《PLC在水电厂渗漏排水系统中的自动化控制方案探讨》10000字论文

PLC在水电厂渗漏排水系统中的自动化控制方案探讨目录摘要 摘要：渗漏排水系统是溧阳市埭头镇水电厂排水系统的重要组成部分,本次设计是一种PLC控制的自动排水系统,可利用软件编程实现排水泄漏的自动化。设计重点包括：首先确定了电机的启动、保护和控制的设计方案，完成了系统的主回路设计，再选择软启动器，确定配电、保护设备的参数。然后完成二次控制线路的设计，根据需求选择电缆型号，确定检测设备、控制保护设备、操作设备、显示设备型号及参数（包括：PLC的选型及接口电路的、控制电源设计）。最后完成常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统PLC自动控制系统软件程序的撰写。关键词：可编程控制器渗漏排水自动系统软启动0前言溧阳市埭头镇水电厂的排水系统可以分为两大部分，一部分是渗漏排水系统。其中渗漏排水是将厂房内各种渗漏水、生活用水、技术用水及时通过排水沟排出，再通过水泵抽走不能通过排水沟流出流入集水井的渗漏水（李子恒,王佳慧,2022)。本次设计是通过可编程逻辑控制器PLC对渗漏排水系统实现自动化控制，利用传感器感知集水井水位发送水位信号，使得溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统能够自动控制电机的起停，渗漏集水井水位不超出规定范围。基本控制要求包括：集水井的水泵可以自动启动与停止，集水井的水位不超过规定的位置。高水位时，集水井的水泵自动启动将水抽出；水位降到规定范围以下后，水泵能够自动停止运行。在主水泵发生故障时系统将自动切换备用水泵能够接替其工作。常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统主水泵与副水泵处于相互备用状态，如果水位上升至最高水位且全部水泵均已启动，立即发出报警信号。

1控制对象的描述控制对象的工艺要求本次设计的渗漏排水系统采用两台排水泵，水泵的运行情况分为自动/手动/切除三种方式，在大多数情况下水泵都运行在自动方式(陈思远,张一鸣,2023)。常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统运行时应该按照运行时间和次数切换主备水泵，主水泵与副水泵的关系可以调换。如果发生故障，从这些策略中看出系统立即自动将故障水泵切除并发送报警信号，同时启动备用水泵接替故障水泵工作(许晨曦,刘景泰,2021)。常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统手动模式用于设备调试和检修，在此模式下，在这等情况下水泵的起停均由工作人员通过按钮进行操控。本系统中的各种部件的额定参数根据相关规范和系统整定值来确定。控制对象运行参数确定表1泵的参数渗漏排水系统名称自吸式无堵塞排污泵型号150WGL-320-26流量（m3/s）320转（r/min）1470功率（KW）45扬程（m）26台数（台）2表2系统运行水位整定值参数整定值水泵停水水位（m）1819.9主水泵启动水位（m）1821.3备用水泵启动水位（m）1821.7报警水位（m）1822.0根据停水水位和启动水位，确定液位开关的放置位置并选择水泵的排水容量，依据排水需求选择电机的额定功率、额定电压、额定转数等。主回路电气原件按照设计需求选择参数合适的设备(刘雅楠,王思瑶,2021)。

系统电源的设计主回路电源选择本次设计的渗漏排水系统主接线电源直接接入380V的厂用电。常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统的单回路供电或双回路供电是主接线方式考虑采用的方式，在此类情况下两种方案优缺点如下：单回路供电优点：单回路接线所需要的的建设经费较少，同时拥有相对简洁的接线。缺点：单回路供电不可靠，停电无备用，全部回路皆停。双回路供电优点：在发生故障时，单回路接线其中一回路停电，可利用另一回路保障电力供应，稳定性更高。缺点：因为采用双回路，需要高昂的建设经费，接线也会更加复杂(郑浩宇,陈宇和,2022)。常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统的两种接线方案均能满足供电要求，综合考虑电厂环境，决定优先满足供电的稳定性，从这些规定可以认识到故采用双回路接线供电的方案。主电机与备用电机相互独立、互为备用，采用380V厂用电直接接入(徐嘉琪,张晓蕾,2019)。主电源与备用电源也互为备用保障系统供电稳定性，需要主备切换的时候可通过转换开关启用备用电源。控制回路电源选择控制电源回路包括PLC、传感器、控制面板等等需要提供24V直流电源的供电。控制回路供电也必须可靠，从这些策略中看出为了供电可靠本设计选择采用双回路接线供电。常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统的主回路与备用回路的电源均由厂用电的一相供电，经过整流后供应24V直流电，通过电缆向控制回路的用电设备供电(魏博文,刘俊杰,2019)。这在一定程度上凸显出选择以上结构设计主要考虑了两个方面的因素，效率和成本：从效率看以上网络结构设计更加合理地利用了资源，通过优化传输路径和减少不必要负载，提高了系统的响应速度和服务质量，这种设计能够确保良好的性能表现。此外，该设计还考虑到了未来的扩展性和灵活性，使得系统可以根据业务需求的变化轻松调整，这在某种程度上说明无需进行大规模的重构或升级，这不仅有助于降低维护成本，也减少了因系统升级而导致的服务中断风险。从成本角度来看，通过采用通用化的标准化组件，大大降低了初期建设成本和长期运营成本；同时高效的资源利用也意味着更低的能耗和更好的环境适应性，为企业带来了额外的社会价值和经济效益。

主回路系统设计主回路系统要求供电可靠性：电能的可靠供应是主回路供电的首要要求，主回路电路设计应该依此展开。灵活性：常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统的主配线无论是正常、事故和检修不同的运行方式都可以应对，运行方式的转换必须简单，切换要便捷。在一次检修时，检修的所在线路停电，其他无关的线路不停电(周伟楠,吕梓萱,2020)。操作方便、安全：在进行检修和切换等工作时操作步骤少，简洁且安全。经济性：满足以上要求的情况下，尽量节约建设资金，运行和维护的成本也应该尽可能的低。电机启动方式选择为了选出最适合的电机启动方式，本设计将讨论不同方案的优劣，根据需求选出本次渗漏排水自动化系统最合适的电机启动方式。全压直接启动小功率电机在工程实践中采用全压直接启动的方式启动是主流，这也是因为这种启动方式具有的优点(叶昊天,孙婷玉,2020)：在这等情况下便捷维护、实惠经济、操作不复杂、启动时间短。缺点：启动电流大，电源输出电压小，导致电机启动转矩小。自耦变压器降压起动启动电压可通过自耦变压器的特点实现一定程度的降低。常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统该方案的优点：减压自耦启动启动转矩较大；自耦减压启动可通过抽头调节大小(高博雅,周林浩,2020)。星三角启动星三角启动即Y-Δ降压启动，这种方案启动电流降低，对电网冲击也会因此降低。采用Y-Δ降压启动的电机，启动电流和启动转矩会降低。这在一定程度上印证了因此电机的空载启动和负载启动更多采用Y-Δ降压启动，该方案的启动方式结构简单同时较为经济。变频启动变频启动主要用于有速度控制要求的电机，涉及的技术繁多，想要改变机的转速和转矩，需要利用变频器来改变频率间接达到目的，该项启动方式成本较高，维护复杂。软启动利用软启动器可以避免二次冲击电流，电机调压启动的方式能够避免二次冲击电流这种常见的缺陷(黄茜莹,吕冰心,2020)。常州埭头镇水电厂渗漏排水系统将冲击电流变成可控可调的启动电流，且不需要交流接触器，启动过程全程平滑的无冲击转矩(刘若冰,王启航,2020)。前述结果在完整性和合理性上均达标，反映了本研究团队的认真态度和科学方法。经由深入剖析，本研究充分涉及了预设的研究问题和目标，同时在逻辑框架内对观察到的现象和数据进行了合理的阐述。此结论为相关领域提供了有力的依据，并为未来的研究铺平了道路。同时，本研究也意识到自身的局限性，期望未来的工作能够在此基础上进行更深入的研究，解决当前的挑战，以取得更为广泛深入的理解。为了取得良好的工作效果，本次渗漏排水系统设计采用软启动方式。软启动器的选型软启动器技术既能保证发动机平稳启动，降低电压，又能在一定程度上对电机进行补偿和变频，从这些策略中看出发动机启动时各类相关设备得到良好的保护，高效率的降低对电网及相关设备的负面影响。软启动的起动方式包括(杨曼玉,赵玉洁,2019)：限流起动电机启动的启动电流必须在限定的大小范围之内，不能超出规定的最大电流值Is。限流启动的优点：从这些规定可以认识到常州埭头镇水电厂渗漏排水系统启动时启动电流小，这在一定情况下反映了电压控制起动轻载启动我们通常会选用电压控制启动，因为这种方案电机的启动时间能极大的被缩短，还不影响启动压降，能在最快时间内使电机达到最大启动转矩(吴涛浩,陈梓恒,2019)。电压斜坡起动与其他方案相比，电压倾斜启动只需调整晶闸管的导通角就能实现理想的启动效果，是最这几种启动方式里面最简单的方案。在这等情况下但是常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统的电压斜坡启动的初试时间长，同时还存在初始转矩小的缺陷，对电机启动存在不利影响(许珂琳,刘明哲,2019)。转矩控制起动与电压控制相反，转矩控制起动则是重载启动的常用选择(李亦凡,杨清扬,2019)。电机在这种转矩控制起动下的初始力矩是由小到大线性增加的，其优点是启动平稳，灵活性好，能更好地实现目标。对于本设计的合理性论证，本文将借助最终的结果进行检验，并结合文献中的理论模型与实证分析，来验证本研究方法的有效性和适用性。深入剖析结果不仅能展示该设计在解决特定问题上的出色能力，还能体现其在更广泛范围内的潜在应用价值和前景。同时，本文还对比了现有文献中类似研究的设计成果，进一步强调本设计的独特贡献及其对领域发展的促进作用。同时，电动机启动时，控制转矩启动的方案，有效降低了电机运行对电网的影响。然而，有得有失，转矩控制起动缺点是启动时间比其他启动方法长。常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统本次设计的控制对象为无调速需求的两台水泵，电机额定电压为380V。综合考虑设计的需要和其他有利因素，本次系统中电机的启动方式设计采用电压斜坡的软启动方式(王宇辰,郭瑞婷,2019)。这在某种程度上表征了埭头镇水电厂渗漏排水系统电压从小斜率线性上升到大斜率的方式是斜坡张力的起始点，主要用于重载启动，它将降压启动从有级到无级变化。最终本次渗漏排水系统电气设计决定选用施耐德系列的ATS48D75Q启动器。电机保护在常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统中主要电机保护需求主要包括过载、低电压和短路保护。过载保护：在系统负荷过大时，导体会出现过载的紧急状况。过载保护即在电机温度过高时自动切断电源或切换工作模式来防止出现安全事故。低电压保护：在这等情况下低压保护可自动切断电路，其功能是避免突然失去电压或电压急剧下降的情况下，在恢复电压时电机突然启动造成安全事故，从这些规定可以认识到同时消除电机低压工作损坏的可能性(张子宁,孙佳怡,2022)。相间短路保护：在系统突发供电电源相间短路的情况时，最大短路电流可达额定电流的8-10倍，短路电流对发动机危害很大。短路计算查询可知线路阻抗计算公式如下SB=100MWA，X式中：查询可知电机阻抗计算公式如下 X∗X"−S查询可知变压器阻抗的计算公式如下XT∗UK%−SNS常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统等值网络图如图所示图1最大运行方式网络图XXX图2转移电抗图两台电机电抗星三角计算：X∑1X∑2X得到：图3星三角变换电抗图由图得：XXX计算结果得：I∗1=0.65，电机I归算后的额定电流为：II计算得短路冲击电流如下i电流的最大有效值如下I当kIimp主要元器件选型主回路元器件选型断路器的选择在常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统的主回路中断路器主要用来切断母线上的突然出现的短路故障，及时将故障隔离(龚维新,周雨彤,2023)。通过缜密的设计、实施及验证步骤，本研究成功地将理论与实践紧密结合，为所探讨的问题提供了坚实的解答，并为深入研究铺设了道路。同时，本研究也正视存在的局限性，期待未来的研究能够在此基础上不断前行，拓展知识边界，解决更多悬而未决的问题。断路器最大工作电流如下I断路器的额定开断电流如下INbrI"额定闭合电流：INcl式中：INclI断路器在长延时情况下面的脱扣整定值Indl式中：InalK根据相关规定可知：2～2.5倍启动电流与瞬时过电流脱扣器整定电流差不多大小。本次设计溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统采用型号为150WGL-320-26的电机，根据电机说明书可知电机的额定电压是45KW，通过简单的计算可知电机的额定电流(陈思远,张一鸣,2023):I长延时脱扣整定值为：I根据以上计算结果，我们合理选择断路器的类型是施耐德CompactNSX-LV427358，其脱扣电流为125A。表4断路器参数表型号额定电流脱扣器额定值分断能力触头数量LV427358125A125AF36kA380VAC3P+3d热稳定校验：由于短路电流的热效应Qk等于短路电流周期分量的热效应Qω,根据计算，满足It2⋅动稳定校验：短路冲击电流的幅值不得超过允许通过设备的动稳定开断电流的幅值，即ies≥isℎ，而i交流接触器的选择交流接触器在高频率的操作中具有重要作用，因为交流接触器能够适应高频率的接通和迅速切断，非常适用于本次系统中对电机的控制。这在某种程度上表征了在本次常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统设计中的最大工作电流为59.24（A），在这等情况下综合考虑各种因素，我们合理选择型号为CJX2-6511的接触器，查阅说明书可知CJX2-6511额定电流为65A。表3交流接触器参数型号额定工作电流控制功率触头数量CJX2-651165A30KW3P+N0+NC热继电器的选择从这些规定可以认识到热继电器是一类简单的保护器件，简单的热继电结构却能起到较大的保护作用，因此常用于电机保护(刘雅楠,王思瑶,2021)。从这些策略中看出在电机运行过程中，溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统的热继电器拥有保护发动机不超载的能力。这在一定程度上凸显出热继电器能够在电路异常异常情况下，避免因为电机超负荷运行而损坏。额定电流：ISN根据上述公式，我们经过计算可得85.2435A～94.2165A为热继电器的额定电流，综合考虑各种因素，我们合理选择型号为施耐德LRN365N的热继电器。表5热继电器参数表型号工作电流范围额定电压额定频率触头数量LRN365N80…104A<=690VAC50...60Hz1NO+1NC电缆选择常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统设计选择的电缆需要考虑电缆的额定电压和截面积等等综合进行选型(徐嘉琪,张晓蕾,2019)。电缆的额定电压需要比系统的额定电压更大才具有更好的载流能力，而电缆的载流量我们通过计算电缆截面积的大小来得到。这在一定情况下反映了因为本次设计的系统处于室内，所以不考虑气候与天气等等环境因素。综合考虑各种因素，常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统的铜芯电缆在各种材料的电缆中脱颖而出，查阅说明书可知，铜芯电缆的安全载流量是额定电流的0.125～0.2倍。导线的截面积计算公式如下：0.125I≥S≥0.2I（4-7）式中：S−铜导线面积（mmI−导线的负载电流（A）。电缆载流量如下：I我们通过简单的计算可以确认在10.6837（mm2）~17.094(mm2表7电缆参数表型号额定电压载流量最高允许温度VV22-3x50+2x25380V141A70℃PLC硬件及软件的设计与选型PLC概述PLC是可编程控制器的缩写，它是一种专门用于工业环境的开发类电子产品，由于可编程控制器出色的扩展能力和良好的可靠性，各类工业控制领域都能见到PLC的应用。PLC的选型选用三菱FX2N-48MR作为溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统电气设计PLC控制系统。重量轻、速度快、性能优良等特点是三菱FX2N系列PLC的特点。经由上述分析，本文得出它不仅印证了前文的理论解析，还加深了对关键理念的理解。理论上，这一探讨为相关领域的研究提供了有力的支撑，并强调了这些理念在实际应用中的重要地位及复杂性。另外，通过细致考察这些核心要素，本研究揭示了它们之间微妙的互动关系及其对整体结构的影响，为构建更完整和准确的理论模型提供了帮助。同时，此部分的论述也为后续研究指明了道路，提出了可能的研究方向，以期进一步发展和拓展现有理论体系的应用领域。根据设计需求，从这些规定可以认识到本次设计共有14个输入信号和11种不同状态的输出信号，三菱FX2N-48MR共有48个的I/O点，这在某种程度上表征了在满足本次设计需求的情况下还能保留一定的余量，鉴于三菱FX2N-48MR出色的扩展能力和良好的可靠性，故本次设计选用该PLC(周伟楠,吕梓萱,2020)。PLCI/O端口分配在本次常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统设计中，共有14个输入信号包含电源故障、电机故障、电机运行、电机启停、软启动器故障、正常水位信号、高水位信号和自动信号，输入信号分配表如下：图4PLC输入端口分配表本次溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统设计共有11种不同状态的输出信号，可通过不同颜色的信号灯来传达系统各设备的不同状态，输出信号表如下：图5PLC输出端口分配表PLC人机界面本系统的人机界面设计包括：操作主页的设计、实时参数的数据化显示设计、历史记录查询界面的设计等，这在一定程度上凸显出人机界面采用SUP070SARG1型号的显示屏，人机界面能够高效的展示系统当前各项状态，直观的显示系统各种信号，方便人员辨别和操作(高博雅,周林浩,2020)。常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统的人机界面能够实现对系统状态的监视包括：电源的供电状态；集水井的水位状态；利用现有的理论模型，本文对部分理论产出进行了验证，结果显示，这些理论不仅在理论层面具备较强的阐释能力，在实际操作中同样表现出了重要的指导效应。本文的发现表明，这些理论能够高效地预测并解释现实生活中的事件，为解决特定问题提供了系统性的方法支持。同时，借助案例研究与实证验证，这些理论模型在不同背景下的适用性和灵活性得到了进一步确认。从这些策略中看出水泵等电器元件的动作情况；系统运作时显示集水井实时水流量和排水量；这在某种程度上说明同时能够显示警戒和报警信号。溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统人机界面实时显示水位的高度、流量的大小，并通过可视化的界面向工作人员进行展示(刘若冰,王启航,2020)。从这些规定可以认识到人机界面能够监控主泵与副泵的运行与故障状况，在这等情况下并通过不同颜色的标识来加以辨别。在操作界面，工作人员能够查看系统的开入量、开出量和模拟量，还能控制屏幕背光。这在一定程度上印证了工作人员还可以通过人机界面查看集水井水位的历史记录和水泵的操作记录。图6常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统人机界面示意图

控制回路元器件的选择图7主回路控制图控制电路的电源控制回路电源是为了提供直流DC24V的电压给控制回路，其工作原理是通过交流AC220V的电压整流转换得到。常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统中，我们采用两台控制电源，这样做使得系统的稳定性更高，在故障时有备用电源可用。综合考虑各种因素和不同品牌之间的差异，我们最终在多个品牌中选定了施耐德ABL2REM24100K型开关电源，其参数为：U输入=100V~240水位传感器在本次常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统设计中需要通过水位传感器对集水井水位进行确定，从这些规定可以认识到选用WH311超声波水位传感器来实现对水位的检测。超声波水位传感器具有投资小、见效快、精度高、寿命长等优点，这在某种程度上表征了在测量过程中无需接触水面，在这等情况下无接触观测减小了故障概率，提高了劳动效率。具有较高的兼容性，适宜水电站使用(吴涛浩,陈梓恒,2021）。WH311超声波水位传感器测量范围0-2000M，测量精度1CM，具有较高的性能。表8水位传感器参数表型号额定电压测量范围测量精度输出信号WH31124V2000M1CM4~20mA转换开关工作人员可以利用转换开关来切换电机的不同工作状态，利用转换开关可以实现对电机的快捷操作，综合考虑各种有利因素我们选择型号为LW26-20的转换开关。在网络结构优化方面从以下两个方面去创新：一是从成本管理方法去创新，引入了一种基于全生命周期成本管理的方法，这种方法不仅关注初期投资，还着重考虑了长期的运营成本。通过精细化的成本核算模型，这在一定程度上凸显出我们可以更准确地评估不同设计方案的经济性从而做出最优的选择；二是从安全防护体系去创新，面对日益复杂的网络安全威胁我们构建了一个多层次、全方位的安全防护体系。此阶段总结强调了多领域协同的重要性。现代科研挑战愈发复杂多变，单独依靠某一学科的知识体系难以全面把握并有效应对。多领域协同不仅能整合不同学术范畴的专业知识与技术方法，还催化了新见解、新理论与新途径的涌现与发展。汇聚来自不同学术背景的研究人才，可以达成视角的丰富化与思维的激荡，从而激发创新能量，提升研究成效与水平。开发了一套智能安全分析平台，结合大数据和人工智能等进行实时分析快速识别潜在威胁，并自动采取相应的防御措施。这一创新举措不仅提高了安全事件的响应速度，也增强了系统的整体安全性。开关按钮综合考虑常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统设计需求和有利因素，我们选择型号为NP4-11BN的按钮开关，从这些策略中看出该型号开关具有自复位自锁功能，额定电压为660V，且自带灯光，能够一目了然的判断开关状态，功能满足需求(李亦凡,杨清扬,2019)。蜂鸣器蜂鸣器能够发出声音，警示工作人员，使得常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统系统出现紧急情况时，工作人员能够快速反应，这在一定程度上印证了及时的排除故障，保证系统不出问题。综合考虑设计需求和有利因素，我们选择的蜂鸣器型号为BJ-1高分贝，额定电压为24V。信号灯从这些规定可以认识到系统的运行状态通过红黄绿三种颜色的灯来快速展示，以便工作人员判断系统当前状态，综合考虑各种因素，本次设计选择信号灯为施耐德电气XB2VB3LC的信号灯。中间继电器本次常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统设计选用正泰JXZ-22F型号的中间继电器，该型号中间继电器的额定电压为DC24V，工作电流为5A，共有8个引脚，4开4闭。

程序设计总程序流程图8总流程图液位信号处理流程水位信号由超声波传感器WH311检测，根据波速和时间计算出水位，并转换成4~20mA的电流信号。通过电缆与PLC输入端口相连接，将常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统的模拟水位信号传输到PLC，转换成数据存储，实现信号输入的目的。图9液位信号处理流程图水泵控制流程本次渗漏排水采用两台排水泵。系统通过PLC对水位信号的检测来控制排水泵的运行。低水位时，如果水位信号低于1817.9米，常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统中的水泵不工作。水位继续上升，上升水位达到1821.3米，我们的主泵首先开始工作排水。从这些规定可以认识到如果水位仍然上升，到达高水位1821.7米时，我们就需要启动另外的备用水泵来加速排水工作(张子宁,孙佳怡,2022)。这在一定情况下反映了如果常州溧阳市埭头镇水电厂渗漏排水系统的两台水泵同时工作水位还在继续上升