完整版双水塔供水控制系统论文Word格式.docx
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致
谢.................................................................................................................................22
参考文献.................................................................................................................................22
2
摘要
水在人们正常生活和生产中起着不可替代的作用,
一旦断水轻则给人们生活带来极大
不便,重则可能造成严重的事故及损失。
水塔供水系统是我国住宅小区及厂矿广泛应用的供
水系统,水塔供水控制系统的优劣直接关系到整个供水系统的安全可靠。
传统的继电器系统元件数量多;
维修复杂;
维护成本高;
可靠性低。
现今
PLC技术飞快发
展,应用越来越广,在工业自动化中的地位极为重要,广泛的应用于各个行业。
随着科技的
发展,可编程控制器的功能日益完善,加上小型化、价格低、可靠性高,在现代工业中的作
用更加突出。
本论文基于可编程序控制器在双水塔供水系统的运用,
介绍了供水管路的布局,
配件选择,电路的设计以及
PLC的编程。
关键词:
PLC;
水位控制器;
先导式水用电磁阀;
水位检测
前言
在这个设计中,有A,B两座大楼的楼顶分别设立了一个水塔,水塔分别为
3
各自的大楼的内部供水。
水塔的水来自于地面的一个水塘,水塘的水由自然的水
道流入,可以不在控制系统的考虑范围内。
水塘的水经由一根水管供应给A,B两座大楼的水塔使用。
因为两座水塔出
水管路是各自独立的,而它们的进水管路是一根,所以就要在控制系统之中解决
两个水塔需要水量不同的问题。
同时,因为有时一个水塔需要进水,而另一个水
塔却不需要进水;
有时两个水塔需要同时进水,所以这时水泵的供水量应该可以
控制的,在以上的两种情况时应有不同的供水量。
第一章控制方案的设计
1.1双水塔布局介绍
如图:
4
a—
b—
c;
d—
r;
j—
1#水泵
2#水泵
先导式水用电磁阀
e;
f;
g;
h—
闸阀
1.2控制方案设计
因为两个水塔是不同的用水系统,所以它们的用水量是不同的,有时候
楼的水塔是满的,而B楼已经没有水了需要供水,有时候这种情况刚好相反。
而有的时候两座水塔都需要供水。
A
这个设计中在两个水塔中各自有一个独立的水位检测装置,该检测装置采
用的是DF-96系列全自动水位控制器,该控制器利用水的导电性采用电极检测
水的实际的水位,当水位低于下限时控制器输出,当水位到达上限时输出停止。
5
r
如果只有A楼在用水,当A楼的水塔的水位低于下限时,水位控制器
输出一个信号,PLC接收到信号后就控制
(先导式水用电磁阀)打开,于是开始向A楼水塔供水。
当水塔的水位到
a(1#
c(先导式水用电磁阀)关闭,于是向A楼水塔的供水
a
(1#水泵)启动开始抽水,同时控
制
c
达上限时,水位控制器的输出信号终止,PLC接收到终止信号后就控制
水泵)停止,同时控制
结束。
如果只有B楼在用水,当B楼的水塔的水位低于下限时,水位控制器
j输
出一个信号,PLC接收到信号后就控制
(1#水泵)启动开始抽水,同时控制
d(先导式水用电磁阀)打开,于是开始向B楼水塔供水。
当水塔的水位到达上
限时,水位控制器的输出信号终止,PLC接收到终止信号后就控制
停止,同时控制
a(1#水泵)
d(先导式水用电磁阀)关闭,于是向B楼水塔的供水结束。
当A楼和B楼都在用水时,如果A楼的用水量大,那么A楼的水塔的水
位先降低到下限以下时,水位控制器
r输出信号,PLC接收到信号后就控制
(先导式水用电磁阀)打开,于是开始向
A楼的水塔供水。
还在给A楼供水的时候,B楼的水塔的水位也降低到下限以下,
输出信号,PLC接收到信号后就控制(先导式水用电磁阀)
d
这时水位控制器
j
打开,于是开始同时向B楼水塔供水。
因为要向A;
B两座楼的水塔同时供水就
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需要更大的水量,所以这时PLC控制
b
(2#水泵)启动,这样就有两个水泵同
时向两座水塔供水。
当A楼水塔的水位到达上限时,水位控制器
终止,PLC接收到终止信号后就先控制
(2#水泵)停止运行,而保持
r的输出信号
(先导式水用电磁阀)关闭,于是向A
楼水塔的供水结束。
同时控制
(1#水泵)继
续运行向B楼水塔供水。
当B楼水塔的水位到达上限时,水位控制器
j的输出
信号终止,PLC接收到终止信号后就控制
a(1#水泵)停止,同时控制d(先
导式水用电磁阀)关闭,于是向B楼水塔的供水也结束。
1.3各部件的作用
在这个控制方案中,
(1#水泵)作为主运行泵,两座水塔之中无论哪一
个需要供水都先启动运行1#水泵。
(2#水泵)作为备用水泵,只有当两座水
塔都同时需要供水时它才启动运行,当有一个水塔水位满了,2#水泵就会停止运
行,而另一个水塔满了之后1#水泵才会停止运行。
在这个控制方案中,先导式水用电磁阀
d是主控制阀,正常状态时用
于供水管路的关闭和开通。
h
是备用的旁通阀,在先导式水用电磁阀
d出现故障失效的情况下,就可以打开闸阀gh
或者,可以临时给水塔供
水。
f作为两座水塔的总阀,用于关断两座水塔的供水。
第二章配件的选择
2.1水泵
这个设计的水泵采用的是ISW系列卧式管道离心泵,该系列的泵性能优良;
可靠性高;
寿命长;
结构合理;
外形美观。
适用于工业和城市给排水,高层建
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筑增压送水,园林喷灌,消防增压,远距离输送,暖通制冷循环、浴室等冷暖水
循环增压及设备配套,使用温度T≤80℃。
2.2先导式水用电磁阀
这个设计的输水管路的主控制阀采用的是ZCS系列先导式水用电磁阀,
该阀为二次开阀的先导式电磁阀,其结构主要由导阀和主阀组成,主阀采
用橡胶密封结构。
常位时,活动铁芯封住导阀口,阀腔内压力平衡,主阀口封闭。
当线圈通电时,产生电磁力将活动铁芯吸上,主阀腔内的介质自导阀口外泄,以
至产生压力差,膜片或阀杯被迅速托起,主阀口开启,阀便呈通路了。
当线圈断
电,磁场消失,活动铁芯复位,封闭导阀口,导阀和主阀腔内压力平衡后,阀又
呈关闭状态。
该阀特点:
功率消耗低、通径较大,而结构简单、安装方向任意,
8
但只能用于电磁阀两端有一定压差的场合
2.3自动水位控制器
这个控制系统中两个水塔的水位检测,采用的是
制器。
DF-96系列全自动水位控
该控制器采用集成电路,结构简单,价格低廉,由于采用电极探头检测水
位,所以安装方便,而性能可靠。
该水位控制器具有单控上水池;
单控下水池;
上下水池联合控制;
水池排水及缺水保护等功能。
非常适合城镇、农村、学校、
工矿企业单位及家庭用水的水井—水塔供水工程。
这个设计中采用的是该控制器的单控上水池功能,单控上水池探头安装方法
如图所示:
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C(黑线):
为水位检测探头的公共点,放在水池的最低点,
E(黄线)不需要连接探头,把它们短接在
D(绿线)、
C(黑线)上。
B(蓝线):
为水塔水位的下限液位控制点,正常水位时
B点没在水中,
通过水为介质与C点导通。
当水塔的水位下降到B点水位以下时,水与B点探
头脱离接触,同时C点与B点的导通就截止,水位控制器自动输出控制信号,
控制水泵运行。
A(红线):
为水塔水位的上限液位控制点,当水泵运行后水塔水位开始
回升,水位先没过了B点,然后当水位上升达到A点的时候,水与A点探头接
触,这时A点通过水为介质与C点导通,于是水位控制器自动停止控制信号的
输出,控制水泵停止。
2.4PLC可编程控制器
双水塔水位控制系统的最核心部件是可编程控制器,它作为控制系统的大
脑,负责接收控制信号,再通过运算处理,然后输出操作信号。
可编程控制器简称——PLC,是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自
动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。
它具有结构简单、编
程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。
据统计,
可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。
专家认为,可编程控制
器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,
PLC、机器人、
CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。
PLC具有可靠性高,抗干扰能力强等特点,PLC的平均无故障运行时间(又
称平均故障间隔时间MTBF)已经高达几十万小时。
其次,PLC具有通用性强,使
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用方便的特点。
由于PLC产品的系列化和模块化,PLC配备有品种齐全的各种硬
件装置供用户选用,可以组成能满足各种控制要求的控制系统,用户不必自己再
设计和制作硬件装置。
用户在硬件方面的设计工作只是确定
PLC的硬件配置和I
/O的外部接线。
一个控制对象的硬件配置确定以后,可以通过修改用户程序,
方便快速地适应工艺条件的变化。
这个控制系统中的PLC采用的是三菱FX1N-14MR-001可编程控制器,该
系列PLC是功能很强大的普及型微型PLC,FX1N系列最多可扩展到多达128
个I/O点,除了可以扩展输入输出,还具有模拟量控制和通讯,链接功能等的扩
展性。
所以,FX1N系列可以广泛应用于一般的顺序控制。
FX1N系列可编程控制器具有的特点有:
1、机身小巧,高速运算基本指令:
0.55~0.7指令,应用指令:
3.7~数100
指令
2、宽裕的存储器规格,内置8000步EEPROM存贮器,无需电池,维护轻松
3、丰富的软元件范围,具有辅助继电器:
1536点,定时器:
256点,计数器:
235点,数据寄存器:
8000点
第三章电气电路设计
3.1总体电气布局
这个双水塔控制系统的总体的电气布局是由三个配电箱组成,如图:
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总配电箱:
总配电箱是这一个控制系统的最主要的配电箱,在里面安装着控
制系统的主要电路和设备元件,有水泵电机接触器,PLC等。
总配电箱安装在水
泵的附近,通过二根电缆线与俩个水泵电机相连。
A楼配电箱:
A楼配电箱安装在A楼水塔的附近,这个配电箱里面安装着水
位控制器和一个控制先导式水用电磁阀的接触器,又有两根电缆线连接水位电极
探头和先导式水用电磁阀,这个配电箱通过一根4*2.5?
的电缆线与总配电箱相
连。
B楼配电箱:
B楼配电箱安装在B楼水塔的附近,这个配电箱里面安装着水
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3.2电气原理图
QS1:
电路电源总闸刀,用于控制总配电箱的电源接通与关断。
QF1;
QF2:
水泵电机断路器,可以用于水泵电机主电路的短路保护,和关断。
KM1;
KM2:
水泵电机接触器,是用于控制水泵电机的运行与停止。
FR1;
FR2:
水泵电机热继电器,用于水泵电机的过载保护,该热继电器的控
制信号直接输入到PLC。
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KA1:
小型继电器,控制KM1运行,该继电器由PLC输出控制。
KA2:
小型继电器,控制KM2运行,该继电器由PLC输出控制。
KA3:
小型继电器,控制A楼水塔先导式水用电磁阀运行,该继电器由PLC
输出控制,该继电器输出信号“3”通到A楼配电箱。
KA4:
小型继电器,控制B楼水塔先导式水用电磁阀运行,该继电器由PLC
输出控制,该继电器输出信号“4”通到B楼配电箱。
KA5:
小型继电器,该继电器控制信号“5”由A楼水塔水位控制器输出控制,
该继电器输出通到PLC输入端。
KA6:
小型继电器,该继电器控制信号“6”由B楼水塔水位控制器输出控制,
TC:
隔离变压器,是PLC电源。
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QF1:
电源电路断路器,用于控制总配电箱的电源接通与关断。
DF-96D:
水位控制器,用于检测A楼水塔水位,并且输出控制信号“5”到
总配电箱的PLC。
YV:
先导式水用电磁阀,用于A楼是水塔的供水管路的关闭和开通。
KM:
交流接触器,用于控制先导式水用电磁阀的运行,该接触器控制信号“3”
来自于总配电箱。
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水位控制器,用于检测B楼水塔水位,并且输出控制信号“6”到
交流接触器,用于控制先导式水用电磁阀的运行,该接触器控制信号“4”
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第四章
PLC程序的设计
4.1PLC输入输出分配
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4.2手动部分程序
手动部分在水泵调试的时候使用:
开关SA1置于手动位置,执行第一段主控指令的X0置ON,PLC内部继电
器M50置ON,程序执行第一个嵌套指令。
1#水泵手动运行:
开关SA2接通,输入点X1置ON,内部继电器M1置ON.内
部继电器M1控制Y0输出(1#水泵启动)
2#水泵手动运行:
开关SA3接通,输入点X2置ON,内部继电器M2置ON.内
部继电器M2控制Y1输出(2#水泵启动)
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4.3PLC梯形图(自动部分)
自动部分是系统的主要的工作状态。
开关SA1置于自动位置,执行第一段主控指令的X0置OFF,PLC内部继电
器M51置ON,程序执行第二个嵌套指令。
当A楼水塔欠水时,KA5输出,输入点X5置ON,内部继电器M3置ON.内部
继电器M5置ON,内部继电器M5控制Y0输出(1#水泵启动)。
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当B楼水塔也出现欠水时,KA6输出,输入点X6置ON,内部继电器M4置ON.
因为内部继电器M3和M4置ON。
所以内部继电器M6也置ON,内部继电器M6控
制Y1输出(2#水泵启动)。
于是两只水泵同时工作。
当A楼水塔欠水时,内部继电器M3置ON后,定时继电器T1置NO,定时继
电器T1计时5s后,内部继电器M7也置ON,内部继电器M7控制Y2输出(A楼先
导式水用电磁阀打开)。
当B楼水塔欠水时,内部继电器M4置ON后,定时继电器T2置NO,定时继
电器T2计时5s后,内部继电器M8也置ON,内部继电器M8控制Y3输出(B楼先
因为先导式水用电磁阀打开需要阀的两端有一定的压差,所以电磁阀要比水
泵延迟打开。
当有一个水塔的水位先到了上限,假设是B楼,那么KA6停止输出,输入点
X6置OFF,于是内部继电器M4置OFF,那么内部继电器M6也置OFF,于是2#
水泵停止。
同时,因为内部继电器M4置OFF,所以定时继电器T2复位,于是内
部继电器M8置OFF,控制输出点Y3的输出停止,对应的B楼的先导式水用电磁
阀关闭。
当剩下的A楼水塔的水位也到了上限,那么KA5停止输出,输入点X5置
OFF,于是内部继电器M3置OFF,那么内部继电器M5也置OFF,于是1#水泵停
止。
同时,因为内部继电器M3置OFF,所以定时继电器T1复位,于是内部继电
器M7置OFF,控制输出点Y2的输出停止,对应的B楼的先导式水用电磁阀关闭。
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4.4PLC梯形图(输出部分)
当1#水泵或2#水泵哪个出现过载,热继电器FR1或FR2动作输出,于是输
入点X3或X4置OFF,那么相对应的水泵就停止运
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