【基于PLC控制系统的水塔水位设计6300字（论文）】

基于PLC控制系统的水塔水位设计目录TOC\o"1-3"\h\u88251绪论 III1绪论自从改革开放以来社会的飞快发展和人们对品质生活需求的不断提高,自动化生产水平的提高和进步,过去的供水系统控制精细程度低,对资源很高,而对比先进供水稳定性和可靠性也非常落后,因此传统的供水系统供水系统已取代了PLC水塔水位控制系统。在广大人民群众日常生活和企业的生产中,就要特别准确地对存放设备当中的各种水位信息进行监测,如:供水槽、蓄洪池、水塔、锅炉等各类存放设备的蓄水容器,在日常生活中也就是:公共厕所的自动冲洗式蓄水系统、自动电热开水机的自动处理和补水功能。因此需要设计一个特别精细度高,性能好且非常稳定可靠的水位控制系统,所采用的是由PLC技术控制的一个水位控制系统。有着十分重要技术意义的一种PLC自动控制大型水塔使用供水系统,,基于这种PLC控制水塔使用水位的控制供水系统广泛化和使用正日益飞速地改变现代生产生活的方式和人们日常生活。2控制要求2.1控制系统框图使用PLC作为核心控制中心,使用PLC指令控制供水电机,送水设备,储水设备,指示灯,如图2.1所示:图2.1简易控制系统框图PLC控制系统:该系统主要对动作发生设备进行发出指定动作指令,将各个部分连接通信,充当该系统的首脑部分。供水电机:执行水的搬运,完成需要水量的输送存放,充当该系统的肢体部分。送水设备:对供水电机送来的水资源,进行加工处理,完成送水输水等等。储水设备:对供水电机送来的水资源,进行加工处理,完成储水蓄水等等。警示灯:各部分设备的信号放大,告知生产工作人员,提醒更换、维修等故障操作。2.2硬件布局图液体传感器液体传感器图2.2水塔水位控制装置图水塔水位的工作方式:要求1:当检测系统检测到水池水位低于水位下限S1处,此时电磁阀通电,随即开始向水池注水。要求2:当注水经过5S后,当前水池水位还没有超过水池水位下限S1处,电磁阀断电,停止注水,系统发出报警,提醒工作人员检查水池供水系统。要求3:当水池供水系统正常运行时,电磁阀持续通电,往水池继续注水,直到水池水位达到水池水位上限S2处,停止注水。要求4:与此同时,水塔的检测系统检测到水塔水位低于水塔水位下限S3处,并且水池的检测系统检测到水位已经达到水池水位上限,水泵才能通电,开始往水塔送水,直到水塔水位达到上限水位S4处,水泵停止工作。同时电磁阀断电,停止往水池注水。2.3设计要求本系统设计从宏观经济上有效率地控制了对水资源利用损耗大的供给供水系统,在结构上进一步完善优化水源供水系统,使其使用可以在很大一定部分程度上有效节省了系统人力物力的管理费用和财政支出;在提高系统使用性能上,大大提高了供水实时效率,能够及时发现供水过程中的问题以及可以有效利用供水系统对水资源的控制;在功能上改变了传统的人力物力的大量投入,转变为非常先进的机械供水方式,并能长期有效管理还能在此供水基础上不断升级,能使其适应各种气候和环境,极大程度上提高了我国居民生活水平和企业生产效率。3主要设备的选择3.1PLC选择本设计属于机械工作系统,考虑到PLC的稳定性,我们依旧选择老品牌三菱,精度要求与时间响应速度较高所以选择晶体管输出型PLC,本次设计为13个I/O口设计,考虑后期更改产品工艺问题,选择I/O口数量多一些的PLC型号,所以结合实地使用情况,本设计采用FX3U-128MT/ES-A型PLC,其中输入点是内置的64入/64出（晶体管漏型）,由于条件原因,只能在网上参考选型。三菱FX3U-128MT/ES-A推出的拥有多口径可扩展数据输入和单口输出,模拟量精度监测和数据通讯、其他功能的可扩展性。它是一种采用比较多数排列顺序进行市场上控制的三菱PLC。三菱FX3U-128MT/ES-A在超小型机的各种结构、高速、优越性能等各个方面都被普遍认为是目前三菱FX系列产品中技术档次最高的超小型程序设备,除了单片机可以实现输入输出的最大扩展点数为256点。（特殊扩展：最多8台）

与CC-Link远程I/O的合计最大为384点。还因其具有广泛的应用范围包括无线网络连接、模拟和控制、定位监视器等多个项目。础部件之间专门特殊使用,是一套能够满足PLC广泛使用需要的设备。三菱FX3U-128MT/ES-A它是一款功能强大的小型PLC,它可以将其扩展为多达128个I/O点,而且还可以在其中添加专门的功能模块或者扩展板。通讯及数据连线选择使FX2N在音量、通讯、网络等重要应用领域中获得了完美的应用,以及一些特别重要的功能模块。图3.1FX3U-128MT/ES-A的实物图3.2水泵的概述水泵是一种用来输送加压液体或者进入加压器液体中的一种机械加压工具。它将一台液体原动机或其中的内部机械作动能或其他外部的机械能量直接通过传递输送到固态液体,使得固态液体的输送能量大大地得以增加,主要被广泛用于液体输送的固态液体材料有液态水、油、气体及其混合物和各种类型液态有色金属等。确定吸力水泵使用性能的一个重要工程技术指标,它主要具有水泵流量,吸力,头,轴功率,水力,效率。按照不同的实际使用量及工作量和原理,它们又被明确划分分别为小型容积式传动水泵,叶片式传动水泵。叶片泵主要原理是通过电机利用带动旋转泵的叶片与泵内自来水的相互作用而直接产生的各种能量,容积传递泵就是通过电机利用它们在一个工作室内带动容积量的变化而直接产生的各种能量进行传递。叶片泵能源就是一种可以利用自动泵或回转泵的叶片和输送水的动力交换器或机械水的运动方式来向叶片泵内部液体传递水的能源。工作状态:在水位系统正常工作时,水池的水位到达高水位上限处,PLC就会给出一个指令,使电动机开始工作,随及水泵开始往水塔里抽水,当PLC检测出水塔的水位达到高水位时,就会发出指令,水泵停止工作。图4.2叶片泵图4.3容积泵选择水泵的一般原则为1、满足流量和扬程的要求;2、水泵发动机在长时间内的运行中,水泵各个工作点的效能是最好;3、根据所需要确定的水泵类别及台数而设计的水泵车站,要求是设备及土建成本尽量低;4、.易于操作和维护,管理成本更低但是在普遍广泛应用的新型给水系统中,水塔高度都必须要求是在30米以上的新型水泵驱动电机上才能够正常进行的,当抽水时,水泵驱动电机的电力资源需要消耗比较多,同时由于每台水泵驱动电机都需要更换一台装置水泵进行备用,故在各种应用情况下经过综合考虑之后将每台新型水泵驱动电机的输出功率提升到额定。均经过了筛选,设计为11kw,型号参数分别为60Y2-160M2-2,其中最主要的两个参数分别是额定功率输出输入电流转速为24.23a,额定输出电流转速及其控制参数为970r/min。该新型水泵的最大扬程长度可达40米,流量速度控制在35立方米/小时3.3液位开关本工程在设计中需要同时检测出蓄水池和蓄水塔两个场所的水位信号,因此我们选择了欧姆龙公司制造的61F-GN-GN型电极液位开关。这种液位开关可以当做是一种电气动液位的检测。广泛应用在高层建筑、住宅污水及钢铁、食品、化工、制药、半导体等工业、农业用水、水净化领域、污水处理等液位控制。一旦控制电极与运动液体之间发生自动接触,通过这种电路液体就自然可以自动打开一个自动关闭的控制电路,根据对液体流量的分析检测和确定液位自动控制的开关工作运动原理,即我们通常称之为具有导电性的液体,它作用于对一个液位控制开关的自动控制。进行液体电位精确检测时,直接通过电极检测一个位于液体的两个驱动电极间的两个电阻,根据它们的电阻大于或者说是小于己经精确设定的两个两极电阻值,来准确地直接判断检测系统中到底有无固体液面,61F-GN-GN型两个没有电极式的固体液位检测开关中它所包含的只有三个而当电极正好时就可以直接用于本次检测系统中对液体水位的精确检测,同时它们的大于OFF型电流正好控制在4.5ma以下且小于OFF型的电流1.5ma以下,这才能真正满足各种液位选择型和PLC的液位输入特殊型的性能控制要求。工作状态:在水位系统正常工作时,水池的水位到达高水位上限处,液位开关就会向PLC给出一个信号,使电磁阀和电动机开始工作,随及开始往水塔和水池里进水,当检测出水塔的水位达到高水位时,液位开关就会向PLC发出信号液位开关,然后水泵立即停止工作。图3.41F-GN–GN型电极式液位开关外观及外部尺寸3.4电磁阀电磁阀主要指的是一种可以利用空气和电磁力对其进行自动化生产中的控制装置,也是用来对流体在运动过程中,自动化控制过程中所需要的一种基本元器件,它只能够适用于执行器。它不仅仅局限于液压和空气流动的生产过程中,同时也适用在自动化生产过程中介质运动的主导方向、流体的流量、转矩及其他参数进行调节。这种电磁阀是可以应用在各种电路环境中,达到预期的控制效果,而且这些电磁阀控制的精确性和灵活度也都得到了保障。电磁阀控制系统不同工作位置的各种电磁阀类型多样,各种电磁阀的类型也不一,最常见的类型有检测阀、安全控制阀、方向器和控制阀、加速器和自动调节阀等。电磁阀的测量选型首先我们认为应该严格地要求遵循安全、可靠、适合现场使用、经济性四项最初测量规定,其次我们就是现场工作环境使用条件六个重要的测量方面(主要即电气管路传动参数、流体参数、压力传动参数、电气传动参数、运行控制方式、工艺技术要求、特殊使用情况等)。1、根据现场管道的内径尺寸或流量要求,确定管道的直径尺寸;1)接口管理的方式,一般>dn50要求学生选择合适的法兰接口,≤dn50则学生可以根据不同的用户信息情况和学生需求的自由进行选择。2、根据流体的参数可以选择电磁阀:材料、温度等级组1)使用具有高抗腐蚀性的各类流体:实际安装时使用应尽量严格选择安全抗腐蚀的碳钢电磁阀及全弹性不锈钢;各类食用食品超净液:实际使用时安装应尽量严格选择符合食品消毒等级的安全不锈钢管及电磁阀;2)对于高温流体:一定要考虑可以选择一种具有优良耐高温的电工技术材料和特殊密封性材料来设计生产制造的电磁阀,而且还需要尽量选择各种活塞式或不同的结构;3)大到有的都是流体流动口径大于状态:大的有到流体口径有的主要是对于气态、液体或固态混合物,特别多的是对于当流体口径状态大于c/dn25时,必须区分:4)电磁阀的流体黏度:电磁阀的黏度:通常在以下50cst可以随心选择,如果黏度超过这个数值,则应该考虑选择一种高黏度的电磁阀。3、根据各种应用压力控制参数还可选择适用电磁阀的:及其工作结构原理及阀体结构及其类型及各品种1)额定压力:该参数与其他通用阀门的意义相同,并以管道的额定压力为基础;2)设备工作的单位压力:如果一个设备工作的单位压力较低,必须仔细考虑压力是否完全能够考虑选择直接或者符合分步间接传动作用的一种工艺工作原理;当最小的两个工作压力电流间的压差通常大于0.04mpa以上时,可以考虑选择直动式、分步直动式和分步先导式。4主电路设计水塔式水位自动控制系统的主集成电路如图所示:图4.1水塔水位控制系统主电路图由三相管的电流在一个进线器的端口上连接进入到一个主控制电路中,其中一个按钮电源开关接点QS就起到了短路隔离二次熔断电源的保护功能;利用熔接分断器FU对放在主控制上的电路运行做出电源短路熔断保护,常常打开一个按钮开关SB来使主控制上与KM上的电磁驱动线圈通过熔断;该机对主控制电路的电源连接与短路分断器的工作则按照要求依靠接触器上与KM的三个不同主触头接点SA来连接完成。在过流控制电路中通常采用一个熔源阻断器FR来做为一个小的短路过流保护;如果我们合上了主电路的电源的开关QS。启动:按下启动电源键,然后后按开关SB通过继电器KM,再使电动机M通电,从而得到的交流电。然后在电流通过KM线圈主触头接点后,自动闭合。闭合:等M触点与电路中电机触点重合时,便能使主电路通电并继续正常运转。停止:当我们松开按钮开关SB,在此时继电器KM线圈失电,则会导致KM主触点分断隔开,电路停止通电,随后电动机M停止工作。5PLC控制电路5.1I/O口的介绍及分配表本次设计我用的是三菱PLC编程软件GXworks2模拟演示使用组态及部分实物共同完成模拟运行。根据所需设备现在将设备进行I/O分配如表5.1.表5.1水塔水位系统PLC的输入/输出接口分配表输入继电器输入变量名输出继电器输出变量名X0控制开关Y0电磁阀X1水塔水位上限开关Y1抽水电机MX2水塔水位下限开关Y2水池下限指示灯D1X3水池水位下限开关Y3水池上限指示灯D2X4水池水位上限开关Y4水塔下限指示灯D3X5液位传感器Y5水塔上限指示灯D4Y6报警指示灯D55.2硬件接线图这是我们一个重要的单体可以进行控制的最小系统,没有一种特殊的控制技术要求,它只能在电路中拥有6个触点来对其进行控制,开关量和输出触点总共有13个,只需要我们所设计和选择的企业一般都是采用中小型控制器。据此,我们就能得到两个输入和一个输出点之间的地址区域分布。水塔安装水位自动控制管理系统中的I/O接线图主要说明内容如下:图5.1水塔水位控制系统的I/O接线图6系统软件控制设计6.1系统流程图水塔水位控制管理系统的PLC控制流程图,根据教学设计发展要求企业控制流程图如下:图6.1系统流程图将储水的水塔和蓄水的水池,最初的状态设置为零,并且四个高低限位水位状态为工作中。当我们需要进行供水操作时,液位传感器通过扫描水池液位后,得到电路信号指示是当前的水池液位低于水池的水位的下限时,那么电磁阀就自动合上通电,然后往蓄水水池里面开始注水。如果在往水池进水持续时间超过5秒后,而此时水池的水位没有达到水池的水位下限处,则说明水池的控制系统中出现了故障,然后就会发出警报,提醒操作人员检查电路。如果在5秒中,水池的水位超过了水池的水位的下限处,则表示本次注水操作正常运行。此时,如果水池内的水量达到水池的水位上限,随即开始向水塔供水。如果在往水塔进水持续时间超过5秒后,而此时水塔的水位没有达到水池的水位下限处,则说明水塔的控制系统中出现了故障,然后就会发出警报,提醒操作人员检查电路。当注水达到水塔的最高限位时向系统发出信号,随即水泵停止抽水,整个系统停止运行。6.2梯形图图6.2GXWorks2模拟梯形图7总结毕业论文是我在学习和发展阶段进行一次非常难得的理论与实际情况相互有机地融合的契机,通过这次所做的基于PLC的水塔水位控制管理系统的教学设计,我彻底摆脱了单纯的理论研究,知识教育学习生活状态,和实际教学设计相互融合,提高了我综合应用所学知识运用自己所学的相关专业技术和基础文化知识的水平,解决了企业实际操作中应用于工程方面所存在问题的知识和技术能力,同时也大大提高了我在查阅相关文献资料、设计技术手册、设计操作规范以及电脑制图等其他专业技术课程的分析水平,而且还使得我能够有效地通过对于整体结构设计把握,对于局部性的问题进行分析。

参考文献[1]胡学林.《可编