发布时间 : 星期四 文章基于西门子PLC与WINCC的城市排水监控系统设计 - 图文更新完毕开始阅读7a21c98f52ea551810a687c4
天津职业技术师范大学2014届本科生毕业论文
处理，所以继电器控制系统正在渐渐被取代。
（2）单片机控制与PLC控制对比
跟专用的处理器相比，在嵌入式系统中的使用，单片机有着自身的优势，所有它有
着很广泛的使用。如今社会，日常生活中所用到的电子产品基本上都会用到单片机，比如说手机、家用电脑、遥控玩具，自动洗衣机和冰箱、平板电脑等近乎所有电子产品。单片机的使用能够比你想象的还要多。
PLC还是很特殊的，单片机是构成它的一个重要的环节，是PLC控制器的“神经中枢”，但是如果不往PLC里面输入控制指令的话，它是没有任何作用的。换句话说，如果不往PLC里面下载程序，那么PLC毫无价值可言。当然PLC的编程还需要编程软件，比如西门子公司的step-7软件。
所以在本设计城市排水监控系统中，单片机控制系统虽然能满足控制要求。不过，城市排水的监控系统的很大的，而且系统运行的环境比较复杂，如果选用单片机作为控制器的话，会显得不够稳定，那么显然选用PLC作为控制器是一个非常好的选择。
（3）PLC控制系统的介绍
PLC是根据传统的继电器控制系统开发出来的，早先的PLC功能很少，只要简单的开关量控制，最初PLC是用在制造汽车的产业上的，通过各种操作指令，来控制各个执行机构的动作。一般都是按照用户的需求，编写好程序，下载到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：
1、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。 2、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
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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。 3、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。 4、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。
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3 城市排水泵站监控系统控制要求
3.1 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3-1为系统结构图。
图3-1 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
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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。
3.2 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step-7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S7-300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，
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