1、 本科 毕业 论文 (设计 ) （二零 届） HMI 和 PLC 在排水泵站控制中的应用 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 该文介绍了基于可编程控制器 (PLC)和 HMI 的排水泵站控制系统，简述了排水泵站中各个部分的工作原理、结构特点，并通 过 PLC 软件设计并且优化，实现了排水泵站中各部件的自动控制。整个系统的控制装置由水池、鼓风机、电动机、排水泵、浮球组成。系统中 PLC 程序主要完成对水泵、电动阀、鼓风机的协调控制，并且水泵、电动阀、鼓风机也能通过 HMI 进行手动控制。 该文根据要求选配 PLC 机型和
2、HMI 机型，并且合理分配了 I/O 接口。画出了系统电路图和流程图，并且设计了梯形图。对其中的一些程序进行了解释和分析。控制系统可实现自动和手动两种方式，系统具有良好的运行安全和保护措施。该设计要求完成电气原理图的绘制，并采用梯形图或指令表编制 PLC 控制程 序。 关键词： PLC；控制； HMI - 2 - Abstract This paper introduces the programmable logic controller-based (PLC) and HMI control system of drainage pumping station, Briefly descr
3、ibed the various parts of the drainage pumping station in the working principle, structural features, and through the PLC software design and optimization, to achieve the drainage pumping station in the automatic control of various components. Control the whole system by the pool, blower, motor, dra
4、in pump, float composition. PLC program the system to complete the main pumps, electric valves, blower coordinated control, and water pumps, electric valves, blower also be controlled manually through the HMI. Based on the demand for reasonable matching PLC models and HMI models，and reasonable distr
5、ibution of the I/O Interface. Draw the circuit diagram and flow chart of the system, and design the ladder. Some of these procedures are explained and analyzed. The control system can be manual or automatic mode, the system has good safe operation and protection measures. This design required to com
6、plete electrical schematic drawing, electrical cabinet layouts, using ladder or instruction list compiled PLC control program. Key Words: PLC; Control; HMI - 3 - 目 录 1 引言 .1 2 排水泵站系统 .2 2.1 排水泵站系统 .2 2.2 排水泵站系统运行方式 .2 3 三菱 FX2N系列 PLC和触摸屏简介 .4 3.1概述 .4 3.2 PLC软器件 .4 3.3 主要特点 .5 3.4 HMI（人机界面）简介 .6 4 排
7、水泵站控制系统设计 .7 4.1 系统组成 .7 4.2 电气控制电路设计 .7 5 控制系统 PLC软件设计 .9 5.1 PLC选型和触摸屏选型 .9 5.2 I/O口分配 .10 5.2.1输入 I/O口分配 .10 5.2.2 输出 I/O口分配 . 11 5.3系统流程图 .12 5.4梯形图 .14 5.4.1 开机初始化 .14 5.4.2排水泵控制 .14 5.4.3 1#鼓风机控制 .15 5.4.4 2#鼓风机与电动阀控制 .15 5.4.5 故障 报警装置 .16 5.5 触摸屏画面 .17 6 结论 .19 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 .20 附录 1
8、排水泵站控制系统总梯形图 .21 - 1 - 1 引言 排水泵站作为市政建设和管理工程的主要设施，担负着城市排水防涝的重要责任。从目前国内大部分的泵站控制和管理来看还是处于相当落后的状况，与国外相比具有很大的差异。在电气控制上，自动化监控程度低，大部分的泵 站仅有单级的常规控制。在管理水平上，大部分泵站的管理记录和统计都是手工操作。泵站控制和管理没有形成区域化的网络。 随着国名经济的迅速发展，对市政建设和管理提出了更高的要求，所以必须对现有泵站的控制和管理进行改造和完善。向国外无人化泵站监控管理发展，已达到减员增效和提高管理水平的目的。 随着计算机控制技术的迅速发展，以微处理器为核心的可编程控
9、制器（ PLC）控制已逐步取代继电器控制，普遍应用于各行各业的自动化控制领域。可编程控制（ PLC）以其可靠性高、抗干扰能力强，系统配置灵活、编程容易，调试、维护简单等优点， 使得它在排水泵站自动控制中得到广泛应用。 - 2 - 2 排水泵站系统 2.1 排水泵站系统 排水泵站系统由水池、鼓风机、电动机、排水泵、浮球组成，水池 3 个水位处分别设置 1 个浮球，相对应低水位、中水位和高水位。排水泵站系统示意图如图 2-1。 图 2-1 排水泵站系统示意图 2.2 排水泵站系统运行方式 泵站设 2 台排水泵，每台电动机 1.5KW，自动控制，互为备用， 24 小时自动切换一次，而水泵的运行由 3
10、 个浮球控制：低水位停泵；中水位开泵；高水位报警，同时在 启动另一个水泵。 1#鼓风机两台，自动控制互为备用， 12 小时自动切换一次。 2#鼓风机 1 台，自动控制，运转 4 小时，自停 4 小时。电动阀 3个，自动控制，与 2#鼓风机配合使用： 2#鼓风机第一次启动时，开启第一支阀门 2 分钟，反转 2 分钟；鼓风机第二次启动时，开启第二只阀门 2 分钟，反转 2分钟；鼓风机第三次启动时，开启第三只阀门 2 分钟，反转 2 分钟。 水池 浮球 排水泵 1 排水泵 2 1#鼓风机 1 1#鼓风机 2 电动阀 2#鼓风机 - 3 - 图 2.2 系统工程流程图 水池 排水泵 1 排水泵 2 M
11、 M M PLC 控制器 2#鼓风机 1#鼓风机 2 1#鼓风机 1 电动阀 - 4 - 3 三菱 FX2N 系列 PLC 和触摸屏简介 3.1 概述 FX2N 系列 PLC是日本三菱公司近 年推出的小型高性能整体式 PLC。它是 FX的更新换代型，由基本单元、扩展模块、扩展单元、特殊模块和特殊单元组成，如图 3-1 所示。 FX2N 系列 PLC 的输出电路也有 3 种：双向晶闸管型、继电器型和晶体管型。基本单元、扩展单元和扩展模块均可选择不同的输出方式 1。 图 3-1 FX 系列的组成 3.2 PLC 软器件 （ 1）输入（ X）和输出（ Y）继电器 把基本单元分配 X000 X007，
12、 X010 X017， X070 X077； Y000 007， Y010 Y017， Y070 Y077 等八进制的输入继电器、输出继 电器的地址号。扩展单元的地址号也分配为基本连续的 X、 Y 八进制数。在特定的输入继电器的输入滤波中采用数字滤波器，利用程序可改变滤波值 2。 （ 2）辅助继电器（ M） PLC中配有大量的通用辅助继电器，其主要的用途和继电器电路中的中间继电器类似，常用于逻辑运算的中间状态存储及信号类型的变换。辅助继电器是可编程控制器内的继电器，这种继电器有别于输入输出继电器，它接收外部的输入，不能直接驱动外部负载。从 M0-M499（普通用途的辅助继电器）、 M500-M
13、3071（具有掉电保持功能的辅助继电器）、 M8000-M8255（特殊功能辅助继电器）共 3328 点。 （ 3）定时器（ T） 定时器是根据始终脉冲累积计时的，时钟脉冲有 1ms、 10ms、 100ms，达到规- 5 - 定 的设 定值 时， 输出 触点 动作 。利 用基 于定 时器 的时 钟脉 冲， 可计 测到0.001-3276.7s。 100ms 定时器有 T0-T199，共 200 个点，计时范围为 0.1-3276.7s；10ms 定时器有 T200-T245，共 46点，计时范围为 0.01-327.67s； 1ms积算型定时器（停电记忆）有 T246-T249，共 4 点，
14、计时范围为 0.001-32.767s； 100ms 积算型定时器 （停电记忆）有 T250-T255，共 6 点，计时范围为 0.1-3276.7s3。 （ 4）状态（ S） 这是用作步进阶梯或 SFC 表示的工序地址号的继电器。不用作工序地址时，与辅助继电器一样，可作为普通的触点 /线圈进行编程，而且可作为信号报警器，用于外部故障诊断。从 S000-S999 共 1000 点。 （ 5）计数器（ C） 计数器按目的与用途进行分类，有以下几种： 内部计数用：通用型与掉电保持型。其中， 16位计数器供增计数使用，计数范 围 为 1-32767； 32 为计数器供增计数使用，计数范围为 -214
15、7483648- +2147483647。这些计数器供可编程控制器的内部信号使用，其相应速度通常为数十赫兹以下。 高速计数器用：供停电保持用。 32为计数器，供增计数与减计数使用，计数范围为 -2147483648- +2147483647。高速计数器可进行数千赫兹的计数，而与可编程控制器的运算无关。 3.3 主要特点 FX2N 系列 PLC 的编程有以下特点： （ 1）支持所有系列的 3 种编程语言 在 FX系列可编程控制器中采用作为程序基础的指令表方式，并采用在图形图像上进行阶梯信号作图的梯形图方式，以及依据机械动作的流程进行程序设计的SFC（顺序功能图）方式进行编程。程序可相互变换，指令
16、表及梯形图程序也可按一定的规则编写，实现 SFC 图的逆变换。 （ 2）高速处理功能 在高速输入计时可利用单相或双向高速计数器。利用高速计数器的专用比较指令可立即输出计算结果。 FX可编程控制器内置的高速计数器可进行数千赫兹计- 6 - 数，与扫描时间无关。可编程控制器内的一般计数器在扫描周期内动作，因此相应速度一般为数十赫兹左右。采用可对高速计数器的计数值进行高速计数器中断、用作补充设备的硬件计数器，可输入最高 50kHz(单相时 )的高速脉冲。 3.4 HMI（人机界面）简介 HMI就是使用者与机器间沟通、传达及接受信息的一个接口。利用计算机数据处理的强大功能，向用户提供诸如工艺流程图显示、动态数据画面显示、参数修改与设置、报表编制、趋势图生成、报警画面、打印参数以及生产管理等多种功能。一般而言， HMI 系统必须有 6 项基本功能，实时数据趋势显示、历史数据趋势显示、自动记录数据、警报的产生与记录、报表的产生与打印、图形接口控制 4。
