物業(yè)供水系統(tǒng)水泵梯形圖控制程序設(shè)計(jì)與調(diào)試

1、湘潭大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì) 題 目 物業(yè)供水系統(tǒng)水泵梯形圖控制程序設(shè)計(jì)與調(diào)試 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級 五 學(xué) 號 2014500932 姓 名 張書洋 指導(dǎo)教師 李明富 完成日期 2018 年 1 月 9 日目錄一、引言·····························

2、··················································

3、··················································

4、·················11.1 物業(yè)供水系統(tǒng)的應(yīng)用簡介······························&#

5、183;·················································&#

6、183;··················11.2 物業(yè)供水系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能····························

7、83;·················································

8、83;···············1二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案································

9、3;·················································

10、3;··································22.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理·············

11、··················································

12、·····································2 2.2 系統(tǒng)變量定義及I/O分配表··········

13、;··················································

14、;···································42.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)·············

15、;··················································

16、;··················································

17、;······5 三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)··········································&

18、#183;·················································&

19、#183;··································63.1 控制程序流程圖設(shè)計(jì)·············

20、;··················································

21、;··············································63.2 控制程序梯形圖設(shè)計(jì)·

22、83;·················································

23、83;·················································

24、83;·······73.3 控制程序設(shè)計(jì)思路········································&#

25、183;·················································&#

26、183;·····················13四、系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 4.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題·······················

27、3;·················································

28、3;····························14 4.2 實(shí)現(xiàn)的效果···················

29、3;·················································

30、3;·················································

31、3;······17 五、結(jié)束語··········································&#

32、183;·················································&#

33、183;··············································17六、參考文獻(xiàn)··

34、··················································

35、··················································

36、································17附錄：帶功能注釋的源程序···············

37、3;·················································

38、3;·······································18一、引言1.1 物業(yè)供水系統(tǒng)的應(yīng)用簡介隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，城市中各類小區(qū)的建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)

39、也對小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求，小區(qū)的供水系統(tǒng)是其中的一個(gè)重要方面。針對目前的小區(qū)供水系統(tǒng)中存在的電能、水資源浪費(fèi)且供水質(zhì)量差等問題采用三菱FX2N PLC為核心控制器，構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以管網(wǎng)水壓為設(shè)定參數(shù)，根據(jù)用水量的大小由PLC控制投入運(yùn)行的水泵的數(shù)量實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，即實(shí)現(xiàn)恒壓供水。1.2 物業(yè)供水系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能某物業(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。1. 控制要求：（1）自動(dòng)工作時(shí)，當(dāng)用水量少，壓力增高，K3接通，此時(shí)可延時(shí)30s后撤除1臺水泵工作，要求先工作的

40、水泵先切斷；當(dāng)用水量多時(shí)，壓力降低，K1接通，此時(shí)可延時(shí)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(shí)，要求水泵數(shù)量最少為1臺，最多不得超出4臺。（2）各水泵工作時(shí)，均應(yīng)有工作狀態(tài)顯示。（3）手動(dòng)工作時(shí)，要求4臺水泵可分別獨(dú)立操作（分設(shè)起動(dòng)和停止開關(guān)），并分別具有過載保護(hù)，可隨時(shí)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(gè)過載保護(hù)輸入）。（4） 設(shè)置“自動(dòng)/手動(dòng)”切換開關(guān)（ON手動(dòng)，OFF自動(dòng)），另設(shè)自動(dòng)運(yùn)行控制開關(guān)（ON自動(dòng)運(yùn)行，OFF自動(dòng)運(yùn)行停止）。二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理由設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求可

41、知，本設(shè)計(jì)要用到四臺水泵，在設(shè)計(jì)主電路時(shí)，水泵以電動(dòng)機(jī)代替，圖中的KM為接觸器線圈，F(xiàn)R為熱繼電器，主電路中有短路過載保護(hù)。主電路如圖所示：本系統(tǒng)用到的元器件有：可編程控制器PLC，水泵，以及繼電器，接觸器等。PLC選用的是S7-200?？删幊绦蚩刂破饔⑽姆QProgrammable Logic Controller，簡稱PLC。但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)

42、數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)主要存在以下兩個(gè)缺點(diǎn)，一是可靠性差，排除故障困難，因?yàn)樗墙佑|控制，所以當(dāng)觸點(diǎn)發(fā)生磨損和斷裂等損壞情況時(shí)很難做出相應(yīng)處理；二是靈活性差，總體成本較高。繼電器本身并不貴，但是控制柜內(nèi)部的安裝，接線工作量極大，工藝發(fā)生變化時(shí)相應(yīng)的改動(dòng)更是復(fù)雜。因此當(dāng)市場需要適應(yīng)新的變化時(shí)，PLC就應(yīng)運(yùn)而生了。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員

43、的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。 可編程序控制器一直在發(fā)展中，所以至今尚未對其下最后的定義。國際電工學(xué)會(huì)（IEC）曾先后于1982年、1985年和1987年發(fā)布了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案的第一，二，三稿，并在1987年2月對PLC作了如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存

44、儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。定義強(qiáng)調(diào)了PLC是：1 數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)也是一種計(jì)算機(jī)；2 專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)；3 面向用戶指令編程方便；4 邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)計(jì)算和算術(shù)操作；5 數(shù)字量或模擬量輸入輸出控制；6 易與控制系統(tǒng)聯(lián)成一體、易于擴(kuò)充。選擇西門子仿真軟件step7的原因：可靠PLC不需要大量的活動(dòng)元件和連線電子元件。它的連線大大減少。與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡單，維

45、修時(shí)間短。Plc采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如：冗余的設(shè)計(jì)。斷電保護(hù)，故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)。PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用計(jì)算機(jī)控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言。編程出錯(cuò)率大大降低。易操作PLC有較高的易操作性。它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點(diǎn)，一般不容易發(fā)生操作的錯(cuò)誤。對PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。程序的輸入直接可接顯示，更改程序的操作也可以直接根據(jù)所需要的地址編號或接點(diǎn)號進(jìn)行搜索或程序?qū)ふ?，然后進(jìn)行更改。PLC有多種程序設(shè)計(jì)語言可供使用。用于梯形圖與電氣原理圖較為接近。容易掌握和理解。PLC具有的

46、自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快找到故障的部位。靈活PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程簡單、應(yīng)用面拓展。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變量十分容易。2.2 系統(tǒng)變量定義及I/O分配表供水系統(tǒng)的IO地址分配表本設(shè)計(jì)的控制部分有PLC完成。由于本系統(tǒng)控制分手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行，手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，每臺水泵分別有啟動(dòng)和停止開關(guān)，自動(dòng)運(yùn)行時(shí)需要有自動(dòng)運(yùn)行/停止開關(guān)。水壓判斷開關(guān)以及過載保護(hù)等，還有四個(gè)水泵輸出。所以PLC的I/O地址分配表如表2-1所示：表2-1: I/O地址分配表 控

47、制信號信號名稱元件名稱元件符號地址編碼輸入信號自動(dòng)手動(dòng)切換信號常開按鈕QS1I0.0手動(dòng)啟動(dòng)泵1常開按鈕SB1I0.1手動(dòng)停止泵1常閉按鈕SB2I0.2手動(dòng)啟動(dòng)泵2常開按鈕SB3I0.3手動(dòng)停止泵2常閉按鈕SB4I0.4手動(dòng)啟動(dòng)泵3常開按鈕SB5I0.5手動(dòng)停止泵3常閉按鈕SB6I0.6手動(dòng)啟動(dòng)泵4常開按鈕SB7I0.7手動(dòng)停止泵4常閉按鈕SB8I1.0自動(dòng)啟動(dòng)停止信號常開按鈕QS2I1.1低壓開關(guān)K1壓力開關(guān)SP1I1.2水壓正常反饋信號壓力開關(guān)SP2I1.3高壓開關(guān)K3壓力開關(guān)SP3I1.4輸出信號泵1供水接觸器KM1Q0.0泵2供水接觸器KM2Q0.1泵3供水接觸器KM3Q0.2泵4供水

48、接觸器KM4Q0.3信號燈1亮信號燈HL1Q0.4信號燈2亮信號燈HL2Q0.5信號燈3亮信號燈HL3Q0.6信號燈4亮信號燈HL4Q0.7 2.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)圖2-2物業(yè)供水系統(tǒng)I/O接線圖三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1控制程序流程圖設(shè)計(jì)于該系統(tǒng)既可以手動(dòng)運(yùn)行又可以自動(dòng)運(yùn)行，所以本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分兩部分，一部分是手動(dòng)模塊，一部分是自動(dòng)模塊。系統(tǒng)的總流程圖如圖3-1所示。該流程圖主要介紹了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，其中的具體細(xì)節(jié)沒有在流程圖中給出，將會(huì)在后面的程序分析中詳細(xì)介紹。圖3-1程序流程圖3.2控制程序梯形圖設(shè)計(jì)梯形圖的編寫使用的軟件是 STEP7-Micro/WINV4.0，該編程軟件是專為西門子

49、公司S7-200系列小型機(jī)而設(shè)計(jì)的編程工具軟件，使用該軟件可根據(jù)控制系統(tǒng)的要求編制控制程序并完成與PLC的實(shí)時(shí)通信，進(jìn)行程序的下載與上傳及在線監(jiān)控。STEP7-Micro/WIN提供軟件工具幫助調(diào)試和測試程序。這些特征包括：監(jiān)視S7-200正在執(zhí)行的用戶程序狀態(tài)，為S7-200指定運(yùn)行程序的掃描次數(shù)，強(qiáng)制變量值等。 由流程圖和設(shè)計(jì)要求可得相應(yīng)的梯形圖：3.3控制程序設(shè)計(jì)思路本系統(tǒng)主要分為手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行兩部分，在編程過程中將本系統(tǒng)主要分為三大模塊：手動(dòng)運(yùn)行模塊、自動(dòng)運(yùn)行模塊、輸出模塊。在系統(tǒng)一上電情況下首先通過判斷自動(dòng)手動(dòng)/開關(guān)I0.0，判斷是進(jìn)入手動(dòng)模塊還是自動(dòng)模塊，I0.0為ON表示手動(dòng)

50、，OFF表示自動(dòng)。然后進(jìn)入相應(yīng)的模塊執(zhí)行程序。手動(dòng)模塊，當(dāng)進(jìn)入手動(dòng)模塊后，I0.1是泵1的手動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)，I0.2是泵1的手動(dòng)停止開關(guān)，I0.3是泵2的手動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)，I0.4是泵2的手動(dòng)停止開關(guān)，I0.5是泵3的手動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)，I0.6是泵3的手動(dòng)停止開關(guān)，I0.7是泵4的手動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)，I1.0是泵4的手動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)。可以通過上述開關(guān)相對獨(dú)立的對單臺水泵進(jìn)行通斷電控制。自動(dòng)模塊，當(dāng)進(jìn)入自動(dòng)模塊后，在自動(dòng)進(jìn)行模塊還有自動(dòng)運(yùn)行停止開關(guān)I1.1（ON表示運(yùn)行，OFF表示停止），在I1.1為ON的情況下，系統(tǒng)首先判斷四臺水泵的運(yùn)行狀態(tài)，如四臺水泵都沒有工作將自動(dòng)把第一臺水泵打開，其中M0.0、M0.1、M0

51、.2、M0.3分別是四臺水泵自動(dòng)運(yùn)行的標(biāo)志，然后通過壓力傳感器判斷水壓的高低，在系統(tǒng)中I1.2表示水壓低，I1.3表示水壓正常，I1.4表示水壓高。水壓高/低的時(shí)候延時(shí)30秒減少/增加一臺水泵工作，增加的順序是沒工作過的優(yōu)先增加，程序?yàn)榱藵M足這個(gè)要求，采用的是四臺水泵按M0.0-M0.1-M0.2-M0.3-M0.0的順序依次循環(huán)啟動(dòng)或停止。這樣就能滿足沒工作過的優(yōu)先增加和工作過的優(yōu)先停止的要求。其次在選擇增加四臺水泵的控制PLC，掃描程序遵照從上到下從左到右的原則，為了避免上面程序?qū)ο旅娴挠绊懀谠O(shè)計(jì)過程中對于水壓低需要增加水泵時(shí)先寫出四臺水泵同時(shí)工作的情況，然后逐次減一到只有一臺工作，對于

52、水壓高時(shí)需要減泵時(shí)先從一臺水泵工作，然后逐次加一到四臺全工作這樣就能滿足上述要求。每當(dāng)自動(dòng)模塊執(zhí)行完之后程序跳到輸出模塊執(zhí)行。輸出模塊，在輸出模塊中，M0.0是泵1的運(yùn)行標(biāo)志；M0.1是泵2的運(yùn)行標(biāo)志；M0.2是泵3的運(yùn)行標(biāo)志；M0.3是泵4的運(yùn)行標(biāo)志。四、系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析4.1 系統(tǒng)調(diào)試1.選擇CPU型號：2242.手動(dòng)控制打開，通過I0.1、I0.2，I0.3、I0.4，I0.5、I0.6，I0.7，I1.0分別控制泵1、泵2、泵3、泵4的開啟和停止；3.手動(dòng)控制I0.0關(guān)閉，自動(dòng)控制I1.1開啟；4.水壓過低時(shí)30s后啟動(dòng)泵2；5.水壓過高時(shí)，30s后泵1停止工作；4.2 實(shí)現(xiàn)結(jié)果按要

53、求輸入梯形圖，檢查并編譯。本次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)里，正確輸入梯形圖，編譯成功。同時(shí)通過在線工作后把程序?qū)懭肟删幊绦蚩刂破鞯某绦虼鎯^(qū)，然后進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，在前面正確操作和正常進(jìn)行的基礎(chǔ)上，使PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，觀察運(yùn)行情況，結(jié)果是本PLC設(shè)計(jì)運(yùn)行正常，沒有未知錯(cuò)誤。在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，先開先關(guān)，先關(guān)先開要求；手動(dòng)實(shí)現(xiàn)各個(gè)水泵的開關(guān)。最終達(dá)到課程設(shè)計(jì)所需的全部要求。五、結(jié)束語通過此次課程設(shè)計(jì)，讓我對PLC梯形圖有了更好的了解，也讓我了解了關(guān)于PLC設(shè)計(jì)原理。有很多設(shè)計(jì)理念來源于實(shí)際，從中找出最適合的設(shè)計(jì)法。PLC課程都是極理論的東西，所做過的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)也都是在已知程序圖的情況下學(xué)習(xí)使用編程器，這并不能提高PLC的設(shè)

54、計(jì)水平，而這次的課程設(shè)計(jì)是從根本上讓我們理論聯(lián)系實(shí)際，在這種根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的情況下能夠讓我們對PLC有更深刻的認(rèn)識。 不積跬步何以至千里，課程設(shè)計(jì)是大學(xué)學(xué)習(xí)階段非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次課程設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合，鍛煉了綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識的能力，提高了查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊的能力，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，使得能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，毅力及耐力也都得到了不同程度的提升。六、參考文獻(xiàn)1 周亞軍、張衛(wèi).電氣控制與PLC原理及應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20102王兆義、

55、楊新志.小型可編程控制器實(shí)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20063 中國電工技術(shù)協(xié)會(huì)風(fēng)機(jī)水泵交流調(diào)速節(jié)能技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19984周芝峰、張星.變頻器在供水系統(tǒng)中的節(jié)能分析.變頻器世界，20005金傳偉，毛宗源.變頻調(diào)速技術(shù)在水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.上海：華南理工大學(xué)，1999附錄：帶功能注釋的源程序由梯形圖可以得出相應(yīng)的語句表:TITLE=物業(yè)供水系統(tǒng)水泵控制梯形圖Network 1 / 自動(dòng)/手動(dòng)切換開關(guān)狀態(tài)為“off”時(shí)，程序自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到自動(dòng)控制模塊（網(wǎng)絡(luò)6）執(zhí)行LDN I0.0JMP 1Network 2 / 水泵1手動(dòng)啟動(dòng)或停止：I0.1閉合，水泵1啟動(dòng)；I0.2斷開，水泵1停止LD I0.1O M0.0AN I0.2A I0.0= M0.0Network 3 / 水泵2手動(dòng)啟動(dòng)或停止：I0.3閉合，水泵2啟動(dòng)；I0.6斷開，水泵2停止LD I0.3O M0.1AN I0.4A I0.0= M0.1Network 4 / 水泵3手動(dòng)啟動(dòng)或停止：I0.5閉合，水泵3啟動(dòng)；I0.6斷開，水泵3停止LD I0.5O M0.2AN I0.6A I0.0= M0.2Network 5 / 水泵4手動(dòng)啟動(dòng)或停止：I0.7閉合，水泵4啟動(dòng)；I1.0斷開，水泵4停止LD I0.7O M0.