畢業(yè)論文-PLC在水塔供水系統(tǒng)控制中的應用.doc

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1、 國家職業(yè)資格全國統(tǒng)一鑒定維修電工高級技師論文（國家職業(yè)資格一級）論文題目：PLC在水塔供水系統(tǒng)控制中的應用 姓 名： 身份證號： 準考證號： 所在省市： 廣東省佛山市 所在單位： 南海區(qū)第一職業(yè)技術學校 PLC在水塔供水系統(tǒng)控制中的應用佛山市南海區(qū)第一職業(yè)技術學?！菊浚嚎删幊炭刂破?PLC)是計算機技術在工業(yè)控制領域的一種重要的應用技術,利用PLC對水塔供水系統(tǒng)控制，由于PLC用軟件代替了傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的硬件，控制柜的設計、安裝接線工作量大大減少；PLC的用戶程序大部分可在實驗室進行模擬調試，縮短了應用設計和調試周期；在維修方面，PLC的故障率極低，維修工作量很小。本文詳述了該系統(tǒng)的控

2、制要求、采用PLC控制的設計原則及原理分析?！娟P鍵詞】： PLC 水塔 供水系統(tǒng)控制 一、 概述可編程控制器簡稱PC或PLC。它是在電氣控制技術和計算機技術的基礎上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術、通信技術融為一體的新型工業(yè)控制裝置。目前，PLC已被廣泛應用于各種生產(chǎn)機械和生產(chǎn)過程的自動控制中，成為一種最重要、最普及、應用場合最多的工業(yè)控制裝置，被公認為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）之一。PLC技術之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動化的客觀需要外，主要是因為它具有許多獨特的優(yōu)點，能較好地解決工業(yè)領域中普遍關心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)

3、濟等問題。其主要特點有：1、可靠性高、抗干擾能力強可靠性高、抗干擾能力強是PLC最重要的特點之一。PLC的平均無故障時間可達幾十萬小時，之所以有這么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和軟件的抗干擾措施。（1）硬件方面 I/O通道采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源對PLC的影響；對供電電源及線路采用多種形式的濾波，從而消除或抑制了高頻干擾；對CPU等重要部件采用良好的導電、導磁材料進行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對有些模塊設置了聯(lián)鎖保護、自診斷電路等。（2）軟件方面 PLC采用掃描工作方式，減少了由于外界環(huán)境干擾導致的故障；在PLC系統(tǒng)程序中設有故障檢測和自診斷程序，能對系統(tǒng)硬件電路等故障實

4、現(xiàn)檢測和判斷；當外界干擾引起故障時，能立即將當前重要信息加以封存，禁止任何不穩(wěn)定的讀寫操作，一旦外界環(huán)境正常后，便可恢復到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的工作。2、編程簡單、使用方便目前，大多數(shù)PLC采用的編程語言是梯形圖語言，它是一種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程語言。梯形圖語言的電路符號和表達式與電氣控制線路圖接近，形象、直觀，很容易讓廣大工程技術人員掌握。當生產(chǎn)流程需要改變時，可以現(xiàn)場改變程序，使用方便、靈活。同時，PLC編程器的操作和使用也很簡單。這也是PLC獲得普及和推廣的主要原因之一。許多PLC還針對具體問題，設計了各種專用編程指令及編程方法，進一步簡化了編程。3、功能完善、通用性強現(xiàn)代PL

5、C不僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制等功能，而且還具有A/D和D/A轉換、數(shù)值運算、數(shù)據(jù)處理、PID控制、通信聯(lián)網(wǎng)等許多功能。同時，由于PLC產(chǎn)品的系列化、模塊化，有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，可以組成滿足各種要求的控制系統(tǒng)。4、設計安裝簡單、維護方便由于PLC用軟件代替了傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的硬件，控制柜的設計、安裝接線工作量大大減少。PLC的用戶程序大部分可在實驗室進行模擬調試，縮短了應用設計和調試周期。在維修方面，由于PLC的故障率極低，維修工作量很??；而且PLC具有很強的自診斷功能，如果出現(xiàn)故障，可根據(jù)PLC上的指示或編程器上提供的故障信息，迅速查明原因，維修極為方便。5、體積小

6、、質量輕、能耗低由于PLC采用了集成電路，其結構緊湊、體積小、能耗低，因而是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。二、控制要求某高層建筑住宅頂上設有高4.2m的生活水箱，由設在地下設備層中的兩臺水泵為其供水。單臺水泵電動機功率為33kW，額定電壓為380V。水塔正常水位3.5m，由安裝在水箱內的上、下液位開關SU和SD分別對水箱的上限和下限水位進行控制。對水泵電動機的控制要求如下：( 1 ) 為了減小啟動時的起動電流，兩臺電動機均采用Y/形降壓啟動。降壓啟動至全壓運行的轉換時間為10秒。并且兩臺電動機均設有過載保護。( 2 ) 手動/自動轉換開關SA，在手動方式工作時，由操作者分別啟動每臺水泵，水泵之

7、間不進行聯(lián)動；在自動方式下工作時，由上、下液位開關對水泵的啟、停自動控制，且啟動時要聯(lián)動。( 3 ) 兩臺水泵在正常情況下要求一開一備，當運行中任一臺水泵出現(xiàn)故障，備用水泵應立即投入運行。為了防止備用泵長期閑置銹蝕，要求備用水泵可在操作臺上用按鈕任意切換。( 4 ) 在控制臺上有兩臺水泵的備用狀態(tài)，運行、故障及上、下液位等信號指示。三、 系統(tǒng)設計（1） 主電路設計兩臺水泵電動機均采用Y/形啟動方式，主電路控制線路如圖一所示。圖中M1、M2為水泵電動機，每臺電動機用3個接觸器分別控制電源、Y形啟動和形運行，各電動機均設有過載保護FR1和FR2。為了反映各水泵工作是否正常，在每臺水泵的壓力出口處設

8、置壓力繼電器SP1和SP2，將其常開觸點接入PLC中。圖一（2） PLC選擇及I/O分配根據(jù)上述控制要求，統(tǒng)計出現(xiàn)場輸入信號共16個，輸出信號共12個，故選用FX2N-48MR，它可實現(xiàn)24點輸入，24點輸出的控制，在本系統(tǒng)使用尚有裕量，可供備用。其I/O分配見下表。輸入輸出1#泵備用按鈕SRES1X11#泵電源接觸器KM1Y02#泵備用按鈕SRES2X21#泵Y形接觸器KM2Y11#泵手動啟動按鈕SB1X31#泵形接觸器KM3Y22#泵手動啟動按鈕SB2X42#泵電源接觸器KM4Y4選擇開關SA手動X52#泵Y形接觸器KM5Y5自動X62#泵形接觸器KM6Y6水位上限觸點SUX71#泵備用指

9、示Y20水位下限觸點SDX102#泵備用指示Y211#泵熱保護觸點FR1X11水位上限報警Y222#泵熱保護觸點FR2X12水位下限報警Y231#泵壓力繼電器SP1X131#泵故障指示Y242#泵壓力繼電器SP2X142#泵故障指示Y251#泵停止按鈕SB3X152#泵停止按鈕SB4X16故障復位按鈕SB5X17（3） PLC外部接線圖圖二是所設計的PLC系統(tǒng)外部接線示意圖。圖中各接觸器采用交流220V電源，信號指示部分采用24V直流電源。本次開關量信號均采用常開形式輸入PLC，在編制I/O分配表和繪制PLC接線圖時，事先通過PLC手冊或實物了解外部端子的位置及編號。圖二四、 梯形圖設計及分析

10、圖三圖三是實現(xiàn)上述控制任務的梯形圖，以下分幾方面對其進行分析。（1） 備用選擇控制臺上的2個備用選擇按鈕SRES1和SRES2分別與梯形圖輸入點X1和X2相對應。按下任一按鈕時，可以選擇1#和2#中的任一臺水泵作備用，備用水泵可用上述按鈕任意切換。 設選擇2#水泵備用，按下SRES2，則X2為ON，輸出繼電器Y21為ON，控制臺2#備用指示燈亮。同時Y21的軟觸點在梯形圖內部起控制作用。若將備用水泵改為1#，則需按下SRES1，X1為ON使輸出繼電器Y20為ON，給出1#備用指示，同時Y20常閉觸點使Y21為OFF，清除2#水泵以前的備用記憶。（2） 上、下液位指示 安裝在水箱內的上、下液位開

11、關SU/SD均為常開型，與輸入點X7/X10相對應。設水位上升到上限位置，則X7為ON，在其前沿產(chǎn)生一個掃描周期的脈沖信號，該脈沖使輸出繼電器Y22為ON，發(fā)出上限位指示，使電動機停止工作。若水位下降到下限位置，由于觸點SD要斷開，使X10為OFF，故用PLF指令在SD斷開時產(chǎn)生脈沖信號，從而使輸出點Y23為ON，發(fā)出下限指示。（3） 機組的自動啟動方式在“自動”工作方式下，X6為ON，選擇2#水泵備用，由上面分析可知Y21為ON。當水位下降到下限位時，由上述可知Y23為ON，于是在Y23上升沿產(chǎn)生微分脈沖M4。M4就是用來使1#水泵首先啟動的信號，具體啟動過程在下面敘述。（4） 機組的啟動及

12、聯(lián)動 每臺水泵電動機啟動時接觸器的動作順序為電源接觸器 Y形連接接觸器 形連接接觸器，梯形圖中，Y0，Y4分別控制2臺電動機的電源；Y1，Y5分別控制2個Y形連接接觸器；Y2，Y6分別控制2個形連接接觸器；軟件定時器T0，T1分別控制每臺電動機Y/轉換時間10s。 設“自動”方式下選擇2#水泵備用。當水位到下限時，由上面分析可知M4 ，于是有如下過程：“ ”表示ON狀態(tài)。 Y1 (Y形連接)M4 Y0 (電源引入) T0啟動定時，延時10s后 Y2 （1#電動機Y/轉換完成）T0 Y1斷開（5） 機組的故障檢修 當任何一臺運行水泵出現(xiàn)故障時，應當立即停止該水泵運行，并使備用水泵自動投入運行。為

13、此應把發(fā)生故障時的狀態(tài)在梯形圖中反映出來。 供水系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障很多，為了盡量全面而又簡單地表示故障的發(fā)生，可以把出現(xiàn)以下兩種情況之一確定為出現(xiàn)故障的條件： 1）某機在進入正常運行后，水泵出水壓力仍然很低。例如：將裝設在該出水管處的壓力繼電器SPi（i=1,2）的動作壓力整定為電動機Y形連接啟動時的壓力。如果進入形連接運行后管路壓力仍不能使該繼電器動作，則說明存在各種機械或電氣故障，使水泵不能正常工作，因此視為故障出現(xiàn)。 2）水泵電動機在運行中過載。裝設于電動機主電路的熱繼電器可以反映出由于電動機長期過負荷工作或由于缺相引起的過載現(xiàn)象。這時壓力繼電器不一定動作。但屬不正常狀態(tài)，因此也應視為故

14、障。 將上述兩種情況相“或”，即可得到任何一臺電動機的故障條件。梯形圖中用輸出繼電器Y24和Y25分別表示1#，2#水泵機組的故障狀態(tài)，則梯形圖中對應的故障邏輯表達式為： Y24=Y0*Y2*X13+X11 Y25=Y4*Y6*X14+X12 上式中，X13，X14是與2臺機組壓力繼電器輸入信號（常開）相對應的輸入繼電器常閉觸點，當出水壓力正常時，它們均會斷開。X11、X12是與2臺電動機熱繼電器輸入信號（常開）相對應的輸入繼電器常開觸點，當電動機過載時，它們將會閉合。 例如1#水泵進入正常時運行后，Y0為ON，Y2為ON。這時若該水泵供水壓力繼電器仍不動作（水壓太低），常閉觸點X13將不會斷

15、開。因此，1#水泵故障標志Y24為ON。從圖三可見，輸出繼電器Y24接通后一方面發(fā)出燈光或聲音報警信號；另一方面其常開觸點使Y0和Y2斷開，這樣就切斷了1#水泵的電源和形連接狀態(tài)，從而使其停止工作。2#水泵故障時的處理過程與1#水泵相同。（6） 故障情況下備用水泵的自動投入 當運行水泵出現(xiàn)故障時，備用水泵投入運行，這時首先解除備用狀態(tài)，然后才完成備用水泵的投入過程。a) 備用過程的解除，梯形圖中的內部輔助繼電器M5、M7分別為1#、2#水泵備用情況下解除備用的條件。從它們的邏輯組合關系可以清楚地看出，任一臺水泵要解除備用狀態(tài)，條件就是另外一臺水泵出現(xiàn)故障，例如當常開觸點Y24接通（1#機組出現(xiàn)

16、故障）時，會使M9繼電器接通，并用PLS指令轉換為脈沖信號M6，則M6可以使2#水泵的備用狀態(tài)Y21復位，即解除了2#水泵備用。b) 備用水泵自動投入設“自動”工作方式下，選擇2#水泵備用。由前面分析可知，由于Y21為ON，2#水泵不會啟動運行。如果此時1#水泵故障，則2#水泵應當投入工作。若1#水泵在運行時出現(xiàn)故障，則Y24為ON，發(fā)出聲、光報警，并使Y0為OFF，Y2為OFF。同時，通過M9輔助繼電器產(chǎn)生脈沖信號，使M6為ON，從而使輸出繼電器Y21為OFF，解除了備用狀態(tài)。但此時2#機組尚未啟動，經(jīng)過時間繼電器T2啟動延時2秒，T2為ON，這樣2#水泵即備用水泵實現(xiàn)自動投入。（7） 手動

17、控制 手動/自動轉換開關SA是一個用動觸點完成兩種工況切換的開關，因此，當開關置于“手動”位置時，X5為ON，同時必有X6為OFF，即手動方式建立，自動方式自然解除。這時每臺電動機是通過手動按鈕（對應輸入點X3，X4）完成啟動任務的。根據(jù)控制要求，這種工作方式不進行聯(lián)動，因此用手動狀態(tài)X5的常閉觸點封鎖T2，即解除了各臺水泵的聯(lián)動關系。用手動按鈕（對應輸入點X3、X4）和手動停止按鈕（對應輸入點X15、X16）可以分別對1#、2#水泵單獨進行控制，具體過程就不再詳述。五、結束語 以上分析了水塔供水泵站PLC控制梯形圖的主要功能的實現(xiàn)過程雖然以2臺機組為背景，但只要留有一定的I/O點裕量，同樣的

18、控制環(huán)節(jié)很容易擴展到由多臺水泵組成的泵群控制中去，顯然，與繼電器控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)具有更大的優(yōu)越性。PLC與繼電器控制系統(tǒng)功能與特點比較比較項目繼電器控制系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)控制功能的實現(xiàn)由許多繼電器采用接線方式來完成相應的控制功能對PLC進行編程實現(xiàn)所需控制要求對生產(chǎn)工藝變化的適應性需進行重新設計與接線、適應性差只需對程序進行修改，適應性強可靠性元器件多、觸點多，容易出現(xiàn)故障采用大規(guī)模集成電路，絕大部分是軟繼電器，可靠性高可擴展性困難具有種類齊全的擴展單元，擴展靈活控制的適時性機械動作時間常數(shù)大，實時性差微處理器控制，實時性好占用空間與安裝控制柜體積大、笨重，安裝施工工作量大體積小，

19、重量輕，安裝工作量小使用壽命短長復雜控制能力差很高測試、維護工作量大，不易查找故障有自診能力，維護工作量小硬件成本較低較高六、 致 謝 在參加維修電工高級技師的培訓過程中，得到了佛山市高級技工學校諸多老師的悉心教導，通過幾個月的學習，我在自動控制理論、PLC、變頻器、觸摸屏方面的知識有了長足進步，對我今后的學習工作將起到很大幫助！在此，真誠地感謝各位老師，祝各位老師身體健康！事業(yè)順利！家庭幸福！ 參考文獻：1可編程序控制器過程控制技術曹輝 霍罡編著，北京：機械工業(yè)出版社， 2005.112可編程序控制器選擇設計與維護 殷洪義主編 ，北京：機械工業(yè)出版社， 2002.113PLC分析與設計應用 周萬珍 高鴻斌編著 北京：電子工業(yè)出 2004.14 西門子PLC與變頻器、觸摸屏綜合應用教程 吳志敏 陽勝峰編著 北 京：中國電力出版社，20095 變頻器、可編程序控制器及觸摸屏綜合應用技術 岳慶來主編 北京：機 械工業(yè)出版社，2006.46 自動控制技術 肖建章主編 北京：中國勞動社會保障出版社，20047 電氣控制與PLC 楊亞萍主編 北京：化學工業(yè)出版社，200919