基于PLC的水塔水位控制系统设计毕业设计论文

1、目录第 1 章 引言 1第 2 章 系统总体设计 2. 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。2.1系统控制要求 2聞創沟燴鐺險爱氇谴净。2.2设计分析示意图 3残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。2.3确定设计方案 4酽锕极額閉镇桧猪訣锥。第 3 章 控制系统硬件设计 5. 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。3.1PLC 选型及扩展 5謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。3.2电机及驱动线路 9厦礴恳蹒骈時盡继價骚。3.3检测元件选型 9茕桢广鳓鯡选块网羈泪。3.4低压电器选型 10鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。3.5电源设计 1籟0 丛妈羥为贍偾蛏练淨。3.6人机接口设计 10預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。第 4 章 控制系统软件设计 1. 1 渗釤呛俨匀谔鱉

2、调硯錦。4.1 控制程序流程图 1.1 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。4.2 控制程序设计 12擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。4.3 显示操作界面设计 16贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。结束语 1.8. 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。参考文献 1.8. 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。附录 1： PLC 源程序 2.0 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。附录 2：硬件原理图 2.3 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。附录 3：电控柜控制面板元件布置图 2. 4 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。第 1 章 引言在社会经济飞速发展的今天，水在人们正常生活和生产中起着越来越重要 的作用。一旦断了水，轻则给人民生活带来极大的不便，重则可能造成严重的 生产事故及损失。因此给水工

3、程往往成为高层建筑或工矿企业中最重要的基础 设施之一。任何时候都能提供足够的水量、平稳的水压、合格的水质是对给水 系统提出的基本要求。就目前而言，多数工业、生活供水系统都采用水塔、层 顶水箱等作为基本储水设备，由一级或二级水泵从地下市政水管补给。传统的 控制方式存在控制精度低、能耗大、可靠性差等缺点。可编程控制器（PLC）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数 字运算操作的电子装置。 鉴于其种种优点， 目前水位控制的方式被 PLC 控制取 代。因此，如何建立一个可靠安全、又易于维护的给水系统是值得我们研究的 课题。 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。在工农业生产过程中，经常需

4、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、水电站等情况下的水位控制。然 而随着世界人口的不断增长，人们生活用水的增加，以往采用的继电器水塔水 位自动控制系统由于频繁操作会产生机械磨损，不方便维护和更新，已经不能 满足人们的实际需求，本文采用的是西门子 S7-200系列小型 PLC 可编程控制 器作为水塔水位自动控制系统核心，对水塔水位自动控制系统的功能进行性进 行了需求分析。主要实现方法是通过传感器检测水塔水位的实际水位，将水位 具体信息传至 PLC 构成的控制模块，进行数据比较，来控制抽水电机的动作， 同时进行数据还原，显示水位具体信息，如果水位低于或高

5、于某个设定值是， 就会发出危险报警的信号。本文以一个水塔水位控制系统的设计过程，给出了 基于 PLC 水塔水位控制系统的设计好实现的具体过程。 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。第 2 章 系统总体设计2.1 系统控制要求图 2.1 水塔水位控制示意图 水塔工作系统的工作方式为：当水池水位低于水池下限位液位检测传感器 S1时，则S1此时为 OFF，电磁阀 MB1 打开，水泵 M1 启动，开始向水池供水， 待 4S 后，若水池水位没有超过水池下限位液位检测传感器 S1，即说明系统发 生故障，则水池蜂鸣器 PB1 报警，水池报警灯闪烁。 構氽頑黉碩饨荠龈话骛。若系统正常，则此时水池水位应该超过了水池下限位液位

6、检测传感器S1，则 S1 此时为 ON ，表示水池水位高于水池下限水位。当水位水位高于水池上限 位液位检测传感器 S2时，则 S2为ON，水泵 M1停止，电磁阀 MB1 关闭。輒 峄陽檉簖疖網儂號泶。当水塔水位低于水塔下限位液位检测传感器 S3时，则S3此时为 OFF，电 磁阀 MB2 打开，水泵 M2 启动，开始向水塔供水，待 4S 后，若水塔水位没有 超过水塔下限位液位检测传感器 S3，即说明系统发生故障， 则水塔蜂鸣器 PB2 报警，水塔报警灯闪烁。 尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。若系统正常，则此时水塔水位应该超过了水塔下限位液位检测传感器S3， 则 S3 此时为 ON ，表示水塔水位高于水塔下

7、限水位。当水塔水位高于水塔上限 位液位检测传感器 S4时，则 S4为ON，水泵 M2停止，电磁阀 MB2 关闭。识 饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。当水塔水位低于水塔下限位，同时水池水位也低于水池下限位时，水泵M2 无法启动，电磁阀 MB2 无法打开。2.2 设计分析示意图基于 PLC的水塔水位控制系统是一个自动控制系统， 根据系统要求， 设计 分析分析如下：当电源启动时，水池和水塔的水位有以下几种情况：（1）水池的水位在 S1 之下，如图 2.2（a）所示，则电磁阀 MB1 打开，水 泵 M1 启动，开始向水池供水，待 4S 后，若水池水位没有超过 S1，则水池蜂 鸣器报警。当水池水位高于 S2 时，如

8、图 2.2（c）所示，水泵 M1 停止，电磁阀 MB1 关闭。 凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。（2）水池的水位在 S1与S2之间，如图 2.2（b）所示，则电磁阀 MB1 不会 打开，水泵 M1 不会启动，保持待命状态。 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。（3）水塔的水位在 S3 之下，如图 2.2（d）所示，并且水池水位在 S1 与 S2 之间，则电磁阀 MB2 打开，水泵 M2 启动，开始向水塔供水，待 4S 后，若水 塔水位没有超过 S3，则水塔蜂鸣器报警。当水塔水位高于 S4 时，如图 2.2（ f） 所示，水泵 M2 停止，电磁阀 MB2 关闭。 鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。（ 4）水塔的水位在 S3 之下，

9、并且水池水位在 S1 之下，则电磁阀 MB2 不会 打开，水泵 M2 不会启动，等待水池水位高于 S1。 硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。（5）水塔水位在 S3与S4之间，如图 2.2（e）所示，则电磁阀 MB2 不会打 开，水泵 M2 不会启动，保持待命状态。 阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。水塔设计分析示意图如图 2.2 所示：图 2.2 水塔设计分析示意图2.3 确定设计方案经过再三的探讨，我们决定用 S7-200 系列的 CPU224 做主机，扩展模块EM222 为数字量输出模块， 液位传感器作为感测水塔系统水位的元件，经扩展 模块 EM232 传给 MM430 变频器，变频后，驱动水泵。水塔系统总体框图

10、如图2.3 所示： 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。图 2.3 水塔设计分析示意图本章小结：本章通过确定系统可控制要求，并作出了设计分析，经过和同组人员的一番的探讨之后，最终，确定了设计方案。 釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。第 3 章 控制系统硬件设计3.1 PLC 选型及扩展CPU224主机共有 14个输入点， 10个输出点，输入需 DC24V 供电， 输入点接启动按钮、停止按钮、报警确认按钮、液位检测传感器、热继电器开 关。输出需 AC220V 供电，输出点接启动信号灯、水泵、水位信号灯、报警信 号灯， CPU224 及其接线如图 3.1所示。 怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。图 3.1 CPU224 及其接线5EM

11、222 为数字量模拟输出模块，为扩展模块，它有八个输出点， 0.1、0.2 输出端接蜂鸣器， 0.3、0.4输出端接电磁阀， EM222 及其接线如图 3.2所示。谚 辞調担鈧谄动禪泻類。图 3.2 EM222 及其接线6EM232 为模拟量输出模块，为扩展模块，有两路模拟量输出，它与变频器 的接线图如图 3.3 所示。图 3.3EM232 及其接线水塔系统的 I/O 分配表见表 3.1 所示。表 3.1 水塔系统 I/O 分配表I0.0启动按钮Q0.0启动指示灯 PG0I0.1停止按钮Q0.1水泵 M1I0.2报警确认按钮Q0.2水泵 M2I0.3水池下限位液位检测 S1Q0.3水池水位过低

12、指示灯 PG1I0.4水池上限位液位检测 S2Q0.4水池水位过高指示灯 PG2I0.5水塔下限位液位检测 S3Q0.5水塔水位过低指示灯 PG3I0.6水塔上限位液位检测 S4Q0.6水塔水位过高指示灯 PG4I0.7热继电器 FR1Q0.7水池报警指示灯 PG5I1.0热继电器 FR2Q1.0水塔报警指示灯 PG6Q2.1水池蜂鸣器 PB1Q2.2水塔蜂鸣器 PB2Q2.3电磁阀 MB1Q2.4电磁阀 MB23.2 电机及驱动线路电机采用卧式离心泵，型号为： IS50-32-125，驱动电路如图 3.4 所示。图 3.4 水塔系统驱动电路3.3 检测元件选型检测元件采用 GSK 液位传感器

13、，它的特点为：1、外壳采用优质不锈钢，机械强度高、密封性好。2、电缆采用特种材质，耐油、酸、碱，抗蚀能力优越。3、输出稳定可靠的 “ON”、 “OFF”开关控制信号，无任何误动作，可靠性 高。4、安装简捷，调试方便，上下移动定位重块， 即可随意调节液面控制范围3.4 低压电器选型低压断路器是一种不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流， 还可以 接通和分断短路电流的开关电器。低压断路器在电路中除起控制作用外，还具 有一定的保护功能，如过负荷、短路、欠压和漏电保护等。低压断路器容量范 围很大，最小为 4A，而最大可达 5000A。 这次设计选择的是型号为 DZ47 3P 16A 。嘰觐詿缧铴嗫

14、偽純铪锩。3.5 电源设计PLC 的外部工作电源一般为单相 85 260 50/60Hz 交流电源，也有采用 2436V 直流电源的。使用单相交流电源的 PLC，往往还能同时提供 24V 直流 电源，提供直流输入使用。 PLC 对其外部工作电源的稳定度要求不高，一般可 允许 15左右。所以，这次设计采用的是单相 220V 交流电源供电的 PLC。熒 绐譏钲鏌觶鷹緇機库。3.6 人机接口设计人机接口是操作者与机电系统之间进行信息交换的接口。按照信息传递的 方式分为两类：输入接口，输出接口。常用的输出设备：状态指示灯，发光二 极管，液晶显示器，微型打印机，阴极摄像管显示器，扬声器等。此次设计用 到

15、的输出设备有状态指示灯，液晶显示器，扬声器。 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。本章小结：本章根据控制要求，确定了 PLC 的型号，系统的 I/O 分配表， 并由此确认都要扩展什么模块，然后，选择了电机及其驱动电路，并且确定了 检测元件，低压电器，最后确定了电源与人机接口的设计。 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。10第 4 章 控制系统软件设计4.1 控制程序流程图根据系统要求，水塔系统的控制流程图如图 4.1 所示：图 4.1 水塔系统控制程序流程图114.2 控制程序设计本次设计采用的是自动检测系统，当水池中缺水时，系统能够自动检测， 并自动向水池中供水，同样，当水塔中缺水时，系统能能自动检测，并自动向 水塔中

16、供水，当系统发生故障时，系统还会报警。系统的控制程序设计如下： 颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。1）水塔系统启停控制程序如图 4.2 所示：图 4.2 水塔系统启停控制程序图 4.3 水泵 M1 启停控制程序3）水泵 M1 注水 4S控制程序如图 4.4 所示：图 4.4 水泵 M1 注水 4S 控制程序124）水池水位过低指示控制程序如图 4.5 所示：图 4.5 水池水位过低指示控制程序图 4.6 水泵 M1 处故障时蜂鸣器 H1 控制程序6）水池报警指示灯闪烁控制程序如图 4.7 所示：图 4.7 水池报警指示灯闪烁控制程序7）水池水位过高指示控制程序如图 4.8 所示：13图 4.8 水池水位过

17、高指示控制程序8）水泵 M2 启停控制程序如图 4.9 所示：图 4.9 水泵 M2 启停控制程序9）水泵 M2 注水 4S控制程序如 4.10 所示：图 4.10 水泵 M2 注水 4S 控制程序10）水塔水位过低指示控制程序如图 4.11 所示：图 4.11 水塔水位过低指示控制程序11）水泵 M2 处故障时蜂鸣器 H2 控制程序如图 4.12 所示：14图 4.12 水泵 M2 处故障时蜂鸣器 H2 控制程序12）水塔报警指示灯闪烁控制程序如图 4.13 所示：图 4.13 水塔报警指示灯闪烁控制程序13）水塔水位过高指示控制如图 4-14 所示：图 4.14 水塔水位过高指示控制154

18、.3 显示操作界面设计显示操作界面采用的是 TD200显示， TD200 是 Text Display 200 的简写， 它是可编程控制器 S7-200 系列的常用文本显示器。 它可以用来显示信息， 在信 息中可以内嵌数据，数据既可以显示，也可以由操作人员进行设置。 濫驂膽閉驟羥 闈詔寢賻。TD200 既可以通过 TD/CPU 电缆由 S7-200 CPU 供电，也可以由一个外部 插入式电源供电，但不能 TD/CPU 电缆和外部电源同时对 TD200 供电，这样 会损坏设备。 本文只讨论最简单、 最常用的方式： 由 S7-200 通过 TD/CPU 电缆 供电。 銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。TD20

19、0 只是一个文本显示器， 不需对 TD200 进行组态和编程， 所有组态信 息全部存在 CPU S7-200中。 TD200 里只存储 TD200 的地址、所连接的 CPU 的地址、通讯波特率和参数块的位置。 挤貼綬电麥结鈺贖哓类。也就是说， TD200 的所有组态数据都存储在 CPU S7-200 可变存储器（ V 存储器）内，而在 TD200 中只需通过面板设置 TD200 的地址、所连接的 CPU 的地址、通讯波特率和参数块的位置。 赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。TD200 上电后，按“ESC”键进入“诊断菜单 ”，接着进入 “TD200设 置”选项， 分别设置 “TD200 地址 ”（缺省值为

20、 1）、“CPU地 址”（缺省值为 2）、“参数块地 址”（缺省值为 0）、“波特率 ”（缺省值为 9.6K）。本例中，我们使用缺省设置。 塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。在 STEP 7 MicroWIN V4.0 中，用 TD200 向导（菜单 “ ToolsTD200 Wizard）” 给 CPU S7-200编程。完成编程并下载后， 将 CPU和TD200通过 TD/CPU 电缆 进行正确连接，正确设置 TD200 的参数，即可完成 TD200 的开发使用。 裊樣祕廬 廂颤谚鍘羋蔺。上电后， TD200 从 CPU 读参数块。对所有参数均进行合法性检查。如果 一切合格， TD200 开始主动轮询

21、信息使能位以决定要显示的信息，并从 CPU 读取信息，然后显示信息。 仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。本章小结：本章根据系统要求，画出了水塔系统的控制流程图，通过对水 塔系统的控制流程图的分析，用软件设计出了程序，并最后确认了显示操作界16面。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。17结束语此次实习，我设计的是基于 PLC 的水塔水位控制系统， 我在原有的要求上 有加了好多要求，是这个系统设计有了一定的难度，但，我还是在老师和同学 的帮助下做完了这次设计，此次设计，是通过 PLC 与液位传感器的结合，使水 塔水塔维持一定的水位。 骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。在工农业生产以及日常生活应用中，常常会需要对容器中的液位进行自动 控制。比如自动控制水塔、水池、水槽、锅炉等容器中的蓄水量，生活中抽水 马桶的自动补水控制、自动电热水器、电开水机的自动进水控制等。虽然各种 水位控制的技术要求不同，精度不同。但其原理都大同小异。特别是在实际操 作系统中，稳定、可靠是控制系统的基本要求。采用 PLC 能很好的解决以上问 题