集水坑PLC控制系統(tǒng)設計畢業(yè)設計終稿

1、集水坑PLC控制系統(tǒng)設計 華東理工大學畢業(yè)論文（設計）課 題 集水坑PLC控制系統(tǒng)設計 學 院 XXXXXXX學院 專 業(yè) XXXXXXXXXXXXXXXXX 年 級 XXXXXXXXXXXXXXXX 學 號 XXXXXXXX 姓 名 XXXX 指導教師 XXXXXX 定稿日期： 2015 年 11 月 2 日22第 1 頁集水坑PLC控制系統(tǒng)設計摘 要隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，地下停車庫的規(guī)模加大，功能增強，檔次提高，給排水設計的內(nèi)容也越來越多。防排水，是困擾建筑設計的一大難題，一旦處理不好再來補救，困難很多。本文僅就地下停車庫的排水問題對地下停車庫排水設計進行詳細介紹。包括水量計算集水井水位控制

2、，集水溝設計，排污泵揚程計算等，對地下停車庫生活設施設計提出自己的觀點。關(guān)鍵詞：地下停車庫，集水井，集水溝，揚程第 1 頁集水坑PLC控制系統(tǒng)設計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 頁集水坑PLC控制系統(tǒng)設計目 錄1引言11.1排水泵的概念11.2排水泵結(jié)構(gòu)11.3排水泵的選型11.4排水泵的工作原理22 PLC概述62.1 PLC的定義及特點62.1.1PLC的定義62.1.2 PLC的特點62.2 PLC的構(gòu)成及工作原理72.2.1 PLC的基本組成72.2.2 PLC的工作原理92.2.3 PLC選型的一般考慮103系統(tǒng)控制要求124水泵電氣主

5、電路圖135 電氣控制電路圖146 I/O接口圖157 梯形圖168 指令表18結(jié) 論20參考文獻21致 謝22第 22 頁集水坑PLC控制系統(tǒng)設計1引言1.1排水泵的概念泵是輸送液體或使液體增壓的機械。電動泵是泵的一種，是機械泵與電動機的結(jié)合品，作為機電一體化的產(chǎn)物，它將電動機的機械能傳送給液體，使液體能量增加，從而達到輸送液體或使液體增壓的目的。電動泵主要用來輸送液體包括水、油、乳化液、懸乳液等。 因此，電動泵可以用于汽車的發(fā)動機來使燃油增壓，也可以用于持續(xù)噴油的航空渦噴發(fā)動機，還可以用于食品機械等需要進行液體輸送或是使液體增壓的場合。那么，對電動泵流量的控制就是一個非常實用的課題1.2排

6、水泵結(jié)構(gòu)排水泵主要結(jié)構(gòu)式里面轉(zhuǎn)的是葉輪，是電機的轉(zhuǎn)子帶動葉輪。建筑物內(nèi)使用的排水泵有潛水排污泵、液下排水泵、立式污水泵和臥式污水泵等。由于建筑物內(nèi)一般場地較小，排水量不大，排水泵可優(yōu)先采用潛水排污泵和液下排水泵，其中液下排污泵一般在重要場所使用；立式污水泵和臥式污水泵要求設置隔震基礎、自灌式吸水、并占用一定的場地，故在建筑中較少使用。 1.3排水泵的選型排水泵的流量應按生活排水設計秒流量選定；當有排水量調(diào)節(jié)時，可按生活排水最大小時流量選定。消防電梯集水池內(nèi)排水泵流量不小于10L/s。 排水泵的揚程按提升高度、管道損失計算確定后，再附加一定的自由水頭。自由水頭宜采用0.020.03MPa。排水泵

7、吸水管和出水管流速不應小于0.7m/s，并不宜大于2.0m/s。 公共建筑內(nèi)應以每個生活排水集水池為單元設置一臺備用泵，平時宜交互運行。地下室、設備機房、車庫沖洗地面的排水，如有兩臺及兩臺以上排水泵時可不設備用泵。當集水池無法設事故排水管時，水泵應有不間斷的動力供應；當能關(guān)閉排水進水管時，可不設不間斷動力供應，但應設置報警裝置。 當提升帶有較大雜質(zhì)的污、廢水時，不同集水池內(nèi)的潛水排污泵出水管不應合并排出；當提升一般廢水時，可按實際情況考慮不同集水池的潛水排污泵出水管合并排出。 兩臺或兩臺以上的水泵共用一條出水管時，應在每臺水泵出水管上裝設閥門和止回閥。單臺水泵排水有可能產(chǎn)生倒灌時，應設止回閥。

8、不允許壓力排水關(guān)與建筑內(nèi)重力排水管合并排出。 當潛水排污泵提升含有大塊雜物時，潛水排污泵宜帶有粉碎裝置；當提升含較多纖維物污水時，宜采用大通道潛水排污泵。 當潛水排污泵電機功率大于等于7.5kW或出水口管徑大于等于DN100時，可采用水泵固定自耦裝置；當潛水排污電泵電機功率小于7.5kW或出水口管徑小于DN100時，可設軟管移動式安裝。污水集水池采用潛水排污泵排水時，應設水泵固定自耦裝置，方便水泵檢修。 排水泵應能自動啟停和現(xiàn)場手動啟停。多臺水泵可并聯(lián)交替運行，也可分段投入運行。1.4排水泵的工作原理離心式水泵是靠葉輪產(chǎn)生的真空把水從下面吸上來再打到高處，如果泵體內(nèi)沒水的話，真空形不成，那水就

9、吸不上來了，如果液位高于水泵，可以利用自灌的方式把水引入泵體內(nèi)，不然也需要灌水排水泵控制系統(tǒng)設計的種類及各自的特點排水泵控制系統(tǒng)的設計主要有傳統(tǒng)的繼電器和PLC程序控制兩種。對電動泵的控制實質(zhì)上就是對電動機的控制。使用傳統(tǒng)方法控制電動機轉(zhuǎn)速時，需要安裝測速裝置。無論是安裝磁阻式磁電傳感器或是光電式轉(zhuǎn)速表，還是霍爾傳感器等其它類型的傳感器，都會使電動機的體積增大，成本增高，況且傳感器的任何誤差都會導致電樞電流增大和電機效率的降低，從而引發(fā)加大電機的發(fā)熱量，并且對電機生產(chǎn)制造工藝要求增高等一系列問題。在對電動泵控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理進行了研究以后，提出一種有別于傳統(tǒng)控制方法的電動泵-PLC控制。

10、自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller， PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應 用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡 技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎上增加了模擬量處 理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領(lǐng) 域也發(fā)揮著十分重要的作用。 作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀八十年代 至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長率保持為20%30%。隨著工廠自動化程度的不斷提

11、高和PLC市場容量基數(shù)的不斷擴大，近年來PLC在工業(yè)發(fā)達國家的增長速度放緩。但是，在中國等發(fā)展中國家PLC的增長十分迅速。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。 PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU

12、內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結(jié)果送給PLC的控制器。相同I/O點數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）

13、。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS要低很多。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點（最多可達8000多個I/O）。如果被控對象主要是設備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近10年來，隨著PLC價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴大，越來越多的中小設備開始采用PLC進行控制，PLC在我國的應用增長十分迅速。隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展和基礎自動化水平的不斷提高，今后一段時期內(nèi)PLC在我國仍將保持高速增長勢頭。通用PLC應用于專用設備時可以認為它就是一個嵌入式控制器，但PLC相對一般嵌入式控制

14、器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。他們的優(yōu)缺點具體如下控制方式上看：繼電器控制是硬接線，邏輯一旦確定，要改變邏輯或增加功能很是困難；而plc是軟接線，只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加功能。工作方式上看：繼電器控制是并行工作，而plc是串行工作，不受制約。控制速度上看：繼電器控制速度慢，觸點易抖動；而plc通過半導體來控制，速度很快，無觸點，顧而無抖動一說。定時、記數(shù)看：繼電器控制定時精度不高，容易受環(huán)境溫度變化影響，且無記數(shù)功能；plc時鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時范圍寬；有記數(shù)功能。

15、可靠性、可維護性看：繼電器控制觸點多，會產(chǎn)生機械磨損和電弧燒傷，接線也多，可靠性、維護性能差；plc無觸點，壽命長，且有自我診斷功能，對程序執(zhí)行的監(jiān)控功能，現(xiàn)場調(diào)試和維護方便。積水坑排水系統(tǒng)主要可分為三種類型，即污水排水系統(tǒng)、廢水排水系統(tǒng)和雨水排水系統(tǒng)。排水主要是污水排水系統(tǒng)，雨水和廢水較少。污水排水系統(tǒng)的核心是污水泵（房）站進行的污水處理?！拔鬯幚韽S的首要處理環(huán)節(jié)是污水提升泵站,只有當污水的勢能有所增加, 才能進行處理污水的后續(xù)工作;城市嬌縱錯雜的安裝著污水管網(wǎng),而保證這些污水能夠在管道中正常流淌的就是污水提升泵站。眼下排水水泵的自動控制可以分為兩種方式：一種是利用超聲波，另一種是水位開關(guān)

16、報警裝置。后者的控制方式是把水位開關(guān)安裝在集水井中, PLC獲取來自水位開關(guān)的信號,當信號達到了預先調(diào)試好的水位后，控制系統(tǒng)中的相應開關(guān)將會自動開/停排水水泵”。另外的那種是把超聲波液位計安裝在集水井中,P LC獲取來自集水井中的超聲波液位計的水位信號,然后由PLC控制系統(tǒng)來自動控制排水水泵的運行。當檢修水泵時為了能確保污水的正常排放，每一個排水泵（房）站基本上都會裝有備用的排水水泵。如果在集水井中很長一段時期不運行這些備用的水泵, 那么這些排水水泵中的電機的絕緣電阻就會有一定量的下降,長此以往就會影響到水泵的壽命和控制系統(tǒng)的正常運行。本文討論的是后者的控制系統(tǒng)，即排水泵站水位開關(guān)的自動控制系

17、統(tǒng)。 在本文中所論述的自控系統(tǒng)中, 其它泵和備用水泵同樣的會投入運行。 從長久角度看, 這些水泵有著均衡的運行時間, 這樣使得本設計的兩臺泵起到了互為備用的實用效果, 并且本文列出了此設計的電氣控制線路，梯形圖程序。2 PLC概述2.1 PLC的定義及特點2.1.1PLC的定義 可編程控制器（PLC）是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設備都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴

18、展其功能的原則而設計。2.1.2 PLC的特點（1）可靠性高，抗干擾能力強 PLC是專門為工業(yè)控制設計的，采取了多層次抗干擾、精選元件的措施，可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強電設備一起工作，運行的穩(wěn)定性和可靠性較高。（2）編程簡單易學，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC的最大特點之一，就是采用易學易懂的梯形圖語言，它是以計算機軟件技術(shù)構(gòu)成人們慣用的繼電器模型，形成一套獨具風格的以繼電器梯形圖為基礎的形象編程語言。方便電氣人員在了解PLC工作原理和它的編程技術(shù)后，就可迅速地結(jié)合實際需要進行應用設計，進而將PLC用于實際控制系統(tǒng)中。（3）通用性強，使用方便 由于PLC自身硬件特點，用戶在進行控制系統(tǒng)的設計時，不

19、需要自己設計和制作硬件裝置，只需要根據(jù)控制要求進行模塊的配置；用戶所作的工作只是設計滿足控制對象的控制要求的應用程序。對于一個控制系統(tǒng)，當控制要求改變時，只需修改程序，就能變更控制功能；與外圍設備的連接方便，通訊協(xié)議標準。(4)系統(tǒng)設計周期短 由于系統(tǒng)硬件的設計任務僅僅是根據(jù)對象的控制要求配置適當?shù)哪K，而不要設計具體的接口電路，同時軟件設計和外圍電路設計可以同時進行，這樣大大縮短了整個系統(tǒng)設計的時間，加快了系統(tǒng)的設計周期。(5)對生產(chǎn)工藝改變適應性強 其控制功能是通過軟件編程來實現(xiàn)的，當生產(chǎn)工藝改變時，在很大程度上只需改變用戶程序，這對現(xiàn)代化的小批量 、多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)尤其適合；現(xiàn)今PLC已

20、經(jīng)朝著嵌入式系統(tǒng)發(fā)展，將進入日常生活中。(6)安裝簡單、調(diào)試方便、維護工作量小 PLC控制系統(tǒng)的安裝接線工作量比繼電器控制系統(tǒng)少得多，只需將現(xiàn)場的各種設備與PLC相應的I/O口相連。PLC軟件設計和調(diào)試大部分可以在實驗室模擬進行，模擬調(diào)試好后再將PLC控制系統(tǒng)進行現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試，方便省時，其本身可靠性高，有完善的自診斷能力和系統(tǒng)監(jiān)控能力，方便迅速故障查明和排除，維護的工作效率高。2.2 PLC的構(gòu)成及工作原理2.2.1 PLC的基本組成可編程序控制器實施控制，其實質(zhì)就是按一定算法進行輸入輸出變換，并將這個變換與以物理實現(xiàn)。輸入輸出變換、物理實現(xiàn)可以說是PLC實施控制的兩個基本點，同時物理實現(xiàn)也是

21、PLC與普通微機相區(qū)別之處，其需要考慮實際控制的需要，應能排除干擾信號適應于工業(yè)現(xiàn)場，輸出應放大到工業(yè)控制的水平，能為實際控制系統(tǒng)方便使用，所以PLC采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要是由微處理器（CPU）、存儲器（RAM/ROM）、輸入輸出接口（I/O）電路、通信接口及電源組成。PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1 PLC的基本結(jié)構(gòu)(1)中央處理單元（CPU）: 中央處理單元是PLC的控制核心。CPU模塊，不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出。 (2)存儲器 :可編程序控制器的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器；存放用戶程序（用戶程序存

22、和數(shù)據(jù)）的存儲器稱為用戶程序存儲器，所以又分為用戶存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩部分。 (3)輸入接口電路:輸入輸出信號有開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量三種，在我們實習涉及到的信號當中，開關(guān)量最普遍。就是采用光電耦合器的開關(guān)量輸入接口電路,如圖2-2所示。圖2-2 開關(guān)量輸入接口電路(4)輸出接口電路:可編程序控制器的輸出有：繼電器輸出(M)、晶體管輸出(T)、晶閘管輸出(SSR)三種輸出形式。(5)電源:PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施

23、而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。如FX1S額定電壓AC100V240V，而電壓允許范圍在AC85V264V之間。允許瞬時停電在10ms以下，能繼續(xù)工作。一般小型PLC的電源輸出分為兩部分：一部分供PLC內(nèi)部電路工作；一部分向外提供給現(xiàn)場傳感器等的工作電源。 2.2.2 PLC的工作原理PLC采用循環(huán)掃描的工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。掃描周期的長短主要取決于以下幾個因素：一是CPU執(zhí)行指令的速度；二是執(zhí)

24、行每條指令占用的時間；三是程序中指令條數(shù)的多少。一個掃描周期主要可分為三個階段。第一階段為輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成輸入端刷新工作后，將關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變，而這些變化必須等到下一工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。第二階段為程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應的邏輯運算結(jié)果存入對應的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入刷新階段。第三階段為輸出刷新階段，當所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依

25、次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器），并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。綜上所述，PLC的掃描工作過程如圖2-3所示。圖2-3 PLC掃描工作過程2.2.3 PLC選型的一般考慮(1)確定控制對象和控制范圍 在應用PLC時，首先要詳細分析被控對象、控制過程與要求，了解工藝流程后列出控制系統(tǒng)的所有功能和指標要求，與繼電接觸器控制系統(tǒng)和工業(yè)控制計算機進行比較后加以選擇。如果控制對象的工業(yè)環(huán)境較差，而安全性、可靠性要求特別高，系統(tǒng)工藝復雜，輸入輸出以開關(guān)量為多，而用常規(guī)的繼電接觸器控制難以實現(xiàn)，工藝流程又要經(jīng)常變動的對象和現(xiàn)場，用PLC進行控制是合適的。(2

26、)選擇機型:一般來說在選擇機型前，用戶首先要對控制對象進行下列估計：(a)有多少個開關(guān)量輸入，電壓分別為多少；(b)有多少個開關(guān)量輸出，輸出功率為多少；(c)有多少模擬量輸入輸出點；(d)是否有特殊控制要求，如高速計數(shù)器等；(e)現(xiàn)場對PLC的響應速度有何要求；(3) 編制程序:編程時，首先要合理劃分模塊，其次是合理利用指令，嚴格注意信息名稱定義，最后進行調(diào)試。程序必須經(jīng)過一段時間的運行考驗，才可以投入實際現(xiàn)場工作。3系統(tǒng)控制要求地下室集水坑高水位須及時排水以防止地下室集水。高水位自動啟動排水泵，低水位自動停止排水泵。排水選用2.2KW潛水泵2臺，一用一備（當某臺水泵發(fā)生故障時，備用水泵應能立

27、即自動啟動，投入運行），2臺水泵自動輪換工作。超高水位時，發(fā)出聲光報警信號；水位降低后，閃光報警信號自動消除?？墒智谐曇魣缶盘柕毐Ａ艄鈭缶盘枴Ｋ脩帽匾谋Ｗo。4水泵電氣主電路圖水泵電氣主電路圖如圖4-1所示。圖4-1 水泵電氣主電路圖5 電氣控制電路圖電氣控制電路圖如圖5-1所示。圖5-1 電氣控制電路圖6 I/O接口圖系統(tǒng)的I/O接口圖如圖6-1所示。圖6-1 系統(tǒng)的I/O接口圖7 梯形圖系統(tǒng)PLC程序梯形圖,如圖7-1所示。圖7-1 系統(tǒng)PLC程序梯形圖8 指令表系統(tǒng)PLC指令表如圖8-1所示。圖8-1 系統(tǒng)PLC指令表圖結(jié) 論本文論述的是控于P L C 的排水水泵水位開關(guān)自動控制系統(tǒng),針對地鐵排水系統(tǒng)在處理備用水泵運行方式方面,本文軟硬件設計合理,實用性強,做到了讓三臺水泵輪流做備用水泵,消除了備用水泵長期在水中不運行帶來的種種不利因素;本設計已在南京地鐵一號南延線各站點實裝運行，完全能夠滿足地鐵排水的要求，并具備了傳統(tǒng)水泵所欠缺的互為備用要求，降低了各種損耗，節(jié)約了能源。當?shù)叵萝噹靸?nèi)設有衛(wèi)生間等生活設施時，其生活污水應獨立排管、獨立設污水集水井、獨立設潛水排污泵排放，以避