物业供水系统控制系统设计

内容摘要现代社会的一个重要标志就是高新技术的普遍应用，这里面以自动化控制技术的应用最为重要，如数控机床等。在我国经济蓬勃发展的今天，无论是城市社区，还是新兴的新农村建设，发展都是十分迅速的，对基础设施的建设也提出了更高的要求，物业供水系统就是其中的一个重要方面。近十几年来发展起来的可编程控制以其可靠性高、逻辑性能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通讯联网功能、易于与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速计数与控制等高性能模块等的优异性能，正日益取代由中间继电器、时间继电器等组成的传统继电器接触器控制系统，受到社会的普遍欢迎和广泛应用,在机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到了广泛应用。此次机电传动与控制课程设计就是根据物业供水系统的控制要求进行基于可编程控制器的水泵控制系统设计和调试。本设计由西门子S7200系列PLC、四台水泵、压力检测感应开关、各类控制按钮等组成，控制方式为自动控制和手动控制。自动控制时，压力检测装置将供水系统压力信号传给PLC，再由PLC根据水压高低情况自动控制四台水泵的工作状态；手动控制时，可以单独控制各台水泵的工作状态。关键词物业供水；压力检测；可编程控制器PLC目录第1章概述111设计背景与PLC简介112控制要求与说明2第2章PLC控制系统设计321供水系统主电路设计322PLC类型选择323I/O地址分配表与接线图424控制流程图625控制程序分析726控制程序梯形图837控制程序语句表13结论18设计总结19谢辞20参考文献21第1章概述11设计背景与PLC简介随着我国社会经济的发展和人民生活水平的不断提高，作为城市重要组成单元之一的社区正在如火如荼地进行各种硬件设施的完善和更新，新兴的新农村建设更是如此。其中，物业供水系统是关乎民生的一大问题。水是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在建设节约型社会的今天，我国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，自动化程度普遍较低。物业供水系统密切关乎社区居民的切身利益，其可靠性、稳定性、经济性直接影响到社区住户的正常生活，也直接体现了社区物业管理水平的高低。而PLC由于其简单易懂、控制灵活、安装维护方便的优点，受到社会的普遍欢迎和广泛应用，在机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到了广泛应用。本课程设计就是在这种背景下设计的，其内容是根据物业供水系统的控制要求进行基于可编程控制器的水泵控制系统设计和调试。继电器接触器控制系统虽有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点，使得设备连线复杂，且触点时开时闭时容易受电弧的损害，寿命短，系统可靠性差。可编程序控制器PROGRAMMABLECONTROLLER是在继电器顺序控制基础上发展起来的，以微处理为核心的通用工业自动化控制装置，简称PC，但为了与个人计算机（PERSONALCOMPUTER）的简称PC相区别，一般将它简称为PLC。它采用可编程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、制药、电力、机械制造、汽车、批量控制、装卸、造纸/纸浆、食品/粮食加工、纺织、环保和娱乐等行业。可编程序控制器具有以下特点1、编程简单，使用方便；2、控制灵活，程序可变，具有很好的柔性；3、功能强、扩充方便；4、系统设计周期短，安装容易，维护方便；5、可靠性高、抗干扰能力强；6、体积小、质量小、耗能低、是“机电一体化”特有的产品；7、兼容性差。PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能、信息化、软PLC、标准化、与现场总线技术紧密结合等方向发展，其价格会越来越低，而其功能会越来越强大。本设计所用的可编程序控制器是西门子公司生产的S7200系列PLC。S7200系列PLC的许多功能达到了中、大型PLC的水平，而价格却和小型PLC接近，它具有多种功能模块和人机界面（HMI）可供选择，便于系统的集成，并很容易地组成PLC网络；此外，它还具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得S7200系列PLC在完成控制系统的设计时更加简单，几乎可以完成任何功能的控制任务。12控制要求与说明本次课程设计的设计内容是根据物业供水系统的控制要求进行基于可编程控制器的水泵控制系统设计和调试。该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。具体控制要求如下（1）系统有手动控制和自动控制两种控制方式。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。（2）各水泵工作时，均应有工作状态显示。（3）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，可随时对单台水泵进行断电控制（注若输入点不够，可减少一个过载保护输入）。（4）设置“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）。由上述控制要求可以知道，本设计中，控制方式有自动控制和手动控制两种，由自动/手动切换开关选择确定；手动运行时，每台水泵分别设有启动和停止按钮，以随时实现对单台水泵的通、断电控制；自动运行时，由自动运行控制开关控制自动工作的启动或停止，自动工作时又由压力检测开关检测管道内的水压，从而控制供水系统增加或撤除水泵等。整个系统有四个水泵输出和工作状态指示灯输出。需要特别说明的是，设计中，为了达到“撤除水泵时，先工作的水泵先切断；增设水泵时，未曾工作过的水泵增加投入运行”的控制要求，我们假定自动工作时水泵的启动和停止按照水泵1、水泵2、水泵3、水泵4的顺序循环进行。此外，由于供水系统的压力高低不断在变化，所以在程序中，要把水泵运行情况的各种可能性都罗列出来，自动工作时系统会匹配罗列出来的情况，从而增设或撤除水泵。例如，只有水泵4在工作，且水压偏低时，根据设计的程序，此时水泵1投入运行。第2章PLC控制系统设计21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（以四台电动机代表），主电路采用熔断器作为短路保护，用接触器作为欠压和零压保护，用热继电器作为过载保护。供水系统主电路如图21所示，图中M为三相异步交流电动机，FU为熔断器，QS为转换开关，KM为接触器主触点，FR为热继电器。22PLC类型选择可编程控制器用于对外部设备进行控制时，外部信号的输入、PLC运算结果的输出都要通过PLC输入/输出端子来进行接线。S7200系列PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226、CPU226XP等型号，各类型的CPU有不同的输入/输出接口数量，而且可拓展的模块数量也不尽相同。本设计中，控制方式由自动/手动切换开关选择，手动运行时，每台水泵分别有启动和停止按钮；自动运行时，有自动运行控制开关和压力检测开关等。整个系统还有四个水泵输出和工作状态指示灯输出。分析可知，该系统中共有13个输入和8个输出，故选用具有14DI/10DO的CPU224。23I/O地址分配表与接线图根据22中对输入、输出信号的分析，绘制出I/O地址分配表及接线图分别如表21和图22所示。表21I/O地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码自动/手动切换信号转换开关QS1I00泵1手动启动信号常开按钮SB1I01泵1手动停止信号常开按钮SB2I02泵2手动启动信号常开按钮SB3I03泵2手动停止信号常开按钮SB4I04泵3手动启动信号常开按钮SB5I05泵3手动停止信号常开按钮SB6I06泵4手动启动信号常开按钮SB7I07泵4手动停止信号常开按钮SB8I10自动运行控制信号转换开关QS2I11低压检测信号低压检测开关K1I12常压检测信号常压检测开关K2I13输入信号高压检测信号高压检测开关K3I14泵1驱动信号接触器KM1Q00泵2驱动信号接触器KM2Q01泵3驱动信号接触器KM3Q02泵4驱动信号接触器KM4Q03泵1工作状态指示信号指示灯L1Q04泵1工作状态指示信号指示灯L2Q05泵1工作状态指示信号指示灯L3Q06输出信号泵1工作状态指示信号指示灯L4Q0724控制流程图该系统控制方式有手动和自动两种，故控制系统主要分两部分，一部分是手动控制模块，一部分是自动控制模块。根据控制要求，绘制出控制流程图如图23所示。25控制程序分析本设计中，控制方式有自动控制和手动控制两种，由自动/手动切换开关选择确定；手动运行时，每台水泵分别设有启动和停止按钮，以随时实现对单台水泵的通、断电控制；自动运行时，由自动运行控制开关控制自动工作的启动或停止，自动工作时又由压力检测开关检测管道内的水压，从而控制供水系统增加或撤除水泵等。整个系统有四个水泵输出和工作状态指示灯输出。控制程序具体分析如下系统接通时，首先判断自动/手动切换开关I00的状态，自然状态下，开关状态为OFF，则程序自动跳转到自动模块执行，手动模块因为被跳过去而不再执行；此外，自动模块还设有自动运行控制开关，来控制自动工作的启动或停止。当开关状态为ON时，程序按梯形图顺序执行手动模块。手动模块当进入手动模块后，I01是水泵1的手动启动按钮，I02是水泵1的手动停止按钮，I03是水泵2的手动启动按钮，I04是水泵2的手动停止按钮，I05是水泵3的手动启动按钮，I06是水泵3的手动停止按钮，I07是水泵4的手动启动按钮，I10是水泵4的手动启动按钮。通过以上控制按钮，可以随时对单台水泵进行通断电控制，而互不影响。自动模块自动模块设有自动运行控制开关I11。当进入自动模块后，系统根据I11的状态（ON表示运行，OFF表示停止）动作。自动运行启动时，系统首先判断四台水泵的运行状态，如四台水泵都没有工作，则系统自动将自动让水泵1通电工作，然后通过压力检测装置判断水压的高低。水压低于正常水压时，压力检测开关I12接通，定时器T37开始计时，30秒后未曾工作的水泵按设定顺序投入运行；水压高于正常水压时，压力检测开关I14接通，定时器T38开始计时，30秒后最先工作的水泵停止运行；水压正常时，压力检测开关I13接通，两个定时器都不工作，系统维持该运行状态，直到水压改变。前面概述中已经阐述过，为了满足“撤除水泵时，先工作的水泵先切断；增设水泵时，未曾工作过的水泵增加投入运行”的控制要求，本设计采用的是四台水泵按水泵1、水泵2、水泵3、水泵4、水泵1、水泵2的顺序循环启动或停止。输出模块输出模块是手动工作和自动工作时水泵最终运行状态的体现，其中M00是水泵1的运行标志，Q04为水泵1的工作指示灯信号；M01是水泵2的运行标志，Q05为水泵2的工作指示灯信号；M02是水泵3的运行标志，Q06为水泵3的工作指示灯信号；M03是水泵4的运行标志，Q07为水泵4的工作指示灯信号。26控制程序梯形图27控制程序语句表NETWORK1LDNI00JMP1NETWORK2LDI01OM00ANI02AI00M00NETWORK3LDI03OM01ANI04AI00M01NETWORK4LDI05OM02ANI06AI00M02NETWORK5LDI07OM03ANI10AI00M03NETWORK6LBL1NETWORK7LDI11ANI00M11NETWORK8LDM11ANM00ANM01ANM02ANM03SM00,1NETWORK9LDI12AM11ANI13ANT37TONT37,300NETWORK10LDT37LPSAM00ANM01ANM02ANM03SM01,1LRDANM00AM01ANM02ANM03SM02,1LRDANM00ANM01AM02ANM03SM03,1LRDANM00ANM01ANM02AM03SM00,1LRDAM00AM01ANM02ANM03SM02,1LRDANM00AM01AM02ANM03SM03,1LRDANM00ANM01AM02AM03SM00,1LRDAM00ANM01ANM02AM03SM01,1LRDAM00AM01AM02ANM03SM03,1SM04,1LRDANM00AM01AM02AM03SM00,1SM05,1LRDAM00ANM01AM02AM03SM01,1SM06,1LRDAM00AM01ANM02AM03SM02,1SM07,1LPPAM00AM01AM02AM03JMP2NETWORK11LDI14AM11ANI13ANT38TONT38,300NETWORK12LDT38LPSAM00ANM01ANM02ANM03JMP2LRDANM00AM01ANM02ANM03JMP2LRDANM00ANM01AM02ANM03JMP2LRDANM00ANM01ANM02AM03JMP2LRDAM00AM01ANM02ANM03RM00,1LRDANM00AM01AM02ANM03RM01,1LRDANM00ANM01AM02AM03RM02,1LRDAM00ANM01ANM02AM03RM03,1LRDAM00AM01AM02ANM03RM00,1LRDANM00AM01AM02AM03RM01,1LRDAM00ANM01AM02AM03RM02,1LRDAM00AM01ANM02AM03RM03,1LRDAM00AM01AM02AM03AM04RM00,1RM04,1LRDAM00AM01AM02AM03AM05RM01,1RM05,1LRDAM00AM01AM02AM03AM06RM02,1RM06,1LPPAM00AM01AM02AM03AM07RM03,1RM07,1NETWORK13LBL2NETWORK14LDM00Q00Q04NETWORK15LDM01Q01Q05NETWORK16LDM02Q02Q01NETWORK17LDM03Q03Q07结论通过对所设计程序的调试发现，该程序可以满足设计要求，实现对物业供水系统的手动和自动控制，适于在城市各物业小区和新农村居民楼进行实际应用推广，具有很大的经济价值和发展前景。虽然所设计的程序能满足控制要求，但在程序设计过程中，发现该程序还是存在一定的不足之处的。遗憾的是，由于个人时间和能力有限，并没有在最终设计的程序中得到有效解决。这一不足之处就是无法实现手动工作和自动工作的随时切换。分析程序梯形图可知，当手动工作时，四台水泵可单独控制启动和停止。假如此时有水泵工作，若转为自动工作，则所有正在工作的水泵必须先停止，然后转入自动控制模块，按顺序启动或停止水泵。同样，自动工作向手动工作切换，也存在不少问题，在这里就不详细说明了。课程设计虽然结束了，但以上不足之处仍会激励我在课余时间继续钻研。设计总结为期两周的机电传动与控制课程设计就这样以这篇课程设计说明书悄无声息地宣告结束了课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。这次物业供水系统水泵控制程序的设计和调试是在我们学完机电传动与控制理论课程后，进行的一项应用可编程控制器解决实际问题的实践训练。两周的课程设计时间虽然不是很长，但通过设计过程中自己的努力和同学、老师的帮助，还是学到了很多东西。课程设计之初，刚拿到设计课题和任务书的我感到无从下手，后来经过自己对课程理论知识的进一步复习及查阅相关资料，同时得到了王老师的细心指导和同学们的热情帮助，才较顺利的完成了此次的课程设计。通过这次课程设计，我对西门子S7200系列PLC有了深入的理解和一定的编程和实际应用能力。课本上的知识是机械的、表面的。这次课程设计使我充分意识到只有理论知识是远远不够的，只有把所学理论知识与实践结合起来，才能将知识根植于内心。通过上机运行调试，对PLC的工作原理有了更加深刻的认识，也提高了自己的动手操作能力和独立思考能力。解决实际问题的能力得到了大大的提高，为以后学习和工作奠定了一定的基础。PLC的指令和功能是强大的，课程设计也只是提供给我一个深入学习的入口，还有更多的东西等待我自己去努力学习总的来说，此次课程设计中自己的收获还是挺大的。通过本次课程设计，首先我不仅复习、巩固和验证了自己所学的PLC相关理论知识，而且也初步培养了自己在PLC相关课程设计中的基本操作技能与设计能力以及将课堂上所学的理论知识运用于实践中的能力；其次设计过程中所遇到的问题，让自己清楚地认识到前期所学知识中没彻底理解和掌握的部分，警示了自己今后加强理论知识学习的方向；再次，这次课程设计让我学会了如何更好的和老师、同学交流，探讨问题，共同学习，相互帮助；最后，也是最重要的，这次课程设计让我学会了PLC基本的设计思路及设计理念，更好地培养了自己认真思考问题、分析问题、解决问题的能力以及对待