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优秀的设计网站推荐,如何安装wordpress的插件安装教程,中铁建设集团有限公司中标,全国被执行人名单查询目 录 摘 要 I Abstract II 任务与要求 1 1.1 设计任务 1 1.2 国内外研究情况 2 1.2.1 国外智能节水灌溉系统研究现状 2 1.2.2 国内智能节水灌溉系统研究现状 2 1.3 设计内容与要求 3 1.4 设计意义 4系统方案设计 5 2.1 市场上已有的城市小区绿化控水系统 5 2.2 市场上常见控…目 录摘 要 IAbstract II任务与要求 11.1 设计任务 11.2 国内外研究情况 21.2.1 国外智能节水灌溉系统研究现状 21.2.2 国内智能节水灌溉系统研究现状 21.3 设计内容与要求 31.4 设计意义 4系统方案设计 52.1 市场上已有的城市小区绿化控水系统 52.2 市场上常见控水用器件 52.3 方案设计 52.4 系统优化 52.5 功能 6硬件设计 73.1 PLC硬件选型 73.1.1 PLC的选型 73.2 增压泵选型 93.2.1 增压泵的概述 93.2.2 增压泵的分类与选型 93.3 传感器 103.3.1 传感器的概述 103.3.2 传感器的分类与选型 103.4 电磁阀的选型 123.5 PLC外部接线图 133.6 主电路设计 14软件设计 164.1 系统流程图 164.2 PLC编程软件设计 174.3 系统程序梯形图 174.4 HMI调试画面 19总结 22参考文献 23致谢 24基于PLC的城市小区绿化智能节水灌溉系统的设计摘 要我国的基本国情是人口众多、水资源有限、水资源时空分布不均。中国在全球水资源总量中排名第六但人均水资源仅为世界平均水平的35%。水资源短缺已成为经济和社会高质量发展的主要障碍。过去城市居民区经常使用水车进行景观灌溉将水输送到灌溉区并使用人工洪水。超过80%的洪水灌溉用水渗入地下深处或蒸发到大气中导致这种水资源的损失。为了解决上述问题本项目采用PLC控制作为控制设计了一种用于城市社区绿化的智能节水灌溉系统的控制系统。由于其在不同工作条件下的特点已经开发了用于绿化城市社区的PLC控制和智能节水灌溉系统以补充硬件和软件设计解决方案。在控制软件的概念上本文考察了模块化和结构化编程思想系统地规划了PLC控制程序和城市市政绿化节水灌溉系统的智能控制。最后本文对城市绿化智能节水灌溉系统的控制程序进行了详细的分析和设计实现了设计智能高效的城市绿化节水灌溉系统所需的功能。关键词水资源智能节水灌溉物联网PLCDesign of an Intelligent Water saving Irrigation System for Urban Community Greening Based on PLCAbstractThe basic national conditions of our country are a large population, limited water resources, and uneven spatial and temporal distribution of water resources. China ranks sixth in the global total water resources, but its per capita water resources are only 35% of the world average. Water scarcity has become a major obstacle to high-quality economic and social development. In the past, urban residential areas often used water trucks for landscape irrigation, transporting water to the irrigation area and using artificial floods. More than 80% of flood irrigation water infiltrates deep underground or evaporates into the atmosphere, resulting in the loss of this water resource.In order to solve the above problems, this project adopts PLC control as the control and designs a control system for an intelligent water-saving irrigation system for urban community greening. Due to its characteristics under different working conditions, PLC control and intelligent water-saving irrigation systems have been developed for greening urban communities to supplement hardware and software design solutions. In terms of the concept of control software, this article examines modular and structured programming ideas, systematically planning PLC control programs and intelligent control of urban municipal greening water-saving irrigation systems. Finally, this article provides a detailed analysis and design of the control program for the intelligent water-saving irrigation system for urban greening, achieving the functions required for designing an intelligent and efficient urban greening water-saving irrigation system.Key words: Water resources; Intelligent water-saving irrigation; Internet of Things; PLC任务与要求1.1 设计任务众所周知中国是一个水资源有限的国家人均淡水资源只有世界级的四分之一。有效利用和保护水资源已成为一个重要问题。过去在城市居民区的景观灌溉过程中经常使用水车将水运送到灌溉地点并使用人工洪水。用于洪水灌溉的水有80%以上渗透到地下深处或蒸发到大气中导致这种水资源的损失。因此现在花园灌溉逐渐采用灌溉网络管理和喷嘴喷雾。然而当使用管道网络对花园进行灌溉时通常会使用手动控制方法这具有相对较高的任意性。通常当花园需要灌溉时没有人打开阀门或者当不需要灌溉时没有人关闭阀门导致花园绿地的水资源流失。此外在景观设计过程中通常会在同一区域种植树木、灌木和草本植物等不同的植物。由于植物种类的差异需水量可能会有所不同。即使是同一种植物不同生长阶段的需水量也可能不同。在这样一个大背景下如何实现智能化、信息化管理以达到节约用水、保护环境和降低能耗的目的就显得尤为重要。尽管在城市节水灌溉、高层建筑电力供应和工业循环节水灌溉等方面中国与发达国家相比一直处于较为落后的状态并且其数字化水平也相对较低。然而随着中国社会主义市场经济的不断壮大[1]民众的生活品质逐渐提升再结合我国政府对住房系统改革的持续努力城市对各类住宅的建设需求持续上升这也导致了对住房基础设施建设的巨大需求。所以对于城市住宅小区的节水灌溉系统来说它不仅能够满足人们日常用水需求而且还可以减少水资源浪费。住宅节水灌溉系统的设计是一个重要的环节因为节水灌溉的可靠性、稳定性、经济效益和节水能力等因素与小区居民的日常生活紧密相关。这也是一个反映小区物业管理质量高低的指标。然而由于节水灌溉过程中存在的随机性使用的机械节水灌溉方式很难保证实时节水灌溉。抽水泵的位置通常是基于最大水压来确定的而最高水位的距离相对较小这不仅降低了泵的效率还导致孔隙水压不稳定从而造成了大量电能的损失远远不能满足现代生活和生产的需求。随着现代电力电子技术和电子计算机的进步变频调速自来水系统的生产技术由于投资较少、施工简便、节电效果显著、智能化管理、无二次污染[2]已经得到了越来越广泛的应用。本文主要研究了在传统的自来水系统基础上进行改造后的一种新型节能高效节水灌溉系统——变频调速自来水系统的设计方案。结合PLC系统的稳定质量、经济实惠、强大功能和简洁的编程特点并采用变频器的尖端技术成功开发了一个配备可编程控制器的变频调速节水灌溉系统。在其设计过程中实施了最小化的投资和融资机制从而实现了多功能节水灌溉系统的特性。该系统可广泛应用于宾馆饭店学校等各种公共场所是一种很有应用前景的节水设备。在当前大力推崇节能和减少排放的社会背景下这具有极高的经济价值和社会意义。1.2 国内外研究情况1.2.1 国外智能节水灌溉系统研究现状随着社会对变频调速技术的不断探索变频智能节水灌溉系统变得越来越稳定和可靠。与此同时一些国外制造商抓住了这一有利时机制造了恒压节水灌溉变频器。SAMCO萨姆肯公司作为日本的子公司已经制造出了相应的基板并为其提供了“变频泵循环或固定模式”的两个选项。这种具有多功能的变频器被称为变频节水灌溉控制器。SAMCO公司已将PID调节器、PLC等关键部件固定在变频器控制基板之上[3]。该产品采用的技术就是变频节水灌溉控制系统。其主要目标是为了方便地使用可编程逻辑语言来管理变频节水灌溉系统。尽管这种集成了多功能模块的变频器能显著降低生产成本但其缺点在于维修过程非常复杂。如果不能在规定的有效时间内完成维修那么只能将其送回原厂进行进一步的维修。此外它的通讯功能并不十分齐全而且接口的扩展既耗时又耗力所以它在实际应用中还未能广泛推广。所以目前国内很多节水灌溉企业都在考虑采用变频器替代原来的传统方式即通过增加控制器数量或改变控制程序的形式达到节省投资、提高效率的目的。目前在国外许多人选择了一种简单易操作的拖延式方法即在一个节水灌溉系统中使用一台变频器来控制另一台水泵但这种做法可能会导致多个变频器的出现。另外由于每个用户对变频器的要求不同所以每台水泵的功率也不一样。这样做是完全不必要的因为它只会让部分变频器闲置从而导致更多的资源浪费。1.2.2 国内智能节水灌溉系统研究现状根据查阅到的资料分析当时国外的智能节水灌溉系统在设计上通常采用一个电机不带一个水泵的模式并且几乎没有使用一个电机同时驱动多个水泵的情况因此投入的成本相对较高。国内的变频恒压节水灌溉技术研究起步较晚主要是通过引进国外先进技术进行消化、吸收和创新。然而随着先进的变频技术的研发和变频智能节水灌溉系统功能的拓展国外制造商也开始研发和引进具有恒压供电功能的自动化变频器。我国的Samc企业也开始引进恒压节水灌溉基板控制系统包括“变频泵稳定模式”和“变频泵循环模式”两种类型[4]。由于国内目前还缺乏一套完整的变频恒压节水灌溉技术而这些问题恰恰是国内用户最关心的问题因此本文介绍一种基于变频恒压节水灌溉管道的全自动监控方案可以将PID调整器和PLC可编程控制器等系统集成到控制变频器的基板上并通过一个指令程序来控制PLC和PID等电控设备。只需配备相应的恒压节水灌溉模块就可以直接控制几个内部的电气接触器的运行。虽然这款仪器能够采用微型电路设计来降低系统成本但由于缺乏标准化的接口技术加上系统的动态响应和可靠性都不尽如人意与其他监测系统的配置环境之间的数据交流也相当困难。再加上设备性能的局限性其在实际应用场景中的规模也受到了一定的限制。目前我国已经有很多企业在生产过程中采用变频调速恒压节水灌溉技术并取得良好的效果。通过观察可以清晰地看到在国内外的变频式自动调速智能节水灌溉系统中当与现代控制、计算机网络和通信技术系统结合时闭环压力控制系统仍然存在一些不足之处。目前我国大部分地区仍采用传统的方法来实现节水灌溉的自动控制这就使得许多地方出现“供不起水”,“用水贵”等问题严重影响着人们的日常生活及生产活动。因此有必要进一步深化研究以优化智能节水灌溉系统的性能特点并使其能够更广泛地应用于社会日常生活和生产活动中1.3 设计内容与要求实现对城市小区绿化用水的监测和控制包括冷热水的供应、水量的监测等功能提供智能化的水资源管理包括定时定量的节水灌溉、漏水检测和报警等功能具备远程控制和监测的能力方便用户随时随地进行操作和管理设计合理、易于安装和维护的系统方案考虑节能环保的设计理念尽量减少能源消耗和水资源浪费满足以下特性。安全性系统设计应确保家庭成员在使用过程中无危险保障人身安全。可靠性设计应考虑系统的稳定性和可靠性确保长期使用无故障。环保性在设计过程中要考虑减少对环境的负面影响采取节能、低碳的设计方案。经济性在系统设计时要兼顾经济效益尽量减少投资成本提高使用效益。舒适性系统应满足家庭成员的用水需求提供稳定、舒适的节水灌溉服务。智能化系统应具备智能化功能如自动控制、监测、报警等方便用户的使用和管理。易维护性系统应易于维护和检修方便用户对设备进行保养和维修。1.4 设计意义与目的智能节水灌溉系统对城市社区的绿化具有深远的影响。智能节水灌溉技术的重要性在于用尽可能少的水获得尽可能多的水以满足不同物种和生长阶段的不同用水需求。它具有良好的经济、环境和社会效益对缓解中国水资源短缺有着巨大的帮助。本项目就是在此基础上提出的主要研究基于各种土壤水分信号控制灌溉水量的智能节水灌溉系统设备。加强了对灌溉水量的精确控制。目前节水智能灌溉系统相对成熟控制系统必须根据不同的工况和要求进行设计。最终项目的目标是设计一个适用于特定工作条件的住宅公寓智能节水灌溉系统的控制系统。系统方案设计2.1 市场上已有的城市小区绿化控水系统智能水表控水系统通过智能水表实现用水数据的远程监测和控制。用户可以通过手机APP或智能音箱等设备远程控制用水设备实现节能和智能化管理。水箱式控水系统通过设置水箱将用水设备连接到水箱中实现水箱内部的水位控制和用水设备的开关控制。这种系统通常适用于用水量较大的学校。管道式控水系统通过在管道中安装流量传感器和控制阀实现用水设备的实时监测和控制。这种系统可以实现精准控制和节能但需要专业的安装和维护。集中式控水系统通过将城市小区绿化中的所有用水设备集中管理和控制实现统一监测和控制。这种系统可以实现全屋的智能化管理但需要铺设专业的管线和设备。这些城市小区绿化控水系统各有优缺点用户可以根据自己的实际需求和预算选择适合自己学校的系统。同时在选择时也需要注意系统的智能化程度、安全性、稳定性和可维护性等方面的问题。2.2 市场上常见控水用器件智能水表用于监测水量、水质等信息并实现远程抄表和计费功能。智能水头具备自动感应和控制水流的功能可实现定量节水灌溉和自动关闭。漏水检测器通过传感器监测管道和设备是否有漏水并及时发出警报。智能热水器根据用户需求和习惯智能控制热水的供应和温度。2.3 方案设计硬件设计选择合适的PLC控制器、传感器和执行器并进行连接和布线。软件设计编写PLC控制程序实现数据采集、处理和控制指令的发送界面设计设计用户友好的界面显示水量、温度、等信息并提供操作按钮和设置选项。2.4 系统优化节能设计通过控制水流的时间和流量减少能源消耗和水资源浪费。智能学习系统能够根据用户的习惯和需求自动调整节水灌溉参数提高用户体验。数据分析通过对系统采集的数据进行分析为用户提节水灌溉资源使用建议和优化方案。温度调节通过对系统温度信号采集的数据进行分析为用户提供一个舒适的用水体验。2.5 功能水量监测通过流量传感器实时监测冷热水的用水量记录并显示在用户界面上。智能节水灌溉根据用户设定的需求和习惯通过PLC控制器控制电磁阀和水泵实现恒压节水灌溉和自动关闭功能。温度检测通过温度传感器监测管道和设备的是否符合要求从而做出改变调节温度。硬件设计3.1 PLC硬件选型3.1.1 PLC的选型在本设计中主要根据工艺要求、控制对象、设备控制要求等选择合适的PLC控制器实现最佳性价比。对于控制系统PLC控制器的选择规则和注意事项如下 1PLC一般用于开关控制系统作为主控和模拟控制特别适用于操作频繁、逻辑关系复杂、程序可变的系统。应用于这样的系统将最大限度地提高技术和经济效益。 2是否连接到计算机是否需要创建网络信息系统是否对远程站的配置有要求是否需要特殊模块如中断输入、双机设备、位置控制、高速仪表和智能模块 3开关输入/输出点的数量、模拟输入/输出点数、电压和输出功率电平以及存储容量与PLC输入/输出模块的选择直接相关。输入点的数量通常需要考虑1-2G的余量特别是对于开关输入应考虑较大的余量适当的电压水平可以提高抵消PLC驱动器干扰的能力主机用户的存储容量大小对设备的成本影响不大因此建议选择更多的存储容量。 4其他考虑因素在选择PLC控制器时有必要对其外观、结构、系统组成、设置条件、价格、技术服务和应用性能等多个指标进行综合分析和比较然后才能确定理想的PLC产品。 西门子PLC包括S7-200、S7-300、S7-1200、S7-1500等系列其中S7-1200系列体积小、速度快、标准化具有网络通信能力。并且S7-1200PLC设计紧凑、组态灵活具有功能强大的指令集这些特点结合在一起使它成为控制各种应用的完美解决方案。西门子S7-1200PLC系列主要有CPU1211C、CPU1212C、CPU1214C、CPU1215C、CPU1217C五种型号。如表3-1所示。表3-1 S7-1200PLC CPU技术性能特征 CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C CPU 1215C CPU 1217物理尺寸/mm 90×100×75 110×100×75 130×100×75 150×100x用户存储器 工作/KB 50 75 100 125 150负载/MB 1 4保持性/KB 10本体集成10点 数字量 6入4出 8入6出 14入10出模拟量 两点输入 两入两出位存储器/B 4096 8192信号模块扩展个 无 2 8信号板个 1通信模块(个 3左侧扩展高速计数器 总计 3 5 6 6 6单相 3个100kHz 3个100kHz 3个100kHz 3个100kHz 4个1MHz2个30kHz 3个30kHz 3个30kHz 2个100kH正交相位 3个80kHz 3个80kHz 3个80kHz 3个80kHz 3个1MHz2个20kHz 3个20kHz 3个20kHz 3个100kH脉冲输出 最多4路CPU本体100kHz存储卡 SIMATIC存储卡选件实时时钟保持时间 通常为20天40℃时最少为12天PROFINET 1个以太网通信端口 2个以太网通信端口实时运算执行速度 2.3s/指令综合课题需要以及相关数据的对比本设计共用了10个输入接口9个输出接口。本人在本课题选择的是西门子品牌的S7-1200系列PLC。图3-1 S7-1200PLCCPU1215CDC/DC/DC3.2 增压泵选型3.2.1 增压泵的概述增压泵是一种用于增加流体压力的泵。它主要用于气体或液体的增压以满足各种不同的工业需求。增压泵的原理是利用大面积活塞的低气压产生小面积活塞的高液压从而实现增压效果。增压泵的主要用途包括但不限于以下几个方面气体增压增压泵可用于将压缩空气、氮气、水蒸汽、天然气等气体进行增压以满足工业生产中对于高压力气体的需求。液体增压增压泵也可用于将水、酸、碱等液体进行增压以满足清洗、除锈、脱硫、水处理等方面的需求。气瓶充气增压泵可以用于高压气瓶的充气提高气瓶内的压力使其达到所需的压力值。测试装置增压泵可用于各种测试装置中提供稳定的压力源以确保测试结果的准确性和可靠性。3.2.2 增压泵的分类与选型增压泵的分类主要包括以下类型自动水流辅助泵水泵中的水流传感器水流开关由其自身在水管中的流速如每分钟4L驱动传感器将信号传输到水泵内的控制器。控制器控制水泵电机的运行水泵工作以保持压力并节约灌溉用水。其优点在于设计紧凑、原理简单、价格实惠。然而水流开关的易堵塞是其主要缺点之一。自动增压泵水泵通过水泵中的压力传感器有上下限感应水管中的压力来控制水泵。当水管中的压力达到水泵压力传感器的上限时水泵停止工作当压力降至水泵压力传感器下限以下时水泵启动。这种辅助泵可以提取地下水而且价格低廉。然而其缺点是压力传感器内部的触点容易烧结导致水泵故障转子容易与泵体卡住导致水生锈如果长时间不使用电机会发热并在卡住后烧坏。此外当用水量较低时水泵压力传感器会在上下限之间来回切换使水龙头产生一大一小的水。沼气型补强泵属于气动设计有气液和气体两种类型。它利用活塞运动过程中的低压和高压原理工作。如果气源压力不足也可以使用增压泵来增加压力。气液增强泵气液增强泵通常用于气体或液体。例如如果水管的压力不够可以使用这种类型的加强泵。本产品主要由铝合金材料制成与液体接触的部件将根据液体的类型由碳钢或不锈钢制成。空气式补强泵与第一种补强泵一样这种补强泵利用活塞运动产生的效果工作。它可以在原有的空气压缩系统中使用在运行过程中可以将气压提高约5倍。节水恒压变频灌溉泵通过压力传感器检测水管内的压力并向变频器发送电子信号控制水泵电机的转速起到恒压的作用。如图所示这是一台家用式220V全自动压力式自动增压泵它的特点是压力可调静音节能恒压出水恒压出水。图3-2 家用式增压泵3.3 传感器3.3.1 传感器的概述传感器是一种物理设备可以检测和感测外部信号、物理条件如光、热、湿度或化学成分如烟雾并将检测到的信息传输到其他设备或器官。国家标准GB7665-87中对传感器的定义是“一种能够检测特定被测对象并根据特定模式将其转换为服务信号的设备或相机通常由敏感元件和转换元件组成。传感器是一种检测设备可以感测测量的信息并根据规定的规则将其转换为电信号或其他所需形式的信息输出以满足信息传输、处理、存储、显示、记录和控制的要求。这是实现自动检测和控制的主要步骤。3.3.2 传感器的分类与选型传感器的分类方法有很多根据不同的标准可以将传感器分为不同的类型。以下是几种常见的分类方式按物理量分类传感器可以根据被测物理量分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器、压力传感器、温度传感器等。按工作原理分类传感器可以根据工作原理分为机械式传感器、电气式传感器、光学式传感器等。按输出信号分类传感器可以根据输出信号分为模拟传感器和数字传感器。模拟传感器的输出信号为连续变化的模拟量数字传感器的输出信号为数字信号。按材料分类传感器可以根据使用的材料分为金属传感器、陶瓷传感器、复合材料传感器等。按应用领域分类传感器可以根据应用领域分为工业传感器、医疗传感器、环保传感器、农业传感器等。在本次课题中用到了温度传感器和压力传感器。温度传感器是目前使用最广泛的传感器之一。温度传感器被广泛应用于空调、干燥器、冰箱、微波炉等各种家电设备中还被应用于检测化工厂的溶液和气体的温度如盐浴炉温度的检测。温度传感器种类繁多常见的温度传感器根据测量原理不同分为热平衡式和热辐射式两大类其中热平衡式测量属于接触式测量热辐射式测量属于非接触式测量本人选择采用接触式温度传感器中的热电偶温度传感器。其中薄膜热电偶是由两种金属薄膜连接而成的一种特殊结构的热电偶。它的测量端小薄热容量很小动态响应快可以用于微小面积上的温度测量以及快速变化的表面度测量。测量时薄膜热电偶用特殊黏合剂紧贴在被测表面由于受黏合剂的限制测量度一般为-200300℃。如图3-3所示。图3-3 PT100温度传感器压力传感器是一种能够检测压力信号并将其转换为有用电信号的设备。它通常由压敏元件和信号处理单元组成。根据压力测试的不同类型压力传感器可分为计量压力传感器、差压传感器和绝对压力传感器。这种类型的传感器在许多领域都有广泛的应用包括但不限于水利水电保护、轨道交通、智能建筑、生产自动化、航空、军工、石化、油井、电力、船舶、机床和管道。本人选择的压力传感器是SLD-801它的优点是量程广0.1-150M怕可缓冲可抗2-3倍的压力冲击IP65防护优质304不锈钢。图3-4 SLD-801压力传感器3.4 电磁阀的选型电磁阀是一种利用电磁原理控制液体流动的装置。它属于执行器不限于液压和气动系统主要用作流体控制的基本自动化部件。在工业控制系统中电磁阀可以调节介质的方向、流量、速度等参数可以与各种电路结合使用实现精确灵活的控制。电磁阀有多种类型每种类型在控制系统中的位置和作用都有所不同包括单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。电磁阀在多个领域都有广泛的应用如自动控制系统、工业制造、生活家电、汽车工业和医疗设备等。本人选用的电磁阀是ZCA真空电磁阀24V它的优点是密封性好不锈钢材质耐腐蚀。