S7-200 PLC抽水泵的控制系统设计

抽水泵的PLC控制系统设计XXX毕业设计（论文）学院(系)：XXX专业XXXX学生姓名：学号：设计(论文)题目抽水泵的PLC控制系统设计日期:20XX年9月指导教师:XXX专业负责人:PAGEPAGEII摘要本文是地铁站机房集水坑抽水泵的PLC控制系统设计，通过分析控制要求，分析了设备类型，输入和输出种类和点数，进行了设备的选型设计，设计了主电路和控制电路图，分配了输入和输出点，设计了输入和输出接线图。设计了控制程序流程图，采用西门子的S7-200PLC编程软件编写了梯形图程序和语句表程序，最后使用S7-200PLC的仿真软件进行了模拟仿真，达到了预期的设计效果。关键词：PLC、地铁站机房集水坑排水系统、自动控制全套图纸加V信153893706或扣3346389411

目录1前言 12控制要求 33硬件设计 43.1PLC选择 43.2主电路设计 43.3控制电路设计 53.4输入和输出分配表 63.5PLC接线图 73.6元器件选择表 84软件设计 104.1PLC控制程序流程图 104.2梯形图 104.3语句表程序 135仿真测试 166结论 22参考文献 23致谢 24附录 25附录1电气图汇总 25附录2梯形图程序汇总 26PAGEPAGE281前言可编逻辑程序控制器（ProgrammableLogicController）,简称PLC。在科技高度发展的工业控制上，是一种在集电路和计算机技术基础上的一种新型的控制设备。因具有可靠性高、实时性好、配置灵活、I/O模块丰富、安装便利的特点，目前在我国已广泛地应用于自动化控制的各个领域[1]。可编程控制器的产生和继电器—接触器控制系统有很大的关系。继电器—接触器控制已经有上百年的历史，它是一种弱电信号控制强电信号的电磁开关，具有结构简单、电路直观、价格低廉、容易操作、易于维修的优点。对于工作模式固定、要求比较简单的场合非常实用，至今仍有广泛的用途。但是当工作模式改变时，就必须改变系统的硬件接线，控制柜中的物件以及接线都要作相应的变动，改造工期长、费用高，用户宁愿扔掉旧控制柜，另做一个新控制柜使用，阻碍了产品更新换代。1969年，第一台可编程控制器PDP—14由美国数字设备公司（DEC）制作成功，并在GM公司汽车生产线上使用取得良好的效果，可编程控制器由此诞生，在控制领域内产生了历史性革命。PLC问世时间不长，但是随着微处理器的发展，大规模、超大规模集成电路不断出现，数据通信技术不断进步，PLC迅速发展。PLC进入九十年代后，工业控制领域几乎全被PLC占领。国外专家预言，PLC技术将在工业自动化的三大支柱（PLC、机器人和CAC/CAM）种跃居首位。我国在八十年代初才开始使用PLC，目前从国外应进的PLC使用较为普遍的由日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、美国GE公司GE系列和德国西门子公司S系列等[2]。本课题主要采用稳定性较好，编程，操作都比较简单的PLC控制系统来主导地铁站机房集水坑排水控制。随着社会经济的发展，各种交通工具，特别是汽车迅猛增加，给城市交通造成了极大的挑战，特别是高峰期，经常拥堵严重。为了解决城市交通拥堵问题，各城市都在建造地铁，其中地铁特别是地铁站机房集水坑愈加复杂，继电器控制已经无法满足各大地铁站机房集水坑的排水控制需求。排水系统，其重要性并不亚于列车机组工作的稳定性。需要保持非常好的稳定性，同时由于本排水系统所处工作环境恶劣。所以本课题的主要研究目的是利用PLC，开发一套运行稳定，便于监控，自动化程度高的系统以降低系统的维护成本，延长系统的使用寿命。在未来的几年中，随着排水需求的增加，其强大的扩展性能，完全可以满足未来更多的I/O点的需求。

2控制要求地铁站机房集水坑（两台）抽水泵的PLC控制系统控制，远程实现控制和就地能够手动控制。远程:要求当液位计检测到集水坑液位高报警时，泵自动启动抽水排水，（一台水泵运行情况下，液位计检测到液位继续上涨，液位出现高高报警时，第二台水泵启动同时排水。）当集水坑液位低报时，水泵自动停止运行。当集水坑液位涨高于低液位时低液位报警自动消除报警。就地启动要求当液位计出现低液位报警时，可控抽水泵自动停止。水泵15KW杨程60米流量50立方每小时。

3硬件设计3.1PLC选择经分析系统共使用了11路数字量输入，8路数字量输出，没有使用模拟量输入和模拟量输出，也没有使用特殊的输入和输出，例如高速计数输入，脉冲输出等，故可以选择西门子的S7-200PLC中的CPU224AC/DC/RLY，220V交流供电，24V直流输入，继电器输出，含数字量输入14路，继电器输出10路，可以满足使用需要。3.2主电路设计主电路如图3-1所示。外部3相380V交流电经L1，L2，L3,N给设备供电。QF1是整台设备的断路器，起到通断整台设备目的。FU1是整台设备的熔断器，起到过流保护作用。M1是水泵1电机。QF2是水泵1电机回路断路器，FU2是水泵1电机回路熔断器。KM1是排水泵1电机启动接触器，可以频繁启动排水泵1电机。FR1是水泵1电机过热保护器，起到过载保护防止电机1长时间过载运行烧毁电机。M2是水泵2电机。QF3是水泵2电机回路断路器，FU3是水泵2电机回路熔断器。KM2是排水泵2电机启动接触器，可以频繁启动排水泵2电机。FR2是水泵2电机过热保护器，起到过载保护防止电机2长时间过载运行烧毁电机。图3-1主电路图3.3控制电路设计控制电路如图3-2所示。外部220V交流电经L1，N供控制电路使用。QF4是控制电源回路断路器，FU4是控制电源回路熔断器。 G1是开关电源，将220V交流电变成24V直流电，供PLC的输入和输出使用。 KM1是水泵1电机启动接触器，KA1是水泵1电机启动中间继电器。PLC通过控制KA1线圈得电，KA1常开触点闭合，接触器KM1线圈得电，KM1常开主触点闭合，启动水泵1电机抽水。图3-2控制电路图 同样的，KM2是水泵2电机启动接触器，KA2是水泵2电机启动中间继电器。PLC通过控制KA2线圈得电，KA2常开触点闭合，接触器KM2线圈得电，KM2常开主触点闭合，启动水泵2电机抽水。3.4输入和输出分配表PLC输入和输出分配表见表3-1和3-2表3-1PLC输入分配表名称内部地址外部编号急停开关I0.0SB1远程_本地控制I0.1SA1集水坑液位低检测I0.2SL1集水坑液位高检测I0.3SL2集水坑液位高高检测I0.4SL3水泵1电机过载I0.5FR1水泵2电机过载I0.6FR2泵1启动按钮I0.7SB2泵1停止按钮I1.0SB3泵2启动按钮I1.1SB4泵2停止按钮I1.2SB5表3-2PLC输出分配表名称内部地址外部编号水泵1电机启动Q0.0KA1水泵2电机启动Q0.1KA2集水坑液位低报警Q0.2HL1集水坑液位高报警Q0.3HL2集水坑液位高高报警Q0.4HL3远程模式指示灯Q0.5HL4本地控制指示灯Q0.6HL5故障指示灯Q0.7HL63.5PLC接线图PLC输入和输出接线图见图3-3所示。图3-3PLC接线图 外部的急停开关SB1，远程本地选择开关SA1，低液位检测SL1，高液位检测SL2，高高液位检测SL3，泵1电机过载FR1，泵2电机过载FR2，泵1电机启动按钮SB2，泵1电机停止按钮SB3，泵2电机启动按钮SB4，泵2电机停止按钮SB5，等为输入信号，接PLC的数字量输入端。 水泵1电机启动中间继电器KA1，水泵2电机启动中间继电器KA2，低液位报警指示灯HL1，高液位报警指示灯HL2，高高液位报警指示灯HL3，远程模式指示灯HL4，本地控制模式指示灯HL5，故障指示灯HL6等为输出信号，接PLC的数字量输出端。3.6元器件选择表主要元器件选择表如表3-3所示。表3-3元器件选择表序号元件名称元件型号元件规格单位数量品牌1塑壳断路器NS100H-MA1003PFFC电机保护70kA，380/415VAC，100A，电磁脱扣/固定前出线个1施耐德2微型断路器C65N-D40A/3P动力保护6kA，400VAC，40A，三极个2施耐德3微型断路器C65N-C4A/2P配电保护6kA，400VAC，4A，双极个1施耐德4交流接触器LC1-D32Q7CAC-3制15kW，380/400VAC，32A，内置1/可扩展3(NO+NC)个2施耐德5热过载继电器LRD-3355CTeSysD经济型，，30-40A，搭配D40-D95个2施耐德6熔断器芯RS0-100ARS0-100A只3正泰7熔断器RT18-32/32ART18-32/32A个6施耐德8熔断器RT18-32/4ART18-32/4A个2施耐德9继电器RSB1A120B7接口型，24VAC，1CO/12A，搭配35M基座个2施耐德10开关电源S-100-24G1系列，单相开放式(无认证)，单输出100W，24V，4.5A个1明纬11按钮XB2-BA31CΦ22金属平头，弹簧复位，1NO，绿色个2施耐德12按钮XB2-BA42CΦ22金属平头，弹簧复位，1NC，红色个2施耐德13急停按钮XB2-BR42CΦ60金属蘑菇头，弹簧复位，1NC，红色个1施耐德14选择开关XB2-BD21CΦ22金属短柄，2位保持，1NO，个1施耐德15按钮XB2-BA42CΦ22金属平头，弹簧复位，1NC，红色个1施耐德16急停按钮XB2-BR42CΦ60金属蘑菇头，弹簧复位，1NC，红色个1施耐德17指示灯XB2-BVB4LCΦ22标准型，24VAC/DC，LED灯泡，红色个2施耐德18指示灯XB2-BVB5LCΦ22标准型，24VAC/DC，LED灯泡，黄色个2施耐德19指示灯XB2-BVM3LCΦ22标准型，220VAC，LED灯泡，绿色个2施耐德20PLC模块6ES7214-1BD23-0XB0CPU224AC/DC/RLY，14输入/10输出，，个1西门子

4软件设计4.1PLC控制程序流程图控制程序流程图如图4-1所示。本地远程？本地远程？本地远程系统启动急停/故障是否是泵1启动泵1故障是否本地控制报警，停止液位高SL2否泵2启动泵2故障是故障否液位高高SL3是否液位低SL1否是泵1,2停止 图4-1控制程序流程图4.2梯形图//远程和本地模式选择指示灯//水泵1电机启动//远程方式，远程模式指示灯:Q0.5为ON，检测到集水坑液位高检测:I0.3动作，I0.3闭合，自动启动泵1抽水，水泵1电机启动:Q0.0线圈得电保持为ON，直到检测到泵1电机过载，I0.5动作，常闭触点断开，或者急停动作，I0.0常闭触点断开，或者检测集水坑液位低检测:I0.2动作，低于低液位，I0.2常闭触点断开//本地控制时，本地控制指示灯:Q0.6为ON，按下泵1启动按钮泵1启动按钮:I0.7，常开触点闭合，启动泵1电机，Q0.0线圈得电，进行自保持。按下泵1停止按钮，泵1停止按钮:I1.0常闭触点断开，泵1电机停止，或者检测到集水坑液位低检测:I0.2动作，I0.2常闭触点断开，停止泵1。////水泵2电机启动//远程操作模式时，远程模式指示灯:Q0.5为ON。泵1电机过载，水泵1电机过载:I0.5常开触点闭合，则集水坑液位高检测:I0.3动作，自动启动泵2电机，Q0.1线圈得电。//或者检测到集水坑液位高高检测:I0.4动作，I0.4常开触点闭合，自动启动泵2电机。直到集水坑液位低检测:I0.2动作，I0.2常闭触点断开，或者水泵2电机过载:I0.6动作，I0.6常闭触点断开，或者急停开关:I0.0动作，I0.0常闭触点断开。//本地控制时，本地控制指示灯:Q0.6为ON，按泵2启动按钮，泵2启动按钮:I1.1为ON，泵2电机启动，水泵2电机启动:Q0.1线圈得电，常开触点闭合，进行自保。检测到集水坑液位低检测:I0.2动作，I0.2常闭触点断开或者按下泵2停止按钮，泵2停止按钮:I1.2动作，或者水泵2电机过载:I0.6动作，或者急停开关:I0.0动作，停止泵2电机，Q0.1线圈失电//集水坑液位报警//故障指示灯4.3语句表程序ORGANIZATION_BLOCK主程序:OB1TITLE=BEGINNetwork1LDSM0.0LPSANI0.1=Q0.5LPPAI0.1=Q0.6Network2LDI0.3OQ0.0ANI0.2AQ0.5LDI0.7OQ0.0ANI0.2ANI1.0AQ0.6OLDANI0.5ANI0.0=Q0.0Network3LDI0.3AI0.5OI0.4OQ0.1ANI0.2AQ0.5LDI1.1OQ0.1ANI0.2ANI1.2AQ0.6OLDANI0.6ANI0.0=Q0.1Network4LDSM0.0LPSAI0.2=Q0.2LRDAI0.3=Q0.3LPPAI0.4=Q0.4Network5LDI0.0OI0.5OI0.6ANSM0.5=Q0.7END_ORGANIZATION_BLOCK

5仿真测试使用Step7MicroWIN编程软件编程完成，进行编译，编译成功，导出AWL格式的文本程序。 打开S7-200PLC仿真软件，在程序菜单载入刚刚导出的AWL格式程序。选择PLC为CPU224，完成后如图所示。 点顶部的绿色启动按钮，启动PLC。观察到PLC启动，从STOP状态变成RUN状态。同时Q0.5点亮，Q0.5是远程模式指示灯，表示当前为远程模式。 模拟集水坑液位高检测动作，点PLC的I0.3，SL2动作。观察到输出Q0.0动作，水泵1电机启动，Q0.3动作，集水坑液位高报警指示灯点亮。 监控PLC程序，观察到当前是远程模式，Q0.5线圈得电，当前泵1启动，Q0.0线圈得电 继续模拟液位升高，集水坑液位高高检测，I0.4动作，观察到输出Q0.0动作，水泵1电机启动;观察到输出Q0.1动作，水泵2电机启动，Q0.3动作，集水坑液位高报警指示灯点亮;集水坑液位高高报警指示灯点亮。 监控程序，观察到当前是远程模式，Q0.5线圈得电，当前泵1启动，Q0.0线圈得电，当前泵2启动，Q0.1线圈得电。 模拟液位降低，降低到低于低液位，集水坑液位低检测动作，I0.2，SL1动作，先关闭I0.3，I0.4，然后打开I0.2，观察到Q0.0熄灭，泵1电机停止，Q0.1熄灭，泵2电机停止。同时Q0.3熄灭，集水坑液位高报警消失；同时Q0.4灯熄灭，集水坑液位高高报警消失。Q0.2点亮，集水坑液位低报警指示灯。选择本地模式，I0.1为ON，观察到Q0.6点亮，本地控制指示灯点亮。 按泵1启动按钮SB2，I0.7,观察到Q0.0点亮，泵1启动。 同时监控程序，观察到当前是本地模式，Q0.2线圈得电，泵1电机启动，Q0.0线圈得电。 按泵1停止按钮，I1.0，SB3,观察到泵1停止，Q0.0熄灭。 类似的泵1启动后，模拟液位低于集水坑液位低检测，I0.2动作，观察到泵1停止，Q0.0熄灭。 泵2控制类似，其他的测试类似，不再累述。

6结论随着经济社会的发展，人民生活水平的提高，私家车越来越多，给城市交通造成了很大的问题，特别是上下班高峰时候，拥堵非常厉害，为了缓解城市交通拥堵问题，各大中城市都在兴建地铁，给排水设计的内容也越来越多。防排水，是困扰地铁的一大难题，一旦处理不好再来补救，困难很多。本文仅就地铁站机房集水坑的排水问题对进行详细介绍。通过本次毕业设计，使地铁站机房集水坑排水控制达到了系统的各种控制要求，成功完成地铁站机房集水坑排水的自动控制系统的设计。设计中还是存在着一些不足，还需要改进。

参考文献[1]覃贵礼，吴尚庆.组态软件控制技术[M].北京：北京理工大学出版社，2014.[2]严盈富.监控组态软件与PLC入门[M].北京：人民邮电出版社，2013.[