(整理)基于PLC的小区排水控制系统设计

..................................基于PLC的小区排水自动控制系统目录1引言.....................................................11.1研究背景...........................................................11.2研究目的和意义.....................................................11.3设计内容及实现目标.................................................12系统总体设计................................................22.1系统控制功能要求...................................................22.2系统控制工艺的确定.................................................22.3确定设计方案.......................................................33控制系统硬件设计.............................................43.1PLC选型及扩展.....................................................43.1.1PLC的选型...................................................43.1.2模拟量输出模块的选择.........................................53.2电机及驱动控制....................................................63.2.1电机的选择...................................................63.2.2变频器的选择.................................................63.3低压电器选型......................................................73.3.1低压断路器...................................................73.3.2继电器.......................................................83.3.3熔断器.......................................................83.3.4水位开关.....................................................83.4电源的设计........................................................93.5人机接口的设计...................................................104控制系统软件设计............................................114.1控制程序流程图...................................................114.2显示操作界面设计.................................................125控制系统软件调试............................................145.1系统启动.........................................................145.2系统高水位排水...................................................145.3系统变频器上电调速................................................155.4系统电机运行......................................................16..................................5.5系统低水位停止排水................................................17结束语........................................................18参考文献......................................................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。..................................（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..................................3控制系统硬件设计3.1PLC选型及扩展3.1.1PLC的选型本系统选用西门子S7-200CPU224型PLC，具有14点输入/10点输出，共有24点数字量I/O。可连接7个扩展模块，最大扩展至168点数字量I/O或35路模拟量I/O；6个独立的30kHz高速计数器，两路独立的20kHz高速脉冲输出，具有比例、积分、微分(PID)控制器；1个RS-485通信/编程口，具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制器，可完全满足一些中小型复杂控制系统的要求。CPU224如图3.1所示。图3.1CPU224示意图..................................3.1.2模拟量输出模块的选择该系统需要扩展两个模拟量输出模块，选用EM232。此输出扩展模块主要参数为DC24V，2点模拟量输出，功耗0.25W。如图3.2所示。AIN1-AIN1+AIN1-AIN1+去变频器1去变频器2EM232图3.2EM232示意图在扩展的模拟量输出模块中，需要使用的输出点共2个，即：AQW0变频器1模拟量输出口；AQW2变频器2模拟量输出口。小区自动排水控制系统的PLC输入接口如下表3.3所示表3.3小区自动排水控制系统PLC输入接口功能表序号名称文字符号输入口1启动SF1I0.02停止SF2I0.13蓄水池高水位开关信号BG1I0.24蓄水池低水位开关信号BG2I0.3小区自动排水控制系统的PLC输出接口如下表3.4所示。..................................表3.4小区自动排水系统PLC输出接口功能表序号名称文字符号输出口1电机1继电器KF1Q0.02电机2继电器KF2Q0.13蓄水池高水位红色指示灯PG1Q0.24蓄水池低水位绿色指示灯PG2Q0.35变频器1接触器QA1Q0.46变频器2接触器QA2Q0.57报警红色指示灯PG3Q0.68电机1运行指示灯PG4Q0.79电机2运行指示灯PG5Q1.0小区自动排水系统的PLC模拟量输出接口如下表3.5所示表3.5小区自动排水系统模拟量输出地址分配表地址功能AQW0变频器1AQW2变频器23.2电机及驱动控制3.2.1电机的选择该小区自动排水