基于PLC的小區(qū)供水系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計(論文)1

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) plc技術(shù)及應(yīng)用 課程設(shè)計（論文）題目： 基于plc的小區(qū)供水系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：自動化 學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)班級自動化104課程設(shè)計（論文）題目基于plc的小區(qū)供水系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計（論文）任務(wù)課題完成的功能、設(shè)計任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù)實現(xiàn)功能某小區(qū)供水系統(tǒng)有水泵4臺，供水管道安裝壓力檢測開關(guān)k1，k2和k3，分別對應(yīng)水壓偏低，水壓正常，水壓偏高。自動工作時，當(dāng)用水量少時，k3接通，延時30s后撤除1臺水泵，要求先工作的水泵先切斷；當(dāng)用水量多時， k1接通，延時30s后增設(shè)1臺水泵工作，要求未曾工作過的水泵增加投入運行；當(dāng)k2

2、接通，表示供水正常，可維持水泵運行數(shù)量。工作時，要求水泵數(shù)量最少為1臺，最多不得超出4臺。各水泵工作時，均應(yīng)有工作狀態(tài)顯示；手動工作時，要求4臺水泵可分別獨立操作（分設(shè)起動和停止開關(guān)）；設(shè)置“自動/手動”切換開關(guān)。設(shè)計任務(wù)及要求1、根據(jù)系統(tǒng)功能，確定輸入輸出點數(shù)，選擇plc的型號；2、選擇水泵電機；3、建立i/o分配表，完成plc與輸入/輸出信號的的外部接線；4、按系統(tǒng)的控制要求，用梯形圖設(shè)計程序；5、上機調(diào)試、完善程序；6、按學(xué)校規(guī)定格式，撰寫、打印設(shè)計說明書一份；設(shè)計說明書應(yīng)在4000字以上。技術(shù)參數(shù)水泵電機的相關(guān)參數(shù)為：額定功率1kw，額定電壓380v，額定轉(zhuǎn)速1450rpm。進度計劃1

3、、布置任務(wù)，查閱資料，確定系統(tǒng)的組成（1天）2、建立i/o分配，完成外部接線設(shè)計（2天）3、按系統(tǒng)的控制要求，完成梯形圖設(shè)計（2天）4、上機調(diào)試、修改程序（2天）5、撰寫、打印設(shè)計說明書（2天）6、答辯（1天）指導(dǎo)教師評語及成績平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算摘要本文基于s7-200plc對小區(qū)供水，依據(jù)壓力檢測開關(guān)k1，k2，k3分別控制管道壓力。自動工作時，當(dāng)用水量少時，k3接通，延時30s后撤除1臺水泵，要求先工作的水泵先切斷；當(dāng)用水量多時， k1接通，延時30s后增設(shè)1臺水泵工作，要求未曾工作

4、過的水泵增加投入運行；當(dāng)k2接通，表示供水正常，可維持水泵運行數(shù)量。工作時，要求水泵數(shù)量最少為1臺，最多不得超出4臺。各水泵工作時，均應(yīng)有工作狀態(tài)顯示；手動工作時，要求4臺水泵可分別獨立操作（分設(shè)起動和停止開關(guān)）；設(shè)置“自動/手動”切換開關(guān)。本系統(tǒng)由plc、3個壓力檢測控制開關(guān)與4臺水泵電機組成。具有自動化程度高，節(jié)省人力物力，同時對管道壓力的良好控制，既極大的增強了小區(qū)供水的質(zhì)量，也保護了供水設(shè)備的安全與供水管道的損壞。 關(guān)鍵詞：plc；壓力控制開關(guān)；水泵電機；手動/自動切換目錄第1章 緒論1第2章 課程設(shè)計的方案32.1 概述32.2 i/o點數(shù)的確定32.3系統(tǒng)的總體組成結(jié)構(gòu)4第3章 硬

5、件設(shè)計53.1系統(tǒng)的設(shè)備組成53.2 plc及其擴展模塊的選型53.3 水泵電機的選型63.4 供水系統(tǒng)主電路的設(shè)計73.5 plc的i/o分配以及外部接線圖7第4章 軟件設(shè)計94.1 軟件流程圖設(shè)計94.2梯形圖設(shè)計10第5章 課程設(shè)計總結(jié)16參考文獻17第1章 緒論水和電是人類生活、生產(chǎn)中不可缺少的重要物質(zhì)，在節(jié)水節(jié)能已經(jīng)成為時代特征的顯示條件下，我們這個水資源和電資源短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動化程度較低，而隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，以及住房制度改革的不斷深入，城市中各類小區(qū)建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時對小區(qū)的

6、基礎(chǔ)建設(shè)提出了更高的要求。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性直接影響到小區(qū)住戶的正常工作和生活，也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平的高低。傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式有：恒速泵加壓供水、氣壓罐供水、水塔高水位箱供水、液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等。不過傳統(tǒng)的供水方式普遍有不同程度的水力電力資源的浪費；效率低；可靠性差；自動化程度低等缺點。目前的供水方式是朝著高效節(jié)能、自動可靠的方向發(fā)展的，這對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。plc是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序

7、的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺可編程控制器 pdp14 ，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這是第一代可編程序控制器，稱programmable，是世界上公認的第一臺plc。20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使plc增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征

8、的工業(yè)控制裝置。此時的plc為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為programmable logic controller（plc）。20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、pid功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段

9、。20世紀80年代至90年代中期，是plc發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，plc在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，plc逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的dcs系統(tǒng)。20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。第2章 課程設(shè)計的方案2.1 概述就供水體系的技能功能而言，整個供水體系應(yīng)滿意用戶對水質(zhì)、水量和水壓的需求。除此之外，在整個基建進程

10、和出產(chǎn)運轉(zhuǎn)中還需求基建投資省,常常運轉(zhuǎn)費用低，操作辦理便利，無塔供水設(shè)備能安全出產(chǎn)以及充分發(fā)揮整個供水體系的經(jīng)濟效益。因而，正確挑選供水體系，具有十分重要的含義。影響供水體系挑選的要素許多，主要有城鎮(zhèn)或小區(qū)的計劃、當(dāng)?shù)氐貏?、用戶對供水體系的需求和水派的類型竿。因為上述要素的不一樣，供水體系能夠有各種不一樣的方式及其組成。如以符合衛(wèi)生需求的深層地下水作水源，供應(yīng)居民生活飲用，則就不需求凈化處置，僅締造取水和翰配水工程即可，如以江河水作為居民生活用水的水源時，碳鋼無塔供水設(shè)備則需求取水、凈化和暢配水等進程。在建設(shè)進程中，有必要根據(jù)具體情況，挑選合理的供水體系。由于日常生活作息的原因，在一天中不同時

11、刻居民的用水量有所不同，供水不足或供水過剩的情況時有發(fā)生，而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少時水壓低，用水少而供水多時水壓高。本設(shè)計是通過plc、水泵、壓力檢測開關(guān)構(gòu)成自動控制系統(tǒng)，根據(jù)用戶管網(wǎng)水壓的高低自動調(diào)整4臺水泵的運行數(shù)量，以實現(xiàn)供水壓力的閉環(huán)控制，從而保證不論何時管網(wǎng)壓力都能保持穩(wěn)定，達到穩(wěn)定壓力、提高供水質(zhì)量和節(jié)能的目的。2.2 i/o點數(shù)的確定根據(jù)要求情況，本系統(tǒng)有一下i/o點：（1）系統(tǒng)啟動/停止按鈕，需要2個輸入點；（2）三個壓力檢測開關(guān)，需要3個輸入點；（3）四臺水泵電機星-角減壓啟動，需要8個輸出點；（4）水泵工作時，工作狀態(tài)的顯示，需要4個

12、輸出點；（5）手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，需要1個輸入點；（6）四臺水泵獨立操作開關(guān)，需要8個輸入點。2.3 系統(tǒng)的總體組成結(jié)構(gòu)根據(jù)題目所給出的要求，確定了系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的組成。其中包括控制器plc，壓力檢測裝置構(gòu)成的輸入，以及被控對象水泵電機。圖2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)第3章 硬件設(shè)計3.1 系統(tǒng)的設(shè)備組成根據(jù)基于plc的供水系統(tǒng)原理圖，系統(tǒng)的電氣控制總框圖如圖3.2所示。圖3.1電氣控制框圖 從以上系統(tǒng)總框圖可以看出，該系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備應(yīng)包括以下幾部分：（1）plc及其擴展模塊；（2）壓力檢測開關(guān)；（3）水泵機組等。3.2 plc及其擴展模塊的選型plc是整個供水控制系統(tǒng)的核心，它要完成對系統(tǒng)中所有輸入

13、號的采集、所有輸出單元的控制。因此，在選擇plc時，既要考慮plc的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內(nèi)存空間、通訊接口及協(xié)議，還要帶擴展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面的因素。由于個供水控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對較少，因此plc選用德國siemens公司的s7-200型。s7-200型plc的結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，具有較高的性價比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)，具有如下特點：1）編程方法簡單易學(xué)；2）功能強，性能價格比高；3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強；4）可靠性高，抗干擾能力強；5）系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少；6）維修工作量小，維修方便 ；7）體積小，能耗低。plc可以上接工控計算機，

14、對自動控制系統(tǒng)進行監(jiān)測控制。plc和上位機的通信采用pc/ppi電纜，支持點對點接口（ppi）協(xié)議，pc/ppi電纜可以方便實現(xiàn)plc的通信接口rs485到pc機的通信接口rs232的轉(zhuǎn)換，用戶程序有三級口令保護，可以對程序?qū)嵤┌踩Ｗo。根據(jù)控制系統(tǒng)實際所需端子數(shù)目，考慮plc端子數(shù)目要有一定的預(yù)留量，因此選用的s7-200型plc的主模塊為cpu224，其開關(guān)量輸出為10點，輸出形式為ac220v繼電器輸出；開關(guān)量輸入cpu224為14點，輸入形式為+24v直流輸入。由于實際中需要數(shù)字量輸出點12個，所以需要擴展，擴展模塊選擇的是em222，該模塊有8個數(shù)字輸出點。3.3 水泵電機的選型水泵

15、電機按結(jié)構(gòu)分類應(yīng)分為臥式電機和立式電機。因水泵的工作特性為啟動力矩相對較小，啟動頻次相對較少，連續(xù)運行時間相對較長等特征，因此水泵電機多數(shù)為鼠籠轉(zhuǎn)子的異步電動機或同步電動機。其能廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域，除在易燃、易爆或有腐蝕性氣體的場合外，如運輸、混合、印刷、農(nóng)業(yè)機械和視頻處理機中應(yīng)用外，還可以應(yīng)用與機床、泵類、鼓風(fēng)機、壓縮機等配套設(shè)備。根據(jù)題目所給的要求，即額定功率1kw，額定電壓380v，額定轉(zhuǎn)速1450rpm。通過網(wǎng)上查閱發(fā)現(xiàn)載澤y160m4比較符合題目所給的參數(shù)要求。載澤y160m4的參數(shù)為1.1kw，1460轉(zhuǎn)/分，380v，22.5a。3.4 供水系統(tǒng)主電路的設(shè)計在設(shè)計主電路時，水泵用

16、電動機來代替，fr為熱繼電器。主電路如圖3.1所示： 圖3.2主電路設(shè)計3.5 plc的i/o分配以及外部接線圖 本設(shè)計分手動控制與自動控制。當(dāng)手動控制時，需要對每個水泵電機實現(xiàn)啟動、停止。當(dāng)自動控制時需要系統(tǒng)的啟動/停止按鈕,需要管道內(nèi)的壓力檢測開關(guān)對電機的啟動數(shù)量進行控制。所以i/o分配表如下： 表3.3 i/o分配表地址編號名稱符號地址編號名稱符號輸入i0.0自動/手動切換sb1輸出q0.0水泵星型接觸器1km1i0.1手動啟動泵1sb2q0.1水泵角型接觸器1km2i0.2手動停止泵1sb3q0.2水泵星型接觸器2km3i0.3手動啟動泵2sb4q0.3水泵角型接觸器2km4i0.4手

17、動停止泵2sb5q0.4水泵星型接觸器3km5i0.5手動啟動泵3sb6q0.5水泵角型接觸器3km6i0.6手動停止泵3sb7q0.6水泵星型接觸器4km7i0.7手動啟動泵4sb8q0.7水泵角型接觸器4km8i1.0手動停止泵4sb9q1.0水泵1運行l(wèi)1i1.1自動啟動sb10q1.1水泵2運行l(wèi)2i1.2自動停止sb11q1.2水泵3運行l(wèi)3i1.3壓力過低k1sb12q1.3水泵4運行l(wèi)4i1.4壓力正常k2sb13i1.5壓力過高k3sb14根據(jù)plc的i/o地址分配就可以連接處plc的外部接線圖，plc的外部接線圖如下：圖3.4外部plc連接圖第4章 軟件設(shè)計4.1 軟件流程圖

18、設(shè)計硬件連接確定之后，系統(tǒng)的控制功能主要由軟件來實現(xiàn)，結(jié)合對水泵機組的控制要求，系統(tǒng)流程如圖4.1所示： 圖4.1 軟件流程圖按下啟動按鈕后，判斷自動/手動按鈕是否按下，按下的話執(zhí)行手動操作，每臺水泵依靠啟動停止開關(guān)控制；如果自動/手動按鈕沒有按下，執(zhí)行自動操作，利用壓力檢測開關(guān)判斷水壓狀態(tài)，然后根據(jù)水壓狀態(tài)自行調(diào)整水泵的運行數(shù)量。4.2 梯形圖設(shè)計第5章 課程設(shè)計總結(jié)一個星期的課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束了，本文針對小區(qū)的供水系統(tǒng)的特點，設(shè)計了一種恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)已plc為核心，以壓力檢測開關(guān)為輸入，當(dāng)壓力不為正常值時，增加或者減少水泵電機的數(shù)量；當(dāng)壓力為正常時，不對水泵電機做出調(diào)整。本次設(shè)計的系統(tǒng)

19、從根源上解決了一般小區(qū)供水中出現(xiàn)的管道壓力問題。同時系統(tǒng)的經(jīng)濟實用性、自動化程度高的特點不僅減少了經(jīng)濟投入，也減少了人員勞動程度。在供水方面，極大的提高了供水的質(zhì)量，節(jié)約了供水質(zhì)量，另一方面來說也是水資源節(jié)約的一種表現(xiàn)。看似簡單的過程，但是在設(shè)計過程中卻出現(xiàn)了很多問題。plc的選型、水泵電機型號的選擇都有很多要求；編程時星角接觸器的互鎖、手動自動的切換同樣很難。在這些問題的解決過程中體會到一個人能力的有限，也讓我感受到了團結(jié)互助的作用。要特別感謝本次設(shè)計中幫助過我的老師和同學(xué)，可以說要是沒有大家的幫助我可能還要迷茫很久，可能到現(xiàn)在也不可能完成設(shè)計。每次的課程設(shè)計過程中，實踐與理論的差距都會映入眼中。但是同時隨著課程設(shè)計次數(shù)的越來越多，也讓我們更有信心的完成好實踐中的各種事情，解決實踐中的各種問題。懂得了困難與問題在生活中的重要性，正是由于困難與問題在生活中的出現(xiàn)