PLC控制的水泵机组群控系统设计

毕业设计（论文）报告纸共 42 页 第 1 页装订线摘 要供水工程往往成为高层建筑或工矿企业和小型企业中最重要的基础设施之一。任何时候都能提供足够的水量、平稳的水压、合格的水质是对给水系统提出的基本要求。随着社会的飞速发展和城市建设规模的扩大，人口的增多以及人们生活水平的提高，对城市供水的质量、数量、稳定性等问题提出了越来越高的要求，我国中小城市供水的自动化配置相对落后，机组的控制主要依靠值班人员的手操作，控制过程烦琐，而且手动控制无法对供水管网的压力和水位变化及时做出恰当的反应。所以利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的供水系统成为必然趋势。本文详细研究设计了一种基于 PLC 技术控制水泵组合供水系统，说明了可编程控制器（PLC）在供水系统中所担任的角色。从系统的整体设计方案和实际需求分析开始，紧密的联系实际生活的需要，力求做到使系统运行稳定，操作简便，解决实际中问题，保证供水安全、快捷、可靠。PLC 技术控制水泵组合供水保证了供水质量，以 PLC 为主机的控制系统丰富了系统的控制功能，提高了系统的可靠性。关键词：继电器，接触器，PLC，供水毕业设计（论文）报告纸共 42 页 第 2 页装订线ABSTRACTThe water supply project often becomes one of most important infrastructures in the high-rise construction or the Industrial and mining establishment and the Small businesses. Providing the enough water volume at any time, the steady hydraulic pressure, the qualified water quality is the essential requirements which proposed to the aqueous system. With the progress development of social economic and the construct scale of city continuously enlarge .increasing of population and standard of living of people continuously improved, more and more demanding to quantity, quality and stability of water supply bring forward in city. The automatic degree of waterworks, the town is much lower than the correspondence in city. Especially in some old waterworks, the equipment of automatic control system is dropped behind. The control of unit is mainly depended on manual operating of watches. The progress of control is very complicated and that manual control cant meet the change of pressure in the pipes and the water level of the pond. It also cant act the proper feedback in time. So it is inevitable tendency to design water supply system which has high function and saves on energy well, with help of advanced technique of automation, control and communication. At the same time this system can adapt different water supply fields. This article dissect design a inverter water supply system base on PLC technology to control ，have stated the role served as of the programmable controller (PLC ) in the water -supply system of constant voltage. Since the whole design plan of the system and actual demand are analyzed, the need of close life of integrating with practice, make every effort to make sure to make the system run steadily, easy and simple to handle, solve and hit the problem actually, guarantee to supply water of the security, swift , reliable. Constant voltage has supplied water and guaranteed to support the water quality amount, the control system taking PLC as host computer has enriched the systematic control function, have improved systematic dependability.KEY WORDS: Relay, Contactor, PLC, Water supply毕业设计（论文）报告纸共 42 页 第 3 页装订线目 录前 言 .4第一章 供水技术背景 .6第二章 技术方案的制定 .82.1 设计内容和要求 .82.1.1 设计内容 .82.1.2 设计要求 .82.2 技术方案选择 .82.3 方案论证 .9第三章 可编程逻辑控制器概述 .103.1 PLC 的定义 .103.2 PLC 的特点 .103.3 PLC 工作原理 .103.3.1 循环扫描 .103.3.2 I/O 响应时间 .123.3.3 PLC 中的存储器 .123.4 PLC 的编程语言 .133.4.1 PLC 的编程结构功能图 .133.4.2 梯形图编程语言 .133.5 PLC 的分类 .143.5.1 按 I/O 点数容量分类 .143.5.2 按结构形式分类 .15第四章 系统设计 .164.1 主电路设计 .164.2 系统控制电路的设计 .174.2.1 I/O 分配表 .174.2.2 PC 接线图设计 .174.3 梯形图设计及分析 .194.3.1 备用选择 .194.3.2 上、下液位指示 .19毕业设计（论文）报告纸共 42 页 第 4 页装订线4.3.3 自动运行 .194.3.4 保护和报警系统 .214.3.5 机组的故障检测 .214.3.6 故障情况下备用机组的自动投入 .214.3.7 手动运行 .234.4 消防系统的程序分析 .23第五章 设备选型 .245.1 可编程逻辑控制器的选择 .245.2 水泵的选择 .245.3 接触器的选择 .255.4 继电器的选择 .265.4.1 热继电器的选择 .265.4.2 压力继电器 .275.5 低压断路器的选择 .285.6 按钮开关的选择 .295.7 万能转换开关 .295.8 其它元器件的选择 .30第六章 控制柜的设计 .316.1 相关布置规定 .316.1.1 设计准备工作 .316.1.2 控制柜布局和器件配置 .316.2 控制柜内部布置 .316.3 面板布置 .32结束语 .33致 谢 .34参考文献 .35附录 A 设备明细表 .36附录 B 操作说明书 .37附录 C 程序 .38毕业设计（论文）报告纸共 42 页 第 5 页装订线前 言在当前应用较普遍的是变频恒压供水系统具有供水压力稳定,能实现水泵电机的软启动、软停止和高效节能等特点。但也有其缺点:变频器及配套器件价格昂贵,其配套器件通常占供水设备总投资很大份额;对用户的使用,维护要求高;变频器的下调频率只有在 100%到30%的范围内才具有明显的节能效果。如果再下调频率,就会出现水泵运转而不出水的工况,也就是说,在用水低峰期不仅不能变频恒压供水,而且水泵工况恶化,发热造成的损耗也会比额定功率提高 25%;变频器产生的高次谐波对附近的电子类电器设备(如电视机、收音机、手机等)的干扰较大。要抑制这种干扰,必须配置高性能的噪声滤波器,但这样又会使本来就比较昂贵的变频器投资更大,工作可靠性也会相应降低。由于变频恒压供水的优缺点兼而有之,因此比较适用于大容量的恒压供水系统,对一般用户而言,采用变频恒压供水是否最佳,值得研究和有待实践。文中将详细介绍一种既经济又可靠的水控制系统。这种供水方式与变频恒压供水方式相比,具有以下优点:1.控制系统简单,价格低,投资少,设备折旧费低;2工作可靠,寿命长;3.对使用、维护的技术要求低;4节能效果比变频恒压供水差一些,但比传统供水方式好得多;5.对泵站周围电子类电器等无噪声干扰;6.在供水系统控制系统的整个寿命期中,从投资、折旧、节能、维修等方面衡量,本系统综合效益优于同容量的变频恒压供水系统。但主要缺点是水泵启停频繁,所以本文设计的系统只适用于供水量较小的场合，对市政等大型泵站不适用。毕业设计（论文）报告纸共 42 页 第 6 页装订线第一章 供水技术背景近年来我国中小城市发展迅速，集中用水量急剧增加。据统计，从 1995 年到 2000 年，我国人均日生活用水量（包括城市公共设施等非生产用水）有 201.8.7 升增加到 281.1 升，增长了 37.2%，与此同时我国城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。供水量的增加给小区居民的供水提出了更高的服务要求.在用水量高峰期时供水量普遍不足，造成城市公用管网水压浮动较大。由于每天不同时段用水对供水压力的要求变化较大，仅仅靠值班人员依据经验进行人工手动调节很难及时有效的达到目的。这种情况造成用水高峰期时供水压力不足，用水低峰期时供水压力过高，不仅十分浪费能源而且存在事故隐患. 目前国内高层建筑主要供水方式有两种:高位水箱供水和变频调速泵供水。1. 高位水箱供水方式这种供水方式又可分为: 并联供水、串联供水、减压水箱供水、减压阀供水方式。(1) 高位水箱并联供水此种供水方式优点有:(1)各区独立给水系统, 互不影响, 供水安全可靠；(2)水泵可集中设在地下室, 管理维护方便；(3)运行动力费用经济。缺点:(1)水泵台数多, 上区高压管线长, 设备费用增加；(2)分区水箱占用楼层面积 , 减少了有效使用面积；(3)水箱进水噪声易对周围房间环境造成影响。(2) 高位水箱串联供水该供水方式水泵分散设置在各区的楼层中, 低区水箱兼作上一区水箱的水池。其优点:(1)无高压水泵和高压管线；(2)运行动力费用经济。缺点:(1)水泵分散设置, 连同水箱所占楼层面积较大；(2)水泵设在楼层,防震噪音要求高；(3)水泵分散, 维护管理不便；(4)若下区发生事故, 上区供水受影响, 供水可靠性差。(3) 减压水箱供水整个建筑用水量(不包括室外管网直接供水部分)全部由设在底部的水泵提升至屋顶水箱, 然后再分送至各分区水箱。其优点有:(1)水泵数量少, 设备费降低, 管理维护方便；(2)水泵房面积小, 各分区水箱调节容积减小。缺点:(1)水泵运行动力费用高；(2)屋顶总水箱容积大, 对建筑的造型, 抗震不利；(3)供水可靠性较差。(4) 减压阀供水工作原理同减压水箱。其优点: 不占楼层面积。缺点也是运行动力费用高。目前工程中一般采用进口减压阀。2.变频调速泵供水方式变频供水方式也分为并联和减压阀供水方式两种, 其工作原理是水泵启动后, 压力传感器向微机控制器输入水泵出口或最不利用水点管内压力 h 的信号, 当 h 低于设计压力 h0毕业设计（论文）报告纸共 42 页 第 7 页装订线时, 微机控制器向变频器发出提高电流频率的信号, 变频器将电机电流频率提高后, 水泵转速相应提高, 出水量增大, 管内压力 h 升高。当 h 高于 h0 时, 则水泵转速 n、流量 Q 、压力 h 降低 。水泵转速的提高与降低完全根据水泵出口压力是低于设计压力还是高于设计压力来调节, 故供水压力始终恒定在设计压力 h0 上下很小的范围内。其最大优点是省去高位水箱, 根据用水量变化自动改变水泵转速, 从而保证供水压力的恒定。其次是运行可靠稳定, 装置采用软启动方式, 不存在电气、机械冲击, 启动功率小。缺点是变频设备进口价格较贵、维修复杂。一旦停电, 则断水。随着这种供水方式在国内逐渐推广使用, 目前全国已有数十家厂家生产变频调速供水设备。总之： 1. 在相同分区情况下, 高层建筑各种供水方式中, 以高位水箱并联或串联供水方式动力消耗最低。2. 一栋高层建筑采用何种供水方式, 应结合设备投资、动力消耗、供水安全性以及管理方便程度等因素综合考虑。目前使用比较多的供水方式仍然是传统的高位水箱并联供水或减压阀供水方式, 变频调速水泵由于受一次设备投资较大, 关键部件仍需进口, 维修管理不便等制约, 设计使用还不太普遍。毕业设计（论文）报告纸共 42 页 第 8 页装订线第二章 技术方案的制定2.1设计内容和要求2.1.1设计内容可编程控制器作为一种新型的工业自动化控制装置，因其功能强、可靠性高、操作使用方便，广泛应用于各个行业中。将可编程控制器应用于高低位水箱双为式控制系统中，使系统的可靠性提高，功能增强，通用灵活，保证了高质量的供水。本系统采用群泵控制的工作方式，根据实际需要，灵活选择工作方式。系统应包括自动、手动运行，各种保护。通过对此控制系统的设计，加深对所学知识的理解和应用，增强电气控制系统的设计与开发能力，并初步掌握电气控制系统的工程设计方法。2.1.2设计要求现有一小区供水系统。供水系统由四台水泵组成，每台水泵功率 22KW。由 PLC作为中心控制器件组成控制系统。其控制要求如下：1 在自动工作方式下，当达到高位水箱的低位和低位水箱的高位时，水泵起动；当达到高位水箱高位或低位水箱的低位时，水泵停止。2 四台电机均为降压起动，每台电机均有过载保护。3 水泵工作方式为可任意确定工作水泵的台数，即一台、二台、三台、四台泵工作。每台泵的启动时间错开，备用机组可在操作台上任意切换。当工作水泵有故障时，备用泵自投。4.设二台消防泵（45KW ） ，当有火灾时，起动二台消防泵。5.系统设有自动、手动工作方式，各种保护，并有显示。任选一型号 PLC，实现控制系统的设计。2.2技术方案选择设计方案：采用 PLC 技术控制水泵组合供水系统，由 PLC 实现对高低位水箱液位的控制和水泵的启停切换。当工作水泵台数按钮打到一台泵工作时，4#泵起动；当工作水泵台数按钮打到两台泵工作时，3#泵先起动，最后起动 4#泵；当工作水泵台数按钮打到三台泵工作时，2#泵先起动，3#和 4#泵依次顺序起动；当工作水泵台数按钮打到四台泵工作时，1#泵先起动，2#、3#和 4#依次顺序起动。设计步骤：1.初步了解系统设计要求，阅读各种有关资料，做出总体计划。2.在充分研究系统要求后，分析各个单元的控制要求。3.进行分配下拉 PLC 资源，完成各单元控制的编程，反复试验做出最优化的系统。在完成以下步骤后，最后完成毕业论文。毕业设计（论文）报告纸共 42 页 第 9 页装订线2.3方案论证(1) 供水需可靠保证，首先给水设备要可靠，由合适选择运行可靠性能优良的泵保证，其次采取某些措施保证供水不间断高质量供水(例如有手动控制，保证自动控制失灵时的供水，各种故障保护动作时能及时停止相关供水泵。 同时转为手动检修状态以检修出故障处实施维护修理 )防止因设备故障而断水等。接触器与 PLC 控制器配合，即可实现多泵并联组合供水。(2)课题研究对象必须要清楚：由于研究的是小区供水系统设计，就不能泛泛而谈，必须以一个具体的研究对象来进行研究设计，这点可以通过考察市内某处高层建筑的居民区的供水用水状况数据分析后再对其供水系统进行具体的设计。毕业设计（论文）报告纸共 42 页 第 10 页装订线第三章 可编程逻辑控制器概述3.1 PLC的定义最初，可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称 PLC。只能进行计数、定时及开关量的逻