[毕业设计精品]水泵供水压力的PLC调节控制系统.doc
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1、1 水泵控制任务描述1.1控制任务 如图1.1所示为一恒压供水系统,有四台水泵。要求主管道压力恒定在一个正常范围之内。其中各个泵可以自动依次切换,即按一定顺序接通或断开。其主管道压力通过管道末端压力传感器测得,当压力过高时高电位指示灯亮,当压力过低时低电位指示灯亮。图1.1水泵图控制示意图系统控制要求如下:1) 当主管道压力低于正常压力5s后,接通水泵的开关脉冲,增加一个工作泵,主管道压力增高。2) 当主管道压力高于正常压力5s后,切除水泵的开关脉冲,减少一个工作泵,主管道压力降低。3) 所有水泵的运行时间和接通频率尽可能一致。4) 当需要切除水泵时,先将运行时间最长的那台水泵切除;当需要接通
2、水泵时,先要将休息时间最长的那台水泵接通。1.2任务分析主管道的压力为整个控制系统的输出,其压力控制示意图如图1.2所示: 图1.2水泵图控制示意图当主管道压力升高超出正常压力范围时,执行关闭开关操作;当其压力低于正常压力范围时,执行打开开关操作。这是系统的主要工作过程。然后是对泵的切换顺序的控制,即当需要切除水泵时,先将运行时间最长的那台水泵切除;当需要接通水泵时,先要将休息时间最长的那台水泵接通。课程设计(论文)指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律,工作刻苦努力,具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入
3、生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务,工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题,能正确处理实验数据,能对课题进行理论分析,得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研;能提出并较好地论述课题的实施方案;有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计(实验)能力,方案的设计能力5能正确设计实验方案,独立进行装置安装、调试、操作等实验工作,数据正确、可靠;研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力;能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等
4、。08对计算或实验结果的分析能力(综合分析能力、技术经济分析能力)10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图(或图纸)质量、篇幅、设计(论文)规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求;规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书(论文)质量30综述简练完整,有见解;立论正确,论述充分,结论严谨合理;实验正确,分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破,或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名: 年月日摘要:近年来我国中小城市发展迅速,集中用水量急剧增加。在用水量高峰期时供水量普遍不足,造成城市公用管网水压浮动较大。由于每天不同时段用水对供水的水位要求变化较大,
5、仅仅靠供水厂值班人员依据经验进行人工手动调节很难及时有效的达到目的。这种情况造成用水高峰期时水位达不到要求,供水压力不足,用水低峰期时供水水位超标,压力过高,不仅十分浪费能源而且存在事故隐患(例如压力过高容易造成爆管事故)。随着社会的发展和进步,城市高层建筑的供水问题日益突出。一方面要求提高供水质量,不要因为压力的波动造成供水故障;另一方面要求保证供水质量的可靠性和安全性,在发生火灾时能够可靠供水。恒压供水保证了供水的质量,以PLC为主机的控制系统满足了系统的控制功能,提高了系统的可靠性。关键词:PLC 恒压供水 Based on PLC control constant pressure w
6、ater supply design- water pump controlAbstract:In recent years our country small and medium-sized town and cities development was rapid, centralized water consumption sharp growth. When water consumption peak time volume of diversion universal insufficient, causes the urban public pipe network hydra
7、ulic pressure fluctuation to be big. Because the different time interval water used is every day big to the water supply water level request change, depends merely for the water works attendants to carry on the manual manual regulation based on the experience to be very difficult effective to serve
8、the purpose promptly. This kind of situation creates when the water used peak the water level cannot meet the requirements, the water supply pressure is insufficient, when water used trough time supplies water level exceeding the allowed figure, the pressure is excessively high, not only wastes the
9、energy moreover to have the accident potential (e.g. pressure to be excessively high easily to create cartridge igniter accident). Along with societys development and the progress, the urban high-rise constructions water supply question is day by day prominent. On the one hand requests to improve th
10、e water supply quality, does not want, because the pressure fluctuation creates the water supply breakdown; On the other hand the request guarantee water supply qualitys reliability and the security, in has time the fire can supply water reliably. In view of these two aspects request, the new water
11、supply and the control system arise at the historic moment, this is the PLC control constant pressure non-tower water supply system. The constant pressure water supply had guaranteed the water supply quality, as main engines control system has enriched systems control function take PLC, enhanced sys
12、tems reliability.Keywords:PLC constant pressure water目 录一、绪论. 1(一)任务来源. 1(二)方案比较. 2二、PLC简介. 4(一)PLC的系统组成. 5(二)PLC的工作原理及特点. 6三、方案分析.7(一)对PLC的选取.7(二)对扩展模块的选取.9(三)系统整体设计分析.9四、系统硬件设计. . 11(一)主电路图. 11(二)控制电路图. 11五、软件设计. 13(一)系统流程图. 13(二)地址分配表及PLC的CPU型号. 14(三)根据设计要求编写的恒压供水的水泵控制梯形图(见附录). 14(四)实验数据分析.15六、总结
13、与体会.16谢辞. 16附录. 17(一)恒压供水的水泵控制梯形图. 17(二)信号分析. 20参考文献. 20一、绪论(一)工艺过程随着社会的发展和进步,城市高层建筑的供水问题日益突出。一方面要求提高供水质量,不要因为压力的波动造成供水障碍;另一方面要求保证供水的可靠性和安全性,在发生火灾时能够可靠供水。针对这两方面的要求,新的供水方式和控制系统应运而生,这就是PLC控制的恒压供水系统。恒压供水系统保证了供水的质量,以PLC为主机的控制系统丰富了系统的控制功能,提高了系统的可靠性。主管道的压力为整个控制系统的输出,其压力控制示意图如图1所示: 图1水泵图控制示意图当主管道压力升高超出正常压力
14、范围时,执行关闭开关操作;当其压力低于正常压力范围时,执行打开开关操作。这是系统的主要工作过程。然后是对泵的切换顺序的控制,即当需要切除水泵时,先将运行时间最长的那台水泵切除;当需要接通水泵时,先要将休息时间最长的那台水泵接通。(三)系统控制要求1四台水泵按顺序启动,每隔30S启动一台水泵;2四台水泵根据恒压要求的需要,采取“先开先停”的原则接入和退出;3在正常压力情况下,如果一台水泵持续运行时间超过2小时,则要切换到下一台泵,即系统具有“倒泵功能”,避免某一台泵工作时间过长;4.所有水泵的运行时间和接通频率尽可能一致。5.当需要切除水泵时,先将运行时间最长的那台水泵切除;当需要接通水泵时,先
15、要将休息时间最长的那台水泵接通。(四)方案比较1.控制方案的选择控制系统一般有两种:一是用继电器控制系统;继电器控制系统虽有较好的抗干扰能力,但用了大量的机械触点,使设备连线复杂,且触点在开闭时易受电弧的损坏,寿命短,系统可靠性差;二是用PLC控制系统;PLC的梯形图与传统的电气原理图非常相似,信号的输入/输出形式及控制功能基本上也是相同的;但PLC的控制与继电器的控制有根本的不同之处,主要表现在以下几个方面:(1)控制逻辑继电器控制逻辑采用硬接线逻辑,利用继电器机械触点的串联或并联,及时间继电器等组合成控制逻辑,其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高,一旦系统构成后,想再改变或增加功能都很
16、困难。而PLC采用存储逻辑,其控制逻辑以程序方式存储在内存中。(2)工作方式电源接通时,继电器控制线路中各继电器同时都处于受控状态,即该吸合的都应吸合,不该吸合的都因受某种条件的限制不能吸合,它属于并行工作方式。而PLC的控制逻辑中,各内部器件都处于周期性循环扫描过程中,各种逻辑、数据输出的结果都是按照在程序中的前后顺序计算得出的,所以它属于串行工作方式。(3)可靠性合可维护性继电器控制逻辑使用了大量的机械触点,连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏,并有机械磨损,寿命短,因此可靠性合可维护性差。而PLC采用微电子技术,大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成,体积小、寿命长、可靠性高。(4)控
17、制速度继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制,工作频率低,触点的开闭动作一般在几十毫秒数量级。另外,机械触点还会出现抖动问题,而PLC时由程序指令控制半导体电路来实现控制,属于无触点控制,速度极快,一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级,且不会出现抖动。(5)定时控制继电器控制逻辑利用时间继电器进行控制。一般来说,时间继电器存在定时精度不高,定时范围窄,而且受环境湿度和温度变化的影响,调整时间困难等问题。PLC使用半导体集成电路做定时器,时基脉冲由晶体振荡器产生,精度相当高,且定时时间不受环境的影响,用户可根据需要在程序设定时间,然后由软件来控制定时时间。(6)设计合施工使用继电器控制逻辑完
18、成一项控制工程,其设计、施工、调试必须依次进行,周期长,而且修改困难。工程越大,这一点就越突出。而用PLC完成一项控制工程,在系统设计完成以后,现场施工和控制逻辑的设计(包括梯形图设计)可以同时进行,周期短,且调试和修改的都很方便。2.控制方案的确定从以上几个方面的比较可以知道,PLC在性能上比继电器控制逻辑优异,特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便,而且体积小、功耗低、使用方便。所以我的控制方案选择用PLC来进行控制。(二)PLC的系统组成1.PLC的结构PLC的类型繁多,功能和指令系统也不尽相同,但结构与工作原理则大同小异,通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等
19、几个主要部分组成。PLC的硬件系统结构如图2所示:图2 PLC的硬件系统结构2.PLC的各组成元素的构成及功能(1)CPU的构成及功能-CPU是PLC的核心,起神经中枢的作用,主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。(2)I/O模块- PLC与电气回路的接口,是通过输入输出部分(I/O)完成的。I/O种类有开关量输入(DI),开关量输出(DO),模拟量输入(AI),模拟量输出(AO)等。(3)内存-内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。(4)电源模块-PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作
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