水箱水位PLC自动控制系统的设计_吕宁

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个对建筑物或建筑 群 内 电 力 # 照 明 # 空调 # 给排水 # 防灾 # 保安 # 车库管 理等设备或系统 的 工 作 状 态进行监视 # 控制 和 统 一 管 理 的 自动化系统 $ 是智能 建 筑 的 重 要 组成部分 % 它的主 要 任 务 是 为 用 户提供安 全 # 高效 # 经 济 和 舒 适 的工作和生活环境 $ 保 证 整 个 系 统经济运行 $ 并提供智能化管理 % 它的 内容包括空调系 统 # 冷 水 机 组 # 供水系统 # 给 排 水 系 统 # 自 发电机组 # 电梯 # 照 明 等 设 备 的 控制和管理 %
应用设计
!
吕宁!常州技师学院
水箱水位$%&自动控制系统的设计
系统介绍
!"#系统
建 筑 设 备 自 动 化 系 统 BA S 排水系统的正常运 为了保证供水 / 行 $ 其基本 监控内 容 是 对 各 给 水 泵 # 排水泵 # 污 水 泵 及 饮 用 水 泵 的运行状态进行 监 测 $ 对 各 水 箱 及污 水池的水位 # 给 水 系 统 压 力 进行监测 $ 并根据这些监测信息 $ 控制相应的水泵启 / 停或按某种节 能方式运行 % 给水系统 给水系统是由水泵# 水箱# 管道 # 阀门等设 备 组 成 $ 我 们 设 计的给水系统包括 以 下 几 个 方 面 的监控 & !1" 监视水泵的运行和控制 水泵的启 # 停 ’ !2" 监视水泵发生过载等故 障付出报警信号 ’ !3" 监视水箱的水位 $ 当水 位越限时发出报警信号 %
H 1) L1) H 2) L2*
’ 2( 对低位水箱水位的限 制 & 当 水 位 低 于 L2时 " 低 位 水 箱处于缺水状态" 水泵必须停 止 * 当水位高 于 H 2时 " 低 位 水 箱处于充满状态" 允许水泵启 动% ’ 3( 对高位水箱水位的限 制 & 当 水 位 低 于 L1时 " 高 位 水 箱处于放空状态" 水泵必须启 动供水 * 当水 位 高 于 H 1时 " 高 位水箱充满" 水泵应该停止供 水%
PLC ’ 可 编 程 控 制 器 ( 综 合 了
计算机技术) 自动控制技术和 通信技术 " 具有控制 ) 自诊断 ) 报警 ) 监控等功能 % 本 系 统 选 用 PLC 作 控 制 方 式% 高低位水箱给水系统 我们采用由高低水箱组成 的给水系统% 在建筑楼顶设一 高位水箱 " 在低处 ’ 如地下室 ( 设一 低位水箱% 室外管 网 ’如 自来水 ( 来水先进入低位水箱 " 然后由给水泵打泵从低位水箱 抽水向高位水箱补水" 再通过 高位水箱提供给用户用水并保 证用户水压要求% 水泵的运转 工况除监控和手动外" 还应由 高低位水箱的水位信号控制其 自动运行 % 对该控制系统的自动控制 要求如下 & ’ 1( 在 自 动 控 制 方 式 下 " 水泵可以根据高低水箱水位变 化自动开停" 为此设水位开关
2005/ 12
(电子技术 )
应用设计
图1 典型的集散式BAS 系统
水位的自动控制在高层建筑中 是一种得到广泛应用的技术! 本设计采用插入式磁性液位变 送器作为水位检测电路 ! "1# U R 系列插入式磁性液 位变送器利用环形磁性浮子随 液位升或降$ 使传感器内的干 簧管吸合$ 将液位转换成相应 的电阻输出$ 该信号可直接与
23. 8. 4条 规 定 & 多 台 水 泵 的 机
房" 应根据供水工艺的要求" 设置如下装置 & ’ 1( 高 ) 低 水 位 信 号 指 示* ’2( 高 ) 中 ) 低三个水位 控制泵的开 ) 停信号指示 * ’3( 电动机的运行信号指 示* ’4( 水泵的自动切换 * ’5( 手工与自动的工作转 换及故障报警 % 第23. 8. 14条规定 & 控制取水 泵房的集中控制室应具有下列 功能 & ’1( 远方手动 ) 自动及就 地工作制的选择 * ’2( 水位测量与水位信号 指示 * ’3( 受控水泵电动机运行 状态和电气故障的远方监视和 报警 * ’ 4( 备 用 水 泵 的 自 动 切 换% 控制方式的确定 随着微处理器技术及计算 机技术的发展" 生产上正在越 来越多地采用以微处理器为
低位水箱高水位报警 &-+ 低位水箱低水位报警 &-电笛 ’ 声光报警 (
&-)
表1 PLC 的I / O 地址分配
应用设计
图2 PLC 控制系统外线接线路
!"#的软件设计
本系统的程序设计采用梯 形图语言编程! 使用编程器
$ 2% 2号 水 泵 手 动 ! 自 动 控制# 在水泵处于手动状态时 $ X 006点 接 通 % ! 启 动 2号 水 泵 $X 002%! 通过 SB3与 SB4按钮控 制其启动与停止& 当水泵处于 自动状态! 也就是高位水箱低 水位没水时 $X 007点接通 %! 由 水箱高水位信号可自动控制其 停止! 并且同时累计水泵的运 行时间 $D 240%& $3% 两水泵互为备用 # 在
ZG X 200系 列 数 显 表 配 套 $ 实
现对液位的远距离检测$ 报警 和控制 ! "2# U B 系列插入式磁性液 位变送器是在 U R 系列液位变送 器的基础上通过在接线盒内加 装一体化变送电路模块$ 将电 阻 信 号 转 换 成 二 线 制 4!20m A
D C 标准信号输出 ! 该信号可方
X 011点 接 通 ! 操 作 人 员 可 以 通
过人机界面对水泵实施远程监 控& 本文研制的用PLC 控制的高 层建筑水箱水位的自动控制系统 已成功应用于建筑设备中! 运行 半年来 ! 系统工作稳定 ’ 安全 ’ 高效 ’ 经济 ! 实现了建筑设备自 动化控制和管理 &
M 160’ M 170 中 设 定 水 泵 运 行
输入联接开关 输 入 对应 程 序 中 符 号’梯形图" 指令表 (
!"#的硬件设计
水泵房自动控制规定 中华人民共和国行业标准 #民用建筑电气设计规范$
J GJ / T1692" 对 水 泵 房 自 动 控
制设计有具体的规定% 其中第
!"#输入点输出点的设计
可编程控制器FX 2N 32M R " 它有 16个输入点和 16个输出点 % 我们设计的控制过程需输入点
" 2# 用交流接触器控制电 动机 $ 在其他触点动作的同时其 辅助常开触头闭合 $ 形成自锁 ! 该触头称为 & 自锁触头 ’$ 自锁 触头是电动机长期工作的保证 ! " 3# 短路保护 % 电路中用 熔断器 FU 或用断路器 Q F做短路 保护! 当出现短路故障时$ 熔 断器的熔丝熔断或断路器主触 头自机的长期过载保护 $ 出现过载时$ 双金属片受热弯 曲而使其常闭触点断开$ 交流 接触器 K M 断电释放 $ 使电动机 停止运行 ! 水泵电动机 生活给水泵能否正常工作 是建筑内人们用水和消防安全
PLC ! 核心控制部件 "# 高低位水
箱的水位检测电 路 ! 高 低 水 位 信 号传送给 PLC "# 水泵电动机控制 电 路 ! PLC 控 制 启 停 及 主 备 切 换 " # 设 备 监 控 台 ! BA S 监 控 中 心 " 四部分组成 % 高低位水箱的水位检测电路的设计 高层建筑为了保证供水一般 都在楼顶上设有 水 箱 $ 因 此 水 箱
BA S的 系 统 结 构 有 集 散 式 控
制系统和全分布式控制系统两种 % 集散式系统是目前广泛 采 用 的 一 种体系结构 % 集散 式 系 统 以 分 布 在现场被监控设备附近的多台
水箱水位自动控制系统
组成 水箱水位自动控制系统由
D D C 控制器 $ 完成设备的实 时监
给排水系统在建筑 设备自动化系统中占有 重要的地位 % 用 PLC 控 制的高层建筑水箱水位 自动控制系统工作稳 定# 安全# 高效# 经 济 $ 能够实现建筑设备 自动化控制和管理 % 控任务 $ 在中央控 制 室 设 置 具 有 很强的 数字通信 # 显 示 和 丰 富 控 制管理功能的管理 计 算 机 $ 用 它 来完成集中操作 # 显 示 报 警 # 打 印 输出与优化控制等 任 务 % 典 型 的集散式BA S系统如图1所示 % 给排水子系统 给排水监控子系统的作用是
FX 2N 系 列 的 FX 2N 32M R 输 入
程序时! 采用语句表达式" 系 统运行时 ! PLC 依次读取程序存 储器中的程序语句! 解释内容 并执行 " 系统工作过程如下 # $ 1% 1号 水 泵 手 动 ! 自 动 控制# 当水泵处于手动状态时 $ X 006点 接 通 % ! 启 动 1号 水 泵 $X 000%! 通过 SB1与 SB2按钮控 制其启动与停止& 当水泵处于 自动状态! 也就是高位水箱低 水位没水时 $X 007点接通 %! 由 水箱高水位信号可自动控制其 停止! 并且同时累计水泵的运 行时间 $D 230%& *电子技术 +
便 地 与 电 动"型 仪 表 或 工 控 机 (电子技术 )
2005/ 12
应用设计
的关键问题之一! 为保证水泵 可靠长期的工作" 在水泵电动 机控制电路中我们设计成一工 作一备用两台给水泵" 互为备 用" 定时交替工作" 当工作泵 发生故障" 备用泵延时自动投 入工作 " 并发出故障报警 ! 核心的各种数字化智能仪表和 装置% 在此基础上发展起来的
箱处于低水位 (Y 011%’ 高水位 ( Y 010%’ 液 位 报 警 ) 当 高 位 水 箱处于低水位 (Y 007%’ 高水位 (Y 006% 时 ! 液位报警 & (5% 人机界面 # 在人机界 面上设有M 165’ M 175按钮 ! 用 于清零& 设定水箱报警液位高 度和主备水泵替换时间 & (6% 远程监控 # 当主备水 泵 处 于 远 程 控 制 时 ! X 010’
时间 ! 当 D 230’ D 240累 计的时 间 达 到 M 160’ M 170 中 所 设 定 的 ! 就 自 动 切 换 " 但 M 160’
M 170所设定的时间不能超过水
泵 的 最 大 运 行 时 间 ( D 232’
D 242%&
(4% 液位报警 # 当低位水
!
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10 个 " 输 出 点 11 个 % 选 用 FX 2N 32M R 可编程 控 制 器 刚 好
满足本系统的控制要求 % 输入 ) 输出点的地址序号为 & 输入 & X 0X 7" X 10X 11 输出 & Y 0Y 7" Y 10Y 12
PLC 控制系统外接线路如图 2所示 " PLC 的各 I / O 的地址分配
! 号泵启动 * 号泵启动 ! 号泵运行指示 * 号泵运行指示 - 号泵故障指示 * 号泵故障指示
高位水箱高水位报警 高位水箱低水位报警
&% &’ &* &, &. &/ &0 &1
&%%% &+%! &%%* &%%, &++. &++/ &++0 &++1 &+-+ &+-&+-)
- 号水泵远程控 ) 号水泵远程控
见表1%
输出接触器信号 输 出 对应程序中符 号 ’梯形图" 指令表 (
! 号水泵启动 "#! ’ 号水泵停止 "() * 号水泵启动 "(! * 号水泵停止 "(* - 号泵故障 * 号泵故障
手动控制 自动控制
$% $! $* $, $. $/ $0 $1 $-+ $--
$%%% $%%! $%%* $%%, $++. $++/ $++0 $++1 $+-+ $+--
配套使用$ 实现远距离检测$ 报 警 和 控 制 $ 亦 可 与 ZG X 200 系列数显表配套使用 ! " 3# 传 感 器 的 检 测 管 内 装有一组干簧管和精密电阻$ 当管外磁性浮子随液位上下变 化的时候$ 检测管内位于液面 处的干簧依次接通使传感器的 电阻值发生变化$ 接线盒内的 转换电路模块将其转换成电流 输出 ! 水泵电动机控制电路的设计 三相异步电动机及其单向旋转 给排水工程中常使用鼠笼 式三相异步电动机! 水泵上的 电动机一般都是单向旋转$ 应 有以下控制 % "1# 有手动切换按钮和刀 开关 $ 可人工控制 !