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1、目录1 概论 错误!未定义书签。1.1 可编程序控制器简介错误!未定义书签1.2 PLC的工作原理错误!未定义书签。1.3 PLC的特点错误!未定义书签。1.4 PLC的选择错误!未定义书签。2 水塔水位自动控制系统方案设计 错误!未定义书签3 水塔水位自动控制系统硬件设计 错误!未定义书签3.1水塔水位控制系统设计要求错误!未定义书签3.2 水塔水位控制系统主电路错误!未定义书签3.3 水泵电机的选择错误!未定义书签3.4 水位传感器的选择错误!未定义书签3.5 PLC I/O接口分配错误!未定义书签。3.6 PLC控制电路原理图错误!未定义书签。4 水塔水位自动控制系统 PLC 软件设计
2、错误!未定义书签4.1 程序流程图错误!未定义书签4.2 梯形图程序错误!未定义书签4.3 指令表错误!未定义书签总 结错误!未定义书签参考文献错误!未定义书签1 概论我国的水工业科技发展较快，与国际先进水平的差距正在不断缩小，水工业科技体 系已初步形成，拥有一支从事水工业基础科学研究、应用研究、产品研制和工程化产业 化开发的科技队伍。但是，在水工业科技领域普遍存在着实用性差、转化率低的情况。 这已成为制约我国水工业产业化发展的关键。在水工业科技产业化大潮到来之际，认真 分析我国水工业科技发展历程，总结我国水工业科技的特点和特长是寻找水工业产业化 突破口的关键。目前，我国的供水自动化系统发展已
3、初有成效。供水自动化系统主要包 括水厂自动化和供水管网调度自动化两个方面。我国供水行业是推动水科技产业化的龙头。给水行业是城市基础设施投资的主要方 向之一。在体制上，供水企业体制的变革已成为市场化发展的必然；在技术上，供水行 业则面临着关键给水装备国产化、工艺技术成套设备化、自动控制现代化的迫切的技术 要求。优质供水是水工业市场化发展的新增长点，同时要倡导节约用水，提高水的重复 利用率，并逐步建立完善的水工业学科体系。完善的水工业学科体系是水工业产业发展 的必要保证。传统的给水排水工程学科体系已难以包还水工业的丰富内涵，已不能很好 地适应水工业发展的需要，而水工业学科体系正是在给水排水工程学科
4、体系发展而来。 由水工业的社会性所决定，水工业的学科体系由多个相互关联的学科组成，包括：水质 与水处理技术、水工业工程技术、水处理基础科学、水社会科学、水工业设备制造技术 等，它们共同支撑着水工业的工业体系。而在这些学科中水质与水处理技术和水工业工 程技术是水工业学科体系中的主导学科。1.1 可编程序控制器简介可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它 采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和 算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生 产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产
5、物，它克服了继电器接 触控制系统中触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点充分利用 微处理器的优点。1.2PLC 的工作原理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.1.3PLC 的特点（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1020ms.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
6、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CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统，使可靠性 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P
7、LC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
8、速恢复运行。1.4PLC 的选择目前PLC的发展非常迅速，型号众多，各种特殊功能模板不断涌现。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-32M。拥有16个输入点与16个输出点。适合本次课题使用。2水塔水位自动控制系统方案设计设水塔、水池初始状态都为空着的，液位指示灯全灭。当执行程序时，扫描到水池为 液位低于水池下限液位时，进水阀打开，开始往水池里进水
9、，如果进水超过3 秒，而水池液 位没有超过水池下限位，说明系统出现故障，系统就会自动报警并切断电源。若3 秒之后水 池液位按预定的超过水池下限位，说明系统在正常的工作，水池下限位的指示灯亮，此时， 水池的液位已经超过了下限位了，系统检测到此信号时，由于水塔液位低于水塔水位下限， 水泵开始工作，向水塔供水，当水池的液位超过水池上限液位时，水池上限指示灯亮，进水 阀就关闭，但是水塔现在还没有装满，可此时水塔液位已经超过水塔下限水位，则水塔下限 指示灯亮，水泵继续工作，在抽水向水塔供水，水塔抽满时，水塔液位超过水塔上限，水塔 上限指示灯亮，但刚刚给水塔供水的时候，水泵已经把水池的水抽走了，此时水塔液
10、位已经 低于水池上限，水池上限指示灯灭。此次给水塔供水完成。当水塔水位低于下限水位时，同时水池水位也低于下限水位时，水泵不能启动。当水塔水位低于下限位时，出水阀不能打开。第 3 章 水塔水位自动控制系统硬件设计3.1水塔水位控制系统设计要求图 3-1 水塔水位控制装置 水塔水位的工作方式当水池液位低于下限液位开关S4, S4此时为OFF,进水阀打开，开始往水池里注水， 当 3S 以后，若水池液位没有超过水池下限液位开关时，则系统发出报警，若系统正常，此 时水池下限液位开关S4为ON,表示水位高于下限水位。当水位液面高于上限水位，则S3为 ON,进水阀关闭。当水塔水位低于水塔下限水位时，则水塔下
11、限水位开关S2为OFF,水泵开始工作，向 水塔供水，当 S2 为 ON 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 时，则水塔上限水位开关S1为ON,水泵停止。当水塔水位低于下限水位，同时水池水位也低于下限水位时，水泵不能启动。3.2 水塔水位控制系统主电路FUM3KM2KM1KM3图 3-2 水泵控制图水泵启动工作：当收到PLC的启动水泵指令后，线圈KM1、KM2中有电流流过，KM1和KM2的主触点闭合，电机低速启动（星启），当电机启动经过一段时间后，PLC 控制KM3线圈得电，使KM3主触点闭合;同时控制KM2线圈失电，使KM2主触点断开。使电 机高速转动（角转）。水泵停
12、止工作：当收到PLC的停止水泵指令后，线圈KM1、KM2、KM3中无电流流过，KM、 KM2、KM3 的主触点断开，电机停止工作。FU：熔断器，当通过熔断器的电流超过一定数值并经过一定的时间后，电流在熔体上产 生的热量使熔体某处熔化而切断电路，从而保护电路和设备。熔体的额定电流IfN2（1.5 2.5） IN，IN为电动机额定电流。3.3 水泵电机的选择由于本次设计选用的水泵电机功率较大，初始运行时的启动电流过大，故主电路中采用 星-角变换减压启动，启动时电机的绕组接成星形，进而限制启动电流，当反映启动过程结 束的定时器发出指令再后将电机的绕组改接成三角形联结实现全压工作。一般的水塔供水系统中
13、水塔高度都在 30 米以上，所用水泵电机在向水池抽 水时消耗的能量较大，为了保证水泵能可靠、安全、经济地运行，故综合考虑后将水 泵电机额定功率选为11KW,型号为Y2-160L-6,其重要参数有额定电流为24.23A, 额定转速为970r/min。水泵扬程为40米，流量为35立方米/小时。3.4水位传感器的选择根据本设计的要求所选传感器要求在水面和水底都可以使用，且要考虑到对水质的影 响，所以选择超声波液位传感器U9ULS系列的U9ULS10/100系列。U9ULS系列超声波液 位传感器开关使用范围非常广。具有焊接的不锈钢传感器探头，没有缝隙不会泄露，另外没 有易损的活动部件，它不会受温度、压
14、力、密度和液体类型等参数的影响。在大多数情况下， 电子设备放在铸铝的，NEMA 4/NEMA 7防爆且防水的壳体中。U9ULS具有以下特点：可应用于多种液体中可承受高达1000psi的压力不受气泡、蒸汽、杂质后湍流等因素的影响。长度达 121in(303.3cm)可安装在侧面、顶部或底部工作原理：U9ULS系列是给予超声波理论工作的。当超声波在空气中传播时，会被严重 衰减相反地，如果在液体中传播时，超声波的传播会被大大增强。电子控制单元发出一系列的电信号，传感器将其转化为超声能量脉冲，并在被探测区内 传播。当另一端街道有效信号时，就发出数据有效的信号，表明有液体存在。这个信号输送 到继电器，从
15、而产生输出信号。U9ULS100系列产品具有性能优异的传感器探头，可在温度为300F和压力为1000PSI 的情况下良好的工作。U9ULS10系列产品为更靠近池底，将顶端的探头设计成缺口形状。控制电路设计成 小型，密封的结构，可安装在远程的控制地点。特点：10A的继电器输出115/230V AC，12V DC 或 24V DC 输入高增益。无需效准，工作温度可达300长度可达151.5CM名称PLC 接口注释SB1XOOO启动SB2X005停止SB3X006出水阀开关SQ1X001水塔上限位SQ2X002水塔下限位SQ3X003水池上限位SQ4X004水池下限位PLCI/O接口分配输出部分输出部分名称PLC 接口注释KM1Y001水泵MKM2Y015星启（低速）输KM3Y016角转（高速）KM4Y002进水阀Y出KM5Y003出水阀QYL1Y004水泵故障指示灯部YL2Y005进水阀故障指示灯YL3Y006正常工作指示灯分FMY007
