基于PLC农田水位系统设计

1、基础课程设计（论文） 基于 PLC 农田水位控制系统 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 学生学号：学生学号： 专专 业：业：电气工程及其自动化 信息技术学院电气工程系 20112011 年年 1111 月月 1616 摘要 面对日益严峻的水资源短缺的事实，使得人们越来越重视对水资源的保护， 节约用水应该从生活中点点滴滴做起。因此，此次课题设计是研究如何通过 PLC 可编程控制器设计一套农田水位控制系统，从而有效控制 农田水位，以减 少水资源浪费，同时通过自动控制减少人的工作量，并且能够更加准确的控制 农田水位，使农田水位保持在一定的有利于农作物生长的高度，更加有利于农 田的增产增收。

2、本文采用的是 GSK 液位控制器作为农田水位自动控制系统硬件 控制核心，对农田水位自动控制系统的功能性进行了需求分析。主要实现方法 是通过 GSK 液位控制器触点直接启停农田给排水水泵的控制电路。以更简单、 直接、有效地控制农田水位。再通过 PLC 可编程控制器加以实现。 关键词：关键词：水位控制，GSK 液位控制器，农田，三菱 F1 系列 PLC 目目录录 1 对于 PLC 的简单介绍 .- 0 - 1.1 PLC 的基本结构 .- 0 - 1. 2 PLC 的特点 .- 1 - 2 GSK 液位控制器控制农田水位系统设计.- 2 - 2.1 设计要求与实现方法.- 2 - 2.2 GSK

3、液位控制器原理、特点及应用 .- 3 - 2.3 农田水位系统设计主电路图.- 4 - 3 农田供水系统设计.- 4 - 3.1 农田供水系统装置示意图 .- 4 - 3.2 GSK 液位控制器触点直接启停农田供水水泵控制电路 .- 5 - 4 农田排水系统硬件设计.- 6 - 4.1 农田排水系统装置示意图.- 6 - 4.2 GSK 液位控制器触点直接启停农田排水水泵控制电路 .- 6 - 5 农田水位系统 PLC 控制设计 .- 7 - 5.1 I/O 口的分配 .- 7 - 5.2 农田水位控制系统梯形图.- 7 - 总结.- 8 - 参考文献.- 9 - 1 对于对于 PLC 的简单

4、介绍的简单介绍 1.1 PLC 的基本结构 PLC 实质是一种专用于工业控制计算机，其硬件结构基本上与微型计算机 相同，包括： 1、中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是 PLC 的控制中枢。它按照 PLC 系统程序赋予的功 能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O 以及警 戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当 PLC 投入运行时，首先 它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区， 然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，命令解释后按指令规定执行逻辑 或算数运算结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。等所有用户程序执

5、行完毕之 后，最后将 I/O 映象区各输出状态或输出寄存器内数据传送到相应输出装置， 如此循环运行，直到停止运行。 2、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为 用户程序存储器。PLC 常用的存储器类型如下： （1）RAM （Random Assess Memory） 这是一种读/写存储器(随机存储器)， 其存取速度最快，由锂电池支持。（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）这是一种可擦除的只读存储器。在断电情况下，存储器内的所 有内容保持不变。(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。（3） EEPROM(

6、Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种可擦除 的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。 3、输入/输出模块 输入/输出模块是可编程控制器与工业生产设备或工业生产过程连接的接口。 现场的输入信号，如按钮开关，行程开关、限位开关以及传感器输出的开关量 或模拟量(压力、流量、温度、电压、电流)等，都要通过输入模块送到 PLC。 4、扩展模块 当一个 PLC 中心单元的 1/0 点数不够用时，就要对系统进行扩展，扩展接 口就是用于连接中心基本单元与扩展单元的。模块随着可编程控制器在工业控 制中的广泛应用和发展，

7、各可编程控制器制造厂家已经开发出一系列的智能接 口模块，使可编程控制器的功能更加强大和完善。智能 1/0 接口模块种类很多， 例如高速技术模块、PLCA 控制模块、数字位基于 PLC 的变频恒压供水系统的 设计置译码模块、阀门控制模块、中断控制模块、智能存贮模块以及智能 1/0 模块等。 5、编程器 它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。有的编程器还可 与打印机或磁带机相连，以将用户程序和有关信息打印出来或存放在磁带上， 磁带上的信息可以重新装入 PLC。目前编程器主要有以下三种类型:便携式编程 器(也叫简易编程器);图形编程器;用于 IBM 一 PC 及其兼容机的编程器。 1.

8、2 PLC 的特点 (一) 高可靠性 1. 所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离使工业现场的外电路与 PLC 内部 电路之间在电气上隔离 2. 各输入端均采用 R-C 滤波器其滤波时间常数一般为 1020ms 3. 各模块均采用屏蔽措施以防止辐射干扰 4. 采用性能优良的开关电源 5. 对采用的器件进行严格的筛选 6. 良好的自诊断功能一旦电源或其他软硬件发生异常情况，CPU 立即采用 有效措施以防止故障扩大 7. 大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系 统,使可靠性更进一步提高 (二) 丰富的 I/O 接口模块 1. PLC 针对不同的工业现场信号如：

9、交流或直流；开关量或模拟量；电压 或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。 2. 有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备如：按钮；行程开关；接近 开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀。 3. 直接连接，另外为了提高操作性能它还有多种人-机对话的接口模块; 为 了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块等等。 (三) 采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型 PLC 以外，绝大多数 PLC 均采用模块化结构，PLC 的各个部件包括 CPU 电源 I/O 等均采用模块化设计， 由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组 合。 (四) 编程简单易学

10、PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说 不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。 (五) 安装简单维修方便 PLC 不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行，使用时只需将 现场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接即可投入运行，各种模块上均有 运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障，由于采用模块化结 构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复 运行。 2 GSK 液位控制器控制农田水位系统设计液位控制器控制农田水位系统设计 2.1 设计要求与实现方法 本次设计是通过 GSK 液位控制

11、器触点直接启动和停止农田中的给排水水泵， 以实现农田缺水时的供水，以及农田水位过高时的排水工作，以实现对农田水 位的自动控制工作。此次设计要求将农田的水位控制在 S0 到 S1 之间， （1）当 水位低于 S0 时供水水泵 M1 启动，运行状态指示灯 HL3.1 亮，向农田补水；当 农田水位达到 S1 时，供水水泵 M1 停止，热备用指示灯 HL2.1 亮。 （2）当农田 水位高于 S1 时，排水水泵 M2 启动，运行指示灯 HL3.2 亮，将水排出农田;当 水位下降到 S1 时，排水水泵 M2 停止工作，热备用指示灯 HL2.2 亮。同时供排 水电路还设有过载保护装置 KA 以及过载指示灯

12、KA1/KA2，当电路发生故障时 可以及时的显示并切断故障，保证运行安全。 2.2 GSK 液位控制器原理、特点及应用 GSK(YW-67)干簧管式浮球液位控制器 一、工作原理 GSK 干簧管式浮球液位控制器由大功率干式舌簧管（以下简称干簧管）作为主 要控制元件，干簧管装于导管内；浮球套于导管外，球内装有环形恒磁磁钢； 导管上部设有密封接线盒，内设接线端子，导管底部用螺纹底套密封，GSK 干 簧管式浮球液位控制器导管垂直定装于水塔-水箱-水池等开口容器内，GSK 系 列干簧管式浮球液位控制器浮球随水位变化而上-下升降，当水位降至被控制的 低落水位（或升至被控制的高水位）时，干簧管受到磁场的作用

13、，克服簧片复 原力矩，簧片动作（常开接点闭合，常闭接点断开），发出低水位或高水位信 号，并且作用于水位自动控制装置或水位报警装置。 二、技术特点 1、GSK 干簧管式浮球液位控制器具有结构简单，价格低廉，安装维修方便， 动作准确可靠，不受水位波动影响等优点 2、结构简单，安全可靠、灵敏度高和稳定性强 3、多种材质，适用各种工业及民用场合(PVC 采制、不锈钢材质等) 测量范围：06m 内用户任意选择（PVC 材质 L=05m） 介质密度：0.6g/cm3 介质粘度：0.07pas 工作压力：02.5MPa(PVC0.6MPa) 浮球尺寸：大球 127mm 小球 75mm 材质：8Ni/Ti 聚

14、四氟乙烯，聚氯乙烯，不锈钢 出线接点：电缆防水接头（PG11 型） 三、GSK(YW-67)干簧式浮球液位控制器应用范围 GSK 干簧管式浮球液位控制器（杆式浮球液位控制器、多点开关量输出控制） 适用于工矿企业、民用建筑、科技研究领域中的水塔、水箱、水池等的水（液 位自动控制或报警。同时也可广泛应用于环境保护的“三废”处理排污放液的设 施之中。 2.3 农田水位系统设计主电路图 图 2.3 农田水位系统主电路图 3 农田供水系统设计农田供水系统设计 3.1 农田供水系统装置示意图 图 3.1 农田供水 GSK-B 装置示意图 3.2 GSK 液位控制器触点直接启停农田供水水泵控制电路 图 3.

15、2 GSK 液位控制器触点直接启停农田供水水泵控制电路图 控制开关 SA 已在合位，为启动水泵做好电路准备。水位下落到规定位置， 水位控制器 SL2 动和触点闭合，接触器 KM 得电动作，电动机得电启动运转， 泵工作。水位上升达到规定位置，水位控制器 SL1 动断触点断开。接触器 KM 断电释放，电动机断电停止转动，泵停止工作。 4 农田排水系统硬件设计农田排水系统硬件设计 4.1 农田排水系统装置示意图 图 4.1 农田排水 GSK-1A 装置示意图 4.2 GSK 液位控制器触点直接启停农田排水水泵控制电路 图 4.2 GSK 液位控制器触点直接启停农田排水水泵控制电路图 控制开关 SA

16、已在合位，为启动水泵做好电路准备。水位上升到规定位置， 水位控制器 SL2 动和触点闭合，接触器 KM 得电动作，电动机得电启动运转， 泵工作。水位下落达到规定位置，水位控制器 SL1 动断触点断开。接触器 KM 断电释放，电动机断电停止转动，泵停止工作。 5 农田水位系统农田水位系统 PLC 控制设计控制设计 5.1 I/O 口的分配 农田水位系统的 I/O 口分配及接线图如下： 输入 继电器 输入变量名 输出 继电器 输出变量名 X0低水位开泵开关Y0供水水泵 M1 X1停泵开关 X2高水位开泵开关 Y1排水水泵 M2 表 5.1 农田供水系统 PLC 的输入/输出接口分配表 图 5.1

17、农田水位控制系统 I/O 接线图 5.2 农田水位控制系统梯形图 图 5.2 农田水位控制系统梯形图 0 LD X0 1 OR Y0 2 ANI X1 3 OUT Y0 4 LD X2 5 OR Y1 6 ANI X2 7 OUT Y1 8 END 图 5.3 指令表 总结总结 课程设计是我学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次所做的 基于 PLC 的农田水位控制系统的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的 结合，锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高 我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整 体设计的掌控，对局部设计的取舍，以及对细节设计的斟酌处理，都使我的能力得到了锻 炼，经验得到了丰富，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到 的，也正是我们进行毕业设计的真正目的所在。 参考文献参考文献 【1】宋文绪 扬帆.自动监测与转换.北京：高等教育出版社，