基于西門子plc與wincc的城市排水監控系統設計本科生畢業論文(文件)

　

【正文】 鈕及傳感器上，輸出的端子上，所以這樣在排出故障的時候會非常的簡易。接線簡單 與傳統繼電器系統相比，PLC的接線很簡單方便，把開關或者按鈕之類的輸入元件跟PLC所對應的I口相連，把接收輸出信號的元器件跟PLC所對應的O口相連，再把PLC接進電源。 所以，以現在的PLC技術，已經完全可以適應城市排水系統的環境了。本設計是基于西門子PLC的城市排水計算機監控系統，其中PLC、WINCC以及實際設備是主要組成部分。在WINCC監控軟件內，我們可以清楚的看到現場設備的工作情況，而且也可以發送數據到PLC緊急停止控制設備，起到保護作用。 （2）在2個集水池的進水灌設立2個緊急進水閥，此閥門的作用是當集水池A或B的水位過高，即將滿出，緊急關閉，而另一個集水池B或A閥門打開進水，緩解下水道的水位。 （4）在總水池排水過程中，設置了3個排水泵，而3個排水泵對應的排水泵。根據以上控制要求，設計出一套完整的城市排水泵站監控系統示意圖，如下圖32示意圖所示。在WINCC監控畫面內設置了三個管道堵塞按鈕，一旦按下其中一個模擬堵塞按鈕，那么，PLC發送信號，啟動報警，然后對應的管道的控制閥關閉，防止堵塞物進入集水池，直到復位模擬堵塞按鈕，對應的管道才進入正常流水工作，對應的管道控制閥打開，以上控制要求的流程圖如下圖34所示。圖36 B池進水控制流程圖當PLC檢測到總集水池的水位沒有高于上限值時，總池進水閥就一直打開，反之，總池進水閥關閉。圖37 總池排水控制流程圖 在城市排水泵站監控系統中，大致設置了三個報警，有管道堵塞模擬報警，排水泵模擬故障報警，以及總水池水位過高啟動緊急排水泵報警。它通過可編程的存儲器在它的內部存儲執行順序控制、邏輯運算、定時計數和算數運算等操作指令，并且利用數字量和模擬量的輸入與輸出來控制多種生產過程。 因此，I/O點數的確定，是設計整個城市排水監控系統首先需要解決的問題，它不僅決定著系統硬件部分的設計，也是編寫系統程序和上位機畫面組態的必要前提。圖41 PLC結構解析圖 綜合各個方面的因素。在采用變頻調速時，每臺水泵配用一臺變頻器。如下圖45所示是施耐德24V中間繼電器。圖46 西門子超聲波液位計 變頻器選型設定本設計中排水泵在不同的情況下，需要以不同的轉速運行，所以采用了變頻器。 數字量輸入部分,如表52所示。本系統所需要西門子PLC數字量輸入I/O點數為10個，數字量輸出I/O點數為16個。在水泵組中分成2部分，一部分水泵是由變頻器啟動控制，一部分水泵是由PLC驅動中間繼電器控制交流接觸器來控制電機直接啟動，所以它們的電源直接接在三相交流電源上，部分控制系統電路中有熔斷、熱繼電器兩大保護裝置及互鎖、自鎖功能。圖54 AB池排水泵控制電路 在總水池設計中，設立了3個水泵，總水池水泵設置與AB集水池的水泵設置不一樣，這三個水泵的啟動方式是由PLC直接控制的，同樣也是通過中間繼電器控制交流接觸的。圖56總水池水泵控制電路圖在整個PLC控制過程中，所有的閥門、電磁閥都是由中間繼電器控制的，中間繼電器常開觸電控制220V交流繼電器，此外所有的閥門都可以在電氣接線上進行手動運行，如下圖57所示。如圖61所示。然后我們還選用了DI16/DO16*24V/，以及AI4/AO4的模擬量輸入，把它們安裝在四號到十一號槽之間。如下圖62所示。圖64 AB池水位判斷 （4）模擬處理模擬量信號當系統運行過程中，當A池進水閥打開或B池進水閥打開時，PLC檢測到有雨水或工業廢水或生活廢水時，A或B集水池開始根據實際進水，進水力度根據雨水模擬按鈕、工業廢水按鈕和生活廢水按鈕而定。圖67 緊急排水7城市排水泵站監控系統仿真運行 啟動STEP7軟件后,進入模擬程序運行畫面，通訊模式選擇MPI，如下圖71所示。圖73 A集水池進水畫面監控當A集水池水位到達上限值時，A池進水閥關閉，B池進水閥打開，向B池進水，當B池水位到達一定值時，B池排水泵啟動排水。圖76 緊急排水畫面當按下模擬堵塞按鈕，系統會立即報警，管道堵塞報警燈亮起。系統設計包含硬件和軟件兩個方面。集水池中，設立了一定水位，集水池排水泵才運行，并且定時停機。他這種對事情的嚴謹態度很讓我感動。 在整個畢業設計的過程中，遇到了很多的難題，只有通過查閱大量的文獻或者請假指導老師來解決，整個過程受益匪淺。 通過題設計和調試，大致完成了對S7300的PLC和WINCC組態的城市排水泵站監控系統的仿真設計，達到了預期的設計目標。圖77 報警堵塞畫面在系統設置中，可以監控到AB池排水泵運行頻率，運行的頻率是根據AB池各個集水池的水位來判斷出排水泵的運行頻率，如下圖78所示。圖74 B集水池進水監控畫面當總集水池水位大于設定值后，總池排水泵1定時，當時間到達后，自動停止，總池排水泵2自動啟動，同時定時，循環下去。圖72 WINCC初始模擬畫面 WINCC監控畫面仿真運行 當按下啟動按鈕后，運行指示等亮起，按下模擬下雨、模擬工業廢水按鈕后，管道內水流模擬流動，A池進水閥打開，B池進水閥關閉，向A集水池進水，當檢測到A池有水位達到設定值時，A池排水泵啟動。圖65 模擬水位采集 （5）定時停機保護在總水池排水中，當檢測到水位高于一定值時，一號總水池排水泵啟動，并且定時，當，定時時間到，立即停止一號總水池排水泵，啟動二號總水池排水泵，定時相同時間，當時間到，停止二號總水池排水泵，啟動一號總水池排水泵，以次循環如下圖66所示。如下圖63所示。根據城市排水泵站監控系統的控制要求，在程序中，編寫了系統啟動、水位判斷、模擬量信號采集處理、模擬水流、及保護措施等等。CPU在零機架的二槽，電源模塊只能放在在一槽，接口模塊放置在三槽，而四槽到十一槽能夠隨意的安裝信號和功能模塊。圖57報警系統控制電路圖25 6城市排水泵站監控系統編程設計 Step7編程軟件 Step7是西門子公司開發的專業的編程軟件。如下圖55所示。圖53 AB池排水泵主電路圖 而在AB集水池的排水泵控制電路中，利用小電流信號控制大信號的形式，由PLC輸出控制24中間繼電器的線圈吸合，再由中間繼電器的常開觸電控制交流接觸器的線圈吸合，達到控制主電路排水泵的水泵電源信號。 圖51 PLC原理接線圖根據控制要求模擬量輸入3個，畫出模擬量模塊接線圖，如下圖52所示。表53 數字量O口分配表信號名稱輸出地址備 注 A池排水泵 中間繼電器A池備用排水泵中間繼電器B池排水泵中間繼電器B池備用排水泵中間繼電器總池排水泵1中間繼電器總池排水泵2中間繼電器總池緊急排水泵中間繼電器雨水控制閥中間繼電器工業廢水控制閥中間繼電器生活廢水控制閥中間繼電器A池進水閥中間繼電器B池進水閥中間繼電器總池進水閥中間繼電器總池排水閥中間繼電器運行燈指示燈報警指示燈 模擬量輸入部分，如表54所示。P0304 電機額定電壓P0305 電機額定電流P0307 電機額度功率P0311 額定轉速P0700=2 端子控制P0705=16 固定頻率啟動P0706=16 固定頻率啟動P0707=16 固定頻率啟動P1000=3 固定頻率P1001=20 運行頻率HZP1002=40 運行頻率HZP1003=60 運行頻率HZ 5城市排水監控系統的電氣設計 根據城市排水監控系統的控制要求，可以列出控制系統所需要的主要器材清單如下表51所示。在這個城市排水監控系統中，選擇了西門子公司生產的變頻器，型號為MM420，如下圖47所示。在超聲波液位計里用戶可以選擇4～20mA、 0～5v、 0～10mA等標準信號輸出方式。本設計采用了施耐德交流接觸器，如下圖44所示。圖42 s7300 PLC　　 排水泵在本設計中，設置了2個集水池，循環輪流集水，和一個總集水池。 本設計需要3個模擬量輸入，10個數字量輸入以及16個數字量輸出，在配置的時候，是需要一定的余量的，如下圖41所示。所以如何選PLC也是我們需要考慮的問題。至于報警事件流程圖如下圖38所示。在總池排水期間，總池水位快要到達臨界值時，PLC立即啟動報警，并且強行啟動總池緊急排水泵，進行緊急排水，一直到水位低于一定值時，緊急事件才被停止。以上控制要求的流程步驟如下圖35所示。在城市排水系統中，首先啟動WINCC仿真和step7程序仿真時，仿真PLC會先復位各個水池水位、閥門的關閉、水泵的停止以