水塔水位的PLC控制的设计Word文档格式.docx
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给水行业是城市基础设施投资的主要方向之一。
在体制上，供水企业体制的变革已成为市场化发展的必然；
在技术上，供水行业则面临着关键给水装备国产化、工艺技术成套设备化、自动控制现代化的迫切的技术要求。
优质供水是水工业市场化发展的新增长点，同时要倡导节约用水，提高水的重复利用率，并逐步建立完善的水工业学科体系。
完善的水工业学科体系是水工业产业发展的必要保证。
传统的给水排水工程学科体系已难以包还水工业的丰富内涵，已不能很好地适应水工业发展的需要，而水工业学科体系正是在给水排水工程学科体系发展而来。
由水工业的社会性所决定，水工业的学科体系由多个相互关联的学科组成，包括：
水质与水处理技术、水工业工程技术、水处理基础科学、水社会科学、水工业设备制造技术等，它们共同支撑着水工业的工业体系。
而在这些学科中水质与水处理技术和水工业工程技术是水工业学科体系中的主导学科。
二水塔供水自动控制系统方案设计
设计方案
设水塔、水池初始状态都为空着的，液位指示灯全亮。
当执行程序时，扫描到水池为液位低于水池下限液位时，电磁阀打开，开始往水池离境税，如果进水超过4秒，而水池液位没有超过水池下限位，说明系统出现故障，系统就会自动报警。
若4秒之后水池液位按预定的超过水池下限位，说明系统在正常的工作，水池下限位的指示灯灭，此时，水池的液位已经超过了下限位了，系统检测到此信号时，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵开始工作，向水塔供水，当水池的液位超过水池上限液位时，水池上限指示灯灭，电磁阀就关闭，但是水塔现在还没有装满，可此时水塔液位已经超过水塔下限水位，则水塔下限指示灯灭，水泵继续工作，在抽水向水塔供水，水塔抽满时，水塔液位超过水塔上限，水塔上限指示灯灭，但刚刚给水塔供水的时候，水泵已经把水池的水抽走了，此时水塔液位已经低于水池上限，水池上限指示灯亮。
此次给水塔供水完成。
三水塔水位自动控制系统设计
1水泵电动机控制电路的设计
给排水工程中常使用三相异步电动机，水泵上的电动机一般都是单向旋转有以下控制。
在水塔水位检测系统中通过水位传感器检测实际水位的高度，当水位低于最低水位时向PLC发出信息启动水泵，经过4分钟检测水塔水位是否提高控制水泵的工作，当水位达到最高水位时向PLC发出信息控制信息停止水泵工作。
供水系统的基本原理如图所示，水位闭环调节原理是：
通过在水塔中的水位传感器，将水位值变换为电流信号进入PLC，执行较后程序，通过水泵的开关对水塔中的水位进行自动控制。
图4-1水泵的控制图
水泵启动工作：
当投入作为主电路电源开关的配线切断器KM1时，在收到PLC的启动水泵指令后，电磁线圈KM2中有电流流过，电磁接触器KM2运行。
当电磁接触器KM2运行时，主电路的主触点KM2闭合，常闭触点KM2-b打开，常开触点KM2-m2闭合，当主触点闭合时，电源电压施加到电动机M上，开始运转。
当常闭触点KM2-b打开时，绿灯GN-L中无电流流过，绿灯熄灭，当常开触点KM2-m2闭合时，红灯RD-L中有电流流过，红灯点亮。
水泵停止工作：
当投入作为主电路电源开关的配线切断器KM1时，在收到PLC的停止水泵指令后，电磁线圈KM2中无电流流过，电磁接触器KM2恢复。
当电磁接触器KM2恢复时，主电路的主触点KM2打开，常闭触点KM2-b闭合，常开触点KM2-m2打开，当主触点KM2打开时，电源电压施不再施加到电动机M上，电动机M停止运转。
当常闭触点KM2-B闭合时，绿灯GN-L中有电流流过，绿灯点亮，当常开触点KM2-m2打开时，红灯RD-L中无电流流过，红灯熄灭。
KM1：
配线切断器是把开闭机构、后动装置等统一装到绝缘容器内的部件，它是利用操作手柄对通常使用状态的电路进行开闭控制的。
经常应用于电源电路的开闭中，当发生过载、短路等情况时自动地切断电路。
KM2：
所谓电磁接触器，就是应用电磁铁对负载电流进行开闭控制的接触器，主要用于电源电路的开闭。
电磁接触器有主触点和辅助触点构成的触点和电磁线圈与铁心构成的靠做电磁铁部分组成。
FR:
热敏继电器是由加热器部分和触点机构部分组成的。
当够电流流过加热部分时，双金属片因为受热而发生弯曲，因此触点部分被打开而使电路得到保护。
2水位传感器的选择
根据本设计的要求所选传感器要求在水面和水底都可以使用，且要考虑到对水质的影响，所以选择超声波液位传感器U9ULS系列的U9ULS——10/100系列。
U9ULS系列超声波液位传感器开关使用范围非常广。
具有焊接的不锈钢传感器探头，没有缝隙不会泄露，另外没有易损的活动部件，它不会受温度、压力、密度和液体类型等参数的影响。
在大多数情况下，电子设备放在铸铝的，NEMA4/NEMA7防爆且防水的壳体中。
U9ULS具有以下特点：
可应用于多种液体中
可承受高达1000psi的压力
不受气泡、蒸汽、杂质后湍流等因素的影响。
长度达121in（303.3cm）
可安装在侧面、顶部或底部
工作原理：
U9ULS系列是给予超声波理论工作的。
当超声波在空气中传播时，会被严重衰减相反地，如果在液体中传播时，超声波的传播会被大大增强。
电子控制单元发出一系列的电信号，传感器将其转化为超声能量脉冲，并在被探测区内传播。
当另一端街道有效信号时，就发出数据有效的信号，表明有液体存在。
这个信号输送到继电器，从而产生输出信号。
U9ULS——100系列产品具有性能优异的传感器探头，可在温度为300F和压力为1000PSI的情况下良好的工作。
U9ULS——10系列产品为更靠近池底，将顶端的探头设计成缺口形状。
控制电路设计成小型，密封的结构，可安装在远程的控制地点。
特点：
10A的继电器输出
115/230VAC，12VDC或24VDC输入
高增益。
无需效准，工作温度可达300长度可达151.5CM
表5.1主要技术指标
输入电压
115/230VAC，50/60HZ或12/24VDC
U9ULS—10系列增益
300：
1
1000：
U9ULS—10系列输出
10ADPDA继电器灭火两线制，4mA-干；
20mA-湿
10ADPDT继电器
延时
0.5s
重复性
2mm
外壳
NEMA4/NEMA7,防水防爆罩，环氧涂层，铸铝。
四水塔水位自动控制系统的组成
1、系统构成及其控制要求
（图5-1水塔水位自动控制系统）
水塔水位的工作方式：
当水池液位低于下限液位开关S1，S1此时为ON，电磁阀打开，开始往水池里注水，当4S以后，若水池液位没有超过水池下限液位开关时，则系统发出报警，若系统正常，此时水池下限液位开关S4为OFF,表示水位高于下限水位。
当水位液面高于上限水位，则S2为ON，电磁阀关闭。
当水塔水位低于水塔下限水位时，则水塔下限水位开关S3为ON，水泵开始工作，向水塔供水，当S3为OFF时，表示水塔水位高于水塔下限水位。
当水塔液面高于水塔上限水位时，则水塔上限水位开关S4为OFF，水泵停止。
当水塔水位低于下限水位，同时水池水位也低于下限水位时，水泵不能启动。
原理：
在控制系统启动后，若水槽水位低于水槽最低水位时液位传感器将水位信号转化为电信号向PLC发出信号，PLC根据此信号打开补水泵向水槽补水，当水位达到水槽最高水位时液位传感器将水位信号转化为电信号向PLC发出信号停止补水泵的工作，当水塔水位达到最低水位时，液位传感器将水位信号转化为电信号向PLC输出，PLC在收到信号后启动水泵向水塔加水，当水塔水位达到最高水位时传感器将水位信号转化为电信号向PLC发出信号停止水泵的工作。
2系统框图
如下图整个系统由一个水位传感器，一台PLC和一台水泵以及若干部件组成。
安装于水塔上的传感器将水塔的水位转化成1-5伏的电信号；
电信号到达PLC将控制控制水泵的开关。
水箱水位自动控制系统由PLC核心控制部件高低位水箱的水位检测电路高低水位信号传送给PLC水泵电动机控制电路PLC控制启停及主备切换
（图5-2系统组成框图）
在水塔水位检测系统中通过超声波液位传感器将水位信号转换为电信号输入PLC中，在通过PLC控制水泵的启动或关闭。
在系统运行中当水为低于最低值时PLC将启动水泵向水塔中加水，当水塔中的水达到最高值时PLC使水泵停止运转即水泵停止向水塔供水。
等到水塔水位再次达到控制最低水位时系统再次重复这个过程。
五PLC的设计
1可编程序控制器（PLC）简介
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电器接触控制系统中触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点充分利用微处理器的优点。
2PLC工作原理
PLC的工作方式:
采用循环扫描方式.在PLC处于运行状态时,从内部处理,通信操作,程序输入,程序执行,程序输出,一直循环扫描工作.
PLC的工作过程
PLC的工作过程基本上是用户的梯形图程序的执行过程，是在系统软件的控制下顺次扫描各输入点的状态，按用户程序解算控制逻辑，.然后顺序向各个输出点发出相应的控制信号。
除此之外，为提高工作的可靠性和及时的接收外来的控制命令，每个扫描周期还要进行故障自诊断和处理与编程器、计算机的通信。
因此，PLC工作过程分为以下五步:
（1）自诊断
自诊断功能可使PLC系统防患于未然，而在发生故障时能尽快的修复，为此PLC每次扫描用户程序以前都对CPU、存储器、输入输出模块等进行故障诊断，若自诊断正常便继续进行扫描，而一旦发现故障或异常现象则转入处理程序，保留现行工作状态，关闭全部输出，然后停机并显示出错的信息。
（2）与外设通信
自诊断正常后PLC即扫描编程器、上位机等通信接口，如有通信请求便响应处理。
在与编程器通信过程中，编程器把指令和修改参数发送给主机，主机把要显示的状态、数据、错误码进行相应指示，编程器还可以向主机发送运行、停止、清内存等监控命令。
在与上位机通信过程中PLC将接收上位机发出的指令进行相应的操作，把现场工作状态、PLC的内部工作状态、各种数值参数发送给上位机以及执行启动、停机、修改参数等命令。
（3）输入现场状态
完成前两步工作后PLC便扫描各个输入点，读入各点的状态和数据，如开关的通断状态、形成现场的内存映象。
这一过程也称为输入采样或输出刷新，在一个扫描周期内内存映象的内容不变，即使外部实际开关状态己经发生了变化也只能在下一个扫描过程中的输入采样时刷新，解算用户逻辑所用的输入值是该输入值的内存映象值而不是当时现场的实际值。
（4）解算用户逻辑
即执行用户程序。
一般是从用户出现存储器的最低地址存放的第一条程序开始，在无跳转的情况下按存储器地址的递增方向顺序的扫描用户程序，按用户程序进行逻辑
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