工厂电气控制及PLC课程设计水塔水位控制系统

1、 题目： 水塔水位控制系统水塔水位控制系统 课程名称：工厂电气控制及工厂电气控制及 plc 课程设计课程设计院部名称： 龙蟠学院龙蟠学院 专业： 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 班级：m09 电气工程及其自动化电气工程及其自动化(2)班学生姓名： 学号： 课程设计地点： c314 课程设计学时： 2 周周 指导教师： 金陵科技学院教务处制成绩成绩目录摘要摘要.iiabstract.iii第一章第一章 绪论绪论.11.1 相关背景知识.11.2 课程设计的目的.11.3 课程设计的要求.11.4 课程设计的任务.2第二章第二章 水塔水位控制系统水塔水位控制系统 plc 硬件设计硬件设计.4

2、2.1 蓄水池的水位控制要求.42.2 水塔水箱的水位控制要求.42.3 选择机型.42.4 plc 输入/输出信号及地址分配.42.5 电气连接图.52.5 水塔水位控制系统的安全保护.5第三章第三章 水塔水塔水水位控制系统位控制系统 plc 软件设计软件设计.73.1 梯形图设计.73.2 基本 plc 语句对应指令.83.3 系统调试.8第四章第四章 课程设计总结课程设计总结.9致谢致谢.10参考文献参考文献.10水塔水位控制系统摘要随着科技的发展，无论在日常生活中，还是在工农业发展中，plc 具有广泛的应用。plc 的一般特点：抗干扰能力强，可靠性极高、编程简单方便、使用方便、维护方便

3、、设计、施工、调试周期短、易于实现机电一体化。plc 总的发展趋势是：高功能、高速度、高集成度、大容量、小体积、低成本、通信组网能力强。本水塔水位控制系统采用 plc 为控制核心，具备开启和全部停止功能，这是一种 plc 控制的自动调节控制系统。应用此控制系统能显著提高劳动效率，减少劳动强度。关键词：高集成度，通信组网，水塔水位，plcwater towers water level control systemabstractwith the development of science and technology, no matter in daily life, or in the i

4、ndustrial and agricultural development, plc has wide application. plc general features: strong anti-interference, high reliability, simple programming and convenient use, convenient maintenance, design, construction, commissioning period is short and easy to realize mechanical and electrical integra

5、tion. plc general tendency is: high function, high speed, high level of integration, large capacity, small volume, low cost, communication networking ability. this water tower water level control system adopts plc to control the core, have open and all stop function, this is a kind of plc control au

6、tomatic adjustment of the control system. application of this control system can significantly improve the work efficiency and reduce labor intensity.keywords：high level of integration, communication network, the towers were water level, plc第一章 绪论1.1 相关背景知识传统的供水系统大多采用水塔、高位水箱或增压设备，用水泵高出实际用水高度的扬程来“提升”

7、水位高度，以保证有足够的用水量。随着科学技术的不断发展，自动控制技术在我国的日新月异，继电器控制系统已跟不上时代的发展要求，取而代之的是可编程控制器，以 plc 构成的自动控制水塔系统已在住宅小区中广泛应用。 可编程控制器是在继电器控制的基础上逐渐发展起来的以微处理器为核心，集微电子技术、自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型控制装置，目前已在工业、农业、商业、交通运输领域得到广泛应用，成为各行业的通用控制核心产品。正在向更加可靠、操作简单、通用性强、价格低廉的方向发展，使自动控制实现起来更容易。在一般住宅或大楼顶楼常设置水塔或水箱以提供充足的水压供用户使用,另备

8、有地下水槽储存自来水公司提供的水源并给顶楼水塔进水使用。由于当前可编程序控制器(plc)技术已日趋成熟,因而考虑利用它来实现水塔/水箱供水控制。1.2 课程设计的目的（1）了解常用电气控制装置的设计方法、步骤和设计原则。（2）学以致用，巩固书本知识。通过训练，使学生初步设计具有电气控制装置的能力，从而培养学生独立工作和创造的能力。（3）进行一次工程技术的基本训练。培养学生查阅书籍、参考资料、产品手册、工具书的能力，上网查询信息的能力，运用计算机进行工程绘图的能力，编制技术文件的能力等，从而提高学生解决实际工程技术问题的能力。1.3 课程设计的要求（1）阅读本课程设计参考资料及有关图样，了解一般

9、电气控制装置的设计原则、方法和步骤。（2）上网调研当今电气控制领域的新技术、新产品、新动向，用于指导设计过程，使设计成果具有先进性和创造性。（3）认真阅读本课程设计任务书，分析所选课题的控制要求，并进行工艺流程分析，画出工艺流程图。（4）确定控制方案，设计电气控制装置的主电路。（5）应用 plc 设计电气控制装置的控制程序。可分为 5 个步骤：选择 plc 的机型及 i/o 模块的型号，进行系统配置并校验主机的电源负载能力；根据工艺流程图绘制顺序功能图；列出 plc 的 i/o 分配表，画出 plc 的 i/o 接线图；设计梯形图并进行必要的注释；输入程序并进行室内调试及模拟运行。（6）设计电

10、气控制装置的照明、指示及报警等辅助电路。系统应具有必要的安全保护措施，例如，短路保护、过载保护、失电压保护、超程保护等。（7）选择电气元件的型号和规格，列出电气元件明细表。选择电气元件时，应优先选用优质新产品。（8）绘制正式图样，要求用计算机绘图软件绘制电气控制电路图，用step 7-micro/win32 编程软件编写梯形图。要求图幅选择合理，图、字体排列整齐，图样应按电气控制图国家标准有关规定绘制。（9）编写设计说明书及使用说明书。内容包括阐明设计任务及设计过程，附上设计过程中有关计算及说明，说明操作过程、使用方法及注意事项，附上所有的图表、所用参考资料的出处及对自己设计成果的评价或改进意

11、见等。要求文字通顺、简练，字迹端正、整洁。1.4 课程设计的任务1.4.1 控制要求水塔水位控制示意图如图所示。当供水池水位低于低水位界限时（s4 为off 时表示） ，阀门 y 打开给水池注水（y 为 on） ，同时定时器开始计时；2秒钟后，如果 s4 继续保持 off 状态，那么阀门 y 的指示灯开始以 0.5s 的间隔闪烁，表示阀门 y 没有进水，出现了故障；当水池水位到达高水位界限时（s3为 on 时表示） ，阀门 y 关闭（off） 。当 s3 为 on 时，如果水塔水位低于低水位界限(s2 为 off)，水泵 m 开始从供水池中抽水；当水池水位在 s4 和 s3 之间时，水泵 m

12、继续保持抽水状态；当水塔水位到达高水位界限时（s1 为 on） ，水泵 m 停止抽水。图中，s1、s2、s3、s4 为液面传感器。图 1.2 水塔水位控制的实验面板图1.4.2 系统分析为了实现上述要求，首先列出 plc 的 i/o 分配表，并画出 plc 的 i/o 接线图，然后选择 plc 的机型及 i/o 模块的型号，进行系统配置并校验主机的电源负载能力。根据控制要求，编写梯形图及语句表，调试程序直到准确无误。1.4.3 硬件设计（1）列出 plc 的 i/o 分配表，并画出 plc 的 i/o 接线图；（2）选择 plc 的机型及 i/o 模块的型号，进行系统配置并校验主机的电源负载能

13、力；（3）设计必要的安全保护措施，例如，短路保护、过载保护、失电压保护、超程保护等。1.4.4 软件设计（1）采用模块化程序结构设计软件，首先将整个软件分成若干功能模块；（2）编写控制系统的逻辑关系图；（3）绘制各种电路图；（4）编制 plc 程序并进行模拟调试；（5）现场调试；（6）编写技术文件并现场试运行。第二章 水塔水位控制系统 plc 硬件设计2.1 蓄水池的水位控制要求当蓄水池水位低于下限水位即液压传感器 s4 为 on 时，进水口阀门 y 自动打开。当进水口阀门 y 打开一定时间后，液压传感器 s4 仍然没有变为 off，表明进水口阀门 y 出现故障或水塔无水，蓄水池水位故障报警。

14、当蓄水池水位达到上限水位即液压传感器 s3 为 on 时，进水口阀门 y 自动关闭。2.2 水塔水箱的水位控制要求水塔水箱的水位主要是保证用户有一定的用水量，所以其水位不能太低，不然就不能满足用户的要求。当水塔水箱水位低于下限水位即液压传感器 s2为 on 时，如果蓄水池水位不低于下限水位即 s4 为 off,水泵电机 m 自动启动。当水泵电机 m 自动启动一定时间后，液压传感器 s2 仍然没有变为 off，表明水泵电机 m 出现故障，水塔水箱水位故障报警。当水塔水箱水位达到上限水位即液压传感器 s1 为 on 时，水泵电机 m 自动停车。2.3 选择机型根据控制系统的设计要求，考虑到扩展和功

15、能，选用一台晶体管输出结构的 cpu224 小型 plc 作为控制中心，cpu224 的 i /o 点数为 24 点（14 入 10 出） 。2.4 plc 输入 /输出信号及地址分配根据上述水塔水位控制要求的分析，plc 的输入信号有蓄水池水位上下限液位传感器信号，水塔水箱水位上下限液位传感器信号。plc 的输出信号有进水口阀门控制电磁阀、水泵电机控制接触器、蓄水池和水塔水箱水位故障报警信号灯。由上述 plc 输入 /输出信号分析可知，选择 s7-200 系列的 plc 即可满足控制要求，其输入 /输出地址分配如表 1 所示。表 1 i/o 分配表 输入信号输入信号 输出信号输出信号水塔水位

16、上限液压传感器水塔水位上限液压传感器 s1 i0.1进水口阀门控制进水口阀门控制 yq0.0水塔水位下限液压传感器水塔水位下限液压传感器 s2 i0.2水泵电机控制水泵电机控制 mq0.1蓄水池水位上限液位传感器蓄水池水位上限液位传感器 s3i0.3蓄水池水位下限液位传感器蓄水池水位下限液位传感器 s4i0.42.5 电气连接图2.5 水塔水位控制系统的安全保护水塔水位控制系统的安全保护主要包括四个方面：短路保护、过载保护、失电压保护和超程保护等。具体体现在主电路图图 2.1 中。2.5.1 短路保护短路时熔断器 fu 的熔体熔断而切断电路起保护作用。2.5.2 过载保护采用热继电器 fr。由

17、于热继电器的热惯性较大，即使发热元件流过几倍于额定值得电流，热继电器也不会立即动作。因此在电动机启动时间不太长的情况下，热继电器不会动作，只有在电动机长期过载时，热继电器才会动作，用它的常闭触头使控制电路断电。2.5.3 失电压保护通过接触器 km 的自锁环节来实现。当电源电压由于某种原因而严重欠电压或失电压（如停电）时，接触器 km 断电释放，电动机停止转动。当电源电压恢复正常时，接触器线圈不会自行通电，电动机也不会自行启动，只有在操作人员重新按下启动按钮后，电动机才能启动。2.5.4 超程保护超程也叫超行程，术语多用于电力设备断路器。 超程是真空开关触头完全闭合后，动或静触头所能移动的距离

18、。超程的作用主要有以下几点：a)保证触头在电磨损后仍能保持一定的接触压力；b)触头闭合时能利用触头弹簧力缓冲，减小弹跳；c)在触头分闸时，使动触头获得一定的初始的动能，拉断熔焊点，提高初始分闸速度，减小燃弧时间，从而提高介质恢复的速度。如果超程太小，就不能保证触头在烧损后应有的触头压力，同时，初始分闸速度变小，会影响真空开关的开断关合和动热稳定性能，甚至产生重合闸弹振。若超程太大，会增加操作机构的合闸功，使合闸变得极不可靠。真空开关的超程取额定开距的 15%40%左右，10 kv 级真空开关的超程一般取 34 mm。现在的真空开关动静触头之间的接触一般采用平板接触，要保证接触良好，就要保证相当

19、的接触压力，超程是指开关动静触头接触后，触头弹簧的压缩行程，其目的是为了保证接触压力，从而保证开关接触良好第三章 水塔水位控制系统 plc 软件设计3.1 梯形图设计3.2 基本 plc 语句对应指令3.3 系统调试根据电气接线图安装接线，用编程工具将用户程序输入计算机，经过反复编辑、编译、下载、调试、运行、直至运行成功。第四章 课程设计总结这次课程设计的课题是 plc 系统理论与实践相结合的设计。在此时对以前学习的知识的挑战与突破。在对这个设计的材料搜索进行独立搜索时，对于办公软件的应用有了进一步的提高。同时在对搜集的材料进行整核，结合所学理论知识，以及实际应用操作的情况下，提高了实际操作和独立解决问题的能力。通过这次设计实践。让我更熟练的掌握了西门子的 plc 软件的简单编程方法，对于西门子的 plc 的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在理论的运用中，也提高了我的工程素质。刚开始学习西门子 plc 软件时，由于我对一些细节的不加重视，当我把自己想出来的一些认为是对的程序运用到梯形图编辑时，问题出现了。转换成指令表后则显示不出很多正确的指令程序，这主要是因为我没有把理论和实践相结合，缺乏动手能力而造成的结果，最后通过老师的纠正和自己的实际操作，终于把正确的结果做了出来，同样也看清了自己的不足之处。致谢本课程设计得以完成，首先要感谢高峰老