基于PLC的物業(yè)恒壓供水系統(tǒng)設計論文

摘要我國正在建設節(jié)約型社會，在國家的號召下全社會都要有節(jié)能減排的意識。針對物業(yè)小區(qū)供水的問題，為了滿足人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求，所以采用先進的PLC設備來設計節(jié)能高可靠性的恒壓供水系統(tǒng)。針對目前的小區(qū)供水系統(tǒng)中存在的電能、水資源浪費且供水質(zhì)量差等問題采用三菱FX2NPLC為核心控制器，構成恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以管網(wǎng)水壓為設定參數(shù)，根據(jù)用水量的大小由PLC控制投入運行的水泵的數(shù)量實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，即實現(xiàn)恒壓供水。本報告用四章的篇幅詳細的討論該設計的內(nèi)容，關鍵的部分都有詳細的說明和演示。本設計的全部程序均通過PLC調(diào)試。硬件部分列出參考元件，軟件部分列出詳細程序和程序分析的詳細圖解，心得體會部分寫了本次設計中出現(xiàn)的各種問題和最終的解決辦法。關鍵字：PLC，供水，恒壓，三菱FX2N目錄概述…………1硬件設計…………………32.1系統(tǒng)主電路………………32.2系統(tǒng)I/O資源分配……32.3PLCI/O接線圖…………42.4系統(tǒng)使用電器元件……5第三章軟件設計…………………63.1系統(tǒng)流程圖………………63.2程序梯形圖………………63.3程序指令表………………113.4系統(tǒng)總體構思……………17 3.4.1梯形圖總體構思…… 3.4.2系統(tǒng)內(nèi)部輔助繼電器含義……… 3.4.3初始化及輸出程序解析………… 3.4.4手動自動切換部分………………… 3.4.5手動運行的控制…… 3.4.6自動運行控制………… 3.4.7增泵減泵控制部分…………………第四章結論……………22參考文獻………………14概述幾種供水系統(tǒng)的比較：1．恒速泵加壓供水：這種方式無法對供水管網(wǎng)的壓力做出及時的反應，水泵的增減都依賴人工進行手工操作，自動化程度低，而且為保證供水，機組常處于滿負荷運行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時，管網(wǎng)長期處于超壓運行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴重，電機硬起動易產(chǎn)生水錘效應，破壞性大，目前較少采用。2．重力供水：重力供水通常需要設置水箱或者水塔，系統(tǒng)用水是由水箱或者水塔直接供應，所以供水壓力比較穩(wěn)定。但它需要由位置高度所形成的壓力進行供水，為此需要建造水塔或者將水箱置于建筑物頂層的最高處。同時由于其存水比較大，在屋頂形成很大的負重，增加了結構的承重和占用樓宇的建筑面積，也妨礙美觀，此外，屋頂水箱還必須高出屋面幾米，建筑立面較難處理，存在投資大、周期長、能源浪費大的缺點。3．氣壓供水：氣壓供水是采用氣壓罐代替水塔或高位水箱利用密閉壓力罐內(nèi)的空氣將罐內(nèi)儲水壓到管網(wǎng)中去。它的優(yōu)點是靈活性大、建設快、污染少、有利于抗震、可消除管道中的水錘與噪聲，缺點是體積和投資大、壓力變化大、運行效率低、需要使用張力膜、維護費用高、耗費動力大。通過對以上三種傳統(tǒng)的供水問題解決辦法進行分析可以看出以上三種方案的共同缺點是：自動化程度低，占用大量的面積，運行效率低，成本較高。這些不足不能滿足現(xiàn)在小區(qū)用戶對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求。為了解決這些問題，本設計采用先進的PLC控制器，將自動控制方法、傳感器理論用在系統(tǒng)中實現(xiàn)供水系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)恒壓供水。該方法是目前比較流行的控制方法，其卓越的性能贏得用戶的贊同。本設計是基于PLC的物業(yè)供水系統(tǒng)，具有以下特點：1.供水系統(tǒng)有水泵4臺，供水管道安裝壓力檢測開關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。2.系統(tǒng)分手動工作和自動工作兩種狀態(tài)，自動工作時，當用水量少，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；當用水量多時，壓力降低，K1接通，此時可延時30s后增設1臺水泵工作，要求未曾工作過的水泵增加投入運行；當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；手動工作時，要求4臺水泵可分別獨立操作（分設起動和停止開關），并分別具有過載保護，可隨時對單臺水泵進行斷電控制（若輸入點不夠，可用I/O擴展模塊）。3.并設有“自動/手動”切換開關（ON——手動，OFF——自動），另設自動運行控制開關（ON——自動運行，OFF——自動運行停止）。4.各水泵工作時，均應有工作狀態(tài)顯示。第一章硬件設計2.1系統(tǒng)主電路如圖2-1所示，為系統(tǒng)的主控圖由設計內(nèi)容和要求可知，本設計需要用到四臺水泵，水泵的型號都為：J02-41-4，4.0kw，1440轉(zhuǎn)/分，380v，8.4A。在設計主電路時水泵以電動機代替，圖中的KM為接觸器線圈，F(xiàn)R為熱繼電器，主電路并設有短路過載保護。主電路如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)主控圖2.2PLCI/O資源分配本設計的控制部分由PLC完成，由于本系統(tǒng)控制分手動和自動運行，手動運行時，每臺水泵分別有啟動和停止開關輸入，自動運行時，需要有自動運行/停止開關輸入，水壓判斷開關以及保護輸入等，還有四個水泵輸出。所以PLC的I/O地址分配表如表2-1所示。表2-1I/O資源分配輸入輸出X0系統(tǒng)啟動初始化X11二號水泵獨立停止輸入端Y0一號水泵運行X1手動自動控制切換（“ON”為手動）X12三號水泵獨立啟動輸入端Y1二號水泵運行X2自動運行啟動開關（“ON”為啟動）X13三號水泵獨立停止輸入端Y2三號水泵運行X3低水壓傳感器輸入端X14四號水泵獨立啟動輸入端Y3四號水泵運行X4水壓正常輸入端X15四號水泵獨立停止輸入端X5高水壓傳感器輸入端X16一號水泵熱保護輸入X6一號水泵獨立啟動輸入端X17二號水泵熱保護輸入X7一號水泵獨立停止輸入端X20三號電機熱保護輸入X10二號水泵獨立啟動輸入端X21四號水泵熱保護輸入2.3PLCI/O接線圖系統(tǒng)的I/O接線圖如圖2-2所示。圖2-2I/O接線圖2.4電器元件列表電器元件一覽表如表2-2所示。表2-2電器元件一覽表元件數(shù)量(個)描述水泵4J02-41-4,4.0kw,1440轉(zhuǎn)/分,380V,8.4APLC1FX2NTHMR51接觸器4CJ20-10,額定電壓380V，約定發(fā)熱電流Ith10A，線圈控制功率啟動65/47.6吸持8.3/2.5熱過載保護器4JR20-10，熱元件號11R，正定電流4～5～6A按鈕開關13LA18-22，發(fā)熱電流5A水壓傳感器38AM693，12-36VDC，0.1-70MPa第三章：軟件設計3.1系統(tǒng)流程圖 由于該系統(tǒng)即可以手動運行又可以自動運行，所以本系統(tǒng)設計主要分兩部分，一部分是手動模塊，一部分是自動模塊。系統(tǒng)的總流程圖如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)流程圖3.2程序梯形圖 由設計要求畫的程序梯形圖如圖3-2所示。圖3-2程序梯形圖3.3程序指令表由梯形圖轉(zhuǎn)換為指令表如下3.4系統(tǒng)總體構思 3.4.1制定梯形圖結構：程序中包括手動運行、自動運行兩種工作方式，梯形圖結構如圖3.1所示，。當X1為“ON”時，為手動控制，可以分別控制四臺水泵的啟動和停止；當X1為“OFF”且X2為“ON”時為自動運行狀態(tài)，自動工作時，當用水量少，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；當用水量多時，壓力降低，K1接通，此時可延時30s后增設1臺水泵工作，要求未曾工作過的水泵增加投入運行；當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。手動運行時，可實現(xiàn)對每一臺水泵的單獨啟動停止控制。由于需要在不同的模塊間切換，所以采用CJ指令來實現(xiàn)。用輸入開關量關系判斷向哪個模塊跳轉(zhuǎn)。3.4.2系統(tǒng)內(nèi)部輔助繼電器含義在程序中經(jīng)常要使用中間繼電器，為了讀程序方便將該程序中使用的中間繼電器含義列表3-1如下：表3-1程序內(nèi)部使用輔助繼電器（M）含義M71一號水泵工作標志M72二號水泵工作標志M73三號水泵工作標志M74四號水泵工作標志M101水泵全部投入運行標志M102單泵運行標志M103增泵執(zhí)行標志M104減泵執(zhí)行標志M60水壓低標志位M61水壓正常標志位M62水壓正常標志位M63自動運行標志位M64手動運行標志位M0初始化標志位M51一號泵退出標志M52二號水泵退出標志M53三號水泵退出標志M54四號水泵退出標志3.4.3初始化部分假設物業(yè)供水控制系統(tǒng)在上電后需要初始化完成部分的環(huán)境設置工作。由于供水系統(tǒng)要保證有水泵工作，而且盡量不浪費電能，這里使初始化后有一臺水泵工作（假如是一號水泵）。按下初始化按鈕X0，產(chǎn)生一個上升沿，經(jīng)過30秒后一號水泵開始工作。如圖3-3所示圖3-3系統(tǒng)初始化程序公共輸出端程序解析 如圖3-4所示，輸出采用集中輸出的方式，可以有效的避免雙線圈輸出的問題。其中，X16、X17、X20、X21分別為熱保護輸入端。圖3-4公共輸出端程序3.4.4手動自動切換部分該部分采用M63為自動運行標志，置位為有效；M64為手動運行標志，置位為有效。根據(jù)M63和M64的狀態(tài)決定程序的跳轉(zhuǎn)方向。3.4.5手動運行的控制采用傳統(tǒng)的起保停電路模式，對線圈M71~M74完成置位和復位的操作。3.4.6自動運行控制如圖3-5所示，X4、X3、X5分別為水壓正常、水壓偏低、水壓偏高傳感器輸入端口。水壓正常時，即X4輸入時，將M60和M62復位，中斷壓高壓低的一切操作。當X3置位時，表示壓低，經(jīng)過三十秒的延時置增泵執(zhí)行標志M103為，驅(qū)動增泵程序增加一臺水泵，直到水壓正常。壓高的執(zhí)行與壓低相似。圖3-5自動運行程序3.4.7增泵減泵控制部分該部分是整個程序的核心部分，采用的是置位復位操作，根據(jù)現(xiàn)水泵的運行的情況判斷增泵與減泵后水泵的運行情況。將每種情況一一列出，在增減泵操作發(fā)出后根據(jù)現(xiàn)在水泵運行情況增減一個水泵。表3-2列出了現(xiàn)態(tài)增減泵后狀態(tài)后的所有情況。表3-2自動運行增泵退泵判斷依據(jù)退泵后狀態(tài)原始工作狀態(tài)增泵后狀態(tài)無操作10001100無操作01000110無操作00100011無操作00011001010011001110001001100111000100111011100010011101011011101111001101111111100110111111110011011111詳見附表1111無操作注：“0”表示水泵停止，“1”表示水泵運行。表3-3自動運行滿泵退泵時的依據(jù)退泵后狀態(tài)滿泵時的狀態(tài)（三泵向滿泵轉(zhuǎn)換情況）0111（1110）------>（1111）1011（0111）------>（1111）1101（1011）------>（1111）1110（1101）------>（1111）第四章結論本學期學習《電氣控制與PLC原理及應用》這門課程，通過一個學期的學習，我對PLC可編程控制器有了全新的認識。PLC作為工業(yè)現(xiàn)場的控制器與單片機相比有簡單易學控制抗干擾能力強的優(yōu)點。這次設計的物業(yè)供水系統(tǒng)，核心的部分就是編寫程序。由于該系統(tǒng)的水泵采用的是自動控制方式，一次增加或減去一臺，并且是先投入運行的先撤出運行，后投入運行的水泵先投入運行。面對這個控制邏輯，我開始的時候沒有一點辦法。首先我是想到在網(wǎng)上找找資料，但是很不幸沒有關于這方面的程序。后來在課本上看到一個實例程序，跟這次的課程設計課題很像。通過研究課本上的實例，我認識到增泵和減泵的操作是分開的兩個部分。根據(jù)四個水泵運行的現(xiàn)態(tài)，推算出增泵后或減泵后的狀態(tài)。將四臺水泵的運行狀態(tài)用表格的形式表示出來，總共有十六種狀態(tài)，這樣就能完成控制要求。理論上可行之后便著手用程序表達出來，并在實驗室通過仿真。第一次去實驗室仿真，根本沒有出現(xiàn)任何我期望的結果。面對這樣的結果我很是沮喪。后來我按功能驗證，首先將手動控制部分的功能全部驗證出來。偏偏就是在自動控制部分出現(xiàn)了問題。問題是：只要按下增泵或減泵的開關所用的水泵都運行或都關閉。這當然不是我想看到的。這個問題我請教周圍的同學，沒有一個同學能說出來點像樣的理由，畢竟程序是我寫的300多步，誰都不會立馬看出問題。后來我在摸索中發(fā)現(xiàn)，雖然PLC控制臺沒有像單片機那樣的調(diào)試環(huán)境，可是通過監(jiān)控還是能跟蹤部分開關量的狀態(tài)。以增泵為例，M103是我程序中的增泵執(zhí)行標志，只要執(zhí)行一次增泵的操作，M103就要被復位，不能在進行增泵操作。可是，通過跟蹤我發(fā)現(xiàn)M103只要被置位一次，就能一直處于置位的狀態(tài)。找到了問題的所在，排除了增泵程序本身的問題，將問題定位在M103置位程序部分。M103置位部分正是自動控制運算部分。經(jīng)過仔細的排查發(fā)現(xiàn)問題出現(xiàn)在定時器上。定時器的特點是定時時間到只要線圈不斷電，定時器一直處在導通狀態(tài)，進而定時時間到，便將M103置位，所以出現(xiàn)了M103一直被置位的現(xiàn)象。將定時器線圈前串聯(lián)一個定時器本身的常閉開關，在次仿真所有的問題就都解決了。參考文獻[1]周亞軍，張衛(wèi).電氣控制與PLC原理及應用.西安：西安電子科技大學出版社，2010[2]崔金貴．變頻調(diào)速恒壓供水在建筑給水應用的理論探討．蘭州鐵道學院學報，2000(1)：84．88[3]張燕賓．變頻調(diào)速應用實踐．北京：機械工業(yè)出版社，2002，135-137[4]田長虹．變頻調(diào)速技術發(fā)展及應用前景展望．大眾用電，2004(11)：16—19[5]江明，王偉．變頻調(diào)速技術的發(fā)展概況及趨勢．安徽工程科技學院學報，2002(4)：43—45[6]趙相賓．談我國變頻調(diào)速技術的發(fā)展及應用．電氣傳動，2000(2)：32-35[7]金傳偉，毛宗源．變頻調(diào)速技術在水泵控制系統(tǒng)中的應用．電子技術應用，2000(9)：38．39[8]張燕賓．SPWM變頻調(diào)速應用技術．北京：機械工業(yè)出版社，2002[9]中國電工技術協(xié)會．風機水泵交流調(diào)速節(jié)能技術．北京：機械工業(yè)出版社，1998[10]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，2000(10)[11]金傳偉，毛宗源．變頻調(diào)速技術在水泵控制系統(tǒng)中的應用．上海：華南理工大學，1999基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構件開發(fā)的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機的嵌入式Internet系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)單片機監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機上的應用MSP430單片機在智能水表系統(tǒng)上的研究與應用基于單片機的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)與應用單片機在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應用基于ATmega16單片機的流量控制器的開發(fā)基于MSP430單片機的遠程抄表系統(tǒng)及智能網(wǎng)絡水表的設計基于MSP430單片機具有數(shù)據(jù)存儲與回放功能的嵌入式電子血壓計的設計基于單片機的氨分解率檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā)\t"_blan