基于西門子plc與wincc的城市排水監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計本科生畢業(yè)論文(專業(yè)版)

　　

【正文】 硬件設(shè)計方面，各硬件設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)的控制要求進(jìn)行了選型并對西門子s7300PLC外部電路接線進(jìn)行了設(shè)計；軟件設(shè)計方面概述了組態(tài)軟件設(shè)計的方法，組態(tài)了城市排水模擬過程，編寫了模擬梯形圖，并且進(jìn)行仿真調(diào)試。如下圖65所示。圖57閥門控制電路圖當(dāng)然在整個PLC控制過程中，報警系統(tǒng)的必不可少的，同樣它們也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，如下圖58所示。表52 數(shù)字量I口分配表信號名稱輸入地址備 注開始按鈕停止按鈕模擬下雨傳感器模擬工業(yè)廢水傳感器模擬生活廢水傳感器模擬堵塞1傳感器模擬堵塞2傳感器模擬堵塞3傳感器模擬A池水泵故障傳感器模擬B池水泵故障傳感器 數(shù)字量O口部分，見下表53。 圖43 離心排水泵 交流接觸器與中間繼電器　　當(dāng)交流接觸器線圈得電時，鐵芯相當(dāng)于電磁鐵，觸頭吸合，常開和常閉觸頭相應(yīng)的動作，線圈失電后，在彈簧的作用下，觸頭復(fù)位。只要檢測到管道出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，PLC會把報警事件發(fā)送到wincc監(jiān)控上去，當(dāng)集水池排水泵啟動運行期間，只要檢測到故障信號，水泵故障報警指示燈就亮起，當(dāng)檢測到總水池水位過高，PLC強行啟動總池緊急排水泵時，緊急報警指示燈亮起，知道總池水位低于一定值，總池緊急排水泵停止，報警燈才熄滅。其中一號總池排水泵和二號總池排水泵是相互切換運行的，而總池緊急排水泵是根據(jù)總池水位來啟動和停止的。采用PLC作為城市排水監(jiān)控系統(tǒng)的控制器，實時監(jiān)控，覆蓋面大，效率高，這些都能滿足本設(shè)計的控制邀請，而且比其它幾種控制器優(yōu)秀。一般都是按照用戶的需求，編寫好程序，下載到PLC里面去，PLC正常工作的時候，就會按照用戶所編寫的程序，有邏輯的執(zhí)行各個指令。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)的話會有很大的麻煩。城市里的居民和工廠也迅速加多，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自動化的排水泵站，實時監(jiān)測著城市集水的水位，能夠及時的把水排出，避免洪澇。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。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）：理工類設(shè)計（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等）。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。關(guān)鍵詞：排水系統(tǒng)。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)澇還是時有發(fā)生。盡管傳統(tǒng)繼電器目前還不會完全被取代，但是PLC的眾多優(yōu)點已經(jīng)影響到了設(shè)計者們的思路了。單片機的使用能夠比你想象的還要多。相比而言，PLC的編程方法就很容易掌握。本設(shè)計的控制系統(tǒng)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(yīng)程序?qū)Τ鞘邢滤琅潘^程進(jìn)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(guān)和開的監(jiān)控，指示燈的亮滅來實現(xiàn)完成對系統(tǒng)狀態(tài)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(jiān)控和下水管道暢通情況。以上控制要求的流程步驟如下圖35所示。 本設(shè)計需要3個模擬量輸入，10個數(shù)字量輸入以及16個數(shù)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。在這個城市排水監(jiān)控系統(tǒng)中，選擇了西門子公司生產(chǎn)的變頻器，型號為MM420，如下圖47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(dá)到控制主電路排水泵的水泵電源信號。根據(jù)城市排水泵站監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求，在程序中，編寫了系統(tǒng)啟動、水位判斷、模擬量信號采集處理、模擬水流、及保護(hù)措施等等。圖74 B集水池進(jìn)水監(jiān)控畫面當(dāng)總集水池水位大于設(shè)定值后，總池排水泵1定時，當(dāng)時間到達(dá)后，自動停止，總池排水泵2自動啟動，同時定時，循環(huán)下去。他這種對事情的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度很讓我感動。圖73 A集水池進(jìn)水畫面監(jiān)控當(dāng)A集水池水位到達(dá)上限值時，A池進(jìn)水閥關(guān)閉，B池進(jìn)水閥打開，向B池進(jìn)水，當(dāng)B池水位到達(dá)一定值時，B池排水泵啟動排水。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。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(qū)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(tǒng)電路中有熔斷、熱繼電器兩大保護(hù)裝置及互鎖、自鎖功能。圖46 西門子超聲波液位計 變頻器選型設(shè)定本設(shè)計中排水泵在不同的情況下，需要以不同的轉(zhuǎn)速運行，所以采用了變頻器。 因此，I/O點數(shù)的確定，是設(shè)計整個城市排水監(jiān)控系統(tǒng)首先需要解決的問題，它不僅決定著系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計，也是編寫系統(tǒng)程序和上位機畫面組態(tài)的必要前提。在WINCC監(jiān)控畫面內(nèi)設(shè)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(fā)送信號，啟動報警，然后對應(yīng)的管道的控制閥關(guān)閉，防止堵塞物進(jìn)入集水池，直到復(fù)位模擬堵塞按鈕，對應(yīng)的管道才進(jìn)入正常流水工作，對應(yīng)的管道控制閥打開，以上控制要求的流程圖如下圖34所示。在WINCC監(jiān)控軟件內(nèi)，我們可以清楚的看到現(xiàn)場設(shè)備的工作情況，而且也可以發(fā)送數(shù)據(jù)到PLC緊急停止控制設(shè)備，起到保護(hù)作用。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候會非常的簡易。（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(tǒng)中的使用，單片機有著自身的優(yōu)勢，所有它有著很廣泛的使用。（1） 繼電器與PLC的對比 在自動化產(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)自動化控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備。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，就一定會出現(xiàn)內(nèi)澇了。 該排水泵站自動化控制系統(tǒng)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(tǒng)。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。、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(zhǔn)請他人代寫2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。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合格的城市排水系統(tǒng)成了一個難題。本設(shè)計是通關(guān)PLC、泵、變頻器、傳感器等構(gòu)成一個自動控制系統(tǒng)，對城市匯集的水進(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。順序控制就是按照系統(tǒng)的設(shè)計流程，在信號的控制下，在生產(chǎn)過程中每個執(zhí)行機構(gòu)有序的工作。PLC的型號有很多中，基本上掃描周期也不一樣，一般都是一到幾十微秒不等。而根據(jù)本設(shè)計的城市排水泵站監(jiān)控的工藝特點和要求，主要采用了采用基于現(xiàn)場總線技術(shù)的PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。 （6）當(dāng)總集水池水位高于高水位界線時，系統(tǒng)報警燈報警提示工作人員，總集水池水位過高，并且系統(tǒng)自動發(fā)送信號啟動總池緊急排水泵，直到水位降到安全水位線時，緊急排水泵自動停止，保證系統(tǒng)安全運行。圖37 回流池流程圖4城市排水泵站監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置 PLC簡介及選型可編程序邏輯控制器（PLC）是專門為了工業(yè)自動化而設(shè)計的，它是一種數(shù)字運算操作的系統(tǒng)。 圖44 施耐德交流接觸器中間繼電器只用在控制電路中，因為它只能承受很小的電流，它的主要作用就是能夠增加觸點的數(shù)目，工作原理和交流接觸器的工作原理大致一樣。表54 模擬量輸入地址分配表信號名稱輸入地址（模擬）備 注A集水池水位PIW0液位計B集水池水位PIW1液位計總集水池水位PIW2液位計 PLC原理接