课程设计说明书物业供水系统水泵控制程序设计与调试

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1、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 F09 指导教师： 2012年 12 月 12 日内容摘要 现代社会的快速发展，高新技术的普遍应用，自动化控制技术的应用越来越重要。随着我国经济的发展，城乡一体化的加快，使对基础建设的投入也越来越大，自动化程度要求也越来越高，物业供水系统就是一个很好的例子。供水设备是为了用户用水的问题，而用户用水的关键在水压，水压过高水管易破损；水压过低无法达到用户用水的高度或流量。用人工控制，很麻烦且很难实现绝对的保证会，而采用近几十年来发展的可编程控制去实现供水的自动控制，

2、不仅大大节省了人力资源并且节能，而且随时保证用户对水的需要。同时附带手动控制，可实现自动手动一体化。本设计采用西门子S7200系列PLC控制，四台水泵、压力传感器、检测开关、各种控制按钮等制成，控制方式分为自动控制和手动控制。自动控制时，压力检测装置将供水系统压力信号传给PLC，再有PLC根据水压高低情况自动控制四台水泵的工作状态；手动控制时，可单独控制各台水泵的工作状态。同时系统还有过载保护等。关键词：物业供水；可编程控制器PLC；水压；水泵电机 24目 录 第1章概述-11.1设计背景与PLC简介-11.2控制要求与说明-2第2章PLC控制系统设计-32.1供水系统主电路设计-32.2PL

3、C类型选择-32.3I/O地址分配表与接线图-42.4控制流程图-62.5控制程序分析-72.6控制程序梯形图-82.7控制程序语句表-14结论-20设计总结-21谢辞-22 参考文献-23第1章 概 述 1.1 设计背景与PLC简介 水是生命之源，是人类生活、生产中不可缺少的重要物质。随着我国经济的发展和人民生活水平的不断提高，城市中社区内的各种硬件设施不断提高和完善中，用水量也在不断加大。而在提倡建设节约型社会的今天，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落后，自动化程度也较低，水资源浪费较大。物业供水系统作为各种供水中的一部分，密切关系居民的切身利益，其可靠性、稳定性、安

4、全性、经济性直接影响到住户的正常生活。PLC由于简单易懂、控制灵活、安装维护方便等优点，受到社会的普遍欢迎和广泛应用，在机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电力、纺织、食品、交通等行业得到了广泛应用。本课程设计在这种情况下设计的，其要求是：根据物业供水系统的控制要求进行基于可编程控制器的水泵控制系统设计和调试。 继电器接触器控制系统虽有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点，使得设备连线复杂，且触点时开时闭时容易受电弧的损害，寿命短，系统可靠性差。可编程控制器（Programmable Controller）是在继电器顺序控制基础上发展起来的，以微处理为核心的通用工业自动化控制装置，简称PC

5、，但为了与个人计算机（Personal Computer)简称PC相区别，一般简称为PLC。它采用可编程程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、实现控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字的、模拟的输出和输入，控制各种类型的机械或生产过程。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、制药、电力、机械制造、汽车、批量控制、装卸、造纸、食品加工、纺织、环保、娱乐等行业。可编程控制器具有以下特点：1、编程简单，使用方便；2、控制灵活，程序可变，具有很好的柔性；3、功能强，扩充方便；4系统设计周期短，安装容易，维护方便；5、可靠性高，抗干扰能力强；6、体积小，质量小，耗能低，

6、是“机电一体化”特有的产品；7、兼容性差。PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能、信息化、软PLC、标准化、与现场总线技术紧密结合等方向发展，其价格会越来越低，功能越来越强大。这次设计可采用西门子公司生产的S7200系列PLC。S7200系列PLC的许多功能达到了中型、大型PLC的水平，而价格和小型PLC接近，它具有多种功能模块和人机界面可供选择，便于系统的集成，并很容易地组成PLC网络；此外，它还具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得S7200系列PLC在完成控制系统的设计时更加简单，几乎可以完成任何功能的控制任务。1.2 控制要求与设计说明 本次课程设计

7、的设计内容是根据物业供水系统的控制要求进行基于可编程控制器的水泵控制系统设计和调试。某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。 具体控制要求： （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

8、）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） （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）。 由上述控制要求可以知道,本设计中,控制方式有自动控制和手动控制两种,由自动/手动切换开关选择确定；手动运行时每台水泵分别设有启动和停止按钮，以随时实现对单台水泵的通、断电控制；自动运行时，由自动运行控制开关控制自动工作的启动或停止，自动工作时又由压力检测开关检测管道内的水压，从而控制供水系统增加或撤除水泵等。整个系统有四个水泵输出

9、和工作状态指示灯输出。需要特别说明的是，设计中，为了达到“撤除水泵时，先工作的水泵先切断；增设水泵时，未曾工作过的水泵增加投入运行”的控制要求，我们假定自动工作时水泵的启动和停止按照水泵1、水泵2、水泵3、水泵4的顺序循环进行。此外，由于供水系统的压力高低不断在变化，所以在程序中，要把水泵运行情况的各种可能性都罗列出来，自动工作时系统会匹配罗列出来的情况，从而增设或撤除水泵。例如，只有水泵4在工作，且水压偏低时，根据设计的程序，此时水泵1投入运行。第2章 PLC控制系统设计2.1 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（以四台电动机代表），主电路采用熔断器作为短路保护

10、，用接触器作为欠压和零压保护，用热继电器作为过载保护。供水系统主电路如图2-1所示，图中M为三相异步交流电动机，FU为熔断器，QS为转换开关，KM为接触器主触点，FR为热继电器。 图2-1 供水系统主电路图2.2 PLC类型选择 可编程控制器用于对外部设备进行控制时，外部信号的输入、PLC运算结果的输出都要通过PLC输入/输出端子来进行接线。S7-200系列PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226、CPU226XP等型号，各类型的CPU有不同的输入/输出接口数量，而且可拓展的模块数量也不尽相同，虽然是小型PLC，但是有着可比中型PLC的功能，且价格便宜。

11、本设计中，控制方式由自动/手动切换开关选择，手动运行时，每台水泵分别有启动和停止按钮各一个；自动运行时，有自动运行控制开关和低压、常压、高压检测开关各一个。整个系统还有四个水泵输出和四个工作状态指示灯输出。分析可知，该系统中共有13个输入和8个输出，故可选用S7-200系列PLC具有14DI/10DO的CPU224 。 2.3 I/O地址分配表与接线图 根据2.2中对输入、输出信号的分析，绘制出I/O地址分配表及接线图分别如表2-1和图2-2所示。 表2-1 I/O地址分配表控制信号 信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号自动/手动切换信号转换开关QS1I0.0泵1手动启动信号常开按钮SB1

12、I0.1泵1手动停止信号常开按钮SB2I0.2泵2手动启动信号常开按钮SB3I0.3泵2手动停止信号常开按钮SB4I0.4泵3手动启动信号常开按钮SB5I0.5泵3手动停止信号常开按钮SB6I0.6泵4手动启动信号常开按钮SB7I0.7泵4手动停止信号常开按钮SB8I1.0自动运行控制信号转换开关QS2I1.1低压检测信号低压检测开关K1I1.2常压检测信号常压检测开关K2I1.3高压检测信号高压检测开关K3I1.4输出信号泵1驱动信号接触器KM1Q0.0泵2驱动信号接触器KM2Q0.1泵3驱动信号接触器KM3Q0.2泵4驱动信号接触器KM4Q0.3泵1工作状态指示信号指示灯L1Q0.4泵2工

13、作状态指示信号指示灯L2Q0.5泵3工作状态指示信号指示灯L3Q0.6泵4工作状态指示信号指示灯L4Q0.72.4 控制流程图该供水系统控制方式有手动控制和自动控制两种,故控制系统主要分两部分:一部分是手动控制模块,一部分是自动控制模块。根据控制要求,绘制出控制流程图如图2-3所示。2.5 控制程序分析本设计中,控制方式有自动控制和手动控制两种。由自动/手动切换开关选择确定，手动运行时，每台水泵分别设有启动和停止按钮，以随时实现对单台水泵的通、断电控制；自动运行时，由自动运行控制开关控制自动工作的启动或停止，自动工作时又由压力检测开关检测管道内的水压，从而控制供水系统增加或撤除水泵等。整个系统

14、有四个水泵输出和工作状态指示灯输出。控制程序具体分析如下：系统接通时，首先判断自动/手动切换开关I0.0的状态，自然状态下，开关状态为OFF，则程序自动跳转到自动模块执行，手动模块因为被跳过去而不再执行；此外，自动模块还设有自动运行控制开关，来控制自动工作的启动或停止。当开关状态为ON时，程序按梯形图顺序执行手动模块。 手动模块：当进入手动模块后，I0.1是水泵1的手动启动按钮，I0.2是水泵1的手动停止按钮，I0.3是水泵2的手动启动按钮，I0.4是水泵2的手动停止按钮，I0.5是水泵3的手动启动按钮，I0.6是水泵3的手动停止按钮，I0.7是水泵4的手动启动按钮，I1.0是水泵4的手动启动

15、按钮。通过以上控制按钮，可以随时对单台水泵进行通断电控制，而互不影响。且在手动控制水压高，而无人时，I1.4接通M1.5得电，在自动控制中测水压高的定时器T38开始，30s后水压再高，在自动控制中的降压会启动，启到对水泵、输水管道的高压保护作用,但是只能在启动的水泵顺序不间断时保护，如2和4或1和3，则不能起保护作用。 自动模块：自动模块设有自动运行控制开关I1.1。当进入自动模块后，系统根据I1.1的状态（ON表示运行OFF表示停止）动作。自动运行启动时，系统首先判断四台水泵的运行状态，如四台水泵都没有工作，则系统自动将自动让水泵1通电工作，然后通过压力检测装置判断水压的高低。水压低于正常水

16、压时，压力检测开关I1.2接通，定时器T37开始计时，30秒后未曾工作的水泵按设定顺序投入运行。水压高于正常水压时，压力检测开关I1.4接通，定时器T38开始计时，30秒后最先工作的水泵停止运行。水压正常时，压力检测开关I1.3接通，两个定时器都不工作，系统维持该运行状态，直到水压改变。前面概述中已经阐述过，为了满足“撤除水泵时，先工作的水泵先切断，增设水泵时，未曾工作过的水泵增加投入运行”的控制要求，本设计采用的是四台水泵按水泵1、水泵2、水泵3、水泵4、水泵1、水泵2.的顺序循环启动或停止。 输出模块：输出模块是手动工作和自动工作时水泵最终运行状态的体现，其中M0.0是水泵1的运行标志，Q

17、0.4为水泵1的工作指示灯信号，M0.1是水泵2的运行标志，Q0.5为水泵2的工作指示灯信号，M0.2是水泵3的运行标志，Q0.6为水泵3的工作指示灯信号，M0.3是水泵4的运行标志，Q0.7为水泵4的工作指示灯信号。2.6 控制程序梯形图 根据课题设计要求及控制程序的分析，可写如下的梯形图。2.7 控制程序语句表 结 论通过对本次课程设计程序的调试发现，该程序可以满足设计要求，可以实现对物业供水系统的手动和自动控制，适于在城市各物业小区和新农村居民楼进行实际应用推广，具有很大的经济价值和发展前景。虽然所设计的程序能满足控制要求，但在程序设计过程中，发现该程序还是存在一定的不足之处的。遗憾的是

18、，由于个人时间和能力有限，并没有在最终设计的程序中得到有效解决。这一不足之处就是无法实现手动工作和自动工作的随时切换。分析程序梯形图可知，当手动工作时，四台水泵可单独控制启动和停止。假如此时有水泵工作，若转为自动工作，则所有正在工作的水泵必须先停止，然后转入自动控制模块，按顺序启动或停止水泵。同样，自动工作向手动工作切换，也存在不少问题，在这里就不详细说明了。课程设计虽然结束了，但以上不足之处仍会激励我在课余时间继续钻研。设 计 总 结为期两周的机电传动与控制课程设计就这样以这篇课程设计说明书悄无声息地宣告结束了!课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力

19、的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。这次物业供水系统水泵控制程序的设计和调试是在我们学完机电传动与控制理论课程后，进行的一项应用可编程控制器解决实际问题的实践训练。两周的课程设计时间虽然不是很长，但通过设计过程中自己的努力和同学、老师的帮助，还是学到了很多东西。 在本次课程设计之初，刚拿到设计课题和任务书的我感到无从下手，这个课题不是很难，但是各水泵在启停顺序容易出错，课题比较麻烦。后来经过自己对课程理论知识的进一步复习及查阅相关资料，同时得到了王老师的细心指导和同学们的热情帮助，才较顺利的完成了此次的课程设计。通过这次课程设计，我对西门子S7-200系列PLC有了深入的理解

20、和一定的编程和实际应用能力。 这次课程设计使我充分意识到课本上的知识是机械的、表面的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学理论知识与实践结合起来，才能将知识根植于内心，才能成功。通过上机运行调试，对PLC的工作原理有了更加深刻的认识，也提高了自己的动手操作能力和独立思考能力。解决实际问题的能力得到了大大的提高，为以后学习和工作奠定了一定的基础。PLC的指令和功能是强大的，课程设计也只是提供给我一个深入学习的入口，还有更多的东西等待我自己去努力学习。 总的来说，此次课程设计中自己的收获还是挺大的。通过本次课程设计，首先我不仅复习、巩固和验证了自己所学的PLC相关理论知识，而且也初步培养了自己在P

21、LC相关课程设计中的基本操作技能与设计能力以及将课堂上所学的理论知识运用于实践中的能力，其次设计过程中所遇到的问题，让自己清楚地认识到前期所学知识中没彻底理解和掌握的部分，警示了自己今后加强理论知识学习的方向；再次，这次课程设计让我学会了如何更好的和老师、同学交流、探讨问题、共同学习、相互帮助。最后，也是最重要的，这次课程设计让我学会了PLC基本的设计思路及设计理念，更好地培养了自己认真思考问题、分析问题、解决问题的能力以及对待事情认真、耐心、细致、负责的学习态度。谢 辞课程设计的完成，不仅是个人努力两周的成果，更是同学和老师智慧火花碰撞的结果，凝聚了我和同学、老师的许多心血。在此，首先，要感

22、谢学校能提供给我们这样一个学以致用的机会,让我们能在一起学习进步。其次，由衷地感谢我的指导老师，王老师，在课程设计期间，他不辞辛苦，一直与我们在一起，帮助我们，给我们解决问题。同样每一次课程设计都是我们一次很好的学习机会，在设计的时候最辛苦的就是老师了。两周来，从每个人设计题目的确定，到最后课程设计说明书的撰写，老师一直陪伴着我们。每当我们被一个个问题困惑的时候，老师总是耐心地给我们讲解，解开了许多学习中的谜团。他严格要求我们，总是尽自己最大的努力让每一位同学都能理解所设计的内容，理清思路，最终精益求精地完成课程设计，这也是课程设计可以顺利并按时完成的重要原因。此外，我们小组成员的关心与帮助也

23、给了我很大的帮助，共同讨论并帮助我解决问题，使设计思想和内容更加完善。再次表示对学校，对老师和小组成员的衷心感谢，让我感受到从班级到学校这个大家庭的友善与温暖！参 考 文 献1 王宗才.机电传动与控制.北京：电子工业出版社，2012.6.2 陈建明.电气控制与PLC应用.北京：电子工业出版社，2010.3 戴仙金.西门子S7-200系列PLC应用与开发.北京：中国水利水电出版社，2007.4 李缓.PLC原理与应用.北京：北京邮电大学出版社，2009.5 罗伟，邓木生.PLC与电气控制.北京：中国电力出版社，2009.6 张华龙.图解PLC与电气控制入门.北京：人民邮电出版社，2008.7 胡学林.可编程控制教程（实训篇）.北京：电子工业出版社，2004.