机电专业课程设计说明书物业供水系统水泵控制程序设计与调试

目录之中。机电工程学院课程设计说明书设计题目: 物业供水系统水泵控制程序设计与调试 学生姓名： 学 号： 20094805 专业班级： 机制F0 指导教师： 2012年 12月13日中文摘要随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，城市中各类小区的建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求，小区的供水系统是其中的一个重要方面。本论文是针对供水要求设计的基于PLC的物业供水系统。本设计由PLC、四台水泵、压力传感器等组成，系统工作时分手动操作和自动操作，自动操作时首先由传感器把信号传给PLC，再由PLC根据水压的高低信号分析控制四台水泵的工作状态；手动操作时，可以通过各个水泵的启动停止按钮独立的工作。该系统还设有过载等保护。关键词：PLC；物业供水；水压目录第1章 引言11.1课题背景和意义11.2可编程控制器（PLC）介绍1第2章 控制系统设计32.1系统整体设计要求32.2系统设计思想32.3系统硬件设计42.3.1 PLC输入输出口分配42.3.2 供水系统主电路设计52.4软件设计72.4.1设计要求72.4.2流程图72.4.3梯形图82.4.4指令表122.4.5结论15第3章 设计总结16谢辞17参考文献18第1章 引言1.1课题背景和意义我们都知道，水是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在建设节约型时代特征的前提下，我们这个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低，而随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，以及住房制度改革的不断深入，城市中各类小区建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活，也直接体现了小区物业管理水平的高低。本系统就是在这种背景下设计的。1.2可编程控制器（PLC）介绍可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。它在设计上有以下优点：1、可靠性高、抗干扰能力强；2、接口模块功能强，品种多；3、硬件配置齐全，用户使用方面，适应性强；4、编程方法简单、直观；5、系统的设计、安装、调试工作量小；6、经济方面、维修工作量小；7、体积小、耗能低、重量轻；PLC发展的新动向：1：产品规模向大、小两个方向发展 大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。 小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。 2：PLC在闭环过程控制中应用日益广泛。 3：不断加强通讯功能。 4：新器件和模块不断推出 高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。 5：编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化 有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统。 6：发展容错技术 采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。 7：追求软硬件的标准化。第2章 控制系统设计2.1系统整体设计要求本设计是基于PLC的物业供水系统，具有以下特点：1.供水系统有水泵4台，供水管道安装压力检测开关K1，K2和K3。K1接通，表示水压偏低；K2接通，表示水压正常；K3接通，表示水压偏高。2.系统分手动工作和自动工作两种状态，自动工作时，当用水量少，压力增高，K3接通，此时可延时30s后撤除1台水泵工作，要求先工作的水泵先切断；当用水量多时，压力降低，K1接通，此时可延时30s后增设1台水泵工作，要求未曾工作过的水泵增加投入运行；当K2接通，表示供水正常，可维持水泵运行数量。工作时，要求水泵数量最少为1台，最多不得超出4台；手动工作时，要求4台水泵可分别独立操作（分设起动和停止开关），并分别具有过载保护，可随时对单台水泵进行断电控制（若输入点不够，可用I/O扩展模块）。3.并设有“自动/手动”切换开关（ON手动，OFF自动），另设自动运行控制开关（ON自动运行，OFF自动运行停止）。各水泵工作时，均应有工作状态显示。2.2系统设计思想本程序是物业供水系统水泵控制程序设计与调试，主电路有四个电机，分别设有过载保护，开关。控制电路采用PLC，根据题目需要采用24入口/16输出的S7-200CPU226，手动控制阶段易于设计，分别增设长开长闭开关，保证手动控制每台电路的通断。本程序的设计难点在于增减水泵时判断谁先谁后，先打开的水泵先关闭，即先进先出的原则。最先想到的是出栈入栈指令，但查找资料未发现其具体符号标记，为便于画程序梯形图，绞尽脑汁想另一种方法。于是，我想到运用两个左以为指令控制开断电机的顺序，保证电机的先进先出。然后用一个置位指令打开剩余电机，用复位指令保证关闭的电机。具体实现步骤见下文。2.3系统硬件设计2.3.1 PLC输入输出口分配本设计的控制部分由PLC完成，由于本系统控制分手动和自动运行，手动运行时，每台水泵分别有启动和停止开关输入，自动运行时，需要有自动运行/停止开关输入，水压判断开关以及保护输入等，还有四个水泵输出。PLC的I/O点分配表2-1控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号自动/手动切换转换开关QAI0.0手动启动泵1常开按钮SB1I0.1手动停止泵1常闭按钮SB2I0.2手动启动泵2常开按钮SB3I0.3手动停止泵2常闭按钮SB4I0.4手动启动泵3常开按钮SB5I0.5手动停止泵3常闭按钮SB6I0.6手动启动泵4常开按钮SB7I0.7手动停止泵4常闭按钮SB8I1.0自动启动/停止常开按钮SB9I1.1低压开关K1压力感应开关K1I1.2水压正常反馈K2压力感应开关K2I1.3高压开关K3压力感应开关K3I1.4泵1的过载保护常闭按钮SB10I1.5泵2的过载保护常闭按钮SB11I1.6泵3的过载保护常闭按钮SB12I1.7泵4的过载保护常闭按钮SB13I2.0输出信号供水水泵1接触器KM1Q0.0供水水泵2接触器KM2Q0.1供水水泵3接触器KM3Q0.2供水水泵4接触器KM4Q0.3泵1指示灯信号指示灯HL1Q0.4泵2指示灯信号指示灯HL2Q0.5泵3指示灯信号指示灯HL3Q0.6泵4指示灯信号指示灯HL4Q0.7图2-1 PLC的I/O接线图2.3.2 供水系统主电路设计由设计内容和要求可知，本设计需要用到四台水泵，水泵的型号都为：J02-41-4，4.0kw，1440转/分，380v，8.4A。在设计主电路时水泵以电动机代替，图中的KM为接触器线圈，FR为热继电器，主电路并设有短路过载保护。硬件设计主电路图如图2-2所示：图2-2 硬件设计主电路图2.3.3 电气位置安装图图2-3电气安装位置图电气元件一览表如2-2表所示：表2-2 电气元件一览表元件数量（个数）型号PLC1S7-200CPU226三相异步电动机4J02-41-4，4.0KW熔断器5RL6-60接触器43TB43热继电器4DH48S转换开关1M301583压力感应开关3按钮13LA4-3A2.4软件设计2.4.1设计要求物业供水系统有水泵4台，供水管道安装压力检测开关K1，K2和K3。K1接通，表示水压偏低；K2接通表示水压正常；K3接通，表示水压偏高。自动工作时，当用水量少，压力增高，K3接通，此时可延时30S后撤除1台水泵工作，要求先工作的水泵先切断；当用水量多时，压力降低，K1接通，此时可延时30S后增设1台水泵工作，要求先工作的水泵先切断；当用水量多时，压力降低，K1接通，此时可以延时30S后增设1台水泵工作，要求未曾工作过的水泵增加投入运行；当K2接通，表示供水正常，可维持水泵运行的数量。工作时，要求水泵数量最少为1台，最多不超过4台。各水泵工作时，均应有工作状态显示。手动工作时，要求4台水泵可分别独立操作（分设启动和停止开关），并分别具有过载保护，可随时对单水泵进行断电控制。设置“自动/手动”切换开关（ON-手动，OFF-自动），另外自动运行控制开关（ON-自动运行，OFF-自动运行停止）。2.4.2流程图根据设计要求绘制流程图如图3-1所示：图3-1 流程图2.4.3梯形图根据流程图编写梯形图如下所示：2.4.4指令表Network 1 LDN I0.0AN I1.1= M3.0Network 2 / 手动模式启动LD I0.0= M3.1Network 3 / 自动模式，把00010001传送给MB0，把00010001传送给MB1LD SM0.1A M3.0MOVB 17, MB0MOVB 17, MB1Network 4 / 水压低T37开始计时LDN T37A M3.0AN I1.3A I1.2AN C30TON T37, 300Network 5 / T37时间到，MB0左移位LDN T37EDRLB MB0, 1Network 6 / 通过中间继电器控制各水泵依次打开LD M3.0LPSA M0.0S M2.0, 1LRDA M0.1S M2.1, 1LRDA M0.2S M2.2, 1LPPA M0.3S M2.3, 1Network 7 / T38时间到MB1左移位LDN T38EDRLB MB1, 1Network 8 / 水压高T38开始计时LDN T38A M3.0AN I1.3A I1.4AW= C30, 1TON T38, 300Network 9 / 比较T37和T38接通次数，保证水泵开启14台LD T37LD T38LD M3.0EUCTUD C30, 3Network 10 / T38时间到，复位水泵开关LD T38AW= C30, 0LPSA M1.0R M2.0, 1LRDA M1.1R M2.1, 1LRDA M1.2R M2.2, 1LPPA M1.3R M2.3, 1Network 11 / 手动控制水泵1开断与过载保护开关LD I0.1O Q0.0A M3.1AN I0.2O M2.0LPSAN I1.5= Q0.0LPP= Q0.4Network 12 / 手动控制水泵2开断与过载保护开关LD I0.3O Q0.1A M3.1AN I0.4O M2.1LPSAN I1.6= Q0.1LPP= Q0.5Network 13 / 手动控制水泵3开断与过载保护开关LD I0.5O Q0.2A M3.1ANI I0.6O M2.2LPSAN I1.7= Q0.2LPP= Q0.6Network 14 / 手动控制水泵4开断与过载保护开关LD I0.7O Q0.3A M3.1AN I1.0O M2.3LPSAN I2.0= Q0.3LPP= Q0.72.4.5结论该设计要求最少有一台水泵工作所以开始初试化开关打开，即定义水泵1打开。 接下来设计手动自动转换开关，I0.0分别启动自动手动模式。自动过程分析，模拟低水压信号K1闭合，定时30S，2号电机接通，水泵2打开，此时两个电机工作。当水压仍然偏低则接着定时30S后，3号电机启动，此时三个电机运转。如水压仍低，则4号水泵打开，此时四台水泵同事运行。最多四台水泵工作供水，所以此后定时器不再计时。模拟水压K2闭合，说明水压正常，维持现有水泵数目。当模拟水压偏高信号出现，K3闭合，30S后把先启动的那台水泵撤掉，如水压仍偏高，则把第二台启动的电机撤掉。如果一直偏高则一直按照先工作电机线撤销的原则进行电机的撤销，直到只剩一台电机为止。手动状态分析，此时SB1、SB2分别控制1号电机的通断；SB3、SB4分别控制2号电机的通断；SB5、SB6分别控制3号电机的通断；SB7和SB8分别控制4号电机开断。这一状态可以实现人为的控制任何一台电机的运转与停止，可以根据实际情况操作。另外分别为4台电机设置国电保护开关SB10、SB11、SB12、SB13。为每台水泵设计工作状态信号灯，电机运转着信号灯打开，电机停止信号灯关闭。第3章 设计总结通过这次课程设计，我学到了很多关于电路与程序设计中很细节的东西，让我明白，很多东西原本以为会的其实真正要拿出来用还是需要多多锻炼的。以后每次设计经历都不会一样，设计过程中的灵活运用所学知识是至关重要的。还要勤学苦问，也许有些东西没用过，但是通过现学现用，把东西搞出来才是真的学习能力的体现。本次物业供水系统水泵控制程序设计很结合实际，有实际的应用价值，通过自己动手设计控制过程、调试程序，让我对PLC在实际运用中的作用有了更充分的认识，在现实中应用的那么广泛和实际，是实现自动控制不可缺少的一部分，在以后的学习过程中，我一定要好好研究，努力使自己对门课程有更深的理解和运用。 谢辞感谢王宗才老师在百忙之中抽出时间来为我们指导本次课程设计，让我们学到很多实际运用知识，课程设计说明书书写格式的规范性等等。感谢自立同学可以坐下来和我一块分析、解决遇到的思路难题。感谢留威同学能够耐心的为我解答我不懂不会的知识，让我的程序顺利的调试成功。参考文献1 王宗才.机电传动与控制.电子工业出版社， 2011.2 杨后川.可编程控制器原理与应用.北京航空航天大学出版社， 2008.3 马志溪电气工程设计 M北京: 机械工业出版社，20024 王兆义小型可编程控制器实用技术 M北京: 机械工业出版社，20025 吴晓君.杨向明电气控制与可编程控制器应用 M北京: 中国建材工业出版社，20046 廖常初.PLC编程及应用. 北京：机械工业出版社，2003.7 魏志精.可编程控制器应用技术北京：电子工业出版社，1995.