电气控制与PLC课程设计(水塔水位PLC自动控制系统)

辽宁工程技术大学电气控制技术与PLC 课程设计设计题目水塔水位PLC自动控制系统指导教师院（系、部）电气与控制工程学院专业班级学号姓名日期电气控制技术与PLC课程设计任务书摘要随着现代社会生产的发展和技术进步，现代工业自动化生产水平的日益提高，微电子技术的飞速发展，在继电器控制系统的基础上产生了一种新型的工业控制装置——可编程控制器。

随着科技的发展和现实暴露的一些问题，以便能更快捷更方便的完成一些任务，在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量和控制。

水位控制在日常生活中应用也相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。

而水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。

本文采用PLC进行主控制，在水箱上安装一个自动测水位装置。

利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用MCGS 组态软件对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、故障报警信息显示、实时曲线和历史曲线的显示，使水位保持在适当的位置关键词：PLC(Programmable Logic Controller)、自动化、水塔水位目录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...... 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。

1.2 PLC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.1.3 PLC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10~20ms.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PLC 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速恢复运行。

1.4 PLC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，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 水塔水位控制装置如图2-1所示水池S3S4水塔上限液位开关水塔下限液位开关出水阀图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KM3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I fN≥（1.5～2.5）I N，I N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。