沈陽工業大學工程學院本科生畢業設計開題報告畢業設計題目：基于PLC的城市供水系統的設計院系：自動化系專業班級：電氣工程及其自動化04班學生姓名：指導教師：〔實驗師〕開題時間：2023年3月基于PLC的城市供水系統的設計引言在城市供水系統中普遍存在數據采集點分散、現場工作環境千差萬別,各采集點都要對管道中水的流量、濁度和壓力等參數進行采集處理以便對整個水廠運行狀況實施監控。本文應用PLC、Profibus總線、遙控技術組成城市供水監控系統,實現了各泵站設備運行情況的遠程監控、在線檢測,保障了城市供水系統常運行及城市供水質量。系統設計原理控制系統如圖1所示。控制系統由4層3級總線復合而成,由上到下依次監控調度層、過程管理層,過程測控層;監控對象層[4]。最下一級為AS-i級總線,負責與現場傳感器和執行器的通信。中間一級是Profibus級總線,采用令牌方式和主從輪詢相結合的存取控制方式,可實現現場、控制和監控3級的通信。最高一級為工業以態網,使用通信協議,負責傳送生產管理信息。圖1城市供水工程管控系統示意圖調度主站負責數據管理、監控系統運行。特殊功能如開關操作、參數設定需校驗密碼前方能執行,為提高可靠性,監控調度主機設為兩臺,互為備用。調度管理人員可直接監視到現場工藝動態流程;重要設備的運行狀態;各工作站的工藝參數、機電參數、濾池反沖工藝參數;設備的啟停及閥門的動作情況;電臺后備電池的工作狀態。實時控制實現了對濾池反沖過程參數的設定與修改;包括水位的設定及報警上、下限的設定。數據記錄功能記錄了各測量點200天的數據,完全滿了歷史查詢的需要。報表打印可打印過去有效時間的工作日志,也可即時打印,滿足了生產數據的存檔。調度主站操作系統設有操作員權限,即考慮到調度操作的方便,又有效地防止了無關人員的誤操作[2]。整個系統主要由工控機、檢測、遙控、適配器、Profibus現場總線,S7系列PLC、遠程傳送單元、主站電臺、執行機構及現場儀表組成。由于各供水泵站控制方式不同,對難以聯網的監檢測信號采用了無線發送方式。首先將各檢測點4~20mA檢測信號送到現場的遠程傳送單元,現場的遠程傳送單元將數字信號調制再通過定向天線發射傳送給主站電臺,主站電臺將接收的信號解調復原傳送給調度主站供調度人員監視。對要實施控制的檢測點通過Profibus現場總線將儀表數據送往調度主站控制[3]。2SIMATICS7及Profibus現場總線簡介SIMATICS7-300PLC可編程控制器特點是:模塊化、無排風結構、易于實現分布、運行可靠、性價比高。本系統應用兩套S7-300來實現所有信號的采集、運算、調節,并通過CP5611卡實現S7-300PLC與工控機的通信。S7-200是西門子公司生產的小型可編程控制器,具有強大的多種集成功能和實時特性,可靠性高、運行速度快。本系統應用兩套S7-200實現現場中智能檢測與監控。Profibus是按照ISO/OSI參考模型制定的現場總線標準EN50170,是一種開方式總線。Profibus由3局部組成,即ProfibusFMS、ProfibusSDP、ProfibusPA,可實現現場、控制、和監控3級通信。系統中選用Profibus總線,將調度主站與S7-300、S7-300及檢測裝置構成局域網絡,通信協議由Profibus協議完成,通信網絡使用RS-485標準雙絞線,實現了控制單元與監控主機的多主通信。AS-i即傳感器-執行器接口,符合IEGTG17B國家標準和EN50295歐洲標準,它通過雙絞線與傳感器、執行器連接。TP200觸板設備允許操作人員(通過觸摸屏幕上的控制)與S7-200程序進行交互操作并對其進行控制,同時設計人員可以繪制工藝流程圖,顯示簡單畫面、動態按鈕、顯示圖象或文本[1]。3V型濾池自控局部V型濾池自控局部實現了濾池車間生產工藝自動化。其功能是:實現6套系統恒水過濾;濾池反沖自動化、實現調度對工藝的實時監控。整個控制系統是基于西門子系列可編程控制器,S7-200PLC1對6個濾池實現控制,S7-200PLC2控制6個濾池的反沖泵和風機系統,完成對6個濾池反沖的自動控制。對濾池恒水位過程的控制主要通過調節濾后水調節閥實現水位的恒定,設計中應用PID模塊,僅采用比例、積分控制,關閉微分回路[1],較好地實現了恒水位控制。對濾池的反沖控制,根據給定3種限定條件,只要任意1種成立、即可控制電路或手動進行控制,反沖過程執行時間可由監控微機改變或TD200現場操作。調度對濾池的監控通過Profibus總線通信實現。V型濾池自控局部設計了自動與手動兩種功能,當自動局部出故障時,手動能控制生產,保證了生產的正常進行。4調度遙測局部調度遙測系統實現了對各泵站設備運行情況的監控,各泵站及水處理車間儀表數據的遙測,實現了調度對生產過程各工藝參數的及時遠程觀察,起到了分散控制集中顯示管理的作用。遙測局部對信號的采集采用了無線通信方式,如圖2所示。圖2遙控檢測示意圖現場應用中,1#泵站、2#泵站、3#泵站、4#泵站、5#泵站、加壓泵站各檢測點的4~20mA檢測信號送到現場的遠程傳送單元。遠程傳送單元首先對信號進行高精度A/D轉換,在通信協議控制下,無線發送系統將數字信號調制再通過定向天線發射傳送給主站電臺,主站電臺將接收信號解調復原傳送給上位機顯示,供調度人員監視。無線發送采用半雙工通信方式,調度室采用輪詢方式訪問各泵站及濾池。遠程傳送單元的主要部件采用了國際先進的檢測、通信設備。數據采集單元0902、0404是澳大利亞公司生產的、集軟件協議、電臺控制、A/D轉換為一體的硬件模塊,應用此模塊保證了數據高精度處理及平安實現遠距離數據傳送。5總結上述控制方案已在某城市(采用黃河水源)供水系統中成功應用。該系統將微機監控系統、檢測與控制技術、高速網絡通信技術結合起來,實現了供水系統智能化,為城市供水系統生產過程的優化決策和在線控制提供了正確依據。6課題的進度安排周次課題安排1初步了解設計內容，并收集相關資料2查找相關英文資料3翻譯英文資料，按要求排版4進一步明確設計任務，目的，擬定設計方案5掌握PLC可編程控制器的相關知識6了解控制系統組成明確各局部功能7設計PLC控制系統中硬件接線圖8設計PLC控制系統中硬件接線圖9完成PLC主控制程序設計10完成PLC主控制程序設計11完成PLC觸摸屏程序設計12完成PLC觸摸屏程序設計13軟件綜合調試14軟件綜合調試15整理前期設計內容，對硬件，軟件設計進一步完善16按照撰寫標準上的要求完成論文的撰寫17按要求繪制圖紙18上交材料，準備辯論7參考文獻[1]耿紅旗,等.可編程控制器應用