基于PLC控制的水塔水位檢測系統(tǒng)設(shè)計摘要：PLC控制系統(tǒng)水塔水位設(shè)計,是現(xiàn)代生產(chǎn)生活的重要生產(chǎn)方式,供水是其主要的功能,將以往人工機(jī)械式的往復(fù)工作,進(jìn)行替代。使用PLC指令,完成各個部件之間的配合,使其安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性都能達(dá)到生產(chǎn)及生活要求。本文設(shè)計的控制系統(tǒng)中水泵、供水、蓄水容器、傳感器信號等均被PLC指令控制。用戶需求的程序存儲在PLC中,根據(jù)傳感器信號檢測有無缺水漏水、有無供水環(huán)節(jié)安全隱患,然后安全的情況下,啟動電機(jī)、通過水泵生產(chǎn)運(yùn)輸,指令啟動各部分電機(jī),完成相應(yīng)動作。在實(shí)際參與設(shè)計過程中,除了首要選擇正確的信號采集方式、以及合理的電機(jī)驅(qū)動程序外,最重要的就是PLC程序的設(shè)計,編制程序必須按照嚴(yán)格的順序動作實(shí)現(xiàn),要盡量讓程序準(zhǔn)確簡潔,直接進(jìn)行下一步指令動作以達(dá)到最優(yōu)設(shè)計。關(guān)鍵詞水塔水位供水系統(tǒng)PLC系統(tǒng)加工裝置梯形圖編程目錄TOC\o"1-3"\h\u一課題的背景目的及意義 51.1背景 51.2目的及意義 51.3可編程控制器簡介 51.3.1可編程控制器的當(dāng)前發(fā)展情況 61.3.2可編程控制器的未來發(fā)展走勢 6二PLC的基本結(jié)構(gòu) 62.1中央處理單元(CPU) 82.2存儲器 82.3輸入/輸出模塊 82.4擴(kuò)展模塊 92.5編程器 92.6電源 9四控制要求 104.1控制系統(tǒng)框圖 104.2硬件布局圖 114.3設(shè)計要求 11五主要設(shè)備的選擇 125.1PLC選擇 125.1水泵的概述 155.1.2水泵的選型 165.2液位開關(guān) 175.3電磁閥 185.4熔斷器 205.5繼電器 235.6電動機(jī) 24六主電路設(shè)計 26七PLC控制電路 267.1I/O口的介紹及分配表 277.2硬件接線圖 27八系統(tǒng)軟件控制設(shè)計 288.1系統(tǒng)流程圖 288.2梯形圖 308.3指令表 31參考文獻(xiàn) 34一課題的背景目的及意義1.1背景在實(shí)際生活操作中供水系統(tǒng)并不完善,在以往的操作中生產(chǎn)設(shè)備均由人工完成或者是加工設(shè)備的啟停,由于人工的大量使用,導(dǎo)致生產(chǎn)成本的急劇增加,產(chǎn)品的品質(zhì)層次不齊,浪費(fèi)大量水資源。并且大多數(shù)供水系統(tǒng)從取水、送水、儲水的過程中會使人們操作危險系數(shù)增高,導(dǎo)致生活以及生產(chǎn)生活中產(chǎn)生了一些不必要的安全事故。在過去的供水系統(tǒng)中都采用高位水箱或增壓設(shè)備,用水泵增壓來提高水位,保證充足的供水量,并且控制精度低,損耗多。由于技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,自動化生產(chǎn)及生活中,控制技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展,繼電控制系統(tǒng)也不再受到人們的青睞。因此,產(chǎn)生了一種新的PLC可編程控制系統(tǒng),該系統(tǒng)在結(jié)合繼電器系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改革和優(yōu)化。1.2目的及意義既改革開放以來社會的飛快發(fā)展和人們對品質(zhì)生活需求的不斷提高,自動化生產(chǎn)水平的提高和進(jìn)步,過去的供水系統(tǒng)控制精細(xì)程度低,對資源很高,而對比先進(jìn)供水穩(wěn)定性和可靠性也非常落后,因此傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)供水系統(tǒng)已取代了PLC水塔水位控制系統(tǒng)。在廣大人民群眾日常生活和企業(yè)的生產(chǎn)中,就要特別準(zhǔn)確地對存放設(shè)備當(dāng)中的各種水位信息進(jìn)行監(jiān)測,如:供水槽、蓄洪池、水塔、鍋爐等各類存放設(shè)備的蓄水容器,在日常生活中也就是:公共廁所的自動沖洗式蓄水系統(tǒng)、自動電熱開水機(jī)的自動處理和補(bǔ)水功能。因此需要設(shè)計一個特別精細(xì)度高,性能好且非常穩(wěn)定可靠的水位控制系統(tǒng),所采用的是由PLC技術(shù)控制的一個水位控制系統(tǒng)。有著十分重要技術(shù)意義的一種PLC自動控制大型水塔使用供水系統(tǒng),,基于這種PLC控制水塔使用水位的控制供水系統(tǒng)廣泛化和使用正日益飛速地改變現(xiàn)代生產(chǎn)生活的方式和人們?nèi)粘Ｉ睢?.3可編程控制器簡介PLC的循環(huán)操作模式分為掃描模式和連續(xù)性的循環(huán)操作模式。當(dāng)PLC開始啟動時，根據(jù)控制目的，用戶定期根據(jù)命令級別的序列號或地址號來編程并存儲在用戶程序存儲器中。在沒有任何跳躍指令的情況下,用戶從掃描程序的第一個命令開始到程序的結(jié)束各自分別執(zhí)行一個程序,然后返回到下一個掃描的開始。在各掃描動作中，完成了非常繁瑣的輸入信號的采集和輸出信號輸出。三菱PLC在PLC控制領(lǐng)域有著超高的市場占比額，由于市場占比高，銷售數(shù)量得到大大提升，因此數(shù)量多會導(dǎo)致價格對比，這樣使得三菱PLC價格更透明化，因此價格便宜是一個很重要的原因。由于三菱PLC自身性能強(qiáng)勁，價格也不高，也是它稱霸PLC控制領(lǐng)域的重要因素之一，再加上三菱PLC自身編程語言的簡易，使得用戶使用體驗極佳[1]。1.3.1可編程控制器的當(dāng)前發(fā)展情況但是,伴隨著一些較大規(guī)模甚至超級規(guī)模集成電路還有一些微電子技術(shù)的改進(jìn),PLC系統(tǒng)正在努力使由原來的16位及32位微處理器組合而形成的一臺智能化計算機(jī)。從老式1位計算機(jī)進(jìn)行開發(fā),轉(zhuǎn)變到實(shí)現(xiàn)多個處理器的系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理技術(shù),如今,PLC技術(shù)非常成熟。隨著社會的發(fā)展新技術(shù)與對新客服需求的開發(fā),以及對控制功能的要求越來越多、功能損耗和體積尺寸大小的降低、成本縮減、可靠度的提升、更簡單精細(xì)的軟件編程和故障的檢測,這些都被認(rèn)為是我們在工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)自動化水平的程度高速發(fā)展的重要因素。開發(fā)多年后,有大約50多家國內(nèi)PLC制造商,但是國產(chǎn)PLC在應(yīng)用和銷售的市場方面仍然受制于進(jìn)口產(chǎn)品。我國范圍內(nèi)的企業(yè)在PLC業(yè)務(wù)方面擁有極大的優(yōu)勢參與競爭,其中有用戶需求的優(yōu)勢、產(chǎn)品制定優(yōu)的勢、用戶生產(chǎn)成本的優(yōu)勢、廠家的后期服務(wù)優(yōu)勢和產(chǎn)品反映指令速度優(yōu)勢。1.3.2可編程控制器的未來發(fā)展走勢隨著時間社會的發(fā)展PLC的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大且有未停止的趨勢,PLC的核心技術(shù)和其產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)化體系不斷提升,性能逐漸增強(qiáng),性價比對使用者也越來越友好。在未來的生產(chǎn)企業(yè)中,無論是何種工種,自動化都是未來的方向,減少人力操作,因此PLC這類自動化設(shè)備的代表,在短期時間內(nèi),都是朝陽的產(chǎn)品。為人類的進(jìn)步,科技發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義。二PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC的本質(zhì)就是一類專門應(yīng)用于各種工業(yè)控制的計算機(jī),在軟硬件結(jié)構(gòu)上基本和微小型運(yùn)算式計算機(jī)相同,與中心處理器單元(CPU)的構(gòu)成也基本相同,如下圖1所示:圖1PLC的結(jié)構(gòu)2.1中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU),它本身就是PLC的一個主要控制核心。它隨著一個PLC系統(tǒng)的程序而發(fā)給一個微機(jī)輸入的指令信號,接收程序,傳遞信號,存儲指令,輸出的程序和檢查各類電源信號、存儲器中的單元內(nèi)容、I/O以及報警裝置的通電狀態(tài)和顯示狀態(tài),并且能夠?qū)崟r地監(jiān)測得到指令程序的錯誤。當(dāng)PLC在實(shí)際生產(chǎn)生活和人們?nèi)粘２僮鬟^程正常運(yùn)行時,它們就會掃描PLC的工作方式。同時對各部件裝置的工作狀態(tài)和各部件的電源信號讀取與傳輸。并將其分批地被指令分段地存放到一個I/O的儲存區(qū),然后逐條識別每一條指令,在操作人員的解釋后即可完成命令,則按這個指令規(guī)定的一個動作去對其進(jìn)行邏輯或者算數(shù)的操作,最后把模擬信號送到存放于工作的存儲區(qū)或寄存器中。等所有的指令程序都執(zhí)行一個循環(huán)之后,最后將I/O的寄存器內(nèi)部的數(shù)據(jù)輸出發(fā)送到相應(yīng)的動作執(zhí)行設(shè)備上,如此一個循環(huán)動作,直到系統(tǒng)的指令停止正常運(yùn)行[2]。為了能夠更好地提高PLC的實(shí)用性,近年來針對大型PLC也采用了雙CPU監(jiān)管系統(tǒng),或者是采用一個多CPU監(jiān)管系統(tǒng)。這樣,即使其中的單個CPU出現(xiàn)故障,整個PLC系統(tǒng)仍然正常工作。2.2存儲器一個操作系統(tǒng)所使用的軟件編譯儲存在其中這個位置也被稱為系統(tǒng)軟件編譯器內(nèi)存。一個被稱為應(yīng)用程序軟件庫的場所也叫做應(yīng)用程序文件存儲器。PLC常見的存儲設(shè)備類型。(1)RAM是一種讀/寫存儲器或者叫隨機(jī)存儲器,它的存取和訪問字節(jié)的速度最快。(2)EPROM是一個帶有可自動擦除的只讀和編輯程序存儲器。它指的是系統(tǒng)可以隨時停止或終結(jié),而且存儲器內(nèi)的全部已經(jīng)被存儲好的系統(tǒng)內(nèi)容都能夠保持恒定。并且該軟件可以在紫外線連續(xù)的照射下,可以輕松地擦除數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容和編輯程序[3]。(3)EEPROM是一種完全可以被擦除的只讀數(shù)據(jù)存儲器。在我們使用該程序時,我們便可以很輕松的修改它所存儲的數(shù)據(jù)。2.3輸入/輸出模塊輸入/控制輸出模塊,是在一個新型可編程的微微控制器和一個新的工業(yè)生產(chǎn)及其他電子設(shè)備之間相互進(jìn)行銜接的一個遠(yuǎn)程輸入和控制輸出口。從外部發(fā)出輸入的控制信號,例如輸入按鍵控制開關(guān),行程開關(guān),限位控制開關(guān)和溫度傳感器等內(nèi)部輸出控制開關(guān)或者輸入模擬量(其中包括輸入壓力,溫度,電壓,)等,就可能會根據(jù)實(shí)際需要由外部輸入控制模塊向它的PLC兩端發(fā)出信號。2.4擴(kuò)展模塊當(dāng)PLC中CPU的I/O點(diǎn)數(shù)不能支撐使用量時,就要對I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展。擴(kuò)展的接口就是用于連接中心基本單元與擴(kuò)展單元的。在現(xiàn)代PLC的生產(chǎn)生活中,擴(kuò)展模塊的迫切需求和技術(shù)不斷地進(jìn)步,制造廠家生產(chǎn)出各類性能極佳的智能接口模塊。把PLC的功能更加強(qiáng)大和完善。在現(xiàn)有的PLC產(chǎn)品市場中,智能I/O接口擴(kuò)展模塊,種類繁多功能齊全,更是能夠適應(yīng)各種工作環(huán)境。2.5編程器編程器的主要功能就是能夠讓程序使用者對整個程序功能進(jìn)行自動調(diào)試和狀態(tài)監(jiān)測。一些臺式編程器也同樣可以直接將其文件連接加載到任何一臺臺式打印機(jī)或者磁帶驅(qū)動器,以便于在這臺打印磁帶上可以進(jìn)行直接打印或者直接存儲之前使用過的程序及其其它相關(guān)的文件信息,這些使用程序及其其它相關(guān)的文件信息都同樣可以再次被直接加載起來到PLC中。目前,程序員主要可以分為三種基本工作類型:簡單的應(yīng)用程序員;基于圖形化的應(yīng)用程序員;IBMPC等以及其他有兼容性的計算機(jī)平臺電腦的應(yīng)用程序員。2.6電源PLC中的電源一般有三類:1、+5v、±15v電壓直流電源:我們可以為您提供一個PLC中含有TTLC的芯片和各種集成電路等各種電子產(chǎn)品。2、供給輸出接口所需要使用高壓或大電流的功率式電源;3、鋰電池及其充電電源。鑒于考慮系統(tǒng)的安全和可靠性以及對光電分辨率隔離器的應(yīng)用,不同種類的光電源其接地線也不同三控制要求3.1控制系統(tǒng)框圖使用PLC作為核心控制中心,使用PLC指令控制供水電機(jī),送水設(shè)備,儲水設(shè)備,指示燈,如圖2所示:圖2簡易控制系統(tǒng)框圖PLC控制系統(tǒng):該系統(tǒng)主要對動作發(fā)生設(shè)備進(jìn)行發(fā)出指定動作指令,將各個部分連接通信,充當(dāng)該系統(tǒng)的首腦部分。供水電機(jī):執(zhí)行水的搬運(yùn),完成需要水量的輸送存放,充當(dāng)該系統(tǒng)的肢體部分。送水設(shè)備:對供水電機(jī)送來的水資源,進(jìn)行加工處理,完成送水輸水等等。儲水設(shè)備:對供水電機(jī)送來的水資源,進(jìn)行加工處理,完成儲水蓄水等等。警示燈:各部分設(shè)備的信號放大,告知生產(chǎn)工作人員,提醒更換、維修等故障操作。3.2硬件布局圖液體傳感器液體傳感器圖3水塔水位控制裝置圖水塔水位的工作方式:要求1:當(dāng)檢測系統(tǒng)檢測到水池水位低于水位下限S1處,此時電磁閥通電,隨即開始向水池注水。要求2:當(dāng)注水經(jīng)過5S后,當(dāng)前水池水位還沒有超過水池水位下限S1處,電磁閥斷電,停止注水,系統(tǒng)發(fā)出報警,提醒工作人員檢查水池供水系統(tǒng)。要求3:當(dāng)水池供水系統(tǒng)正常運(yùn)行時,電磁閥持續(xù)通電,往水池繼續(xù)注水,直到水池水位達(dá)到水池水位上限S2處,停止注水。要求4:與此同時,水塔的檢測系統(tǒng)檢測到水塔水位低于水塔水位下限S3處,并且水池的檢測系統(tǒng)檢測到水位已經(jīng)達(dá)到水池水位上限,水泵才能通電,開始往水塔送水,直到水塔水位達(dá)到上限水位S4處,水泵停止工作。同時電磁閥斷電,停止往水池注水。要求5:水塔的注水經(jīng)過5S后,如果當(dāng)前水塔水位還沒有超過水池水位下限S3處,水泵停止工作,系統(tǒng)發(fā)出報警,提醒工作人員檢查水塔供水系統(tǒng)。要求6:在抽水的過程中,如果水池水位低于水池水位上限S2后,電磁閥立即通電,并繼續(xù)向水池供水,并且兩個供水過程中有一個發(fā)出警報,整個水位檢測系統(tǒng)停止工作。注:假設(shè)水泵抽水的速度與往水池注水的速度相同。3.3設(shè)計要求本系統(tǒng)設(shè)計從宏觀經(jīng)濟(jì)上有效率地控制了對水資源利用損耗大的供給供水系統(tǒng),在結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步完善優(yōu)化水源供水系統(tǒng),使其使用可以在很大一定部分程度上有效節(jié)省了系統(tǒng)人力物力的管理費(fèi)用和財政支出;在提高系統(tǒng)使用性能上,大大提高了供水實(shí)時效率,能夠及時發(fā)現(xiàn)供水過程中的問題以及可以有效利用供水系統(tǒng)對水資源的控制;在功能上改變了傳統(tǒng)的人力物力的大量投入,轉(zhuǎn)變?yōu)榉浅Ｏ冗M(jìn)的機(jī)械供水方式,并能長期有效管理還能在此供水基礎(chǔ)上不斷升級,能使其適應(yīng)各種氣候和環(huán)境,極大程度上提高了我國居民生活水平和企業(yè)生產(chǎn)效率。四主要設(shè)備的選擇與各部分的鏈接說與plc運(yùn)行時的狀況4.1PLC選擇本設(shè)計屬于機(jī)械工作系統(tǒng),考慮到PLC的穩(wěn)定性,我們依舊選擇老品牌三菱,精度要求與時間響應(yīng)速度較高所以選擇晶體管輸出型PLC,本次設(shè)計為13個I/O口設(shè)計,考慮后期更改產(chǎn)品工藝問題,選擇I/O口數(shù)量多一些的PLC型號,所以結(jié)合實(shí)地使用情況,本設(shè)計采用FX3U-128MT/ES-A型PLC,其中輸入點(diǎn)是內(nèi)置的64入/64出（晶體管漏型）,由于條件原因,只能在網(wǎng)上參考選型。三菱FX3U-128MT/ES-A推出的擁有多口徑可擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸入和單口輸出,模擬量精度監(jiān)測和數(shù)據(jù)通訊、其他功能的可擴(kuò)展性。它是一種采用比較多數(shù)排列順序進(jìn)行市場上控制的三菱PLC。三菱FX3U-128MT/ES-A在超小型機(jī)的各種結(jié)構(gòu)、高速、優(yōu)越性能等各個方面都被普遍認(rèn)為是目前三菱FX系列產(chǎn)品中技術(shù)檔次最高的超小型程序設(shè)備,除了單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)輸入輸出的最大擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)。（特殊擴(kuò)展：最多8臺）

與CC-Link遠(yuǎn)程I/O的合計最大為384點(diǎn)。還因其具有廣泛的應(yīng)用范圍包括無線網(wǎng)絡(luò)連接、模擬和控制、定位監(jiān)視器等多個項目。礎(chǔ)部件之間專門特殊使用,是一套能夠滿足PLC廣泛使用需要的設(shè)備。三菱FX3U-128MT/ES-A它是一款功能強(qiáng)大的小型PLC,它可以將其擴(kuò)展為多達(dá)128個I/O點(diǎn),而且還可以在其中添加專門的功能模塊或者擴(kuò)展板。通訊及數(shù)據(jù)連線選擇使FX2N在音量、通訊、網(wǎng)絡(luò)等重要應(yīng)用領(lǐng)域中獲得了完美的應(yīng)用,以及一些特別重要的功能模塊。

圖3FX3U-128MT/ES-A的實(shí)物圖交流電源220V、24V直流輸入類型型號I/O口總數(shù)尺寸類型工作電壓輸出頻率電源規(guī)格24V供電電源輸入規(guī)格輸出規(guī)格擴(kuò)展程序內(nèi)存指令最大輸入/出點(diǎn)數(shù)運(yùn)算處理速度高速處理功能擴(kuò)展版特殊適配器特殊擴(kuò)展輔助繼電器定時器計數(shù)器外圍設(shè)備的機(jī)型選擇FX3U-128MT/ES-A60128130*91*85mm晶體管漏型AC220V//DC24V50/60HZAC電源型：AC100V-240V50/60HzDC電源型：DC24VDC電源型：400mA以下(16M,32M)600mA以下(48M,64M,80M,128M)DC24V，5～7mA(無電壓觸點(diǎn)、或者漏型輸入時:NPN開集電極晶體管輸入,源型輸入時:PNP開集電極輸入)晶體管輸出型:0.5A/1點(diǎn)、0.8A/4點(diǎn)1.6A/8點(diǎn)COMDC5V~DC30V2A/1點(diǎn)、8A/4點(diǎn)COM

AC250V，DC30V以下可連接FX2N系列用的擴(kuò)展設(shè)備。內(nèi)置64000步RAM(電池支持)選件：64000步閃存存儲盒<帶程序傳送功能/沒有程序傳送功能>，16000步閃存存儲盒基本指令27個、步進(jìn)梯形圈指令2個、應(yīng)用指令209種384點(diǎn)(基本單元、擴(kuò)展設(shè)備的I/O點(diǎn)數(shù)以及遠(yuǎn)程I/O點(diǎn)數(shù)的總和)基本指令：0.065s/指令，應(yīng)用指令：0.642~數(shù)100s/指令有輸入輸出刷新指令、定時中斷功能、高速計數(shù)中斷功能、脈沖捕捉功能可以安裝FX3U-□□□-BD型功能擴(kuò)展版可以通過FX1N-CNV-BD連接可連接FX0N、FX2N、FX3U系列的特殊單元以及特殊模塊輔助續(xù)電器：7680點(diǎn)定時器：512點(diǎn)16位增計數(shù)器：200點(diǎn)，32位計數(shù)器:35點(diǎn)高速用32位計數(shù)器：[1相]100kHz/6點(diǎn)、10kHz/2點(diǎn)[2相]50kHz/2點(diǎn)(可設(shè)定4倍)使用高速輸入適配器時為1相200kHz、2相100kHz選擇[FX3U(C)]，[FX2N(C)]，[FX2(C)]但是，選擇[FX2N(C)]，[FX2(C)]時有使用限制表6FX1N-60MT-001型參數(shù)4.2水泵的概述水泵是一種用來輸送加壓液體或者進(jìn)入加壓器液體中的一種機(jī)械加壓工具。它將一臺液體原動機(jī)或其中的內(nèi)部機(jī)械作動能或其他外部的機(jī)械能量直接通過傳遞輸送到固態(tài)液體,使得固態(tài)液體的輸送能量大大地得以增加,主要被廣泛用于液體輸送的固態(tài)液體材料有液態(tài)水、油、氣體及其混合物和各種類型液態(tài)有色金屬等。確定吸力水泵使用性能的一個重要工程技術(shù)指標(biāo),它主要具有水泵流量,吸力,頭,軸功率,水力,效率。按照不同的實(shí)際使用量及工作量和原理,它們又被明確劃分分別為小型容積式傳動水泵,葉片式傳動水泵。葉片泵主要原理是通過電機(jī)利用帶動旋轉(zhuǎn)泵的葉片與泵內(nèi)自來水的相互作用而直接產(chǎn)生的各種能量,容積傳遞泵就是通過電機(jī)利用它們在一個工作室內(nèi)帶動容積量的變化而直接產(chǎn)生的各種能量進(jìn)行傳遞。葉片泵能源就是一種可以利用自動泵或回轉(zhuǎn)泵的葉片和輸送水的動力交換器或機(jī)械水的運(yùn)動方式來向葉片泵內(nèi)部液體傳遞水的能源。工作狀態(tài):在水位系統(tǒng)正常工作時,水池的水位到達(dá)高水位上限處,PLC就會給出一個指令,使電動機(jī)開始工作,隨及水泵開始往水塔里抽水,當(dāng)PLC檢測出水塔的水位達(dá)到高水位時,就會發(fā)出指令,水泵停止工作。圖4葉片泵圖5容積泵4.2.1水泵的選型選擇水泵的一般原則為1、滿足流量和揚(yáng)程的要求;2、水泵發(fā)動機(jī)在長時間內(nèi)的運(yùn)行中,水泵各個工作點(diǎn)的效能是最好;3、根據(jù)所需要確定的水泵類別及臺數(shù)而設(shè)計的水泵車站,要求是設(shè)備及土建成本盡量低;4、.易于操作和維護(hù),管理成本更低但是在普遍廣泛應(yīng)用的新型給水系統(tǒng)中,水塔高度都必須要求是在30米以上的新型水泵驅(qū)動電機(jī)上才能夠正常進(jìn)行的,當(dāng)抽水時,水泵驅(qū)動電機(jī)的電力資源需要消耗比較多,同時由于每臺水泵驅(qū)動電機(jī)都需要更換一臺裝置水泵進(jìn)行備用,故在各種應(yīng)用情況下經(jīng)過綜合考慮之后將每臺新型水泵驅(qū)動電機(jī)的輸出功率提升到額定。均經(jīng)過了篩選,設(shè)計為11kw,型號參數(shù)分別為60Y2-160M2-2,其中最主要的兩個參數(shù)分別是額定功率輸出輸入電流轉(zhuǎn)速為24.23a,額定輸出電流轉(zhuǎn)速及其控制參數(shù)為970r/min。該新型水泵的最大揚(yáng)程長度可達(dá)40米,流量速度控制在35立方米/小時Y2系列電機(jī)技術(shù)參數(shù)電機(jī)型號Type(KW)額定功率(KW/HP)滿載時:轉(zhuǎn)速、電流、效率、功率因素(BPM/380V/400V415V/η%/cos?)額定轉(zhuǎn)矩(N.m)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩(Tst/Tn)最大扭矩/額定轉(zhuǎn)矩(Tmax/Tn)堵轉(zhuǎn)電流/額定電流(Ist/In)噪聲dB(A)重量(Kg)Y2-160M2-215/202930/28.6/27.2/26.2/89.4/0.8948.92.22.37.568112表1Y2系列電機(jī)技術(shù)參數(shù)4.3液位開關(guān)本工程在設(shè)計中需要同時檢測出蓄水池和蓄水塔兩個場所的水位信號,因此我們選擇了歐姆龍公司制造的61F-GN-GN型電極液位開關(guān)。這種液位開關(guān)可以當(dāng)做是一種電氣動液位的檢測。廣泛應(yīng)用在高層建筑、住宅污水及鋼鐵、食品、化工、制藥、半導(dǎo)體等工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水、水凈化領(lǐng)域、污水處理等液位控制。一旦控制電極與運(yùn)動液體之間發(fā)生自動接觸,通過這種電路液體就自然可以自動打開一個自動關(guān)閉的控制電路,根據(jù)對液體流量的分析檢測和確定液位自動控制的開關(guān)工作運(yùn)動原理,即我們通常稱之為具有導(dǎo)電性的液體,它作用于對一個液位控制開關(guān)的自動控制。進(jìn)行液體電位精確檢測時,直接通過電極檢測一個位于液體的兩個驅(qū)動電極間的兩個電阻,根據(jù)它們的電阻大于或者說是小于己經(jīng)精確設(shè)定的兩個兩極電阻值,來準(zhǔn)確地直接判斷檢測系統(tǒng)中到底有無固體液面,61F-GN-GN型兩個沒有電極式的固體液位檢測開關(guān)中它所包含的只有三個而當(dāng)電極正好時就可以直接用于本次檢測系統(tǒng)中對液體水位的精確檢測,同時它們的大于OFF型電流正好控制在4.5ma以下且小于OFF型的電流1.5ma以下,這才能真正滿足各種液位選擇型和PLC的液位輸入特殊型的性能控制要求。工作狀態(tài):在水位系統(tǒng)正常工作時,水池的水位到達(dá)高水位上限處,液位開關(guān)就會向PLC給出一個信號,使電磁閥和電動機(jī)開始工作,隨及開始往水塔和水池里進(jìn)水,當(dāng)檢測出水塔的水位達(dá)到高水位時,液位開關(guān)就會向PLC發(fā)出信號液位開關(guān),然后水泵立即停止工作。圖661F-GN–GN型電極式液位開關(guān)外觀及外部尺寸產(chǎn)品名稱產(chǎn)品型號控制用途種類控制對象使用條件電氣壽命機(jī)械壽命質(zhì)量無浮動開關(guān)61F-GN–GN自動供排水一般用一般的純凈水/污水25萬次以上1000萬次以上約315g表261F-GN–GN型電極式液位開關(guān)詳細(xì)參數(shù)4.4電磁閥電磁閥主要指的是一種可以利用空氣和電磁力對其進(jìn)行自動化生產(chǎn)中的控制裝置,也是用來對流體在運(yùn)動過程中,自動化控制過程中所需要的一種基本元器件,它只能夠適用于執(zhí)行器。它不僅僅局限于液壓和空氣流動的生產(chǎn)過程中,同時也適用在自動化生產(chǎn)過程中介質(zhì)運(yùn)動的主導(dǎo)方向、流體的流量、轉(zhuǎn)矩及其他參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種電磁閥是可以應(yīng)用在各種電路環(huán)境中,達(dá)到預(yù)期的控制效果,而且這些電磁閥控制的精確性和靈活度也都得到了保障。電磁閥控制系統(tǒng)不同工作位置的各種電磁閥類型多樣,各種電磁閥的類型也不一,最常見的類型有檢測閥、安全控制閥、方向器和控制閥、加速器和自動調(diào)節(jié)閥等。電磁閥的測量選型首先我們認(rèn)為應(yīng)該嚴(yán)格地要求遵循安全、可靠、適合現(xiàn)場使用、經(jīng)濟(jì)性四項最初測量規(guī)定,其次我們就是現(xiàn)場工作環(huán)境使用條件六個重要的測量方面(主要即電氣管路傳動參數(shù)、流體參數(shù)、壓力傳動參數(shù)、電氣傳動參數(shù)、運(yùn)行控制方式、工藝技術(shù)要求、特殊使用情況等)。1、根據(jù)現(xiàn)場管道的內(nèi)徑尺寸或流量要求,確定管道的直徑尺寸;1)接口管理的方式,一般>dn50要求學(xué)生選擇合適的法蘭接口,≤dn50則學(xué)生可以根據(jù)不同的用戶信息情況和學(xué)生需求的自由進(jìn)行選擇。2、根據(jù)流體的參數(shù)可以選擇電磁閥:材料、溫度等級組1)使用具有高抗腐蝕性的各類流體:實(shí)際安裝時使用應(yīng)盡量嚴(yán)格選擇安全抗腐蝕的碳鋼電磁閥及全彈性不銹鋼;各類食用食品超凈液:實(shí)際使用時安裝應(yīng)盡量嚴(yán)格選擇符合食品消毒等級的安全不銹鋼管及電磁閥;2)對于高溫流體:一定要考慮可以選擇一種具有優(yōu)良耐高溫的電工技術(shù)材料和特殊密封性材料來設(shè)計生產(chǎn)制造的電磁閥,而且還需要盡量選擇各種活塞式或不同的結(jié)構(gòu);3)大到有的都是流體流動口徑大于狀態(tài):大的有到流體口徑有的主要是對于氣態(tài)、液體或固態(tài)混合物,特別多的是對于當(dāng)流體口徑狀態(tài)大于c/dn25時,必須區(qū)分:4)電磁閥的流體黏度:電磁閥的黏度:通常在以下50cst可以隨心選擇,如果黏度超過這個數(shù)值,則應(yīng)該考慮選擇一種高黏度的電磁閥。3、根據(jù)各種應(yīng)用壓力控制參數(shù)還可選擇適用電磁閥的:及其工作結(jié)構(gòu)原理及閥體結(jié)構(gòu)及其類型及各品種1)額定壓力:該參數(shù)與其他通用閥門的意義相同,并以管道的額定壓力為基礎(chǔ);2)設(shè)備工作的單位壓力:如果一個設(shè)備工作的單位壓力較低,必須仔細(xì)考慮壓力是否完全能夠考慮選擇直接或者符合分步間接傳動作用的一種工藝工作原理;當(dāng)最小的兩個工作壓力電流間的壓差通常大于0.04mpa以上時,可以考慮選擇直動式、分步直動式和分步先導(dǎo)式。4、電氣的選擇:其中的電壓和規(guī)格宜選用AC220v和DC24V。5、根據(jù)連續(xù)電源工作的最長時間和壽命長短實(shí)際情況也可來組合進(jìn)行電源選擇:常閉、常啟、或者也就是電源可以連續(xù)地連接通電1)如果電磁閥在工作時間內(nèi)需要經(jīng)過一段時間才能正常開啟,并且其持續(xù)時間大大多于開啟時間,所以應(yīng)盡量選擇通常開式;2)如果開啟時間短或開斷的時間不多,則選擇正常的閉合類型:3))但有些特殊工況下需要用于安全防護(hù),例如加熱爐、窯鍋內(nèi)的火焰監(jiān)控,不能盡量選擇經(jīng)常打開,應(yīng)該盡量選擇長期供電型。6、按照環(huán)保的要求進(jìn)行選擇各種輔助性的功能:防爆、檢測、手工、防水霧化、淋水、潛艇。工作狀態(tài):在水位系統(tǒng)正常工作時,水池的水位正處于下限處,液位開關(guān)就會向PLC給出一個信號,使電磁閥通電并開始工作,隨及開始往水池里注水,當(dāng)檢測出水池的水位達(dá)到高水位時,液位開關(guān)就會向PLC發(fā)出信號,電磁閥立即斷電,然后注水工作停止。型號流體孔徑電壓最大壓力絕緣等級型式JL-V1040空氣/水/油(-5~150℃)Φ1.5AC220VAC110VAC36VDC24VDC12V5MPa/常閉式(即:通電打開，斷電關(guān)閉)表3水用電磁閥詳細(xì)參數(shù)所以根據(jù)實(shí)地使用情況,本設(shè)計最終采用JL-V1040型水用電磁閥4.5熔斷器熔斷器主要指在一種工作狀態(tài)條件下,當(dāng)控制電流的大小已經(jīng)可能超出所規(guī)定限度的值時,以本身發(fā)展過程中所能夠產(chǎn)生的溫度和熱量促使整個熔體完全融合,斷開某一個控制電路的新型生活式繼續(xù)器。熔斷器是在工作電流的大小或者超出了規(guī)定的數(shù)值或者加熱一段時間后,用自己的高溫將熔體融入到其中進(jìn)行加熱。從而導(dǎo)致電源斷路;利用此原理建立了制造出來的電流保護(hù)器。引信廣泛地被應(yīng)用于各種需要高低電穩(wěn)壓的輸配電控制系統(tǒng)和自動控制電力傳動系統(tǒng)以及各種民用電氣設(shè)備,作為交流短路和過載交流電的保護(hù)器,它們也是最常用的保護(hù)設(shè)備之一。由于自動熔斷器的作用電動機(jī)組在熔斷時的工作電流量數(shù)值應(yīng)必須大于或至少等于整個發(fā)動機(jī)額定工作電流量的兩倍,因此在電機(jī)供電電路中選用熔斷電流為50A的熔斷器。工作狀態(tài):在水位系統(tǒng)正常工作時,PLC在給部分功能其間給出一個信號,使電磁閥和水泵通電并開始工作,在通電的一瞬間,熔斷器開始保護(hù)電路,在工作的過程中也對電流電壓進(jìn)行了一些限制,當(dāng)電流或電壓過高時,熔斷器會自動熔斷,從而保護(hù)了整個電路,是整個水位系統(tǒng)正常運(yùn)行。圖7熔斷器RS71-NGT系列熔斷器主要參數(shù)及技術(shù)性能型號額定電壓(V)額定電流(A)額定耗散功耗(W)重量KgRS711B(NGT00)400(380)\690(660)\800258.60.18400(380)\690(660)\800329.90.18400(380)\690(660)\8004011.30.18400(380)\690(660)\8005013.20.18400(380)\690(660)\8006315.70.18400(380)\690(660)\8008018.70.18400(380)\690(660)\80010022.60.18400(380)\690(660)\800125270.18400(380)\690(660)\800160400.18表4RS711B(NGT00)參數(shù)圖8RS711、RS712橫截圖片圖9RS711B型實(shí)物圖RS71型限流熔斷器系列是一種主要具有負(fù)載分?jǐn)嘞蘖髂芰Ω?限流性能特征強(qiáng),周期性好和負(fù)載限流特征穩(wěn)定,低限流功率和高損耗的新型限流熔斷器。能夠可靠地運(yùn)行防止損壞保護(hù)您的半導(dǎo)體電子元件晶閘管和它們的成套。該類保護(hù)產(chǎn)品的直流工作電壓保護(hù)范圍一般為電流等級0v~1000v,電流條件規(guī)格齊全,技術(shù)資料完整,為了方便從事通用電氣和電子工程師的工作人們可以選擇它并采用它為熔斷器保護(hù)提供了方便,同時也十分希望我們能為各種通用電子行業(yè)所不斷推出的各種半導(dǎo)體開關(guān)元器件漏電保護(hù)產(chǎn)品專用提供熔斷器保護(hù)備件,以及產(chǎn)品作為最理想的保護(hù)備件。RS71型系列信號自動熔斷器的安裝本體沒有安裝帶信號熔斷報警指示器的裝置,若在日常生產(chǎn)使用中如果發(fā)現(xiàn)本體有任何需要臨時加裝信號熔斷報警指示器的裝置或者需要是自動暫停報警,可以將裝在RS71型信號熔斷器上面的加裝熔斷連接器是我廠設(shè)計制造的帶有一臺單機(jī)帶有一個微動電機(jī)啟動暫停報警開關(guān)的新型RX1-100信號自動熔斷器。NGTC-00系列整個RT36-00系列的整體外形通常是一致,例如整個RT36-00和其他NGTC-00系列的整體外形和所安裝部件是一樣的的大小。電流的測量規(guī)格和工作頻率,以及這些電子元件的產(chǎn)品質(zhì)量與RS7INGT系列一致。所以本設(shè)計最終采用RS711B(NGT00)型熔斷器。4.6繼電器電磁式繼電器是一種電子控制裝置,它主要是指在電子控制電路中常見的兩種控制系統(tǒng)(也可以簡稱為兩種輸入或控制回路)和自動控制系統(tǒng)(也可以簡稱為輸出或控制回路),實(shí)際上這就是一種能夠利用低電流、低電壓的電源來進(jìn)行控制高電流、低電壓的"自動開關(guān)"。故在各種電路中發(fā)揮著自動調(diào)整、安全環(huán)保、轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等作用。工作控制原理是閉合式驅(qū)動低壓工作控制電路是其中的一個驅(qū)動開關(guān),電流就是經(jīng)由一個用于帶有額定電磁電銜鐵的開關(guān)線圈斷開后所驅(qū)動產(chǎn)生的額定磁場,從而對一個帶有帶電銜鐵的低壓電動機(jī)線圈產(chǎn)生一定的電磁吸引力,使動、靜的電接觸開關(guān)頭相互發(fā)生接觸,閉合驅(qū)動低壓電機(jī)工作控制電路,運(yùn)轉(zhuǎn)低壓發(fā)動機(jī);當(dāng)一個裝在低壓電機(jī)啟動器上的開關(guān)被自動斷開時,線圈內(nèi)部電路中的額定電流就自然會自動消失,電機(jī)中樞彈簧就會在驅(qū)動彈簧的推動作用下,脫開了一個動、靜觸頭開關(guān),斷開了低壓工作控制電路,電機(jī)就自動停止。工作狀態(tài):在水位系統(tǒng)正常工作時,PLC在給部分功能其間給出一個信號,使電磁閥和水泵通電并開始工作,在通電的一瞬間,繼電器開始保護(hù)電路,在工作的過程中也對電流電壓進(jìn)行了一些限制,當(dāng)電流或電壓過高時,繼電器自動調(diào)整,通過限制電路中的電流和電壓,從而保護(hù)了整個電路,使整個水位系統(tǒng)正常運(yùn)行。圖8電磁繼電器型號最大電流最大電壓觸點(diǎn)形式觸頭觸點(diǎn)材料HH54P3AAC240/DC28V四開四閉14腳銀合金觸點(diǎn)表5電磁繼電器詳細(xì)參數(shù)額定電壓DC(V)額定電流±10%(mA)線圈電阻±10%(Ω)最大連續(xù)外加電壓(V)吸合電壓(Max)釋放電壓(Min)額定功耗(W)127580額定電壓×110%≤額定電壓75%≥額定電壓10%0.92437.564011018.725602204537771210042額定電壓×110%≤額定電壓80%≥額定電壓30%1.2245016811010.935292205.514116表6HH54P繼電器線圈參數(shù)所以根據(jù)實(shí)地使用情況,本設(shè)計最后選擇HH54P型電磁繼電器4.7電動機(jī)三相異步交流電動機(jī)其實(shí)就是一種380v三相電壓交流相位電壓(三個相位電流誤差120度)共同進(jìn)行供電的一種傳統(tǒng)交流感應(yīng)式異步電動機(jī)。三相異步調(diào)速電動機(jī)由于轉(zhuǎn)子的額定轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)需要低于高旋轉(zhuǎn)磁場的額定轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)子導(dǎo)電繞組因與旋轉(zhuǎn)磁場間的一種相對主義反向運(yùn)動而直接可以產(chǎn)生電動勢和反向電流,并與旋轉(zhuǎn)磁場之間可以相互促進(jìn)耦合作用以及直接產(chǎn)生具有影響力的電磁轉(zhuǎn)矩,實(shí)現(xiàn)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子提供的磁能量不斷地自動變換。與單相異步電機(jī)相比,三相異步電機(jī)性能良好,節(jié)省了多種材料。按照各種轉(zhuǎn)子籠型結(jié)構(gòu)的不同,三相異步變速電動機(jī)大致以上可以分別劃分四類為轉(zhuǎn)子籠型和環(huán)形繞線式兩種。而我們的籠型直流轉(zhuǎn)子異步直流電動機(jī),它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單、在實(shí)際運(yùn)行中的可靠性高、載重輕、價格低廉等幾大特點(diǎn),在目前我國已經(jīng)開始得到了廣泛的實(shí)際應(yīng)用。這種電子繞線式三相自動交流異步控制直流電動機(jī)在其潤滑轉(zhuǎn)子及自動定位電子結(jié)構(gòu)上也就像是一樣地將其設(shè)置為具有三相轉(zhuǎn)子繞組且通過兩個電子上的潤滑印刷環(huán)、電子印刷環(huán)來進(jìn)行內(nèi)部的交流變阻器互相連接。調(diào)節(jié)每個逆時器的起動電阻值后就可以大大小幅度地有效提高每個逆時器起動電機(jī)的高速起動控制性能,調(diào)節(jié)每個逆時器起動電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。工作狀態(tài):在水位系統(tǒng)正常工作時,水池的水位到達(dá)高水位上限處,液位開關(guān)就會向PLC給出一個信號,使電磁閥和電動機(jī)開始工作,隨及水泵開始通電工作,往水塔里進(jìn)水,當(dāng)檢測出水塔的水位達(dá)到高水位時,液位開關(guān)就會向PLC發(fā)出信號液位開關(guān),然后水泵立即停止工作。圖9三相異步電動機(jī)根據(jù)該系統(tǒng)有利于理論應(yīng)用及準(zhǔn)確要求,選擇Y系列三相異步直流電動機(jī)。電機(jī)定子繞組的絕緣電阻采用三角形相互連接,絕緣等級為b類,電機(jī)可以采用完全電壓啟動。該陣列系列高壓電動機(jī)的額定電源工作頻率范圍為380v,額定輸出功耗為50hz。結(jié)合實(shí)地使用情況,本設(shè)計采用Y160M2-2型號的電機(jī),以下是所選電機(jī)的型號參數(shù).額定功率（KW）額定電流（A）同步轉(zhuǎn)速（r/min）效率（%）功率因數(shù)堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩電機(jī)臺數(shù)Y160M2-21529.4293088.20.887.02.02表7電機(jī)型號參數(shù)表五主電路設(shè)計水塔式水位自動控制系統(tǒng)的主集成電路如圖所示:圖10水塔水位控制系統(tǒng)主電路圖由三相管的電流在一個進(jìn)線器的端口上連接進(jìn)入到一個主控制電路中,其中一個按鈕電源開關(guān)接點(diǎn)QS就起到了短路隔離二次熔斷電源的保護(hù)功能;利用熔接分?jǐn)嗥鱂U對放在主控制上的電路運(yùn)行做出電源短路熔斷保護(hù),常常打開一個按鈕開關(guān)SB來使主控制上與KM上的電磁驅(qū)動線圈通過熔斷;該機(jī)對主控制電路的電源連接與短路分?jǐn)嗥鞯墓ぷ鲃t按照要求依靠接觸器上與KM的三個不同主觸頭接點(diǎn)SA來連接完成。在過流控制電路中通常采用一個熔源阻斷器FR來做為一個小的短路過流保護(hù);如果我們合上了主電路的電源的開關(guān)QS。啟動:按下啟動電源鍵,然后后按開關(guān)SB通過繼電器KM,再使電動機(jī)M通電,從而得到的交流電。然后在電流通過KM線圈主觸頭接點(diǎn)后,自動閉合。閉合:等M觸點(diǎn)與電路中電機(jī)觸點(diǎn)重合時,便能使主電路通電并繼續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。停止:當(dāng)我們松開按鈕開關(guān)SB,在此時繼電器KM線圈失電,則會導(dǎo)致KM主觸點(diǎn)分?jǐn)喔糸_,電路停止通電,隨后電動機(jī)M停止工作。六PLC控制電路6.1I/O口的介紹及分配表本次設(shè)計我用的是三菱PLC編程軟件GXworks2模擬演示使用組態(tài)及部分實(shí)物共同完成模擬運(yùn)行。根據(jù)所需設(shè)備現(xiàn)在將設(shè)備進(jìn)行I/O分配如表8.輸入繼電器輸入變量