基于PLC的消防水塔水位控制系统设计

毕业设计(论文)图书分类号：密级：毕业设计(论文)基于PLC的消防水塔水位控制系统设计DESIGNANDIMPLEMENTATIONOFWATERLEVEROFFIRECONTROLTOWERBASEDONPROGRAMMABLECONTROLLER学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：日期：学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名：导师签名：日期：II摘要世界在不停的发展，农村城市化的脚步一步步加快，人们对生活的要求也跟着一步步上升。居民区内的供水水位系统也愈发关键了。不仅要满足人们平时大量的用水需求，在发生火灾的时候，水塔也可用做消防用途。所以水塔提供水资源的稳定程度，费用问题，决定了居民用户的平常生活与生产。现在我们家周围的小区，尤其是其中的老小区，水塔水位系统在自动化方面还有很多缺陷，完成机组的操控都要靠执勤人员人工运作来做到，十分的麻烦，并且人为手动工作没有办法根据整个系统的液面位置以及水压的波动立即展开应对。因此挑选一款满足人们需求，安全，性价比高的供水方法，成了新水塔水位系统设计的关键。本设计考虑到高层用户生活与消防的需求。根据S7-200系列PLC设计了一个消防水塔水位系统。整个系统中包含了压力传感器，液位传感器，热继电器，PLC，水泵机组等。本设计的自动控制依靠调节水塔的水位来完成，满足了实用可靠，性价比高，优秀，容易操作等要求。关键词水位；消防；PLC；自动控制AbstractWiththecontinuousdevelopmentofsociety,cityconstructionprocesscontinuestoaccelerate,People'slivingstandardscontinuetoimprove;Thevillagewatersupplysystembecomesmoreandmoreimportant,Notonlytomeetthedemandofpeoplealotofwateratordinarytimes,intheeventofafire,awatertoweralsocanbeusedasfireprotectionpurposes.Nowourhousearoundthevillage,especiallytheoldvillage,therearestillmanydefectsinwatertowerwaterlevelsystemintheautomationoftheunitcontrolmustdependondutypersonnelmanualoperationtodothis,thecomplicatedtooperate,andmanualcontrolcan'tforthechangeofwaterlevelandwaterpressurewatersupplysystemrespondinatimelymanner.Chooseameetthedemandofpeople,sosafe,cost-effectivewatersupplymethod,anewdesignofwatertowerwaterlevelsystemrequirements.Basedonhigh-riseresidentialuserlivewithrequirementsoffirecontrol,designasetofbasedonSiemensS7-200seriesPLCsystemoffirefightingwatertowerwaterlevel.Watersupplysystemcontainsapressuresensor,liquidlevelsensor,thermalrelay,programmablecontroller,pumpmotorgroup,etc.Thisdesignbycontrollingthewatertowerwaterleveltorealizetheautomaticcontrolofthewholesystem,canmeetthepracticalandreliable,cost-effective,good,easytooperateandsoon.KeywordsWaterlevelFirecontrolPLCAutomaticcontrol毕业设计(论文)PAGEPAGEIV目录31413摘要 I8014Abstract II283791绪论 1169842可编程控制器的概述 2212182.1可编程控制器的出现、含义以及特点 2194472.1.1可编程控制器的出现 2157592.1.2可编程控制器的含义 3315972.1.3可编程控制器的特点 4200502.2PLC的结构以及工作原理 489242.2.1PLC的结构 496022.2.2PLC的工作原理 694572.3PLC的发展以及应用 7143162.3.1PLC的发展 753342.3.2PLC的应用 880533可编程控制器S7-200概述 9129803.1S7-200概述 9230603.1.1S7-200的优点 944313.1.2PLC的类型 9126683.1.3S7-200系列的应用范围 10218933.2S7-200的结构和通信 1064413.2.1S7-200的结构 10180983.2.2S7-200的通信技术 11321683.3S7-200系列主要技术性能指标 11243924.1基于PLC设计的理论依据 1359704.1.1理论依据 13182084.1.2采用PLC的必要性 1391864.2系统研究的主要内容 14115934.3系统组成以及原理图 14177874.4系统控制流程 16259575供水系统的硬件设计 17315145.1系统硬件选型 1732805.1.1系统水泵、电机选型 1714345.1.2系统电路元件的选型 17241065.1.3系统PLC的选型 20260185.2系统电路分析与设计 21199585.2.1系统主电路的设计与分析 21169515.2.2系统控制电路分析以及设计 2385556供水系统的软件设计 26176206.1程序流程图设计 26309026.2系统主程序设计和梯形图 2779796.3子程序设计和梯形图 3020524结论 4020475致谢 4122599参考文献 4216289附录 43PAGE91绪论人们正常生活离不开水源以及电等，然而我国的高层楼房送水，工厂送水上面技术相对而言低端，自动化水平有所欠缺。伴着我国的GDP的不断发展，我国居民的衣食住行水准也在日益加强，城镇化进程不断加快，各类小区发展也非常迅速，所以对小区基本的设备质量功能也愈发高了起来。而居民的生活用水量日益加重，同时火灾在小区中也是时常发生，所以水塔水位系统成了这里面尤为重要的一方面。从前的小区水塔水位控制方法人工化操作程度很高，完成机组的操控都要靠执勤人员人工运作来做到，十分的麻烦。并且人为手动工作没有办法根据整个系统的液面位置以及水压的波动立即展开应对。根据以上信息，我国老旧水塔水位控制方法或多或少存在稳定性不高，自动化水平低，电力资源浪费等问题，给居住者的常规衣食住行与工作中的用水造成了不便。如今的水塔水位系统逐渐面向自动化与高效化。因此，在PLC技术基础上设计的消防水塔水位控制系统使供水变得更加高效节能化与自动化。下面几个部分展现了它强大的性能：其一是十分节约电力（电机不会全天连续工作）；其二是系统刚开始运转的时后可以减低电流给电网造成的损坏；其三是在短时间没电或者检修时能不断水。本设计考虑到高层用户生活与消防的需求。根据S7-200系列PLC设计了一个消防水塔水位系统。整个系统中包含了压力传感器，液位变送器，热继电器，PLC，水泵机组等。本设计的自动控制依靠调节水塔的水位来完成，满足了实用可靠，性价比高，优秀，容易操作等要求。这个设计拥有自动以及手动两个操作方式。依靠这两个操作方法能实现对三台水泵的操控。使用星形-三角形低压起动的方式来实现三项电机的起动。利用“一备两主”的运作方法。借助于热继电器来查看短路故障还有电机过载的问题，而水泵出水口水压则用压力传感器来监测。用液压输送器来检查水塔液面位置。整个供水系统通过PLC，接触装置还有继电装置完成水泵机组的操控，从而达到送水的目的。结合上面提到的需求，设计控制系统。选择硬件装置（包括选择PLC，计算所需I/O接口数并完成I/O单元选择），制作系统硬件接线图（包含I/O接线图，硬件装配图，规划I/O点数并且做出I/O规划表），动用掌握的软件完成梯形图REF_Ref20903\r\h[1]。本设计具有系统接线简单，操控性强，运行可靠，稳定性强，经济节省，维护投资少等优点。充分发挥了PLC技术在整个设计中高稳定，高自动化的特点。本设计具有一定的可行性。2可编程控制器的概述2.1可编程控制器的出现、含义以及特点2.1.1可编程控制器的出现随着工业生产需求的日益加剧，一种新的技术，一个新型的设施被人们发明出来。在可编程控制器诞生以前，电气连接电路里面主要靠继电器来作为主要元件，来体现生产的自动化能力。一个繁琐的控制电路中可能会有好几千只继电器，它们需要几万条导线连接。放置它们也需要使用巨大的地方，而且在连接这些继电器的时候也十分繁琐，浪费了大量的时间。在那些继电器开始工作的时候，会发出巨大的噪音，耗损成吨的能源。并且为了确保水塔水位系统的正常化运转，只得配大量的人手对其检修。一旦其中哪个继电器发生了故障，或者某个继电器出现连接不良的问题，就可能对这个系统完好的运转造成破坏。一旦系统出了问题，要想找出问题并解决问题也是很困能的。更重要的是变换加工方法的时候，也许会加装大量继电器，改变接线或者从头开始连线又会变得十分繁琐。虽然工作量十分巨大，它也只是能完成定时或计数的简单操控。人们急切的需求新一代的操控设备去替代这种过时的设备。而这种新一代的操控系统必须满足工作可靠，能接受生产工艺变化，维护方便等要求。因而，最早的可编程控制器在这种情况下出现了。全球最早的PLC是在60年代未期由美国数字设备公司研制生产的,此前汽车制造过程全部是用继电器设施完成的,那时美国工业已经很发达,汽车更新换代周期短,相应的每一次修改都直接让继电器控制设施再次改变和摆放,一定范围内阻止了汽车周期的进一步减少，美国通用汽车公司（GM）提到了研发新的控制器来代替传统继电器设备的10项要求来改善这种现象，具体参考下图2-1REF_Ref21448\r\h[2]：N具体要求1可靠性高于继电器控制系统2体积小于继电器系统3输出为交流115V/2A以上，可直接驱动电磁阀、接触器等4数据可直接送入管理计算机5维修方便，采用模块化结构6成本可与继电器系统竞争7编程方便，可现场修改程序8用户程序存储器容量至少能扩展到4KB，扩展时对原系统变更最小9可靠性高于继电器控制系统10输入可用交流115V图2-1具体要求美国DEC公司在1969年开发出全球首台PC，并且有效运用于通用汽车公司自动化组装线之中REF_Ref21448\r\h[2]。PC产生到现在还不到30年，便以其功能强、应用灵活、结构简单、编程简易、使用方便、稳定性高等许多优势很快在美国的其余工业方面获得宣传和使用，并迅速应用到世界各国的军、民用等各个领域。PC的演变过程参照下表2-1：表2-1PC演变过程PC初期阶段（60～70年代中期）这时的PC事实上被称作可编程逻辑控制器，重点进行逻辑运算、定时、计数以及顺序控制，硬件上采用准计算机的结构方式。其可靠性、方便性都比较高。PC中期阶段（70～80年代中叶）PC在小型处理器的影响下出现了翻天覆地的改变，PC的性能得到了巨大的提升，软件领域和初期相比添加了计算、分析、传递信息、自我检测的能力；硬件方面增加了模拟量及各种特殊模板，再一次增加了它的稳定性。PC近代开发阶段（80年代中叶）特大范围集成电路的使用令PC的CPU等级出现了飞跃，与此同时各厂商又研发了专门的逻辑运算芯片（ASIC），使PC软硬件出现了十分大的改变，这个阶段就是小型PC，其功能也大大提高，微型机拥有巨大的网络能力2.1.2可编程控制器的含义可编程控制器简称PC。由于计算机又叫做PC，所以容易产生混淆，如今人们依旧把他叫做PLCREF_Ref22791\r\h[3]。国际电工委员会在1987年发布的PLC标准草案里面对PLC做出如下定义REF_Ref22007\r\h[3]：“PLC为一类为了在工业中使用才开发研究的数字操控计算的专用设备REF_Ref22007\r\h[4]。其使用了可以编写程序的存储器，可以在他内部放置进行顺序计算、逻辑运算运行，还有定时等多种操控的命令REF_Ref22007\r\h[4]。PLC的设计要求其一是要方便于扩充它的性能，其二是和它相关的外部装置在和工业控制系统构成整体的时候连接要十分便捷REF_Ref22007\r\h[4]。”PLC属于将小型处理器作为中心，把通信功能，还有自动化功能以及小型计算机技功能相结合的一种具有高稳定性的新一代自动化工控设备。在30年的发展历史中，PLC从工业操控里面的连线控制突破到了逻辑控制；取得了逻辑控制到数控的飞跃REF_Ref20903\r\h[1]。PLC于当今社会已经变为在工业控制方面运用最广泛的设备了。已经变成工业自动化生产里面不能够缺少的设备。综上所述，PLC是通过计算机以及继电器操控功能之上衍生而来的，并且慢慢变为把小型处理装置作为中心，将自动化功能，通讯以及计算机功能相结合的新一代工控设备。2.1.3可编程控制器的特点PLC的特点具体请见下表2-2；N特点1编程方法简单易学2功能强，性能价格比高3硬件配套完善，操作起来简单4稳定性好，防干扰性能出色5装备，调节以及程序编写便捷6维护简单7体积小，能耗低表2-2PLC特点2.2PLC的结构以及工作原理火灾处理子程序（SBR_4)火灾时三台电机依次启动，达到共同工作的状态。具体程序如参考6-7。图6-7火灾处理梯形图自动运行子程序（SBR_1、SBR_2、SBR_3)具体参考6-8。图6-6自行控制梯形图结论本设计主要实现水塔内水位保持相对恒定的状态，从而使出水压力也保持比较恒定状态，来满足小区高层用户的有用水需求。根据系统的需求，系统实现了自动调节水泵运转的功能，也能手动开启、关闭系统。在发生问题时，系统能产生报警信号，并关闭有问题的电机。本设计拥有在开始工作时对电网破坏小，电机不用全天不停的运转，短时间维修不用断水等优点。致谢参考文献李照芬.基于可编程控制器的供水系统设计与实现[D].云南大学,2013年6月邓昌奇.基于可编程控制器自动换刀系统的设计与实现[D].华中科技大学，