PLC控制的雙恒壓供水水泵站

1、課程設(shè)計說明書寫作要求 1 引言 （主要寫課題設(shè)計的目的、設(shè)計內(nèi)容及要實現(xiàn)的目標(biāo)）2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理 （要有系統(tǒng)組成圖） 2.2 系統(tǒng)變量定義及分配表 2.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計 3 控制系統(tǒng)程序設(shè)計 3.1 控制程序流程圖設(shè)計 3.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計思路、程序設(shè)計等 3.3 創(chuàng)新設(shè)計內(nèi)容4 控制系統(tǒng)的上位機設(shè)計 4.1 人機界面選擇 4.2 人機界面設(shè)計（通訊連接，變量設(shè)置，畫面組態(tài)等）5 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 5.1 PLC程序調(diào)試及解決的問題 5.2 PLC與上位機聯(lián)調(diào) 5.3 結(jié)果分析結(jié)束語 （主要寫取得的效果、創(chuàng)新點及設(shè)計意義）參考文獻附錄：帶功能注釋的源

2、程序及一些主電路圖和PLC的外部接線圖。基于PLC控制恒壓供水的設(shè)計水泵控制 學(xué)生：XXX 指導(dǎo)教師：XXX內(nèi)容摘要： 生活都離不開水。但如果水源離用水場所較遠(yuǎn)，就需要管路的輸送。而將水送到較遠(yuǎn)或較高的地方，管路中是需要一定的水壓的，水壓高了，才能將水送到遠(yuǎn)的或較高的樓層。 產(chǎn)生水壓的設(shè)備是水泵，水泵轉(zhuǎn)動的越快，產(chǎn)生的水壓越高。傳統(tǒng)的維持管路的水壓是建造水塔，水泵開的時候?qū)⑺虻剿校眯菹r，借助水塔繼續(xù)供水。水塔中的水位變化相對水塔的高度來說很小，也就是說水塔能維持的供水管路中水壓的基本恒定。 但是，建造水塔需要發(fā)費財力，水塔還會造成水的二次污染。那么，可不可以不借助水塔來實現(xiàn)恒壓供水

3、呢？當(dāng)然可以，但是要解決水壓隨用水量的大小變化的問題。通常的辦法是：用量大時，增加水泵的數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動速度以保持管網(wǎng)中的水壓不變，用水量小時又需做出相反的調(diào)節(jié)。這就是恒壓供水的基本思路。這在電機速度調(diào)節(jié)技術(shù)不發(fā)達(dá)的年代是不可設(shè)想的，但今天辦到這一點已變得很容易了，交流變頻器的誕生為水泵轉(zhuǎn)速平滑聯(lián)系調(diào)節(jié)提供了方便。交流變頻器是改變交流電源頻率的電力電子設(shè)備，輸入三相工頻交流點后，可以輸出頻率平滑變化的三相交流電。 鑒于社會的需求，設(shè)計一個由三臺水泵組構(gòu)成的生活、消防雙恒壓無塔供水泵站系統(tǒng)。如圖所示（一），市網(wǎng)自來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥YV1，自動把水注滿儲水水池，只要水位低于高

4、水位，則自動往水池注水，但是當(dāng)水池的水位高于高水位上限時 ，延時一段時間后，由PLC發(fā)出信號，關(guān)閉注水閥YV1，等到水位低于高水位上限時，過一段時間后，再打開注水閥YV1繼續(xù)注水（這種情況在處于消防狀態(tài)時被關(guān)閉）。水池的高、低水位信號也直接送給PLC，作為高、低水位的報警。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離較小。生活用水和消防用水共用三臺水泵，平時電磁閥YV2處于關(guān)閉狀態(tài)，生活管網(wǎng)處于接通狀態(tài)，電磁閥YV3處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺水泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行，維持生活用水低恒壓。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時，電磁閥YV3得電，消防用水管路打開，并同時打開三臺水泵供水，管路

5、中的水壓為消防用水的高恒壓，生活用水管路沒有關(guān)閉，生活用水的水壓由減壓閥控制。但是當(dāng)管路中的水壓低于消防用水的高恒壓或水池水位已經(jīng)達(dá)到水池低水位下限時，給電磁閥YV2通電，關(guān)閉生活用水的管路?；馂?zāi)結(jié)束后，三臺水泵改為為生活用水供水。EQ市網(wǎng)來水YV1STHSTL水池消防用水YV3生活用水YV2減壓閥1#3#2# 圖（一）、生活消防雙恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成二、 系統(tǒng)的控制要求對于三臺水泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：（1）、生活供水時，系統(tǒng)低恒壓運行，消防供水時系統(tǒng)高恒壓運行。（2）、三臺水泵根據(jù)恒壓的要求，采取“先開先?！钡脑瓌t接入和退出。（3）、在用水量小的情況下（即不是在消防的情況和增開

6、工頻泵的情況），如果一臺水泵連續(xù)運行超過三小時，則要切換到下一臺水泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺水泵工作時間過長。（4）、三臺水泵在啟動的時候都要具有軟啟動的功能。（5）、要求完善的報警功能。（6）、對水泵的操作要具有手動的功能，手動只在應(yīng)急或檢修的時候臨時使用。關(guān)鍵詞：PLC 恒壓供水 Based on PLC control constant pressure water supply design- water pump controlAbstract：In recent years our country small and medium-sized town and citi

7、es development was rapid, centralized water consumption sharp growth. When water consumption peak time volume of diversion universal insufficient, causes the urban public pipe network hydraulic pressure fluctuation to be big. Because the different time interval water used is every day big to the wat

8、er supply water level request change, depends merely for the water works attendants to carry on the manual manual regulation based on the experience to be very difficult effective to serve the purpose promptly. This kind of situation creates when the water used peak the water level cannot meet the r

9、equirements, the water supply pressure is insufficient, when water used trough time supplies water level exceeding the allowed figure, the pressure is excessively high, not only wastes the energy moreover to have the accident potential (e.g. pressure to be excessively high easily to create cartridge

10、 igniter accident). Along with society's development and the progress, the urban high-rise construction's water supply question is day by day prominent. On the one hand requests to improve the water supply quality, does not want, because the pressure fluctuation creates the water supply brea

11、kdown; On the other hand the request guarantee water supply quality's reliability and the security, in has time the fire can supply water reliably. In view of these two aspect's request, the new water supply and the control system arise at the historic moment, this is the PLC control constan

12、t pressure non-tower water supply system. The constant pressure water supply had guaranteed the water supply quality, as main engine's control system has enriched system's control function take PLC, enhanced system's reliability.Keywords：PLC constant pressure water目 錄一、緒論. 1（一）任務(wù)來源. 1（二）

13、工藝過程. 1（三）系統(tǒng)控制要求. 2（四）方案比較. 2二、PLC簡介. 4（一）PLC的產(chǎn)生和定義. 4（二）PLC的應(yīng)用. 5（三）PLC的系統(tǒng)組成. 5（四）PLC的工作原理及特點. 6三、方案分析.7（一）對PLC的選取.7（二）對擴展模塊的選取.9（三）系統(tǒng)整體設(shè)計分析.9四、系統(tǒng)硬件設(shè)計. . 11（一）主電路圖. 11（二）控制電路圖. 11五、軟件設(shè)計. 13（一）系統(tǒng)流程圖. 13（二）地址分配表及PLC的CPU型號. 16（三）根據(jù)設(shè)計要求編寫的恒壓供水的水泵控制梯形圖（見附錄）. 16（四）實驗數(shù)據(jù)分析.16六、總結(jié)與體會.17謝辭. 19附錄. 19（一）恒壓供水的水

14、泵控制梯形圖. 20（二）程序說明. 23參考文獻. 2532一、緒論（一）任務(wù)來源據(jù)最新資料顯示在全國的666個城市中有340個不同程度缺水，其中嚴(yán)重缺水的達(dá)118個，在32個百萬人口以上的特大城市中，有30個城市長期受缺水的困擾，特別是水資源短缺地區(qū)的城市，水的供需矛盾尤為突出。由于供水不足，城市工業(yè)每年的經(jīng)濟損失達(dá)2300億元，同時給城市居民生活造成許多困難和不便，成為城市社會中的一種隱患。為滿足城市發(fā)展對于供水質(zhì)量的要求，降低供水廠單位制水能耗，保證可靠、穩(wěn)定地城市供水需求，需要對原有供水系統(tǒng)進行自動化改造，將原有的取水系統(tǒng)和供水系統(tǒng)都改為恒壓供水系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的自動化控制和計算

15、機監(jiān)測管理。目前，國內(nèi)大部分城市供水系統(tǒng)，包括水廠、生活小區(qū)、高層建筑的供水系統(tǒng)，仍采用較為傳統(tǒng)的供水方式。值班人員根據(jù)實際的用水量或累積的經(jīng)驗，通過人工的方式調(diào)節(jié)水泵電機的開停來實現(xiàn)簡單的供水控制。當(dāng)用水量增大，供水壓力變小時，即手動增加一臺水泵;當(dāng)用水量減小，供水壓力變大時，則把最先運行的水泵電機關(guān)停。這種傳統(tǒng)的供水方式存在著許多缺點，特別是多臺水泵供水系統(tǒng)尤為嚴(yán)重:其一，由于水泵電機只能工作在額定運行和停車兩種工作狀態(tài)，無法為用戶提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，且系統(tǒng)完全依賴于人工操作來控制，因而供水質(zhì)量受人為因素影響較大，無法為用戶提供穩(wěn)定的供水壓力，且經(jīng)常會出現(xiàn)斷水、水管崩裂、管道共振等現(xiàn)象

16、。其二，由于水泵電機只能工作在工頻狀態(tài)，長期高速運行，電能浪費較大，據(jù)統(tǒng)計，在目前傳統(tǒng)的供水方式中，電費在水費成本中的比例高達(dá)50%以上。其三，由于人為的控制難以始終保證電機在運行過程中投切次序的正確性，容易導(dǎo)致電機在長期運行過程中磨損不均，并且增大了誤操作的可能性;同時設(shè)備運行不合理，機械磨損大，造成設(shè)備使用壽命短，維修量大，設(shè)備和人工成本都較高。其四，在目前的城市生活小區(qū)、高層建筑供水系統(tǒng)中，基本采用高位水箱或水塔的供水方式，這樣既增大了基建投資，同時也造成了水資源的二次污染.（二）工藝過程隨著社會的發(fā)展和進步，城市高層建筑的供水問題日益突出。一方面要求提高供水質(zhì)量，不要因為壓力的波動造成

17、供水障礙；另一方面要求保證供水的可靠性和安全性，在發(fā)生火災(zāi)時能夠可靠供水。針對這兩方面的要求，新的供水方式和控制系統(tǒng)應(yīng)運而生，這就是PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)。恒壓供水系統(tǒng)保證了供水的質(zhì)量，以PLC為主機的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。下面以一個三泵恒壓供水系統(tǒng)為例來說明其工藝過程。如下圖1所示，當(dāng)管道中的壓力為正常時，三臺水泵中有兩臺水泵運行，一臺停止待用；當(dāng)管道中的壓力為低壓時，三臺水泵全部運行；當(dāng)管道中的壓力為高壓時，只有一臺水泵運行 。圖1 壓力分析（三）系統(tǒng)控制要求1三臺水泵按順序啟動，每隔30S啟動一臺水泵；2三臺水泵根據(jù)恒壓要求的需要，采取“先開先?！钡脑瓌t接入

18、和退出；3在正常壓力情況下，如果一臺水泵持續(xù)運行時間超過2小時，則要切換到下一臺泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺泵工作時間過長；（四）方案比較1.控制方案的選擇控制系統(tǒng)一般有兩種：一是用繼電器控制系統(tǒng)；繼電器控制系統(tǒng)雖有較好的抗干擾能力，但用了大量的機械觸點，使設(shè)備連線復(fù)雜，且觸點在開閉時易受電弧的損壞，壽命短，系統(tǒng)可靠性差；二是用PLC控制系統(tǒng)；PLC的梯形圖與傳統(tǒng)的電氣原理圖非常相似，信號的輸入/輸出形式及控制功能基本上也是相同的；但PLC的控制與繼電器的控制有根本的不同之處，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）控制邏輯繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)，及時間繼

19、電器等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能都很困難。而PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需要改變程序即可，故稱做“軟接線”，因此靈活性和擴展性都很好。（2）工作方式電源接通時，繼電器控制線路中各繼電器同時都處于受控狀態(tài)，即該吸合的都應(yīng)吸合，不該吸合的都因受某種條件的限制不能吸合，它屬于并行工作方式。而PLC的控制邏輯中，各內(nèi)部器件都處于周期性循環(huán)掃描過程中，各種邏輯、數(shù)據(jù)輸出的結(jié)果都是按照在程序中的前后順序計算得出的，所以它屬于串行工作方式。（3）可靠性合可維護性繼電器控制邏輯使用了大量的機械觸點，連

20、線也多。觸點開閉時會受到電弧的損壞，并有機械磨損，壽命短，因此可靠性合可維護性差。而PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點的半導(dǎo)體電路來完成，體積小、壽命長、可靠性高。（4）控制速度繼電器控制邏輯依靠觸點的機械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，觸點的開閉動作一般在幾十毫秒數(shù)量級。另外，機械觸點還會出現(xiàn)抖動問題，而PLC時由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制，屬于無觸點控制，速度極快，一般一條用戶指令的執(zhí)行時間在微秒數(shù)量級，且不會出現(xiàn)抖動。（5）定時控制繼電器控制邏輯利用時間繼電器進行控制。一般來說，時間繼電器存在定時精度不高，定時范圍窄，而且受環(huán)境濕度和溫度變化的影響，調(diào)整時間困難等問題。PLC使

21、用半導(dǎo)體集成電路做定時器，時基脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高，且定時時間不受環(huán)境的影響，用戶可根據(jù)需要在程序設(shè)定時間，然后由軟件來控制定時時間。（6）設(shè)計合施工使用繼電器控制邏輯完成一項控制工程，其設(shè)計、施工、調(diào)試必須依次進行，周期長，而且修改困難。工程越大，這一點就越突出。而用PLC完成一項控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計完成以后，現(xiàn)場施工和控制邏輯的設(shè)計（包括梯形圖設(shè)計）可以同時進行，周期短，且調(diào)試和修改的都很方便。2.控制方案的確定從以上幾個方面的比較可以知道，PLC在性能上比繼電器控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高、設(shè)計施工周期短、調(diào)試修改方便，而且體積小、功耗低、使用方便。所以我的控制方案選擇用PL

22、C來進行控制。二、PLC簡介（一）PLC的產(chǎn)生和定義1.PLC的產(chǎn)生20世紀(jì)20年代起，人們把各種繼電器、定時器、接觸器及其觸點按一定的邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機械，這就是大家熟悉的傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。由于它結(jié)構(gòu)簡單、容易掌握、價格便宜，能滿足大部分場合電氣順序邏輯控制的要求，因而在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占據(jù)主導(dǎo)地位。但是繼電接觸器控制系統(tǒng)具有明顯的缺點：設(shè)備體積大、可靠性差、動作速度慢、功能弱。難于實現(xiàn)較復(fù)雜的控制；特別是由于它是靠硬連接線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜煩瑣，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)π枰淖儠r，原有的接線和控制柜就要更換，所以通用性和靈活性較差。到20世紀(jì)60年代，由于小型計

23、算機的出現(xiàn)和大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展，人們曾試圖用小型計算機來實現(xiàn)工業(yè)控制的要求；但由于價格高，輸入、輸出電路信號及容量不匹配、編程技術(shù)復(fù)雜等原因，一直未能得到推廣應(yīng)用。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國通用汽車公司（GM）對新的汽車流水線控制系統(tǒng)提出的具體要求，研制開發(fā)出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用成功。這是世界上第一臺可編程序控制器，型號為PDP-14。人們把它稱做可編程序控制器（PLC，Programmable Logic Controller）,簡稱PLC。2.PLC的定義PLC一直在飛速發(fā)展中，因此到現(xiàn)在為止，還未能對其下一個十分確切的定義。國際電工委員

24、會（IEC）曾于1982年11月頒發(fā)了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿，1985年1月發(fā)表了第二稿，1987年2月頒布了第三稿。終稿中對可編程控制器的定義是：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程；而有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。（二）PLC的應(yīng)用目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，應(yīng)用在汽車、糧食加工、化學(xué)/制藥、金屬/礦山、紙漿/造紙等行業(yè)。PLC的

25、主要應(yīng)用范圍通常可分成以下幾種：1.中小型單機電氣控制系統(tǒng)這是PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，例如塑料機械、印刷機械、包裝機械、組合機車、磨床、電鍍流水線及電梯控制等。這些設(shè)備對控制系統(tǒng)的要求大都屬于邏輯順序控制，所以這也是最適合PLC的使用領(lǐng)域。在這里PLC用來取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制，應(yīng)用于單機控制、多機群控等。2.制造業(yè)自動化制造業(yè)是典型的工業(yè)類型之一，在該領(lǐng)域主要對物體進行品質(zhì)處理、形狀加工、組裝，以位置、形狀、力、速度等機械量和邏輯控制為主。由于PLC性能的提高和通信功能的增強，使得它在制造業(yè)領(lǐng)域中的大型控制系統(tǒng)中也占絕對主導(dǎo)的地位。3.運動控制 為適應(yīng)高精度的位置控制，現(xiàn)在的PLC制造商為

26、用戶提供了功能完善的運動控制功能?，F(xiàn)在工業(yè)自動化領(lǐng)域基于PLC的運動控制系統(tǒng)和其他的控制手段相比，功能更強、裝置體積更小、價格更低、速度更快、操作更方便。4.流程工業(yè)自動化流程工業(yè)是工業(yè)類型中的重要分支，如電力、石油、化工、造紙等，其特點是對物體（氣體、液體為主）進行連續(xù)加工。過程控制系統(tǒng)中以壓力、流量、溫度、物位等參數(shù)進行自動調(diào)節(jié)為主，大部分場合還有防爆要求。（三）PLC的系統(tǒng)組成1.PLC的結(jié)構(gòu)PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，通常由主機、輸入/輸出接口、電源擴展器接口和外部設(shè)備接口等幾個主要部分組成。PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示：圖2 PLC的硬件

27、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.PLC的各組成元素的構(gòu)成及功能（1）CPU的構(gòu)成及功能-CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。（2）I/O模塊- PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O種類有開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等。（3）內(nèi)存-內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。（4）電源模塊-PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交

28、流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。 （5）底板或機架-大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。（6）PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備-編程設(shè)備，人機界面，輸入輸出設(shè)備。 （7）PLC的通信聯(lián)網(wǎng)-依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。（四）PLC的工作原理及特點1.PLC的工作原理PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即在PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性

29、循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的一個掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段。PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而

30、改變。輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作。2.PLC的特點現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程是復(fù)雜多樣的，它們對控制的要求也各不相同。PLC專為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計，一經(jīng)出現(xiàn)就受到了廣大工程技術(shù)人員的歡迎。其主要特點有：（1）抗干擾能力強，可靠性高（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強（3）編程方便，易于使用（4）功能強大，成本低（5）設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短（6）維護方便三、方案分析（一）對PLC的選取S7-200系列是一類可編程邏輯控制器（Micro PLC）。這一系列產(chǎn)品可以滿足多種多樣的自

31、動化控制需要，下圖展示一臺S7-200 Micro PLC的 CPU22*系列PLC的CPU外型圖，具有緊湊的設(shè)計、良好的擴展性、低廉的價格以及強大的指令，使得S7-200可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的CPU類型和電壓等級使其在解決用戶的工業(yè)自動化問題時，具有很強的適應(yīng)性。圖3 S7-200 CPU外型圖S7-200 CPU模塊包括一個中央處理器單元（CPU）、電源以及數(shù)字量I/O點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設(shè)備中。1.CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行程序和存儲數(shù)據(jù)，以便對工業(yè)自動控制任務(wù)或過程進行控制。2.輸入和輸出是系統(tǒng)的控制點：輸入部分從現(xiàn)場設(shè)備（例如傳感器或開關(guān)）中采集信號，輸出

32、部分則控制泵、電機、以及工業(yè)過程中的其他設(shè)備。3.通訊端口允許將S7-200CPU同編程器或一些設(shè)備連接起來。4.狀態(tài)信號燈顯示了CPU的工作模式（運行或停止），本機的I/O的當(dāng)前狀態(tài)，以及檢查出來的系統(tǒng)錯誤。5.通過擴展模塊可以增加CPU的I/O點數(shù)（CPU221不可以擴展），可以提供其通訊功能。圖4展示了一個基本的S7-200 Micro PLC。它包括一個S7-200 CPU 模塊，一臺個人計算機（PC），STEP 7-Micro/WIN32(3.1版)編程軟件，以及一條通訊電纜。為了使用個人計算機（PC），你必須以下一種設(shè)備：一條PC/PPI電纜；一個通訊處理器（CP）和多點接口（MP

33、I）電纜；一塊MPI卡，隨MPI卡提供一根通訊電纜。圖4 S7-200 Micro PLC系統(tǒng)的組成（二）對擴展模塊的選取S7-200PLC的I/O擴展模塊有：1.輸入擴展模塊EM221: 共有3種產(chǎn)品，即8點和16點DC、8點AC。2.輸出擴展模塊EM222：共有5種產(chǎn)品，即8點DC和4點DC、8點AC、8點繼電器和4點繼電器。3.輸入/輸出混合模塊EM223：共有6種產(chǎn)品。其中DC輸入/DC輸出的有3種，DC輸入/繼電器輸出的有三種，它們對應(yīng)的輸入/輸出點數(shù)分別為4點、8點和16點。4.模擬量輸入擴展模塊EM231。5.模擬量輸出擴展模塊EM232。6.模擬量輸入/輸出擴展模塊EM235。

34、（三）系統(tǒng)整體設(shè)計分析 1.水泵參數(shù)（1）流量 水泵的流量大致決定于泵的口徑，流量Q（米3吵）可用式（1-1）算出下表1可作為估算用。 Q=60d²v/4 (11)式中 d-口徑（米）； v-流速（米/秒），流速一般設(shè)在13米/秒之內(nèi)，表1口徑與流量、流速的關(guān)系口徑毫米（英寸）流量（米³/秒）流速（米/秒）標(biāo)準(zhǔn)最大標(biāo)準(zhǔn)最大25(1.0)40(1.6)50(2.0)65(2.5)80(3.0)100(4.0)125(5.0)0.050.130.200.30.40.50.60.851.101.41.70.060.150.250.450.651.201.901.701.731.7

35、01.512.011.662.101.81-2.341.902.311.041.992.212.262.162.552.58（2）揚程又稱水頭，它是指被輸送的單位重量的液體從水泵進口到出口所增加的能量，單位為米。    （3）功率是指機械在單位時間（每秒）內(nèi)做功的大小，單位用千瓦表示。     在水泵銘牌或有關(guān)資料上，常見有"有效功率"、"軸功率"、"配套功率"。有效功率是指水流經(jīng)過水泵時所獲得的能量，即水泵傳給水流的凈功率。軸功率是指水泵運轉(zhuǎn)時，由動力機

36、傳遞給水泵軸上的功率。配套功率是指帶動水泵正常工作的動力機應(yīng)具有的功率。效率是表示水泵能量利用的指標(biāo)。    轉(zhuǎn)速n是指泵軸（葉輪）每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，常用轉(zhuǎn)分鐘表示。水泵的額定轉(zhuǎn)速，一般為485、730、970、1450、2900轉(zhuǎn)分鐘。   允許吸上真空高度是指水面到抽水泵體葉輪的最大高程差。    口徑是指水泵進口的內(nèi)徑，其大小常用英寸表示（英寸為非法定計量單位，1英寸=25.4毫米）。   比轉(zhuǎn)數(shù)是指模型水泵產(chǎn)生1米的揚程。一般同型號、同口徑的水泵，比轉(zhuǎn)數(shù)越大，揚程、功率越小；反之比轉(zhuǎn)數(shù)越小，

37、揚程越大， 功率也越大。所以我選擇的水泵型號為：LG（高層建筑給水泵）2.方案分析（1）根據(jù)系統(tǒng)節(jié)能、經(jīng)濟的要求選用三臺10KW電機控制三臺水泵進行供水。其中一臺備用，當(dāng)用水高峰時三臺水泵運行以滿足水壓要求，用水低峰時一臺水泵運行，用水正常時兩臺水泵運行，實現(xiàn)節(jié)能目的。（2）選用PLC（西門子CPU222）、壓力繼電器(EDS 344-2-040-000)進行控制。四、系統(tǒng)硬件設(shè)計（一）主電路圖下圖5所示為電控系統(tǒng)主電路。三臺電機分別為MA1、MA2、MA3。接觸器QA1、QA2、QA3分別控制MA1、MA2、MA3的運行，BB1、BB2、BB3分別為三臺水泵電動機過載保護用的熱繼電器；QA0

38、為主電源電路總開關(guān)。圖5主電路圖（二）控制電路圖下圖6所示為電控系統(tǒng)控制電路圖。啟動開關(guān)SF1閉合，三臺水泵電動機按1# 2# 3#順序起動，啟動完成后，遠(yuǎn)程的壓力傳感器傳來壓力信號，如果壓力信號是常壓信號，開關(guān)BG1閉合，進入CPU控制電機的運行，即有兩臺水泵電動機運行1#、2#，一臺停止待用3#，兩小時后先啟動的1#水泵關(guān)閉，停止待用的3#啟動運行，按同樣的方式，依次1# 2# 3# 順序切換，正常壓力下得持兩臺水泵運行，切換時總是切除運行時間最長的那臺水泵。當(dāng)壓力傳感器傳來低壓信號時，開關(guān)BG2閉合，BG1斷開，停止待用的水泵立即投入運行，即三臺水泵全部運行，待壓力傳感器傳來常壓信號時，

39、BG1閉合，BG2斷開，將運行時間最長的那臺水泵停止待用。當(dāng)壓力傳感器傳來高壓信號時，BG3閉合，BG1斷開，停止運行時間長的那臺水泵，即只有一臺水泵運行，待壓力傳感器傳來常壓信號時，使最先停止待用的水泵投入運行。圖6控制電路圖五、軟件設(shè)計（一）系統(tǒng)流程圖1.根據(jù)設(shè)計要求畫出下面的主程序流程圖7：開始1#2#3#水泵順序啟動達(dá)到管道正常壓力停3#，開1#、2#壓力超限？ Y N運行2H中斷0停1#，開2#、3# 低壓壓力超限狀況壓力超限？ Y N運行2H 高壓中斷1停2#，開1#、3#壓力超限？ Y N運行2H圖7主程序流程圖2.中斷0，低壓處理流程圖8：中斷0水泵運行組態(tài)1#、3#1#、2#

40、2#、3#開2#開3#開1#三臺水泵運行壓力正常？ N Y返回下一組態(tài)圖8低壓中斷程序流程圖3.中斷1，高壓處理流程圖：中斷1水泵運行組態(tài)2#、3#1#、3#1#、2#停2#停3#停1#一臺水泵運行壓力正常？N Y返回下一組態(tài)圖9高壓中斷程序流程圖（二）地址分配表及PLC的CPU型號1.水泵控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號的代碼和作用如下表2所示：表2輸入/輸出繼電器地址分配表編程元件I/O端子作用輸入繼電器I0.0啟動開關(guān)I0.1停止開關(guān)I0.2常壓信號I0.3低壓信號I0.4高壓信號輸出繼電器Q0.01號水泵Q0.12號水泵Q0.23號水泵2.水泵控制系統(tǒng)的輔助元件的代碼和作用如下表3所示：表3.

41、其他編程元件地址分配表編程元件編程地址PV值作用定時器T37/T3830s接通延時T39600s接通延時輔助繼電器M1.0啟動/停止1#標(biāo)志M1.1啟動/停止2#標(biāo)志M1.2啟動/停止3#標(biāo)志M3.01#,2#的邏輯控制M3.12#,3#的邏輯控制M3.21#,3#的邏輯控制特殊繼電器SM0.0 每個掃描周期都激活SM0.1只在第1個掃描周期激活3.從上面分析可以知道，系統(tǒng)一共有輸入點5個，輸出點3個。如果選用CPU224PLC,有大量的輸入、輸出點沒有作用浪費了，如果選用CPU222PLC，輸入、輸出點剛好可以，不用浪費多余的點，參照西門子S7-200PLC產(chǎn)品目錄及市場實際價格，選用主機為

42、CPU222（8入/ 6繼電器輸出）一臺就行，這樣的選擇是最經(jīng)濟實惠的。（三）根據(jù)設(shè)計要求編寫的恒壓供水的水泵控制梯形圖（見附錄）（四）實驗數(shù)據(jù)分析1.實驗設(shè)備一臺西門子公司生產(chǎn)的S7-200 PLC實驗臺，CPU是S7-200系列中的CPU224，還有一臺安裝有STEP-7-Micro/WIN編程軟件的計算機，編程電纜1根。利用PLC輸出端子Q0.0,Q0.1,Q0.2指示燈的亮，更分別表示1#，2#，3#水泵的運行與停止。2.數(shù)據(jù)分析經(jīng)過模擬實驗得出的數(shù)據(jù)是：（1）開始啟動后三個燈依次亮起，每次亮一個燈都間隔了10S，三個燈全亮起后表示啟動結(jié)束；然后第三個燈熄滅，過了30S后，第一個燈熄滅

43、而第三個燈亮起；再過30S后，第二個燈熄滅，第一個燈亮起；如此循環(huán)。（2）在循環(huán)的過程中啟動中斷信號，即在試驗臺上按下短信號開關(guān)，如啟動的是低壓信號，則進入低壓中斷程序運行，于是三個燈全部亮起，如啟動的是高壓信號，則進入高壓中斷程序運行，于是只有一個燈亮起。（3）進入了中斷程序運行后，則返回時就進入了下個循環(huán)繼續(xù)運行。3.實驗出現(xiàn)的問題經(jīng)過上PLC實驗臺進行了模擬三臺水泵循環(huán)運行的實驗，程序出現(xiàn)了兩個重要的問題：（1）在啟動過程中出現(xiàn)的問題是，當(dāng)三臺水泵全部順序啟動完成后出現(xiàn)了三臺水泵全部停止的情況。（2）在循環(huán)過程中出現(xiàn)的問題是，當(dāng)有高壓或者有低壓信號來時不能進入中斷程序運行。4.解決問題的方法（1）對上面（1）問題的解決方法是：在程序中加入了信號的上升沿啟動和啟動結(jié)束標(biāo)志后就沒出現(xiàn)這個問題。（2）對上面（2）問題的解決方法是：由于此段程序過長引起，把程序分成兩段后就解決這個問題。六、總結(jié)與體會經(jīng)過模擬實驗后，我發(fā)現(xiàn)我對高壓和低壓信號的計算沒有用模糊控制的計算，應(yīng)該對壓力進行準(zhǔn)確的分析和判斷，要不就會出現(xiàn)有可能要進入中斷但有不能進入中斷的控制；還應(yīng)該加入一個故障報警器，以防出現(xiàn)故障后能及時報