喷泉的PLC控制 辽宁工业大学 (3)

1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 PLCPLC技术及应用技术及应用课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目：基于基于PLCPLC的小区供水系统设计的小区供水系统设计 院（系）：院（系）： 电气工程学院电气工程学院 专业班级：专业班级： 自动化自动化093093 学学 号：号： 090302073090302073 学生姓名：学生姓名： 郭峥郭峥 指导教师：指导教师： 起止日期：起止日期： 2012.12.192012.12.19 12.2812.28 本科生课程设计（论文） III 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 教研室： 学 号090302

2、073学生姓名郭峥专业班级自动化093 课程设计 （论文）题 目 基于PLC的小区供水系统设计 课程设计（论文）任务 课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数 实现功能实现功能 某小区供水系统有水泵 4 台，供水管道安装压力检测开关 K1，K2 和 K3，分别对应 水压偏低，水压正常，水压偏高。自动工作时，当用水量少时，K3 接通，延时 30s 后 撤除 1 台水泵，要求先工作的水泵先切断；当用水量多时， K1 接通，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

3、泵数量最少为 1 台，最多不得超出 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（分设起 动和停止开关） ；设置“自动/手动”切换开关。 设计任务及要求设计任务及要求 1、根据系统功能，确定输入输出点数，选择 PLC 的型号；2、选择水泵电机； 3、建立 I/O 分配表，完成 PLC 与输入/输出信号的的外部接线； 4、按系统的控制要求，用梯形图设计程序；5、上机调试、完善程序； 6、按学校规定格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在 4000 字以上。 技术参数技术参数 水泵电机的相关参数为：额定功率1Kw，额定电压380V，额定转速1450r

4、pm。 进度计划 1、布置任务，查阅资料，确定系统的组成（1 天） 2、建立 I/O 分配，完成外部接线设计（2 天） 3、按系统的控制要求，完成梯形图设计（2 天） 4、上机调试、修改程序（2 天） 5、撰写、打印设计说明书（2 天） 6、答辩（1天） 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 本科生课程设计（论文） IV 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 本科生课程设计（论文） V 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，

5、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。本设计是基于 PLC 的小区供水系统， 通过调试表明本系统能够满足设计要求并有很好的使用价值。 关键词：PLC；小区供水；自动/手动操作；恒压 本科生课程设计（论文） VI 目 录 第 1 章 绪论 .1 第 2 章 课程设计的方案 .3

6、 2.1 概述 .3 2.2 系统组成总体结构.4 第 3 章 硬件设计 .5 3.1 供水系统主电路设计 .5 3.2 供水系统的 I/O 地址分配表、I/O 接线图 .6 3.3 供水系统的元件选择 .7 第 4 章 软件设计 .8 4.1 系统流程图 .8 第 5 章 系统测试与分析/实验数据及分析 .10 5.1 梯形图 .10 5.2 语句表 .14 5.3 程序分析 .18 第 6 章 课程设计总结 .19 参考文献.21 本科生课程设计（论文） 1 第 1 章 绪论 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

7、，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，本系统就是在这种背景下设计的。 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

8、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

9、自动运行停止）。 各水泵工作时，均应有工作状态显示。 可编程序控制器(program logical controller)，简称PLC，是一种专为在 工业环境应用而设计的数字运算电子系统。世界上第一台可编程控制器是美国数 字设备公司(DEC)于1969年研制的。早期的可编程控制器由分离元件和中小规模 集成电路组成，主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等，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融为一体，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。70年代初期，体积小、 功能强和价格便宜的微处理器被用于PLC，使得PLC的功能大大增强，具有了：

10、可 靠性高、具有丰富的IO接口模块、采用模块化结构、编程简单易学安装简单， 维修方便等特点。以及良好的工业环境工作性能和自动控制目标实现性能，在工 业生产中得到了广泛的应用。 本科生课程设计（论文） 2 而PLC在物业供水方面也得到了广泛的应用。传统的小区供水方式有恒速泵 加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水、液力耦合器和电池滑差离合器调速 的供水方式、单片机变频调速供水系统等。这些传统的供水方式或多或少都存在 各自的缺点和不足，比如：恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时 的反应，水泵的增减都依赖人工进行手工操作、水塔高位水箱供水基建投资大， 占地面积大，维护不方便，水泵电机为硬起

11、动，启动电流大、单片机变频调速供 水系统开发周期比较长，对操作员的素质要求比较高，可靠性比 较低，维修不方便，且不适用于恶劣的工业环境。综上所述，传统的供水方 式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源；效率低；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的供水系统设计。 目前国内外基于PLC的供水系统设计技术比较多，并且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， 其中后者的变频技术是现在研究的核心，变频技术是在电力电子技术、计算机技 术和自动控制技术及电机控制理论发展的基础上发展起来的。 本文的基于PLC的物业供水系统设

12、计属于恒压供水，由于PLC的可靠性高、功 能强、应用灵活、编程简单、使用方便等特点，与传统的供水系统相比本系统有 很大的实用价值。 本科生课程设计（论文） 3 第 2 章 课程设计的方案 2.1 概述 随着变频技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供 水系统以其环保、节能和高品质的供水质量等特点，广泛应用于多层住宅小区及 高层建筑的生活、消防供水中。变频恒压供水的调速系统可以实现水泵电机无级 调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水 压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中 如何充分利用专用变频器内置的各种功能，对合

13、理设计变频恒压供水设备、降低 成本、保证产品质量等有着重要意义1。变频恒压供水方式与过去的水塔或高位 水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳 定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能 效果。目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种系列 化的方向发展。追求高度智能化、系列化、标准化，是未来供水设备适应城镇建 设中成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。 变频恒压供水系统能适用生活水、工业用水以及消防用水等多种场合的供水 要求，该系统具有以下特点: (1)供水系统的控制对象是用户管网的水压，它是一个

14、过程控制量，同其他 一些过程控制量(如:温度、流量、浓度等)一样，对控制作用的响应具有滞后性。 同时用于水泵转速控制的变频器也存在一定的滞后效应。 (2)用户管网中因为有管阻、水锤等因素的影响，同时又由于水泵自身的一 些固有特性，使水泵转速的变化与管网压力的变化成正比，因此变频调速恒压供 水系统是一个线性系统。 (3)变频调速恒压供水系统要具有广泛的通用性，面向各种各样的供水系统， 而不同的供水系统管网结构、用水量和扬程等方面存在着较大的差异，因此其控 制对象的模型具有很强的多变性。 (4)在变频调速恒压供水系统中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控 制(包括定量泉的停止和运行)是时时发生的

15、，同时定量泵的运行状态直接影响供 水系统的模型参数，使其不确定性地发生变化，因此可以认为，变频调速行切换， 保证管网内压力恒定。在故障发生时，执行专门的故障程序，保证在紧急情况下 的仍能进行供水(5)水泵的电气控制柜，其有远程和就地控制的功能和数据通讯 本科生课程设计（论文） 4 接口，能与控制信号或控制软件相连，能对供水的相关数据进行实时传送，以便 显示和监控以及报表打印等功能。 (6)用变频器进行调速，用调节泵和固定泵的组合进行恒压供水，节能效果 显著，对每台水泵进行软启动，启动电流可从零到电机额定电流，减少了启动电 流对电网的冲击同时减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的

16、使用寿命。恒压供水系统的控制对象是时时变化的。 (7)当出现意外的情况(如突然停水、断电、泵、变频器或软启动器故障等)时， 系统能根据泵及变频器或软启动器的状态，电网状况及水源水位，管网压力等工 况点自动进。 2.2 系统组成总体结构 图 2.1 供水流程简图 此次设计研究的对象是小区的供水系统。由于高层楼对水压的要求高，在水 压低时，高层用户将无法正常用水甚至出现无水的情况，水压高时将造成能源的 浪费。如图 2.1 所示，是这个小区的供水流程。自来水厂送来的水先储存的水池 中再通过水泵加压送给用户。通过水泵加压后，必须恒压供给每一个用户。 本科生课程设计（论文） 5 第 3 章 硬件设计 3

17、.1 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：载泽 Y160M4，1.1kw，1460转/分，380v，22.5A。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。主电 路如图2-1所示： 图3.1 主电路图 本科生课程设计（论文） 6 3.2 供水系统的 I/O 地址分配表、I/O 接线图 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。所以PLC的

18、I/O 地址分配表如表3.1所示，I/O接线图如图3.2所示。 表3.1 I/O地址分配表 输入点I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0 对应信 号 自动/手 动切换 手动启 动泵1 手动停 止泵1 手动启 动泵2 手动停 止泵2 手动启 动泵3 手动停 止泵3 手动启 动泵4 手动停 止泵4 输入点I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7I2.0 对应信 号 自动启 动/停止 低压开 关K1 水压正 常反馈 K2 高压开 关K3 泵1的 过载保 护 泵2的 过载保 护 泵3的 过载保 护 泵4的 过载保 护 输出点Q0.0Q0.1Q0.2Q0

19、.3 对应信 号 供水水 泵1 供水水 泵2 供水水 泵3 供水水 泵4 本科生课程设计（论文） 7 图3.2 I/O接线图 3.3 供水系统的元件选择 本系统主要用到的元器件有：可编程序控制器PLC，水泵，以及继电器，接 触器等。PLC选用的是S7-200,四台水泵选用载泽Y160M4，1.1kw，1460转/分， 380v，22.5A。 本科生课程设计（论文） 8 第 4 章 软件设计 4.1 系统流程图 由于该系统即可以手动运行又可以自动运行，所以本系统设计主要分两部分， 一部分是手动模块，一部分是自动模块。系统的总流程图如图 4.1 所示。 图 4.1 系统的总流程 启动 I0.1 是

20、否按下 泵 1 I0.1 启 动 I0.2 停止 泵 2 I0.3 启 动 I0.4 停止 泵 3 I0.5 启 动 I0.6 停止 泵 4 I0.7 启 动 I1.0 停止 至少一台 水泵工作 判断水压的高低 跳到 P2 执 行输出 延时 30s 执 行加一台泵 延时 30s 执 行减一台泵 水压低 I1.2水压高 I1.4 水压高正 常 I1.3 NO 进入 自动 P1 YES 进入 手动 P0 本科生课程设计（论文） 9 该流程图主要介绍了本系统的设计思路，其中的具体细节没有在流程图中给 出，详细介绍将会在后面的程序分析中介绍。 本科生课程设计（论文） 10 第 5 章 系统测试与分析/

21、实验数据及分析 5.1 梯形图 本科生课程设计（论文） 11 本科生课程设计（论文） 12 本科生课程设计（论文） 13 本科生课程设计（论文） 14 5.2 语句表 Network 1 / 网络注释 LD I0.0 O M1.5 O M0.0 AN M0.5 = M0.0 M0.0 得电自锁 Network 2 LD I0.0 O M1.5 O M0.2 AN M0.6 = M0.2 Network 3 LD M0.0 本科生课程设计（论文） 15 TON T37, 200 Network 4 LD T37 A M0.0 = M0.5 Network 5 LD T37 O M0.1 AN M

22、0.7 = M0.1 Network 6 LD T37 O M0.3 AN M1.0 = M0.3 Network 7 LD M0.1 TON T38, 200 Network 8 LD T38 A M0.1 = M0.7 Network 9 LD T38 O M1.1 AN M0.5 = M1.1 Network 10 LD T38 A M0.2 = M0.6 Network 11 LD M1.1 TON T39, 200 本科生课程设计（论文） 16 Network 12 LD T39 LPS A M1.1 = M0.5 LPP A M0.3 = M1.0 Network 13 LD T3

23、9 O M1.2 AN M0.7 = M1.2 Network 14 LD T39 O M1.3 AN M0.6 = M1.3 Network 15 LD M1.2 TON T40, 200 Network 16 LD T40 LPS A M1.2 = M0.7 LPP A M1.3 = M0.6 Network 17 LD T40 O M1.5 AN M1.4 = M1.5 本科生课程设计（论文） 17 Network 18 LD I0.2 O M1.6 AN M0.5 = M1.6 Network 19 LD I0.3 A M0.6 = M0.5 Network 20 LD M0.0 O

24、M1.1 O M1.6 = Q0.0 Network 21 LD M0.1 O M1.2 O M1.7 = Q0.1 Network 22 LD M0.2 O M1.3 O M2.0 = Q0.2 Network 23 LD M0.3 O M2.1 = Q0.3 Network 24 LD I0.1 O Q0.4 AN M2.2 = Q0.4 Network 25 本科生课程设计（论文） 18 LD I0.0 A Q0.4 = M2.2 5.3 程序分析 本系统主要分为手动运行和自动运行两部分，在编程过程中将本系统主要分 为三大模块：手动运行模块（P0） 、自动运行模块（P1） 、输出模块（P

25、2） 。在系 统一上电情况下首先通过判断自动/手动开关 I0.0，判断是进入手动模块（P0） 还是进入自动模块(P1)，I0.0 为 ON 表示手动，OFF 表示自动。然后进入相应的 模块执行程序。 手动模块，当进入手动模块后，I0.1 是泵 1 的手动启动开关，IO.2 是泵 1 的手动停止开关；I0.3 是泵 2 的手动启动开关，I0.4 是泵 2 的手动停止开关； I0.5 是泵 3 的手动启动开关，I0.6 是泵 3 的手动停止开关； I0.7 是泵 4 的手动启动开关，I1.0 是泵 4 的手动停止开关；可以通过上述 开关相对独立的对单台水泵进行通断电控制。 自动模块，当进入自动模块

26、后，在自动运行模块还设有自动运行停止 开关 I1.1（ON 表示运行，OFF 表示停止） ，在 I1.1 为 ON 的情况下，系统首先判 断四台水泵的运行状态，如四台水泵都没工作则将自动把第一台水泵打开，其中 M20、M21、M22、M23 分别是四台水泵自动运行的标志，然后再通过压力传感器判 断水压的高低，在系统中 I1.2 表示低压，I1.3 表示水压正常、I1.4 表示水压高。 水压低/高的时候延时 30 秒，增加/减少一台水泵工作，增加的顺序是没工作过 的优先增加本程序为了满足这个要求采用的是四台水泵按 M20M21M22M23 M20 的顺序依次循环启动或停止，这样就能满足没工作过的

27、优先则加和工作过的 优先停止的要求。其次在选择增加那个水泵时考虑到 PLC 工作室扫描程序遵受从 上到下从左到右的原则，为了避免上面程序对下面产生的影响对结果产生影响， 在设计过程中对于水压低需要加泵时先写四台水泵同时工作的情况，然后逐次减 一到只有一台工作；对于水压高需要减泵时先从一条水泵工作，然后逐次加一到 四台全工作这样就能满足上述要求。每次当自动模块执行完之后程序跳到公共输 出模块执行。 输出模块，在输出模块中，M0、M20 别是泵 1 的手泵和自动运行标志，I1.5 是泵 1 的过载保护；M1、M21 别是泵 2 的手泵和自动运行标志，I1.6 是泵 2 的过 载保护；M2、M22

28、别是泵 3 的手泵和自动运行标志，I1.7 是泵 3 的过载保护； 本科生课程设计（论文） 19 M3、M23 别是泵 4 的手泵和自动运行标志，I2.0 是泵 4 的过载保护。 本科生课程设计（论文） 20 第 6 章 课程设计总结 程序设计完成之后需要进行调试仿真，本系统调试用的 S7-200 的 PLC。在 调试过程中我遇到很多问题，并最终在老师和同学的帮助下把问题解决。 我遇到的主要问题有：在编写程序过程中由于程序太长写着写着程序写不进 去了，最后在老师的帮助下才知道需要将程序先转换一下才能继续写，这是自己 对调试软件不太熟悉的原因造成的。其次，在调试过程中，手动操作运行都正常 结果也正确，自动运行时当水压低需要加泵运行时也能正常运行，就是在水压高 需要减泵时出现问题，当减泵时只要运行水泵数超过两台应该每次减一台，但系 统都只留下最后一台工作前面的几台全部停止工作不满足要求，经检查发现原来 是减泵程序中上面的指令对下面产生了影响从而产生，于是我将减泵程序的顺序 上下换了一下让他们不能相互干扰，从而问题得以解决；另外还有只要出现四台 水泵同时运行，需减泵时本系统都是先减第一台水泵，这是不符合设计要求的，