西门子PLC地铁排水控制系统

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1、第一章 绪论1.1 研究背景 随着社会的越来越进步,人们对出行的需求也越来越高,目前城市的汽车数量增幅 较大,直接导致了路面交通形成拥堵 ,为了解决路面交通拥堵 ,城市轨道交通成为 一种有效疏导地面人流和缓解交通堵塞的重要手段。地铁车站的设计是地铁总设计中最重要的设计，通过车站的设计能保证乘客方便 的坐上地铁，地铁车站的排水设计是车站给排水及防灾设计的主要内容之一, 及 时排放车站内部的积水 , 对车辆的正常运行及各类电器设备的保护有着重要意 义。地铁车站设备监控系统分为中央级,车站级和就地级三级对车站设备进行监 控,在中央级和车站级进行系统管理。车站设备监控系统对全线各个车站的通风 空调系统

2、设备、给排水设备、自动扶梯、电梯、车站公共区照明、广告照明、车 站事故照明电源、屏蔽门、人防密闭隔断门等车站设备进行全面且有效的自动化 监控及管理,确保设备处于高效,节能,可靠的最佳运行状态,创造一个舒适的地下 环境；并能在火灾等灾害或阻塞事故状态下,更好地协调车站设备的运行,充分发 挥各种设备应有的作用,保证乘客的安全和设备的正常运行。1.2 研究意义 快速轨道交通系统在大都市圈中具有不可替代的作用，对城市的交通结构、城市 形态的调整均有着巨大的影响。在大都市圈中，需要考虑城市外围地区与城市中 心部之间的紧密交通联系，而城际轨道交通系统恰恰正是促进这种交通结构合理 化的重要手段。为此，不仅需

3、要重视城市中心部的地铁建设，而且必须给于城际 轨道交通以足够的关注。为实现城市公共交通系统较大的分担率，必须加强轨道 交通系统的建设，加强地区之间的协调、规划。轨道交通的发展应该纳入都 市圈的发展战略规划，目前将轨道交通作为独立的系统进行规划的方法值得商 榷，应当从体制和机构上进行协调。都市发展战略规划中的交通专项规划，应与 经济发展政策以及其他交通方式相协调，确定轨道交通系统的发展政策及整体网 络布局，最大限度发挥其在地区发展中的作用，合理诱导都市圈的发展，促进地 区发展战略目标的实现，为实现可 持续发展创造条件。1.3国内研究现状在我国，目前已经有33个城市已经 规划轨道交通建设，其中28

4、个城市 已获批，且目前北京、天津、上海、 广州、南京、沈阳、成都、武汉、 西安、重庆、深圳、苏州等11个城 市均已开通地铁。地铁的建设目前西北1% 华南1% 一 20%东北华北21%华中8%华亲2009-2015全国拟在建地铁线路区域分布圏已经发展为一个城市交通现代化的重要标识之一。1.4 地铁排水设计方法而地铁车站中最重要的设计之一就是地铁排水的设计。及时对车站的积水进行排放对对车辆的正常运行及各类电器设备的保护有着重要意义。对于地铁排水 的控制方法有很多：(1)可编程控制系统(2)继电器控制系统(3)集散控制系统(4)工业微机控制系统(5)单片机控制由于目前对于地铁的控制要求越来越高，在未

5、来的发展中，我们还需要进行添加 新的控制功能，这就需要我们所设计的控制方法能够进行扩展，而可编程控制系 统比其他系统的稳定性好，并且还可以扩展模块，所以在本课题的设计中我选择 选用可编程控制系统来进行控制地铁的排水功能。第二章 排水系统总体方案设计2.1 地铁水的来源及排放方式 城市地铁水的来源及排放方式见下表来源排放方式雨水城市雨水管网系统集中空调冷凝水城市雨水管网系统结构渗漏废水城市雨水管网系统生活污水城市污水管网系统消防废水城市污水管网系统人员卫生间的污水城市污水管网系统2.2 排水系统实现的功能对于上述产生的几种水，我们需要对其进行不用处理排放，保证地铁周围环境的 干净。为了排除这些不

6、同种类的水，我们所设计的系统应该具备以下的功能： 各种不同的水通过不同的管道排放到不同的处理池，不可将几种水一起排放， 造成水的浪费； 在处理不同水的处理池应设置3个传感器检测水位线和1个报警器，具备能 够检测最低水位和最高水位，一旦超过最高水位给予报警提示； 设置一个备用的水池，以防止由于污水过多导致前面几个污水处理池超过警 戒线而溢出； 设置3台抽水泵实施8小时倒班工作制度，同时设置过载和短路保护，防止 在没有人看管的情况下能够自动停止带故障运行，避免抽水泵出现故障或者长时 间工作导致其损坏； 设置手动停止操作，防止出紧急现故障时能够手动停止进行检修。2.3 系统控制功能设计 由于排水管道

7、一般处于地面下，且低于市政所铺设的污水处理管道，不能够自动 地排除污水，所以需要将处理过后的污水通过电动机抽取污水至市政排污管道， 我们应该选取适当的方式进行排污。2.3.1 处理池的选择和分配 对于地铁车站，起污水主要来源于雨水，生活污水，消防用水和结构渗水四个方 面。我们应该对不同的污水进行不同的处理，所以在地铁车站下面我们选择了三 个污水处理池及一个备用池来收集和处理污水。具体分配如下：1号水池用 于处理生活污水；2号水池用于处理结构渗水和消防用水；3号水池用于 处理雨水；4号水池作为备用水池，可以处理任何污水。对于这些污水池， 我们在污水处理池中设置 3 个传感器，分别用来监控高水位、

8、排水位和低水位， 当水位达到高水位，提示报警。2.3.2 处理池的工作方式 对于地铁的污水处理池，我们在每个污水处理池设置有进出水阀门，对于不同编 号的水池有着不同的处理方式。其具体有以下几种工作方式： 单一集水池自动排水控制：当有一集水池到达排水位时，自动打开其排水电 磁阀并启动1台排水泵进行排水；当该集水池没水时，自动关闭其排水电磁阀并 停止排水泵； 先到排水位先抽排水控制：按照集水池先到达排水位的时间先后顺序进行排 水。即哪个集水池先到达排水位，就先对该集水池进行排水； 集水池不同满水情况下的先到排水位先抽的自动排水控制：若1号排水泵在 对某一集水池进行排水的过程中，其它 3 个集水池中

9、有1 个集水池到达排水位等 待排水，则按排水位的时间先后顺序自动再打开一集水池的排水电磁阀并启动2 号排水泵进行排水，且当只剩一个集水池排水时，自动关闭2号排水泵。此功能 根据集水池不同到达排水位的情况来决定启动排水泵的台数，并按先到达排水位 先抽原则进行自动排水控制，同时充分考虑到可能的消防或洪涝灾害时大量排水 的需要。2.3.3 车站的控制方式 对于一个控制系统，我们需要在任何地方都能看到并能够处理，对于本系统，我 们提供了三种控制方式： 水位自动控制、现场手动控制、车站控制室远程控制2.3.4 处理池故障处理方式 当处理池出现故障时，我们应该对其给予检修，在检修时我们应该关闭系统然后 再

10、进行检修，对于检修故障我们设置了以下 2 种方式： 当系统出现故障时，设置停止按钮使系统停止下来，当停止按钮触发最后一 次排水信号，所有进水阀门关闭，排水阀门打开,1号电机和备用电机启动抽水5 分钟后系统自动停止工作。 当电机发生故障时，此时没有人在工作岗位上时，系统不可继续执行抽水工 作。关闭所有进水阀门和排水阀门，系统发出报警，报警30分钟后自动断电。2.3.5 排水管道的选择 本地铁排水系统污水有四个不同的来源，其中消防用水和结构渗水可以一起处 理，考虑到对不同程度的污水处理方式的不同，对水资源的再生利用。对于管道 铺设应该分三类不同的管道，分别对应三个不同的污水处理池。其中主排水管道

11、要大于各个污水处理池排除管道，以保证污水能够从地铁站迅速排除，当某一种 污水来不及处理时，应该将其先排放到第四号污水处理池等待处理。第三章 系统硬件的设计5.1 输入输出接口的确定本次地铁排水控制系统是通过PLC编程来进行控制的，通过PLC的输入输出控制， 实现每个排水池的自动排水操作。通过对地铁水来源的分析，我们采用了4个处 理池和3台电动机来进行处理污水，每个处理池设置传感器进行高水位、排水位 和低水位检测，当水位处于低水位时，低水位指示灯亮，排水阀门关闭，同时电 动机处于停止状态；当水位处于排水位时，排水阀门打开，低水位指示灯熄灭， 1号电动机启动排水；若此时还有2号水池到达排水位，则打

12、开该水池的排水阀 门，同时启用2号电动机进行排水；若此时还有3号水池也到达排水位，则启用 第三台电动机进行排水；若此时有水池到达满水位，则将其多余的水排入4号备 用水池。其具体分配件表3-1。表3-1 I/O分配表输入点功能输出点功能10.0池1低水位检测Q0.0池1进水阀门10.1池1排水位检测Q0.1池1排水阀门10.2池1高水位检测Q0.2池2进水阀门10.3池2低水位检测Q0.3池2排水阀门10.4池2排水位检测Q0.4池3进水阀门10.5池2高水位检测Q0.5池3排水阀门10.6池3低水位检测Q0.6池4进水阀门10.7池3排水位检测Q0.7池4排水阀门I1.0池3高水位检测Q1.0

13、池1低水位指示I1.1池4低水位检测Q1.1池1排水位指示I1.2池4排水位检测Q2.0池1咼水位指示I1.3池4高水位检测Q2.1池2低水位指示I1.4号电机故障检测Q2.2池2排水位指示I1.5二号电机故障检测Q2.3池2咼水位指示I2.0三号电机故障检测Q2.4池3低水位指示I2.1启动Q2.5池3排水位指示I2.2停止Q2.6池3咼水位指示Q2.7池4低水位指示Q3.0池4排水位指示Q3.1池4咼水位指示Q3.2号电机运仃指示Q3.3一号电机运行指示Q3.4二号电机运仃指示Q3.5号电机工作时间指示灯Q3.6一号电机工作时间指示灯Q3.7三号电机工作时间指示灯Q4.0号电机故障报警指示

14、Q4.1一号电机故障报警指示Q4.2三号电机故障报警指示由表3-1可以看出，本次共需要12个输入接口，22个输出接口，故采用西门子S7-200 CPU224 型 PLC,5.2 传感器的选择LC-SW1型水位传感器容器内的水位传感器，将感受到的水位信号传送到控制器， 控制器内的计算机将实测的水位信号与设定信号进行比较，得出偏差，然后根据 偏差的性质，向给水电动阀发出开关的指令，保证容器达到设定水位。进水 程序完成后，温控部份的计算机向供给热媒的电动阀发出开的指令，于是系统 开始对容器内的水进行加热。到设定温度时。控制器才发出关阀的命令、切断热 源，系统进入保温状态。程序编制过程中，确保系统在没有达到安全水位的情况 下，控制热源的电动调节阀不开阀，从而避免了热量的损失与事故的发生。 5.3阀门的选择ZBSF 不锈钢电磁阀为分步动作直接先导式电磁阀，根据断电时所处开关状态的 不同，可分为常闭电磁阀和常开电磁阀。常闭电磁阀，线圈通电后衔铁在电磁力 作用下先带动副阀工启，主阀在所形成的介质压差和电磁力的作用下而开启。线 圈断电，衔铁部件复位，主副阀利用介质压力而紧密关关闭。 常开电磁阀，线圈通电后，衔铁在磁力作用下下移，推动副阀阀塞下移，直到和 副阀座压紧，副阀关闭，由于主阀阀杯上下压差趋于相等，主阀阀杯由磁力和自