基于PLC的地铁排水控制系统毕业设计优秀论文

重庆科技学院

毕业设计（论文）

题 目 地铁排水控制系统设计

院 （系） 电气与信息工程学院 专业班级 电自专2011-01 学生姓名 蒋洪山 学号 2011630194 指导教师 张跃辉 职称 讲 师 评阅教师 职称

2014年 5 月 30 日

学生毕业设计（论文）原创性声明

本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

毕业设计（论文）作者（签字）： 年 月 日

重庆科技学院专科生毕业设计 摘要

摘 要

随着城市的发展，城市交通变得越来越拥挤，人们正在寻找另外方便的交通工具，而地铁的出现正恰到好处的解决了该问题，地铁的方便快捷，正成为如今最受欢迎的交通工具，因此，研究地铁系统排水系统的收集和排放，具有十分重要的理论意义和实际应用意义。

本文首先介绍了地铁的研究背景和发展现状，然后提出总体设计方案，通过对总体方案的分析，确定水池的数目和电动机的数量，进一步确定系统的硬件与软件组成，确定硬件的信号和应该使用的软件，绘制CAD和流程图来展现系统的主要工作方式，通过PLC程序进行编程控制，利用传感器的水位检测来达到排水目的，最后再对设计的系统提出改进和建议。 关键词：排水 自动控制 PLC 顺序控制

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重庆科技学院专科生毕业设计 ABSTRACT

ABSTRACT

With the development of cities, the traffic is becoming increasingly crowded, people are looking for another convenient means of transport, the emergence of the subway are just the right solution to the problem, subway convenient, is becoming the most popular means of transport today Therefore, the collection and emissions Research subway system drainage systems, has very important theoretical and practical significance.

This paper describes the background research and development status of the subway, then made the overall design scheme, through the analysis of the overall program to determine the number and the number of the motor pool, to further determine the hardware and software system components, determine the hardware signals and should be used software, CAD drawing and flowcharts to show the system's main work, carried out by the PLC programming control, using sensors to detect water level to achieve the purpose of drainage, and finally suggest improvements and recommendations for the design of the system.

Keywords: Drainage; automatic control; PLC; sequence control

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重庆科技学院专科生毕业设计 ABSTRACT

目 录

摘 要 ............................................................... I ABSTRACT ............................................................ II 1 绪论 ............................................................... 1

1.1 研究背景 ..................................................... 1 1.2 研究意义 ..................................................... 1 1.3 国内研究现状 ................................................. 1 1.4 地铁排水设计方法 ............................................. 2 2 排水系统总体方案设计 ............................................... 3

2.1 地铁水的来源及排放方式 ....................................... 3 2.2 排水系统实现的功能 ........................................... 3 2.3 系统控制功能设计 ............................................. 3 2.3.1 处理池的选择和分配 ......................................... 3 2.3.2 处理池的工作方式 ........................................... 4 2.3.3 车站的控制方式 ............................................. 4 2.3.4 处理池故障处理方式 ......................................... 5 2.3.5 排水管道的选择 ............................................. 5 2.3.6 控制方法的选择 ............................................. 5 3 系统硬件选型 ....................................................... 7

3.1 输入输出接口的确定 ........................................... 7 3.2 系统控制方案图 ............................................... 8 3.3 传感器的选择 ................................................. 9 3.4 阀门的选择 .................................................. 10 3.5 泵的选择 .................................................... 10 3.6 电机的选择 .................................................. 11 3.7 接触器的选择 ................................................ 11 3.8 继电器的选择 ................................................ 12 4 系统控制硬件设计 .................................................. 13

4.1 系统主电路 .................................................. 13 4.2 输入回路 .................................................... 13 4.3 输出回路 .................................................... 13

III

重庆科技学院专科生毕业设计 ABSTRACT

5 控制系统的程序设计 ................................................ 14

5.1 系统流程图设计 .............................................. 14 5.1.1系统的总流程图 ............................................ 14 5.1.2 启动程序流程图 ............................................ 16

5.1.3 排水控制流程图 ............................................ 17 5.1.4 满水控制流程图 ............................................ 18 5.1.5 阀门控制流程图 ............................................ 19 5.1.6 定时报警控制流程图 ........................................ 20 5.2 西门子PLC程序的设计 ........................................ 21 5.2.1 西门子PLC程序的设计规则 .................................. 21 5.2.2 水位检测与显示程序 ........................................ 21 5.2.3 进出水阀门控制程序 ........................................ 22 5.2.4 定时计数程序 .............................................. 22 5.2.5 一台电动机启动程序 ........................................ 23 5.2.6 两台电动机启动程序 ........................................ 24 5.2.7 三台电动机启动程序 ........................................ 24 6 体会与收获 ........................................................ 26 7 结论与展望 ........................................................ 28 7.1 结论 ............................................................ 28 7.2课题的展望 ...................................................... 28 致 谢 .............................................................. 29 参考文献 ............................................................ 30

IV

重庆科技学院专科生毕业设计 绪论

1 绪论

1.1 研究背景

随着社会的越来越进步，人们对出行的需求也越来越高，目前城市的汽车数量增幅较大，直接导致了路面交通形成拥堵，为了解决路面交通拥堵，城市轨道交通成为一种有效疏导地面人流和缓解交通堵塞的重要手段。

地铁车站的设计是地铁总设计中最重要的设计，通过车站的设计能保证乘客方便的坐上地铁，地铁车站的排水设计是车站给排水及防灾设计的主要内容之一，及时排放车站内部的积水，对车辆的正常运行及各类电器设备的保护有着重要意义。地铁车站设备监控系统分为中央级，车站级和就地级三级对车站设备进行监控，在中央级和车站级进行系统管理。车站设备监控系统对全线各个车站的通风空调系统设备、给排水设备、自动扶梯、电梯、车站公共区照明、广告照明、车站事故照明电源、屏蔽门、人防密闭隔断门等车站设备进行全面且有效的自动化监控及管理，确保设备处于高效，节能，可靠的最佳运行状态，创造一个舒适的地下环境；并能在火灾等灾害或阻塞事故状态下，更好地协调车站设备的运行，充分发挥各种设备应有的作用，保证乘客的安全和设备的正常运行。

1.2 研究意义

快速轨道交通系统在大都市圈中具有不可替代的作用，对城市的交通结构、城市形态的调整均有着巨大的影响。在大都市圈中，需要考虑城市外围地区与城市中心部之间的紧密交通联系，而城际轨道交通系统恰恰正是促进这种交通结构合理化的重要手段。为此，不仅需要重视城市中心部的地铁建设，而且必须给于城际轨道交通以足够的关注。为实现城市公共交通系统较大的分担率，必须加强轨道交通系统的建设，加强地区之间的协调、规划。轨道交通的发展应该纳入都

市圈的发展战略规划，目前将轨道交通作为独立的系统进行规划的方法值得商榷，应当从体制和机构上进行协调。都市发展战略规划中的交通专项规划，应与经济发展政策以及其他交通方式相协调，确定轨道交通系统的发展政策及整体网络布局，最大限度发挥其在地区发展中的作用，合理诱导都市圈的发展，促进地区发展战略目标的实现，为实现可持续发展创造条件。

1.3 国内研究现状

在我国，目前已经有33个城市已经规划轨道交通建设，其中28个城市已获批，且目前北京、天津、上海、广州、南京、沈阳、成都、武汉、西安、重庆、

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重庆科技学院专科生毕业设计 绪论

图1.1 全国地铁分布图

深圳、苏州等11个城市均已开通地铁。地铁的建设目前已经发展为一个城市交通现代化的重要标识之一，地铁在全国的分布图可见图1-1。

1.4 地铁排水设计方法

而地铁车站中最重要的设计之一就是地铁排水的设计。及时对车站的积水进行排放对对车辆的正常运行及各类电器设备的保护有着重要意义。对于地铁排水的控制方法有很多：

①可编程控制系统 ②继电器控制系统 ③集散控制系统 ④工业微机控制系统 ⑤单片机控制

由于目前对于地铁的控制要求越来越高，在未来的发展中，我们还需要进行添加新的控制功能，这就需要我们所设计的控制方法能够进行扩展，而可编程控制系统比其他系统的稳定性好，并且还可以扩展模块，所以在本课题的设计中我选择选用可编程控制系统来进行控制地铁的排水功能。

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重庆科技学院专科生毕业设计 排水总体方案设计

2 排水系统总体方案设计

2.1 地铁水的来源及排放方式

城市地铁水的来源及排放方式见下表2.1：

表2.1 城市地铁水的来源

来源 雨水 集中空调冷凝水 结构渗漏废水 生活污水 消防废水 人员卫生间的污水 排放方式 城市雨水管网系统 城市雨水管网系统 城市雨水管网系统 城市污水管网系统 城市污水管网系统 城市污水管网系统

2.2 排水系统实现的功能

对于上述产生的几种水，我们需要对其进行不用处理排放，保证地铁周围环境的干净。为了排除这些不同种类的水，我们所设计的系统应该具备以下的功能：

①各种不同的水通过不同的管道排放到不同的处理池，不可将几种水一起排放，造成水的浪费；

②在处理不同水的处理池应设置3个传感器检测水位线和1个报警器，具备能够检测最低水位、排水水位和最高水位，水位达到排水位即可启动电动机排水；

③设置一个备用的水池，以防止由于污水过多导致前面几个污水处理池超过警戒线而溢出；

④设置3台抽水泵实施8小时倒班工作制度，同时设置过载和短路保护，防止在没有人看管的情况下能够自动停止带故障运行，避免抽水泵出现故障或者长时间工作导致其损坏；

⑤设置手动停止操作，防止出紧急现故障时能够手动停止进行检修。 ⑥设置报警信号，能保证系统出现故障的时候自动报警并实现自动关闭系统。

2.3 系统控制功能设计

由于排水管道一般处于地面下，且低于市政所铺设的污水处理管道，不能够自动地排除污水，需要将处理过后的污水通过电动机抽取污水至市政排污管道，所以在设计中我们需要考虑不同的地形，通过多种方案，选取适当方式进行排污。

2.3.1 处理池的选择和分配

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重庆科技学院专科生毕业设计 排水总体方案设计

对于地铁车站，其污水主要来源于雨水，生活污水，消防用水和结构渗水等几个方面。我们应该对不同的污水进行不同的处理，所以在地铁车站下面我们选择了三个污水处理池及一个备用池来收集和处理污水。具体分配如下：

①1号水池用于处理生活污水；

②2号水池用于处理结构渗水和消防用水； ③3号水池用于处理雨水；

④4号水池作为备用水池，可以收集处理任何污水。

对于这些污水池，我们在污水处理池中设置3个传感器，分别用来监控满水位、排水位和低水位，当水位达到满水位，提示报警。

2.3.2 处理池的工作方式

对于地铁的污水处理池，我们在每个污水处理池设置有进出水阀门，对于不同编号的水池有着不同的处理方式。其具体有以下几种工作方案：

①单一集水池自动排水控制：当有一集水池到达排水位时，自动打开其排水阀门并启动当前应该工作的电动机进行排水，同时检测水位，当该水池水位到达低水位时，自动关闭其排水电磁阀并停止排水泵，当水位到达满水位时，关闭进水阀门，防止多余的污水溢出，同时打开备用水池阀门，将污水收集到备用水池里面。

②先到排水位先抽排水控制：按照集水池先到达排水位的时间先后顺序进行排水。即哪个集水池先到达排水位，就先对该集水池进行排水；

③集水池不同满水情况下的先到排水位先抽的自动排水控制：若１号排水泵在对某一集水池进行排水的过程中，其它3个集水池中有1个集水池到达排水位等待排水，则按排水位的时间先后顺序自动再打开一集水池的排水电磁阀并启动２号排水泵进行排水，且当只剩一个集水池排水时，自动关闭２号排水泵，若此时还有第三个水池也到达排水位，则启用第三台电动机进行排水。

经过比较选择，③号方案最适合，此方案根据集水池不同到达排水位的情况来决定启动排水泵的台数，并按先到达排水位先抽原则进行自动排水控制，同时充分考虑到可能的消防或洪涝灾害时大量排水的需要。

2.3.3 车站的控制方式

对于一个控制系统，我们需要在任何地方都能看到现场工作状况并能够处理故障，对于本系统，我们提供了三种控制方式：

①现场手动控制：当系统需要进行改动或者系统出现故障时，现场的工作人员发现问题后要能及时关闭系统进行处理问题，这就需要我们在工作现场设置一个控制系统，能够手动关闭系统，达到现场手动控制；

②程序自动关闭系统控制：对于每一个系统，都有可能出现人不在的情况，

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重庆科技学院专科生毕业设计 排水总体方案设计

作为一个自动控制的系统，我们应该做到人不在的时候，系统能够自己关闭系统，保证设备的完好，这就需要程序能够进行自动关闭系统；

③车站控制室远程控制：作为有的工作环境，人不适合进入到实际的工作环境，这就需要我们通过软件将现场工作状态显示到电脑上，在任何地点都可以看到系统的工作实况，做到远程控制。

2.3.4 处理池故障处理方式

当处理池出现故障时，我们应该对其给予检修，在检修时我们应该关闭系统然后再进行检修，对于检修故障我们设置了以下2种方式：

①当系统出现故障时，设置停止按钮使系统停止下来，当停止按钮触发最后一次排水信号，所有进水阀门关闭，排水阀门打开，1号电机和备用电机启动抽水5分钟后系统自动停止工作，保证水池的污水得到处理；

②当电机发生故障时，此时没有人在工作岗位上时，系统不可继续执行抽水工作。关闭所有排水阀门，不可关闭进水阀门，否则将导致污水溢出，系统发出报警，报警10分钟后自动断电。

2.3.5 排水管道的选择

本地铁排水系统污水有四个不同的来源，其中消防用水和结构渗水可以一起处理，考虑到对不同程度的污水处理方式的不同，对水资源的再生利用。对于管道铺设应该分三类不同的管道，分别对应三个不同的污水处理池。其中主排水管道要大于各个污水处理池排除管道，以保证污水能够从地铁站迅速排除，当某一种污水来不及处理时，应该将其先排放到第四号污水处理池等待处理。

2.3.6 控制方法的选择

对于本系统的控制方法，主要可以采用以下几种方案进行控制： ①可编程控制系统控制; ②继电器控制系统控制； ③单片机控制系统控制； ④工业微机控制系统控制；

对于以上几种控制方式，各有优缺点，其各自的优缺点见表2-2所示。

表2.2 几种控制方案的优缺点

控制器类型 优点 缺点 可进行开关量控制，可进行模拟量控制，使用梯形图编程简造价较高 单易懂，寿命长、可靠性高，控制非常灵活。 很强的抗干扰能力 只能进行开关量，可靠性低，触点数较少，继电器受制约。 可编程控制系统控制 继电器控制系统控制 单片机控制系统控制 高集成度，体积小，高可靠性 抗干扰能力差，故障率低电压，低功耗，便于生产便高，不易扩展，对环境5

重庆科技学院专科生毕业设计 排水总体方案设计

携式产品，控制功能强易扩展 ，价格低廉。 工业微机控制系统控制 依赖性强，开发周期长。 不能适应恶劣的工作快速、实时性强、模型复杂。 环境，抗干扰能力及适应性差。 PLC针对工业顺序控制，在工业现场有很高的可靠性。PLC在电路布局、机械结构及软件设计各方面决定了PLC的高抗干扰能力。电路布局方面的主要模块都采用大规模与超大规模的继承电路，在输入输出系统中采用完善隔离等的通道保护功能；在电路机构上对耐热、防潮、防尘及防震等各方面都做了周密的考虑；在电路硬件方面采用了隔离、屏蔽、滤波及接地等抗干扰技术；在软件上采用了数次滤波及循环扫描、成批输入、成批输出处理技术。所有这些都使PLC具有非常高的抗干扰能力，从而使PLC绝对不会出现死机现象。

由于PLC的品种、型号、规格、功能各不相同，综合多种因素考虑，本设计选择了德国西门子公司的一种小型可编程控制器S7-200系列可编程控制器。SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性价比。

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重庆科技学院专科生毕业设计 系统硬件选型

3 系统硬件选型

3.1 输入输出接口的确定

本次地铁排水控制系统我采用PLC编程来进行控制的，通过PLC的输入输出控制，实现每个排水池的自动排水操作。通过对地铁水来源的分析，我们采用了4个处理池和3台电动机来进行处理污水，每个处理池设置传感器进行满水位、排水位和低水位检测，当水位处于低水位时，低水位指示灯亮，排水阀门关闭，同时电动机处于停止状态；当水位处于排水位时，排水阀门打开，低水位指示灯熄灭，排水位指示灯亮，1台电动机启动排水；若此时还有2号水池到达排水位，则打开该水池的排水阀门，同时启用2台电动机进行排水；若此时还有3号水池也到达排水位，则启用第3台电动机进行排水；若此时有水池到达满水位，则将其多余的水排入4号备用水池。其具体分配件表3-1。

表3.1 I/O分配表

输入点 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I2.0 I2.1 I2.2 功能 池1低水位检测 池1排水位检测 池1满水位检测 池2低水位检测 池2排水位检测 池2满水位检测 池3低水位检测 池3排水位检测 池3满水位检测 池4低水位检测 池4排水位检测 池4满水位检测 一台电机故障检测 二台电机故障检测 三台电机故障检测 启动 停止 7

输出点 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 功能 池1进水阀门 池1排水阀门 池2进水阀门 池2排水阀门 池3进水阀门 池3排水阀门 池4进水阀门 池4排水阀门 池1低水位指示 池1排水位指示 池1满水位指示 池2低水位指示 池2排水位指示 池2满水位指示 池3低水位指示 池3排水位指示 池3满水位指示

重庆科技学院专科生毕业设计 系统硬件选型

Q2.7 Q3.0 Q3.1 Q3.2 Q3.3 Q3.4 Q3.5 Q3.6 Q3.7 Q4.0 Q4.1 Q4.2 池4低水位指示 池4排水位指示 池4满水位指示 第一台电机运行指示 第二台电机运行指示 第三台电机运行指示 第一台电机工作时间指示灯 第二台电机工作时间指示灯 第三台电机工作时间指示灯 第一台电机故障报警指示 第二台电机故障报警指示 第三台电机故障报警指示 由表3-1可以看出，本次共需要17个输入接口，29个输出接口，而实验室的西门子西门子S7-200 CPU224型PLC有22输入18输出，输入满足条件，输出不够，这应该添加扩展模块。

3.2 系统控制方案图

对于一个系统，我们应该有其工作的方案图，通过工作的方案图，可以明显的看出系统的工作过程，对于本系统，我有以下设计：

①设计了四个水池，每个水池都有进出水阀门，每个阀门引一条线给予控制器，通过控制器的控制来确定阀门的开关；

②设计了三个电动机，每个电动机有一个驱动器来进行驱动，电动机来带动水泵的运行，水泵的排水管道进入市政不同的排水沟；

③每台电动机有过电流反馈信号，通过这个信号，可以确保电机不会因为电流过大而导致损坏；

④本系统有声光报警信号，可以提供故障报警； ⑤本系统设计了PC数据口接线，可以进行与PC通讯。

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重庆科技学院专科生毕业设计 系统硬件选型

PC接口数据线声光报警信号控制器对电磁阀的控制输出信号电机驱动输出信号驱动器1各池水位传感器对PLC的反馈信号驱动器2驱动器3各电机过流过压过热反馈信号池1池2池3池4电机1阀4电机2电机3阀1阀2阀3水泵由电机驱动箭头指向为水流流向主泵1主泵2备用泵排水沟 图3.1 系统控制方案图

3.3 传感器的选择

LC-SW1型水位传感器容器内的水位传感器，将感受到的水位信号传送到控制器，控制器内的计算机将实测的水位信号与设定信号进行比较，得出偏差，然后根据偏差的性质，向给水电动阀发出\开\关\的指令，保证容器达到设定水位。进水程序完成后，温控部份的计算机向供给热媒的电动阀发出\开\的指令，于是系统开始对容器内的水进行加热。到设定温度时。控制器才发出关阀的命令、切断热源，系统进入保温状态。程序编制过程中，确保系统在没有达到安全水位的情况下，控制热源的电动调节阀不开阀，从而避免了热量的损失与事故的发生。

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3.4 阀门的选择

阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能，ZBSF不锈钢电磁阀为分步动作直接先导式电磁阀，根据断电时所处开关状态的不同，可分为常闭电磁阀和常开电磁阀。常闭电磁阀，线圈通电后衔铁在电磁力作用下先带动副阀工启，主阀形成的介质压差和电磁力的作用下而开启。线圈断电，衔铁部件复位，主副阀利用介质压力而紧密关关闭。

常开电磁阀，线圈通电后，衔铁在磁力作用下下移，推动副阀阀塞下移，直到和副阀座压紧，副阀关闭，由于主阀阀杯上下压差趋于相等，主阀阀杯由磁力和自重压紧紧密封面，阀门关闭。线圈断电，磁力为零，衔铁和副阀阀塞由弹簧作用上升，副阀打开，主阀阀杯内介质经副阀流走，压力下降，主阀阀杯由下下压差作用向上升起，主阀打开，阀门开启。

图3.1 阀门结构图

3.5 泵的选择

GDD型泵是管道式安装的立式单级单吸清水离心泵，广泛应用于农业给排水、自来水加压、高层建筑消防生活供水以及空调冷暖循环系统，主要供输送稀释的、不腐蚀的清水及物理化学性质类似水，不含固体颗粒或纤维的液体。

GDF250-20性能参数：

表3.2 GD250-20 水泵详细参数

品牌：冠星水泵 性能：防爆 型号：GD250-20 用途：管道泵 材质：铸铁 泵轴位置：边立式

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重庆科技学院专科生毕业设计 系统硬件选型

叶轮结构：封闭式叶轮 叶轮数目：6 轴功率：2.4（kW） 结构原理：喷射泵 叶轮吸入方式：单吸式 扬程：20（m） 吸入口径：250（mm） 流量：327（m3/h） 汽蚀余量：3.5（m） 排出口径：250（mm） 规格：GD40-15 3.6 电机的选择

与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。

表3.3 Y90L-2 电机详细参数 型号 额定功率 额定转速 额定电流 效率 功率因数 堵转电流 堵转转矩 最大转矩 Y90L-2 2.2kw 2840r/min 4.7A 82% cosφ=0.86 7.0A 2.2 2.2 由于本系统仅控制电机的启停与工作状态的保持，只需让电机保持在额定功率的运行即可，故选用成本较低的鼠笼式三相异步电机。

3.7 接触器的选择

对于本系统，应该采用交流接触器，交流接触器主要由四部分组成:(1) 电磁系统，包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯；(2)触头系统，包括三组主触头和一至两组常开、常闭辅助触头，它和动铁芯是连在一起互相联动的； (3)灭弧装置，一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置，以便迅速切断电弧，免于烧坏主触头。

查新简明电工手册选择CJXIF-9型交流接触器 主要技术参数: ①额定电流:9A ②线圈控制电压：220V

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重庆科技学院专科生毕业设计 系统硬件选型

③可控电动机的最大功率4KW ④操作频率1000次/时 ⑤机械寿命150000次

3.8 继电器的选择

选择JZ7-62中间继电器

适用于交流50Hz或60Hz，交流电压至380V，直流电压至220V的控制电路中，用来控制各种电磁线圈，以使信号放大或将信号同时传递给有关控制元件。继电器符合GB14048.5-1993、IEC60947-5-1修正件No.1（1999）。

正常工作条件及安装条件 ① 海拔不超过2000M

② 周围空气温度上限值不超过40℃，下限值不低于-5℃。 ③ 空气的相对湿度不大于85% ④ 与垂直面的倾斜度不超过5° ⑤ 无显著摇动和冲击振动地方

⑥ 在无爆炸危险的介质中，且介质中无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体和尘埃（包括导电尘埃）

结构特征

① 继电器的结构为开启型、空气电磁式，动作结构为直动式，产品躯壳用热固体性塑料制成，整个结构紧凑，使用方便。

② 继电器的触头系统为双断点桥式结构，分上、下两层排列，每层各装四对触点。

③ 为减轻继电器在闭合过程中的铁芯撞击和触头振动，铁芯采用弹性固定，有利于使用寿命的延长。继电器的接线端采用瓦型垫圈，接线方便可靠。

技术参数

型号 JZ7-62;额定电压交流380V;直流220V;消耗功率启动75V*A;吸持13V*A;操作频率1200次/H;外形尺寸/mm 60X52X9054X30/2-5。

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重庆科技学院专科生毕业设计 系统控制硬件设计

4 系统控制硬件设计

4.1 系统主电路

系统主电路的线路采用了三相四线制，三台电动机由KM1、KM2、KM3电动机有分别控制启动与停止，每台电动机配有过电流保护，防止因为电流过大而烧坏电动机。对于PLC部分则是由空气开关QF2来决定其是否启动，PLC采用的是24V直流电源，所以需要一个变压器进行变压，对于整个主回路，我设置了一个空气开关QF1，只有闭合了QF1方可以启动电动机，断开QF1，则整个主回路将关闭。具体电路图将附录一。

4.2 输入回路

对于输入回路，我采用了18个输入回路，通过18个按钮SB进行控制，通过这些输入回路按钮SB的打开与关闭，可以实现电动机的启动和停机，通过输入回路的状态监测，使其对输出回路进行控制，达到控制不同情况下水池的排水需求。在CAD的设计图纸上，我设计了3个输出回路图纸，具体图纸见附录一。

4.3 输出回路

对于输出回路，我设计了28输出，用来监测各种不同状态，通过输入回路给出的信号，我们可以对水位的高低进行监测，对四个水池的阀门进行打开和关闭，以此来保证水池的水位正常。在CAD的设计图纸上，我用了4个输出回路的图纸来进行绘制，图纸详见附录一。

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重庆科技学院专科生毕业设计 控制系统的程序设计

5 控制系统的程序设计

5.1 系统流程图设计

对于一个好的设计，必须要有流程图的设计，流程图的设计结构清晰，逻辑性强，便于描述，容易理解。对于流程图的设计的设计，我们应该遵循以下原则：

①对于有判断的语句，应该用菱形进行表示，且还应该有Y/N进行标明； ②所有的线段都要做到对整齐，应该用连接符连接，不使用线条连接，这样可以做到没有歪斜，线段之间连接需要到位，没有死循环。

对于本系统，我设计绘画了以下几个流程图：

①系统总流程图，通过总流程图可以初步了解本系统的工作过程和原理； ②启动程序流程图，通过自检来确保线路没有损坏，保证系统正常运行； ③排水控制流程图，对于本系统要求就是排水，通过排水控制系统，可以实现各种情况下不同水位的处理，保证系统正常运行；

④满水控制流程图，对于水池，总有部分时候会达到满水，这时候我们就应该讲多余进行处理，所以对于系统满水时，我们应该及时处理，避免污水发生外泄，通过满水控制系统，能够完美避免这类情况的发生；

⑤阀门控制流程图，为了保证污水及时得到处理，此系统中阀门则是最重要的，阀门的开关是否合理，直接影响污水处理的效果，通过阀门控制流程图，可以实现各个阀门有序的控制；

⑥定时报警控制流程图，对于任何一个系统，都需要一个精确的定时系统，才能准确无误的进行控制各种开关，在本系统中，通过定时控制流程图，可以实现电机的替换和故障时系统的关闭；

5.1.1系统的总流程图

对于系统的总流程图，应该反映整个系统的工作过程，对于本系统的设计，从系统总流程图可以看出系统具备以下功能：

①在系统上电后，会立即进行自检，在确保各个部分没有故障后，方可正常启动，一旦有部分出现故障，这应该自动启动故障处理程序，用指示灯进行指示并发出报警，由在场的工作人员断开电源，进行故障处理，处理完毕后再上电检测，确认各个部分没有问题后再启动系统；

②当没有人存在的情况下，系统出现了故障，系统设置一个自动关闭程序，用一个定时器进行定时，定时一定时间后自动关闭系统，保证仪器和设备的完好；

图5.1 系统的总流程图

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重庆科技学院专科生毕业设计 参考文献

参考文献

[1]秦常贵.地铁车站自动排水控制系统设计与监控[J].城市轨道交通研究，2013:5(1):69-70.

[2]蔡彬彬，臧正保.PLC 在地铁区间排水控制系统的应用[J].电气技术与自动化，2007,36(2):115-116.

[3]蓝 兰.我国地铁建设状况分析[J].市场透视，2009,10:28-31.

[4]李玉琼.地铁给排水设计中容易疏忽的细节[J].科技论坛，2012,21:156. [5]张万忠.可编程控制器应用技术.北京：化学工业出版社.

[6]张凤珊.电气控制及可编程序控制器.北京：中国轻工业出版社,2005.

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毕业设计（论文）

附 件

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任意一水池到达排水 位 排水阀门打开 启动当班排水机组 N 系统启动并自检 任意电机故障 报警并启动报警子程序 Y N 启动系统 定时10分钟后系统断电 检测各水池水位 所有水池都处于排水位以下 Y 抽水机进入待命状态 任意二水池池到达排水位 排水阀门打开 任意三水池池到达排水位 排水阀门打开 启动第二台排水机组 启动第三台排水机组 满水池>=3 Y 打开备用水池进水阀门 N 满水池<=2 关闭备用水池进水阀门 15

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5.1.2 启动程序流程图

对于每一个系统，系统的启动是十分最要的的，只有系统正常启动，才能保证系统下一步顺利进行，对于本系统的启动程序，我设计的流程图如图5.2。

N 报警并启用报警程序 手动关闭程序10分钟后自动 进行检修 关闭程序，等 待检修 检修完毕

开 始 系统通电自检 Y 检修无误 按下启动按钮启动程序 按下停止按钮结束程序

图5.2 启动程序流程图

通过以上的启动流程图可以看出本系统在启动方面有以下几个特点： ①系统可以通电自检，有问题的时候不会启动排水程序，会报警并用指示灯显示；

②系统拥有手动检修功能，可以人工关闭系统，检修完毕后再启动系统，这时系统依旧会运行自检程序，无故障后才可运行下一步，有故障则继续报警；

③系统还可以自行关闭系统，可以防止故障程序带病运行。

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5.1.3 排水控制流程图

在本系统中，最根本就是排水的控制，排水设计的好坏，直接影响系统正常运行的好坏，对于我设计的程序，其排水流程图见图5.3。

有一个水池到 达排水位，排水 指示灯亮1个 1号电动机 启动排水 水池到达低水位 电动机关闭，等 待下次排水 结 束 开 始 排水程序启动 有两个水池到达排水位，排水指示灯亮2个 有三个水池到达排水位，排水指示灯亮3个 2号电动机启动排水 备用电机启动排水 检测水位 水池到达高水位 启动满水程序 图5.3 排水控制流程图 从流程图可以看出，我设计的排水系统具有以下功能：

①系统拥有水位检测功能，当水位到达低水位的时候，指示灯会显示，当到达排水位的时候，指示灯会显示，电动机会启动排水直到到达低水位；

②当有两个水池到达排水位的时候，我则会启动第二台电动机，当有三个水池到达排水位是，我会启用三台电动机，同时检测水位，达到满水位的时候会启动满水程序，到达低水位则会依次关闭电动机。

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5.1.4 满水控制流程图

对于一个系统，要充分考虑它的极限条件，这样才能保证系统在最坏的情况下也能够准确无误的运行起来，对于本系统，极限条件就是当有几个水池都到达满水后应该怎么处理，我通过满水控制流程图很好的解决了这个问题，具体流程图见图5.4：

一个水池达 到满水 该水池满水灯和排水 灯亮，无水指示灯灭

开 始 启动满水程序 二个水池达到满水 三个水池达到满水 所满水的水池满水灯和排水灯亮，无水指示灯灭 所满水水池满水灯和排水灯亮，无水指示灯灭 启用备用水池，将多余的水排入备用水池 图5.4 满水控制流程图

由流程图可以看出来，我在满水时具有以下几个功能：

①每个水池都有满水的指示，水池水位从排水位到满水位，排水指示灯应该一直亮，电动机也应该一直进行排水；

②当水池水位到达满水时，关闭进水阀门，同时将多余的水引入到备用水池中，等待其它水池处理完毕后即可处理备用水池的污水。

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5.1.5 阀门控制流程图

对于任何一个系统来说，开关都是最重要的，只有完美的控制好了开关才能完美的控制好整个系统，通过控制开关的关闭，可以实现不同的功能。在本系统中，通过进出水阀门的关闭，可以控制处理水池中的水位高低，具体流程图见下图5.5。

进水阀门打开，排水阀门关闭 进水阀门打开，排水阀门打开 进水阀门关闭，排水阀门打开

水位检测 对所有阀门状态进行复原 开 始 低水位 排水位 高水位 结 束 图5.5 阀门控制流程图

从阀门控制流程图我们得出以下信息：

①当水位在低水位时，所有进水阀门都应该打开，并用指示灯显示； ②当有水池到达排水位时，所有出水阀门都应该打开，并用指示灯显示； ③当有水池到达高水位时，该水池进水阀门关闭，打开备用水池阀门，将多余的污水排放到备用水池；

④用传感器检测水位，当水位到达排水位的时候，打开进水阀门，当水位到达低水位时，关闭排水阀门。

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5.1.6 定时报警控制流程图

每个系统都必不可缺少定时和报警装置，同样，我的系统也设计了定时报警装置，通过这个装置可以实现故障处理，其流程图见下图5.6。

10分钟到则系统断电 等待检修 N 人工取消 切换电动机工作 向控制室发出声光报警 开始计时 任意电机出现故障 开 始 电动机启动 8小时后 报警计数器启动 所有进水阀门关闭 Y 进行检修 图5.6 定时报警流程图，

通过定时报警流程图，我们可以看出系统在报警上有以下功能： ①通过定时器可以切换工作电机，关闭系统； ②通过报警器可以先控制室报警； ③检修后需要重新定时。

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5.2 西门子PLC程序的设计

通过对比，我设计PLC语言作为本次设计的语言，使用的是V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9 编程软件。

5.2.1 西门子PLC程序的设计规则

对于任何程序的设计，多应该遵循独有的规则，同理，我设计的软件有以下几个规则：

①有PLC的程序都要采用结构化编程，即主程序块完由多个子程序块构成，主程序里没有子语句；

②一个网络只能有一个输出，不能出现多个输出；

③所有元件使用要注意范围，不能超出范围，比如定时器定时最长为32767，不能随心所欲的定时。

对于PLC程序，我进行以下分析供阅读：

5.2.2 水位检测与显示程序

对于水位的检测与显示，是本设计中最重要的，通过对水位的检测来确定电机是否启动排水，我采用的是直接将I0.0连接到Q1.0，没有采用中间继电器过渡。图5.7 显示的是水池1的低水位、排水位、高水位的检测与显示，在本设计中，由于条件缺乏，采用模拟状态进行输入，即当按下I0.0时，水位即为低水位，此时低水位指示灯会亮，同时通电自锁。

图

5.7 水位检测与显示程序

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5.2.3 进出水阀门控制程序

对于阀门控制程序，我采用了通过水位来进行控制，如下图5.8，以1号水池为例，有以下两种情况：

①当水位指示为低水位Q1.0和排水位Q1.1，而满水水位Q2.0没有到达，此时进水阀门打开，排入污水；

②当水位指示为高水位Q2.0和排水位Q1.1，此时低水水位指示灯Q1.0关闭，此时排水阀门打开，排出污水；

图5.8 进出水阀门控制程序

5.2.4 定时计数程序

对于每个控制精确的系统，必少不了定时器，对于此系统的定时器，我选用的是TON定时器，定时精度100ms（即0.1S），最大计数范围32767，即3276.7S。对于计数器，则采用了CTU计数器。

我以统计电机工作时间进行分析：

由图5.9所示，通过Q3.2（启动一台电动机信号）电机的启动，马上开始定时，定时计数为18000，计数到18000重新计数，此时CTU计数器增加1，增加到16或者Q3.2电机停止工作清零，通过计数的次数和定时器的计数时间，从而可以统计出电动机的工作时间。

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图5.9 定时计数程序程序

5.2.5 一台电动机启动程序

电动机在本系统中是最关键的，电机能否正常启动排水，直接影响地铁排水系统，所以对于电机的控制，我们需要做到精确。

对于电机的控制程序，如图5.10所示，由图中程序可以看出： ①当按下启动按钮I2.1时，同时启动定时器T37定时；

②当有一个水池到达排水位时，即Q1.1、Q2.2、Q2.5、Q3.0中任意一个接通，这这个并联回路接通，Q3.2电机则会启动排水；

③一个电机都不运行排水的充要条件是四个水池都处于低水位时，这电机需要关闭，对于这个程序的设计，我采用了四个水池都常闭并联，这样当水池都没水时，电机即可关闭。

图5.10 一台电动机启动程序

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5.2.6 两台电动机启动程序

当集水池中出现2个水池到达排水位时，我们需要启动两台电动机进行排水，这时一台电动机必须运行，对于这个程序，我的设计如下：

①欲达到启动第二台电动机，那么担忧2个水池到达排水位时，这应该启动

2?6种可能，即有Q1.1、Q2.2；Q1.1、Q2.5；Q1.1、第二台电动机，总共有C4Q3.0；Q2.2、Q2.5；Q2.2、Q3.0；Q2.5、Q3.0，当这其中任意有一组满足条件即可完成启动；

②欲关闭电动机，当有3个水池水位到达低水位的，即可关闭电动机，这有3中情况，即Q1.0、Q2.1、Q2.4；Q1.0、Q2.1、Q2.7；Q1.0、Q2.4、Q2.7均常闭即可达到条件。

图5.11 两台电动机启动程序

5.2.7 三台电动机启动程序

当有三个水池都到达排水位时候，我们就应该启动三台电动机排水，作为三台电动机排水程序，我的设计如下：

①预启动三台电动机，则需要有三个水池到达排水位，那么这有以下几种情况满足条件，Q1.1、Q2.2、Q2.5；Q1.1、Q2.2、Q3.0；Q2.1、Q2.5、Q3.0；Q2.2、Q2.5、Q3.0，当这几个水池都达到排水位的时候，这应该启动电动机，因为只需要任意一个满足条件，故这几种情况应该采用并联。

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②欲停止电动机，这需要两个水池到达排水位，则有Q1.0、Q2.1；Q1.0、Q2.4；Q1.0、Q2.7；Q2.1、Q2.4；Q2.1、Q2.7Q，进行常闭触电的并联使用。

图5.12 三台电动机启动程序

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重庆科技学院专科生毕业设计 体会与收获

6 体会与收获

通过长达半年时间的毕业设计，我获得了不少的收获。 第一周至第三周：

①在这三周的时间里，我学会了如何去查找资料，对于不同的资料，进行分类学会了如何一步一步的从海量的文献中查找到自己想要的资料；

②学会了拿到一个题目后如何去解决问题，先分析器研究的意义，然后确定这次设计的目的和意义，最后拿出一个大致的框架，找到下手的方向。

第四周至第五种：

在这两周里面我进行了系统的总体设计，通过总体设计我有以下体会： ①总体设计是整个系统最重要的设计，一旦总体设计出错，那么将导致后面的所有出错；

②作为一个系统，我们应该给出多种方案，最后经过比较确定最好的方案。 第六周至第八周：

在这三周里面，我进行了硬件设计，获得了以下体会：

①一个系统的硬件是选择是比较重要的，对于硬件的选择，我们需要确定其工作范围，保证元件能够承受；

②对于部分重要元件要设置保护，避免出现故障时烧坏元件。 第九周至第十周：

在这二周的时间，我完成了CAD的绘制，通过CAD绘制，有以下体会： ①CAD的纸张要选择好，否则会导致打印的时候超出范围； ②CAD的对于对称的图形的绘制可以使用镜像即可； ③CAD的直线要绘制笔直，不可弯曲，需要放大检测；

④对于PLC的CAD图形绘制要输入输出，要根据实际的PLC信号确定； ⑤CAD中的线段需要有编号。 第十一周到十三周：

在这两周完成流程图的绘制，有以下体会：

①流程图的绘制只能使用特定的线段，不能使用其它的图形；

②流程图中所有线段的绘制应该到位，可以使用键盘的上下左右键移动； ③流程图中有判断的语句需要用Y/N标注； 第十四周到第十五周：

这两周我主要用于写PLC程序和调试程序，通过书写和调试PLC程序，我有以下体会：

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重庆科技学院专科生毕业设计 体会与收获

①PLC的输入输出可以用中间继电器启动； ②PLC程序的元件选择要注意使用范围； ③在调试PLC程序的时候应该开启状态监控； 第十五周到第十六周：

最后两周我完成了论文的书写，通过对论文格式的修改，我有了很多收获： ①对于毕业设计的页眉页脚需要插入下一页分节符，这样才能保证页眉页脚可以任意编排；

②通过格式刷可以应用出目录。

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重庆科技学院专科生毕业设计 结论与展望

7 结论与展望

7.1 结论

本课题采用了西门子S7-200PLC作为控制器，通过8张CAD图，可以看到电动机和各个水池的连接线路，通过6张流程图，能清晰的看出工艺过程，通过PLC程序的编程，可以通过逻辑控制有效地对排水池阀门的开关进行控制，有效地对排水池阀门的开关进行。由于条件限制，本系统暂处于实验室调试阶段，水位开关，系统开关等脉冲信号均由按钮代替。3台电机的轮换时间将原本的8小时计时缩短来验证程序。在调试过程中发现本课题的较大难点为各个排水池满水或无水的状态具有随机性，很难在短时间内将所有情况模拟出来。所以仍然可能存在一些意外情况。

本系统主要具备以下优点： (1)系统运行安全可靠;

(2)使用PLC编程，使系统自动化程度高，使用寿命长;

(3)操作简单，具有报警程序，当发生人为错误时可手动取消报警。

7.2课题的展望

(1)由于各个蓄水池的满水与否存在很大的随机性，本课题的设计程序中阀门打开条件均为经验数据，也许会存在一些漏洞，望能够在实践中得到完善；

(2)虽然系统能够达到应有的工艺要求，但是为了能够从远程利用MCGS组态软件更加生动得显示出各池水位状态，仍希望能够探测以及显示出任意的水位；

(3)由于时间的关系，系统中还有很多没有解决的问题，希望在以后的学习、工作过程中，能够不断的深入。

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重庆科技学院专科生毕业设计 致谢

致 谢

经过半年的毕业设计，在张老师的亲自指点下，使我对工艺流程十分清晰，导师渊博的专业知识、严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严于律己、宽以待人的崇高风范，朴实无法、平易近人的人格魅力对本人影响深远。不仅使本人树立了远大的学习目标、掌握了基本的研究方法，还使本人明白了许多为人处事的道理。本次论文从选题到完成，每一步都是在导师的悉心指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！在写论文的过程中，遇到了很多的问题，在老师的耐心指导下，问题都得以解决。所以在此，再次对老师道一声：老师，谢谢您！

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7ka2.html