1、電氣工程學(xué)院課 程 設(shè) 計 說 明 書設(shè)計題目： 水塔水位PLC自動控制系統(tǒng) 系 別： 電氣工程及其自動化 年級專業(yè)： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 電氣工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書課程名稱： 電氣控制與PLC課程設(shè)計 基層教學(xué)單位：電氣工程及自動化系 指導(dǎo)教師： 郭忠南等學(xué)號學(xué)生姓名（專業(yè)）班級設(shè)計題目水塔水位PLC自動控制系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)參數(shù)采用PLC構(gòu)成水塔水位電氣控制系統(tǒng)。控制要求查閱相關(guān)文獻。設(shè)計要求1) 根據(jù)控制要求，進行電氣控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，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)

2、 漆漢宏主編 機械工業(yè)出版社 20082、圖書館各類期刊文獻相關(guān)數(shù)據(jù)庫3、相關(guān)電氣設(shè)計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：周一、二：查、閱相關(guān)參考資料周二至周五：方案設(shè)計周六、日：設(shè)計方案完善周一、二：完成設(shè)計說明書周三、四：繪制A1設(shè)計圖紙周五：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)計報告前面。電氣工程學(xué)院 教務(wù)科摘 要隨著現(xiàn)代社會生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)進步，現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(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)

3、展和現(xiàn)實暴露的一些問題，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)常需要對水位進行測量和控制。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現(xiàn)方法，如機械控制、邏輯電路控制、機電控制等。 本文采用PLC進行主控制，在水箱上安裝一個自動測水位裝置。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，主控臺應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件對接收到的信號進行數(shù)據(jù)處理，完成相應(yīng)的水位顯示、故障報警信息顯示、實時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 Cont

4、roller)、自動化、水塔水位。目 錄摘 要1目 錄2第1章 概論3第2章 水塔水位自動控制系統(tǒng)方案設(shè)計4第3章 水塔水位自動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計53.1 水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計要求53.2 水塔水位控制系統(tǒng)主電路63.3 水泵電機的選擇7 3.4 水位傳感器的選擇73.5 PLC I/O接口分配83.6 PLC控制電路原理圖10第4章 水塔水位自動控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計11 4.1 程序流程圖11 4.2 梯形圖程序12 4.3 指令表14總 結(jié)16參考文獻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

5、究、產(chǎn)品研制和工程化產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的科技隊伍。但是，在水工業(yè)科技領(lǐng)域普遍存在著實用性差、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，我國的供水自動化系統(tǒng)發(fā)展已初有成效。供水自動化系統(tǒng)主要包括水廠自動化和供水管網(wǎng)調(diào)度自動化兩個方面。我國供水行業(yè)是推動水科技產(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、自動控制現(xiàn)代化的迫切的技術(shù)要求。

6、優(yōu)質(zhì)供水是水工業(yè)市場化發(fā)展的新增長點，同時要倡導(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)的社會性所決定，水工業(yè)的學(xué)科體系由多個相互關(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 水塔水位自動控制系統(tǒng)方案設(shè)計設(shè)

7、計方案設(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，掃描到水池為液位低于水池下限液位時，進水閥打開，開始往水池里進水，如果進水超過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)就會自動報警并切斷電源。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，此時，水池的液位已經(jīng)超過了下限位了，系統(tǒng)檢測到此信號時，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，水池上限指示燈亮，進水閥就關(guān)閉，但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，可此時水塔液位已經(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

8、，水塔抽滿時，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候，水泵已經(jīng)把水池的水抽走了，此時水塔液位已經(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，同時水池水位也低于下限水位時，水泵不能啟動。 當(dāng)水塔水位低于下限位時，出水閥不能打開。第3章 水塔水位自動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計要求 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此時為OFF，進水閥打開，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，則系統(tǒng)發(fā)出報警，若系統(tǒng)正常，此時水池下限液位

9、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，進水閥關(guān)閉。當(dāng)水塔水位低于水塔下限水位時，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，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，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，同時水池水位也低于下限水位時，水泵不能啟動。3.2 水塔水位控制系統(tǒng)主電路圖3-2 水泵控制圖 水泵啟動工作：當(dāng)收到PLC的啟動水泵指令后，線圈KM1、KM2中有電流流過，KM1和KM2的主觸點閉合，電機低速啟動（星啟），當(dāng)電機啟動經(jīng)過一段時間后，PLC控制KM3線圈得電，使KM3主

10、觸點閉合;同時控制KM2線圈失電，使KM2主觸點斷開。使電機高速轉(zhuǎn)動（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的主觸點斷開，電機停止工作。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路，從而保護電路和設(shè)備。熔體的額定電流IfN（1.52.5）IN，IN為電動機額定電流。3.3 水泵電機的選擇由于本次設(shè)計選用的水泵電機功率較大，初始運行時的啟動電流過大，故主電路中采用星-角變換減壓啟動，啟動時電機的繞組接成星形，進而限制啟動電流，當(dāng)反映啟動過程結(jié)束的定時器發(fā)出指

11、令再后將電機的繞組改接成三角形聯(lián)結(jié)實現(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，所用水泵電機在向水池抽水時消耗的能量較大，為了保證水泵能可靠、安全、經(jīng)濟地運行，故綜合考慮后將水泵電機額定功率選為11KW，型號為Y2-160L-6，其重要參數(shù)有額定電流為24.23A，額定轉(zhuǎn)速為970r/min。水泵揚程為40米，流量為35立方米/小時。3.4 水位傳感器的選擇根據(jù)本設(shè)計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，

12、沒有縫隙不會泄露，另外沒有易損的活動部件，它不會受溫度、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：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(303.3cm)可安裝在側(cè)面、頂部或底部工作原理：U9ULS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，會被嚴(yán)重衰減 相反地，如果在液體中傳播時，超聲波的傳播會被大大增強。電子控制單元發(fā)出一系列的電信號，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時，就發(fā)出數(shù)據(jù)

13、有效的信號，表明有液體存在。這個信號輸送到繼電器，從而產(chǎn)生輸出信號。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)計成缺口形狀?？刂齐娐吩O(shè)計成小型，密封的結(jié)構(gòu)，可安裝在遠(yuǎn)程的控制地點。特點：10A的繼電器輸出115/230V AC，12V DC或24V DC輸入高增益。無需效準(zhǔn)，工作溫度可達(dá)300 長度可達(dá)151.5CM輸 入 部 分名稱PLC接口 注釋SB1X000啟動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

14、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M KM2Y015星啟（低速）KM3Y016角轉(zhuǎn)（高速）KM4Y002進水閥YKM5Y003出水閥QYL1Y004水泵故障指示燈YL2Y005進水閥故障指示燈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S3Y013水池上限位燈S4Y014水池下限位燈HL1Y001水泵M工作指示燈HL2Y002進水閥指示燈HL3Y003出水閥指示燈3.6 PLC控制電路原理圖根據(jù)設(shè)計要求，PLC控制電路原理圖如圖3-3所示圖3-3水塔水位自動

15、控制系統(tǒng)PLC控制電路原理圖第4章 水塔水位自動控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計4.1 程序流程圖 水塔水位自動控制系統(tǒng)的PLC控制流程圖，根據(jù)設(shè)計要求，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)我做的這個題目是有關(guān)與PLC系統(tǒng)理論與實踐相結(jié)合的設(shè)計。在此時對以前學(xué)習(xí)的知識的挑戰(zhàn)與突破。在對這個設(shè)計的材料的搜索進行獨立搜索時，對于辦公軟件的應(yīng)用有了進一步的提高。同時在對搜集的材料進行整核，結(jié)合所學(xué)理論知識，以及實際應(yīng)用操作的情況下，提高了實際操作和獨立解決問題的能力。通過這次設(shè)計實踐。讓我

16、更熟練的掌握了三菱的PLC軟件的簡單編程方法，對于三菱的PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在理論的運用中，也提高了我的工程素質(zhì)。剛開始學(xué)習(xí)三菱PLC軟件時，由于我對一些細(xì)節(jié)的不加重視，當(dāng)我把自己想出來的一些認(rèn)為是對的程序運用到梯形圖編輯時，問題出現(xiàn)了。轉(zhuǎn)換成指令表后則顯示不出很多正確的指令程序，這主要是因為我沒有把理論和實踐相結(jié)合，缺乏動手能力而造成的結(jié)果，最后通過老師的糾正和自己的實際操作，終于把正確的結(jié)果做了出來，同樣也看清了自己的不足之處。設(shè)計過程中得到老師的意見和同學(xué)的提醒，再加上上網(wǎng)搜集到的資料，我也明白了不是每個問題都能自己解決的，只有通過自己努力以及別人的幫助才能把工

17、作做得更好，古人說：三人行必有我?guī)?、思而不學(xué)則殆。所以說學(xué)習(xí)要善于向別人請教，學(xué)思結(jié)合。如今課程設(shè)計是做完了，可是我的學(xué)習(xí)之路還沒有完，是這次設(shè)計讓我明白了人這一輩子不能僅僅局限于那一點點滿足感，要放眼望去，通過去參與各種實踐，提升自己的動手能力，創(chuàng)造屬于自己的未來。參 考 文 獻1 漆漢宏主編 PLC電氣控制技術(shù) 機械工業(yè)出版，20082 齊占慶，王振臣. 電氣控制技術(shù)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20023 三菱微型可編程控制器手冊 M. MITSUBISHI SOCIO-TECH,2003電氣工程學(xué)院課程設(shè)計評審意見表指導(dǎo)教師評語： (1)、學(xué)習(xí)態(tài)度及平時表現(xiàn) ( 出勤等) A B C D E(2)、查閱資料，分析、解決問題的能力 A B C D E 平時成績： 2