大樓物業(yè)供水系統(tǒng)設(shè)計

1、大樓物業(yè)供水系統(tǒng)設(shè)計目錄第 1 章 緒 論 11.1 研究背景 11.2 供水系統(tǒng)設(shè)計要求 21.3 供水系統(tǒng)設(shè)計思想 21.4 供水系統(tǒng)方案確定 31.5 供水系統(tǒng)運(yùn)行和原理 31.5.1 系統(tǒng)原理說明 31.5.2 系統(tǒng)運(yùn)行說明 4第 2 章 可編程控制器的概述 52.1 可編程控制器介紹 52.2 三菱 FX 系列介紹 52.2.1 三菱 FX 系列 PLC 主要特點(diǎn) 52.2.2 三菱 FX 系列 PLC 主要數(shù)據(jù)簡介 62.2.3 三菱 FX 系列 PLC 基本指令 62.3 可編程控制器的特點(diǎn) 72.4 可編程控制器的工作原理 82.4.1 PLC 的等效工作電路 82.4.2 P

2、LC 的工作過程 9第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 113.1 系統(tǒng)的構(gòu)成 113.2 系統(tǒng)主要硬件設(shè)備的選型 123.2.1 PLC 的選型 123.2.2 水泵機(jī)組的選型 133.2.3 壓力傳感器的選型 143.3 系統(tǒng)電路分析及設(shè)計 153.3.1 系統(tǒng)電源 153.3.2 供水系統(tǒng)主電路分析與設(shè)計 153.3.3 可編程控制器 I/O 分配 183.3.4 PLC I/O 接線圖 193.3.5 壓力傳感器信號處理 203.3.6 報警電路設(shè)計 21第 4 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 234.1 軟件開發(fā)環(huán)境簡介 234.2 供水系統(tǒng)程序流程圖 244.3 供水系統(tǒng)程序設(shè)計及解析 24程序的模式選

3、擇、水泵工作程序設(shè)計及解析 244.3.2 程序的保護(hù)、報警選擇程序設(shè)計及解析 264.4 程序調(diào)試及仿真 284.5 程序調(diào)試及仿真體會 29結(jié) 論 31致 謝 32參考資料 33附錄 A 34PLC I/O 口分配表34附錄 B35PLC I/O 口接線圖 35附錄 C 36供水系統(tǒng)電路圖 36附錄 D 37控制系統(tǒng)梯形圖 37附錄 E 錯誤 !未定義書簽。1.1 研究背景 水是人民生活必需品，但由于近些年來，隨著人們生活水平的提高，大樓的層數(shù)也在 不斷的劇增。再加上受到輸送管道和供水設(shè)施的影響，使居民的生活用水存在著自來水管 網(wǎng)壓力不足的現(xiàn)象，尤其是供水高峰期的高層供水尤為突出,給人們的

4、生活帶來了許多困擾。以前為了解決用水難的問題，通常會在樓頂固定一個高位水箱，通過水箱的高度給水 提供一定壓力，再供給用戶使用。但這種方案明顯非常落后，不僅投資大而且不利于房屋 的維護(hù)和抗震。上個世紀(jì) 80 年代后，氣壓供水逐漸替代了高位水箱供水。但這種供水方 式依舊存在很多缺陷。氣壓供水所需要的設(shè)備的主要部件是壓容器，其成本高，耗鋼量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且 水泵功率較大，反復(fù)啟動，不僅影響電網(wǎng)，耗費(fèi)電力資源，而且嚴(yán)重縮短了水泵和電磁設(shè) 備壽命。尤其是氣壓供水水壓變化較大，縮短了水網(wǎng)，閥門，水表的使用壽命。而水壓過 高會導(dǎo)致水管爆裂，造成水資源的大量流失。而水壓過低，則會造成用戶供水不足或無法 供水

5、。對于工業(yè)生產(chǎn)和特殊用途的供水而言，供水就更顯得異常重要，例如在工業(yè)生產(chǎn)中 如突然供水不足或斷水，就可能會對產(chǎn)品的安全衛(wèi)生產(chǎn)生某些不良影響。而對于滅火水源 來講，供水不足則更加致命，對人民的生命財產(chǎn)安全造成極大隱患。面對這些問題， 供水的重要性已經(jīng)不言而喻。 本文的設(shè)計就是基于 PLC 供水系統(tǒng)的設(shè) 計。液位檢測檢測水管中的水壓得到的數(shù)據(jù)，通過對壓力傳感器對壓力的監(jiān)測，可以使管 網(wǎng)中的水壓自動的保持在事先設(shè)定好的壓力值范圍內(nèi)。當(dāng)用戶的用水量增加時，管網(wǎng)中的 水壓下降，供水控制器通過 PLC 使水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量相應(yīng)增多， 如果一臺水泵不能滿 足用戶的供水量，那么則通過控制器加泵；當(dāng)用戶用水量

6、減少時，管網(wǎng)中水壓上升，供水 控制器通過 PLC 使水泵轉(zhuǎn)速降低，供水量減少，如水泵轉(zhuǎn)速降到最低還高出所需供水量， 則關(guān)閉一臺水泵。簡單來說就是根據(jù)用戶用水量的大小，通過供水控制器對水泵的數(shù)量和 轉(zhuǎn)速的控制，從而使用戶無論用水量的多少，管網(wǎng)中的水壓始終能保持在設(shè)定范圍內(nèi)。既 滿足了用戶供水量的要求，又不會是水泵空轉(zhuǎn)，造成電能的浪費(fèi)，同時避免了水箱造成的 二次污染。是一種現(xiàn)代化的供水方案。隨著 PLC 技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省資源，抗干擾能力強(qiáng)，可靠高效的供水控制器將是 高層建筑供水的研究方向。本文主要采用了由三菱 FX 系列 PLC 構(gòu)成的供水控制器，通過 傳感器檢測得到的水壓信號， 與設(shè)定

7、的水壓數(shù)值比較， 再通過 PLC 來控制水泵的數(shù)量和轉(zhuǎn) 速，達(dá)到大樓供水的效果。1.2 供水系統(tǒng)設(shè)計要求某大樓物業(yè)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。K1接 通，表示水壓偏低； K2 接通，表示水壓正常； K3 接通，表示水壓偏高。其控制有如下四 點(diǎn)：八、1. 自動工作時，當(dāng)用水量少，壓力增高， K3接通，此時可延時30s后撤除1臺水泵工作，要求先工作的水泵先切斷；當(dāng)用水量多時，壓力降低，K1接通，此時可延時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(yùn)行；當(dāng) K2 接通，表示供水正常，可 維持水泵運(yùn)行數(shù)量。工作時，要求水泵數(shù)量最少為 1 臺，最多

8、不得超出 4臺。2. 各水泵工作時，均應(yīng)有工作狀態(tài)顯示。3. 手動工作時，要求 4 臺水泵可分別獨(dú)立操作（分設(shè)起動和停止開關(guān)） ，并分別具有過 載保護(hù)，可隨時對單臺水泵進(jìn)行斷電控制 （注：若輸入點(diǎn)不夠， 可減少一個過載保護(hù)輸入） 。 4設(shè)置 自動/手動”切換開關(guān)（ON手動，OFF自動），另設(shè)自動運(yùn)行控制開關(guān)（ON自動運(yùn)行，OFF自動運(yùn)行停止）。1.3 供水系統(tǒng)設(shè)計思想本系統(tǒng)將PLC、水泵、相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)有機(jī)地結(jié)合起來，并發(fā)揮各自優(yōu)勢。 系統(tǒng)采用三個壓力傳感器（壓力檢測開關(guān)）實(shí)時監(jiān)測水位的壓力，采用四臺水泵保證供水 量的需求，采用可編程控制器（PLC ）來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動運(yùn)行。這個操作方便

9、的自動控制 系統(tǒng)，以 PLC 為核心，以智能供水控制系統(tǒng)取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設(shè)備，起動平穩(wěn)，起動電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動時對電網(wǎng)的沖擊；由于水泵的 平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵和閥門等東西的使用壽命；可以消除起動和停機(jī)時的水錘 效應(yīng)。使得系統(tǒng)調(diào)試和使用都十分方便，而且大大簡化了水廠在管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析等 方面的工作量。PLC為主體構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)不僅能夠最大程度滿足需要，其穩(wěn)定安全 的運(yùn)行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié) 省人力，最終達(dá)到高效率優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，降低自來水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水 平的目的。供水系統(tǒng)的供水 部分主

10、要由水泵、電動機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成。通常由異步電動機(jī)驅(qū)動水泵旋轉(zhuǎn)來供水， 并且把電機(jī)和水泵做成一體，通過調(diào)節(jié)電機(jī)機(jī)組工作電機(jī)的數(shù)量，從而改變水泵的出水流 量而實(shí)現(xiàn)恒壓供水的。因此，供水系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是電動機(jī)的工作控制。電動機(jī)的控制通常使 用接觸器，PLC通過控制接觸器來實(shí)現(xiàn)自動控制電機(jī)機(jī)組的電機(jī)從而實(shí)現(xiàn)了大樓供水。1.4供水系統(tǒng)方案確定根據(jù)供水系統(tǒng)設(shè)計要求和思想可知，本供水系統(tǒng)主要由PLC控制單元、壓力傳感器、水泵機(jī)組以及低壓電器組成。系統(tǒng)主要的設(shè)計任務(wù)是利用PLC控制單元控制多臺水泵，實(shí) 現(xiàn)管網(wǎng)水壓的供水。“PLC+水泵機(jī)組+壓力傳感器”這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便 地與其

11、他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通用性強(qiáng)，由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活 組成各種規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計上，只需確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過PC機(jī)來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。同時由于PLC的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提 高。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機(jī)組的容量大小無關(guān)。 這種控制方案既有擴(kuò)展功能靈活方便、便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，又能達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制 精度的要求，所以本次設(shè)計采用基于 PLC的控制方式。1.5供水系統(tǒng)運(yùn)行和原理系統(tǒng)原理說明根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)要求，結(jié)合系統(tǒng)的

12、使用場所，故本次設(shè)計采用的“ PLC水泵機(jī)組+ 壓力傳感器”的控制方式。系統(tǒng)主要的設(shè)計任務(wù)是利用控制單元控制一臺水泵或循環(huán)控制多 臺水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的啟動，同時還要能對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。系統(tǒng)本系統(tǒng)通過市政供水管道往蓄水池供水，供水時，通過 LDM-8W 電池供電無線水位 計來傳遞實(shí)時的液位信息給 PLC,通過PLC檢測出壓力信號給壓力傳感器，從而控制不同 水壓時的供水。而四臺水泵通過交流接觸器與 PLC連接，保證用戶不同用水量的需求。 這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換； 通用性強(qiáng)，由于 PLC 產(chǎn)品的系列化和模塊化， 用戶可靈活組成

13、各規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。 在硬件設(shè)計上， 只需確定 PLC 的硬件配置和壓力傳感器的外部接線， 當(dāng)控制要求發(fā)生改變 時，可以方便地通過 PLC 來改變存貯器中的控制程序， 所以現(xiàn)場調(diào)試方便。 同時由于 PLC 的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同 要求的供水場合，并且與供水機(jī)組的容量大小無關(guān)。系統(tǒng)運(yùn)行說明本供水系統(tǒng)運(yùn)行分為手動和自動運(yùn)行：1. 手動工作時，四臺水泵能獨(dú)立操作，并且有過載保護(hù)，可通過相應(yīng)水泵的閘刀開關(guān) 切斷對相應(yīng)水泵的電源實(shí)現(xiàn)斷電控制。2. 自動工作時，當(dāng)用水量少時，壓力增高，高壓報警燈亮起并起蜂鳴，通過PLC 控制水泵工作， 切斷相應(yīng)

14、水泵； 當(dāng)用水量多時， 壓力降低， 低壓報警燈亮起并起蜂鳴， 通過 PLC 控制水泵工作， 切斷相應(yīng)水泵； 高低壓報警均未亮?xí)r表示水壓正常， 可維持水泵持續(xù)運(yùn)行。 工作時水泵數(shù)量最少一臺，最多四臺。第 2 章 可編程控制器的概述2.1 可編程控制器介紹1969年，在美國出現(xiàn)第一臺可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）以 來，經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為一種最重要、高可靠性、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控 制微型計算機(jī)。它應(yīng)用大規(guī)模集成電路、微型機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展成果，逐步形成具 有多種優(yōu)點(diǎn)和微型、小型、中型、大型、超大型等各種規(guī)格的 PLC 系列產(chǎn)品

15、，應(yīng)用于從繼 電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計算機(jī)之間的許多過程控制領(lǐng)域?？删幊绦蚩刂破饕押蛿?shù)控技術(shù)及工 業(yè)機(jī)器人并列為工業(yè)自動化的三大支柱。初期的 PLC 只是用于邏輯控制場合，代替繼電器控制系統(tǒng)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，PLC 以微處理器為核心，適用于開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量的控制，它已進(jìn)入過程控制和位 置控制等場合的控制領(lǐng)域。目前，可編程序控制器既保留了原來可編程序邏輯控制器的所 有優(yōu)點(diǎn)，又吸收和發(fā)展了其他控制裝置的優(yōu)點(diǎn)， 包括計算機(jī)控制系統(tǒng)、 過程儀表控制系統(tǒng)、 集散系統(tǒng)、分散系統(tǒng)等。在許多場合，可編程序控制器可以構(gòu)成各種綜合控制系統(tǒng)，例如 構(gòu)成邏輯控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)、圖形工作

16、站等等。2.2 三菱 FX 系列介紹三菱FX系列，是三菱PLC （可編程控制器）小型系列 PLC。目前主要分FX3G、FX3U、 FX2N、FX1N、FX1S等系列。FX系列PLC特點(diǎn)是一體機(jī)、高處理，可達(dá)365點(diǎn)開關(guān)量控 制等。三菱 FX 系列 PLC 主要特點(diǎn)1. 小型集成型2. 更高的性價比3高速化、高精度的控制（基本指令 0.08卩步）4. 高性能的內(nèi)置功能（高速計數(shù)器、高速輸入 /輸出等）5. 擴(kuò)大控制點(diǎn)數(shù)，最大支持 256點(diǎn) I/O6. 特殊單元的高性能化和高互換性7. 擴(kuò)展通信端口 , 輕松地使用模擬量功能8. 擴(kuò)充存儲器容量9. 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)種適合國際規(guī)格222三菱FX系列PLC主要

17、數(shù)據(jù)簡介在PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)和用戶應(yīng)用程序中使用著大量的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)從結(jié)構(gòu)或數(shù)制上具有 以下主要幾種形式。1. 十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)在PLC中又稱字?jǐn)?shù)據(jù)。它主要存在于定時器和計數(shù)器的設(shè)定值 K;輔助繼電 器、定時器、計數(shù)器、狀態(tài)繼電器等的編號；定時器和計數(shù)器當(dāng)前值等方面。2. 二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)、BCD碼在PLC內(nèi)部均是以二進(jìn)制數(shù)的形態(tài)存在。 但使用外圍設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控顯示時，會還原成原來的數(shù)制。一位二進(jìn)制數(shù)在PLC中又稱位數(shù)據(jù)。它主要存在于各類繼電器、定時器、計數(shù)器的觸點(diǎn)及線圈。3. 十六進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)用于指定應(yīng)用指令中的操作數(shù)或指定動作。三菱FX系列PLC基本指令FX系列PLC有基本順控指令20或27條、步