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。一个扫描周期主要可分为三个阶段。第一阶段为输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。第二阶段为程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。第三阶段为输出刷新阶段，当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。综上所述，PLC的扫描工作过程如图3所示。图3PLC扫描工作过程2．2．3PLC选型的一般考虑1．确定控制对象和控制范围在应用PLC时，首先要详细分析被控对象、控制过程与要求，了解工艺流程后列出控制系江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计第5页统的所有功能和指标要求，与继电—接触器控制系统和工业控制计算机进行比较后加以选择。如果控制对象的工业环境较差，而安全性、可靠性要求特别高，系统工艺复杂，输入输出以开关量为多，而