课程物业供水系统报告

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1、河南理工大学可编程控制器原理及应用设计报告基于PLC的物业供水系统成 员：王彦凯 李 强 王翱翔专业班级： 电仪09-3班 指导老师： 杜静静 所在学院：电气工程与自动化学院2012年6月 14日摘 要随着我国社会经济的发展，住房制度改革的不断深入，人们生活水平的不断提高，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，供水的经济性、可靠性、稳定性直接影响到小区住户的正常生活和工作，也直接体现了小区物业管理水平的高低。传统供水方式普遍不同程度的存在效率低、可靠性差、自动化程度不高等缺点，难以满足当前经济生活的需要。本论文针对住

2、宅小区的供水要求，设计了一套由可编程逻辑控制器PLC、四台水泵、压力传感器等主要设备构成的全自动供水系统，系统分为手动模式和自动模式。自动模式，首先由传感器把信号传给PLC，再由PLC根据水压的高低，分析控制四台水泵的工作状态；手动模式下，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功能。该系统设有低压报警和高压报警，如果系统经常提醒水压过低，那就提醒使用者需要增设水泵以保证供水的正常，如果系统提醒水压偏高，使用者可手动关掉所有水泵。本设计是基于PLC的物业供水系统，通过调试表明本系统能够满足设计要求并有很好的使用价值。关键字： PLC 物业供水系统 AbstractWit

3、h the development of Chinas socio-economic, housing system reform is the deepening of the continuous improvement of peoples living standard, various types of residential construction and development in the city very quickly, but also put forward higher requirements for the districts infrastructure.

4、The construction of the residential water supply system is one of the important aspects of water supply in the economy, reliability, stability directly affect the normal life and work of the district households, but also directly reflects the level of residential property management. The traditional

5、 way of water supply in general the presence of varying degrees of efficiency, poor reliability, degree of automation, disadvantages, it is difficult to meet the needs of the current economic life.This thesis focuses on the residential quarters of the water supply requirements, design the automatic

6、water supply system consisting of a programmable logic controller PLC, four water pumps, pressure sensors, and other major equipment, systems work hours of manual operation and automatic operation, automatic operation, the first signals to the PLC by the sensor according to the level of water pressu

7、re signal from the PLC to control the working status of the four water pumps; manual operation by the start of each pump stop button to work independently. The system also has a loading protection function. The system has a low pressure alarm and high-pressure alarm, if the system is often to remind

8、 the water pressure is too low, you need to remind the user to the need for additional pumps to ensure that the normal water supply system to remind the water pressure high, the user can manually turn off all pumps. The design is the property of PLC-based water supply system, through the debugger to

9、 show that this system can meet the design requirements and have a good value in use.Keywords: PLC；property water supply system目 录第1章 绪论11.1 课题背景和意义11.2 国内外物业供水系统发展与现状11.3 可编程控制器(PLC)的特点及应用21.4 基于PLC的物业供水系统实现功能及特点3第2章 供水系统的理论分析及方案的确定42.1 恒压供水系统原理42.2 系统方案确定4第3章 供水系统的硬件设计63.1 系统主要配置的选型63.1.1 水泵机组的选型6

10、 PLC的选型73.1.3 压力传感器的选型83.2 可编程控制器I/O分配103.3 系统电路分析及设计103.3.1 系统电源103.3.2 供水系统主电路分析与设计11 PLC I/O接线图123.3.4 压力传感器信号处理133.3.5 报警电路设计14第4章 供水系统的软件设计164.1 软件开发环境简介164.2 供水系统程序流程图184.3 供水系统程序设计194.3.1 供水系统的程序主体思路：194.3.2 供水系统程序设计194.4 程序调试及仿真224.5 程序调试及仿真体会25第5章 结束语27参考文献28致谢29附录30指令表清单30第1章 绪 论1.1 课题背景和意

11、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。 PLC供水系统集电气技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水可以提

12、高供水系统的稳定性和可靠性，同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，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。1.2 国内外物业供水系统发展与现状 可编程序控制器(program logical controller)，简称PLC，是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统。世界上第一台可编程控制器是美国数字设备公司(DEC)于1969年研制的。早期的可编程控制器由分离元件和中小规模集成电路组成，主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等，PLC将传统的继电器控制技术与新兴的计算机技术和通信技术融为一体，具有可靠性高

13、、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优点。70年代初期，体积小、功能强和价格便宜的微处理器被用于PLC，使得PLC的功能大大增强，具有了：可靠性高、具有丰富的IO接口模块、采用模块化结构、编程简单易学安装简单，维修方便等特点。以及良好的工业环境工作性能和自动控制目标实现性能，在工业生产中得到了广泛的应用。PLC在物业供水方面也得到了广泛的应用。传统的小区供水方式有恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水、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。这些传统的供水方式或多或少都存在各自的缺点和不足，比如：恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应，

14、水泵的增减都依赖人工进行手工操作水塔高位水箱供水基建投资大，占地面积大，维护不方便，水泵电机为硬起动，启动电流大、单片机变频调速供水系统开发周期比较长，对操作员的素质要求比较高，可靠性比较低，维修不方便，且不适用于恶劣的工业环境。综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源；效率低；可靠性差；自动化程度不高等缺点，在这种情况下人们想到了基于PLC的供水系统设计。目前国内外基于PLC的供水系统设计技术比较多，并且有些技术已经相当成熟，从简单的基于PLC的恒压供水系统设计到基于PLC的变频恒压供水系统设计，其中后者的变频技术是现在研究的核心，变频技术是在电力电子技术、计算机技术和自

15、动控制技术及电机控制理论发展的基础上发展起来的。本文的基于PLC的物业供水系统设计属于恒压供水，由于PLC的可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等特点，与传统的供水系统相比本系统有很大的实用价值。1.3 可编程控制器(PLC)的特点及应用可编程序控制器(program 109ical controller)，简称PLC，是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它是以微处理机为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是当今工业发达国家自动控制的标准设备之一。由于PLC采用了“三机一体化”的综合技术即集计算机、仪器仪表、电气

16、控制于一身，具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点，因而与其它控制器相比它更加适合工业控制环境和市场的要求，再加上PLC发展过程中产品的系列化、产业化和标准化，使之从早期的逻辑控制、顺序控制迅速扩展到了连续控制，开始进入批量控制和过程控制领域，并迅速成为工业自动化系统的支柱。目前，PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃。1.4 基于PLC的物业供水系统实现功能及特点本设计是基于PLC的物业供水系统，具有以下特点：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

17、高。（1）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。（2）各水泵工作时，均应有工作状态显示。（3）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，可减少一个过载保护收入）。（4）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

18、运行停止）。（5）设有高压报警和低压报警。高压报警指示灯，当只有一台水泵在工作，但是，水压还是超过正常值，这时就要报警来提醒工作人员，由工作人员决定是否手动关掉所有水泵。低压报警指示灯，当4台水泵都投入工作，但是，水压还是低于正常值，如果这种状态经常发生，那么，这个系统就要考虑增设水泵以保证供水的正常。第2章 供水系统的理论分析及方案的确定2.1 恒压供水系统原理恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一体，通过调节电机机组工作电机的数量，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此，恒压供水系统的实质是电机的工作控制

19、。电动机的控制通常使用接触器，PLC通过控制接触器来实现自动控制电机机组的电机从而实现了恒压供水。2.2 系统方案确定恒压供水的原理分析可知，该系统主要有压力传感器、压力变送器、恒压控制单元、水泵机组以及低压电器组成。系统主要的设计任务是利用恒压控制单元控制多台水泵，实现管网水压的恒定压力供水，可供选择的方案有：1、人工控制+水泵机组+压力传感器这种控制系统结构简单，实现起来也比较容易，就是派专人看着压力传感器传输过来的数据，人工选择哪台水泵工作和控制几台水泵机组工作。这种控制比较落后，可靠性不高。需要工作人员一直守在控制室里，实时控制，效率低。因此不选并用此方案。2、单片机+水泵机组+压力传

20、感器这种方式控制精度高、控制算法灵活、参数调整方便，具有较高的性能价格比。但开发周期长，程序一旦固化，修改较为麻烦，因此现场调试的灵活性差，同时在运行时，将产生干扰，水泵的功率越大，产生的干扰越大，所以必须采取相应的抗干扰措施来保证系统的可靠性。该系统适用于某一特定领域的小容量的恒压供水系统中。3、PLC+ 水泵机组+压力传感器这种控制方式灵活方便。具有良好的通信接口，可以方便地与其他的系统进行数据交换，通用性强，由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同控制系统。在硬件设计上，只需确定PLC的硬件配置和IO的外部接线，当控制要求发生改变时，可以方便地通过Pc机来改变存贮

21、器中的控制程序，所以现场调试方便。同时由于PLC的抗干扰能力强、可靠性高，因此系统的可靠性大大提高。因此该系统能适用于各类不同要求的恒压供水场合，并且与供水机组的容量大小无关。通过对以上这几种方案的比较和分析，可以看出“PLC+水泵机组+压力传感器”的控制方式更适合于本系统。这种控制方案既有扩展功能灵活方便、便于数据传输的优点，又能达到系统稳定性及控制精度的要求。 第3章 供水系统的硬件设计3.1 系统主要配置的选型3.1.1 水泵机组的选型水泵机组的选型基本原则，一是要确保平稳运行；二是要经常处于高效区运行，以求取得较好的节能效果。要使泵组常处于高效区运行，则所选用的泵型必须与系统用水量的变

22、化幅度相匹配。本文以某小区的实际生活用水的数据进行选型，该小区生活用水具体要求为：1)由多台水泵机组实现供水，流量范围600m2h，扬程60米左右，出水口水压大小为0.4Mpa；2)设置一台水泵作用于小流量时的供水；供水压力要求恒定，尤其在换泵时波动要小；3)系统能自动可靠运行，为方便检修和应急，应具备手动功能。4)具有完善的过载保护功能，系统要求较高的经济运行性能。根据以上系统要求的总流量范围、扬程大小，确定供水系统设计秒流量和设计供水压力(水泵扬程)，考虑到用水量类型为连续型低流量变化型，确定采用4台上海熊猫机械(集团)有限公司生产的SFL系列主水泵机组。 表3.1 控制器I/O口分配表型

23、号数量主要性能参数流量m2/h扬程m效率%转速r/min电机功率kw余量m进出口径mm水泵机组150sfl160-20x4416080731450552.91503.1.2 PLC的选型PLC是整个变频恒压供水控制系统的核心，它要完成对系统中所有输入信号的采集、所有输出单元的控制、恒压的实现以及对外的数据交换。因此我们在选择PLC时，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、带扩展模块的能力和编程软件的方便与否等多方面因素，以日本三菱PLC为例，该PLC有FX、A、Q三大系列，在FX系列中又有FX1S，FX1N和FX2N三种型号。依据控制任务，从PLC的输入输出点数、

24、存储器容量、输入输出接口模块类型等方面等来选PLC型号。在供水系统的设计中，我们选择三菱FX1N-40MR-001型PLC。FX1N-40MR-001的主要参数为：IO点数：2416；基本指令：27条；功能指令：298条；基本指令执行时间：微秒；用户程序步骤：8K；通信功能：强；输出形式：继电型；输出能力：2A点；三菱FX1N-40MR-001是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。具有扩展输入输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。是一款广泛应用于一般的顺序控制三菱PLC。特点：三菱FX1N-40MR-001 PLC拥有相当快的速度， FX是从16路到256路输入/输出的多种应用的选择方案

25、； FX1N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中高档次的超小形程序装置。 除输入输出16-25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。 三菱FX1N-40MR-001在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256点的灵活输入输出组合。可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。可根据电源及输出形式，自由选择。 程序容量：内置800步RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至16K步。丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指

26、令、输入过滤常数可变，中断输入处理，直接输出等。便利指令数字开关的数据读取，16位数据的读取，矩阵输入的读取，7段显示器输出等。数据处理、数据检索、数据排列、三角函数运算、平方根、浮点小数运算等。特殊用途、脉冲输出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脉宽调制，PID控制指令等。 压力传感器的选型压力传感器是供水系统中的主要传感器。PLC自动控制水泵的工作情况的信息全部来自压力传感器，它必须要有很高的可靠性，如果压力传感器出错，将会带来灾难性的事故，很可能是管道爆裂或者是水压不足，造成居民用水的不方便，因此压力传感器的选用很关键。根据供水系统的具体的要求，我们选择佛山一众传感仪

27、器有限公司的水压传感器PY206。它有以下特点：水压传感器，厂家采用进口高精度感应芯体，先进的贴片工艺，配套带有零点、满量程补偿，温度补偿的高精度和高稳定性放大集成电路，将被测量介质的压力转换成05VDC标准电信号 。采用全不锈钢封焊结构，具有良好的防潮能力及优异的介质兼容性。广泛用于工业设备、水利、化工、医疗、电力、空调、金刚石压机、冶金、车辆制动、楼宇供水等压力测量与控制。产品概述及特点： A、采用进口感压芯片； B、先进的贴片工艺，具有零点、满量程补偿，温度补偿； C、高精度和高稳定性放大集成电路； D、全封焊结构、抗冲击、耐疲劳、可靠性高； E、输出信号多样化（有电流型、电压型）； F

28、、结构小巧，安装方便； G、采用高温补偿最高介质温度可达350度；产品主要参数： 被测介质： 气体、液体及蒸气（弱腐蚀性） 压力类型： 表压 量 程： -100KPa-0.6Mpa60 Mpa120 Mpa间任意可选（量小量程为0.6MPa,量大量程为120MPa） 输 出：420mA（二线制）、05VDC、010VDC、0.54.5VDC（三线制） 综合精度： 0.1%FS（量程60MPa以下）、0.25%FS、0.5%FS 供 电： 24V DC（1530VDC） 绝缘电阻： 1000 M/100VDC 负载电阻: 电流输出型：最大800 电压输出型：大于50K 介质温度： -2085、-

29、20150、-20200、-20300（可选） 环境温度：-2085 储存温度：-4090 相对湿度： 095% RH 密封等级：IP65/IP68 过载能力： 150%FS 响应时间：10mS 稳 定 性：0.15%FS/年 振动影响：0.15%FS/年（机械振动频率20Hz1000Hz） 电气连接：紧线螺母直接出线；标准配线3米 压力连接：M201.5，其它螺纹可依据客户要求设计 连接螺纹材料：304/316L不锈钢产品结构图：图 3-1水压传感器PY206结构图3.2 可编程控制器I/O分配表3.2 控制器I/O口分配表输入元件地址编码输出元件地址编码低水压输入X000水泵1接触器Y00

30、1正常水压输入X001水泵2接触器Y002高水压输入X002水泵3接触器Y003模式选择开关X003水泵4接触器Y004自动模式开关X004水泵1工作指示灯Y005水泵1过载X005水泵2工作指示灯Y006水泵2过载X006水泵3工作指示灯Y007水泵3过载X007水泵4工作指示灯Y010水泵4过载X010自动模式指示灯Y011水泵1手动开X011手动模式指示灯Y012水泵1手动关X012自动模式开关指示灯Y013水泵2手动开X013高压报警灯Y014水泵2手动关X014低压报警灯Y015水泵3手动开X015水泵3手动关X016水泵4手动开X017水泵4手动关X0203.3 系统电路分析及设计

31、 系统电源供电系统的设定直接影响到控制系统的可靠性，因此在设定供电系统时应考虑下列因素：1)输入电源电压在一定的允许范围内变化；2)当输入交流电断电时，应不破坏控制器程序和数据；3)当控制系统不允许断电的场合，要考虑供电电源的冗余；4)当外部设备电源通断电时，应不影响控制器的供电；5)要考虑电源系统的抗干扰措施。为实现以上要求，在主电路和控制电路加上了保护，包括过载保护，当主电路因某些原因出现故障时，比如水泵过载，这时过载保护工作，水泵停止运行既使水泵安全，也使电源供电安全确保PLC的电源正常。 供水系统主电路分析与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：150sfl

32、160-20x4，55kw，1450转/分，380V，144A。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。硬件设设计主电路图如图3-2所示：图3-2 硬件设计主电路图图中的三相电接入口处有熔断器，当水泵因故障或其他原因过载时，主电路上的电流超过正常值时熔断器自动熔断，起到保护水泵和主电路的作用。在每台水泵上单独再安装熔断器FU1、2、3、4，因为，4台水泵的工作状态不同主电路的电流不同，主电路上的熔断器只能起到保护主电路的作用，所以，在每台水泵上单独再装上熔断器以保证当水泵超载时可单独切断电源。刀开关QS1、2、3、4由人工手动控制，PL

33、C控制电路失灵时刀开关是切断电源的唯一方法。接触器KM1、2、3、4是由PLC自动控制水泵的开关。FR1、2、3、4是热继电器，把它们穿在电机的绕组中，当水泵过载时，热继电器动作，切断电源。M1、2、3、4代表四台水泵。 PLC I/O接线图图3-3供水系统PLC I/O接线图如图3-3所示，按键S1-S16分别为不同信号输入，COM口为公共端，Y001-Y015分别为不同控制信号输出端，输出控制信号控制执行电路的工作状态。其中，S3是自锁开关，当S3接通时系统工作在手动模式，当S3断开时，系统工作在自动模式，而S3的默认状态是断开的。S4是当系统工作在自动模式时的开关，当S4接通时，自动工作

34、有效，当S4断开时，自动工作停止。S4-S8是过载保护的输入，以开关形式代替。过载保护，除了有硬件上的保护还有PLC程序中的保护，以确保系统的可靠性。S9-S16是手动模式下的功能选择，使4台水泵可以任意设置其工作状态，4台水泵在手动控制模式下是相互独立的，相互之间没有影响。Y1-Y4是水泵的接触器控制端，由于选用的PLC是继电器输出型，因此可以直接驱动接触器，为了增加系统的安全系数，在接触器和PLC组成的回路中加入了热继电器。Y5-Y10是各个水泵工作状态指示灯口，Y11是自动模式指示灯控制口，Y12是手动模式指示灯控制口，Y13是自动模式开关状态之灯控制接口。Y14是高压报警指示灯，当只有

35、一台水泵在工作，但是，水压还是超过正常值，这时就要报警来提醒工作人员，由工作人员决定是否手动关掉所有水泵。Y15是低压报警指示灯，当4水泵都投入工作，但是，水压还是低于正常值，如果这种状态经常发生，那么，这个系统就要考虑增设一台水泵以保证供水的正常。 压力传感器信号处理压力传感器选用的是佛山一众传感仪器有限公司的水压传感器PY206。PY206能将水压转换成05VDC标准电信号。采用进口高精度感应芯体，先进的贴片工艺，配套带有零点、满量程补偿，温度补偿的高精度和高稳定性放大集成电路。采用全不锈钢封焊结构，具有良好的防潮能力及优异的介质兼容性。压力传感器PY206能将水压信号转换成05VDC标准

36、电信号，但是，PLC需要的是三个分立的信号：低水压信号，正常水压，高水压信号。因此，就必须把压力传感器的输出信号进行转换，为此我们设计了如图3-4所示的信号转换电路。图3-4 压力传感器信号转换电路此电路，主要由电压比较器Lm393，数字芯片非门芯片74f04、同或门74ls266组成。通过电阻桥式电路分压，设定了高水压和低水压的参考电压，由于水压传感器PY206的输出信号是05VDC标准电信号，因此，可以采用这种形式。传感器信号接到电压比较器Lm393的2脚和5脚，通过由Lm393组成的窗口比较器电路将水压转换成低中高三档信号送给PLC。 报警电路设计1.必要性分析确定供水系统总体设计方案的

37、基本依据是设计供水能力能满足系统最不利点的用水需求，同时还需要结合用户用水量变化类型，考虑方案适用性、节能性及其它技术要求。根据用户的用水时段特点，可将用户用水量变化类型分为连续型、间歇型两大类，根据流量的变化特点，还可进一步细分为高流量变化型，低流量变化型，全流量变化型等。不同季节、不同月份，流量变化类型也会改变。连续型是指一天内很少有流量为零的时候，或本身管网的正常泄漏就保持有一定的流量；间歇型指一天内有多段用水低谷时间，流量很小或为零。各种类型的水流量变化关系曲线如图3-5所示图 3-5用户用水量变化类型a)连续型(全流量变化型) b)连续型(高流量变化型)c)连续型(低流量变化型) d

38、)间歇型根据以上分析知道：由于居民用水的集中性，当只有1台水泵在工作时，如果水压传感器还检测到水压过高，这时就要采取行动，不然会使水压过高造成管道破裂，造成水资源和电能的浪费。在用水高峰期，4台水泵都投入工作，如果水压传感器传回数据仍显示水压低，这时，部分用户的用水将受到影响。如果经常出现低压报警，那么，就提醒管理者增加水泵个数，以保证用水正常。2.报警电路图3-6 报警电路电路图如图3-6所示，当报警控制信号为1时，报警器发声报警。这时管理者就要根据实际情况作出相应回应，如果是高压报警则可以通过系统的手动功能，将所有水泵都关掉，或者是低压报警，这就要根据实际情况适当增加水泵的数量以确保用户用

39、水的正常。 第4章 供水系统的软件设计供水系统概况：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。 1. 控制要求：（1）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。（2）各水泵工作时，均应有工作状态显示。（3）手动工作时，要求4台水泵可分别独立操作（

40、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。（4） 设置“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）。2. 扩展功能报警功能，当只有1台水泵工作，水压仍然高，发生高压报警，当4台水泵都工作，水压仍然低，发生低压报警。4.1 软件开发环境简介本设计所使用的编程环境为三菱公司开发的PLC编程软件GX Developer8.52。该软件适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、 ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监

41、控及调试，具有异地读写PLC程序功能。使用简单，操作方便，是PLC编程人员比较亲赖的开发环境之一。图4-1 GX Developer8.52启动画面图4-2 GX Developer8.52工作界面GX Developer的特点：1.软件的共通化 GX Developer能够制作Q系列，QnA系列，A系列（包括运动控制（SCPU）,FX系列的数据,能够转换成GPPQ,GPPA格式的文档。2.程序的标准化3.能够简单设定和其他站点的链接4.能够用各种方法和可编程控制器CPU连接5.能够将Excel,Word等作成的说明数据进行复制，粘贴，并有效利用。开始4.2 供水系统程序流程图手动模式X3是否

42、闭合自动模式至少1台水泵工作判断水压水压低水压高延时30s增加1台水泵没工作过的先启动水压正常延时30s减少1台水泵先工作的先停止返回循环执行X3断开aiX3闭合X4是否闭合X4闭合X4断开X4断开aiX11水泵1启动X12水泵1停止X13水泵2启动X14水泵2停止X15水泵3启动X16水泵3停止X17水泵4启动X20水泵4停止报警判断低压报警高压报警4台水泵都开启检测到水压低只有1台水泵开启检测到水压高水压正常图4-3程序流程图4.3 供水系统程序设计 供水系统的程序主体思路：（1）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

43、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。（2）各水泵工作时，均应有工作状态显示。（3）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。（4） 设置“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）。（5） 扩展功能报警功能，当只有1台水泵工作，水压仍然高，发生高压报警，当4台水泵都工作，水压仍然低，发生低压报警。 供水系统程

44、序设计1. 主程序的模式选择部分程序设计及解析这是主程序的模式选择部分，当X3接通时选择手动模式，在手动模式下要打开手动模式指示灯即SET Y012，同时把自动模式的指示灯关掉即RST Y011。再调用手动处理子函数。然后复位在自动模式下开启的T0和T1，这时为下一次进入自动模式做好准备；当X3断开时，系统工作在自动模式，这时要关闭手动模式指示灯同时打开自动模式指示灯，然后调用自动模式子程序。2. 水压低处理初始化部分程序设计及解析这是水压低处理初始化部分。当自动模式开启即X4闭合，同时X000即水压低输入I/O口闭合，则程序进入。首先，要打开定时器T0定时30S,30S之后再增加要增加水泵，

45、这样的设计为的是系统的稳定性。如果不延时，立马开启水泵，那么，4台水泵会频繁的开启和停止，将严重影响水泵的寿命。在进入低压处理部分时对T1即高压延时定时器复位，这是为进入高压处理做好准备。用以实现30S延时，如果不RST T1，有可能刚进入高压处理部分立马就切断水泵。后边的程序采用MC和MCR指令是为了增加程序的简洁和可读性。3. 水压高处理初始化部分程序设计及解析和上面的水压低处理相同，水压高处理采用相同的初始化处理方式，这里不再详细解析。4. 过载保护程序设计及解析虽然硬件上有热继电器和熔断器，但是为了系统的可靠性和完整性，在主程序中还是写入了过载保护，当过载保护检测到时，立即停止所有水泵

46、，以保证水泵和整个电路的安全。这样的设计虽然会增加系统的复杂性，但是，却提高了系统的可靠性。5. 水泵工作状态指示程序设计及解析每一台水泵的工作状态，可以通过PLC的Y005、 Y006、 Y007， Y010控制的指示灯上看到，这样方便管理监测和维护水泵。能够实时的看到PLC的控制结果，而不必到现场看水泵的工作状态，相当于起到了人机交互的作用，体现了系统的人性化设计理念。6. 低压报警程序设计及解析低压报警，当4台水泵都投入工作，但是，水压还是低于正常值，将会对用户造成很大的不便。如果这种状态经常发生，那么，系统就会提醒管理人员增设水泵以保证供水的正常。7. 高压报警程序设计及解析高压报警，

47、当只有一台水泵在工作，但是，水压还是超过正常值，这时就要通过报警来提醒工作人员，由工作人员决定是否手动关掉所有水泵。因为，如果水压过高将会对管道造成破坏，很有可能是管道破裂，造成水资源的浪费。8. 水泵工作状态和顺序记忆程序设计及解析这是工作顺序记忆程序，因为只有记住了哪台水泵先工作，才能“实现先工作的先停止，没工作过的先工作”。这是记忆的复位，因为，记忆水泵的工作顺序，如果不复位，那么，它的效果将和没有记忆效果一样。4.4 程序调试及仿真打开软件，选定选用的PLC型号。把编好的程序转换，在工具菜单里点击“梯形图逻辑测试启动”，如下图所示界面。图 4-4 调试界面1出现上述界面以后，单击过“梯

48、形图逻辑测试启动”将会出现以下界面图 4-5 调试界面2在这之后，在菜单栏中点击“在线”按钮，在下来菜单中选择“调试”，然后在左菜单中点击“软元件测试” 图 4-6 调试界面 3将出现以下界面：图 4-7 软元件测试界面在软元件测试对话框中，把相应的软元件，按照可能出现的情况进行仿真。例如：1.仿真自动模式下的低水压可在软元件中输入X4，然后，单击 “强制ON”，把软元件X4强制ON，这时，程序进入自动模式。在自动模式下，程序会检测水压的高低，因为，要求“至少有一台水泵工作”，因此，它会立马打开1台水泵，然后继续检测水压，如果，水压仍然低，程序会延时30S后在增加一台水泵，延时30S的作用是使

49、系统更加稳定防止出现，水泵频繁开启和关闭的情况。如果，30S之后，仍然检测到低压，程序会选择没有工作过的水泵优先工作。每打开1台水泵，程序会把这个信息寄到中间继电器M中，以便以后实现“先工作先停止，没工作过的优先工作”做好准备。2.仿真自动模式下的高水压当出现高水压时，程序会根据“先工作的先停止”（ 这样有利于保护水泵，延长水泵的使用寿命）原则和程序中记忆的水泵工作顺序，把先工作的水泵关掉。同时更新信息，把下一个相对先工作的放到第一位，为下一次关闭“先工作的” 水泵做好准备。3.手动模式仿真当把“X3”强制ON时，程序将进入手动模式。在这个模式下，按动相应按钮，将实现任何一台水泵的启动和停止控

50、制。4.5 程序调试及仿真体会在程序的设计和调试、仿真过程中，我们体会到了PLC程序设计中应该注意的问题。1. 程序的记忆功能要实现“先工作先停止，没工作先工作”必须要求程序具有记忆功能，要把水泵的每一步动作都记录下来，只有这样才能实现。记忆的信息必须要实时更新，要不然会出现错误。在写这个程序之前，考虑过使用先入先出指令“SFWR”先入先出写指令和“SFRD”先入先出读指令。但是，使用这个功能指令不仅没有简化程序的复杂程度，还使程序更加复杂，经过和指导老师讨论，最终放弃了功能指令“SFWR” 和“SFRD”的使用。改为现在这种算法。体会：功能指令不一定比普通指令能简化程序。2. 定时器的清零定

51、时器在程序中是用来延时启动和停止水泵的，如果不在模式转换和水压状态转变时清零定时器，水泵将会不经过延时直接启动，或者水泵永远关不掉。体会：定时器记住一定要清零 3. “OUT”与“SET”不同 在使水泵在不同的工作状态中，调整不同的工作状态，是通过PLC输出口控制接触器实现的，而PLC的输出指令有OUT指令和SET指令，程序编写过程中使用过OUT指令，但是，控制水泵的IO口却是在闪烁，说明OUT指令只有当条件满足时才输出，不满足时立马关闭，所以才会出现闪烁现象。而SET指令是只要条件满足就置位。如果不使用RST指令，输出是不会改变。体会：OUT指令适合实时的控制，比如说指示灯，在本程序中用到的

52、OUT指令就是实现指示灯的。SET指令适合控制状态控制，只要一触发条件就动作，只有当执行RST指令时才复位。4. 顺序问题 在实现记忆功能时，输出是有先后顺序的。为实现“先工作的先停止，没工作的先工作”对4台水泵实行编号处理，并且，水泵的工作按照固定的顺序工作和停止的。如果，把对Y1的控制放在第1位，而后边的程序以Y1的状态为参考的。如果本次的动作触发了Y1动作，Y1将会影响后边程序的执行。因此，只有把Y4放到程序的第1位，才能实现，本次的状态不影响其他输出。 体会：逻辑问题有时跟程序写的位置也有很大关系，需要仔细推敲。 第5章 结束语经过将近一周的供水系统PLC课程设计，我们收获颇丰，不仅熟

53、悉了供水系统的工作过程，同时了解到了其内部硬件电路的构成、每部分电路的设计等，还学会了PLC软件开发环境的使用、各种编程指令的应用等。此次软件编程使用了主控指令，尝试过功能指令，虽然效果不好，但是却明白指令不需要很复杂只要能实现功能就行。通过此次课程设计的锻炼，我们加深了对PLC的认识和理解，也知道了PLC应用于工业控制的优点，更重要的是我们看到了自己知识的匮乏，也坚定了以后要不断的学习，不断的向身边的人虚心请教，同时要借助于图书馆和网络来扩充自己的知识面的决心。也只有这样，在以后的社会竞争中，自己才能有立足之地，才能有所作为。参考文献1 董爱华. 可编程控制器原理及应用. 北京：中国电力出版社，20092 谢文辉,张志芳. PLC应用技术易读通. 北京：中国电力出版社，20083 常晓玲. 电气控制系统与可编程控制器. 北京：机械工业出版社，2008.24 贺哲荣,石帅军. 流行PLC实用程序及设计（三菱FX2系列）. 西安：西安电子科技大学出版社，2006.35 夏路易,石宗义. 电路原理图与电路板设计教程.北京：北京希望电子出版社，2002.66廖常初.PLC基础及应用.第2版. 北京.机械工业出版社.20077王兆晶.维修电工（高级）.北京.机械工业出版社.20078熊幸明.工厂电气控制技术.北京.清华大学出版社.20059黄净.电气控制与可编程序控制