PLC课设水塔水位PLC自动控制新版系统.doc

电气工程学院
课 程 设 计 说 明 书

设计题目： 水塔水位PLC自动控制系统
系 别： 电气工程及其自动化
年级专业：
学 号：
学生姓名：
指导老师：

电气工程学院《课程设计》任务书
课程名称： 电气控制和PLC课程设计
基层教学单位：电气工程及自动化系 指导老师： 郭忠南等
学号

学生姓名

（专业）班级

设计题目
水塔水位PLC自动控制系统
设
计
技
术
参
数
采取PLC组成水塔水位电气控制系统。控制要求查阅相关文件。

设
计
要
求
1) 依据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包含PLC硬件配置电路。
2) 依据控制要求，编制PLC控制程序
3) 按要求编写设计说明书并绘制A1幅面图纸一张。
参
考
资
料
1、《PLC电气控制技术》 漆汉宏主编 机械工业出版社
2、图书馆各类期刊文件相关数据库
3、相关电气设计手册
周次
第一周
第二周

应
完
成
内
容

完成全部方案设计：
周一、二：查、阅相关参考资料
周二至周五：方案设计
周六、日：设计方案完善
周一、二：完成设计说明书
周三、四：绘制A1设计图纸
周五：答辩考评
指导教
师签字

基层教学单位主任签字

说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。
2、学生那份任务书要求装订到课程设计汇报前面。
电气工程学院 教务科

摘 要

伴随现代社会生产发展和技术进步，现代工业自动化生产水平日益提升，微电子技术飞速发展，在继电器控制系统基础上产生了一个新型工业控制装置——可编程控制器。伴随科技发展和现实暴露部分问题，方便能愈加快捷更方便完成部分任务，在工农业生产过程中，常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、水电站等情况下水位控制。而水位检测能够有多个实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。
本文采取PLC进行主控制，在水箱上安装一个自动测水位装置。利用水导电性连续地全天候地测量水位改变，把测量到水位改变转换成对应电信号，主控台应用MCGS组态软件对接收到信号进行数据处理，完成对应水位显示、故障报警信息显示、实时曲线和历史曲线显示，使水位保持在合适位置

关键词：PLC(Programmable Logic Controller)、自动化、水塔水位。

目 录
摘 要···························································1
目 录···························································2
第1章 概论························································3
第2章 水塔水位自动控制系统方案设计································4
第3章 水塔水位自动控制系统硬件设计································5
3.1 水塔水位控制系统设计要求···································5
3.2 水塔水位控制系统主电路·····································6
3.3 水泵电机选择·············································7
3.4 水位传感器选择···········································7
3.5 PLC I/O接口分配···········································8
3.6 PLC控制电路原理图·········································10
第4章 水塔水位自动控制系统PLC软件设计····························11
4.1 程序步骤图·················································11
4.2 梯形图程序·················································12
4.3 指令表·····················································14
总 结···························································16
参考文件···························································17

第1章 概论

中国水工业科技发展较快，和国际优异水平差距正在不停缩小，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科技队伍。不过，在水工业科技领域普遍存在着实用性差、转化率低情况。这已成为制约中国水工业产业化发展关键。在水工业科技产业化大潮到来之际，认真分析中国水工业科技发展历程，总结中国水工业科技特点和专长是寻求水工业产业化突破口关键。现在，中国供水自动化系统发展已初有成效。供水自动化系统关键包含水厂自动化和供水管网调度自动化两个方面。
中国供水行业是推进水科技产业化龙头。给水行业是城市基础设施投资关键方向之一。在体制上，供水企业体制变革已成为市场化发展肯定；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、自动控制现代化迫切技术要求。优质供水是水工业市场化发展新增加点，同时要提倡节省用水，提升水反复利用率，并逐步建立完善水工业学科体系。完善水工业学科体系是水工业产业发展必需确保。传统给水排水工程学科体系已难以包还水工业丰富内涵，已不能很好地适应水工业发展需要，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。由水工业社会性所决定，水工业学科体系由多个相互关联学科组成，包含：水质和水处理技术、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工业体系。而在这些学科中水质和水处理技术和水工业工程技术是水工业学科体系中主导学科。

第2章 水塔水位自动控制系统方案设计

设计方案

设水塔、水池初始状态全部为空着，液位指示灯全灭。当实施程序时，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，假如进水超出3秒，而水池液位没有超出水池下限位，说明系统出现故障，系统就会自动报警并切断电源。若3秒以后水池液位按预定超出水池下限位，说明系统在正常工作，水池下限位指示灯亮，此时，水池液位已经超出了下限位了，系统检测到此信号时，因为水塔液位低于水塔水位下限，水泵开始工作，向水塔供水，当水池液位超出水池上限液位时，水池上限指示灯亮，进水阀就关闭，不过水塔现在还没有装满，可此时水塔液位已经超出水塔下限水位，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，水塔液位超出水塔上限，水塔上限指示灯亮，但刚刚给水塔供水时候，水泵已经把水池水抽走了，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，水泵不能开启。
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
水塔水位控制装置图2-1所表示

图3-1 水塔水位控制装置
水塔水位工作方法
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，若水池液位没有超出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，水泵不能开启。

3.2 水塔水位控制系统主电路

图3-2 水泵控制图
水泵开启工作：当收到PLC开启水泵指令后，线圈KM1、KM2中有电流流
过，KM1和KM2主触点闭合，电机低速开启（星启），当电机开启经过一段时间后，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停止水泵指令后，线圈KM1、KM2、KM3中无电流流过，KM、KM2、KM3主触点断开，电机停止工作。
FU：熔断器，当经过熔断器电流超出一定数值并经过一定时间后，电流在熔体上产生热量使熔体某处熔化而切断电路，从而保护电路和设备。熔体额定电流IfN≥（1.5～2.5）IN，IN为电动机额定电流。

3.3 水泵电机选择
因为此次设计选择水泵电机功率较大，初始运行时开启电流过大，故主电路中采取星-角变换减压开启，开启时电机绕组接成星形，进而限制开启电流，当反应开启过程结束定时器发出指令再后将电机绕组改接成三角形联坚固现全压工作。
通常水塔供水系统中水塔高度全部在30米以上，所用水泵电机在向水池抽水时消耗能量较大，为了确保水泵能可靠、安全、经济地运行，故综合考虑后将水泵电机额定功率选为11KW，型号为Y2-160L-6，其关键参数有额定电流为24.23A，额定转速为970r/min。水泵扬程为40米，流量为35立方米/小时。

3.4 水位传感器选择
依据本设计要求所选传感器要求在水面和水底全部能够使用，且要考虑到对水质影响，所以选择超声波液位传感器U9ULS系列 U9ULS——10/100系列。U9ULS系列超声波液位传感器开关使用范围很广。含有焊接不锈钢传感器探头，没有缝隙不会泄露，另外没有易损活动部件，它不会受温度、压力、密度和液体类型等参数影响。在大多数情况下，电子设备放在铸铝，NEMA 4/NEMA 7防爆且防水壳体中。
U9ULS含有以下特点：
可应用于多个液体中
可承受高达1000psi压力
不受气泡、蒸汽、杂质后湍流等原因影响。
长度达121in(303.3cm)
可安装在侧面、顶部或底部
工作原理：U9ULS系列是给超声波理论工作。当超声波在空气中传输时，会被严重衰减 相反地，假如在液体中传输时，超声波传输会被大大增强。
电子控制单元发出一系列电信号，传感器将其转化为超声能量脉冲，并在被探测区内传输。当另一端街道有效信号时，就发出数据有效信号，表明有液体存在。这个信号输送到继电器，从而产生输出信号。
U9ULS——100系列产品含有性能优异传感器探头，可在温度为300F和压力为1000PSI情况下良好工作。
U9ULS——10系列产品为更靠近池底，将顶端探头设计成缺口形状。控制电路设计成小型，密封结构，可安装在远程控制地点。
特点：10A继电器输出
115/230V AC，12V DC或24V DC输入
高增益。无需效准，工作温度可达300 长度可达151.5CM

输 入 部 分
名称
PLC接口
注释
SB1
X000
开启
SB2
X005
停止
SB3
X006
出水阀开关
SQ1
X001
水塔上限位
SQ2
X002
水塔下限位
SQ3
X003
水池上限位
SQ4
X004
水池下限位
3.5 PLC I/O接口分配
输出部分

输出部分

输 出 部 分

名称
PLC接口
注释
KM1
Y001
水泵M
KM2
Y015
星启（低速）
KM3
Y016
角转（高速）
KM4
Y002
进水阀Y
KM5
Y003
出水阀Q
YL1
Y004
水泵故障指示灯
YL2
Y005
进水阀故障指示灯
YL3
Y006
正常工作指示灯
FM
Y007
蜂鸣器
S1
Y011
水塔上限位灯
S2
Y012
水塔下限位灯
S3
Y013
水池上限位灯
S4
Y014
水池下限位灯
HL1
Y001
水泵M工作指示灯
HL2
Y002
进水阀指示灯
HL3
Y003
出水阀指示灯

3.6 PLC控制电路原理图
依据设计要求，PLC控制电路原理图图3-3所表示
图3-3水塔水位自动控制系统PLC控制电路原理图
第4章 水塔水位自动控制系统PLC软件设计
4.1 程序步骤图
水塔水位自动控制系统PLC控制步骤图，依据设计要求，控制步骤图，图4-1所表示：
图4-1 PLC控制步骤图

4.2 梯形图程序
依据控制要求，设计梯形图程序图4-2所表示。

图4-2 梯形图程序

4.3 指令表

总 结

我做这个题目是相关和PLC系统理论和实践相结合设计。在此时对以前学习知识挑战和突破。在对这个设计材料搜索进行独立搜索时，对于办公软件应用有了深入提升。同时在对搜集材料进行整核，结合所学理论知识，和实际应用操作情况下，提升了实际操作和独立处理问题能力。
经过这次设计实践。让我更熟练掌握了三菱PLC软件简单编程方法，对于三菱PLC工作原理和使用方法也有了更深刻了解。在理论利用中，也提升了我工程素质。刚开始学习三菱PLC软件时，因为我对部分细节不加重视，当我把自己想出来部分认为是正确程序利用到梯形图编辑时，问题出现了。转换成指令表后则显示不出很多正确指令程序，这关键是因为我没有把理论和实践相结合，缺乏动手能力而造成结果，最终经过老师纠正和自己实际操作，最终把正确结果做了出来，一样也看清了自己不足之处。
设计过程中得到老师意见和同学提醒，再加上上网搜集到资料，我也明白了不是每个问题全部能自己处理，只有经过自己努力和她人帮助才能把工作做得愈加好，古人说：三人行必有我师、思而不学则殆。所以说学习要善于向她人请教，学思结合。
现在课程设计是做完了，可是我学习之路还没有完，是这次设计让我明白了人这一辈子不能仅仅局限于那一点点满足感，要放眼望去，经过去参与多种实践，提升自己动手能力，发明属于自己未来。

参 考 文 献

[1] 漆汉宏主编 《PLC电气控制技术》 机械工业出版，
[2] 齐占庆，王振臣. 电气控制技术[M]. 北京：化学工业出版社，
[3] 三菱微型可编程控制器手册 [M]. MITSUBISHI SOCIO-TECH,

电气工程学院课程设计评审意见表
指导老师评语：

(1)、学习态度及平时表现 ( 出勤等) □A □B □C □D □E
(2)、查阅资料，分析、处理问题能力 □A □B □C □D □E

平时成绩：
7 月 5 日
图面及其它成绩：
(1)、结构合理、 层次分明， 书写规范：□A □B □C □D □E
(2)、基础概念正确， 分析和叙述清楚：□A □B □C □D □E
(3)、图纸(插图)简明清楚、电气符号规范：□A □B □C □D □E

图面及其它成绩：
7 月 5 日
答辩小组评语：

(1)、语言叙述思绪清楚、表示清楚：□A □B □C □D □E
(2)、基础概念正确、设计方案合理：□A □B □C □D □E
(3)、基础知识扎实、回复问题正确：□A □B □C □D □E

答辩成绩：
7 月 5 日
课程设计综合成绩：
答辩小组组员签字：

7 月 5日