基于plc的小区供水系统设计课程设计.docx

1、辽宁工业大学 PLC技 术 及 应 用课 程 设 计 （ 论 文 ）题目： 基于PLC的小区供水系统设计院（系）： 电气工程学院专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： （签字） 起止时间： 2013. 12. 9- 2013. 12. 18课程设计（论文）任务及评语院 （ 系 ）： 电 气 工 程 学 院教 研 室 ： 自 动 化学 号学 生 姓 名王 佳 斌专 业 班 级自 动 化 104课 程 设 计（ 论 文 ） 题 目基 于 PLC 的 小 区 供 水 系 统 设 计课 程 设 计（ 论 文） 任 务课 题 完 成 的 功 能 、 设 计 任 务 及 要 求 、 技 术 参 数实

2、现 功 能某 小 区 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 ， 分 别 对应 水 压 偏 低 ， 水 压 正 常 ， 水 压 偏 高 。 自 动 工 作 时 ， 当 用 水 量 少 时 ， K3 接 通 ， 延 时 30 s后 撤 除 1 台 水 泵 ， 要 求 先 工 作 的 水 泵 先 切 断 ； 当 用 水 量 多 时 ， K1 接 通 ， 延 时 30 s 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

3、 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 。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 起 动和 停 止 开 关 ）； 设 置 “自 动 /手 动 ”切 换 开 关 。设 计 任 务 及 要 求1 、 根 据 系 统 功 能 ， 确 定 输 入 输 出 点 数 ， 选 择 PLC 的 型 号 ； 2 、 选 择 水 泵 电 机 ；3 、 建 立 I/O 分 配 表 ， 完 成 PL C 与 输 入 /输 出

4、信 号 的 的 外 部 接 线 ；4 、 按 系 统 的 控 制 要 求 ， 用 梯 形 图 设 计 程 序 ； 5 、 上 机 调 试 、 完 善 程 序 ；6 、按 学 校 规 定 格 式 ， 撰 写 、打 印 设 计 说 明 书 一 份 ；设 计 说 明 书 应 在 4000 字 以 上技 术 参 数水 泵 电 机 的 相 关 参 数 为 ： 额 定 功 率 1 Kw ， 额 定 电 压 380 V ， 额 定 转 速 1450 rpm。进 度 计 划1 、 布 置 任 务 ， 查 阅 资 料 ， 确 定 系 统 的 组 成 （ 1 天 ）2 、 建 立 I/O 分 配 ， 完 成 外

5、部 接 线 设 计 （ 2 天 ）3 、 按 系 统 的 控 制 要 求 ， 完 成 梯 形 图 设 计 （ 2 天 ）4 、 上 机 调 试 、 修 改 程 序 （ 2 天 ）5 、 撰 写 、 打 印 设 计 说 明 书 （ 2 天 ）6 、 答 辩 （ 1 天 ）指 导 教 师 评 语 及 成 绩平 时 ： 论 文 质 量 ： 答 辩 ： 总 成 绩 ： 指 导 教 师 签 字 ： 年月日。注 ： 成 绩 ： 平 时 20 %论 文 质 量 60 %答 辩 20 % 以 百 分 制 计 算摘要本文基于 S7- 200PLC 对小区供水，依据压力检测开关 K1，K2，K3 分别控制 管道压

6、力。自动工作时，当用水量少时，K3 接通，延时 30s 后撤除 1 台水泵， 要求先工作的水泵先切断；当用水量多时， K1 接通，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。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 设起动和停止开关）；设置“自动/手动”切换开关。本系统由 PLC、3 个压力检测控制开关与 4 台水泵电机组成。具有自动化程 度高，节省人力物力，同时对管道压力的良好控制，既极大的增强了小区供水的 质量，

7、也保护了供水设备的安全与供水管道的损坏。关键词：PLC；压力控制开关；水泵电机；手动/自动切换I目录第 1 章 绪论0第 2 章 课程设计的方案22. 1 概述22. 2 I /O点数的确定22. 3 系统的总体组成结构3第 3 章 硬件设计43. 1 系统的设备组成43. 2 PLC 及其扩展模块的选型43. 3 水泵电机的选型53. 4 供水系统主电路的设计63. 5 PLC 的 I /O分配以及外部接线图6第 4 章 软件设计84. 1 软件流程图设计84. 2 梯形图设计8第 5 章 课程设计总结15参考文献16II第 1 章 绪论水和电是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在节水节能

8、已经成为时代 特征的显示条件下，我们这个水资源和电资源短缺的国家，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，自动化程度较低， 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，同时对小区的基础建设提出了更高 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。传统的小区供水方式有：恒速泵加压供水、气压罐供水、水塔高水位箱 供水、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统 等。不过

9、传统的供水方式普遍有不同程度的水力电力资源的浪费；效率低；可靠 性差；自动化程度低等缺点。目前的供水方式是朝着高效节能、自动可靠的方向 发展的，这对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的 现实意义。PLC 是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采 用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、 计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各 种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系 统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可

10、编程控制器 PDP14 ，在美 国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制， 这是第一代可编程序控制器，称 Pr ogr a mma bl e，是世界上公认的第一台 PLC。20 世纪 70 年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使 PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装 置。此时的 PLC 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发 展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为 Pr ogr a mma bl e Logi c Cont r ol l er （PLC）。20

11、世纪 70 年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已 全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、 更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PI D功能及极高的性价比奠定了它在现0代工业中的地位。20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界 上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已 步入成熟阶段。20 世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保 持为 3040%。在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力 和网络能力得到大幅度提高，PLC

12、逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了 在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。20 世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这 个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种 人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。1第 2 章 课程设计的方案2.1 概述就供水体系的技能功能而言，整个供水体系应满意用户对水质、水量和水压 的需求。除此之外，在整个基建进程和出产运转中还需求基建投资省, 常常运转 费用低，操作办理便利，无塔供水设备能安全出产以及充分发挥整个供水体系的 经济效益。因而，正确挑选供水体系，具有十分重要

13、的含义。影响供水体系挑选的要素许多，主要有城镇或小区的计划、当地地势、用户 对供水体系的需求和水派的类型竿。因为上述要素的不一样，供水体系能够有各 种不一样的方式及其组成。如以符合卫生需求的深层地下水作水源，供应居民生 活饮用，则就不需求净化处置，仅缔造取水和翰配水工程即可，如以江河水作为 居民生活用水的水源时， 碳钢无塔供水设备则需求取水、 净化和畅配水等进 程。在建设进程中，有必要根据具体情况，挑选合理的供水体系。由于日常生活作息的原因，在一天中不同时刻居民的用水量有所不同，供水 不足或供水过剩的情况时有发生，而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的 压力上，即用水多而供水少时水压低，用水

14、少而供水多时水压高。本设计是通过 PLC、水泵、压力检测开关构成自动控制系统，根据用户管网 水压的高低自动调整 4 台水泵的运行数量，以实现供水压力的闭环控制，从而保 证不论何时管网压力都能保持稳定，达到稳定压力、提高供水质量和节能的目的。2.2 I/O 点数的确定根据要求情况，本系统有一下 I /O点：（1）系统启动/停止按钮，需要 2 个输入点；（2）三个压力检测开关，需要 3 个输入点；（3）四台水泵电机星- 角减压启动，需要 8 个输出点；（4）水泵工作时，工作状态的显示，需要 4 个输出点；（5）手动/自动转换开关，需要 1 个输入点；（6）四台水泵独立操作开关，需要 8 个输入点。

15、22.3 系统的总体组成结构根据题目所给出的要求，确定了系统各个环节的组成。其中包括控制器 PLC， 压力检测装置构成的输入，以及被控对象水泵电机。图 2 . 1 系 统 总 体 结 构3第 3 章 硬件设计3.1 系统的设备组成根据基于 PLC 的供水系统原理图，系统的电气控制总框图如图 3. 2 所示。图 3 . 1 电 气 控 制 框 图从以上系统总框图可以看出，该系统的主要硬件设备应包括以下几部分：（1） PLC 及其扩展模块；（2）压力检测开关；（3）水泵机组等。3.2 PLC 及其扩展模块的选型PLC 是整个供水控制系统的核心，它要完成对系统中所有输入号的采集、所 有输出单元的控制

16、。因此，在选择 PLC 时，既要考虑 PLC 的指令执行速度、指令 丰富程度、内存空间、通讯接口及协议，还要带扩展模块的能力和编程软件的方 便与否等多方面的因素。由于个供水控制系统控制设备相对较少，因此 PLC 选用4德国 SI EMENS 公司的 S7- 200 型。S7- 200 型 PLC 的结构紧凑，价格低廉，具有较高的性价比，广泛适用于一 些小型控制系统，具有如下特点：1）编程方法简单易学；2）功能强，性能价格比高；3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；4）可靠性高，抗干扰能力强；5）系统的设计、安装、调试工作量少；6）维修工作量小，维修方便 ；7）体积小，能耗低。PLC 可以上

17、接工控计算机，对自动控制系统进行监测控制。PLC 和上位机的 通信采用 PC/PPI 电缆，支持点对点接口（PPI ）协议，PC/PPI 电缆可以方便实 现 PLC 的通信接口 RS485 到 PC 机的通信接口 RS232 的转换，用户程序有三级口 令保护，可以对程序实施安全保护。根据控制系统实际所需端子数目，考虑 PLC 端子数目要有一定的预留量，因 此选用的 S7- 200 型 PLC 的主模块为 CPU224，其开关量输出为 10 点，输出形式 为 AC220V 继电器输出；开关量输入 CPU224 为 14 点，输入形式为+24V 直流输入。 由于实际中需要数字量输出点 12 个，所

18、以需要扩展，扩展模块选择的是 EM222， 该模块有 8 个数字输出点。3.3 水泵电机的选型水泵电机按结构分类应分为卧式电机和立式电机。因水泵的工作特性为启动 力矩相对较小，启动频次相对较少，连续运行时间相对较长等特征，因此水泵电 机多数为鼠笼转子的异步电动机或同步电动机。其能广泛应用于不同领域，除在 易燃、易爆或有腐蚀性气体的场合外，如运输、混合、印刷、农业机械和视频处 理机中应用外，还可以应用与机床、泵类、鼓风机、压缩机等配套设备。根据题目所给的要求，即额定功率 1Kw，额定电压 380V，额定转速 1450r pm。 通过网上查阅发现载泽 Y160M4 比较符合题目所给的参数要求。载泽

19、 Y160M4 的参数为 1. 1kw，1460 转/分，380v，22. 5A。53.4 供水系统主电路的设计在设计主电路时，水泵用电动机来代替，FR 为热继电器。主电路如图 3. 1 所示：图 3 . 2 主 电 路 设 计3.5 PLC 的 I/O 分配以及外部接线图本设计分手动控制与自动控制。当手动控制时，需要对每个水泵电机实现启 动、停止。当自动控制时需要系统的启动/停止按钮, 需要管道内的压力检测开关 对电机的启动数量进行控制。所以 I /O分配表如下：6表 3 . 3 I / O分 配 表地 址 编 号名 称符 号地 址 编 号名 称符 号输 入I0 .0自 动 /手 动 切 换

20、S B 1输 出Q0 .0水 泵 星 型 接 触 器 1KM 1I0 .1手 动 启 动 泵 1S B 2Q0 .1水 泵 角 型 接 触 器 1KM 2I0 .2手 动 停 止 泵 1S B 3Q0 .2水 泵 星 型 接 触 器 2KM 3I0 .3手 动 启 动 泵 2S B 4Q0 .3水 泵 角 型 接 触 器 2KM 4I0 .4手 动 停 止 泵 2S B 5Q0 .4水 泵 星 型 接 触 器 3KM 5I0 .5手 动 启 动 泵 3S B 6Q0 .5水 泵 角 型 接 触 器 3KM 6I0 .6手 动 停 止 泵 3S B 7Q0 .6水 泵 星 型 接 触 器 4KM

21、 7I0 .7手 动 启 动 泵 4S B 8Q0 .7水 泵 角 型 接 触 器 4KM 8I1 .0手 动 停 止 泵 4S B 9Q1 .0水 泵 1 运 行L 1I1 .1自 动 启 动S B 10Q1 .1水 泵 2 运 行L 2I1 .2自 动 停 止S B 11Q1 .2水 泵 3 运 行L 3I1 .3压 力 过 低 K1S B 12Q1 .3水 泵 4 运 行L 4I1 .4压 力 正 常 K2S B 13I1 .5压 力 过 高 K3S B 14根据 PLC 的 I /O地址分配就可以连接处 PLC 的外部接线图，PLC 的外部接线图如 下：图 3 . 4 外 部 PLC

22、连 接 图7第 4 章 软件设计4.1 软件流程图设计硬件连接确定之后，系统的控制功能主要由软件来实现，结合对水泵机组的 控制要求，系统流程如图 4. 1 所示：图 4 . 1 软 件 流 程 图按下启动按钮后，判断自动/手动按钮是否按下，按下的话执行手动操作， 每台水泵依靠启动停止开关控制；如果自动/手动按钮没有按下，执行自动操作， 利用压力检测开关判断水压状态，然后根据水压状态自行调整水泵的运行数量。4.2 梯形图设计891011121314第 5 章 课程设计总结一个星期的课程设计已经结束了，本文针对小区的供水系统的特点，设计了 一种恒压供水系统。该系统已 PLC 为核心，以压力检测开关

23、为输入，当压力不为 正常值时，增加或者减少水泵电机的数量；当压力为正常时，不对水泵电机做出 调整。本次设计的系统从根源上解决了一般小区供水中出现的管道压力问题。同 时系统的经济实用性、自动化程度高的特点不仅减少了经济投入，也减少了人员 劳动程度。在供水方面，极大的提高了供水的质量，节约了供水质量，另一方面 来说也是水资源节约的一种表现。看似简单的过程，但是在设计过程中却出现了很多问题。PLC 的选型、水泵 电机型号的选择都有很多要求；编程时星角接触器的互锁、手动自动的切换同样 很难。在这些问题的解决过程中体会到一个人能力的有限，也让我感受到了团结 互助的作用。要特别感谢本次设计中帮助过我的老师

24、和同学，可以说要是没有大 家的帮助我可能还要迷茫很久，可能到现在也不可能完成设计。每次的课程设计过程中，实践与理论的差距都会映入眼中。但是同时随着课 程设计次数的越来越多，也让我们更有信心的完成好实践中的各种事情，解决实 践中的各种问题。懂得了困难与问题在生活中的重要性，正是由于困难与问题在 生活中的出现，科技才能更好的进步，在生活中努力的发现和解决困难才能更好 的提高自身的水平。15参考文献 1 梅 丽 凤 主 编 . 电 气 控 制 与 PLC 应 用 技 术 . 第 一 版 . 北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 2011 . 12 2 王 庭 有 等 编 著 . 可 编 程 控 制

25、 器 原 理 及 应 用 . 第 二 版 . M . 北 京 ： 国 防 工 业 出 版 社 ， 30 - 36 3 廖 常 初 主 编 . S 7 - 200 PLC 编 程 及 应 用 . M . 机 械 工 业 出 版 社 2010 16 - 19 4 李 建 兴 主 编 . 可 编 程 控 制 器 应 用 技 术 . M 北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 . 2005 27 - 30 5 范 永 生 、王 岷 编 . 电 气 控 制 与 PLC 应 用 . 第 二 版 . M . 北 京 ：中 国 电 力 出 版 社 2007 92 - 94 6 胡 素 萍 . PLC 在 恒

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27、足 . 山 西 建 筑 ， 2009 160 - 161 11 王 爽 . 小 区 供 水 方 式 经 济 运 行 办 法 的 探 讨 . 沈 阳 大 学 学 报 ， 2006 42 - 44 12 马 友 江 . 城 市 小 区 供 水 系 统 探 讨 . 给 水 排 水 ， 1994 37 - 39 13 刘 康 怀 . 城 市 小 区 供 水 管 网 改 造 实 践 . 城 镇 供 水 ， 1999 17 - 19 14 邓 国 梁 . 浅 议 城 市 小 区 供 水 方 式 的 选 择 . 黑 龙 江 科 技 信 息 ， 2008 11 - 13 15 李 照 芬 . 基 于 可 编 程 控 制 器 的 供 水 系 统 设 计 与 实 现 . 2013