基于PLC地鐵排水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、基于PLC地鐵排水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要地鐵排水系統(tǒng)是車站給排水及防災(zāi)系統(tǒng)的主要設(shè)施之一。及時(shí)排放車站內(nèi)部的積水, 對(duì)車輛的正常運(yùn)行及各類電器設(shè)備的保護(hù)有著重要意義。本系統(tǒng)采用西門子S7-200PLC的226CPU和擴(kuò)展模塊以及少量的中間繼電器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電-接觸器控制系統(tǒng)，以PLC梯形圖的“軟接線控制網(wǎng)絡(luò)”取代傳統(tǒng)的繼電器構(gòu)成的硬接線控制線路，對(duì)各蓄水池按設(shè)定指令進(jìn)行抽水，對(duì)各蓄水池水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。電機(jī)發(fā)生故障時(shí)及時(shí)報(bào)警并在一定時(shí)間后緊急停止系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)工藝的詳細(xì)分析，提出了對(duì)系統(tǒng)的控制要求，確定了系統(tǒng)的控制方案。本文設(shè)計(jì)了地鐵排水控制系統(tǒng)的軟件和硬件，有效的實(shí)現(xiàn)了地鐵排水系統(tǒng)的邏輯控

2、制、安全控制、故障診斷及其應(yīng)對(duì)措施。同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了泵、閥控制的自動(dòng)化和智能化，大大降低了電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，提高了自動(dòng)化程度和整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，本系統(tǒng)運(yùn)行可靠。關(guān)鍵詞：排水，PLC，順序控制，備用The design of subway drainage control system based on PLC Author: Yang Quanzhi Tutor: Ren Yanshuo AbstractThe system for the subway drainage is one of the main facilities to the disaster prev

3、ention system and the drainage system. Its important to vent seeper in the station in order to protect the subway system from be damaged. The system is controlled by the S7-200PLC produced by Siemens and the digital expansion module EM223 with some Intermediate relay to replace the traditional relay

4、-contact system, use the Soft control network wiring programmed by the PLC to pump the water from every pool and monitor the water level of them instead of the Hard-wired control circuit constituted by the traditional relay-contact ones. When the pump driver is in error, the alarm will be touched of

5、f at the same time. If this alarm be kept for some times, the system will be shut down. After analyze the crafts of the system carefully, the request and the plan were worked out. This Paper contains the design of the software and the hardware for the system, and achieve the logical, safety control,

6、 fault measurement and the key for every alarm of it. At the same time, the automation and the intelligent of the control of the pump and the valve has been achieved in this paper. Lower the complication level of the Electrical Control System. Higher the degree of automation and the reliability of t

7、he system. After the Simulation in the lab, our system is reliable.Key Words: Drainage, PLC, Sequence control,Standby 目 錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1 研究背景11.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀11.3 設(shè)計(jì)的目的及意義21.4問(wèn)題的提出及解決方法22 系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)42.1 系統(tǒng)控制的主要功能42.2系統(tǒng)控制工藝的確定43系統(tǒng)整體控制方案的選擇63.1系統(tǒng)控制方案的比較63.2控制器的選擇63.2.1 主流控制系統(tǒng)63.2.2 PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較63.3 系統(tǒng)

8、控制方案的確定84系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)104.1元器件的選型104.1.1 PLC的選型104.1.2 擴(kuò)展模塊的選擇114.1.3傳感器的選擇124.1.4閥門的選擇124.1.5泵的選擇144.1.6電機(jī)的選擇154.1.7接觸器的選擇154.1.8過(guò)載保護(hù)裝置154.2系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)174.2.1系統(tǒng)配電圖174.2.2電機(jī)控制線路圖184.2.3控制器外部接線205 系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)215.1軟件總流程圖215.2 PLC控制程序的設(shè)計(jì)22結(jié)論29致謝30參考文獻(xiàn)31附 錄331 緒論1.1 研究背景近年隨著城市化進(jìn)程的加快，城市人口急劇增多，國(guó)內(nèi)各大城市的地面交通均面臨著巨大的壓力，城市

9、軌道交通成為一種有效疏導(dǎo)地面人流和緩解交通堵塞的重要手段，目前已在國(guó)內(nèi)多個(gè)城市中建成并投入運(yùn)營(yíng)，且大多以地下鐵道為主。地鐵作為城市建設(shè)的大型基礎(chǔ)設(shè)施，不僅是城市公交客運(yùn)的骨干系統(tǒng),而且是作為城市建設(shè)和土地開發(fā)的支持系統(tǒng).地鐵現(xiàn)代化的發(fā)展，已成為城市交通現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。地鐵車站的排水設(shè)計(jì)是車站給排水及防災(zāi)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一, 及時(shí)排放車站內(nèi)部的積水, 對(duì)車輛的正常運(yùn)行及各類電器設(shè)備的保護(hù)有著重要意義。1地鐵車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)分為中央級(jí),車站級(jí)和就地級(jí)三級(jí)對(duì)車站設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控,在中央級(jí)和車站級(jí)進(jìn)行系統(tǒng)管理。車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)全線各個(gè)車站的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備、給排水設(shè)備、自動(dòng)扶梯、電梯、車站公共區(qū)照

10、明、廣告照明、車站事故照明電源、屏蔽門、人防密閉隔斷門等車站設(shè)備進(jìn)行全面且有效的自動(dòng)化監(jiān)控及管理,確保設(shè)備處于高效,節(jié)能,可靠的最佳運(yùn)行狀態(tài),創(chuàng)造一個(gè)舒適的地下環(huán)境；并能在火災(zāi)等災(zāi)害或阻塞事故狀態(tài)下,更好地協(xié)調(diào)車站設(shè)備的運(yùn)行,充分發(fā)揮各種設(shè)備應(yīng)有的作用,保證乘客的安全和設(shè)備的正常運(yùn)行。給排水系統(tǒng)包括給水系統(tǒng),消防用水供水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)。給排水,消防用水利用城市現(xiàn)有設(shè)施.地鐵沿線的雨水排入城市雨水系統(tǒng)；生活污水及廁所沖洗水經(jīng)化糞池處理后排入城市污水系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)滲透水,結(jié)構(gòu)排水,車站沖洗水,消防廢水均排入城市污水系統(tǒng)。1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀本課題主要研究對(duì)象為地鐵沿線的城市雨水系統(tǒng)參考上海地鐵工程的給

11、排水設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)的雨水系統(tǒng)部分：車站敞開式出入口的設(shè)計(jì)雨水量按照50年一遇的暴雨重現(xiàn)期計(jì)算。敞開式出入口的自動(dòng)扶梯下面設(shè)集水坑和雨水排出潛水泵，一備一用。集水坑的有效容積以大于最大一臺(tái)泵5 min流量計(jì)。泵提升雨水經(jīng)壓力窨井后，再排入市政雨水管道系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，以微處理器為核心的可編程序控制器(PLC)控制已逐步取代繼電器控制，普遍應(yīng)用于各行各業(yè)的自動(dòng)化控制領(lǐng)域。地鐵工程中雙線隧道長(zhǎng)度大于1km時(shí)，一般需要在上、下行隧道之間設(shè)置區(qū)間泵站，用于滲漏水排放。區(qū)間泵站設(shè)于區(qū)間隧道的最低軌位處?？刂圃瓌t：現(xiàn)場(chǎng)水位自動(dòng)控制、手動(dòng)控制，車站控制室集中控制，并在控制室內(nèi)設(shè)顯示排水泵工作狀

12、態(tài)和水位信號(hào)裝置。車站集水池水位控制：停泵水位、第一臺(tái)泵啟動(dòng)水位、第二臺(tái)泵啟動(dòng)水位及最高警戒水位。車站污水池水位控制：停泵水位、開泵水位、最高警戒水位。1.3 設(shè)計(jì)的目的及意義本課題主要采用穩(wěn)定性較好，編程，操作都比較簡(jiǎn)單的PLC控制系統(tǒng)來(lái)主導(dǎo)各個(gè)站點(diǎn)的排水控制。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，上海地鐵軌道網(wǎng)絡(luò)將會(huì)愈加復(fù)雜，繼電器控制已經(jīng)無(wú)法滿足各大地鐵站點(diǎn)的排水控制需求。排水系統(tǒng)，其重要性并不亞于列車機(jī)組工作的穩(wěn)定性。需要保持非常好的穩(wěn)定性，同時(shí)由于本排水系統(tǒng)所處工作環(huán)境惡劣。所以本課題的主要研究目的是利用PLC，開發(fā)一套運(yùn)行穩(wěn)定，便于監(jiān)控 ，自動(dòng)化程度高的系統(tǒng)以降低系統(tǒng)的維護(hù)成本，延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。

13、在未來(lái)的幾年中，隨著排水需求的增加，其強(qiáng)大的擴(kuò)展性能，完全可以滿足未來(lái)更多的I/O點(diǎn)的需求。 1.4問(wèn)題的提出及解決方法問(wèn)題的提出實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守穩(wěn)定執(zhí)行本系統(tǒng)處于地下，工作環(huán)境非常惡劣，不適合由人工控制。其次由于需要非常繁瑣的閥門開閉，電機(jī)啟動(dòng)等工作。雖然地鐵系統(tǒng)每天都有一定時(shí)間的關(guān)閉保養(yǎng)時(shí)間，但是本排水系統(tǒng)的保養(yǎng)時(shí)間并不隨地鐵系統(tǒng)的保養(yǎng)而關(guān)閉，保養(yǎng)時(shí)間不定，需要24小時(shí)不間斷處于待命或者工作狀態(tài)。這對(duì)人工操作需要有很高的體力消耗，不僅對(duì)操作工的身體有害，并且并不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。并且需要選擇能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境及具備較強(qiáng)穩(wěn)定性的控制器。便于遠(yuǎn)程監(jiān)控雖然本系統(tǒng)能夠在無(wú)人值守的狀態(tài)下完成工作，

14、但是機(jī)械的故障是不可避免的，并且為了便于維護(hù)人員能夠在不進(jìn)入其潮濕的工作環(huán)境下看到系統(tǒng)的工作狀態(tài)。面對(duì)大排水量需求的時(shí)候系統(tǒng)應(yīng)具備應(yīng)對(duì)方案當(dāng)出現(xiàn)一些客觀因素（如大暴雨，路面水管爆裂等）引起的大量排水需求時(shí)，系統(tǒng)需要有備用方案應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。問(wèn)題的解決方法選擇可無(wú)人值守且穩(wěn)定性高的控制器當(dāng)今世界工業(yè)自動(dòng)化控制，主要的控制系統(tǒng)一般為工業(yè)微機(jī)、PLC、繼電器控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)?？紤]到PLC控制的優(yōu)越性、穩(wěn)定性及其性價(jià)比。本系統(tǒng)采用PLC為控制器。系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控由于蓄水池會(huì)處于不同的水位以及水泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)會(huì)出現(xiàn)故障，與MCGS組態(tài)軟件聯(lián)機(jī)模擬現(xiàn)場(chǎng)的水位，閥門開啟情況以及抽水機(jī)組工作情況。達(dá)到監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)

15、的目的。面對(duì)大排量需求時(shí)的解決方法系統(tǒng)設(shè)置4個(gè)蓄水池，其中一個(gè)蓄水池設(shè)置為備用池，遇到大量排水需求而一臺(tái)抽水泵無(wú)法滿足需求時(shí)，啟動(dòng)備用蓄水池和備用抽水泵以緩解抽水壓力。2 系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)控制的主要功能為保證各水池順利排水，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行以下要求 有必要的電氣保護(hù)：根據(jù)實(shí)際情況采用過(guò)載短路兩種保護(hù)方式以保護(hù)電機(jī)不被損壞 需要設(shè)置水位顯示燈，便于監(jiān)控 兩臺(tái)主抽水泵實(shí)行兩班倒輪換制(即12小時(shí)輪換一次) 設(shè)置手動(dòng)控制方式，便于在系統(tǒng)的人工檢測(cè)維修 設(shè)置備用泵，備用池。以備緊急情況 各池閥門按一定順序啟閉2.2系統(tǒng)控制工藝的確定(1) 由于地鐵排水系統(tǒng)的地勢(shì)比地面排水溝低很多，不能自然排出。本系

16、統(tǒng)設(shè)置4個(gè)蓄水池(其中一池設(shè)為備用池)，每一個(gè)蓄水池都設(shè)置有水位傳感器。設(shè)置有低水，滿水兩個(gè)狀態(tài)。當(dāng)水位達(dá)到不同狀態(tài)時(shí)，設(shè)置有聲光輸出信號(hào)。(2) 4號(hào)池即備用池是一個(gè)比較特殊的蓄水池，系統(tǒng)啟動(dòng)以后排水閥門和進(jìn)水閥門均不打開，當(dāng)其他三個(gè)蓄水池都發(fā)出滿水信號(hào)時(shí)，該池進(jìn)水閥門打開，同時(shí)備用泵啟動(dòng)，滿水后開閥排水。(3) 除備用池外任意池中水位為滿水時(shí)，滿水指示燈亮同時(shí)打開排水閥門，關(guān)閉進(jìn)水閥門。(4) 為保證主泵的使用壽命，實(shí)行2臺(tái)主泵兩班制工作。(5) 當(dāng)所有池處于無(wú)水狀態(tài)時(shí)，處于工作時(shí)間的主泵停止工作，當(dāng)任意一池處于滿水狀態(tài)時(shí)，此班主抽水泵啟動(dòng)并保持工作狀態(tài)。(6) 停止：設(shè)置有維修狀態(tài)的停止

17、按鈕，按鈕觸發(fā)最后一次排水信號(hào)，所有進(jìn)水閥門關(guān)閉，排水閥門打開,一號(hào)電機(jī)和備用電機(jī)啟動(dòng)抽水5分鐘后系統(tǒng)自動(dòng)停止工作。(7) 系統(tǒng)安全：電機(jī)發(fā)生故障時(shí),系統(tǒng)不可繼續(xù)執(zhí)行抽水工作。關(guān)閉所有進(jìn)水閥門和排水閥門,系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警,報(bào)警30分鐘后自動(dòng)斷電。(8) 本系統(tǒng)除了對(duì)系統(tǒng)的邏輯順序，電機(jī)，排水泵的功率等有較高的要求外，對(duì)排水管道的排布等也有一定要求，主排水管道排量需要大于單個(gè)蓄水池排水管道，否則備用機(jī)組將起不到作用。其次，主進(jìn)水管道的排布在平均進(jìn)水量的狀態(tài)時(shí)會(huì)存在3個(gè)主蓄水池同時(shí)報(bào)滿的情況，此情況應(yīng)盡量避免。排布情況可參考圖2-1。但當(dāng)進(jìn)水量比較大時(shí)，進(jìn)水主管道排量應(yīng)大于水池進(jìn)水管道的排量。若遇到大

18、排量排水需求時(shí)，二號(hào)池將會(huì)來(lái)不及進(jìn)水，溢出的廢水將會(huì)進(jìn)入三號(hào)蓄水池。 圖2-1 管道排布示意圖3系統(tǒng)整體控制方案的選擇3.1系統(tǒng)控制方案的比較(1) 按順序依次抽水顧名思義，即按照固定順序抽水，此抽水方案只需按照順序抽出各個(gè)蓄水池中的水即可，但是各個(gè)蓄水池達(dá)到滿水狀態(tài)是隨機(jī)的，若此池仍然在排隊(duì)中，則會(huì)耽誤抽水的時(shí)間，此系統(tǒng)無(wú)法面對(duì)大量的隨機(jī)突發(fā)情況。(2) 按先滿先抽原則抽水設(shè)置有一個(gè)蓄水池作為備用池，平時(shí)關(guān)閉。前三個(gè)蓄水池池滿情況隨機(jī)，達(dá)到滿水狀態(tài)則開閥排水，同時(shí)為了提高抽水泵的使用效率，采取了滿水即開排水閥，無(wú)水則開進(jìn)水閥的模式，使系統(tǒng)更具有靈活應(yīng)變的能力。綜合以上2種抽水方案，考慮到本系

19、統(tǒng)的實(shí)際需求，選擇按照先滿先抽原則抽水的方案。3.2控制器的選擇3.2.1 主流控制系統(tǒng)(1) PLC控制系統(tǒng)(2) 繼電器控制系統(tǒng)(3) 集散控制系統(tǒng)(4) 工業(yè)微機(jī)控制系統(tǒng)3.2.2 PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較（1）與繼電器控制系統(tǒng)的比較傳統(tǒng)的繼電器控制只能進(jìn)行開關(guān)量的控制，而PLC既可進(jìn)行開關(guān)量控制，又可進(jìn)行模擬量控制，還能與計(jì)算機(jī)聯(lián)成互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)控制。在PLC的編程語(yǔ)言中，梯形圖是使用最廣泛的語(yǔ)言。梯形圖與繼電器控制原理圖十分相似，沿用了繼電器控制電路的元件符號(hào)，僅個(gè)別地方有些不同。PLC與繼電器控制系統(tǒng)相比主要有以下幾點(diǎn)區(qū)別： 組成的器件不同。繼電器控制線路是由許多硬件繼電器

20、組成的，而PLC則是由許多“軟繼電器”組成。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)本來(lái)有很強(qiáng)的抗干擾能力，但其用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，因物理性能疲勞、塵埃的隔離型及電弧的影響，系統(tǒng)可靠性大大降低。2PLC采用無(wú)機(jī)械出點(diǎn)的邏輯運(yùn)算微電子技術(shù)，復(fù)雜的控制由PLC內(nèi)部運(yùn)算器完成，故壽命長(zhǎng)、可靠性高。 觸點(diǎn)的數(shù)量不同。繼電器的觸點(diǎn)數(shù)較少，一般只有48對(duì)；而“軟繼電器”可供編程的觸點(diǎn)數(shù)有無(wú)限對(duì)。 控制方法不同。繼電器控制系統(tǒng)是通過(guò)元件之間的硬件接線來(lái)實(shí)現(xiàn)的，控制功能就固定在線路中。PLC控制功能是通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，只要改變程序，功能即可改變，控制非常靈活。 工作方式不同。在繼電器控制線路中，當(dāng)電源接通時(shí)，線路中各繼電器都

21、處于受制約狀態(tài)。在PLC中，各“軟繼電器”都處于周期性循環(huán)掃描接通中，每個(gè)“軟繼電器”受制約接通的時(shí)間是短暫的。（2）與集散控制系統(tǒng)的比較PLC由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，而集散控制系統(tǒng)由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)。不論是PLC還是集散系統(tǒng)，在發(fā)展過(guò)程中，而這始終是相互滲透、互為補(bǔ)充的。因此，PLC與集散控制系統(tǒng)的法杖越來(lái)越接近，很多工業(yè)生產(chǎn)地控制過(guò)程既可以用PLC實(shí)現(xiàn)，也可以用集散系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)（3）與工業(yè)微機(jī)控制系統(tǒng)的比較工業(yè)微機(jī)在要求快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、模型復(fù)雜的工業(yè)控制中占有優(yōu)勢(shì)。但是，使用工業(yè)微機(jī)的人員技術(shù)書評(píng)要求較高，一般應(yīng)具有一定得計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)。另外，工業(yè)微機(jī)在整機(jī)結(jié)構(gòu)上尚不能適應(yīng)惡劣的

22、工作環(huán)境，抗干擾能力及適應(yīng)性差，這就是工業(yè)微機(jī)用在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制的致命弱點(diǎn)。工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的電磁輻射干擾、機(jī)械振動(dòng)、溫度及濕度的變化以及超標(biāo)的粉塵，每一項(xiàng)足可以使工業(yè)微機(jī)不能正常工作。PLC針對(duì)工業(yè)順序控制，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有很高的可靠性。PLC在電路布局、機(jī)械結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計(jì)各方面決定了PLC的高抗干擾能力。電路布局方面的主要模塊都采用大規(guī)模與超大規(guī)模的繼承電路，在輸入輸出系統(tǒng)中采用完善隔離等的通道保護(hù)功能；在電路機(jī)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、防塵及防震等各方面都做了周密的考慮；在電路硬件方面采用了隔離、屏蔽、濾波及接地等抗干擾技術(shù)；在軟件上采用了數(shù)次濾波及循環(huán)掃描、成批輸入、成批輸出處理技術(shù)。所有這些都使PLC

23、具有非常高的抗干擾能力，從而使PLC絕對(duì)不會(huì)出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。由于PLC的品種、型號(hào)、規(guī)格、功能各不相同，綜合多種因素考慮，本設(shè)計(jì)選擇了德國(guó)西門子公司的一種小型可編程控制器S7-200系列可編程控制器。3SIMATIC S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性價(jià)比。3.3 系統(tǒng)控制方案的確定系統(tǒng)控制方案如圖2-2所示，各個(gè)池，抽水機(jī)組以及閥門的動(dòng)作均由主控制器控制。抽水機(jī)組按照指令將蓄水池中的廢水抽出并排至指定的排水溝中。每臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)控制器都有故障

24、報(bào)警的連接。為便于對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控，監(jiān)控器對(duì)外不僅有聲光輸出，還能夠與遠(yuǎn)程PC終端進(jìn)行連接。圖2-2 系統(tǒng)控制方案圖4系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)4.1元器件的選型4.1.1 PLC的選型(1) 由表3-1可知，本系統(tǒng)所需的I/O接口需要37個(gè)點(diǎn)，其中輸入13個(gè)點(diǎn)，輸出需要24個(gè)點(diǎn)，選擇西門子S7-200 CPU226型PLC，具有24入/16出，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)；13 KB程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；6個(gè)獨(dú)立的30 kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20 kHz高速脈沖輸出，具有比例、積分、微分(PID)控制器；2個(gè)RS485通信-編程口，具有PPI通信協(xié)議、MPI

25、通信協(xié)議和自由方式通信能力；I/O端子排可很容易地整體拆卸。它是西門子S7-200系列中功能最強(qiáng)的單元，可完全滿足一些中小型復(fù)雜控制系統(tǒng)的要求。表3-1輸入點(diǎn)功能輸出點(diǎn)功能I0.0池1滿水檢測(cè)Q0.0池1排水閥門I0.1池1無(wú)水檢測(cè)Q0.1池1進(jìn)水閥門I0.2池2滿水檢測(cè)Q0.2池2排水閥門I0.3池2無(wú)水檢測(cè)Q0.3池2進(jìn)水閥門I0.4池3滿水檢測(cè)Q0.4池3排水閥門I0.5池3無(wú)水檢測(cè)Q0.5池3進(jìn)水閥門I0.6池4滿水檢測(cè)Q0.6池4排水閥門I0.7池4無(wú)水檢測(cè)Q0.7池4進(jìn)水閥門I1.0一號(hào)電機(jī)故障檢測(cè)Q1.0一號(hào)電機(jī)I1.1二號(hào)電機(jī)故障檢測(cè)Q1.1二號(hào)電機(jī)I1.2三號(hào)電機(jī)故障檢測(cè)Q1

26、.2三號(hào)電機(jī)I1.3停止Q1.3池1滿水I1.4啟動(dòng)Q1.4池1無(wú)水I1.5Q1.5池2滿水I1.6Q1.6池2無(wú)水I1.7Q1.7池3滿水I2.0Q2.0池3無(wú)水Q2.1池4滿水Q2.2池4無(wú)水Q2.3一號(hào)電機(jī)工作時(shí)間指示燈Q2.4二號(hào)電機(jī)工作時(shí)間指示燈Q2.5一號(hào)電機(jī)故障報(bào)警Q2.6二號(hào)電機(jī)故障報(bào)警Q2.7三號(hào)電機(jī)故障報(bào)警系統(tǒng)I/O分配表Table Of I/O Distribution根據(jù)實(shí)際情況判斷，需要增加擴(kuò)展模塊。(2) S7-200系列的特點(diǎn) 極高的可靠性 極豐富的指令集；易于掌握 便捷的操作 豐富的內(nèi)置集成功能 實(shí)時(shí)特性 強(qiáng)勁的通訊能力 豐富的擴(kuò)展模塊4.1.2 擴(kuò)展模塊的選擇

27、數(shù)字量擴(kuò)展模塊為使用除了本機(jī)繼承的數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)外更多的輸入/輸出提供了途徑。用戶使用該模塊有下列優(yōu)勢(shì)：(1) 最佳適應(yīng)性 用戶可風(fēng)別對(duì)PLC及任何擴(kuò)展模塊的混合體進(jìn)行組態(tài)以滿足應(yīng)用的實(shí)際要求，同時(shí)節(jié)約不必要的投資費(fèi)用。可提供8、16、32個(gè)輸入/輸出點(diǎn)的模塊使用(2) 靈活性 很容易地?cái)U(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)。當(dāng)應(yīng)用范圍擴(kuò)大需要更多輸入/輸出點(diǎn)時(shí)，PLC可以增加I/O點(diǎn)數(shù)。根據(jù)實(shí)際情況選用EM223型8輸入8輸出繼電器輸出數(shù)字?jǐn)U展模塊4.1.3傳感器的選擇采用SKYWEAL的LSYZ-6型側(cè)裝浮球開關(guān)（圖3-1所示）每個(gè)蓄水池在滿水位和無(wú)水水位分別安裝一個(gè)，可分別發(fā)出脈沖。LYZ系列側(cè)裝型小尺寸單

28、點(diǎn)液位開關(guān)。這種低價(jià)位的開關(guān)適合于在小容器的應(yīng)用中大量使用。工程塑料的構(gòu)造提供了與水、油和化學(xué)物質(zhì)的廣泛兼容性4。 (1) 開關(guān)額定值：SPST，20VA (2) 引線規(guī)格：No.22 AWG (3) 安裝方式：水平 (4) 開關(guān)操作 (5) 工作電壓：DC24V按照安裝位置的不同，這些開關(guān)上的浮子隨液位的上升或下降而移動(dòng)。將開關(guān)旋轉(zhuǎn)180°，開關(guān)的動(dòng)作可以是N.O.(常開)或N.C.(常閉)。開關(guān)安裝表面的箭頭向上時(shí)表示N.O.(常開)圖3-1 水位開關(guān)Figure 3-1 Water level switch4.1.4閥門的選擇(1) 閥門的選型產(chǎn)品名稱: 不銹鋼法蘭電磁閥 ；產(chǎn)

29、品型號(hào): ZBSF-2；產(chǎn)品類別: 電磁閥；選擇公稱直徑為：150MM工作電壓AC220V(2) 用途ZBSF系列全不銹鋼電磁閥是工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化控制系用的執(zhí)行器。它在接受電控信號(hào)后能自動(dòng)開啟或關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道中的液體介質(zhì)的通斷或流量調(diào)節(jié)控制。本系列電磁閥可廣泛地應(yīng)用于紡織、印刷、化工、塑料、橡膠、制藥、食品、建材、機(jī)械、電器、表面處理等生產(chǎn)和科研部門以及浴室、食堂、空調(diào)等人們?nèi)粘Ｉ钤O(shè)施中。ZBSF-Y系列電磁閥主要用于腐蝕性液體、超凈液體和食用液體等液體介質(zhì)的控制。ZBSF系列電磁閥主要用于腐蝕氣體、超凈氣體等氣體介質(zhì)的控制。(3) 結(jié)構(gòu)原理ZBSF不銹鋼電磁閥為分步動(dòng)作直接先導(dǎo)式電磁閥，根

30、據(jù)斷電時(shí)所處開關(guān)狀態(tài)的不同，可分為常閉電磁閥和常開電磁閥。常閉電磁閥，線圈通電后銜鐵在電磁力作用下先帶動(dòng)副閥工啟，主閥在所形成的介質(zhì)壓差和電磁力的作用下而開啟。線圈斷電，銜鐵部件復(fù)位，主副閥利用介質(zhì)壓力而緊密關(guān)關(guān)閉5。常開電磁閥，線圈通電后，銜鐵在磁力作用下下移，推動(dòng)副閥閥塞下移，直到和副閥座壓緊，副閥關(guān)閉，由于主閥閥杯上下壓差趨于相等，主閥閥杯由磁力和自重壓緊緊密封面，閥門關(guān)閉。線圈斷電，磁力為零，銜鐵和副閥閥塞由彈簧作用上升，副閥打開，主閥閥杯內(nèi)介質(zhì)經(jīng)副閥流走，壓力下降，主閥閥杯由下下壓差作用向上升起，主閥打開，閥門開啟。(4) 主要特點(diǎn) 耐蝕：絕大部分零件用不銹鋼或鑄造不銹鋼制成，防腐蝕

31、性能良好。 耐熱：電磁部分、密封件全部采用特種耐高溫電工材料和密封材料，并采用了有效的隔熱措施。 耐磨：選材合理，閥杯和導(dǎo)向套間巧妙地利用流體的潤(rùn)滑作用，減少磨損。 可靠：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、融合了直動(dòng)式和先導(dǎo)間接式電磁閥的優(yōu)點(diǎn)，在低壓差或壓差為零情況下也能可靠工作。 圖3-2 閥門結(jié)構(gòu)圖Figure 3-2 Drawing of Vavle4.1.5泵的選擇(1) 名稱及型號(hào)WQ系列高效節(jié)能無(wú)堵塞排污泵； 40-15-30-2.2其排水口徑為40mm;流量為15m3/h;揚(yáng)程30m;額定功率2.2Kw;額定轉(zhuǎn)速2840r/min;工作效率為48%。(2) 泵的主要特點(diǎn) 無(wú)堵塞 高效率 節(jié)能顯著

32、可配置控制柜 不須專人看管 極大的排污能力 安全連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng) 該泵是引進(jìn)國(guó)外高效節(jié)能無(wú)堵塞排污泵先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本單位技術(shù)力量研制而成，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)同類產(chǎn)品水平。由于采用獨(dú)特的單通道葉輪、動(dòng)密封采用兩組特殊材料的硬質(zhì)合金機(jī)械密封裝置。電機(jī)用油室隔開，具有無(wú)堵塞、高效率、節(jié)能顯著，是我國(guó)泵類更新?lián)Q代的最新產(chǎn)品，深受用戶歡迎和好評(píng) 應(yīng)用范圍：該泵最大優(yōu)點(diǎn)能輸送含有固體顆粒和含有纖維材料的污水，不堵塞、不纏繞。適用于輸送工業(yè)廢水和城市生活污水，還可用作疏水泵、紙漿泵、過(guò)過(guò)濾沖洗冷凝循環(huán)泵，灌溉用泵等污水處理場(chǎng)合也可用于抽送清水6。4.1.6電機(jī)的選擇與單相異步電動(dòng)機(jī)相比，三相異步電動(dòng)機(jī)

33、運(yùn)行性能好，并可節(jié)省各種材料。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，三相異步電動(dòng)機(jī)可分為籠式和繞線式兩種。籠式轉(zhuǎn)子的異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、重量輕、價(jià)格便宜，得到了廣泛的應(yīng)用，其主要缺點(diǎn)是調(diào)速困難7。電機(jī)型號(hào)Y90L-2;額定功率：2.2kw；額定轉(zhuǎn)速：2840r/min；額定電流：4.7A；效率82%；功率因數(shù)：cos=0.86；堵轉(zhuǎn)電流：7.0A；堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：2.2；最大轉(zhuǎn)矩：2.2由于本系統(tǒng)僅控制電機(jī)的啟停與工作狀態(tài)的保持，只需讓電機(jī)保持在額定功率的運(yùn)行即可。故選用成本較低的鼠籠式三相異步電機(jī)。4.1.7接觸器的選擇(1) 交流接觸器的特點(diǎn)：交流接觸器廣泛用于電力傳動(dòng)系統(tǒng)中，作為頻繁或分?jǐn)鄮ж?fù)荷電路的控

34、制電器，交流接觸器為電動(dòng)操作，所以適合于遠(yuǎn)距離操作及自動(dòng)控制系統(tǒng)。交流接觸器不具有過(guò)電流保護(hù)功能，因此在線路中使用需要與帶有過(guò)電流保護(hù)功能的電器配合使用。如配合熔斷器、動(dòng)空氣斷路器、熱繼電器等。交流接觸器由電磁系統(tǒng)、觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置及機(jī)構(gòu)附件組成。電磁系統(tǒng)包括電磁線圈和靜、動(dòng)鐵芯。(2) 接觸器的選型查新簡(jiǎn)明電工手冊(cè)選擇CJXIF-9型交流接觸器8主要技術(shù)參數(shù): 額定電流:9A 線圈控制電壓：220V 可控電動(dòng)機(jī)的最大功率4KW 操作頻率1000次/時(shí) 機(jī)械壽命150000次4.1.8過(guò)載保護(hù)裝置(1) 繼電器保護(hù)繼電器是一種基本的電氣設(shè)備，它用來(lái)打開或關(guān)閉一定數(shù)量互相獨(dú)立的電路。這種操作是

35、利用由電壓控制的線圈繞組所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 繼電器的種類繁多，各種強(qiáng)電弱電，低壓高壓的電氣控制和保護(hù)都離不開繼電器，隨著科技的發(fā)展，出現(xiàn)了很多新型繼電器。都是一般生產(chǎn)領(lǐng)域的繼電器變化沒(méi)有那么快，傳統(tǒng)的繼電器控制操作還是必不可少的。繼電器作為一個(gè)控制電器來(lái)講，它有兩個(gè)主要部分：一個(gè)是控制系統(tǒng)(又叫輸入回路)；另一個(gè)是被控制系統(tǒng)(又叫輸出回路)。繼電器之所以能起自動(dòng)控制作用，是因?yàn)楫?dāng)它的控制系統(tǒng)中輸入的某信號(hào)(輸入量)，如電、磁、光、熱等物理量，達(dá)到某一定值時(shí)，能使輸出回路的被控制量(輸出量)跳躍式的由零變化到一定值(或由一定位突跳到零)。我們把這種能自動(dòng)使被控制量發(fā)生跳躍變化的控制元件稱為

36、繼電器。(2) 繼電器保護(hù)裝置的選擇型號(hào)：MiCOM P24同步、異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)A. 主要特點(diǎn)： 數(shù)字光耦，電壓可整定 開入、開出和LED功能自定義 圖形化可編程邏輯 TA額定值1/5A自適應(yīng) 帶事件記錄、故障記錄及故障錄B. 功能配置電動(dòng)機(jī)差動(dòng)保護(hù);短路保護(hù)；接地故障保護(hù)；靈敏接地故障保護(hù)；熱過(guò)負(fù)荷保護(hù)；負(fù)序過(guò)流保護(hù)；逆功率保護(hù)；低電壓保護(hù)；過(guò)電壓保護(hù)；零序電壓保護(hù)；頻率保護(hù)；電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)；失步保護(hù)；啟動(dòng)次數(shù)限制；RTD輸入、mA量輸入輸出9。C. 主要技術(shù)參數(shù) 工作電壓： 110-250V 交流電流額定值:5A 交流電壓額定值：100-120V 頻率額定值： 50Hz, 60Hz 定值精

37、度： 2% 電流過(guò)載能力：4In連續(xù)；100In,1s 電壓過(guò)載能力：2Un連續(xù)；2.6Un,10s 通信規(guī)約： Mod bus , Courier, IEC 103(3) 中間繼電器的選擇選擇JZ7-62中間繼電器適用于交流50Hz或60Hz，交流電壓至380V，直流電壓至220V的控制電路中，用來(lái)控制各種電磁線圈，以使信號(hào)放大或?qū)⑿盘?hào)同時(shí)傳遞給有關(guān)控制元件。繼電器符合GB14048。5-1993、IEC60947-5-1修正件No.1（1999）。A. 正常工作條件及安裝條件 海拔不超過(guò)2000M 周圍空氣溫度上限值不超過(guò)40，下限值不低于-5。 空氣的相對(duì)濕度不大于85% 與垂直面的傾斜

38、度不超過(guò)5° 無(wú)顯著搖動(dòng)和沖擊振動(dòng)地方 在無(wú)爆炸危險(xiǎn)的介質(zhì)中，且介質(zhì)中無(wú)足以腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體和塵埃（包括導(dǎo)電塵埃）B. 結(jié)構(gòu)特征 繼電器的結(jié)構(gòu)為開啟型、空氣電磁式，動(dòng)作結(jié)構(gòu)為直動(dòng)式，產(chǎn)品軀殼用熱固體性塑料制成，整個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便。 繼電器的觸頭系統(tǒng)為雙斷點(diǎn)橋式結(jié)構(gòu)，分上、下兩層排列，每層各裝四對(duì)觸點(diǎn)。 為減輕繼電器在閉合過(guò)程中的鐵芯撞擊和觸頭振動(dòng)，鐵芯采用彈性固定，有利于使用壽命的延長(zhǎng)。繼電器的接線端采用瓦型墊圈，接線方便可靠。C. 技術(shù)參數(shù)型號(hào) JZ7-62;額定電壓交流380V; 直流220V; 消耗功率啟動(dòng)75V*A; 吸持13V*A; 操作頻率1200次/H;外形

39、尺寸/mm 60X52X90 54X30/2-5。4.2系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)4.2.1系統(tǒng)配電圖如圖4-3所示為系統(tǒng)主回路配電圖，各個(gè)抽水泵都有獨(dú)立電源，相互不會(huì)干涉。PLC電源需要使用380V/220V變壓器。圖4-3 系統(tǒng)配電圖Figure 4-3 System main circuit4.2.2電機(jī)控制線路圖如圖3-4所示為每臺(tái)電機(jī)獨(dú)立的配電線路，KM5,KM6,KM7分別為控制電機(jī)啟停的中間繼電器。同時(shí)由于1，2號(hào)電機(jī)實(shí)行24小時(shí)輪班制，所以KM5與KM6之間設(shè)計(jì)了互鎖（圖4-5）以確保兩臺(tái)電機(jī)不會(huì)在同一時(shí)間啟動(dòng)以延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命。圖4-4 電機(jī)控制線路圖（1）Figure4-4 Moto

40、r control circuit（1）圖4-5 電機(jī)控制線路圖（2）Figure 4-5 Motor control circuit（2）4.2.3控制器外部接線如圖4-6所示為本系統(tǒng)所采用的西門子S7-200 CPU226及其擴(kuò)展模塊EM233的外部接線圖。圖4-6 PLC外部接線圖Figure 4-6 PLC Outside connection圖4-7 閥門控制接線圖如圖4-7所示，每一個(gè)蓄水池所在閥門均由PLC獨(dú)立控制。5 系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)5.1軟件總流程圖圖5-1 軟件總流程圖如圖5-1所示為系統(tǒng)軟件總流程圖。當(dāng)系統(tǒng)上電后，立刻進(jìn)入自檢狀態(tài)，在電機(jī)機(jī)組沒(méi)有故障的情況下系統(tǒng)可以正常啟

41、動(dòng)，若出現(xiàn)任何故障，立刻出發(fā)報(bào)警子程序，由工作人員調(diào)試后再啟動(dòng)。若系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)誤報(bào)警情況，可使用系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕人工取消，若在取消后繼續(xù)報(bào)警則需要進(jìn)行檢查維修。按下系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕之后，對(duì)系統(tǒng)的閥門，工作機(jī)組進(jìn)行初始化后各個(gè)子程序啟動(dòng)開始進(jìn)入正常工作狀態(tài)，2臺(tái)主電機(jī)實(shí)行兩班制不間斷工作以保證時(shí)刻都能抽水。若在抽水過(guò)程中發(fā)生故障則立刻出發(fā)報(bào)警子系統(tǒng)。5.2 PLC控制程序的設(shè)計(jì)(1) 主程序：圖5-2 主程序主程序（圖5-2）為本系統(tǒng)控制的根本，系統(tǒng)上電后自動(dòng)定義填表的長(zhǎng)度，由于系統(tǒng)在閑時(shí)不啟動(dòng)電機(jī)，此時(shí)當(dāng)有蓄水池進(jìn)行填表動(dòng)作時(shí)，電機(jī)才會(huì)有啟動(dòng)的條件。系統(tǒng)上電的同時(shí)進(jìn)行電機(jī)機(jī)組的自檢，若出現(xiàn)短路情況系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警子程序。當(dāng)系統(tǒng)通過(guò)自檢以后開始運(yùn)行各子程序，系統(tǒng)正常工作。當(dāng)操作人員按下停止按鈕后系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行停止子程序。(2) 子程序1：滿水填表子程序圖5-3 滿水填表子程序如圖5-3所示為滿水檢測(cè)部分子程序。當(dāng)任意蓄水池水位開關(guān)報(bào)滿水信號(hào)時(shí)，此池的滿水信號(hào)燈亮，無(wú)水信號(hào)燈滅，同時(shí)進(jìn)行填表動(dòng)作，為后續(xù)子程序做準(zhǔn)備。子程序2：閥門控制子程