基于PLC的地铁排水控制系统毕业设计.pdf

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1、.-XX 科技学院毕业设计（论文）毕业设计（论文）题 目地铁排水控制系统设计院（系）电气与信息工程学院专业班级电自专 2011-01学生 XX 蒋洪山学号 2011630194指导教师 X 跃辉职称讲师评阅教师职称-可修编.-2014 年 5 月 30 日学生毕业设计（论文）原创性声明学生毕业设计（论文）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得 XX 科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作

2、的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。毕业设计（论文）作者（签字）：年月日-可修编.-摘要随着城市的发展，城市交通变得越来越拥挤，人们正在寻找另外方便的交通工具，而地铁的出现正恰到好处的解决了该问题，地铁的方便快捷，正成为如今最受欢迎的交通工具，因此，研究地铁系统排水系统的收集和排放，具有十分重要的理论意义和实际应用意义。本文首先介绍了地铁的研究背景和发展现状，然后提出总体设计方案，通过对总体方案的分析，确定水池的数目和电动机的数量，进一步确定系统的硬件与软件组成，确定硬件的型号和应该使用的软件，绘制 CAD 和流程图来展现系统的主要工作方式，通过 PLC

3、 程序进行编程控制，利用传感器的水位检测来达到排水目的，最后再对设计的系统提出改进和建议。关键词：排水自动控制PLC顺序控制-可修编.-ABSTRACTWith the development of cities,the traffic is being increasinglycrowded,people are looking for another convenient means of transport,the emergence of the subway are just the right solution to the problem,subway convenient,is

4、 being the most popular means of transport todayTherefore,thecollectionandemissionsResearchsubwaysystemdrainagesystems,hasveryimportanttheoreticalandpracticalsignificance.This paper describes the background research and developmentstatus of the subway,then made the overall design scheme,through thea

5、nalysis of the overall program to determine the number and the numberof the motor pool,to further determine the hardware and softwaresystem ponents,determine the hardware signals and should be usedsoftware,CAD drawing and flowcharts to show the systems main work,carried out by the PLC programming co

6、ntrol,using sensors to detectwater level to achieve the purpose of drainage,and finally suggestimprovements and remendations for the design of the system.Keywords:Drainage;automatic control;PLC;sequence control-可修编.-目录摘要.IABSTRACTII1 绪论 11.1 研究背景 11.2 研究意义 11.3 国内研究现状 11.4 地铁排水设计方法 22 排水系统总体方案设计 32.

7、1 地铁水的来源及排放方式 32.2 排水系统实现的功能 32.3 系统控制功能设计 32.3.1 处理池的选择和分配.32.3.2 处理池的工作方式.42.3.3 车站的控制方式.42.3.4 处理池故障处理方式.52.3.5 排水管道的选择.52.3.6 控制方法的选择.53 系统硬件选型 73.1 输入输出接口的确定 73.2 系统控制方案图 83.3 传感器的选择 93.4 阀门的选择 103.5 泵的选择 103.6 电机的选择 113.7 接触器的选择 113.8 继电器的选择 124 系统控制硬件设计 134.1 系统主电路 134.2 输入回路 134.3 输出回路 13-可修

8、编.-5 控制系统的程序设计 145.1 系统流程图设计 145.1.1 系统的总流程图 145.1.2 启动程序流程图.165.1.3 排水控制流程图.175.1.4 满水控制流程图.185.1.5 阀门控制流程图.195.1.6 定时报警控制流程图.205.2 西门子 PLC 程序的设计 215.2.1 西门子 PLC 程序的设计规则.215.2.2 水位检测与显示程序.215.2.3 进出水阀门控制程序.225.2.4 定时计数程序.225.2.5 一台电动机启动程序.235.2.6 两台电动机启动程序.245.2.7 三台电动机启动程序.256 体会与收获.277 结论与展望.297.

9、1 结论 297.2 课题的展望 29致.30参考文献.31-可修编.-1 绪论1.1 研究背景随着社会的越来越进步，人们对出行的需求也越来越高，目前城市的汽车数量增幅较大，直接导致了路面交通形成拥堵，为了解决路面交通拥堵，城市轨道交通成为一种有效疏导地面人流和缓解交通堵塞的重要手段。地铁车站的设计是地铁总设计中最重要的设计，通过车站的设计能保证乘客方便的坐上地铁，地铁车站的排水设计是车站给排水及防灾设计的主要内容之一，及时排放车站内部的积水，对车辆的正常运行及各类电器设备的保护有着重要意义。地铁车站设备监控系统分为中央级，车站级和就地级三级对车站设备进行监控，在中央级和车站级进行系统管理。车

10、站设备监控系统对全线各个车站的通风空调系统设备、给排水设备、自动扶梯、电梯、车站公共区照明、广告照明、车站事故照明电源、屏蔽门、人防密闭隔断门等车站设备进行全面且有效的自动化监控及管理，确保设备处于高效，节能，可靠的最佳运行状态，创造一个舒适的地下环境；并能在火灾等灾害或阻塞事故状态下，更好地协调车站设备的运行，充分发挥各种设备应有的作用，保证乘客的安全和设备的正常运行。1.2 研究意义快速轨道交通系统在大都市圈中具有不可替代的作用，对城市的交通结构、城市形态的调整均有着巨大的影响。在大都市圈中，需要考虑城市外围地区与城市中心部之间的紧密交通联系，而城际轨道交通系统恰恰正是促进这种交通结构合理

11、化的重要手段。为此，不仅需要重视城市中心部的地铁建设，而且必须给于城际轨道交通以足够的关注。为实现城市公共交通系统较大的分担率，必须加强轨道交通系统的建设，加强地区之间的协调、规划。轨道交通的发展应该纳入都市圈的发展战略规划，目前将轨道交通作为独立的系统进行规划的方法值得商榷，应当从体制和机构上进行协调。都市发展战略规划中的交通专项规划，应与经济发展政策以及其他交通方式相协调，确定轨道交通系统的发展政策及整体网络布局，最大限度发挥其在地区发展中的作用，合理诱导都市圈的发展，促进地区发展战略目标的实现，为实现可持续发展创造条件。1.3 国内研究现状在我国，目前已经有 33 个城市已经规划轨道交通

12、建设，其中 28 个城市已获批，且目前、XX、-可修编.-图 1.1 全国地铁分布图、XX 等 11 个城市均已开通地铁。地铁的建设目前已经发展为一个城市交通现代化的重要标识之一，地铁在全国的分布图可见图 1-1。1.4 地铁排水设计方法而地铁车站中最重要的设计之一就是地铁排水的设计。及时对车站的积水进行排放对对车辆的正常运行及各类电器设备的保护有着重要意义。对于地铁排水的控制方法有很多：可编程控制系统继电器控制系统集散控制系统工业微机控制系统单片机控制由于目前对于地铁的控制要求越来越高，在未来的发展中，我们还需要进行添加新的控制功能，这就需要我们所设计的控制方法能够进行扩展，而可编程控制系统

13、比其他系统的稳定性好，并且还可以扩展模块，所以在本课题的设计中我选择选用可编程控制系统来进行控制地铁的排水功能。-可修编.-2 排水系统总体方案设计2.1 地铁水的来源及排放方式城市地铁水的来源及排放方式见下表 2.1：表 2.1 城市地铁水的来源来源雨水集中空调冷凝水结构渗漏废水生活污水消防废水人员卫生间的污水排放方式城市雨水管网系统城市雨水管网系统城市雨水管网系统城市污水管网系统城市污水管网系统城市污水管网系统2.2 排水系统实现的功能对于上述产生的几种水，我们需要对其进行不用处理排放，保证地铁周围环境的干净。为了排除这些不同种类的水，我们所设计的系统应该具备以下的功能：各种不同的水通过不

14、同的管道排放到不同的处理池，不可将几种水一起排放，造成水的浪费；在处理不同水的处理池应设置 3 个传感器检测水位线和 1 个报警器，具备能够检测最低水位、排水水位和最高水位，水位达到排水位即可启动电动机排水；设置一个备用的水池，以防止由于污水过多导致前面几个污水处理池超过警戒线而溢出；设置 3 台抽水泵实施 8 小时倒班工作制度，同时设置过载和短路保护，防止在没有人看管的情况下能够自动停止带故障运行，避免抽水泵出现故障或者长时间工作导致其损坏；设置手动停止操作，防止出紧急现故障时能够手动停止进行检修。设置报警信号，能保证系统出现故障的时候自动报警并实现自动关闭系统。2.3 系统控制功能设计由于

15、排水管道一般处于地面下，且低于市政所铺设的污水处理管道，不能够自动地排除污水，需要将处理过后的污水通过电动机抽取污水至市政排污管道，所以在设计中我们需要考虑不同的地形，通过多种方案，选取适当方式进行排污。2.3.12.3.1 处理池的选择和分配处理池的选择和分配-可修编.-对于地铁车站，其污水主要来源于雨水，生活污水，消防用水和结构渗水等几个方面。我们应该对不同的污水进行不同的处理，所以在地铁车站下面我们选择了三个污水处理池及一个备用池来收集和处理污水。具体分配如下：1 号水池用于处理生活污水；2 号水池用于处理结构渗水和消防用水；3 号水池用于处理雨水；4 号水池作为备用水池，可以收集处理任

16、何污水。对于这些污水池，我们在污水处理池中设置 3 个传感器，分别用来监控满水位、排水位和低水位，当水位达到满水位，提示报警。2.3.22.3.2 处理池的工作方式处理池的工作方式对于地铁的污水处理池，我们在每个污水处理池设置有进出水阀门，对于不同编号的水池有着不同的处理方式。其具体有以下几种工作方案：单一集水池自动排水控制：当有一集水池到达排水位时，自动打开其排水阀门并启动当前应该工作的电动机进行排水，同时检测水位，当该水池水位到达低水位时，自动关闭其排水电磁阀并停止排水泵，当水位到达满水位时，关闭进水阀门，防止多余的污水溢出，同时打开备用水池阀门，将污水收集到备用水池里面。先到排水位先抽排

17、水控制：按照集水池先到达排水位的时间先后顺序进行排水。即哪个集水池先到达排水位，就先对该集水池进行排水；集水池不同满水情况下的先到排水位先抽的自动排水控制：若号排水泵在对某一集水池进行排水的过程中，其它 3 个集水池中有 1 个集水池到达排水位等待排水，则按排水位的时间先后顺序自动再打开一集水池的排水电磁阀并启动号排水泵进行排水，且当只剩一个集水池排水时，自动关闭号排水泵，若此时还有第三个水池也到达排水位，则启用第三台电动机进行排水。经过比较选择，号方案最适合，此方案根据集水池不同到达排水位的情况来决定启动排水泵的台数，并按先到达排水位先抽原则进行自动排水控制，同时充分考虑到可能的消防或洪涝灾

18、害时大量排水的需要。2.3.32.3.3 车站的控制方式车站的控制方式对于一个控制系统，我们需要在任何地方都能看到现场工作状况并能够处理故障，对于本系统，我们提供了三种控制方式：现场手动控制：当系统需要进行改动或者系统出现故障时，现场的工作人员发现问题后要能及时关闭系统进行处理问题，这就需要我们在工作现场设置一个控制系统，能够手动关闭系统，达到现场手动控制；程序自动关闭系统控制：对于每一个系统，都有可能出现人不在的情况，-可修编.-作为一个自动控制的系统，我们应该做到人不在的时候，系统能够自己关闭系统，保证设备的完好，这就需要程序能够进行自动关闭系统；车站控制室远程控制：作为有的工作环境，人不

19、适合进入到实际的工作环境，这就需要我们通过软件将现场工作状态显示到电脑上，在任何地点都可以看到系统的工作实况，做到远程控制。2.3.42.3.4 处理池故障处理方式处理池故障处理方式当处理池出现故障时，我们应该对其给予检修，在检修时我们应该关闭系统然后再进行检修，对于检修故障我们设置了以下 2 种方式：当系统出现故障时，设置停止按钮使系统停止下来，当停止按钮触发最后一次排水信号，所有进水阀门关闭，排水阀门打开，1 号电机和备用电机启动抽水5 分钟后系统自动停止工作，保证水池的污水得到处理；当电机发生故障时，此时没有人在工作岗位上时，系统不可继续执行抽水工作。关闭所有排水阀门，不可关闭进水阀门，

20、否则将导致污水溢出，系统发出报警，报警 10 分钟后自动断电。2.3.52.3.5 排水管道的选择排水管道的选择本地铁排水系统污水有四个不同的来源，其中消防用水和结构渗水可以一起处理，考虑到对不同程度的污水处理方式的不同，对水资源的再生利用。对于管道铺设应该分三类不同的管道，分别对应三个不同的污水处理池。其中主排水管道要大于各个污水处理池排除管道，以保证污水能够从地铁站迅速排除，当某一种污水来不及处理时，应该将其先排放到第四号污水处理池等待处理。2.3.62.3.6 控制方法的选择控制方法的选择对于本系统的控制方法，主要可以采用以下几种方案进行控制：可编程控制系统控制;继电器控制系统控制；单片

21、机控制系统控制；工业微机控制系统控制；对于以上几种控制方式，各有优缺点，其各自的优缺点见表 2-2 所示。控制器类型可编程控制系统控制表 2.2 几种控制方案的优缺点优点缺点可进行开关量控制，可进行模拟量控制，使用梯形图编程简造价较高单易懂，寿命长、可靠性高，控制非常灵活。很强的抗干扰能力只能进行开关量，可靠性低，触点数较少，继电器受制约。继电器控制系统控制单片机控制系统控制高集成度，体积小，高可靠性 抗干扰能力差，故障率低电压，低功耗，便于生产便 高，不易扩展，对环境-可修编.-携式产品，控制功能强易扩展，价格低廉。工业微机控制系统控制依赖性强，开发周期长。不能适应恶劣的工作快速、实时性强、

22、模型复杂。环境，抗干扰能力及适应性差。PLC 针对工业顺序控制，在工业现场有很高的可靠性。PLC 在电路布局、机械结构及软件设计各方面决定了 PLC 的高抗干扰能力。电路布局方面的主要模块都采用大规模与超大规模的继承电路，在输入输出系统中采用完善隔离等的通道保护功能；在电路机构上对耐热、防潮、防尘及防震等各方面都做了周密的考虑；在电路硬件方面采用了隔离、屏蔽、滤波及接地等抗干扰技术；在软件上采用了数次滤波及循环扫描、成批输入、成批输出处理技术。所有这些都使 PLC 具有非常高的抗干扰能力，从而使 PLC 绝对不会出现死机现象。由于 PLC 的品种、型号、规格、功能各不相同，综合多种因素考虑，本

23、设计选择了德国西门子公司的一种小型可编程控制器S7-200 系列可编程控制器。SIMATIC S7-200 系列 PLC 适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此 S7-200 系列具有极高的性价比。-可修编.-3 系统硬件选型3.1 输入输出接口的确定本次地铁排水控制系统我采用 PLC 编程来进行控制的，通过 PLC 的输入输出控制，实现每个排水池的自动排水操作。通过对地铁水来源的分析，我们采用了 4 个处理池和 3 台电动机来进行处理污水，每个处理池设置传感器进行满水位、排水位和低水位检测

24、，当水位处于低水位时，低水位指示灯亮，排水阀门关闭，同时电动机处于停止状态；当水位处于排水位时，排水阀门打开，低水位指示灯熄灭，排水位指示灯亮，1 台电动机启动排水；若此时还有 2 号水池到达排水位，则打开该水池的排水阀门，同时启用 2 台电动机进行排水；若此时还有 3 号水池也到达排水位，则启用第 3台电动机进行排水；若此时有水池到达满水位，则将其多余的水排入 4 号备用水池。其具体分配件表 3-1。表 3.1 I/O 分配表输入点I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I2.0I2.1I2.2功能池 1 低水位检测池

25、1 排水位检测池 1 满水位检测池 2 低水位检测池 2 排水位检测池 2 满水位检测池 3 低水位检测池 3 排水位检测池 3 满水位检测池 4 低水位检测池 4 排水位检测池 4 满水位检测一台电机故障检测二台电机故障检测三台电机故障检测启动停止输出点Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1Q2.0Q2.1Q2.2Q2.3Q2.4Q2.5Q2.6功能池 1 进水阀门池 1 排水阀门池 2 进水阀门池 2 排水阀门池 3 进水阀门池 3 排水阀门池 4 进水阀门池 4 排水阀门池 1 低水位指示池 1 排水位指示池 1 满水位指示池 2 低水位指示池

26、2 排水位指示池 2 满水位指示池 3 低水位指示池 3 排水位指示池 3 满水位指示-可修编.-Q2.7Q3.0Q3.1Q3.2Q3.3Q3.4Q3.5Q3.6Q3.7Q4.0Q4.1Q4.2池 4 低水位指示池 4 排水位指示池 4 满水位指示第一台电机运行指示第二台电机运行指示第三台电机运行指示第一台电机工作时间指示灯第二台电机工作时间指示灯第三台电机工作时间指示灯第一台电机故障报警指示第二台电机故障报警指示第三台电机故障报警指示由表 3-1 可以看出，本次共需要 17 个输入接口，29 个输出接口，而实验室的西门子西门子 S7-200 CPU224 型 PLC 有 22 输入 18 输

27、出，输入满足条件，输出不够，这应该添加扩展模块。3.2 系统控制方案图对于一个系统，我们应该有其工作的方案图，通过工作的方案图，可以明显的看出系统的工作过程，对于本系统，我有以下设计：设计了四个水池，每个水池都有进出水阀门，每个阀门引一条线给予控制器，通过控制器的控制来确定阀门的开关；设计了三个电动机，每个电动机有一个驱动器来进行驱动，电动机来带动水泵的运行，水泵的排水管道进入市政不同的排水沟；每台电动机有过电流反馈信号，通过这个信号，可以确保电机不会因为电流过大而导致损坏；本系统有声光报警信号，可以提供故障报警；本系统设计了 PC 数据口接线，可以进行与 PC 通讯。-可修编.-PC接口数据

28、线声光报警信号控制器对电磁阀的控制输出信号电机驱动输出信号驱动器驱动器1 1各池水位传感器对PLC的反馈信号驱动器驱动器2 2驱动器驱动器3 3各电机过流过压过热反馈信号池1池2池3池4电机电机1 1阀4电机电机2 2电机电机3 3阀1阀2阀3水泵由电机驱动箭头指向为水流流向主泵1主泵2备用泵排水沟图 3.1系统控制方案图3.3 传感器的选择LC-SW1 型水位传感器容器内的水位传感器，将感受到的水位信号传送到控制器，控制器内的计算机将实测的水位信号与设定信号进行比较，得出偏差，然后根据偏差的性质，向给水电动阀发出开关的指令，保证容器达到设定水位。进水程序完成后，温控部份的计算机向供给热媒的电

29、动阀发出开的指令，于是系统开始对容器内的水进行加热。到设定温度时。控制器才发出关阀的命令、切断热源，系统进入保温状态。程序编制过程中，确保系统在没有达到安全水位的情况下，控制热源的电动调节阀不开阀，从而避免了热量的损失与事故的发生。-可修编.-3.4 阀门的选择阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能，ZBSF 不锈钢电磁阀为分步动作直接先导式电磁阀，根据断电时所处开关状态的不同，可分为常闭电磁阀和常开电磁阀。常闭电磁阀，线圈通电后衔铁在电磁力作用下先带动副阀工启，主阀形成的介质压差和电磁力的作用下而开启。线圈断电，衔铁部件复位，主副阀利用介质

30、压力而紧密关关闭。常开电磁阀，线圈通电后，衔铁在磁力作用下下移，推动副阀阀塞下移，直到和副阀座压紧，副阀关闭，由于主阀阀杯上下压差趋于相等，主阀阀杯由磁力和自重压紧紧密封面，阀门关闭。线圈断电，磁力为零，衔铁和副阀阀塞由弹簧作用上升，副阀打开，主阀阀杯内介质经副阀流走，压力下降，主阀阀杯由下下压差作用向上升起，主阀打开，阀门开启。图 3.1阀门结构图3.5 泵的选择GDD 型泵是管道式安装的立式单级单吸清水离心泵，广泛应用于农业给排水、自来水加压、高层建筑消防生活供水以及空调冷暖循环系统，主要供输送稀释的、不腐蚀的清水及物理化学性质类似水，不含固体颗粒或纤维的液体。GDF250-20 性能参数

31、：表 3.2 GD250-20 水泵详细参数品牌：冠星水泵型号：GD250-20材质：铸铁-可修编.-性能：防爆叶轮结构：封闭式叶轮叶轮数目：6轴功率：2.4（kW）结构原理：喷射泵用途：管道泵叶轮吸入方式：单吸式扬程：20（m）吸入口径：250（mm）泵轴位置：边立式流量：327（m3/h）汽蚀余量：3.5（m）排出口径：250（mm）规格：GD40-153.6 电机的选择与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。表

32、 3.3 Y90L-2 电机详细参数型号额定功率额定转速额定电流效率功率因数堵转电流堵转转矩最大转矩Y90L-22.2kw2840r/min4.7A82%cos=0.867.0A2.22.2由于本系统仅控制电机的启停与工作状态的保持，只需让电机保持在额定功率的运行即可，故选用成本较低的鼠笼式三相异步电机。3.7 接触器的选择对于本系统，应该采用交流接触器，交流接触器主要由四部分组成:(1)电磁系统，包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯；(2)触头系统，包括三组主触头和一至两组常开、常闭辅助触头，它和动铁芯是连在一起互相联动的；(3)灭弧装置，一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置，以便迅速切断电弧，免

33、于烧坏主触头。查新简明电工手册选择 CJXIF-9 型交流接触器主要技术参数:-可修编.-额定电流:9A线圈控制电压：220V可控电动机的最大功率 4KW操作频率 1000 次/时机械寿命 150000 次3.8 继电器的选择选择 JZ7-62 中间继电器适用于交流 50Hz 或 60Hz，交流电压至 380V，直流电压至 220V 的控制电路中，用来控制各种电磁线圈，以使信号放大或将信号同时传递给有关控制元件。继电器符合 GB14048.5-1993、IEC60947-5-1 修正件 No.1（1999）。正常工作条件及安装条件 海拔不超过 2000M 周围空气温度上限值不超过 40，下限值

34、不低于-5。空气的相对湿度不大于 85%与垂直面的倾斜度不超过 5 无显著摇动和冲击振动地方 在无爆炸危险的介质中，且介质中无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体和尘埃（包括导电尘埃）结构特征 继电器的结构为开启型、空气电磁式，动作结构为直动式，产品躯壳用热固体性塑料制成，整个结构紧凑，使用方便。继电器的触头系统为双断点桥式结构，分上、下两层排列，每层各装四对触点。为减轻继电器在闭合过程中的铁芯撞击和触头振动，铁芯采用弹性固定，有利于使用寿命的延长。继电器的接线端采用瓦型垫圈，接线方便可靠。技术参数型号 JZ7-62;额定电压交流 380V;直流 220V;消耗功率启动 75V*A;吸持 13V*A;

35、操作频率 1200 次/H;外形尺寸/mm 60X52X9054X30/2-5。-可修编.-4 系统控制硬件设计4.1 系统主电路系统主电路的线路采用了三相四线制，三台电动机由KM1、KM2、KM3 电动机有分别控制启动与停止，每台电动机配有过电流保护，防止因为电流过大而烧坏电动机。对于 PLC 部分则是由空气开关 QF2 来决定其是否启动，PLC 采用的是24V 直流电源，所以需要一个变压器进行变压，对于整个主回路，我设置了一个空气开关 QF1，只有闭合了QF1 方可以启动电动机，断开QF1，则整个主回路将关闭。具体电路图将附录一。4.2 输入回路对于输入回路，我采用了18 个输入回路，通过

36、 18 个按钮 SB 进行控制，通过这些输入回路按钮 SB 的打开与关闭，可以实现电动机的启动和停机，通过输入回路的状态监测，使其对输出回路进行控制，达到控制不同情况下水池的排水需求。在 CAD 的设计图纸上，我设计了 3 个输出回路图纸，具体图纸见附录一。4.3 输出回路对于输出回路，我设计了28 输出，用来监测各种不同状态，通过输入回路给出的信号，我们可以对水位的高低进行监测，对四个水池的阀门进行打开和关闭，以此来保证水池的水位正常。在 CAD 的设计图纸上，我用了 4 个输出回路的图纸来进行绘制，图纸详见附录一。-可修编.-5 控制系统的程序设计5.1 系统流程图设计对于一个好的设计，必

37、须要有流程图的设计，流程图的设计结构清晰，逻辑性强，便于描述，容易理解。对于流程图的设计的设计，我们应该遵循以下原则：对于有判断的语句，应该用菱形进行表示，且还应该有 Y/N 进行标明；所有的线段都要做到对整齐，应该用连接符连接，不使用线条连接，这样可以做到没有歪斜，线段之间连接需要到位，没有死循环。对于本系统，我设计绘画了以下几个流程图：系统总流程图，通过总流程图可以初步了解本系统的工作过程和原理；启动程序流程图，通过自检来确保线路没有损坏，保证系统正常运行；排水控制流程图，对于本系统要求就是排水，通过排水控制系统，可以实现各种情况下不同水位的处理，保证系统正常运行；满水控制流程图，对于水池

38、，总有部分时候会达到满水，这时候我们就应该讲多余进行处理，所以对于系统满水时，我们应该及时处理，避免污水发生外泄，通过满水控制系统，能够完美避免这类情况的发生；阀门控制流程图，为了保证污水及时得到处理，此系统中阀门则是最重要的，阀门的开关是否合理，直接影响污水处理的效果，通过阀门控制流程图，可以实现各个阀门有序的控制；定时报警控制流程图，对于任何一个系统，都需要一个精确的定时系统，才能准确无误的进行控制各种开关，在本系统中，通过定时控制流程图，可以实现电机的替换和故障时系统的关闭；5.1.1 系统的总流程图对于系统的总流程图，应该反映整个系统的工作过程，对于本系统的设计，从系统总流程图可以看出

39、系统具备以下功能：在系统上电后，会立即进行自检，在确保各个部分没有故障后，方可正常启动，一旦有部分出现故障，这应该自动启动故障处理程序，用指示灯进行指示并发出报警，由在场的工作人员断开电源，进行故障处理，处理完毕后再上电检测，确认各个部分没有问题后再启动系统；当没有人存在的情况下，系统出现了故障，系统设置一个自动关闭程序，用一个定时器进行定时，定时一定时间后自动关闭系统，保证仪器和设备的完好；图 5.1 系统的总流程图-可修编.-任意一水池到达排水位排水阀门打开启动当班排水机组N系统启动并自检任意电机故障报警并启动报警子程序YN启动系统定时 10 分钟后系统断电检测各水池水位所有水池都 处于排

40、水位以下Y抽水机进入待命状态任意二水池池到达排水位排水阀门打开任意三水池池到达排水位排水阀门打开启动第二台排水机组启动第三台排水机组满水池=3Y打开备用水池进水阀门N满水池=2关闭备用水池进水阀门-可修编.-5.1.25.1.2 启动程序流程图启动程序流程图对于每一个系统，系统的启动是十分最要的的，只有系统正常启动，才能保证系统下一步顺利进行，对于本系统的启动程序，我设计的流程图如图 5.2。N报警并启用报警程序手动关闭程序10 分钟后自动进行检修关闭程序，等待检修检修完毕开 始系统通电自检Y检修无误按下启动按钮启动程序按下停止按钮结束程序图 5.2 启动程序流程图通过以上的启动流程图可以看出

41、本系统在启动方面有以下几个特点：系统可以通电自检，有问题的时候不会启动排水程序，会报警并用指示灯显示；系统拥有手动检修功能，可以人工关闭系统，检修完毕后再启动系统，这时系统依旧会运行自检程序，无故障后才可运行下一步，有故障则继续报警；系统还可以自行关闭系统，可以防止故障程序带病运行。-可修编.-5.1.35.1.3 排水控制流程图排水控制流程图在本系统中，最根本就是排水的控制，排水设计的好坏，直接影响系统正常运行的好坏，对于我设计的程序，其排水流程图见图 5.3。开 始到达排水水位水池数目检测有一个水池到达排水位，排水指示灯亮 1 个有两个水池到达排水位，排水指示灯亮 2 个有三个水池到达排水

42、位，排水指示灯亮 3 个1 号电动机启动排水2 号电动机启动排水备用 电机启动排水检测水位水池到达低水位水池到达高水位电动机关闭，等待下次排水启动满水程序结 束图 5.3 排水控制流程图从流程图可以看出，我设计的排水系统具有以下功能：系统拥有水位检测功能，当水位到达低水位的时候，指示灯会显示，当到达排水位的时候，指示灯会显示，电动机会启动排水直到到达低水位；当有两个水池到达排水位的时候，我则会启动第二台电动机，当有三个水池到达排水位是，我会启用三台电动机，同时检测水位，达到满水位的时候会启-可修编.-动满水程序，到达低水位则会依次关闭电动机。5.1.45.1.4 满水控制流程图满水控制流程图对

43、于一个系统，要充分考虑它的极限条件，这样才能保证系统在最坏的情况下也能够准确无误的运行起来，对于本系统，极限条件就是当有几个水池都到达满水后应该怎么处理，我通过满水控制流程图很好的解决了这个问题，具体流程图见图 5.4：一个水池达到满水该水池满水灯和排水灯亮，无水指示灯灭结 束开 始满水水池数目检测二个水池达到满水三个水池达到满水所满水的水池满水灯和排水灯亮，无水指示灯灭所满水水池满水灯和排水灯亮，无水指示灯灭启用备用水池，将多余的水排入备用水池图 5.4 满水控制流程图由流程图可以看出来，我在满水时具有以下几个功能：每个水池都有满水的指示，水池水位从排水位到满水位，排水指示灯应该一直亮，电动

44、机也应该一直进行排水；当水池水位到达满水时，关闭进水阀门，同时将多余的水引入到备用水池中，等待其它水池处理完毕后即可处理备用水池的污水。-可修编.-5.1.55.1.5 阀门控制流程图阀门控制流程图对于任何一个系统来说，开关都是最重要的，只有完美的控制好了开关才能完美的控制好整个系统，通过控制开关的关闭，可以实现不同的功能。在本系统中，通过进出水阀门的关闭，可以控制处理水池中的水位高低，具体流程图见下图 5.5。进水阀门打开，排水阀门关闭进水阀门打开，排水阀门打开进水阀门关闭，排水阀门打开水位检测对所有阀门状态进行复原开 始低水位排水位高水位结 束图 5.5 阀门控制流程图从阀门控制流程图我们

45、得出以下信息：当水位在低水位时，所有进水阀门都应该打开，并用指示灯显示；当有水池到达排水位时，所有出水阀门都应该打开，并用指示灯显示；当有水池到达高水位时，该水池进水阀门关闭，打开备用水池阀门，将多余的污水排放到备用水池；用传感器检测水位，当水位到达排水位的时候，打开进水阀门，当水位到-可修编.-达低水位时，关闭排水阀门。5.1.65.1.6 定时报警控制流程图定时报警控制流程图每个系统都必不可缺少定时和报警装置，同样，我的系统也设计了定时报警装置，通过这个装置可以实现故障处理，其流程图见下图 5.6。10 分钟到则系统断电等待检修N人工取消切换电动机工作向控制室发出声光报警开始计时任意电机出

46、现故障开 始电动机启动8 小时后报警计数器启动所有进水阀门关闭Y进行检修结 束图 5.6 定时报警流程图通过定时报警流程图，我们可以看出系统在报警上有以下功能：通过定时器可以切换工作电机，关闭系统；通过报警器可以先控制室报警；-可修编.-检修后需要重新定时。5.2 西门子 PLC 程序的设计通过对比，我设计 PLC 语言作为本次设计的语言，使用的是 V4.0 STEP 7MicroWIN SP9 编程软件。5.2.15.2.1 西门子西门子 PLCPLC 程序的设计规则程序的设计规则对于任何程序的设计，多应该遵循独有的规则，同理，我设计的软件有以下几个规则：有 PLC 的程序都要采用结构化编程

47、，即主程序块完由多个子程序块构成，主程序里没有子语句；一个网络只能有一个输出，不能出现多个输出；所有元件使用要注意 X 围，不能超出 X 围，比如定时器定时最长为 32767，不能随心所欲的定时。对于 PLC 程序，我进行以下分析供阅读：5.2.25.2.2 水位检测与显示程序水位检测与显示程序对于水位的检测与显示，是本设计中最重要的，通过对水位的检测来确定电机是否启动排水，我采用的是直接将 I0.0 连接到 Q1.0，没有采用中间继电器过渡。图 5.7 显示的是水池 1 的低水位、排水位、高水位的检测与显示，在本设计中，由于条件缺乏，采用模拟状态进行输入，即当按下 I0.0 时，水位即为低水

48、此水示亮，通锁。位，时 低位 指灯 会同 时电 自-可修编.-图 5.7水位检测与显示程序5.2.35.2.3 进出水阀门控制程序进出水阀门控制程序对控 制 程用 了 通来 进 行下图1 号 水有 以 下况：指 示 为Q1.0 和Q1.1，水位有到达，此时进水阀门打开，排入污水；当水位指示为高水位 Q2.0 和排水位 Q1.1，此时低水水位指示灯 Q1.0关闭，此时排水阀门打开，排出污水；于 阀 门序，我采过 水 位控制，如5.8，以池为例，两 种 情当 水 位低 水 位排 水 位而 满 水Q2.0 没图 5.8 进出水阀门控制程序5.2.45.2.4 定时计数程序定时计数程序对于每个控制精确

49、的系统，必少不了定时器，对于此系统的定时器，我选用的是 TON 定时器，定时精度 100ms（即 0.1S），最大计数 X 围 32767，即 3276.7S。-可修编.-对数采计于 计器，则用 了CTU数器。我以统计电机工作时间进行分析：由图 5.9 所示，通过 Q3.2（启动一台电动机信号）电机的启动，马上开始定时，定时计数为 18000，计数到 18000 重新计数，此时 CTU 计数器增加 1，增加到 16 或者 Q3.2 电机停止工作清零，通过计数的次数和定时器的计数时间，从而可以统计出电动机的工作时间。图 5.9 定时计数程序程序5.2.55.2.5 一台电动机启动程序一台电动机启

50、动程序电动机在本系统中是最关键的，电机能否正常启动排水，直接影响地铁排水系统，所以对于电机的控制，我们需要做到精确。对于电机的控制程序，如图 5.10 所示，由图中程序可以看出：当按下启动按钮 I2.1 时，同时启动定时器 T37 定时；当有一个水池到达排水位时，即 Q1.1、Q2.2、Q2.5、Q3.0 中任意一个接通，这这个并联回路接通，Q3.2 电机则会启动排水；一个电机都不运行排水的充要条件是四个水池都处于低水位时，这电机需要关闭，对于这个程序的设计，我采用了四个水池都常闭并联，这样当水池都没水时，电机即可关闭。-可修编.-图 5.10一台电动机启动程序5.2.65.2.6 两台电动机