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本科毕业论文-—基于plc的小区排水控制系统设计.doc
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2023-07-08
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本科毕业论文-—基于plc的小区排水控制系统设计.doc
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基于 PLC 的小区排水自动控制系统
目 录
1 引 言 .....................................................1
1.1 研究背景 ..........................................................1
1.2 研究目的和意义 ....................................................1
1.3 设计内容及实现目标 ................................................1
2 系统总体设计 ................................................2
2.1 系统控制功能要求 ..................................................2
2.2 系统控制工艺的确定 ................................................2
2.3 确定设计方案 ......................................................3
3 控制系统硬件设计 .............................................4
3.1 PLC 选型及扩展 ....................................................4
3.1.1 PLC 的选型 ...................................................4
3.1.2 模拟量输出模块的选择 ........................................5
3.2 电机及驱动控制 ....................................................6
3.2.1 电机的选择 ..................................................6
3.2.2 变频器的选择 ................................................6
3.3 低压电器选型 ......................................................7
3.3.1 低压断路器 ..................................................7
3.3.2 继电器 ......................................................8
3.3.3 熔断器 .......................................................8
3.3.4 水位开关 .....................................................8
3.4 电源的设计 ........................................................9
3.5 人机接口的设计 ...................................................10
4 控制系统软件设计 ............................................11
4.1 控制程序流程图 ...................................................11
4.2 显示操作界面设计 .................................................12
5 控制系统软件调试 ............................................14
5.1 系统启动 .........................................................14
5.2 系统高水位排水 ...................................................14
5.3 系统变频器上电调速 ...............................................15
5.4 系统电机运行 .....................................................16
5.5 系统低水位停止排水 ...............................................17
结束语 ........................................................18
1
参考文献 ......................................................19
附录 ..........................................................20
附录 A 程序清单 ......................................................20
附录 B 硬件原理图 .....................................................22
总结 ..........................................................23
1
1 引 言
1.1 研究背景
近年随着城市化进程的加快,城市人口急剧增多,国内各大城市的小区均面临着巨
大的压力,小区排水系统是小区给排水及防灾系统的主要设施之一。及时排放小区内部
的积水,对整个的排水设备、自动扶梯、公共区照明等小区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,更好地协调小区设备的运行,充分发挥各
种设备应有的作用,保证住户的安全和设备的正常运行。
排水系统包括消防用水系统和排水系统。消防用水利用城市现有设施排入城市雨水
系统,生活污水及厕所冲洗水经化粪池处理后排入城市污水系统。
1.2 研究目的和意义
本课题主要采用稳定性较好,编程和操作都比较简单的PLC控制系统来主导各个站
点的排水控制。随着社会经济的发展,小区网络将会愈加复杂,继电器控制已经无法满
足各大城市小区的排水控制需求。排水系统,需要保持非常好的稳定性,同时由于本排
水系统所处工作环境恶劣。所以本课题的主要研究目的是利用PLC,开发一套运行稳定,
便于监控 ,自动化程度高的系统以降低系统的维护成本,延长系统的使用寿命。
1.3 设计内容及实现目标
本系统采用西门子 S7-200PLC 的 224CPU 和扩展模块以及少量的中间继电器来代
替传统的继电--接触器控制系统,以 PLC 梯形图的“软接线控制网络”取代传统的继电器
构成的硬接线控制线路,对各蓄水池按设定指令进行抽水,对各蓄水池水位进行实时监
控。电机发生故障时及时报警并在一定时间后紧急停止系统。小区排水控制系统的软件
和硬件,有效的实现了小区排水系统的逻辑控制、安全控制、故障诊断及其应对措施。
同时也实现了泵、阀控制的自动化和智能化,大大降低了电气控制系统的复杂程度,提
高了自动化程度和整个系统的可靠性。
2
2 系统总体设计
2.1 系统控制功能要求
为保证各水池顺利排水,对系统进行以下要求:
(1)根据实际情况采用过载和短路两种保护方式以保护电机不被损坏
(2)设置水位显示灯,便于监控
(3)两台主抽水泵实行两班倒轮换制(即 12 小时轮换一次)
(4)设置手动控制方式,便于在系统的人工检测维修
小区自动排水控制系统示意图如图 2.1 所示。
图 2.1 小区自动排水控制系统示意图
2.2 系统控制工艺的确定
(1)本系统设置 1 个蓄水池,蓄水池中设置有水位开关。
(2)当蓄水池中水位为满水时,满水指示灯亮同时打开排水阀门,关闭进水阀门。
(3)当蓄水池处于无水状态时,处于工作时间的主泵停止工作。
3
(4)系统安全:电机发生故障时,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 确定设计方案
早期的控制系统多采用继电器——接触器控制系统,但随着电子技术的飞速发展,
控制要求的不断提高,该类控制方法已不能满足现代工业污水处理系统的控制要求,因
此已逐渐被淘汰,取而代之的是 DCS、现场总线控制、PLC 等控制方法。
用 PLC 作为处理系统的控制器,实现控制系统的功能要求,也可利用计算机作为
其上位机,通过网络连接 PLC,对生产过程进行实时监控,其特点如下:编程方便,
开发周期短,维护容易。通用性强,使用方便。控制功能强。模块化结构,扩展能力强。
系统控制方案如图 2.2 所示,各个池,抽水机组以及阀门的动作均由主控制器控制。
抽水机组按照指令将蓄水池中的废水抽出并排至指定的排水沟中。每台驱动电机对控制
器都有故障报警的连接。为便于对系统的监控,监控器对外不仅有声光输出,还能够与
远程 PC 终端进行连接。
图 2.2 系统控制方案图
PLC
数字量输入
液位开关
模拟量输出
报警
变
频
器
电机
1
电机
2
数字量输出
人机界面
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