【正文】 基于PLC供水系統(tǒng)設(shè)計基于PLC控制的供水系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文目錄第一章 緒論 1 研究背景 1 供水系統(tǒng)設(shè)計要求 2 供水系統(tǒng)設(shè)計思想 2 供水系統(tǒng)方案確定 3 供水系統(tǒng)運行和原理 3 系統(tǒng)原理說明 3 系統(tǒng)運行說明 4第二章 可編程控制器的概述 5 可編程控制器介紹 5 三菱FX系列介紹 5 三菱FX系列PLC主要特點 5 三菱FX系列PLC主要數(shù)據(jù)簡介 6 三菱FX系列PLC基本指令 6 可編程控制器的特點 7 可編程控制器的工作原理 8 PLC的等效工作電路 8 PLC的工作過程 9第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 10 系統(tǒng)的構(gòu)成 10 系統(tǒng)主要硬件設(shè)備的選型 11 PLC的選型 11 水泵機組的選型 12 壓力傳感器的選型 13 系統(tǒng)電路分析及設(shè)計 14 系統(tǒng)電源 14 供水系統(tǒng)主電路分析與設(shè)計 14 可編程控制器I/O分配 18 PLC I/O接線圖 19 壓力傳感器信號處理 20 報警電路設(shè)計 20第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 22 軟件開發(fā)環(huán)境簡介 22 供水系統(tǒng)程序流程圖 23 供水系統(tǒng)程序設(shè)計及解析 24 程序的模式選擇、水泵工作程序設(shè)計及解析 24 程序的保護、報警選擇程序設(shè)計及解析 25 程序調(diào)試及仿真 27 程序調(diào)試及仿真體會 28結(jié) 論 30致 謝 31參考文獻 32附錄一 系統(tǒng)元件明細表 33附錄二PLC I/O口分配表 35附錄三 PLC I/O口接線圖 36附錄四 供水系統(tǒng)電路圖 37附錄五 控制系統(tǒng)梯形圖 38附錄六 程序指令清單 43引言可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊踢壿嬁刂破鲗嵸|(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為：電源、中央處理單元(CPU) 、存儲器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊?？删幊炭刂破髟谖覈鱾€工業(yè)領(lǐng)域中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，它是自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)三者結(jié)合的通用工業(yè)自動化裝置，已成為工業(yè)自動化的三大棱柱之一。為了適應(yīng)這種形勢，我們選擇了三菱FX1N40MR001系列可編程控制器編寫這次設(shè)計。本篇設(shè)計分兩部分介紹了大樓物業(yè)供水系統(tǒng)，分別是硬件及軟件設(shè)計。供水系統(tǒng)主要由PLC、四臺水泵、壓力傳感器等組成。系統(tǒng)工作時分手動操作和自動操作，自動操作時首先由傳感器把信號傳給PLC，再由PLC根據(jù)水壓的高低信號分析控制四臺水泵的工作狀態(tài)；手動操作時，可以通過各個水泵的啟動停止按鈕獨立的工作。該系統(tǒng)還設(shè)有過載等保護。本設(shè)計編程軟件則采用三菱公司開發(fā)的PLC編程軟件GX 。該軟件適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。本系統(tǒng)通過調(diào)試表明本系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計要求并有很好的使用價值。具體說明了可編程序控制器在大樓物業(yè)供水系統(tǒng)中的作用。程序涉及到了大樓物業(yè)供水系統(tǒng)工作的絕大部分過程。最終設(shè)計完成的大樓物業(yè)供水系統(tǒng)具有平穩(wěn)運行、節(jié)能等主要功能，整個系統(tǒng)的開發(fā)體現(xiàn)了在設(shè)計數(shù)字控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實用性本畢業(yè)設(shè)計共有四個章節(jié)：第一章介紹了緒論；第二章介紹了可編程控制器的概述；第三章介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計；第四章介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計，之后還有關(guān)于本次設(shè)計的結(jié)論、致謝及相關(guān)參考文獻；附錄部分有六個部分，分別是系統(tǒng)的元件明細表、PLC I/O分配表、PLC I/O接線圖、供水系統(tǒng)電路圖、系統(tǒng)梯形圖、指令清單。14 第一章 緒論 研究背景水是人民生活必需品，但由于近些年來，隨著人們生活水平的提高，大樓的層數(shù)也在不斷的劇增。再加上受到輸送管道和供水設(shè)施的影響，使居民的生活用水存在著自來水管網(wǎng)壓力不足的現(xiàn)象，尤其是供水高峰期的高層供水尤為突出,給人們的生活帶來了許多困擾。以前為了解決用水難的問題，通常會在樓頂固定一個高位水箱，通過水箱的高度給水提供一定壓力，再供給用戶使用。但這種方案明顯非常落后，不僅投資大而且不利于房屋的維護和抗震。上個世紀80年代后，氣壓供水逐漸替代了高位水箱供水。但這種供水方式依舊存在很多缺陷。氣壓供水所需要的設(shè)備的主要部件是壓容器，其成本高，耗鋼量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且水泵功率較大，反復(fù)啟動，不僅影響電網(wǎng)，耗費電力資源，而且嚴重縮短了水泵和電磁設(shè)備壽命。尤其是氣壓供水水壓變化較大，縮短了水網(wǎng)，閥門，水表的使用壽命。而水壓過高會導(dǎo)致水管爆裂，造成水資源的大量流失。而水壓過低，則會造成用戶供水不足或無法供水。對于工業(yè)生產(chǎn)和特殊用途的供水而言，供水就更顯得異常重要，例如在工業(yè)生產(chǎn)中如突然供水不足或斷水，就可能會對產(chǎn)品的安全衛(wèi)生產(chǎn)生某些不良影響。而對于滅火水源來講，供水不足則更加致命，對人民的生命財產(chǎn)安全造成極大隱患。面對這些問題，供水的重要性已經(jīng)不言而喻。本文的設(shè)計就是基于PLC供水系統(tǒng)的設(shè)計。液位檢測檢測水管中的水壓得到的數(shù)據(jù)，通過對壓力傳感器對壓力的監(jiān)測，可以使管網(wǎng)中的水壓自動的保持在事先設(shè)定好的壓力值范圍內(nèi)。當(dāng)用戶的用水量增加時，管網(wǎng)中的水壓下降，供水控制器通過PLC使水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量相應(yīng)增多，如果一臺水泵不能滿足用戶的供水量，那么則通過控制器加泵；當(dāng)用戶用水量減少時，管網(wǎng)中水壓上升，供水控制器通過PLC使水泵轉(zhuǎn)速降低，供水量減少，如水泵轉(zhuǎn)速降到最低還高出所需供水量，則關(guān)閉一臺水泵。簡單來說就是根據(jù)用戶用水量的大小，通過供水控制器對水泵的數(shù)量和轉(zhuǎn)速的控制，從而使用戶無論用水量的多少，管網(wǎng)中的水壓始終能保持在設(shè)定范圍內(nèi)。既滿足了用戶供水量的要求，又不會是水泵空轉(zhuǎn)，造成電能的浪費，同時避免了水箱造成的二次污染。是一種現(xiàn)代化的供水方案。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省資源，抗干擾能力強，可靠高效的供水控制器將是高層建筑供水的研究方向。本文主要采用了由三菱FX系列PLC構(gòu)成的供水控制器，通過傳感器檢測得到的水壓信號，與設(shè)定的水壓數(shù)值比較，再通過PLC來控制水泵的數(shù)量和轉(zhuǎn)速，達到大樓供水的效果。 供水系統(tǒng)設(shè)計要求某大樓物業(yè)供水系統(tǒng)有水泵4臺，供水管道安裝壓力檢測開關(guān)K1，K2和K3。K1接通，表示水壓偏低；K2接通，表示水壓正常；K3接通，表示水壓偏高。其控制有如下四點：，當(dāng)用水量少，壓力增高，K3接通，此時可延時30s后撤除1臺水泵工作，要求先工作的水泵先切斷；當(dāng)用水量多時，壓力降低，K1接通，此時可延時30s后增設(shè)1臺水泵工作，要求未曾工作過的水泵增加投入運行；當(dāng)K2接通，表示供水正常，可維持水泵運行數(shù)量。工作時，要求水泵數(shù)量最少為1臺，最多不得超出4臺。，均應(yīng)有工作狀態(tài)顯示。，要求4臺水泵可分別獨立操作（分設(shè)起動和停止開關(guān)），并分別具有過載保護，可隨時對單臺水泵進行斷電控制（注：若輸入點不夠，可減少一個過載保護輸入）。“自動/手動”切換開關(guān)（ON——手動，OFF——自動），另設(shè)自動運行控制開關(guān)（ON——自動運行，OFF——自動運行停止）。 供水系統(tǒng)設(shè)計思想本系統(tǒng)將PLC、水泵、相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行機構(gòu)有機地結(jié)合起來，并發(fā)揮各自優(yōu)勢。系統(tǒng)采用三個壓力傳感器（壓力檢測開關(guān)）實時監(jiān)測水位的壓力，采用四臺水泵保證供水量的需求，采用可編程控制器（PLC）來實現(xiàn)系統(tǒng)的自動運行。這個操作方便的自動控制系統(tǒng)，以PLC為核心，以智能供水控制系統(tǒng)取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設(shè)備，起動平穩(wěn)，起動電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動時對電網(wǎng)的沖擊；由于水泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵和閥門等東西的使用壽命；可以消除起動和停機時的水錘效應(yīng)。使得系統(tǒng)調(diào)試和使用都十分方便，而且大大簡化了水廠在管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析等方面的工作量。PLC為主體構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)不僅能夠最大程度滿足需要，其穩(wěn)定安全的運行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終達到高效率優(yōu)質(zhì)運行，降低自來水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的。供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動機、管道和閥門等構(gòu)成。通常由異步電動機驅(qū)動水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機和水泵做成一體，通過調(diào)節(jié)電機機組工作電機的數(shù)量，從而改變水泵的出水流量而實現(xiàn)恒壓供水的。因此，供水系統(tǒng)的實質(zhì)是電動機的工作控制。電動機的控制通常使用接觸器，PLC通過控制接觸器來實現(xiàn)自動控制電機機組的電機從而實現(xiàn)了大樓供水。 供水系統(tǒng)方案確定根據(jù)供水系統(tǒng)設(shè)計要求和思想可知，本供水系統(tǒng)主要由PLC控制單元、壓力傳感器、水泵機組以及低壓電器組成。系統(tǒng)主要的設(shè)計任務(wù)是利用PLC控制單元控制多臺水泵，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的供水?！癙LC+ 水泵機組+壓力傳感器” 這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，通用性強，由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計上，只需確定PLC的硬件配置和I／O的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過PC機來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。同時由于PLC的抗干擾能力強、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機組的容量大小無關(guān)。這種控制方案既有擴展功能靈活方便、便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點，又能達到系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度的要求，所以本次設(shè)計采用基于PLC的控制方式。 供水系統(tǒng)運行和原理 系統(tǒng)原理說明根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)要求，結(jié)合系統(tǒng)的使用場所，故本次設(shè)計采用的“PLC+水泵機組+壓力傳感器”的控制方式。系統(tǒng)主要的設(shè)計任務(wù)是利用控制單元控制一臺水泵或循環(huán)控制多臺水泵，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機的啟動，同時還要能對運行數(shù)據(jù)進行傳輸。系統(tǒng)運行原理圖如圖11所示。圖11系統(tǒng)運行原理圖本系統(tǒng)通過市政供水管道往蓄水池供水，供水時，通過LDM8W電池供電無線水位計來傳遞實時的液位信息給PLC，通過PLC檢測出壓力信號給壓力傳感器，從而控制不同水壓時的供水。而四臺水泵通過交流接觸器與PLC連接，保證用戶不同用水量的需求。這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換；通用性強，由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計上，只需確定PLC的硬件配置和壓力傳感器的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過PLC來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。同時由于PLC的抗干擾能力強、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的供水場合，并且與供水機組的容量大小無關(guān)。 系統(tǒng)運行說明本供水系統(tǒng)運行分為手動和自動運行：，四臺水泵能獨立操作，并且有過載保護，可通過相應(yīng)水泵的閘刀開關(guān)切斷對相應(yīng)水泵的電源實現(xiàn)斷電控制。，當(dāng)用水量少時，壓力增高，高壓報警燈亮起并起蜂鳴，通過PLC控制水泵工作，切斷相應(yīng)水泵；當(dāng)用水量多時，壓力降低，低壓報警燈亮起并起蜂鳴，通過PLC控制水泵工作，切斷相應(yīng)水泵；高低壓報警均未亮?xí)r表示水壓正常，可維持水泵持續(xù)運行。工作時水泵數(shù)量最少一臺，最多四臺。第二章 可編程控制器的概述 可編程控制器介紹1969年，在美國出現(xiàn)第一臺可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）以來，經(jīng)過30多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為一種最重要、高可靠性、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制微型計算機。它應(yīng)用大規(guī)模集成電路、微型機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展成果，逐步形成具有多種優(yōu)點和微型、小型、中型、大型、超大型等各種規(guī)格的PLC系列產(chǎn)品，應(yīng)用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計算機之間的許多過程控制領(lǐng)域?？删幊绦蚩刂破饕押蛿?shù)控技術(shù)及工業(yè)機器人并列為工業(yè)自動化的三大支柱。初期的PLC只是用于邏輯控制場合，代替繼電器控制系統(tǒng)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，PLC以微處理器為核心，適用于開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量的控制，它已進入過程控制和位置控制等場合的控制領(lǐng)域。目前，可編程序控制器既保留了原來可編程序邏輯控制器的所有優(yōu)點，又吸收和發(fā)展了其他控制裝置的優(yōu)點，包括計算機控制系統(tǒng)、過程儀表控制系統(tǒng)、集散系統(tǒng)、分散系統(tǒng)等。在許多場合，可編程序控制器可以構(gòu)成各種綜合控制系統(tǒng)，例如構(gòu)成邏輯控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)、圖形工作站等等。 三菱FX系列介紹三菱FX系列，是三菱PLC（可編程控制器）小型系列PLC。目前主要分FX3G、FX3U、FX2N、FX1N、FX1S等系列。FX系列PLC特點是一體機、高處理，可達365點開關(guān)量控制等。 三菱FX系列PLC主要特點集成型、高精度的控