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(完整版)

　　

【正文】 tem。、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規范。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫的成果作品。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。涉密論文按學校規定處理。 該排水泵站自動化控制系統利用SIEMENS s7300作為控制器，上位機選用西門子公司的WINCC ，模擬了一個城市排水泵站的計算機控制系統。這些污水包括雨水、工業污水和生活污水。最嚴重的要屬靠近長江的城市了，基本上只要發生暴雨，就一定會出現內澇了。 對城市排水系統有著影響的因素還是很多的，比如每個城市地勢高低的不同、下水管道的多少、下水管道是否足夠大以及當地的降雨量如何。（1） 繼電器與PLC的對比 在自動化產業，可編程的邏輯控制器（PLC）給工控行業帶來了天翻地覆的變革，目前它成為了絕大多數自動化控制系統的基礎設備。繼電器過多的吸合也會造成熱能和噪音，比較耗電。（2） 單片機控制與PLC控制對比 跟專用的處理器相比，在嵌入式系統中的使用，單片機有著自身的優勢，所有它有著很廣泛的使用。（3） PLC控制系統的介紹PLC是根據傳統的繼電器控制系統開發出來的，早先的PLC功能很少，只要簡單的開關量控制，最初PLC是用在制造汽車的產業上的，通過各種操作指令，來控制各個執行機構的動作。PLC自身就有很高的抗干擾性，非常的穩定可靠，一般來說，系統中的大多數故障都出現在PLC的外部，比如輸入的開關與按鈕及傳感器上，輸出的端子上，所以這樣在排出故障的時候會非常的簡易。 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。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。 （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。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。 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。在采用變頻調速時，每臺水泵配用一臺變頻器。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。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。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。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。系統設計包含硬件和軟件兩個方面。他這種對事情的嚴謹態度很讓我感動。 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。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。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。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。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。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。本設計采用了施耐德交流接觸器，如下圖44所示。 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。至于報警事件流程圖如下圖38所示。以上控制要求的流程步驟如下圖35所示。 （5）在總集水池的水位低于一定水位時，三個排水泵都不運行，當水位高于低水位界線時，一號總池排水泵自動啟動，并且運行一定時間內，自動停止降溫冷卻，切換到二號總池排水泵自動啟動，并且也運行一定時間內，自動停止降溫冷卻，又切換到一號總池排水泵自動啟動，只要總集水池的水位不低于低水位接線，一號總池集水泵和二號總池集水泵循環切換運行。本設計的控制系統是全自動控制的，啟動WINCC仿真運行后，只要啟動開始按鈕，PLC將通過step7軟件所編寫的相應程序對城市下水道排水過程進行控制，通過輸出繼電器的動作來控制水泵的起停和管道閥門關和開的監控，指示燈的亮滅來實現完成對系統狀態的顯示，并且通過模擬量模塊的模擬采集模擬信號，對所有水灌水位的監控和下水管道暢通情況。3 城市排水泵站監控系統控制要求 城市排水監控系統構成當今，各個城市的發展情況不同，所用的城市排水系統也截然不同，傳統的繼電器控制和先進的PLC控制都有運用到。相比而言，PLC的編程方法就很容易掌握。PLC是按照從上至下，從左往右來執行程序的，每個循環完成花費的時間叫做掃描周期。單片機的使用能夠比你想象的還要多。 PLC被大量的用在順序控制的系統上。盡管傳統繼電器目前還不會完全被取代，但是PLC的眾多優點已經影響到了設計者們的思路了。自動化的城市排水泵站計算機監控系統能夠實時的監控排水情況，能夠快速的發現故障，統計城市的降雨量，發現隱患并報警。隨著內澇的不斷發生，各地政府都注意到排水系統的重要性，內澇發生后，南昌市、廣州市、武漢市都投入大量的資金用來建設城市的排水設施，但是效果不是很明顯，內澇還是時有發生。該系統的主要目的就是能夠使城市的排水通暢，不發生堵塞以及滿水等情況，有效的保護好環境。關鍵詞：排水系統。：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學位論文原創性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：