基于西门子plc与wincc的城市排水监控系统设计本科生毕业论文(编辑修改稿)

基于西门子plc与wincc的城市排水监控系统设计本科生毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

PLC 里面去， PLC 正常工作的时候，就会按照用户所编写的程序，有逻辑的执行各个指令。 PLC 是按照从上至下，从左往 右来执行程序的，每个循环完成花费的时间叫做扫描周期。 PLC 的型号有很多中，基本上扫描周期也不一样，一般都是一到几十微秒不等。 我们一般都用梯形图的方法来为 PLC 编程，初学者也比较容易上手。 PLC 的优势也很明显，比如体积小，能实时监控程序的运作，寿命长，不易损坏，而且方便维护。 随着科技力量的发展， PLC 的功能也更加的完善了，现实中大量的产业都有应用到。 PLC 作为控制器的系统已经逐步取代传统的继电器作为控制器系统了， PLC 的特点主要有： 硬件的可靠性 PLC 可以在非常差的工作环境下工作，一个 合格的 PLC 能够有效的抗击噪音、电磁、震动、潮湿、高低温等干扰。 PLC 自身就有很高的抗干扰性，非常的稳定可靠，一般来说，系统中的大多数故障都出现在 PLC 的外部，比如输入的开关与按钮及传感器上，输出的端子上，所以这样在排出故障的时候会非常的简易。 编程简单，使用方便 利用单片机作为核心的自动控制系统，通常使用汇编语言或者 C 语言编程，需要用户有一定的专业基础，初学者很难入手。 相比而言， PLC 的编程方法就很容易掌握。 通常的 PLC 编程都是使用梯形图编程的方法，个人感觉思路跟平常设计传统的继电线路系统是一 样的，而且指令也可以直接调用，编程软件一般还自带帮助说明书，只要有点电天津职业技术师范大学 20xx 届本科生毕业论文 5 气基础的用户都很容易上手，程序的调试或修改也很轻松，非常的方便。 接线简单 与传统继电器系统相比， PLC 的接线很简单方便，把开关或者按钮之类的输入元件跟 PLC 所对应的 I 口相连，把接收输出信号的元器件跟 PLC 所对应的 O 口相连，再把PLC 接进电源。 除此之外，根据实际的需求，改变 PLC 的 I/O 接线也很方便，不像传统继电线路那么繁琐。 接线非常少，而且改动很方便。 安装简易，维护方便 传统的继电器系统需要很大的空间，而 PLC 的体积很小， PLC 控制系统所需的空间也非常小，连接也很方便，只要输入 /输出设备和 PLC 自身 I/O 口相连就可以了。 所以，以现在的 PLC 技术，已经完全可以适应城市排水系统的环境了。 采用 PLC 作为城市排水监控系统的控制器，实时监控，覆盖面大，效率高，这些都能满足本设计的控制邀请，而且比其它几种控制器优秀。 天津职业技术师范大学 20xx 届本科生毕业论文 6 3 城市排水泵站监控系统控制要求 城市排水监控系统构成 当今，各个城市的发展情况不同，所用的城市排水系统也截然不同，传统的继电器控制和先进的 PLC 控制都有运用到。 而根据本设计的城市排水泵 站监控的工艺特点和要求，主要采用了采用基于现场总线技术的 PLC 网络控制系统。 本设计是基于西门子 PLC的城市排水计算机监控系统，其中 PLC、 WINCC 以及实际设备是主要组成部分。 图 31为系统结构图。 图 31 系统结构图 在本设计中， PLC 是核心器件，它起着主导作用， PLC 主要控制现场设备的正常运作，并且及时的把信息发送到工作站操作操作设备上和 WINCC 监控站监控画面中去，在设计中，比如水位的检测、指示灯的显示、开关按钮起停信号、水泵起停控制，继 电器的闭合与断开、电磁阀的通断和变频器运行频率等等。 WINCC 监控系统主要是起到将 PLC 输送过来的信号数据显示在监控画面内，以便工作人员得到现场的第一时间内所有数据信号，比如指示灯的亮灭、阀门的开关，液位的数值显示以及水泵的运行状态等等， WINCC 在监控现场设备的正常运作的同时，他还能向现场发送一些数据信号，比如控制按钮开关和阀门的打开或闭合等等。 在 WINCC 监控天津职业技术师范大学 20xx 届本科生毕业论文 7 软件内，我们可以清楚的看到现场设备的工作情况，而且也可以发送数据到 PLC 紧急停止控制设备，起到保护作用。 城市排水泵站监控系统控制要求 本次设计基于西门子 PLC 和 WINCC 仿真，用模拟传感器和模拟开关等外部设备将城市排水监控过程中的信号处理后送到处理器将其处理，由 PLC 对数据进行运算处理，然后控制现场设备的运行来完成城市排水泵站监控控制系统的自动化高效运作、准确的操作。 本设计的控制系统是全自动控制的，启动 WINCC 仿真运行后，只要启动开始按钮，PLC 将通过 step7 软件所编写的相应程序对城市下水道排水过程进行控制，通过输出继电器的动作来控制水泵的起停和管道阀门关和开的监控，指示灯的亮灭来实现完成对系统状态的显示，并且通过模拟量模 块的模拟采集模拟信号，对所有水灌水位的监控和下水管道畅通情况。 本设计基于西门子 S7300 和 WINCC，大概控制要求如下： （ 1）当按下启动按钮后，运行指示等亮起，在 WINCC 仿真监控系统内设立了雨水集水、工业排放废水集水和生活废水集水，并且在三种水排入集水池前设立了三个对应的管道堵塞控制阀门，一旦模拟管道堵塞，控制阀门立即关闭，并且报警提示工作人员，对应管道内出现堵塞现象，提示处理。 （ 2）在 2 个集水池的进水灌设立 2 个紧急进水阀，此阀门的作用是当集水池 A 或 B的水位过高，即将满出，紧急关闭，而 另一个集水池 B 或 A 阀门打开进水，缓解下水道的水位。 （ 3）每个集水池都配备 2 个排水泵，一个运行，一个备用，以防水泵出现故障，却不能及时排水，并且在监控画面内监控到水泵的运行频率，排水泵的运行频率是根据集水池的水位来控制的。 集水池中，到了一定水位，集水池排水泵才运行，并且定时停机。 在排水泵出现故障时，监控画面内的报警指示灯会亮起，提示工作人员排水泵出现故障。 （ 4）在总水池排水过程中，设置了 3 个排水泵，而 3 个排水泵对应的排水泵。 其中一号总池排水泵和二号总池排水泵是相互切换运行的，而总池紧急排水泵是 根据总池水位来启动和停止的。 （ 5）在总集水池的水位低于一定水位时，三个排水泵都不运行，当水位高于低水位界线时，一号总池排水泵自动启动，并且运行一定时间内，自动停止降温冷却，切换到二号总池排水泵自动启动，并且也运行一定时间内，自动停止降温冷却，又切换到一号总池排水泵自动启动，只要总集水池的水位不低于低水位接线，一号总池集水泵和二号总池集水泵循环切换运行。 （ 6）当总集水池水位高于高水位界线时，系统报警灯报警提示工作人员，总集水池水位过高，并且系统自动发送信号启动总池紧急排水泵，直到水位降到安全水 位线时，天津职业技术师范大学 20xx 届本科生毕业论文 8 紧急排水泵自动停止，保证系统安全运行。 根据以上控制要求，设计出一套完整的城市排水泵站监控系统示意图，如下图 32示意图所示。 图 32 城市排水系统示意图 城市排水泵站监控系统流程图 在城市排水泵站计算机监控系统中，根据设计思路，设计出排水泵站运行的流程。 在城市排水系统中，首先启动 WINCC 仿真和 step7 程序仿真时，仿真 PLC 会先复位各个水池水位、阀门的关闭、水泵的停止以及指示灯的复位等等，下图 33 为城市排水泵站监控系统的复位初始化流程图。 图 33 系统复位 在 城市排水泵站监控系统数据复位后，可以模拟选择按下雨水、工业废水和生活废水的模拟按钮，当按下雨水按钮后， PLC 会进入判断，先检测管道是否堵塞，如果没有天津职业技术师范大学 20xx 届本科生毕业论文 9 出现堵塞，那么打开进水阀，向集水池进水，同样，模拟工业废水按钮和模拟生活废水按钮按下，也先判断是否堵塞，如果没有堵塞，就打开进水阀，向集水池进水。 在 WINCC监控画面内设置了三个管道堵塞按钮，一旦按下其中一个模拟堵塞按钮，那么， PLC 发送信号，启动报警，然后对应的管道的控制阀关闭，防止堵塞物进入集水池，直到复位模拟堵塞按钮，对应的管道才进入正常流水工作，对应的管 道控制阀打开，以上控制要求的流程图如下图 34 所示。 图 34 模拟进水流程图 当系统进入正常运行工作时，先打开 A 池进水阀和启动 A 池排水泵，然后检测 A 区集水池水位是否过高，当 A 区集水池水位没有达到临界时， A 池进水阀和 A 池排水泵正常运行，直到检测到水位低于下限值时， A 池进水阀还是打开， A 池排水泵关闭，如果检测到 A 池水位过高，高于临界值时，那么 PLC 立即发送信号关闭 A 池进水阀，并且一直 运行 A 池排水泵，直到 A 池水位低于下限值，才关闭 A 池排水泵。 以上控制要求的流程步骤如下图 35 所示。 天津职业技术师范大学 20xx 届本科生毕业论文 10 图 35A 集水池进水程图 当监控系统监控到 A 池水位高于上限值时， A 池进水阀被强制关闭， B 池进水阀打开进水， B 池排水泵也随之启动，只要 B 集水池水位没有高于上限值，那么 B 池进水阀就一直开着， B 池排水泵也一直运行着，当检测到水位低于下限值时， B 池排水泵停止，当检测到 B 集水池水位高于上限值时， PLC 发出信号立即关闭 B 池进水阀，并且打开 A池进水阀，然后 B 池排水泵继续运行，一直到 B 池水位低于 B 池水位下限值为止， AB池的工作流程是循环运行的，从而保证下水道水位在控制范围内，防止城市出现洪涝，以上控制要求流程步骤如下图 B 池进水控制流程图 36 所示。 天津职业技术师范大学 20xx 届本科生毕业论文 11 图 36 B 池进水控制流程图 当 PLC 检测到总集水池的水位没有高于上限值时，总池进水阀就一直打开，反之，总池进水阀关闭。 当总池开始进水后，水池水位液位计检测到水池水位到达一定值时，一号总池排水泵启动，并且只要水位高于一定值期间， PLC 就会定时 T1 一定时间，当定时时间一到， PLC 立即发送停止信号给一号总池排水泵，让其冷却，并且启动二号总池排水泵，同样 PLC 定时相同时间 T2,当定时时间一到， PLC 立即发送停止信号给二号总池排水泵，让其冷却，并且启动一号总池排水泵进行排水，两者一直循环运行，知道水位低于下限值时，总池排水泵停止。 在总池排水期间，总池水位快要到达临界值时，PLC 立即启动报警，并且强行启动总池紧急排水泵，进行紧急排水，一直到水位低于一定值时，紧急事件才被停止。 以上为总池排水环节，根据以上总池排水控制要求，画出总池排水控制流程图如下图 37 所示。 天津职业技术师范大学 20xx 届本科生毕业论文 12 图 37 总池排水控制流程图 在 城市排水泵站监控系统中，大致设置了三个报警，有管道堵塞模拟报警，排水泵模拟故 障报警，以及总水池水位过高启动紧急排水泵报警。 只要检测到管道出现堵塞现象， PLC 会把报警事件发送到 wincc 监控上去，当集水池排水泵启动运行期间，只要检测到故障信号，水泵故障报警指示灯就亮起，当检测到总水池水位过高， PLC 强行启动总池紧急排水泵时，紧急报警指示灯亮起，知道总池水位低于一定值，总池紧急排水泵停止，报警灯才熄灭。 至于报警事件流程图如下图 38 所示。 图 37 回流池流程图 天津职业技术师范大学 20xx 届本科生毕业论文 13 4 城市排水泵站监控系统的硬件配置 PLC 简介及选型 可编程序逻辑控制器（ PLC）是专门为了工业自动化而设计的， 它是一种数字运算操作的系统。 它通过可编程的存储器在它的内部存储执行顺序控制、逻辑运算、定时计。