集水坑PLC控制系统设计毕业设计终稿

1、集水坑PLC控制系统设计 华东理工大学毕业论文（设计）课 题 集水坑PLC控制系统设计 学 院 XXXXXXX学院 专 业 XXXXXXXXXXXXXXXXX 年 级 XXXXXXXXXXXXXXXX 学 号 XXXXXXXX 姓 名 XXXX 指导教师 XXXXXX 定稿日期： 2015 年 11 月 2 日22第 1 页集水坑PLC控制系统设计摘 要随着经济社会的发展，地下停车库的规模加大，功能增强，档次提高，给排水设计的内容也越来越多。防排水，是困扰建筑设计的一大难题，一旦处理不好再来补救，困难很多。本文仅就地下停车库的排水问题对地下停车库排水设计进行详细介绍。包括水量计算集水井水位控制

2、，集水沟设计，排污泵扬程计算等，对地下停车库生活设施设计提出自己的观点。关键词：地下停车库，集水井，集水沟，扬程第 1 页集水坑PLC控制系统设计Abstract With the development of economy and society, the scale of the underground parking garage is increasing, the function is enhanced and the grade is improved. Drainage, is a difficult problem in architectural design, once

3、 again the remedy, a lot of difficulties. In this paper, the drainage design of the underground parking garage is introduced in detail. Including the calculation of the water level control of the water level, the design of the drainage pump, the head of the sewage pump, and the design of the undergr

4、ound parking garage.Keywords:Underground parking garage, collection wells, water collection, head of delivery第 5 页集水坑PLC控制系统设计目 录1引言11.1排水泵的概念11.2排水泵结构11.3排水泵的选型11.4排水泵的工作原理22 PLC概述62.1 PLC的定义及特点62.1.1PLC的定义62.1.2 PLC的特点62.2 PLC的构成及工作原理72.2.1 PLC的基本组成72.2.2 PLC的工作原理92.2.3 PLC选型的一般考虑103系统控制要求124水泵电气主

5、电路图135 电气控制电路图146 I/O接口图157 梯形图168 指令表18结 论20参考文献21致 谢22第 22 页集水坑PLC控制系统设计1引言1.1排水泵的概念泵是输送液体或使液体增压的机械。电动泵是泵的一种，是机械泵与电动机的结合品，作为机电一体化的产物，它将电动机的机械能传送给液体，使液体能量增加，从而达到输送液体或使液体增压的目的。电动泵主要用来输送液体包括水、油、乳化液、悬乳液等。 因此，电动泵可以用于汽车的发动机来使燃油增压，也可以用于持续喷油的航空涡喷发动机，还可以用于食品机械等需要进行液体输送或是使液体增压的场合。那么，对电动泵流量的控制就是一个非常实用的课题1.2排

6、水泵结构排水泵主要结构式里面转的是叶轮，是电机的转子带动叶轮。建筑物内使用的排水泵有潜水排污泵、液下排水泵、立式污水泵和卧式污水泵等。由于建筑物内一般场地较小，排水量不大，排水泵可优先采用潜水排污泵和液下排水泵，其中液下排污泵一般在重要场所使用；立式污水泵和卧式污水泵要求设置隔震基础、自灌式吸水、并占用一定的场地，故在建筑中较少使用。 1.3排水泵的选型排水泵的流量应按生活排水设计秒流量选定；当有排水量调节时，可按生活排水最大小时流量选定。消防电梯集水池内排水泵流量不小于10L/s。 排水泵的扬程按提升高度、管道损失计算确定后，再附加一定的自由水头。自由水头宜采用0.020.03MPa。排水泵

7、吸水管和出水管流速不应小于0.7m/s，并不宜大于2.0m/s。 公共建筑内应以每个生活排水集水池为单元设置一台备用泵，平时宜交互运行。地下室、设备机房、车库冲洗地面的排水，如有两台及两台以上排水泵时可不设备用泵。当集水池无法设事故排水管时，水泵应有不间断的动力供应；当能关闭排水进水管时，可不设不间断动力供应，但应设置报警装置。 当提升带有较大杂质的污、废水时，不同集水池内的潜水排污泵出水管不应合并排出；当提升一般废水时，可按实际情况考虑不同集水池的潜水排污泵出水管合并排出。 两台或两台以上的水泵共用一条出水管时，应在每台水泵出水管上装设阀门和止回阀。单台水泵排水有可能产生倒灌时，应设止回阀。

8、不允许压力排水关与建筑内重力排水管合并排出。 当潜水排污泵提升含有大块杂物时，潜水排污泵宜带有粉碎装置；当提升含较多纤维物污水时，宜采用大通道潜水排污泵。 当潜水排污泵电机功率大于等于7.5kW或出水口管径大于等于DN100时，可采用水泵固定自耦装置；当潜水排污电泵电机功率小于7.5kW或出水口管径小于DN100时，可设软管移动式安装。污水集水池采用潜水排污泵排水时，应设水泵固定自耦装置，方便水泵检修。 排水泵应能自动启停和现场手动启停。多台水泵可并联交替运行，也可分段投入运行。1.4排水泵的工作原理离心式水泵是靠叶轮产生的真空把水从下面吸上来再打到高处，如果泵体内没水的话，真空形不成，那水就

9、吸不上来了，如果液位高于水泵，可以利用自灌的方式把水引入泵体内，不然也需要灌水排水泵控制系统设计的种类及各自的特点排水泵控制系统的设计主要有传统的继电器和PLC程序控制两种。对电动泵的控制实质上就是对电动机的控制。使用传统方法控制电动机转速时，需要安装测速装置。无论是安装磁阻式磁电传感器或是光电式转速表，还是霍尔传感器等其它类型的传感器，都会使电动机的体积增大，成本增高，况且传感器的任何误差都会导致电枢电流增大和电机效率的降低，从而引发加大电机的发热量，并且对电机生产制造工艺要求增高等一系列问题。在对电动泵控制系统的结构和工作原理进行了研究以后，提出一种有别于传统控制方法的电动泵-PLC控制。

10、自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller， PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应 用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络 技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处 理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领 域也发挥着十分重要的作用。 作为离散控的制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代 至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为20%30%。随着工厂自动化程度的不断提

11、高和PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。 PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU

12、内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大约能省40%左右）

13、。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。 近10年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但PLC相对一般嵌入式控制

14、器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。他们的优缺点具体如下控制方式上看：继电器控制是硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能很是困难；而plc是软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。工作方式上看：继电器控制是并行工作，而plc是串行工作，不受制约。控制速度上看：继电器控制速度慢，触点易抖动；而plc通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。定时、记数看：继电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能；plc时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。

15、可靠性、可维护性看：继电器控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线也多，可靠性、维护性能差；plc无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。积水坑排水系统主要可分为三种类型，即污水排水系统、废水排水系统和雨水排水系统。排水主要是污水排水系统，雨水和废水较少。污水排水系统的核心是污水泵（房）站进行的污水处理。“污水处理厂的首要处理环节是污水提升泵站,只有当污水的势能有所增加, 才能进行处理污水的后续工作;城市娇纵错杂的安装着污水管网,而保证这些污水能够在管道中正常流淌的就是污水提升泵站。眼下排水水泵的自动控制可以分为两种方式：一种是利用超声波，另一种是水位开关

16、报警装置。后者的控制方式是把水位开关安装在集水井中, PLC获取来自水位开关的信号,当信号达到了预先调试好的水位后，控制系统中的相应开关将会自动开/停排水水泵”。另外的那种是把超声波液位计安装在集水井中,P LC获取来自集水井中的超声波液位计的水位信号,然后由PLC控制系统来自动控制排水水泵的运行。当检修水泵时为了能确保污水的正常排放，每一个排水泵（房）站基本上都会装有备用的排水水泵。如果在集水井中很长一段时期不运行这些备用的水泵, 那么这些排水水泵中的电机的绝缘电阻就会有一定量的下降,长此以往就会影响到水泵的寿命和控制系统的正常运行。本文讨论的是后者的控制系统，即排水泵站水位开关的自动控制系

17、统。 在本文中所论述的自控系统中, 其它泵和备用水泵同样的会投入运行。 从长久角度看, 这些水泵有着均衡的运行时间, 这样使得本设计的两台泵起到了互为备用的实用效果, 并且本文列出了此设计的电气控制线路，梯形图程序。2 PLC概述2.1 PLC的定义及特点2.1.1PLC的定义 可编程控制器（PLC）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩

18、展其功能的原则而设计。2.1.2 PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强 PLC是专门为工业控制设计的，采取了多层次抗干扰、精选元件的措施，可在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作，运行的稳定性和可靠性较高。（2）编程简单易学，深受工程技术人员欢迎 PLC的最大特点之一，就是采用易学易懂的梯形图语言，它是以计算机软件技术构成人们惯用的继电器模型，形成一套独具风格的以继电器梯形图为基础的形象编程语言。方便电气人员在了解PLC工作原理和它的编程技术后，就可迅速地结合实际需要进行应用设计，进而将PLC用于实际控制系统中。（3）通用性强，使用方便 由于PLC自身硬件特点，用户在进行控制系统的设计时，不

19、需要自己设计和制作硬件装置，只需要根据控制要求进行模块的配置；用户所作的工作只是设计满足控制对象的控制要求的应用程序。对于一个控制系统，当控制要求改变时，只需修改程序，就能变更控制功能；与外围设备的连接方便，通讯协议标准。(4)系统设计周期短 由于系统硬件的设计任务仅仅是根据对象的控制要求配置适当的模块，而不要设计具体的接口电路，同时软件设计和外围电路设计可以同时进行，这样大大缩短了整个系统设计的时间，加快了系统的设计周期。(5)对生产工艺改变适应性强 其控制功能是通过软件编程来实现的，当生产工艺改变时，在很大程度上只需改变用户程序，这对现代化的小批量 、多品种产品的生产尤其适合；现今PLC已

20、经朝着嵌入式系统发展，将进入日常生活中。(6)安装简单、调试方便、维护工作量小 PLC控制系统的安装接线工作量比继电器控制系统少得多，只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O口相连。PLC软件设计和调试大部分可以在实验室模拟进行，模拟调试好后再将PLC控制系统进行现场联机调试，方便省时，其本身可靠性高，有完善的自诊断能力和系统监控能力，方便迅速故障查明和排除，维护的工作效率高。2.2 PLC的构成及工作原理2.2.1 PLC的基本组成可编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换与以物理实现。输入输出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点，同时物理实现也是

21、PLC与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适应于工业现场，输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用，所以PLC采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。PLC的基本结构如图2-1所示。图2-1 PLC的基本结构(1)中央处理单元（CPU）: 中央处理单元是PLC的控制核心。CPU模块，不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。 (2)存储器 :可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放用户程序（用户程序存

22、和数据）的存储器称为用户程序存储器，所以又分为用户存储器和数据存储器两部分。 (3)输入接口电路:输入输出信号有开关量、模拟量、数字量三种，在我们实习涉及到的信号当中，开关量最普遍。就是采用光电耦合器的开关量输入接口电路,如图2-2所示。图2-2 开关量输入接口电路(4)输出接口电路:可编程序控制器的输出有：继电器输出(M)、晶体管输出(T)、晶闸管输出(SSR)三种输出形式。(5)电源:PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施

23、而将PLC直接连接到交流电网上去。如FX1S额定电压AC100V240V，而电压允许范围在AC85V264V之间。允许瞬时停电在10ms以下，能继续工作。一般小型PLC的电源输出分为两部分：一部分供PLC内部电路工作；一部分向外提供给现场传感器等的工作电源。 2.2.2 PLC的工作原理PLC采用循环扫描的工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：一是CPU执行指令的速度；二是执

24、行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。一个扫描周期主要可分为三个阶段。第一阶段为输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。第二阶段为程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。第三阶段为输出刷新阶段，当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依

25、次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。综上所述，PLC的扫描工作过程如图2-3所示。图2-3 PLC扫描工作过程2.2.3 PLC选型的一般考虑(1)确定控制对象和控制范围 在应用PLC时，首先要详细分析被控对象、控制过程与要求，了解工艺流程后列出控制系统的所有功能和指标要求，与继电接触器控制系统和工业控制计算机进行比较后加以选择。如果控制对象的工业环境较差，而安全性、可靠性要求特别高，系统工艺复杂，输入输出以开关量为多，而用常规的继电接触器控制难以实现，工艺流程又要经常变动的对象和现场，用PLC进行控制是合适的。(2

26、)选择机型:一般来说在选择机型前，用户首先要对控制对象进行下列估计：(a)有多少个开关量输入，电压分别为多少；(b)有多少个开关量输出，输出功率为多少；(c)有多少模拟量输入输出点；(d)是否有特殊控制要求，如高速计数器等；(e)现场对PLC的响应速度有何要求；(3) 编制程序:编程时，首先要合理划分模块，其次是合理利用指令，严格注意信息名称定义，最后进行调试。程序必须经过一段时间的运行考验，才可以投入实际现场工作。3系统控制要求地下室集水坑高水位须及时排水以防止地下室集水。高水位自动启动排水泵，低水位自动停止排水泵。排水选用2.2KW潜水泵2台，一用一备（当某台水泵发生故障时，备用水泵应能立

27、即自动启动，投入运行），2台水泵自动轮换工作。超高水位时，发出声光报警信号；水位降低后，闪光报警信号自动消除。可手切除声音报警信号但须保留光报警信号。水泵应用必要的保护。4水泵电气主电路图水泵电气主电路图如图4-1所示。图4-1 水泵电气主电路图5 电气控制电路图电气控制电路图如图5-1所示。图5-1 电气控制电路图6 I/O接口图系统的I/O接口图如图6-1所示。图6-1 系统的I/O接口图7 梯形图系统PLC程序梯形图,如图7-1所示。图7-1 系统PLC程序梯形图8 指令表系统PLC指令表如图8-1所示。图8-1 系统PLC指令表图结 论本文论述的是控于P L C 的排水水泵水位开关自动控制系统,针对地铁排水系统在处理备用水泵运行方式方面,本文软硬件设计合理,实用性强,做到了让三台水泵轮流做备用水泵,消除了备用水泵长期在水中不运行带来的种种不利因素;本设计已在南京地铁一号南延线各站点实装运行，完全能够满足地铁排水的要求，并具备了传统水泵所欠缺的互为备用要求，降低了各种损耗，节约了能源。当地下车库内设有卫生间等生活设施时，其生活污水应独立排管、独立设污水集水井、独立设潜水排污泵排放，以避