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1、电信学院毕业设计开题报告电信学院毕业设计开题报告姓 名专业控制工程基地班（电 气） 班级控制工程基地班 11 级 2 班学 号指导教师题目类型工程设计题 目小型灌溉抽水泵站 PLC 自动控制系统设计一、选题背景及依据（简述题目的技术背景和设计依据，如实说明选题目的、意义， 列出主要参考文献） 1.技术背景 随着科技的飞速发展，数字化和智能化也越来越多的应用到农业生产上。我国是 一个水资源不甚丰富的农业大国，要想合理发展农业提高农业生产率，现代科技的作 用尤为重要，灌溉自动化与监控系统便应运而生。灌溉自动化既可以实现节水灌溉解 决用水困难的现状，又可以减轻人工浇灌的劳动强度提高生产率。以往的农业
2、生产中 更多的是依靠人工的或自然的力量来进行浇灌和监控，非常消耗体力且增加劳动强度 不说，在量上也很难把控，生产率也一直很低。我国作为一个有着将近 14 亿人口的大 国，有着将近世界五分之一的人口，同时土地资源又十分匮乏根本达不到自给自足， 所以中国的粮食问题一直都是世界关注的焦点。在这种尴尬的境况下，提高粮食的生 产率是迫在眉睫的。所以，农业自动化数字化是势在必行的。 小型泵站在城市建设、防洪排涝、灌溉、水利等领域的应用中占有相当大的比例。 以前采用传统的单机控制和集中控制方式，运行管理成本较高。采用可编程控制器 PLC 控制，可以通过设定运行程序对泵站进行运行监控，既可以降低运行费用，又可
3、以提 高小型泵站的自动化程度。将其运用到灌溉领域便可实现灌溉自动化。 2.设计依据 本设计中是通过利用 PLC 控制系统控制水泵运行来达到实时灌溉的目的。可编程 逻辑控制器 PLC 是以微处理器为基础，自带有控制逻辑顺序、定时、数据处理和计算 能力等功能，综合了计算机、自动控制和通信等技术的一种新型工业控制装置，它具 有结构简单、编程方便、可靠性高、使用灵活等优点，是现代工业的重要基础设备之 一。PLC 是靠执行用户程序来实现控制要求的。PLC 用户程序的执行主要采用循环扫描 的工作方式，在系统软件的控制下，顺序扫描个输入点的状态，按照用户程序进行运 算处理，然后顺序向输出点发出相应的控制信号
4、。整个工作过程包括 3 个阶段：输入 采样、执行用户程序、输出刷新。小型 PLC 自动控制系统控制的抽水泵站不仅能合理、 高效的完成灌溉，且可靠性高、耗能低，是最理想的控制系统。 3.研究意义1） 自动控制系统能提高泵站运行的可靠性和自动化水平，实时监视泵站运行状况， 快速准确地检测并处理故障，防止事故发生的同时并保护运行设备。同时也降低了人 员事故发生率。 2）自动控制系统的应用提高了经济效益。采用 PLC 监控系统能根据进水量适时的 调整运行泵数，并在运行允许时能顺序替换，使得每台水泵的的运行时间大致相同， 减少不必要的损耗。同时自动控制系统需要的配备人员需求减少，减少了运行成本和 配备人
5、员生活设施的配套成本。 3）于常规操作系统相比操作更方便，显示更直观，能实时显示配电站系统的运行参数的变化和运行趋势。不需要繁琐的操作便能控制运行并得到想要的目标数据。而 且能直观的看到故障发生时的地点，进行及时的抢救维修，避免设备上大的损失。参考文献 1 李素玲等，恒压供水自动测控系统的设计与实现，中国给水排水，2004 年 3 月 2 陈明榜，基于组态软件的 PLC 泵站监控系统，工业控制计算机,2007,(02) 3 何平，大型泵站自动控制系统设计，电工技术，2004， （12） 4 王存才，抽水泵站自动控制系统设计探讨，城市建设理论研究，2013（7） 5 石建飞等，基于 PLC 的农
6、田自动灌溉无线监控系统设计，黑龙江省农业工程学会 2011 学术年会论文集，2011 年 1 月 6 刘嘉等，基于 PLC 的自动灌溉系统设计，南昌工程学院学报，2013（6） 7 葛瑜，基于 PLC 和组态王的智能灌溉系统设计，江苏农业科学，2014（12） 8 电力工程电气设计手册（电气一次部分、电气二次部分） ，水利电力出版社， 1990 9 王锡凡，电力工程基础，西安交通大学出版社，1998 10 组态王监控软件用户手册，北京亚控自动化公司11 PROGRAMME LOGIC CONTROL PUMPING STATION AND SYSTEM AUTOMATION ，Matangu-
7、deba-noel ，Business and Management Review Vol. 1(7) pp. 46 - 52 September, 2011，ISSN: 2047 0398。 二、主要设计内容、设计思想、解决问题的关键、拟采用的设计方案、设计工作步骤 1.设计内容 1）课题研究的意义及目的，国内外研究的现状； 2）电气控制系统设计； 3）控制系统的总体设计及控制系统的硬件配置； 4）PLC 应用软件设计和主要电气设备选择； 5）监控软件的设计及图形界面的设计。 2.设计思想利用传感器来检测泵站进水前池和水井的水位高低，根据进水前池与水井的水位 高低，调整投运水泵的数量，保持进
8、水前池水位处于一个相对稳定的预定设定点。水 位的检测要实时连续，以避免发生高低水位预警。当进水前池高水位预警时，停止运 行 A 组水泵并投运 B 组全部水泵；当到达进水前池低水位时，启动 A 组全部水泵，B 组暂停；当到达水井低水位时，停止 A 组水泵运行。当进水率处于预定稳定值时，可 进行 AB 组内泵顺序交替运行，使得在一个周期内，每台泵运行的时间都是一样的， 有效避免有的机组过度磨损，有的机组则长期停机的情况。根据进水侧和出水侧的管 道水压来决定水泵是否变频运行。 3.要解决问题的关键1）电气控制原理图的设计。2）可编程控制器 PLC 的选型和各低压设备的选型。3）做好合理的继电保护和运
9、行设备保护。 4.拟采用的设计方案1）主要低压电器的选择a.空气断路器的选择 空气断路器，又名空气开关，是断路器的一种。是一种只要电路中电流超过额定 电流就会自动断开的开关。空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一 种电器，它集控制和多种保护功能于一身。除能完成接触和分断电路外，尚能对电路 或电气设备发生的短路、严重过载及欠电压等进行保护，同时也可以用于不频繁地启 动电动机。根据经济性和可靠性，我们选用 DZ20C-160/3300。 b.交流接触器的选择 在电工学上，接触器是一种用来接通或断开带负载的交直流主电路或大容量控制 电路的自动化切换器，主要控制对象是电动机，此外也用于其他
10、电力负载，如电热器， 电焊机，照明设备，接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用。 接触器控制容量大，适用于频繁操作和远距离控制，是自动控制系统中的重要元件之 一。此处我们选用 CJ20-100A 型的交流接触器。 c.按钮的选择 按钮是一种短时间接通或断开小电流电路的手动电器，常用于控制电路中发出启 动或停止等指令，以控制接触器、继电器等电器的线圈电流的接通或断开，再由它们 去接通或断开主电路。按钮开关可以完成启动、停止、变速、正反转以及互锁等基本 控制。按钮的一般结构主要由按钮帽、复位弹簧、桥式动触头、动合静触头、动断静 触头、推杆和外壳等组成。每个按钮开关都有两对触点，每
11、对触点由一个常开触点和 常闭触点组成。当按钮按下时，常开触点闭合同时常闭触点断开。在本设计中我们选 用常闭式按钮选用 LA19-11D 型。 d.液位开关的选择 液位开关也称水位开关、液位传感器，是用来控制液位的开关，从形式上主要分 为接触式和非接触式。常见的非接触式开关有电容式液位开关，接触式有浮球式液位 开关。电容式液位开关就是在容器内插入电极，当液位变化时，电极内部介质改变， 电极间的电容也随之变化，再转换成标准化的直流电信号。浮球式液位开关就是在液 位中放一个空心的球，当液位变化时，浮球将产生与液位变化相同的位移，可用机械 或电的方法来测得浮球的位移，这种开关不适用于高粘度的液体，其输
12、出端有开关控 制和连续输出。在本设计这种我们选用浮球式液位开关。 e.变频器的选择 本系统是提供灌溉用水的抽水泵站系统，可以采用恒压供水的方式，这样就要用 到变频器。本次设计的负载是是泵，所以我们选用 MICROMASTER 430 变频器。 MICROMASTER 430 变频器适合用于各种变速驱动装置，有多种型号可选，额定功率 范围从 7.5KW 到 250KW 可选，由于其灵活性而可以在广泛的领域得到应用。在采用 变频器的出厂设定功能和缺省设定值时，MICROMASTER 430 变频器尤其适合用于工 业部门的水泵和风机。本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝 缘栅双极型
13、晶体管(IGBT)作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和通 用性。采用脉冲频率可选的专用脉宽调制方法,可使电动机低噪声运行。全面而完善的 保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。与 MICROMASTER 420 变频器相比， 这种变频器具有更多的输入和输出端，具有手动/自动切换功能的操作面板，以及自适 应的软件功能。 f. 压力变送器的选型压力变送器用于测量液体、气体或蒸汽的液位、密度和压力，然后将压力信号转 换成 420mA 电流信号或者 15V 电压信号输出。主要有电容式压力变送器、扩散硅 压力变送器、陶瓷压力变送器和应变式压力变送器。本设计中选用 KTTS801 扩散硅压
14、 阻式压力变送器。 2）PLC 及各扩展模块的配置及选型在此次设计中，我选用西门子 S7 系列的 PLC，S7 系列以结构紧凑、功能全、 可靠性高等优点在自动控制领域占有重要地位。主要有 S7-200、S7-300、S7-400 等系 列。 对于控制速度要求不高的开关量控制系统，可选用小型 PLC 如 S7-200 系列；对以开关 量为主，带有部分模拟量控制的应用系统，如对工业系统中遇到的压力、温度、速度、流量、液位等连续量的控制，应选用带有 A/D 转换额模拟量输入输出模块和带有 D/A 转换的模拟量输入输出模块的中小型 PLC 如 S7-300 系列；对于比较复杂的大型控制系 统，应选用大
15、型 PLC 如 S7-400 系列。 本设计中，有模拟量的控制故选用 S7-300 系列 CPU 型号为 314 的 PLC。其中扩 展模块分别选用：模拟量输入模块 SM331 ：8 点输入，模拟量输出模块 SM332：8 点 输出，数字量输入 SM321：32 点输入，数字量输出 SM322：32 点输出。电源模块选 用 PS307，接口模块选用 IM365。 3）I/O 分配表表 1 I/O 分配表 输入信号 1 号自动模式I1.05 号压力变送器信号PIW328 2 号自动模式I1.16 号压力变送器信号PIW330 3 号自动模式I1.27 号压力变送器信号PIW332 4 号自动模式
16、I1.38 号压力变送器信号PIW334 5 号自动模式I1.41 号故障信号PIW336 6 号自动模式I1.52 号故障信号PIW336 7 号自动模式I1.63 号故障信号PIW336 8 号自动模式I1.74 号故障信号PIW336 1 号压力变送器信号PIW3205 号故障信号PIW336 2 号压力变送器信号PIW3226 号故障信号PIW336 3 号压力变送器信号PIW3247 号故障信号PIW338 4 号压力变送器信号PIW3268 号故障信号PIW340 输出信号 1 号泵自动开关Q0.01 号频率输出PQW352 2 号泵自动开关Q0.12 号频率输出PQW354 3 号泵自动开关Q0.23 号频率输出PQW356 4 号泵自动开关Q0.34 号频率输出PQW358 5 号泵自动开关Q0.45 号频率输出PQW360 6 号泵自动开关Q0.56 号频率输出PQW362 7 号泵自动开关Q0.67 号频率输出PQW3648 号泵自动开关Q0.78 号频率输出PQW
