课程设计论文基于PLC的高层恒压供水系统

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1、课程设计（论文）任务及评语学 号学生姓名 专业班级设计题目课程设计（论文）任务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 院（系）：电气工程学院 教研室：测控技术与仪器 摘 要随着社会的发展和进步，城市高层建筑的供水问题日益突出。一方面要求提高供水质量，不要因为压力的波动造成供水故障；另一方面要求保证供水质量的可靠性和安全性，在发生火灾时能够可靠供水。恒压供水保证了供水的质量，以PLC为主机的控制系统满足了系统的控制功能，提高了系统的可靠性。本论文介绍了一款基于S7-200PLC的恒压供水系统，该系统根据压力继电器的检测，当压力低于下限压力时启动第一台

2、水泵，若10s后仍低，则启动下一台，若压力高于正常压力时，切断一台水泵，若10s后仍高，则切断下一台。论文中详细介绍了系统的总体框图以及各个硬件的性能，数据参数，并画出了整体电路图和硬件的工作电路图。经实验室硬件调试验证，能够实现系统功能要求。关键词： 可编程逻辑控制器； 恒压供水； 压力继电器目 录第1章 绪论1第2章 课程设计的方案22.1概述22.2方案论证22.2.1 控制方案的选择22.2.2 控制方案的确定22.3 方案分析2第3章 硬件设计43.1 系统的控制要求43.2 I/0地址分配43.3 水泵控制系统的辅助元件的代码和作用53.4 硬件连接图53.5 电动机的星角启动5第

3、4章 软件设计74.1系统流程图74.2 系统调试8第5章 课程设计总结10参考文献11附录12第1章 绪论目前，国内大部分城市供水系统，包括水厂、生活小区、高层建筑的供水系统，仍采用较为传统的供水方式。值班人员根据实际的用水量或累积的经验，通过人工的方式调节水泵电机的开停来实现简单的供水控制。当用水量增大，供水压力变小时，即手动增加一台水泵;当用水量减小，供水压力变大时，则把最先运行的水泵电机关停。这种传统的供水方式存在着许多缺点，特别是多台水泵供水系统尤为严重:其一，由于水泵电机只能工作在额定运行和停车两种工作状态，无法为用户提供稳定可靠的供水压力，且系统完全依赖于人工操作来控制，因而供水

4、质量受人为因素影响较大，无法为用户提供稳定的供水压力，且经常会出现断水、水管崩裂、管道共振等现象。其二，由于水泵电机只能工作在工频状态，长期高速运行，电能浪费较大，据统计，在目前传统的供水方式中，电费在水费成本中的比例高达50%以上。其三，由于人为的控制难以始终保证电机在运行过程中投切次序的正确性，容易导致电机在长期运行过程中磨损不均，并且增大了误操作的可能性;同时设备运行不合理，机械磨损大，造成设备使用寿命短，维修量大，设备和人工成本都较高。本文介绍了一种根据压力上下限自动对四台水泵进行恒压供水的系统，很好的避免了操作人员手动带来的问题。第2章 课程设计的方案2.1概述本次设计主要是综合应用

5、所学知识，设计恒压供水装置，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用“PLC”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型PLC系统设计的基本方法。 应用场合: 适用于高层建筑，城乡居民小区，企事业等生活用水场合。2.2方案论证 2.2.1 控制方案的选择 分析本设计题目可知，总共有4个输入口8个输出口。S7-200系列是一类可编程逻辑控制器。这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制需要，具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200可以近乎完美地满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强

6、的适应性。本设计可以考虑以下方案：方案一：选择CPU222本机集成8输入/6输出，它可以扩展2个模块，价格一般在1826元左右。扩展模块选择1个EM222输出扩展模块，8出 120V/230VAC，0.5A 开关量，价格为1859元，价格共计3685元方案二：选择CPU224XP，DC/DC/DC,14DI/10DO,2AI/1AO价格一般在4325元左右。无需扩展模块，价格共计4325元方案三：选择CPU224, 本机集成14输入/10输出，价格为2700元。无需扩展模块。所以价格共计2700元。2.2.2 控制方案的确定 通过三种方案的比较，方案三无论是在性能方面，还是经济方面都较好于其他

7、两种方案，因此，本设计采用方案三，即选择CPU224。2.3 方案分析（一）对按钮的选取本系统要求控制按钮额定工作电压380V，约定发热电流5A，根据要求选取正泰LAY39型控制按钮。LAY39系列按钮适用于交流50Hz(或60Hz)，额定工作电压380V及以下或直流工作电压220V的工业控制电路中，约定自由空气发热电流10A。作为电磁起动器、接触器、继电器及其它电气线路的控制之用，带有指示灯式按钮还适用于灯光信号指示的场合。产品符合GB 14048.5标准。实物图如图2.1所示。 图2.1 正泰LAY39实物图 （三）压力继电器的选取 本系统检测管道上下限压力使用2个JY-1型压力继电器，J

8、Y-1型压力继电器适用于电动机位式控制线路或信号报警线路，以便使水，油、气体及蒸气压力保持给定值。.JY-1型压力继电器的工作范围是0.0350.5MPa，设定0.45MPa为管道的上限压力，0.2MPa为管道的下限压力。实物图如图2.2所示。 图2.2 JY-1实物图 第3章 硬件设计3.1系统的控制要求 1、水泵启停控制：根据主管道给出的压力信号决定水泵的启停，当压力低于正常压力时启动一个水泵，若10s后仍低，则启动下一台，若压力高于正常压力时，切断一台水泵，若10s后仍高，则切断下一台； 2、水泵的启停切换原则：恒压供水系统主要由4个水泵完成对主管道供水压力的维持。考虑迟到电动机的保护，

9、要求4台水泵轮流运行。需要接通时，首先启动停止时间最长的那台水泵，而需要切断时，则先停止运行时间最长的那台水泵。3.2 I/0地址分配本系统需要4点输入，8点输出，选择的CPU主机是s7-200系列的CPU224,具有14输入/10输出，I/0地址分配如表3.1所示： 表3.1 I/0端子分配表编程元件I/O端子作用输入I0.0启动开关I0.1停止开关I0.2下限电压信号I0.3上限电压信号输出Q0.01#水泵星型启动Q0.11#水泵角型启动Q0.22#水泵星型启动Q0.32#水泵角型启动Q0.43#水泵星型启动Q0.53#水泵角型启动Q0.64#水泵星型启动Q0.74#水泵角型启动3.3 水

10、泵控制系统的辅助元件的代码和作用 表3.2水泵控制系统的辅助元件 编程元件编程地址PV值作用定时器 T37/T39 T41/T435s接通延时 T38/T40/T42 T44/T45/T4610s接通延时辅助继电器M0.0停止1#控制M0.1停止2#控制M0.2停止3#控制M0.3停止4#控制 3.4硬件连接图 如图3.1所示，按下启动按钮，当管道压力低于下限压力时，下限压力继电器有效，启动1#水泵，若10s后仍低，则启动下一台，直到管道压力在正常范围内。若压力高于上限压力时，切断1#水泵，若10s后仍高，则切断下一台，直到管道压力回到正常范围内。 图3.1可编程逻辑控制器外部接线图3.5电动

11、机的星角启动 较大容量的笼型异步电动机直接启动时，电流为其标称额定电流的4-8倍，启动电流较大，会对电网产生巨大冲击，所以一般采用降压启动方式来启动。启动时降低加在电动机定子绕组上的电压，启动后再将电压恢复到额定值，使之在正常电压下运行。因电枢电流和电压成正比，所以，降低电压可以减小启动电流，防止在电路中产生过大的压降，减少对线路的电压影响。 本系统采用星角降压启动的方式，星三角启动属于降压启动，降压启动的目的是减少启动电流，减少对其它用电器的影响。相对于自耦降压启动，星三角启动适合于容量不大的电机，广泛应用于4100KW的异步电动机当中，具有体积小，成本低，寿命长，动作可靠等优点。图3.2为

12、电动机星角启动的电路图。 图3.2电动机星角启动电路第4章 软件设计4.1系统流程图 开始 按下启动按钮 压力继电器N低于压力下限？运行已经启动的水泵Y依次启动1#，开2#，3#，4#水泵 高于压力上限？NY依次停止1#，2#，3#，4#水泵图4.1 系统流程图水泵启停控制：根据主管道给出的压力信号决定水泵的启停，当压力低于正常压力时启动一个水泵，若10s后仍低，则启动下一台，若压力高于正常压力时，切断一台水泵，若10s后仍高，则切断下一台。4.2 系统调试 当管道压力低于下限压力时，第一台水泵启动，图4.2表示1#水泵星型启动，图4.3表示1#水泵角型启动。 图4.2 1#水泵星型启动 图4

13、.3 1#水泵角型启动 10s后，当管道压力低于下限压力时，第二台水泵启动，图4.4表示2#水泵星型启动，图4.5表示2#水泵角型启动。 图4.4 2#水泵星型启动 图4.5 2#水泵角型启动 10s后，当管道压力低于下限压力时，第三台水泵启动，图4.6表示3#水泵星型启动，图4.7表示3#水泵角型启动。 图4.6 3#水泵星型启动 图4.7 3#水泵角型启动 10s后，当管道压力低于下限压力时，第四台水泵启动，图4.8表示4#水泵星型启动， 图4.9表示4#水泵角型启动。 图4.8 4#水泵星型启动 图4.9 4#水泵角型启动 当管道压力高于上限压力时，停止第一台水泵。10s后，管道压力还是

14、高于上限压力，停止第二台水泵。如图4.10、图4.11所示。图4.10 1#水泵停止 图4.11 2#水泵停止 当管道压力高于上限压力时，停止第三台水泵。10s后，管道压力还是高于上限压力，停止第四台水泵。如图4.12所示。图4.12 3#水泵停止 第5章 课程设计总结本设计是以S7-200系列的CPU224型PLC为核心的恒压供水控制系统。该系统有效地解决了恒压供水的问题，可以很好的防止管道压力变化引起的故障。在恒压供水控制系统设计过程中，主要侧重点是保证管道保持在正常的压力范围内，对管道压力的进行精确的控制，设计中压力继电器等元器件的选型也都是围绕着这个重点来完成的。经过系统仿真的的实际测

15、试，本系统可以根据管道压力的变化控制水泵的启停，精确地控制管道的压力。在程序设计过程中，要根据系统要求进行电路设计，当压力低于下限压力时启动第一台水泵，若10s后仍低，则启动下一台，若压力高于正常压力时，切断一台水泵，若10s后仍高，则切断下一台。在软件编写过程中，要保证4台水泵轮流运行。需要接通时，首先启动停止时间最长的那台水泵，而需要切断时，则先停止运行时间最长的那台水泵，合理的编写程序。最后实验室硬件调试验证，能够实现系统功能要求。参考文献 1 贺哲荣.流行PLC实用程序及设计M. 西安:西安电子科技大学出版社，2006；2 西门子公司.SIMATIC S7-200 可编程序控制器系统手册N，2004；3 范建东.可编程控制器原理及应用M.广州：华南理工大学出版社，2003；4 王永华.现代电气控制及PLC应用技术M. 北京:北京航空航天大学出版社，2008；5漆汉宏.PLC电气控制技术.北京：机械工业出版社，2006。 附录梯形图