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1、水塔水位PLC自动控制课程设计电气工程学院课 程 设 计 说 明 书 设计题目： 水塔水位PLC自动控制系统 系 别： 电气工程及自动化系 年级专业： 11级应用电子 学 号： 学生姓名： 指导教师： 郭忠南等 电气工程学院课程设计任务书课程名称： 电气控制与PLC课程设计 基层教学单位：电气工程及自动化系 指导教师： 郭忠南等学号学生姓名（专业）班级11应电1 班设计题目水塔水位PLC自动控制系统设计技术参数采用PLC构成水塔水位电气控制系统。控制要求查阅相关文献。设计要求1) 根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。2) 根据控制要求，编制PLC控制程序3) 按
2、要求编写设计说明书并绘制A1幅面图纸一张。参考资料1、PLC电气控制技术 漆汉宏主编 机械工业出版社 20082、图书馆各类期刊文献相关数据库3、相关电气设计手册周次第一周第二周应完成内容完成全部方案设计：周一、二：查、阅相关参考资料周二至周五：方案设计周六、日：设计方案完善周一、二：完成设计说明书周三、四：绘制A1设计图纸周五：答辩考核指导教师签字基层教学单位主任签字说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。 2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。电气工程学院 教务科摘 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：
3、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、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。目前，大量的高位生活用水和工作用水逐渐增多。利用人工控制水位会造成供水时有时无的不稳定供水情况。后来，使用水位控制装置使供水状况有了改变，但常使用浮标或机械水位控制装置，由于机械装置的故障多，可靠性差，给维修带来很大的麻烦。因此为更好的保证供水的稳定性和可靠性，传统的供水控制方法已难以满足现在的要求。 本课题设计和实现了一种采用可编程序控制器为主控制机的供水控制系统。该控制系统是一种PLC控制的自动调节控
4、制系统，在传统水塔供水的基础上，采用PLC为控制核心、变频器等器件组成，利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、故障报警信息显示，同时具备开启和全部停止功能，能够实现水塔水位的供水，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 水位控制、PLC fx2n 自动控制目录摘 要 1第一章 绪论31.1概述31.2可编程序控制器(PLC)简介31.3 PLC工作原理31.4 PLC特点41.5 PLC选择5第二章 水塔水位系统PLC硬件设计62.1水塔水位控系统构成及其控制要求62.1.1水塔
5、水位系统控制装置图62.1.2 水塔水位系统的输入/输出设备62.2水塔水位系统电机控制电路的设计72.3水塔水位系统水位传感器的选择82.4水塔水位系统PLC的输入/输出分配102.4.1水塔水位控制系统PLC的输入/输出接口分配表102.4.2水塔水位控制系统PLC的输入/输出接口接线图112.5水塔水位系统的元件器件12第三章 水塔水位控制系统PLC软件设计133.1工作过程133.2程序流程图143.3梯形图15第四章 总结16参考文献 17第一章 绪论1.1 概述在工业生产中，电流、电压、温度、压力、液位、流量、和开关量等都是常用的主要被控参数。其中，水位控制越来越重要。在社会经济飞
6、速发展的今天，水在人们正常生活和生产中起着越来越重要的作用。一旦断了水，轻则给人民生活带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及损失。因此给水工程往往成为高层建筑或工矿企业中最重要的基础设施之一。任何时候都能提供足够的水量、平稳的水压、合格的水质是对给水系统提出的基本要求。就目前而言，多数工业、生活供水系统都采用水塔、层顶水箱等作为基本储水设备，由一级或二级水泵从地下市政水管补给。传统的控制方式存在控制精度低、能耗大、可靠性差等缺点。不利于长远发展。在工农业生产以及日常生活应用中，常常会需要对容器中的液位（水位）进行自动控制。比如自动控制水塔、水池、水槽、锅炉等容器中的蓄水量，生活中抽水马桶
7、的自动补水控制、自动电热水器、电开水机的自动进水控制等。虽然各种水位控制的技术要求不同，精度不同。但其原理都大同小异。特别是在实际操作系统中，稳定、可靠是控制系统的基本要求。因此如何设计一个精度高、稳定性好的水位控制系统就显得日益重要。1.2 可编程序控制器(PLC)简介PLC可编程序控制器：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控
8、制各种类型的机械或生产过程。1.3 PLC工作原理PLC的工作方式:采用循环扫描方式.在PLC处于运行状态时,从内部处理,通信操作,程序输入,程序执行,程序输出,一直循环扫描工作。1.4 PLC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10-20ms.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C
9、PU 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：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
10、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。1.5 PLC选择目前PLC的发展非常迅速，型号众多，各种特殊功能
11、模板不断涌现。通常根据其I/O点的数量将 PLC分为三大类：小型机：256点以下（无模拟量）； 中型机：256 2048点（64 128路模拟量）； 大型机：2048点以上（128 512路模拟量）。 本实验选择FX2N系列PLC。由于输入、输出触点数较少，只需选用一般中小型控制器即可。最终选择FX2N-32MR。拥有16个输入点与16个输出点,适合本次课题使用。第二章 水塔水位系统PLC硬件设计2.1水塔水位控系统构成及其控制要求 2.1.1水塔水位系统控制装置 2.1.2水塔水位系统控制要求：1）保持水池的水位在S3S4之间，当水池水位低于下限液位开关S3，此时S3为ON，电磁阀打开，开始
12、往水池里注水，当4S以后，若水池水位仍然没有超过水池下限液位开关S3时，则系统发出警报,水池故障灯点亮；若系统正常运行，此时水池下限液位开关S3为OFF，表示水位高于下限水位。当液面高于上限水位S4时，则S4为ON，电磁阀关闭。2）保持水塔的水位在S1S2之间，当水塔水位低于水塔下限水位开关S2时，则水塔下限液位开关S2为ON，则驱动电机M开始工作，向水塔供水。当4S以后，若水塔水位仍然没有超过水塔下限液位开关S2时，则系统发出警报；当S2为OFF时，表示水塔水位高于水塔下限水位。当水塔液面高于水塔上限水位开关S1时，则S1为ON，电机M停止抽水。3)当水塔水位低于下限水位时，同时水池水位也低
13、于下限水位时，电机M不能启动,水塔出水电磁阀关闭。2.2 电机控制电路的设计给排水工程中常使用三相异步电动机， 水泵上的电动机一般都是单向旋转有以下控制。在水塔水位检测系统中通过水位传感器检测实际水位的高度，当水位低于最低水位时向PLC发出信息启动电机，经过1分钟检测水塔水位是否提高控制水泵的工作，当水位达到最高水位时向PLC发出信息控制信息停止水泵工作。水塔水位系统控制主电路图：水位闭环调节原理是：通过在水塔中的水位传感器，将水位值变换为电流信号进入PLC，执行较后程序，通过水泵的开关对水塔中的水位进行自动控制。QF:电源总开关，即可完成主电路的短路保护，又起到分段三相交流电源的作用，使用和
14、维修方便。FU1-3：熔断器，实现对负载回路的短路保护。 KM：电磁接触器，控制电机M的启动与关闭 。KA1: 电磁接触器，控制水池进水电磁阀的启动与关闭。KA1: 电磁接触器，控制水塔出水电磁阀的启动与关闭。FR: 热敏继电器 实现过载保护。2.3 系统硬件元器件选择1) PLC的选择可编程控制器产品众多，不同厂家、不同系列、不同型号的PLC，功能和结构均有所不同，但工作原理和组成基本相同。本系统为单体控制系统，对控制功能无特殊要求，同时本次设计所需输入输出总点数介于16点与32点之间，因此选用三菱公司生产的的FX2N-32MR-001型PLC，其具结构紧凑，价格低廉，有极高的性价比，适用于小型控制系统的特点，该型号PLC为继电器输出型，输入输出点数各为16个点，多余的端子作为备用。2)水泵的选择选择水泵的一般原则为1、满足流量和扬程的要求；2、水泵机组在长期运行中，水泵工作点的效率最高；3、按所选的水泵型号和台数设计的水泵站，要求设备和土建的投资最小；4、便于操作维修，管理费用少。而一般的水塔供水系统中水塔高度都在30米以上，所用
