CN206097691U - 基于plc供排水自动控制系统教学实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置，包括上位机，触摸屏、PLC控制器、两台变频器、三台水泵、上水箱、下水箱、进出水管道，并配有若干阀门、水位显示装置、水位浮球式传感器、水位压力式传感器。所述上位机与PLC控制器通过以太网连接，所述PLC控制器与变频器连接，所述PLC控制器通过接触器与一台水泵连接，所述变频器与两台水泵连接，所述三台水泵通过管道与上水箱连接，所述上水箱与下水箱之间通过阀门连接，所述水位浮球式传感器和水位压力式传感器均安装在上下水箱内部。本实用新型不仅具有图形化演示功能，能够显示实际电气控制回路的逻辑状态变化情况。而且配有上位机，能够实现远程控制功能。

Description

基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置

技术领域

本实用新型属于机电一体化技术领域，尤其是一种基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置。

背景技术

在高等学校实验教学过程中，为实现课堂教学与实物模型相结合，理论与实际相结合，增强学生对于实际生产工艺过程的直观认识，通常利用各种类型的教学实验装置来展示不同的生产工艺过程。在工业生产中，许多被控对象都可以抽象为双容水箱，因此，双容水箱是一种典型的被控对象，其是一种非线性、迟延对象。双容水箱控制系统的控制目标在于保持两个水箱中的一个水箱的液位恒定。现有的水泵教学实验装置，通常能够实现手动操作以及简单的自动控制，演示水泵的不同控制方式以满足不同的生产工艺。

但是，现有的水泵教学实验装置存在以下缺陷：

(1)现有的水泵教学实验装置不具有图形化演示功能，无法显示实际电气控制回路的逻辑状态变化情况等。

(2)现有的水泵教学实验装置不配有上位机，例如远程控制等功能无法实现。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种演示功能更全面，教学效果更完善，控制功能更多样化，可靠性更高，维护成本更低的供排水(双容水箱)自动控制系统教学实验装置。

本实用新型是通过以下手段完成上述技术目的。

基于PLC的供排水自动控制系统教学实验装置，包括电气控制箱以及双容水箱本体。所述的电气控制箱包括：电压表、电流表、触摸屏、若干按钮、若干空气开关、一台PLC控制器、若干PLC拓展模块、一台网络交换机、两台变频器、两台变压器、两个开关电源、若干接触器、若干控制继电器、若干端子排。所述电压表、电流表、触摸屏、按钮、空气开关位于电气控制箱正面。所述PLC控制器、PLC拓展模块、变频器、变压器、开关电源、控制继电器、端子排位于电气控制箱内部。所述双容水箱本体包括：上水箱、下水箱、进出水管道、三台水泵、上下水管道、若干阀门，水位显示装置、水位浮球式传感器、水位压力式传感器。所述三台水泵通过管道与上水箱连接，所述上水箱与下水箱之间通过阀门连接，所述上、下水箱内部均有水位浮球式传感器和水位压力式传感器。

优选地，所述变频器通过PLC控制器进行控制，通过改变模拟量输出模块输出电压，调节变频器输出频率。

优选地，所述PLC控制器通过网络交换机与触摸屏连接，提高了人机交互能力，增强了与上位机的通讯功能。

优选地，所述两台变频器控制两台水泵的转速，根据PLC控制器分别调节各自变频器输出频率，进而调节2台水泵转速，实现调节水泵流量。

优选地，所述PLC控制箱直接控制一台水泵，这一台水泵只有两种运行状态，即额定转速与零转速。

优选地，所述的上水箱具有水位指示装置，上水箱底部设置有手动调节水位阀门，上水箱内部设置有水位浮球式传感器、水位压力式传感器。

优选地，所述的下水箱具有水位显示装置，下水箱底部设置有手动阀门，下水箱内部设置有水位浮球式传感器和水位压力式传感器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)通过配套的上位机不仅实现远程控制功能，增设了多种控制运行模式，满足不同工艺流程要求。而且在教学过程中，在不同实验室的众多学生可以同时感受控制过程。极大地缩小了实验装备占用实验室的面积。

(2)通过配套的触摸屏，不仅实现图形化演示工艺流程功能。而且通过设计对应的组态画面，能够显示实际电气控制回路的逻辑状态变化情况等。使学生能够非常明确系统的水路运行工况和电气控制线路逻辑变化状态。

附图说明

图1为本实用新型所述，基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置总体结构图。

图2为本实用新型所述，基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置电气系统面板器件布置图。

图3、基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置电气系统机箱器件布置图。

图4、基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置机电系统图。

图5、基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置电气系统结构图。

图6、基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置自动控制系统图。

具体实施方式

为了更清楚的说明本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型作进一步详细的介绍。

如图1所示，本实用新型所述的基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置总体结构图，包括双容水箱和电气控制箱两大本体部分。

双容水箱本体包括：上水箱、下水箱、三台水泵、进出水管道，并配有若干阀门、水位显示装置、水位浮球式传感器、水位压力式传感器。三台水泵通过管道与上下水箱联接，所述下水箱的水由泵体抽送至上水箱，上水箱的水通过阀门组排至下水箱，形成循环体系。所述水位浮球式传感器与水位压力式传感器均位于上下水箱内部。

电气控制箱本体包括：包括面板部分和箱体内部两部分。

面板部分如图2所示，为本实用新型所述的基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置电气系统面板器件布置图。面板部分包括，电压表、电流表、触摸屏、若干按钮、若干空气开关等安装在面板上。

箱体内部如图3所示，本实用新型所述的基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置电气系统机箱器件布置图。箱体内部包括，一台PLC控制器、若干PLC拓展模块、一台网络交换机、两台变频器、两台变压器、两个开关电源、若干接触器、若干控制继电器、若干端子排等安装于箱体之内。

双容水箱与电气控制箱体两部分之间连接关系如图4所示，本实用新型所述的基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置机电系统图。包括双容水箱与电气控制箱体两部分之间的连接关系。所述双容水箱包括上、下水箱。所述上水箱的水位浮球式传感器的信号线、水位压力式传感器的信号线，以及所述下水箱水位浮球式传感器的信号线、水位压力式传感器的信号线，与电气控制箱连接。

本实用新型中电气系统结构如图5所示，本实用新型所述的基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置电气系统结构图。所述上位机与PLC控制器通过以太网连接，所述PLC控制器与2台变频器联接，所述变频器与两台水泵连接，所述接触器与一台水泵连接，所述三台水泵通过管道与上下水箱连接。

本实用新型中自动控制系统如图6所示，本实用新型所述的基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置自动控制系统图。所述上位机或触摸屏为显示与操作单元，PLC为控制模块，变频器、水泵为执行模块，上水箱水位为控制对象，或以下水箱水位为控制对象，水位浮球式传感器、水位压力式传感器为采集模块，辅助以多功能智能电表检测装置实时功率，统计装置用电量，组成双容水箱恒液位控制装置。上位机与PLC之间通过以太网连接，保证数据传输速度与质量，同时方便布置装置。PLC与变频器通过模拟量输入输出扩展模块连接。变频器与2台水泵连接，两者之间传输0-5V的电压信号，代表从0-50Hz，通过改变变频器的输出频率能够调节这台水泵的转速。另外1台水泵通过接触器与PLC连接，由PLC控制这1台水泵的启停。三台水泵的进水口均与下水箱连接，出水口通过上水管与上水箱连接。当水泵运行时，将下水箱的水抽到上水箱中。在下水箱中，安装有水位浮球式传感器与水位压力式传感器。其中水位浮球式传感器为节点式水位计，根据需要可以设置不同个数的水位节点，当水位到达某一节点时，产生一个开关量信号，输出到PLC，指示水位到达该位置。水位压力式传感器放置于水箱底部，检测水箱压力，从而可以得出水箱的水位，传感器输出4-20mA或0-5V的信号至模拟量模块，以便PLC接收。

进一步地，在上位机软件中，或触摸屏中，设置有多种运行模式，包括定时控制模式、单台工频泵模式、单台变频泵模式、单台工频+单台变频泵模式、单台工频+2台变频泵模式五种模式。根据不同的需要可以进行不同的选择。同时，在上位机软件中，还可以观察到装置实时的运行工况，包括控制方式、供排水运行工况和电气参数。水泵控制方式，包括就地控制方式、远程控制方式。运行工况包括运行水泵、上水箱水位、下水箱水位、1号变频泵流量、2号变频泵流量。电气参数包括电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数，还可以对装置累计使用的电量进行统计。这样可以对不同的运行模式进行分析，有利于操作人员了解装置的状态，并作出更合理的操作。

具体地，本实用新型所述就地控制方式，是指在电气控制箱操作选定方式按钮，置于就地控制方式，只允许在电气控制箱面板上操作水泵的起停操作。而在上位机，或触摸屏仅显示运行状态，而不能操作。

本实用新型所述运程控制方式，是指在电气控制箱操作选定方式按钮，置于运程控制方式，在电气控制箱面板上不可以操作水泵的起停。而在上位机，或触摸屏可以选定所述五种模式，进行相应操作控制，同时显示运行状态。

以上实施方式为本实用新型的个别实施例，本领域技术人员在本实用新型的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置，其特征在于，包括上位机、双容水箱、电气控制箱、PLC控制器、2台变频器、接触器、三台水泵、进出水管道，并配有若干阀门、水位浮球式传感器、水位压力式传感器；所述上位机与PLC控制器通过以太网连接，所述PLC控制器与变频器连接，所述PLC控制器通过接触器与一台水泵连接，所述变频器与两台水泵连接，所述三台水泵通过管道与上水箱连接，所述上水箱与下水箱之间通过阀门连接，所述水位浮球式传感器和水位压力式传感器均安装在上下水箱内部。

2.根据权利要求1所述的基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置，其特征在于，所述双容水箱包括上水箱和下水箱。

3.根据权利要求1或2所述的基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置，其特征在于，所述上水箱底部设置有手动阀门，内部设置包含了水位显示装置、水位浮球式传感器、水位压力式传感器。

4.根据权利要求1或2所述的基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置，其特征在于，所述下水箱内部设置包含了水位显示装置、水位浮球式传感器、水位压力式传感器。

5.根据权利要求1所述的基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置，其特征在于，所述电气控制箱面板设置包括仪表、控制方式按钮、起停按钮、触摸屏；所述电气控制箱内部包括PLC控制器，模拟量输入输出模块，变频器，接触器，控制继电器。

6.根据权利要求1或5所述的基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置，其特征在于，所述2台变频器都通过PLC控制器进行控制，通过模拟量输入输出模块调节变频器输出频率。

7.根据权利要求1或5所述的基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置，其特征在于，所述两台变频器控制两台水泵机组的电机转速，根据PLC控制箱调节变频器输出频率，进而控制两台水泵流量。

8.根据权利要求1或5所述的基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置，其特征在于，所述PLC控制箱直接控制一台水泵，这一台水泵只有两种运行状态，即额定转速与零转速。

9.根据权利要求5所述的基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置，其特征在于，所述触摸屏控制功能包括定时起停控制、流量调节、手动操作功能；所述触摸屏显示功能包括功能液位、流量、电压、电流、功率运行工况显示功能。

10.根据权利要求1所述的基于PLC供排水自动控制系统教学实验装置，其特征在于，所述上位机控制模式选择包括定时控制模式、单台工频泵模式、单台变频泵模式、单台工频+单台变频泵模式、单台工频+两台变频泵模式五种模式；所述上位机运行工况显示包括供排水液位、流量、电压、电流、功率运行工况参数。