基于PLC的供水控制系统设计

湖南工业职业技术学院湖南工业职业技术学院科目基于可编程控制器的供水控制系统设计部门名称电气工程系专业和班级机电S2012-1学生姓名李昌鸿学生身份证43教师严莉莉智宏摘要本主题基于一个住宅供水系统的重建。根据供水系统的特点和实际情况的要求，采用可编程控制器实现供水过程的全自动控制，以满足居民的需求。研究的主要内容包括基于可编程控制器的：自来水控制系统的总体设计，可编程控制器控制系统的原理，重点是可编程控制器控制系统硬件和软件的设计，解决了可编程控制器在实际现场控制过程中经常遇到的一些实际问题，基于本项目的电气控制系统的设计与实现，利用可编程控制器可编程控制器完成整个电气控制系统的软硬件设计，基本达到了预期的目标，实现了住宅小区供水的自动化。关键词可编程逻辑控制器；供水系统；自动控制内容第1章导言41.1主题4的背景和意义1.2国内外物业供水系统的发展及现状41.3可编程控制器的特点和应用1.4基于PLC 6的物业供水系统的功能和特点第二章供水系统的理论分析和方案7的确定2.1恒压供水系统的原理72.2系统计划确定7第三章供水系统硬件设计93.1主系统配置的选择93.1.1水泵机组9的选择3.1.2可编程逻辑控制器选择103.1.3压力传感器的选择113.2可编程控制器输入/输出分配133.3系统电路分析和设计143.3.1系统电源143.3.2给水系统主回路的分析与设计143.3.3可编程逻辑控制器输入/输出接线图163.3.4压力传感器信号处理173.3.5报警电路设计18第四章供水系统软件设计204.1供水系统程序流程图214.2供水系统编程224.2.1供水系统方案22的主要思想4.3.2供水系统编程23结论27参考文献28第一章线索理论1.1项目背景和意义我们都知道水是人类生活和生产中不可缺少的重要物质。在建设节约型社会的前提下，我国水资源和电能短缺，城市供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等技术长期相对落后，自动化程度低。然而，随着我国社会经济的发展，人民生活水平的不断提高和住房制度改革的深入，城市中各种居住区的建设发展非常迅速，同时对居住区的基础设施建设提出了更高的要求。社区供水系统的建设是其中一个重要方面。供水的可靠性、稳定性和经济性直接影响到社区居民的正常工作和生活，也直接反映了社区物业管理的水平。本系统就是在这种背景下设计的。PLC供水系统集电气技术和现代控制技术于一体。使用该系统供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，并且该系统具有良好的节能性，这在能源日益稀缺的今天尤为重要。因此，该系统的研究和设计对于提高企业效率、人民生活水平、降低能耗等具有重要的现实意义。1.2国内外物业供水系统的发展及现状可编程逻辑控制器(PLC)是一种专用于工业环境的数字计算电子系统。世界上第一台可编程控制器是由美国数字设备公司于1969年开发的。早期的可编程控制器由独立的组件和中小型集成电路组成。其主要功能是执行先前由继电器完成的顺序控制和定时。PLC将传统的继电器控制技术与新兴的计算机技术和通信技术相结合，具有可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优点。20世纪70年代初，可编程控制器采用了体积小、功能强、价格低的微处理器，大大增强了可编程控制器的功能。它具有可靠性高、I/O接口模块丰富、模块化结构、编程简单、易学易用、安装方便、维护方便等特点。以及良好的工业环境工作性能和自动控制目标实现性能，已广泛应用于工业生产中。可编程控制器也广泛应用于物业供水。传统的住宅供水方式包括恒速泵压供水、水塔高位水箱供水、气压水箱供水、液力耦合器和电池滑动离合器调速供水方式、单片机变频调速供水系统等。这些传统供水方法或多或少都有其自身的缺点和不足。例如，恒速泵加压供水方法不能及时响应供水网络的压力。水泵的增减取决于手动操作。水塔高位水箱投资大，占地面积大，维护不方便，泵电机启动困难，启动电流大，单片机变频调速供水系统开发周期长，对操作人员素质要求高，可靠性低，维护不方便，不适合恶劣的工业环境。综上所述，传统的供水方式普遍不同程度地浪费水和电资源。低效率；可靠性差；自动化程度不高等缺点，在这种情况下人们想到了基于PLC的供水系统的设计。目前，国内外有许多基于可编程控制器的供水系统设计技术，有些技术已经相当成熟。从简单的基于PLC的恒压供水系统设计到基于PLC的变频恒压供水系统设计，后者的变频技术是当前研究的核心。变频技术是在电力电子技术、计算机技术、自动控制技术和电机控制理论发展的基础上发展起来的。本文基于PLC的物业供水系统设计属于恒压供水。与传统供水系统相比，该系统具有可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等特点，具有很大的实用价值。1.3可编程控制器的特点和应用可编程控制器是一种专门为工业环境应用而设计的数字计算电子系统。它是一种以微处理器为基础，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代技术的新型工业自动控制装置。它是当今工业化国家自动控制的标准设备之一。由于可编程控制器采用了计算机、仪器仪表、电气控制一体化的“三机集成”综合技术，因此具有可靠性高、抗干扰能力强、组合灵活、编程简单、维护方便、成本低等特点。因此，它比其他控制器更适合工业控制环境和市场的要求。此外，产品在可编程控制器发展过程中的系列化、产业化和标准化使其从早期的逻辑控制和顺序控制迅速扩展到连续控制，开始进入批量控制和过程控制领域，并迅速成为工业自动化系统的支柱。目前，可编程控制器在小型化、大型化、大容量和功能强大方面取得了质的飞跃。1.4物业供水的功能和特点(1)系统处于手动操作和自动操作两种状态。当系统处于自动运行时，当耗水量小且压力增加时，K3接通。此时，延迟30s后，可拆除一台水泵，首先工作的泵需要先切断。当耗水量大时，压力降低，K1开启。此时，可以在延迟30秒后再增加一个水泵来工作。要求以前没有工作过的水泵投入运行。K2接通时，表示供水正常，水泵的运行量可以维持。(2)每台水泵工作时，应有工作状态显示。(3)手动工作时，要求4台水泵能独立运行(启停开关分开设置)，并分别有过载保护。可以随时控制单个水泵的断电(如果输入点不够，可以减少一个过载保护收入)。(4)有一个“自动/手动”开关(手动，关闭自动)和一个自动操作控制开关(自动操作，关闭自动操作停止)。(5)有高压报警和低压报警。高压报警指示器，当只有一台水泵在工作，但水压仍高于正常值时，会发出警报提醒工作人员，由工作人员决定是否手动关闭所有水泵。4台水泵全部投入运行，但水压仍低于正常值时，低压报警指示灯亮。如果这种情况经常发生，那么系统应该考虑增加水泵以保证正常供水。第二章供水系统的理论分析和方案确定2.1恒压供水系统的原理恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电机、管道和阀门组成。通常，异步电机驱动水泵旋转供水，电机和水泵合二为一。恒压供水是通过调节电机单元工作电机的数量来改变水泵的出水流量来实现的。因此，恒压供水系统的本质是电机的工作控制。接触器通常用于电机控制。可编程控制器控制接触器自动控制电机单元的电机，实现恒压供水。2.2系统计划确定恒压供水原理分析表明，该系统主要由压力传感器、压力变送器、恒压控制单元、水泵单元和低压电器组成。该系统的主要设计任务是利用恒压控制单元控制多个水泵实现管网水压恒压供水。选项有：1.手动控制水泵机组的压力传感器该控制系统结构简单，易于实现。指派专门人员观察压力传感器传输的数据，手动选择哪个泵工作，并控制几个泵机组工作。这种控制相对落后，可靠性低。工作人员需要一直呆在控制室，这是实时控制，效率低下。因此，不选择和使用该方案。2.单片机水泵机组压力传感器该方法控制精度高，控制算法灵活，参数调整方便，性价比高。但是，开发周期长，一旦程序固化，修改就比较麻烦，现场调试的灵活性差，同时在运行过程中会出现干扰。水泵的功率越大，干扰就越大。因此，必须采取相应的抗干扰措施来保证系统的可靠性。该系统适用于特定领域的小容量恒压供水系统。3、可编程控制器泵机组压力传感器这种控制方法灵活方便。它具有良好的通信接口，可以方便地与其他系统交换数据。它具有很强的通用性。由于可编程控制器产品的系列化和模块化，用户可以灵活形成各种尺寸和要求的控制系统。在硬件设计方面，只需要确定可编程控制器的硬件配置和输入输出的外部连接。当控制要求改变时，可以通过Pc方便地改变存储器中的控制程序，通过以上方案的对比分析，可以看出“PLC水泵机组压力传感器”的控制方式更适合本系统。该控制方案不仅具有扩展功能灵活方便、数据传输方便的优点，而且能够满足系统稳定性和控制精度的要求。第三章供水系统硬件设计3.1系统主要配置的选择3.1.1泵机组的选择泵机组选择的基本原则是保证平稳运行；二是在高效区域频繁运行，以达到更好的节能效果。为了使泵组在高效区运行，所选择的泵类型必须与系统用水量的变化相匹配。本文根据某住宅小区的实际生活用水量数据进行选型。住宅区生活用水量的具体要求如下：1)供水由多个水泵机组实现，流量范围600 m2/h，扬程约60米，出口水压0.4兆帕；2)设置水泵以低流量供水；供水压力需要保持恒定，尤其是在更换泵时，波动应该很小。3)系统能自动可靠运行。为了便于维护和应急，它应该具有手动功能。4)系统具有完善的过载保护功能，对经济运行性能提出了更高的要求。根据上述系统所需的总流量范围和扬程，确定供水系统的设计二次流量和设计供水压力(泵扬程)。考虑到耗水型为连续低流量变化型，决定采用上海熊猫机械(集团)有限公司生产的四台SFL系列主水泵机组。表3.1水泵机组参数模型量主要性能参数流量m2/h头m效率%速度r/min电机功率千瓦保证金m进出口直径mm抽油机150sfl160-20x4416080731450552.91503.1.2可编程逻辑控制器选择PLC是整个变频恒压供水控制系统的核心。它需要完成所有输入信号的采集、所有输出单元的控制、恒压的实现和外部数据的交换。因此，在选择可编程逻辑控制器时，应考虑指令执行速度、指令丰富度、存储空间、通信接口和协议、扩展模块的能力以及编程软件的便利性等诸多因素。以日本三菱PLC为例，PLC有FX、A、Q系列，FX系列有FX1S、FX1N、FX2N型号。根据控制任务，从输入/输出点、存储容量、输入/输出接口模块类型等方面选择PLC模型。在供水系统的设计中，我们选用了三菱FX1N-40MR-001可编程控制器。FX1N-40MR-001的主要参数为：I/o点：24/16；基本说明：27；功能说明：298；基本指令执行时间：0.55-0.7微秒；用户程序步骤：8K；沟通功能：强大；输出形式：继电器式；输出能力：2a/点；三菱FX1N-40MR-001是三菱电机引进的一种功能强大的通用可编程控制器。它具有扩展输入输出、模拟量控制、通讯和链接等功能。它是一台广泛应用于一般顺序控制的三菱PLC。特点：三菱FX1N-40MR-001可编程序控制器具有相当快的速度。FX适用于16至256个输入/输出通道的各种应用。FX1N系列是小型化、高速、高性能和所有便利性相当于FX系列中高档超小型程序设备。除了独立使用16-25点的输入和输出，它还可以用于特殊目的，如多个基本元件之间的连接、模拟控制、定位控制等。这是一套可编程控制器，可以满足各种各样的需求。三菱FX1N-40MR-001将扩展单元或扩展模块连接到基本单元，允许在16-256点进行灵活的输入和输出组合。可以选择16/32/48/64/80/128点主机，可以使用最小的8点扩展模块进行扩展。可根据电源和输出形式自由选择。程序容量：内置800步RAM(可输入注释)可使用存储盒，可扩展至16K步。在丰富的软元素应用指令中有许多可用的简单指令、高速处理指令、可变输入滤波常数、中断输入处理、直接输出等。方便读取命令数字开