基于西門子plc與wincc的城市排水監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)本科生畢業(yè)論文-文庫吧

【正文】 和生活污水。一般來說，排水管道及污水處理廠是城市排水系統(tǒng)的重要組成部分，其中污水處理廠主要負(fù)責(zé)工業(yè)污水的加工，經(jīng)過處理后排入江海或者回收二次利用；雨水通過排水管道直接排入江海；生活污水是通過排水管道，把其中的垃圾過濾后再排入江海。該系統(tǒng)的主要目的就是能夠使城市的排水通暢，不發(fā)生堵塞以及滿水等情況，有效的保護(hù)好環(huán)境。由此可見，排水系統(tǒng)是城市不可或缺的設(shè)施，那么怎樣才能完成一個(gè)合格的城市排水系統(tǒng)成了一個(gè)難題。在城市的市政建設(shè)與環(huán)境保護(hù)方面，排水系統(tǒng)占有很大的比重，為了能夠設(shè)計(jì)出比較優(yōu)秀的城市排水系統(tǒng)，我國還發(fā)布了《城市排水許可管理辦法》。 國內(nèi)排水系統(tǒng)的狀況 這些年來，我國許多城市都發(fā)生過內(nèi)澇，我國大部分城市發(fā)展過程中都要面臨內(nèi)澇這個(gè)嚴(yán)峻的問題。04年7月10日，北京市持續(xù)下了四個(gè)小時(shí)的大雨，導(dǎo)致市內(nèi)40多條道路漫出積水。007以及10年，廣州市均發(fā)生了強(qiáng)烈降雨，市內(nèi)大面積被水淹沒，嚴(yán)重影響了交通。最嚴(yán)重的要屬靠近長江的城市了，基本上只要發(fā)生暴雨，就一定會(huì)出現(xiàn)內(nèi)澇了。近些年來，內(nèi)澇也導(dǎo)致了不少市民的傷亡。隨著內(nèi)澇的不斷發(fā)生，各地政府都注意到排水系統(tǒng)的重要性，內(nèi)澇發(fā)生后，南昌市、廣州市、武漢市都投入大量的資金用來建設(shè)城市的排水設(shè)施，但是效果不是很明顯，內(nèi)澇還是時(shí)有發(fā)生。投入了大量的人力物力，那到底要怎么才能從根本上解決這個(gè)問題呢？城市最初發(fā)展規(guī)劃的時(shí)候，沒有重視排水設(shè)施，導(dǎo)致我國許多城市幾乎年年都會(huì)發(fā)生內(nèi)澇。然而青島的老城區(qū)還是用的原來的排水系統(tǒng)，這套系統(tǒng)是德國人在100多年前設(shè)計(jì)并建好的，該系統(tǒng)一直完美的用到現(xiàn)在，從來沒發(fā)生過洪澇，發(fā)達(dá)國家的許多城市排水的能力也是比我國強(qiáng)上很多，看來我國的城市排水技術(shù)還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，也是很有必要借鑒下別的國家的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。現(xiàn)在的城市都是往大了發(fā)展，專家指出，這樣的發(fā)展模式其實(shí)是很不科學(xué)的，我國的人口本來就比較多，城市太大帶來的不僅僅是排水上面的問題，就連交通也像排水一樣，經(jīng)常堵塞，其實(shí)完全可以換個(gè)思路去發(fā)展，發(fā)展成多個(gè)小中型的城市，從而緩解壓力。 城市排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的 隨著城市發(fā)展越來越快，越來越大，城市地下的排水設(shè)施錯(cuò)綜復(fù)雜，面對(duì)這些復(fù)雜的系統(tǒng)，以往的傳統(tǒng)的管理方法已經(jīng)很難去實(shí)時(shí)監(jiān)控到排水的情況的。目前來看，很有必要利用現(xiàn)代化的技術(shù)，建立一個(gè)自動(dòng)化的城市排水監(jiān)控系統(tǒng)。 對(duì)城市排水系統(tǒng)有著影響的因素還是很多的，比如每個(gè)城市地勢(shì)高低的不同、下水管道的多少、下水管道是否足夠大以及當(dāng)?shù)氐慕涤炅咳绾巍３鞘欣锏木用窈凸S也迅速加多，導(dǎo)致了城市大量的用水和排水量，所以很有必要組建一個(gè)自動(dòng)化的排水泵站，實(shí)時(shí)監(jiān)測著城市集水的水位，能夠及時(shí)的把水排出，避免洪澇。自動(dòng)化的城市排水泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)控排水情況，能夠快速的發(fā)現(xiàn)故障，統(tǒng)計(jì)城市的降雨量，發(fā)現(xiàn)隱患并報(bào)警。本設(shè)計(jì)是通關(guān)PLC、泵、變頻器、傳感器等構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)城市匯集的水進(jìn)行恒水位控制，模擬雨水、工業(yè)污水和生活污水的流向，以及模擬管道堵塞，集水池的切換，來確保排水系統(tǒng)的穩(wěn)定，提高排水效率。設(shè)計(jì)這樣的系統(tǒng)不僅僅有上面說的好處，還可以省下大量的人力物力。 2 城市排水控制系統(tǒng)控制器的選擇 控制器方案選擇根據(jù)城市排水泵站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從多方面資料以及經(jīng)驗(yàn)上看，我們可以選擇很多種控制器，典型的有最初的繼電器控制，后來的單片機(jī)控制和PLC控制。針對(duì)這典型的三個(gè)控制器，我們進(jìn)行各方面比較，每種控制器都有各自的優(yōu)點(diǎn)，但是根據(jù)本設(shè)計(jì)，還是選擇了以PLC為控制器的城市排水泵站監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)為什么選擇PLC為控制器，我們做了一些比較。 控制器選擇比較下面我們就城市排水泵站監(jiān)控系統(tǒng)的控制功能、性價(jià)比及性能等方面，我們進(jìn)行了三者的優(yōu)缺點(diǎn)的比較。（1） 繼電器與PLC的對(duì)比 在自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)，可編程的邏輯控制器（PLC）給工控行業(yè)帶來了天翻地覆的變革，目前它成為了絕大多數(shù)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備。跟使用繼電器做控制器的工業(yè)控制系統(tǒng)相比，使用PLC做控制器的控制系統(tǒng)有著太多的優(yōu)點(diǎn)，這些有點(diǎn)體現(xiàn)在操作性能、控制、工作效率以及精度等多個(gè)方面。盡管傳統(tǒng)繼電器目前還不會(huì)完全被取代，但是PLC的眾多優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)影響到了設(shè)計(jì)者們的思路了。 跟以往的產(chǎn)品相比，繼電器控制更加的可靠，如今家庭和工業(yè)等許多地方都用到了繼電器控制。但是，繼電器控制還是有不少問題的。比如繼電器長期的工作會(huì)導(dǎo)致本身大量的磨損，壽命不長。繼電器的觸點(diǎn)之間也會(huì)產(chǎn)生電弧，嚴(yán)重的話會(huì)執(zhí)行誤操作，非常危險(xiǎn)。一個(gè)繼電器控制系統(tǒng)一般會(huì)用到很多的繼電器，導(dǎo)致他的控制柜會(huì)非常大，重而且占地方。繼電器過多的吸合也會(huì)造成熱能和噪音，比較耗電。由于繼電器控制系統(tǒng)大量的接線，那么修改和維修系統(tǒng)的話會(huì)有很大的麻煩。 PLC被大量的用在順序控制的系統(tǒng)上。順序控制就是按照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，在信號(hào)的控制下，在生產(chǎn)過程中每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有序的工作。它的優(yōu)點(diǎn)有很多，編程方法靈活變通、速度快、安全可靠、方便檢修、性價(jià)比高等等。在本系統(tǒng)中，主要是通過操作按鈕及各類傳感器信號(hào)傳給PLC控制器，PLC再發(fā)出指令控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。這些在水位的監(jiān)控、管道上電磁閥的開啟或關(guān)閉以及各個(gè)泵的啟動(dòng)上都有應(yīng)用到。 依據(jù)以上的比較，因?yàn)槔^電器控制系統(tǒng)有很多的弊端，繼電器系統(tǒng)一般用在對(duì)反應(yīng)速度和精度要求都不是很高的系統(tǒng)中，而本設(shè)計(jì)對(duì)控制的準(zhǔn)確度要求非常高，對(duì)現(xiàn)場的閥門水泵的實(shí)時(shí)性比較高，PLC能夠快速給出判斷，及時(shí)處理突發(fā)事件，而繼電器難以處理，所以繼電器控制系統(tǒng)正在漸漸被取代。（2） 單片機(jī)控制與PLC控制對(duì)比 跟專用的處理器相比，在嵌入式系統(tǒng)中的使用，單片機(jī)有著自身的優(yōu)勢(shì)，所有它有著很廣泛的使用。如今社會(huì)，日常生活中所用到的電子產(chǎn)品基本上都會(huì)用到單片機(jī)，比如說手機(jī)、家用電腦、遙控玩具，自動(dòng)洗衣機(jī)和冰箱、平板電腦等近乎所有電子產(chǎn)品。單片機(jī)的使用能夠比你想象的還要多。 PLC還是很特殊的，單片機(jī)是構(gòu)成它的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，是PLC控制器的“神經(jīng)中樞”，但是如果不往PLC里面輸入控制指令的話，它是沒有任何作用的。換句話說，如果不往PLC里面下載程序，那么PLC毫無價(jià)值可言。當(dāng)然PLC的編程還需要編程軟件，比如西門子公司的step7軟件。 所以在本設(shè)計(jì)城市排水監(jiān)控系統(tǒng)中，單片機(jī)控制系統(tǒng)雖然能滿足控制要求。不過，城市排水的監(jiān)控系統(tǒng)的很大的，而且系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境比較復(fù)雜，如果選用單片機(jī)作為控制器的話，會(huì)顯得不夠穩(wěn)定，那么顯然選用PLC作為控制器是一個(gè)非常好的選擇。（3） PLC控制系統(tǒng)的介紹PLC是根據(jù)傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)開發(fā)出來的，早先的PLC功能很少，只要簡單的開關(guān)量控制，最初PLC是用在制造汽車的產(chǎn)業(yè)上的，通過各種操作指令，來控制各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。一般都是按照用戶的需求，編寫好程序，下載到PLC里面去，PLC正常工作的時(shí)候，就會(huì)按照用戶所編寫的程序，有邏輯的執(zhí)行各個(gè)指令。PLC是按照從上至下，從左往右來執(zhí)行程序的，每個(gè)循環(huán)完成花費(fèi)的時(shí)間叫做掃描周期。PLC的型號(hào)有很多中，基本上掃描周期也不一樣，一般都是一到幾十微秒不等。我們一般都用梯形圖的方法來為PLC編程，初學(xué)者也比較容易上手。PLC的優(yōu)勢(shì)也很明顯，比如體積小，能實(shí)時(shí)監(jiān)控程序的運(yùn)作，壽命長，不易損壞，而且方便維護(hù)。 隨著科技力量的發(fā)展，PLC的功能也更加的完善了，現(xiàn)實(shí)中大量的產(chǎn)業(yè)都有應(yīng)用到。PLC作為控制器的系統(tǒng)已經(jīng)逐步取代傳統(tǒng)的繼電器作為控制器系統(tǒng)了，PLC的特點(diǎn)主要有：硬件的可靠性 PLC可以在非常差的工作環(huán)境下工作，一個(gè)合格的PLC能夠有效的抗擊噪音、電磁、震動(dòng)、潮濕、高低溫等干擾。PLC自身就有很高的抗干擾性，非常的穩(wěn)定可靠，一般來說，系統(tǒng)中的大多數(shù)故障都出現(xiàn)在PLC的外部，比如輸入的開關(guān)與按鈕及傳感器上，輸出的端子上，所以這樣在排出故障的時(shí)候會(huì)非常的簡易。編程簡單，使用方便 利用單片機(jī)作為核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)，通常使用匯編語言或者C語言編程，需要用戶有一定的專業(yè)基礎(chǔ)，初學(xué)者很難入手。相比而言，PLC的編程方法就很容易掌握。通常的PLC編程都是使用梯形圖編程的方法，個(gè)人感覺思路跟平常設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的繼電線路系統(tǒng)是一樣的，而且指令也可以直接調(diào)用，編程軟件一般還自帶幫助說明書，只要有點(diǎn)電氣基礎(chǔ)的用戶都很容易上手，程序的調(diào)試或修改也很輕松，非常的方便。接線簡單 與傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)相比，PLC的接線很簡單方便，把開關(guān)或者按鈕之類的輸入元件跟PLC所對(duì)應(yīng)的I口相連，把接收輸出信號(hào)的元器件跟PLC所對(duì)應(yīng)的O口相連，再把PLC接進(jìn)電源。除此之外，根據(jù)實(shí)際的需求，改變PLC的 I/O接線也很方便，不像傳統(tǒng)繼電線路那么繁瑣。接線非常少，而且改動(dòng)很方便。安裝簡易，維護(hù)方便 傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng)需要很大的空間，而PLC的體積很小，PLC控制系統(tǒng)所需的空間也非常小，連接也很方便，只要輸入/輸出設(shè)備和PLC自身I/O口相連就可以了。 所以，以現(xiàn)在的PLC技術(shù)，已經(jīng)完全可以適應(yīng)城市排水系統(tǒng)的環(huán)境了。采用PLC作為城市排水監(jiān)控系統(tǒng)的控制器，實(shí)時(shí)監(jiān)控，覆蓋面大，效率高，這些都能滿足本設(shè)計(jì)的控制邀請(qǐng)，而且比其它幾種控制器優(yōu)秀。3 城市排水泵站監(jiān)控系統(tǒng)控制要