1、課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書設(shè)計(jì)題目：水塔水位PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)系 別：電氣工程及其自動(dòng)化年級(jí)專業(yè)：學(xué) 號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱：電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)基層教學(xué)單位：電氣工程及自動(dòng)化系 指導(dǎo)教師： 郭忠南等學(xué)號(hào)學(xué)生姓名（專業(yè)）班級(jí)設(shè)計(jì)題目水塔水位PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)采用PLC構(gòu)成水塔水位電氣控制系統(tǒng)?？刂埔蟛殚喯嚓P(guān)文獻(xiàn)。設(shè)計(jì)要求1) 根據(jù)控制要求，進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，包括PLC硬件配置電路。2) 根據(jù)控制要求，編制PLC控制程序3) 按要求編寫設(shè)計(jì)說明書并繪制A1幅面圖紙一張。參考資料1、PLC電氣控制技術(shù) 漆漢宏主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2

2、0082、圖書館各類期刊文獻(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)庫3、相關(guān)電氣設(shè)計(jì)手冊周次第一周第二周應(yīng)完成內(nèi)容完成全部方案設(shè)計(jì)：周一、二：查、閱相關(guān)參考資料周二至周五：方案設(shè)計(jì)周六、日：設(shè)計(jì)方案完善周一、二：完成設(shè)計(jì)說明書周三、四：繪制A1設(shè)計(jì)圖紙周五：答辯考核指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字說明：1、此表一式三份，系、學(xué)生各一份，報(bào)送院教務(wù)科一份。 2、學(xué)生那份任務(wù)書要求裝訂到課程設(shè)計(jì)報(bào)告前面。電氣工程學(xué)院 教務(wù)科摘 要隨著現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的日益提高，微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，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。隨著科技的發(fā)展和現(xiàn)實(shí)暴露的一些問題，以便能更

3、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。 本文采用PLC進(jìn)行主控制，在水箱上安裝一個(gè)自動(dòng)測水位裝置。利用水的導(dǎo)電性連續(xù)地全天候地測量水位的變化，把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，主控臺(tái)應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成相應(yīng)的水位顯示、故障報(bào)警信息顯示、實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線的顯示，使水位保持在適當(dāng)?shù)奈恢藐P(guān)鍵詞：PLC(Programmable Logic Controller)、自動(dòng)化、水塔水位

4、。目 錄摘要·················································

5、··········1目錄·······································

6、83;···················2第1章 概論·····························&#

7、183;··························3第2章水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)····················&#

8、183;···········4第3章 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)································53.1水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

9、83;··································53.2 水塔水位控制系統(tǒng)主電路·············

10、;························6 水泵電機(jī)的選擇························&#

11、183;····················73.4 水位傳感器的選擇···························&

12、#183;···············73.5PLCI/O接口分配································

13、;···········83.6 PLC控制電路原理圖····································&#

14、183;····10第4章 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)····························114.1 程序流程圖···········

15、3;·····································114.2 梯形圖程序···········

16、;······································124.3 指令表··········&#

17、183;··········································14總結(jié)······

18、3;·················································

19、3;··16參考文獻(xiàn)··············································

20、3;············17第1章 概論我國的水工業(yè)科技發(fā)展較快，與國際先進(jìn)水平的差距正在不斷縮小，水工業(yè)科技體系已初步形成，擁有一支從事水工業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)研究、應(yīng)用研究、產(chǎn)品研制和工程化產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的科技隊(duì)伍。但是，在水工業(yè)科技領(lǐng)域普遍存在著實(shí)用性差、轉(zhuǎn)化率低的情況。這已成為制約我國水工業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵。在水工業(yè)科技產(chǎn)業(yè)化大潮到來之際，認(rèn)真分析我國水工業(yè)科技發(fā)展歷程，總結(jié)我國水工業(yè)科技的特點(diǎn)和特長是尋找水工業(yè)產(chǎn)業(yè)化突破口的關(guān)鍵。目前，我國的供水自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展已初有成效。供水

21、自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括水廠自動(dòng)化和供水管網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化兩個(gè)方面。我國供水行業(yè)是推動(dòng)水科技產(chǎn)業(yè)化的龍頭。給水行業(yè)是城市基礎(chǔ)設(shè)施投資的主要方向之一。在體制上，供水企業(yè)體制的變革已成為市場化發(fā)展的必然；在技術(shù)上，供水行業(yè)則面臨著關(guān)鍵給水裝備國產(chǎn)化、工藝技術(shù)成套設(shè)備化、自動(dòng)控制現(xiàn)代化的迫切的技術(shù)要求。優(yōu)質(zhì)供水是水工業(yè)市場化發(fā)展的新增長點(diǎn)，同時(shí)要倡導(dǎo)節(jié)約用水，提高水的重復(fù)利用率，并逐步建立完善的水工業(yè)學(xué)科體系。完善的水工業(yè)學(xué)科體系是水工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必要保證。傳統(tǒng)的給水排水工程學(xué)科體系已難以包還水工業(yè)的豐富內(nèi)涵，已不能很好地適應(yīng)水工業(yè)發(fā)展的需要，而水工業(yè)學(xué)科體系正是在給水排水工程學(xué)科體系發(fā)展而來。由水工業(yè)的社會(huì)

22、性所決定，水工業(yè)的學(xué)科體系由多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的學(xué)科組成，包括：水質(zhì)與水處理技術(shù)、水工業(yè)工程技術(shù)、水處理基礎(chǔ)科學(xué)、水社會(huì)科學(xué)、水工業(yè)設(shè)備制造技術(shù)等，它們共同支撐著水工業(yè)的工業(yè)體系。而在這些學(xué)科中水質(zhì)與水處理技術(shù)和水工業(yè)工程技術(shù)是水工業(yè)學(xué)科體系中的主導(dǎo)學(xué)科。第2章 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方案設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的，液位指示燈全滅。當(dāng)執(zhí)行程序時(shí)，掃描到水池為液位低于水池下限液位時(shí)，進(jìn)水閥打開，開始往水池里進(jìn)水，如果進(jìn)水超過3秒，而水池液位沒有超過水池下限位，說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警并切斷電源。若3秒之后水池液位按預(yù)定的超過水池下限位，說明系統(tǒng)在正常的工作，水池下限位的指示燈亮

23、，此時(shí)，水池的液位已經(jīng)超過了下限位了，系統(tǒng)檢測到此信號(hào)時(shí)，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵開始工作，向水塔供水，當(dāng)水池的液位超過水池上限液位時(shí)，水池上限指示燈亮，進(jìn)水閥就關(guān)閉，但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，可此時(shí)水塔液位已經(jīng)超過水塔下限水位，則水塔下限指示燈亮，水泵繼續(xù)工作，在抽水向水塔供水，水塔抽滿時(shí)，水塔液位超過水塔上限，水塔上限指示燈亮，但剛剛給水塔供水的時(shí)候，水泵已經(jīng)把水池的水抽走了，此時(shí)水塔液位已經(jīng)低于水池上限，水池上限指示燈滅。此次給水塔供水完成。當(dāng)水塔水位低于下限水位時(shí)，同時(shí)水池水位也低于下限水位時(shí)，水泵不能啟動(dòng)。當(dāng)水塔水位低于下限位時(shí)，出水閥不能打開。第3章水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件

24、設(shè)計(jì)3.1水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 水塔水位控制裝置如圖2-1所示圖3-1 水塔水位控制裝置水塔水位的工作方式當(dāng)水池液位低于下限液位開關(guān)S4，S4此時(shí)為OFF，進(jìn)水閥打開，開始往水池里注水，當(dāng)3S以后，若水池液位沒有超過水池下限液位開關(guān)時(shí)，則系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，若系統(tǒng)正常，此時(shí)水池下限液位開關(guān)S4為ON,表示水位高于下限水位。當(dāng)水位液面高于上限水位，則S3為ON，進(jìn)水閥關(guān)閉。當(dāng)水塔水位低于水塔下限水位時(shí)，則水塔下限水位開關(guān)S2為OFF，水泵開始工作，向水塔供水，當(dāng)S2為ON時(shí)，表示水塔水位高于水塔下限水位。當(dāng)水塔液面高于水塔上限水位時(shí)，則水塔上限水位開關(guān)S1為ON，水泵停止。當(dāng)水塔水位低于下限水位，

25、同時(shí)水池水位也低于下限水位時(shí)，水泵不能啟動(dòng)。3.2 水塔水位控制系統(tǒng)主電路圖3-2 水泵控制圖水泵啟動(dòng)工作：當(dāng)收到PLC的啟動(dòng)水泵指令后，線圈KM1、KM2中有電流流過，KM1和KM2的主觸點(diǎn)閉合，電機(jī)低速啟動(dòng)（星啟），當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)經(jīng)過一段時(shí)間后，PLC控制KM3線圈得電，使KM3主觸點(diǎn)閉合;同時(shí)控制KM2線圈失電，使KM2主觸點(diǎn)斷開。使電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)（角轉(zhuǎn)）。水泵停止工作：當(dāng)收到PLC的停止水泵指令后，線圈KM1、KM2、KM3中無電流流過，KM、KM2、KM3的主觸點(diǎn)斷開，電機(jī)停止工作。FU：熔斷器，當(dāng)通過熔斷器的電流超過一定數(shù)值并經(jīng)過一定的時(shí)間后，電流在熔體上產(chǎn)生的熱量使熔體某處熔化而切斷電

26、路，從而保護(hù)電路和設(shè)備。熔體的額定電流IfN2.5）IN，IN為電動(dòng)機(jī)額定電流。 水泵電機(jī)的選擇由于本次設(shè)計(jì)選用的水泵電機(jī)功率較大，初始運(yùn)行時(shí)的啟動(dòng)電流過大，故主電路中采用星-角變換減壓啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)電機(jī)的繞組接成星形，進(jìn)而限制啟動(dòng)電流，當(dāng)反映啟動(dòng)過程結(jié)束的定時(shí)器發(fā)出指令再后將電機(jī)的繞組改接成三角形聯(lián)結(jié)實(shí)現(xiàn)全壓工作。一般的水塔供水系統(tǒng)中水塔高度都在30米以上，所用水泵電機(jī)在向水池抽水時(shí)消耗的能量較大，為了保證水泵能可靠、安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，故綜合考慮后將水泵電機(jī)額定功率選為11KW，型號(hào)為Y2-160L-6，其重要參數(shù)有額定電流為，額定轉(zhuǎn)速為970r/min。水泵揚(yáng)程為40米，流量為35立方米/小

27、時(shí)。3.4水位傳感器的選擇根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求所選傳感器要求在水面和水底都可以使用，且要考慮到對(duì)水質(zhì)的影響，所以選擇超聲波液位傳感器U9ULS系列的 U9ULS10/100系列。U9ULS系列超聲波液位傳感器開關(guān)使用范圍非常廣。具有焊接的不銹鋼傳感器探頭，沒有縫隙不會(huì)泄露，另外沒有易損的活動(dòng)部件，它不會(huì)受溫度、壓力、密度和液體類型等參數(shù)的影響。在大多數(shù)情況下，電子設(shè)備放在鑄鋁的，NEMA 4/NEMA 7防爆且防水的殼體中。U9ULS具有以下特點(diǎn)：可應(yīng)用于多種液體中 可承受高達(dá)1000psi的壓力不受氣泡、蒸汽、雜質(zhì)后湍流等因素的影響。長度達(dá)121in()可安裝在側(cè)面、頂部或底部工作原理：U9UL

28、S系列是給予超聲波理論工作的。當(dāng)超聲波在空氣中傳播時(shí)，會(huì)被嚴(yán)重衰減 相反地，如果在液體中傳播時(shí)，超聲波的傳播會(huì)被大大增強(qiáng)。電子控制單元發(fā)出一系列的電信號(hào)，傳感器將其轉(zhuǎn)化為超聲能量脈沖，并在被探測區(qū)內(nèi)傳播。當(dāng)另一端街道有效信號(hào)時(shí)，就發(fā)出數(shù)據(jù)有效的信號(hào)，表明有液體存在。這個(gè)信號(hào)輸送到繼電器，從而產(chǎn)生輸出信號(hào)。U9ULS100系列產(chǎn)品具有性能優(yōu)異的傳感器探頭，可在溫度為300F和壓力為1000PSI的情況下良好的工作。U9ULS10系列產(chǎn)品為更靠近池底，將頂端的探頭設(shè)計(jì)成缺口形狀?？刂齐娐吩O(shè)計(jì)成小型，密封的結(jié)構(gòu)，可安裝在遠(yuǎn)程的控制地點(diǎn)。特點(diǎn)：10A的繼電器輸出115/230V AC，12V DC或2

29、4V DC輸入高增益。無需效準(zhǔn)，工作溫度可達(dá)300 長度可達(dá)輸 入 部 分名稱PLC接口 注釋SB1X000啟動(dòng)SB2X005停止SB3X006出水閥開關(guān)SQ1X001水塔上限位SQ2X002水塔下限位SQ3X003水池上限位SQ4X004水池下限位3.5 PLC I/O接口分配輸出部分輸出部分輸 出 部 分名稱PLC接口注釋KM1Y001水泵MKM2Y015星啟（低速）KM3Y016角轉(zhuǎn)（高速）KM4Y002進(jìn)水閥YKM5Y003出水閥QYL1Y004水泵故障指示燈YL2Y005進(jìn)水閥故障指示燈YL3Y006正常工作指示燈FMY007蜂鳴器S1Y011水塔上限位燈S2Y012水塔下限位燈S3

30、Y013水池上限位燈S4Y014水池下限位燈HL1Y001水泵M工作指示燈HL2Y002進(jìn)水閥指示燈HL3Y003出水閥指示燈PLC控制電路原理圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，PLC控制電路原理圖如圖3-3所示圖3-3水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC控制電路原理圖第4章 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)4.1 程序流程圖 水塔水位自動(dòng)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4-1所示：圖4-1 PLC控制流程圖4.2 梯形圖程序根據(jù)控制要求，設(shè)計(jì)的梯形圖程序如圖4-2所示。圖4-2 梯形圖程序4.3指令表總結(jié)我做的這個(gè)題目是有關(guān)與PLC系統(tǒng)理論與實(shí)踐相結(jié)合的設(shè)計(jì)。在此時(shí)對(duì)以前學(xué)習(xí)的知識(shí)的挑戰(zhàn)與突破。