物业供水系统水泵控制的程序设计与调试

摘要随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，城市中各类小区的建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求，小区的供水系统是其中的一个重要方面。本论文是针对供水要求设计的基于 PLC 的物业供水系统。本设计由PLC、四台水泵、压力传感器等组成，系统工作时分手动操作和自动操作，自动操作时首先由传感器把信号传给 PLC，再由 PLC 根据水压的高低信号分析控制四台水泵的工作状态；手动操作时，可以通过各个水泵的启动停止按钮独立的工作。该系统还设有过载等保护。关键词：PLC；物业供水；水压目录第 1 章 引言 .11.1 课题背景和意义 .11.2 可编程控制器（PLC）介绍 .1第 2 章 控制系统设计 .32.1 系统整体设计要求 .32.2 系统设计思想 .32.3 系统硬件设计 .42.3.1 PLC 输入输出口分配 .42.3.2 供水系统主电路设计 .52.4 软件设计 .72.4.1 设计要求 .72.4.2 流程图 .72.4.3 梯形图 .82.4.4 指令表 .122.4.5 结论 .15第 3 章 设计总结 .16谢辞 .17参考文献 .181第 1 章 引言1.1 课题背景和意义我们都知道，水是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在建设节约型时代特征的前提下，我们这个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低，而随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，以及住房制度改革的不断深入，城市中各类小区建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活，也直接体现了小区物业管理水平的高低。本系统就是在这种背景下设计的。1.2 可编程控制器（PLC）介绍可 编 程 控 制 器 (Programmable Controller)是 计 算 机 家 族 中 的 一 员 ， 是 为 工 业控 制 应 用 而 设 计 制 造 的 。 早 期 的 可 编 程 控 制 器 称 作 可 编 程 逻 辑 控 制 器(Programmable Logic Controller)， 简 称 PLC， 它 主 要 用 来 代 替 继 电 器 实 现 逻 辑控 制 。 随 着 技 术 的 发 展 ， 这 种 装 置 的 功 能 已 经 大 大 超 过 了 逻 辑 控 制 的 范 围 ， 因 此 ，今 天 这 种 装 置 称 作 可 编 程 控 制 器 ， 简 称 PC。 但 是 为 了 避 免 与 个 人 计 算 机(Personal Computer)的 简 称 混 淆 ， 所 以 将 可 编 程 控 制 器 简 称 PLC。它 在 设 计 上 有 以 下 优 点 ：1、 可 靠 性 高 、 抗 干 扰 能 力 强 ；2、 接 口 模 块 功 能 强 ， 品 种 多 ；3、 硬 件 配 置 齐 全 ， 用 户 使 用 方 面 ， 适 应 性 强 ；4、 编 程 方 法 简 单 、 直 观 ；5、 系 统 的 设 计 、 安 装 、 调 试 工 作 量 小 ；6、 经 济 方 面 、 维 修 工 作 量 小 ；7、 体 积 小 、 耗 能 低 、 重 量 轻 ；PLC 发 展 的 新 动 向 ：1： 产 品 规 模 向 大 、 小 两 个 方 向 发 展 大 ： I/O 点 数 达 14336 点 、 32 位 为 微 处理 器 、 多 CPU 并 行 工 作 、 大 容 量 存 储 器 、 扫 描 速 度 高 速 化 。 小 ：2由 整 体 结 构 向 小 型 模 块 化 结 构 发 展 ， 增 加 了 配 置 的 灵 活 性 ， 降 低 了 成 本 。2： PLC 在 闭 环 过 程 控 制 中 应 用 日 益 广 泛 。3： 不 断 加 强 通 讯 功 能 。 4： 新 器 件 和 模 块 不 断 推 出 高 档 的 PLC 除 了 主 要 采 用 CPU 以 提 高 处 理 速 度 外 ，还 有 带 处 理 器 的 EPROM 或 RAM 的 智 能 I/O 模 块 、 高 速 计 数 模 块 、 远 程 I/O 模块 等 专 用 化 模 块 。5： 编 程 工 具 丰 富 多 样 ， 功 能 不 断 提 高 ， 编 程 语 言 趋 向 标 准 化 有 各 种 简 单 或复 杂 的 编 程 器 及 编 程 软 件 ， 采 用 梯 形 图 、 功 能 图 、 语 句 表 等 编 程 语 言 ， 亦 有 高档 的 PLC 指 令 系 统 。6： 发 展 容 错 技 术 采 用 热 备 用 或 并 行 工 作 、 多 数 表 决 的 工 作 方 式 。 7： 追 求 软 硬 件 的 标 准 化 。3第 2 章 控制系统设计2.1 系统整体设计要求本设计是基于 PLC 的物业供水系统，具有以下特点：1.供水系统有水泵 4 台，供水管道安装压力检测开关 K1，K2 和 K3。K1 接通，表示水压偏低；K2 接通，表示水压正常；K3 接通，表示水压偏高。2.系统分手动工作和自动工作两种状态，自动工作时，当用水量少，压力增高，K3 接通，此时可延时 30s 后撤除 1 台水泵工作，要求先工作的水泵先切断；当用水量多时，压力降低，K1 接通，此时可延时 30s 后增设 1 台水泵工作，要求未曾工作过的水泵增加投入运行；当 K2 接通，表示供水正常，可维持水泵运行数量。工作时，要求水泵数量最少为 1 台，最多不得超出 4 台；手动工作时，要求4 台水泵可分别独立操作（分设起动和停止开关） ，并分别具有过载保护，可随时对单台水泵进行断电控制（若输入点不够，可用 I/O 扩展模块） 。3.并设有“自动/手动”切换开关（ON手动，OFF自动） ，另设自动运行控制开关（ON自动运行，OFF自动运行停止） 。各水泵工作时，均应有工作状态显示。2.2 系统设计思想本程序是物业供水系统水泵控制程序设计与调试，主电路有四个电机，分别设有过载保护，开关。控制电路采用 PLC，根据题目需要采用 24 入口/16 输出的 S7-200CPU226，手动控制阶段易于设计，分别增设长开长闭开关，保证手动控制每台电路的通断。本程序的设计难点在于增减水泵时判断谁先谁后，先打开的水泵先关闭，即先进先出的原则。最先想到的是出栈入栈指令，但查找资料未发现其具体符号标记，为便于画程序梯形图，绞尽脑汁想另一种方法。于是，我想到运用两个左以为指令控制开断电机的顺序，保证电机的先进先出。然后用一个置位指令打开剩余电机，用复位指令保证关闭的电机。具体实现步骤见下文。42.3 系统硬件设计2.3.1 PLC 输入输出口分配本设计的控制部分由 PLC 完成，由于本系统控制分手动和自动运行，手动运行时，每台水泵分别有启动和停止开关输入，自动运行时，需要有自动运行/停止开关输入，水压判断开关以及保护输入等，还有四个水泵输出。PLC 的 I/O 点分配表 2-1控制信号 信号名称 元件名称 元件符号 地址编码自动/手动切换 转换开关 QA I0.0手动启动泵 1 常开按钮 SB1 I0.1手动停止泵 1 常闭按钮 SB2 I0.2手动启动泵 2 常开按钮 SB3 I0.3手动停止泵 2 常闭按钮 SB4 I0.4手动启动泵 3 常开按钮 SB5 I0.5手动停止泵 3 常闭按钮 SB6 I0.6手动启动泵 4 常开按钮 SB7 I0.7手动停止泵 4 常闭按钮 SB8 I1.0自动启动/停止 常开按钮 SB9 I1.1低压开关 K1 压力感应开关 K1 I1.2水压正常反馈 K2 压力感应开关 K2 I1.3高压开关 K3 压力感应开关 K3 I1.4泵 1 的过载保护 常闭按钮 SB10 I1.5泵 2 的过载保护 常闭按钮 SB11 I1.6泵 3 的过载保护 常闭按钮 SB12 I1.7输入信号泵 4 的过载保护 常闭按钮 SB13 I2.0供水水泵 1 接触器 KM1 Q0.0供水水泵 2 接触器 KM2 Q0.1供水水泵 3 接触器 KM3 Q0.2供水水泵 4 接触器 KM4 Q0.3泵 1 指示灯信号 指示灯 HL1 Q0.4泵 2 指示灯信号 指示灯 HL2 Q0.5泵 3 指示灯信号 指示灯 HL3 Q0.6输出信号泵 4 指示灯信号 指示灯 HL4 Q0.75图 2-1 PLC 的 I/O 接线图2.3.2 供水系统主电路设计由设计内容和要求可知，本设计需要用到四台水泵，水泵的型号都为：J02-41-4，4.0kw，1440 转/分，380v，8.4A。在设计主电路时水泵以电动机代替，图中的 KM为接触器线圈，FR 为热继电器，主电路并设有短路过载保护。6硬件设计主电路图如图 2-2 所示：图 2-2 硬件设计主电路图2.3.3 电气位置安装图图 2-3 电 气 安 装 位 置 图7电气元件一览表如 2-2 表所示：表 2-2 电气元件一览表元件 数 量 （ 个 数 ） 型号PLC 1 S7-200CPU226三 相 异 步 电 动 机 4 J02-41-4，4.0KW熔 断 器 5 RL6-60接 触 器 4 3TB43热 继 电 器 4 DH48S转 换 开 关 1 M301583压 力 感 应 开 关 3按 钮 13 LA4-3A2.4 软件设计2.4.1 设计要求物业供水系统有水泵 4 台，供水管道安装压力检测开关 K1，K2 和 K3。K1 接通，表示水压偏低；K2 接通表示水压正常；K3 接通，表示水压偏高。自动工作时，当用水量少，压力增高，K3 接通，此时可延时 30S 后撤除 1 台水泵工作，要求先工作的水泵先切断；当用水量多时，压力降低，K1 接通，此时可延时 30S 后增设 1 台水泵工作，要求先工作的水泵先切断；当用水量多时，压力降低，K1 接通，此时可以延时 30S 后增设 1 台水泵工作，要求未曾工作过的水泵增加投入运行；当 K2 接通，表示供水正常，可维持水泵运行的数量。工作时，要求水泵数量最少为 1 台，最多不超过 4 台。各水泵工作时，均应有工作状态显示。手动工作时，要求 4 台水泵可分别独立操作（分设启动和停止开关） ，并分别具有过载保护，可随时对单水泵进行断电控制。设置“自动/手动”切换开关（ON-手动，OFF-自动） ，另外自动运行控制开关（ON-自动运行，OFF-自动运行停止） 。2.4.2 流程图根据设计要求绘制流程图如图 3-1 所示：8图 3-1 流程图2.4.3 梯形图根据流程图编写梯形图如下所示：91011122.4.4 指令表Network 1 LDN I0.0AN I1.1= M3.0Network 2 / 手动模式启动LD I0.0= M3.1Network 3 / 自动模式，把 00010001 传送给 MB0，把 00010001 传送给 MB1LD SM0.1A M3.0MOVB 17, MB0MOVB 17, MB1Network 4 / 水压低 T37 开始计时LDN T37A M3.0AN I1.3A I1.2AN C30TON T37, 300Network 5 / T37 时间到，MB0 左移位LDN T37EDRLB MB0, 1Network 6 / 通过中间继电器控制各水泵依次打开LD M3.0LPSA M0.0S M2.0, 1LRDA M0.1S M2.1, 1LRD13A M0.2S M2.2, 1LPPA M0.3S M2.3, 1Network 7 / T38 时间到 MB1 左移位LDN T38EDRLB MB1, 1Network 8 / 水压高 T38 开始计时LDN T38A M3.0AN I1.3A I1.4AW= C30, 1TON T38, 300Network 9 / 比较 T37 和 T38 接通次数，保证水泵开启 14 台LD T37LD T38LD M3.0EUCTUD C30, 3Network 10 / T38 时间到，复位水泵开关LD T38AW= C30, 0LPSA M1.0R M2.0, 1LRDA M1.1R M2.1, 1LRDA M1.2R M2.2, 1LPPA M1.3R M2.3, 114Network 11 / 手动控制水泵 1 开断与过载保护开关LD I0.1O Q0.0A M3.1AN I0.2O M2.0LPSAN I1.5= Q0.0LPP= Q0.4Network 12 / 手动控制水泵 2 开断与过载保护开关LD I0.3O Q0.1A M3.1AN I0.4O M2.1LPSAN I1.6= Q0.1LPP= Q0.5Network 13 / 手动控制水泵 3 开断与过载保护开关LD I0.5O Q0.2A M3.1ANI I0.6O M2.2LPSAN I1.7= Q0.2LPP= Q0.6Network 14 / 手动控制水泵 4 开断与过载保护开关LD I0.7O Q0.3A M3.115AN I1.0O M2.3LPSAN I2.0= Q0.3LPP= Q0.72.4.5 结论该设计要求最少有一台水泵工作所以开始初试化开关打开，即定义水泵 1 打开。接下来设计手动自动转换开关，I0.0 分别启动自动手动模式。自动过程分析，模拟低水压信号 K1 闭合，定时 30S，2 号电机接通，水泵 2 打开，此时两个电机工作。当水压仍然偏低则接着定时 30S 后，3 号电机启动，此时三个电机运转。如水压仍低，则 4 号水泵打开，此时四台水泵同事运行。最多四台水泵工作供水，所以此后定时器不再计时。模拟水压 K2 闭合，说明水压正常，维持现有水泵数目。当模拟水压偏高信号出现，K3 闭合，30S 后把先启动的那台水泵撤掉，如水压仍偏高，则把第二台启动的电机撤掉。如果一直偏高则一直按照先工作电机线撤销的原则进行电机的撤销，直到只剩一台电机为止。手动状态分析，此时 SB1、SB2 分别控制 1 号电机的通断；SB3、SB4 分别控制2 号电机的通断；SB5、SB6 分别控制 3 号电机的通断；SB7 和 SB8 分别控制 4 号电机开断。这一状态可以实现人为的控制任何一台电机的运转与停止，可以根据实际情况操作。另外分别为 4 台电机设置国电保护开关 SB10、SB11、SB12、SB13。为每台水泵设计工作状态信号灯，电机运转着信号灯打开，电机停止信号灯关闭。16第 3 章