家用水.电.煤气的电气化控制.doc

家用水、电、煤气的电气化控制 摘 要在我们的日常生活中，经常会在新闻或报纸上看到，如煤气泄漏引发火灾.电线老化引发火灾，自来水管破裂等等。也许这些我们也经历过，当然我们也不希望这些是事情的发生。那么通过本课题的学习，让我们不再为这些事担忧。 你有没有想过，当我们用完煤气忘了关掉阀门，有谁能替我们关上，当我们关上门要出去时，家里的水管总阀门和一些不需要一直供电的线路可以关闭，当我们回到家时，一切供水供电又恢复正常。 根据这些方便性和可编程序控制器(PLC）的的优越性，为此我设计用PLC来控制水电和煤气，它依靠热传感器.气敏电阻和触点开关来检测有无关紧阀门和人是否离家。实现自动化。具有安装维护简单.方便可靠.节能和安全等多种特性。关键词：西门子PLC 传感器 触点开关目 录 摘要.（2） 第一章 家庭自动化控制.（4） 1.1 引言.（4） 1.2 家庭自动化控制的特性.（4） 1.3 课题的设计理念和原理.（5） 第二章 可编程控制器的概述和选择.（7） 2.1 PLC的种类.（7） 2.2 PLC的定义及工作原理 .（7） 2.3 PLC控制的优点.（9） 2.4 PLC型号的选择.（10） 第三章 本设计的硬件部分.（11） 3.1 传感器.（11） 3.2 电磁阀.（12） 3.3 排气扇.(14)第四章 家庭自动化的程序设计.（17） 4.1 PLC输入输出分配表.（17） 4.2 PLC接线.（17） 4.3 PLC程序执行图.（18） 4.4 PLC的编程.（19） 结束语.（21） 答谢辞（22） 参考文献.（23）第一章 家庭自动化控制1.1 引言 在经济飞速发展的今天，人们也都习惯了日出而作，日落而息。繁重的工作压力已压的他们喘不过气，回到家还有大堆的家庭琐事要做，经常是一边在煲着汤，一边在忙着打扫房间。常常是汤都溢出还不知道，这给我们的安全带来很大的隐患。 家庭自动化控制给我们带来了很大的方便，它让我们在上班时不必担心早上做早饭时煤气阀门有没有关上或突然打雷了家里的电视是不是开在待机状态。正因为它给人们的生活带来了方便，所以深受都市白领的喜爱。 1.2 家庭自动化控制系统的特性 （1）安全性 1. 智能化控制系统，可自动检测煤气灶是否在燃烧，如果不燃烧了，可自动关闭阀门。 2. 具有自动检测是否漏气，如果漏气，警铃会自动报警，排风扇同时也打开。 3. 当你用钥匙关上门时，触点开关被锁头顶住，家里的的水电自动关闭。 （2）节能性 特有的门锁控制，让你在日常生活习惯中，改掉忘记关掉煤气，自来水和将电视机.饮水机一直处于待机状态等坏习惯。节省了一部分的生活开支。 （3）可靠性 1.电磁阀控制水管和煤气管，动作迅速，密封性好。 2.采用的气敏电阻和热传感器，具有灵敏度高，反应速度快，能及时准确的将信号传给PLC，使PLC迅速作出动作。 3采用高性能电源输入，不管电压摆幅多大皆可全自动稳压。此外在负载迅间短路时还有过电压及过电流保护措施设计，能有效保障运转的正确性安全性与耐久性。 （4）安装维护简单 采用免维护设计，施工非常简单。在移装时亦可简单拆分后再次安装使用。通过重新摆放传感器和触点开关的位置，操作简单。 1.3 本课题的设计理念和原理 本课题的设计理念来源于生活，意在消除人们的生活中存在的安全隐患，提高人们的生活质量。 设计原理是，当我们关门离开家时，用钥匙将门锁上时，门锁的锁头顶住凹槽里的触点按钮的触头，常闭断开，常开闭合，按钮将信号传给PLC，PLC再将信号传给继电器，从而将水和煤气的管道关闭，还将一些无须一直供电的线路断开。当我们回到家时，用钥匙将门打开，按钮利用内部的弹簧将触头顶出，常开断开，常闭闭合，按钮将信号传给PLC,PLC再次将信号传给继电器，此时控制水和电的继电器得电闭合，一切供水供电恢复正常。而控自煤气管道的电磁阀不得电，当我们要使用燃气灶时，按下燃气灶旁的按钮，电磁阀得电，煤气阀门打开，这时就可以点火了，当燃气灶燃烧时，按装在火苗旁的温度传感器一直给PLC传递一个信号，告诉PLC此时燃气灶是有人在使用的，当我们将火关掉，温度传感器又会传给PLC一个信号，告诉PLC此时火已经关闭，PLC便开始计时5分钟，我们可以利用这段时间来洗锅洗菜等，如果5分钟内再次打火，一切恢复到以前，一旦超过五分钟，煤气管道自动关闭，如还需使用，须再次按下启动按钮。 当煤气在使用过程当中，经常会遇到汤溢出，将煤气扑灭，而人又不在旁边。或者一些管道老化，造成煤气泄漏，这些都可得到解决。我们在燃气灶和管道附近按装了一个煤气传感器，一旦检测到煤气，报警器发出报警声，排气风扇打开，煤气管道关闭。 如此人性化的设计，不仅给我们的生活带来了方便，更为我们的安全考虑。第二章 可编程控制器的概述及选择 2.1 PLC的种类 在中国的市场上最具竞争力的有德国西门子公司、日本三菱系列、欧姆龙公司、AB公司所推出的PLC均为从小到大全系列的产品可满足各种各样的需求。 1. 三菱公司的产品： FX系列：为小型PLC，单元式，单机最大容量为256点。 A系列、Ans系列、Q系列、QnA系列;为模块式大型PLC,最大容量为8K点。 2西门子公司的产品有： S7-200:微型PLC,单机最大容量为256点。 S7-300:小到中型PLC单机最大容量为1K。 S7-400:大到超大型PLC，单机可组态点数过万点。 3.AB公司的产品有： Micrologix:PLC，微型单机最大容量为256点。 SCL500:小到中型PLC单机最大容量为1K。 PLC5:大到超大型PLC，单机可组态点数过万点。 4欧姆龙公司的产品有； Minisk20 . SRM1 . CPM1A . CPM2A等:微型PLC，单机最大容量为256点； C200 . SYSMAC . CQM1等；小到中型PLC单机最大容量为1K; 2.2 PLC的定义及工作原理 可编程序控制器是在继电器控制和计算机技术的基础发展起来的微处理器为核心的通过自动控制装置。PLC的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑算.顺序控制.定时.计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的.模拟的输入和输出，控制各种类型的机械机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计，按结构形式分：整体式和组合式(模块式）。整体式PLC包括CPU板.I/O板.显示面板.内存块.电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块.I/O模块.内存.电源模块.底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 按照可编程控制器系统的构成原理，可编程控制器系统由传感器.可编程控制器和执行器组成，可编程控制器通过循环扫描输入端口，执行用户程序来实现控制任务，其操作原理如图1.1所示。 1.1 PLC将内部数据存储器办成若干个寄存区域，其中过程映像区域又称为I/O映像寄存器区域。过程映像区域的输入映像区域的输入映像寄存器区域（PII）用来存放输入端点的状态，输出映像寄存器区域(PIO)用来存入用户程序（OB1）运行的结果。 PLC输入模块的输入信号状态与传感器信号相对应，为传感器信号经过隔离和滤波后的有效信号。开关量输入电路通过识别传感器0.1电平，识别开关量的通断。CPU在每个扫描周期的开始扫描输入模块的信号状态，并将其状态送入到输入映像寄存器区域；CPU根据用户程序中的程序指令来处理传感器信号，并将处理送到输出映像寄存器区域。 PLC输出模块具有一定的负载驱动能力，在额定负载以内，直接和负载相连，可以驱动相应执行器。2.3 PLC控制的优点 目前国内的装置电控部分大都是以大量的时间继电器和中间继电器组成的实序逻辑控制电路来控制各个阀门.电机的启停时间和顺序，在整个工作流程中各元器件动作很频繁，尤其是时间继电器在现场环境比较恶劣的条件下更是容易损坏，故障率高。经常造成装车工人被迫中断，降低了工作效率。而采用PLC控制系统则大大避免了上述问题。PLC控制系统与继电器控制系统相比有如下优点。 1.可靠性强，抗干扰能力强。 PLC生产厂商在硬件和软件上采取了一系列抗干扰措施，使他可以直接安装于工业现场而稳定可靠地工作。目前各生产厂商生产的PLC，其平均无故障时间大大超过了IEC规定的10万小时。而且为了适应特殊场合需求，有的PLC生产厂商还采用差异设计进一步提高其可靠性。 2. 通用性强，使用方便。 由于PLC均匀为系列化生产，品种齐全，多数采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便，用户可根据自己的需用灵活选用，以满足系统大小不同及功能繁简各异的控制系统要求。 3.编程语言简单，易学，便于掌握。 PLC的编程可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电器技术人员的欢迎。近年来又发展了面向对象的顺序控制流程图语言，也称功能图，使编程更加简单方便。 4. 对生产工艺改变适应性强。 5. 系统设计周期短。 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接触器控制系统少，只需将现场的各种设备与PLC相比的I/O端相连，而且PLC软件设计和调试太多可在实验室进行，模拟调试以后再将PLC控制系统安装到现场调试，这样既省时间又方便，由于PLC本身的可靠性高，又有完善的自诊断能力。一旦发生故障可以根据报警信息迅速查明原因，这样即保证了工作效率又维护了生产的正常进行。2.4 PLC型号的选择 1.本设计共需5点输入5点输出,依据性能结构，I/O点数，还有存储容量，特殊功能等方面，在选择中我们还要考虑到，功能要强结构要合理I/O控制要适当，输入，输出功能及负载能力要匹配，还有对通信，系统响应等要求。选用西门子S7-200系列CPU224型PLC.该基本单元I/O配置为14输入，输出为10，用户程序容量/W为4096，完全能够满足本系统的控制要求。第三章 本设计的硬件部分3.1 传感器1 传感器的定义： 能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的的器件和装置。2 传感器的种类： 传感器的种类繁多，分类的方法也各不相同。从传感器应用的目的出发，可以按被测量的性质将传感器分为：机械传感器，如位移传感器.力传感器.速度传感器.加速度传感器等；热工艺传感器，如温度传感器.压力传感器.流量传感器等；化学量传感器；生物传感器等。 3气体传感器 气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体，干燥或制冷处理仪表显示部份。将气体的成份，浓度等信息转换成可以被人.仪器仪表.计算机等利用的装置。 4 灵敏度的选择 通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的的输出信号值才比较大。有利于信号处理，但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的干扰信号。传感器的灵敏度也是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求也较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。5 响应特性 传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有一定的延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽。6 温度传感器火焰传感器的原理：燃烧咀(金属性质相当一电极)接地,离其约二厘米距离高处有一电极(能耐高温).当有燃气燃烧时两极间呈现低阻,经电路感知,燃气电磁阀保持通态供气,如意外燃气熄灭,两电极间呈现高阻状态,电路检测到该状态关闭电磁阀自动停止供气以保安全.原理就是空气与燃气的电阻值相差较大,检测该阻值判断是否有燃气存在.3.2 电磁阀1 煤气电磁阀适用于城市煤气、液化石油气、天然气等燃气管路作二位式通断切换进行自动控制的执行机构。煤气电磁阀的结构如图1.2： 1.2煤气电磁阀的结构原理：本电磁阀具有结构简单，流量大，寿命长，安全可靠等特点。 本阀系直动式低压电磁阀。控制介质通断的阀口密封垫，通过阀杆直接与活动铁芯相连。常闭电磁阀，断电常位时，靠衔铁自重、密封弹簧及介质压力将阀口封住，切断了被控介质的流道。电磁线圈通电后，电磁阀克服衔铁自重及密封弹簧、介质压力的作用力将活动铁芯连同阀口密封垫吸上，打开阀口，被控介质可流通。 煤气电磁阀工作性质：一般流通系数很小，而且工作压力差很小。比如一般25口径的电磁阀流通系数比15口径的电动球阀小很多。电磁阀的驱动是通过电磁线圈，比较容易被电压冲击损坏。相当于开关的作用，就是开和关2个作用。 煤气电磁阀的参考技术系数：工作介质煤气、液化石天然气电源电压AC22OV介质温度60检测范围10-20 M工作压差00.04MPa额定流量系数JB/T7352-94F规定2自来水电磁阀 适用与城市自来水控制，输油管道的液体管路作二位式的通断就行自动控制的执行机构。 自来水电磁阀结构特点如下图1.3:1.3自来水电磁阀的特点： （1）外漏堵绝，内外易控，使用安全。 （2）系统简单，便于接PLC，价格低廉。 （3）动作快速，功率微小，外形轻巧。 自来水电磁阀的技术参数：3.3 排气扇本课题所选用的排风扇主用于排出厨房里的油烟和天燃气等有害气体，其结构如图1.41.4排风扇的技术参数：额定的电压220V 输入功率 小于40W风 量大于9立方米每分钟噪 声 小于65db单相交流电机排风扇所选用的电机为单相交流电机，它具有结构简单.运行可靠.维修方便等优点，特别是可以直接用220V交流电源供电。其结构如图1.5所示。1.5 4.6 .2选择排风扇的注意事项1.排风扇的运转噪音要小。2.选择拆装方便的排风扇，太复杂的不好清洗。3.选择方型或圆型。4.选择塑钢材质，不可以选择铁质的，铁的容易生锈。5.拆洗时电机千万不能进水，防止电机损坏。第四章 家庭自动化的程序设计4.1 PLC输入输出分配表： 名 称符号输 入 名 称 符号输 出启 动 SB1 I0.0 供电继电器YV1 Q0.0 停 止 SB2 I0.1风扇继电器YV2Q0.1 触 点 开 关 SB3 I0.2 煤气电磁阀YV3Q0.2煤气传感器 I0.3自来水电磁阀YV4Q0.3温度传感器 I0.4警铃 HA1Q0.44.2 PLC接线4.3 PLC流程图4.4 PLC编程结束语 走的最快的总是时间，来不及感叹，学校生活已接近尾声，四年的努力与付出随着本次论文的完成，将要划下完美的句号。 这次接近两个月的论文设计，可以说是我四年所学的一个总结，它把四年所学的内容都放到一起，用自己想法去把它应用到工作生活去，这对我们这些还没走上社会的学生来说，可谓是一种挑战，幸亏学校为我们按排了指导老师，她们用自己的智慧和经验给了我们很大的帮助。 整个撰写过程中可谓也有很多的困难，从题目的确定到论文的撰写甚至连提交的时间，老师都帮我们作了详细的按排。每星期两次的会议是我们向老师提问的时间，每次我们都会把遇到的问题整理下来，老师总是会帮我们解决。其实我觉的论