水塔水位PLC课设.doc

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电气工程学院

课程设计说明书

设计题目：

水塔水位PLC自动控制系统

系别：

年级专业：

学号：

学生姓名：

指导教师：

电气工程学院《课程设计》任务书

课程名称：

电气控制与PLC课程设计

基层教学单位指导教师：

学号

学生姓名

（专业）班级

10应电班

设计题目

水塔水位PLC自动控制系统

设

计

技

术

参

数

采用PLC构成水塔水位电气控制系统。

控制要求查阅相关文献。

设

计

要

求

1）根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。

2）根据控制要求，编制PLC控制程序

3）按要求编写设计说明书并绘制A1幅面图纸一张。

参

考

资

料

1、《PLC电气控制技术》漆汉宏主编机械工业出版社2008

2、图书馆各类期刊文献相关数据库

3、相关电气设计手册

周次

第一周

第二周

应

完

成

内

容

完成全部方案设计：

周一、二：

查、阅相关参考资料

周二至周五：

方案设计

周六、日：

设计方案完善

周一、二：

完成设计说明书

周三、四：

绘制A1设计图纸

周五：

答辩考核

指导教

师签字

基层教学单位主任签字

说明：

1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。

2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

电气工程学院教务科

摘要

随着现代社会生产的发展和技术的进步，现代工业自动化生产水平逐步提高，电子技术飞速发展，在继电器控制的基础上产生了一种新型的工业控制装置——可编程控制器。

利用这种新型的工业控制装置能够更快更方便的完成一些任务。

在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量和控制。

水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。

而以往水位的检测是由人工完成的，因此急需一种能自动检测水位，并根据水位变化的情况自动调节的自动控制系统。

本文采用PLC进行主控制，对水塔水位自动控制系统的功能性进行了需求分析。

主要实现方法是通过传感器检测水塔的实际水位，将水位具体信息传至PLC构成的控制模块，来控制水泵电机的动作，同时显示水位具体信息，若水位低于或高于某个设定值时，就会发出危险报警的信号，最终实现对水塔水位的自动控制。

关键词：

水位自动控制、水泵、传感器

目录

摘要...................................................................3

目录...................................................................4

第一章绪论............................................................5

1.1可编程控制器的简介.................................................5

1.2PLC的工作原理.....................................................5

1.3PLC的特点.........................................................5

1.4PLC的选择.........................................................7

第二章水塔水位控制系统PLC硬件设计.....................................7

2.1基于PLC水塔水位控制系统的基本原理.................................7

2.2水塔水位控制系统构成及其控制要求...................................8

2.2.1水塔水位系统控制装置图.........................................8

2.2.2水塔水位系统的控制要求.........................................9

2.3水塔水位系统水位传感器的选择......................................10

2.4水塔水位系统主电路设计...........................................11

2.5水塔水位系统的输入/输出分配.......................................13

2.6水塔水位系统硬件接线图............................................14

2.7系统硬件元器件的选择..............................................15

第三章水塔水位系统PLC软件设计.......................................15

3.1水塔水位系统的具体工作过程.......................................15

3.2水位控制系统的流程图............................................15

3.3PLC控制梯形图....................................................17

第四章课程设计总结...................................................22

参考文献..............................................................23

第一章绪论

1.1可编程序控制器简介

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。

1.2PLC的工作原理

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.

1.3PLC的特点

（一）高可靠性

1.所有的I/O接口电路均采用光电隔离使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离

2.各输入端均采用R-C滤波器其滤波时间常数一般为10~20ms.

3.各模块均采用屏蔽措施以防止辐射干扰

4.采用性能优良的开关电源

5.对采用的器件进行严格的筛选

6.良好的自诊断功能一旦电源或其他软硬件发生异常情况CPU立即采用有效措施以防止故障扩大

7.大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性

进一步提高。

（二）丰富的I/O接口模块

1.PLC针对不同的工业现场信号如：

交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。

2.有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备如：

按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀。

3.直接连接另外为了提高操作性能它还有多种人-机对话的接口模块;为了组成工业局部网络它还有多种通讯联网的接口模块等等。

（三）采用模块化结构

为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构，PLC的各个部件包括CPU电源I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

（四）编程简单易学

PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。

（五）安装简单维修方便

PLC不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行，使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接即可投入运行，各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障，由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。

1.4PLC的选择

目前PLC的发展非常迅速，型号众多，各种特殊功能模板不断涌现。

通常根据其I/O点的数量将PLC分为三大类：

小型机：

256点以下（无模拟量）；

中型机：

256~2048点（64~128路模拟量）；

大型机：

2048点以上（128~512路模拟量）。

本实验选择FX2N系列PLC。

由于输入、输出触点数较少，只需选用一般中小型控制器即可。

最终选择FX2N-32M。

拥有16个输入点与16个输出点。

适合本次课题使用。

第二章水塔水位控制系统PLC硬件设计

2.1基于PLC水塔水位控制系统的基本原理

如下图整个系统由水位传感器，一台PLC和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。

在水塔水位检测系统中通过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。

2.2水塔水位控制系统构成及其控制要求

2.2.1水塔水位系统控制装置图

2.2.2水塔水位系统控制要求

1）保持水池的水位在S3——S4之间，当水池水位低于下限液位开关S4，此时S3为ON，电磁阀打开，开始往水池里注水，当30S以后，若水池水位仍然没有超过水池下限液位开关S4时，则系统发出警报；若系统正常运行，此时水池下限液位开关S4为OFF，表示水位高于下限水位。