水塔水位的自動控制本科學(xué)位論文

PAGE2分類號：密級：UDC：學(xué)號：Xxxxxxxx技術(shù)學(xué)院機(jī)電信息分院畢業(yè)設(shè)計水塔水位的自動控制學(xué)生學(xué)號：xxxxxxxxxxxxx學(xué)生姓名：xxxxxxxxxxx導(dǎo)師姓名：xxxxxxxxx班級機(jī)電xxxx專業(yè)名稱機(jī)電一體化技術(shù)論文提交日期20年月日論文答辯日期20年月日答辯委員會主席評閱人20年月日xxxxx機(jī)電信息分院畢業(yè)論文(設(shè)計)獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)生簽名： 日期： 論文使用授權(quán)聲明xxxx機(jī)電信息分院有權(quán)保留本人所送交畢業(yè)論文（設(shè)計）的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布（包括刊登）論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布（包括刊登）授xxxxx院機(jī)電信息分院辦理。學(xué)生簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期：水塔水位的自動控制麗職院機(jī)電信息分院畢業(yè)設(shè)計PAGE1麗水職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電息工程系畢業(yè)設(shè)計摘要在社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，水在人們正常生活和生產(chǎn)中起著越來越重要的作用,一旦斷了水，輕則給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故及損失，所以任何時候都要能提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、合格的水質(zhì)是對給水系統(tǒng)提出的基本要求。因此，如何建立一個可靠安全、又易于維護(hù)的給水系統(tǒng)是值得我們研究的課題,隨著社會的發(fā)展現(xiàn)在的自動裝置無所不在,所以水塔水位的控制也不要人工進(jìn)行操作,為了達(dá)到節(jié)能的目的,提高供水系統(tǒng)的質(zhì)量,考慮采用可編程序控制器、繼電器、接觸器和傳感器技術(shù)，本文設(shè)計出一套實用水位控制方案。方案在硬件基礎(chǔ)上配合軟件實現(xiàn)了可切換手動/自動兩種工作方式，實現(xiàn)了不用人操作的裝置。關(guān)鍵字：水位控制；手動/自動控制；可編程序控制器；傳感器；交流接觸器目錄TOC\o"1-3"\h\z一．引言 3二．控制系統(tǒng)的組成 32.1系統(tǒng)的工作原理 32.2可編程序控制器及PLC的選擇 42.3閥門的選擇 42.4傳感器的選擇 42.5電動機(jī)的選擇 52.6交流接觸器的選擇 6三．控制系統(tǒng)的方案——手動/自動運行方式 63.1手動運行方式 63.2自動運行方式 6四．設(shè)備安裝與調(diào)試 94.1元件參數(shù)設(shè)置 94.2傳感器零點及量程調(diào)試 9五．出現(xiàn)的問題及解決方法 10六．系統(tǒng)的比較及總結(jié) 10致謝 10參考文獻(xiàn) 11一．引言在一般住宅或大樓頂樓常設(shè)置水塔或水箱以提供充足的水壓供用戶使用,另備有地下水槽儲存自來水公司提供的水源并給頂樓水塔進(jìn)水使用。由于當(dāng)前可編程序控制器(PLC)技術(shù)已日趨成熟,因而考慮利用它來實現(xiàn)水塔/水箱供水控制。本設(shè)計是利用上水塔和下水池通過電機(jī)、傳感器和PLC來實現(xiàn)水塔水位自動控制，用交流接觸器來實現(xiàn)手動控制。二．控制系統(tǒng)的組成2.1系統(tǒng)的工作原理水位閉環(huán)調(diào)節(jié)原理是：通過在水塔中的液壓傳感器，將水位值變換為電流信號進(jìn)入PLC，把該信號和PLC中的設(shè)定值的程序進(jìn)行比較，并執(zhí)行較后程序，通過水泵的開關(guān)對水塔中的水位進(jìn)行自動控制。還有一個液壓傳感器S4為水池缺水報警開關(guān)，當(dāng)液面低于S4時意味著水池缺水，應(yīng)切斷電源并報警且并打開閥門Y進(jìn)水，當(dāng)PLC出現(xiàn)故障時，還有一套手動控制來進(jìn)行對水塔水位控制，手動控制采用交流接觸器。下圖為工作原理圖：S1.S2.S3.S4為電容液位計，M為電動機(jī)，Y為閥門。2.2可編程序控制器及PLC的選擇可編程序控制器（ProgrammableController），簡稱PC。但由于PC容易跟個人計算機(jī)（PersonalComputer）混淆，故人們習(xí)慣用PLC作為可編程序控制器的縮寫?？删幊绦蚩刂破魇且环N數(shù)字運算操作數(shù)字系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。由于該系統(tǒng)為中型PLC自動控制系統(tǒng)，要求PLC能夠提供可編程邏輯分析和PID功能，故選用中達(dá)公司生產(chǎn)的臺達(dá)DVP14ES00R可編程邏輯控制器。臺達(dá)DVP14ES00R具有標(biāo)準(zhǔn)的輸入、輸出及通信單元，可用于較為惡劣的環(huán)境中。主要配件有中央處理器CPU，電源單元PSE，I/O單元。包括數(shù)字輸入板IDPG、數(shù)字輸出板ODPG、附屬單元。2.3閥門的選擇根據(jù)機(jī)構(gòu)的設(shè)計原理及各方面的相關(guān)知識查閱，由于PLC有信號值輸出，要實現(xiàn)自動控制故考慮用信號閥跟PLC設(shè)定值連接。信號蝶閥有很強的實用性，功能強體積小常用在滅火系統(tǒng)中，也可以作為給排水系統(tǒng)啟動開閉閥門，故采用型號為XD71X-10的信號蝶閥，它能控制1.0MPA到1.6MPA的水量,我所選用的信號閥其實是一個普通的信號閥上面加了個限位開關(guān)能夠隨著閥門的開啟狀態(tài)而改變，此限位開關(guān)跟PLC的模塊相連接，以便控制水池中水位的高低，從而確定水塔水位的情況。2.4傳感器的選擇傳感器是將感受到的外界信息，按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成所需要的有用信息的裝置。在本次設(shè)計中傳感器是將水位值轉(zhuǎn)換成電流信號進(jìn)入PLC，在水中有壓力的存在，考慮到水塔的水都是人民日常生活中的飲用水，對水質(zhì)有一定的要求，故要用浸入式的傳感器，但由于要有電流輸出所以用電容式的傳感器即電容式液位計。下圖為電容式液位計探頭結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)其浸入水中或其他被測導(dǎo)電液體時，導(dǎo)線芯以絕緣層為介質(zhì)與周圍的水或其他導(dǎo)電液體形成原柱形電容器。Cx＝2πεhx／㏑(d2/d1)式子中ε——導(dǎo)線芯絕緣層的介電常數(shù)；hx——待測水位高度；d1,d2——導(dǎo)線芯直徑和絕緣層外徑。被測電容Cx與被測液位高度呈線性關(guān)系，配置適當(dāng)?shù)臏y量電路，可以得到正比與液位hx的電壓信號。2.5電動機(jī)的選擇交流電機(jī)有異步電機(jī)和同步電機(jī)兩大類，異步電動機(jī)又有三相和單相兩種，而三相異步電動機(jī)有分為籠型的和撓線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)，而籠型異步電動機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作可靠、維護(hù)方便，已成為生產(chǎn)上應(yīng)用的最廣泛的一種電動機(jī)?，F(xiàn)有清水泵，參數(shù)Q=1487m3/h，H=37m根據(jù)P=gρQH/1000η；式子中P為電機(jī)功率，g為重力加速度，Q為流量，H為揚程，η為泵的效率。根據(jù)公式得P=9.8*1*1487*37／1000*0.8=6.7（KW）...注意單位，根據(jù)算出的數(shù)據(jù)序號型號額定功率轉(zhuǎn)速電流1Y801-20.7528251.82Y802-21.128252.53Y90S-21.528403.44Y90L-22.228404.75Y100L-23.028806.46Y112M-24.028908.27Y132S1-25.5299011.18Y132S2-27.52990159Y160M1-211293021.810Y160M2-215293029.4查上表得故選用型號為Y132S2-2的三相異步電動機(jī)。2.6交流接觸器的選擇由于負(fù)載是電動機(jī)，其額定電流可以根據(jù)In=Pn×1000/√3UnCOSφ×η式中In電動機(jī)額定電流（A）；Un為電動機(jī)額定電壓（V）；Pn為電動機(jī)額定功率（KW）；cosφ為功率因素；η電動機(jī)效率。由于Un=380,cosφ*η≈(0.7~0.82),In=Pn×1000/√3UnCOSφ×η=Pn×1000/√3*380*（0.7～0.82）=（1.85～2.17）≈2Pn再根據(jù)頻率查表得：型號觸頭額定電壓/V主觸頭額定電流/A輔助觸頭額定電流/A可控制的三相電機(jī)最大功率/KM380V額定操作頻率/（次/h）CJ0-20500205101200CJ10-2050020510600故選用型號為CJ0-20的交流接觸器。三．控制系統(tǒng)的方案——手動/自動運行方式3.1手動運行方式手動方式是利用繼電器、接觸器控制，可以在環(huán)境比較惡劣條件下繼續(xù)工作，自動方式是利用PLC來控制。手動和自動的切換可專門設(shè)計一個轉(zhuǎn)換開關(guān)KK在控制臺上，打開閥門F按下啟動按鈕SB1，由于設(shè)置有順序關(guān)系，在低水塔中水位沒有超過S4時水泵不能開啟，現(xiàn)在閥門打開的情況下按下啟動按鈕SB2，水泵運行開始向水塔注水。當(dāng)水池水位到達(dá)S3時將關(guān)閉閥門且水塔水位沒有到S1時水泵繼續(xù)向水塔注水，當(dāng)水塔水位達(dá)到S1時水泵立即停止工作，當(dāng)用戶使用水塔放水，隨時液面也隨之下降，當(dāng)液面又低于S2時，水泵開始向水塔注水，如果用戶用水比較大時，同時隨之打開閥門保持液面平衡。3.2自動運行方式自動運行方式—由一臺可編程序控制器來控制水泵電機(jī)自動運行。當(dāng)換項開關(guān)打到自動時，系統(tǒng)根據(jù)水塔液位傳感器傳出的信號執(zhí)行事先編譯好程序。程序流程是：當(dāng)水池水位低于水池低水位界（S4為ON表示），閥門打開進(jìn)水（Y為ON）定時器開始定時，4秒后，如果S4還不為OFF，那么閥門Y指示燈閃爍，表示閥Y沒有進(jìn)水出現(xiàn)故障，當(dāng)S3為ON后，閥Y關(guān)閉（Y為OFF）。當(dāng)S4為OFF時且水塔水位低于水塔低水位界時S2為ON，電機(jī)M運轉(zhuǎn)向水塔注水，當(dāng)水塔水位高于水塔高水位界時電機(jī)M停止工作，當(dāng)水池水高于S3時自動關(guān)閉閥門，如果水池水和水塔水都高于S3和S1時，都會報警并切斷電源。分析了系統(tǒng)原理根據(jù)DVP14ES00R型號的PLC指定的I/O端子，根據(jù)輸入信號和輸出信號I/O的通道分配可畫出如下PLC的I/O的接線圖:L1.L2.L3.L4分別為S1.S2.S3.S4的液位指示燈，KM1為電動機(jī)，SB1.SB2為按鈕，Y為閥門，KK為自動和手動的開關(guān)。根據(jù)控制圖和I/O接線圖，將S1、S2、S3、S4分別接PLC主機(jī)的輸入點I0.0、I0.1、I0.2、I0.3，M、Y分別接主機(jī)輸出點Q0.0、Q0.1。程序如下:步序指令步序指令0LDT3713LDT391TONT38，+5，產(chǎn)生1S脈沖14AT382LDT3815LDI0.3水遲低水位3TONT37，+5延時0.5S16ANT394LDI0.317OLD5ANI0.218OT406TONT39，+40延時4S19ANI0.2水池上水位7LDT3920=Q0.1電磁閥門Y8ANI0.321LDI0.1水塔低水位9TONT40，+1延時0.1S22OQ0.010LDT3923ANI0.0水塔上水位11ANI0.324ANI0.312TONT40，+125=Q0.0電機(jī)MPLC梯形圖如下所示：四．設(shè)備安裝與調(diào)試4.1元件參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置：將數(shù)顯表、電阻箱、標(biāo)準(zhǔn)毫安表按下圖所示接線圖連接起來，調(diào)整電阻箱的阻值，使毫安表的讀數(shù)為20mA，將此時的數(shù)顯表的顯示設(shè)置為最大（4.5），再調(diào)整電阻箱的阻值，使毫安表的讀數(shù)為4mA，將此時的數(shù)顯表的顯示設(shè)置為最?。?）。根據(jù)實際情況的考差，發(fā)現(xiàn)當(dāng)水位高于水塔4.3m時，水泵跟閥門關(guān)閉；當(dāng)水位低于2.0m時，水泵打開比較適合。因此開水泵和閥門的動作值為2.0m，關(guān)的動作值為4.3。4.2傳感器零點及量程調(diào)試將數(shù)顯表、傳感器及標(biāo)準(zhǔn)毫安表按下圖所示接線圖連接起來，對傳感器的調(diào)試是在現(xiàn)場進(jìn)行的，將S1傳感器的探頭浸入水中4.5m處，調(diào)整傳感器的“SPAN”電位器，使毫安表的讀數(shù)為20mA，再人為的將傳感器探頭提出水面，調(diào)整傳感器的“SPAN”電位器，使毫安表的讀書為4mA；反復(fù)幾次就完成調(diào)試了。S2，S3，S4依次這樣就完成調(diào)試了。五．出現(xiàn)的問題及解決方法在運行中出現(xiàn)以下幾個問題：數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，這是使用電子產(chǎn)品時最容易出現(xiàn)的問題，問題的原因在于附近存在一些磁性物體干撓，所以應(yīng)注意所用的信號線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電源線，電動機(jī)也具有電磁干撓的場所也要遠(yuǎn)離監(jiān)視系統(tǒng)，因為它對數(shù)據(jù)的采集和傳送有一定的影響。這個的解決的方面是遠(yuǎn)離電磁性物體。采集到的數(shù)據(jù)跟PLC控制器設(shè)定的值不一樣，原因是2個相鄰的數(shù)據(jù)存在的混序。解決的方面多次接線運用調(diào)整直止穩(wěn)定。六．系統(tǒng)的比較及總結(jié)本系統(tǒng)是利用PLC控制水塔水位的，從以前的人工控制到現(xiàn)在的自動實現(xiàn)了科技的發(fā)展，控制水位的系統(tǒng)有好多中方法，例如單片機(jī)控制水塔水位，控制球閥控制水位。而PLC的控制系統(tǒng)跟單片機(jī)的控制系統(tǒng)存在很大的差異，各有各的優(yōu)點，單片機(jī)在價格方面比PLC便宜不少但在實用性方面就比不上了，PLC能遠(yuǎn)程控制但單片機(jī)局限于某個范圍之間，單片機(jī)是個微型機(jī)除了硬件電路的搭接外還需要的軟件的開