集水坑PLC控制系统设计毕业设计终稿.docx

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1、华东理工高校 毕业论文（设计）课 题 学 院 专 业 年 级 学 号 姓 名 指导老师集水坑PLC限制系统设计XXXXXXX 学院XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX定稿日期： 2015年11月2日2 PLC概述2.1 PLC的定义及特点LC的定义可编程限制器（PLC）是一种特地为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电 子装置。它采纳可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、依次 运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和 输出，限制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应依

2、据易于与 工业限制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。PLC的特点（1）牢靠性高，抗干扰实力强PLC是特地为工业限制设计的，实行了多层次抗干扰、精选元件的措施，可在 恶劣的工业环境下与强电设备一起工作，运行的稳定性和牢靠性较高。（2）编程简洁易学，深受工程技术人员欢迎PLC的最大特点之一，就是采纳易学易懂的梯形图语言，它是以计算机软件技 术构成人们惯用的继电器模型，形成一套独具风格的以继电器梯形图为基础的形 象编程语言。便利电气人员在了解PLC工作原理和它的编程技术后，就可快速地 结合实际须要进行应用设计，进而将PLC用于实际限制系统中。（3）通用性强，运用便利由于PLC自身硬件特点

3、，用户在进行限制系统的设计时，不须要自己设计和 制作硬件装置，只须要依据限制要求进行模块的配置；用户所作的工作只是设计 满意限制对象的限制要求的应用程序。对于一个限制系统，当限制要求变更时， 只需修改程序，就能变更限制功能；与外围设备的连接便利，通讯协议标准。 系统设计周期短由于系统硬件的设计任务仅仅是依据对象的限制要求配置适当的模块，而不 要设计具体的接口电路，同时软件设计和外围电路设计可以同时进行，这样大大缩短了整个系统设计的时间，加快了系统的设计周期。对生产工艺变更适应性强其限制功能是通过软件编程来实现的，当生产工艺变更时，在很大程度上只 需变更用户程序，这对现代化的小批量、多品种产品的

4、生产尤其适合；现今PLC 已经朝着嵌入式系统发展，将进入日常生活中。安装简洁、调试便利、维护工作量小PLC限制系统的安装接线工作量比继电器限制系统少得多，只需将现场的各种 设备与PLC相应的I/O 相连。PLC软件设计和调试大部分可以在试验室模拟进行, 模拟调试好后再将PLC限制系统进行现场联机调试，便利省时，其本身牢靠性高, 有完善的自诊断实力和系统监控实力，便利快速故障查明和解除，维护的工作效 率高。2. 2 PLC的构成及工作原理2. 2. 1 PLC的基本组成可编程序限制器实施限制，其实质就是按肯定算法进行输入输出变换，并将 这个变换与以物理实现。输入输出变换、物理实现可以说是PLC实

5、施限制的两个 基本点，同时物理实现也是PLC与一般微机相区分之处，其须要考虑实际限制的 须要，应能解除干扰信号适应于工业现场，输出应放大到工业限制的水平，能为 实际限制系统便利运用，所以PLC采纳了典型的计算机结构，主要是由微处理器 (CPU)、存储器(RAM/ROM)、输入输出接口(I/O)电路、通信接口及电源组成。 PLC的基本结构如图2-1所示。编程器输入电路中央处理单元(CPU)输出电路系统程序存储器电源图2-1 PLC的基本结构(1)中心处理单元(CPU):中心处理单元是PLC的限制核心。CPU模块，不断 地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。(2)存储器：可编程序限制器的存

6、储器分为系统程序存储器和用户程序存储 器。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放用户程序(用户程序存和 数据)的存储器称为用户程序存储器，所以又分为用户存储器和数据存储器两部 分。(3)输入接口电路:输入输出信号有开关量、模拟量、数字量三种，在我们实 习涉及到的信号当中，开关量最普遍。就是采纳光电耦合器的开关量输入接口电 路,如图2-2所示。(4)输出接口电路：可编程序限制器的输出有：继电器输出(M)、晶体管输出 (T)、晶闸管输出(SSR)三种输出形式。(5)电源:PLC的电源在整个系统中起着特别重要的作用。假如没有一个良好 的、牢靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源

7、的设计和制造 也特别重视。一般沟通电压波动在+10%(+15给范围内，可以不实行其它措施而将 PLC干脆连接到沟通电网上去。如FX1S额定电压AC100V240V,而电压允许范围 在AC85V264V之间。允许瞬时停电在10ms以下，能接着工作。一般小型PLC的 电源输出分为两部分：一部分供PLC内部电路工作；一部分向外供应应现场传感 器等的工作电源。2. 2. 2 PLC的工作原理PLC采纳循环扫描的工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令起先执行，按 指令步序号做周期性的程序循环扫描，假如无跳转指令，则从第一条指令起先逐 条执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循

8、环, 每一个循环称为一个扫描周期。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：一是 CPU执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。 一个扫描周期主要可分为三个阶段。第一阶段为输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状 态寄存器。完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程 序执行期间即使输入端状态发生变更，输入状态寄存器的内容也不会变更，而这 些变更必需等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。其次阶段为程序执行阶段，依据用户输入的限制程序，从第一条起先逐步执 行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部协助寄存器和输出状态寄存器。当 最终

9、一条限制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。第三阶段为输出刷新阶段，当全部指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的 内容，依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过肯定输出方式输出， 驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。综上所述，PLC的扫描工作过程如图2-3所示。2. 2.3 PLC选型的一般考虑(1)确定限制对象和限制范围在应用PLC时，首先要具体分析被控对象、限制过程与要求，了解工艺流程 后列出限制系统的全部功能和指标要求，与继电一接触器限制系统和工业限制计 算机进行比较后加以选择。假如限制对象的工业环境较差，而平安性、牢靠性要 求特殊高，系统工艺困难，输入输出以开关量为

10、多，而用常规的继电一接触器限 制难以实现，工艺流程又要常常变动的对象和现场，用PLC进行限制是合适的。(2)选择机型:一般来说在选择机型前，用户首先要对限制对象进行下列估计: (a)有多少个开关量输入，电压分别为多少；(b)有多少个开关量输出，输出功率为多少；(c)有多少模拟量输入输出点；(d)是否有特殊限制要求，如高速计数器等；(e)现场对PLC的响应速度有何要求；(3)编制程序:编程时，首先要合理划分模块，其次是合理利用指令，严格留 意信息名称定义，最终进行调试。程序必需经过一段时间的运行考验，才可以投 入实际现场工作。3系统限制要求地下室集水坑高水位须刚好排水以防止地下室集水。高水位自动

11、启动排水泵，低水位自动停止排水泵。排水选用2.2KW潜水泵2 台，一用一备（当某台水泵发生故障时，备用水泵应能马上自动启动，投入运行）， 2台水泵自动轮换工作。超高水位时，发出声光报警信号；水位降低后，闪光报警信号自动消退。可 手切除声音报警信号但须保留光报警信号。水泵应用必要的爱护。水泵电气主电路图如图4-1所示。LI L2 L3Q 0 0FR25电气限制电路图电气限制电路图如图5-1所示。OFU2 -xSQl |A3KA2KA1, KA3 xKA2 1W KA3 KM1KA2KAIO ；FU2 -KAIKA2KA3KM2 FR1KM1KM1KA5SQ3 _KAq ZKAE,MA4KMl F

12、R2 VKMEKM1 _ KMEFR1FR2KA4 _VKA5LH30-LH10-LH20-KA4jH3-LH4KA56 I/O接口图系统的I/O接口图如图6-1所示。胡麻曲瑞就2#林衽虹彼褶 1#楸楣楠 2#1栩翻初 脑施搬秋2#帆搬3#懒嵯4#撼腺5#帆搬12345670丫丫丫丫丫丫丫丫nu12345CXXXXX摘要随着经济社会的发展，地下停车库的规模加大，功能增加，档次提高，给排水设 计的内容也越来越多。防排水，是困扰建筑设计的一大难题，一旦处理不好再来补救, 困难许多。本文仅就地下停车库的排水问题对地下停车库排水设计进行具体介绍。包 括水量计算集水井水位限制，集水沟设计，排污泵扬程计算

13、等，对地下停车库生活设 施设计提出自己的观点。关键词：地下停车库，集水井，集水沟，扬程7梯形图0123456789101 1121314151617181920212223242526272829308指令表系统PLC指令表如图8-1所示。LD LDIOR ANB ANI OUT LDLD ORANB AND OUT LDLD ORANB OUT LDLD OROR ANB AN I AN I OUT LDLD OR OR ANB AN IX001Y013 Y011Y012Y011X001Y013Y012Y011Y012Y012 Y011Y013Y013X002Y001Y015 Y011Y00

14、2X004Y001X002Y012 YOUY01231323334353637383940414243444546474849505152AN I OUTLD OUTAN I OUTLD OUTLD OUTLD OUTLD OUTLD OUTLD OUT LD OROUT ENDX005Y002 X003MOX006 Y000Y001 YOOSY002 Y004 X004 YOU X005Y015 YOUM1Y015 Y006 MOMlY005图8-1系统PLC指令表图本文论述的是控于P L C的排水水泵水位开关自动限制系统，针对地铁排水系 统在处理备用水泵运行方式方面,本文软硬件设计合理,好

15、用性强,做到了让三台 水泵轮番做备用水泵，消退了备用水泵长期在水中不运行带来的种种不利因素;本 设计已在南京地铁一号南延线各站点实装运行，完全能够满意地铁排水的要求， 并具备了传统水泵所欠缺的互为备用要求，降低了各种损耗，节约了能源。当地 下车库内设有卫生间等生活设施时，其生活污水应独立排管、独立设污水集水井、 独立设潜水排污泵排放，以避开生活污水和臭气通过地漏逸出，并设通气管高空 排放臭气，宜选用带有切割或答应通过相应粒径颗粒污物的潜水排污泵。参考文献1 董德发，张天春.自控工程设计基础.大庆：大庆石油学院，19992 张万忠.可编程限制器应用技术.北京：化学工业出版社，20053 张凤珊.

16、电气限制及可编程序限制器.北京：中国轻工业出版社，19914 殷洪义，翁维勤.PLC原理与实践.北京：清华高校出版社，19915 黎一强.PLC技术在生活污水处理及回用系统中的应用J.自动化技术与应用,2008, 27(8) : 123-125.6 许缪.工厂电气限制设备M .北京：机械工业出版社，1998. 127 王骥程，祝和云.过程限制工程.北京：化学工业出版社，20038王兆义.小型可编程限制器好用技术M.北京：机械工业出版社，2002.9三菱微型可编程限制器手册M. MITSUBISHI SOCI0-TECH, 2003.10吴晓君，杨向明.电气限制与可编程限制器应用M.北京：中国建

17、材工业出版社，2004.11李道霖.电气限制与PLC原理及应用M.北京：电子工业出版社，2004.12 S7-200 CN可编程序限制器手册M.西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团，2005.13 SIEMENS WinCC手册M.西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团，2004.14魏艳君.多功能屋面SP板切割机J.机电一体化，2002, (4) ： 47-48.15刘增良，刘国亭.电气工程CAD M.北京：中国水利水电出版社，2002.16史国生.电气限制与可编程限制器技术M.北京：化学工业出版社，2003.17马志溪.电气工程设计 M.北京：机械工业出版社，2002.18齐占庆，王振臣

18、.电气限制技术 M.北京：机械工业出版社，2002.19郁汉琪.电气限制与可编程序限制器应用技术M.南京：东南高校出版社, 2003.本文是在XXX的悉心指导下完成的。从论文的选题到开题，从论文的框架设 计到具体内容，始终到最终的审查修改和定稿都凝合着XXX的心血。在此XXX表 示最真诚的感谢。在完成论文期间，还得到了其他老师、实习师傅、同学的指导和帮助，我同 样牢记在心，并在此表示由衷的感谢。AbstractWith the development of economy and society, the scale of the underground parking garage is i

19、ncreasing, the function is enhanced and the grade is improved. Drainage, is a difficult problem in architectural design, once 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

20、level control of the water level, the design of the drainage pump, the head of the sewage pump, and the design of the underground parking garage.Keywords:Underground parking garage, collection wells, water collection, head of delivery1弓I言11.1排水泵的概念11. 2排水泵结构1L 3排水泵的选型11.4排水泵的工作原理22 PLC概述62. 1 PLC的定义

21、及特点6的定义62. 1. 2 PLC 的特点62. 2 PLC的构成及工作原理72. 2. 1 PLC的基本组成72. 2. 2 PLC的工作原理92. 2. 3 PLC选型的一般考虑103系统限制要求124水泵电气主电路图135电气限制电路图146 I/O 接口图157梯形图168指令表17结论19参考文献20致谢211引言1.1排水泵的概念泵是输送液体或使液体增压的机械。电动泵是泵的一种，是机械泵与电动机 的结合品，作为机电一体化的产物，它将电动机的机械能传送给液体，使液体能 量增加，从而达到输送液体或使液体增压的目的。电动泵主要用来输送液体包括 水、油、乳化液、悬乳液等。因此，电动泵可

22、以用于汽车的发动机来使燃油增压, 也可以用于持续喷油的航空涡喷发动机，还可以用于食品机械等须要进行液体输 送或是使液体增压的场合。那么，对电动泵流量的限制就是一个特别好用的课题1. 2排水泵结构排水泵主要结构式里面转的是叶轮，是电机的转子带动叶轮。建筑物内运用 的排水泵有潜水排污泵、液下排水泵、立式污水泵和卧式污水泵等。由于建筑物 内一般场地较小，排水量不大，排水泵可优先采纳潜水排污泵和液下排水泵，其 中液下排污泵一般在重要场所运用；立式污水泵和卧式污水泵要求设置隔震基础、 自灌式吸水、并占用肯定的场地，故在建筑中较少运用。1. 3排水泵的选型排水泵的流量应按生活排水设计秒流量选定；当有排水量

23、调整时，可按生活 排水最大小时流量选定。消防电梯集水池内排水泵流量不小于10L/s。排水泵的 扬程按提上升度、管道损失计算确定后，再附加肯定的自由水头。自由水头宜采 纳0.020.03MPa。排水泵吸水管和出水管流速不应小于0. 7m/s,并不宜大于 2. 0ni/so公共建筑内应以每个生活排水集水池为单元设置一台备用泵，平常宜交 互运行。地下室、设备机房、车库冲洗地面的排水，如有两台及两台以上排水泵 时可不设备用泵。当集水池无法设事故排水管时，水泵应有不间断的动力供应； 当能关闭排水进水管时，可不设不间断动力供应，但应设置报警装置。当提升带 有较大杂质的污、废水时，不同集水池内的潜水排污泵出

24、水管不应合并排出；当 提升一般废水时，可按实际状况考虑不同集水池的潜水排污泵出水管合并排出。 两台或两台以上的水泵共用一条出水管时，应在每台水泵出水管上装设阀门和止 回阀。单台水泵排水有可能产生倒灌时，应设止回阀。不允许压力排水关与建筑 内重力排水管合并排出。当潜水排污泵提升含有大块杂物时，潜水排污泵宜带有 粉碎装置；当提升含较多纤维物污水时，宜采纳大通道潜水排污泵。当潜水排污 泵电机功率大于等于7.5kW或出水口管径大于等于DN100时，可采纳水泵固定自耦 装置；当潜水排污电泵电机功率小于7.5kW或出水口管径小于DN100时，可设软管 移动式安装。污水集水池采纳潜水排污泵排水时，应设水泵固

25、定自耦装置，便利 水泵检修。排水泵应能自动启停和现场手动启停。多台水泵可并联交替运行，也 可分段投入运行。1.4排水泵的工作原理离心式水泵是靠叶轮产生的真空把水从下面吸上来再打到高处，假如泵体内 没水的话，真空形不成，那水就吸不上来了，假如液位高于水泵，可以利用自灌 的方式把水引入泵体内，不然也须要灌水 排水泵限制系统设计的种类及各自的特点排水泵限制系统的设计主要有传统的继电器和PLC程序限制两种。对电动泵的 限制实质上就是对电动机的限制。运用传统方法限制电动机转速时，须要安装测 速装置。无论是安装磁阻式磁电传感器或是光电式转速表，还是霍尔传感器等其 它类型的传感器，都会使电动机的体积增大，成

26、本增高，况且传感器的任何误差 都会导致电枢电流增大和电机效率的降低，从而引发加大电机的发热量，并且对 电机生产制造工艺要求增高等一系列问题。在对电动泵限制系统的结构和工作原 理进行了探讨以后，提出一种有别于传统限制方法的电动泵-PLC限制。自二十世纪六十年头美国推出可编程逻辑限制器(Programmable Logic Controller, PLC)取代传统继电器限制装置以来，PLC得到了快速发展，在 世界各地得到了广泛应 用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、 信号处理技术、限制技术网络 技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC 在开关量处理的基础上增加了模拟量处 理和运动限

27、制等功能。今日的PLC不 再局限于逻辑限制，在运动限制、过程限制等领 域也发挥着特别重要的作用。作为离散控的制的首选产品，PLC在二十世纪八十年头至九十年头得到了快速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为20%30%。随着工厂自动化程度的不断提 高和PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。 但是，在中国等发展中国家PLC的增长特别快速。综合相关资料，2004年全球PLC 的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着特别重要的位置。PLC是由摸仿原继电器限制原理发展起来的，二十世纪七十年头的PLC只有开 关量逻辑限制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑

28、运算、依次限制、 定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来限制各类机械 或生产过程。用户编制的限制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的 用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的 操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每 执行一步该计数器自动加1,程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通 常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时 间称为一个扫描周期。不同型号的PLC,循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。 PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，

29、在微秒量级，解算1K逻 辑程序不到1毫秒。它把全部的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为 一个模拟量。大型PLC运用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC 的限制器。相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS,其成本要低一些（大约能省40%左右）。 PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低许 多。一个PLC的限制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。假如被 控对象主要是设备连锁、回路很少，采纳PLC较为合适。PLC由于采纳通用监控软 件，在设计企业的管理信息系统方面，要简洁一些。近10年来，随着PLC价格的不断降低

30、和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备 起先采纳PLC进行限制，PLC在我国的应用增长特别快速。随着中国经济的高速发 展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势 头。通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式限制器，但PLC相对一 般嵌入式限制器而方具有更高的牢靠性和更好的稳定性。实际工作中遇到的一些 用户原来采纳嵌入式限制器，现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式限制器。 他们的优缺点具体如下限制方式上看：继电器限制是硬接线，逻辑一旦确定，要变更逻辑或增加功能 很是困难；而plc是软接线，只需变更限制程序就可轻易变更逻辑或增加功能。工作方式上看

31、：继电器限制是并行工作，而plc是串行工作，不受制约。限制速度上看：继电器限制速度慢，触点易抖动；而plc通过半导体来限制，速 度很快，无触点，顾而无抖动一说。定时、记数看：继电器限制定时精度不高，简洁受环境温度变更影响，且无记 数功能；plc时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。牢靠性、可维护性看：继电器限制触点多，会产朝气械磨损和电弧烧伤，接线 也多，牢靠性、维护性能差；plc无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执 行的监控功能，现场调试和维护便利。积水坑排水系统主要可分为三种类型，即污水排水系统、废水排水系统和雨 水排水系统。排水主要是污水排水系统，雨水和废水较少。污水

32、排水系统的核心 是污水泵（房）站进行的污水处理。”污水处理厂的首要处理环节是污水提升泵 站，只有当污水的势能有所增加，才能进行处理污水的后续工作;城市娇纵错杂的 安装着污水管网,而保证这些污水能够在管道中正常流淌的就是污水提升泵站。眼 下排水水泵的自动限制可以分为两种方式：一种是利用超声波，另一种是水位开 关报警装置。后者的限制方式是把水位开关安装在集水井中，PLC获得来自水位开 关的信号，当信号达到了预先调试好的水位后，限制系统中的相应开关将会自动开 /停排水水泵”。另外的那种是把超声波液位计安装在集水井中,P LC获得来自集 水井中的超声波液位计的水位信号,然后由PLC限制系统来自动限制排水水泵的运 行。当检修水泵时为了能确保污水的正常排放，每一个排水泵（房）站基本上都 会装有备用的排水水泵。假如在集水井中很长一段时期不运行这些备用的水泵, 那么这些排水水泵中的电机的绝缘电阻就会有肯定量的下降，长此以往就会影响 到水泵的寿命和限制系统的正常运行。本文探讨的是后者的限制系统，即排水泵 站水位开关的自动限制系统。在本文中所论述的自控系统中，其它泵和备用水泵 同样的会投入运行。从许久角度看，这些水泵有着均衡的运行时间，这样使得本 设计的两台泵起到了互为备用的好用效果，并且本文列出了此设计的电气限制线路，梯形图程序。