【正文】 系統(tǒng)中的作用。最終設(shè)計(jì)完成的大樓物業(yè)供水系統(tǒng)具有平穩(wěn)運(yùn)行、節(jié)能等主要功能，整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)體現(xiàn)了在設(shè)計(jì)數(shù)字控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實(shí)用性本畢業(yè)設(shè)計(jì)共有四個(gè)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(jì)；第四章介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，之后還有關(guān)于本次設(shè)計(jì)的結(jié)論、致謝及相關(guān)參考文獻(xiàn)；附錄部分有六個(gè)部分，分別是系統(tǒng)的元件明細(xì)表、PLC I/O分配表、PLC I/O接線(xiàn)圖、供水系統(tǒng)電路圖、系統(tǒng)梯形圖、指令清單。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(lái)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(lái)了許多困擾。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(hù)和抗震。但這種供水方式依舊存在很多缺陷。尤其是氣壓供水水壓變化較大，縮短了水網(wǎng)，閥門(mén)，水表的使用壽命。而水壓過(guò)低，則會(huì)造成用戶(hù)供水不足或無(wú)法供水。而對(duì)于滅火水源來(lái)講，供水不足則更加致命，對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成極大隱患。本文的設(shè)計(jì)就是基于PLC供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。當(dāng)用戶(hù)的用水量增加時(shí)，管網(wǎng)中的水壓下降，供水控制器通過(guò)PLC使水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量相應(yīng)增多，如果一臺(tái)水泵不能滿(mǎn)足用戶(hù)的供水量，那么則通過(guò)控制器加泵；當(dāng)用戶(hù)用水量減少時(shí)，管網(wǎng)中水壓上升，供水控制器通過(guò)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(tái)水泵。既滿(mǎn)足了用戶(hù)供水量的要求，又不會(huì)是水泵空轉(zhuǎn)，造成電能的浪費(fèi)，同時(shí)避免了水箱造成的二次污染。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省資源，抗干擾能力強(qiáng)，可靠高效的供水控制器將是高層建筑供水的研究方向。 供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求某大樓物業(yè)供水系統(tǒng)有水泵4臺(tái)，供水管道安裝壓力檢測(cè)開(kāi)關(guān)K1，K2和K3。其控制有如下四點(diǎn)：，當(dāng)用水量少，壓力增高，K3接通，此時(shí)可延時(shí)30s后撤除1臺(tái)水泵工作，要求先工作的水泵先切斷；當(dāng)用水量多時(shí)，壓力降低，K1接通，此時(shí)可延時(shí)30s后增設(shè)1臺(tái)水泵工作，要求未曾工作過(guò)的水泵增加投入運(yùn)行；當(dāng)K2接通，表示供水正常，可維持水泵運(yùn)行數(shù)量。，均應(yīng)有工作狀態(tài)顯示?！白詣?dòng)/手動(dòng)”切換開(kāi)關(guān)（ON——手動(dòng)，OFF——自動(dòng)），另設(shè)自動(dòng)運(yùn)行控制開(kāi)關(guān)（ON——自動(dòng)運(yùn)行，OFF——自動(dòng)運(yùn)行停止）。系統(tǒng)采用三個(gè)壓力傳感器（壓力檢測(cè)開(kāi)關(guān)）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位的壓力，采用四臺(tái)水泵保證供水量的需求，采用可編程控制器（PLC）來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行。使得系統(tǒng)調(diào)試和使用都十分方便，而且大大簡(jiǎn)化了水廠(chǎng)在管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析等方面的工作量。供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動(dòng)機(jī)、管道和閥門(mén)等構(gòu)成。因此，供水系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是電動(dòng)機(jī)的工作控制。 供水系統(tǒng)方案確定根據(jù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)組以及低壓電器組成?！癙LC+ 水泵機(jī)組+壓力傳感器” 這種控制方式靈活方便。在硬件設(shè)計(jì)上，只需確定PLC的硬件配置和I／O的外部接線(xiàn)，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，可以方便地通過(guò)PC機(jī)來(lái)改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便。因此該系統(tǒng)能適用于各類(lèi)不同要求的恒壓供水場(chǎng)合，并且與供水機(jī)組的容量大小無(wú)關(guān)。 供水系統(tǒng)運(yùn)行和原理 系統(tǒng)原理說(shuō)明根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)要求，結(jié)合系統(tǒng)的使用場(chǎng)所，故本次設(shè)計(jì)采用的“PLC+水泵機(jī)組+壓力傳感器”的控制方式。系統(tǒng)運(yùn)行原理圖如圖11所示。而四臺(tái)水泵通過(guò)交流接觸器與PLC連接，保證用戶(hù)不同用水量的需求。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；通用性強(qiáng)，由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶(hù)可靈活組成各規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。同時(shí)由于PLC的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。 系統(tǒng)運(yùn)行說(shuō)明本供水系統(tǒng)運(yùn)行分為手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行：，四臺(tái)水泵能獨(dú)立操作，并且有過(guò)載保護(hù)，可通過(guò)相應(yīng)水泵的閘刀開(kāi)關(guān)切斷對(duì)相應(yīng)水泵的電源實(shí)現(xiàn)斷電控制。工作時(shí)水泵數(shù)量最少一臺(tái)，最多四臺(tái)。它應(yīng)用大規(guī)模集成電路、微型機(jī)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(diǎn)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(jì)算機(jī)之間的許多過(guò)程控制領(lǐng)域。初期的PLC只是用于邏輯控制場(chǎng)合，代替繼電器控制系統(tǒng)。目前，可編程序控制器既保留了原來(lái)可編程序邏輯控制器的所有優(yōu)點(diǎn)，又吸收和發(fā)展了其他控制裝置的優(yōu)點(diǎn)，包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、過(guò)程儀表控制系統(tǒng)、集散系統(tǒng)、分散系統(tǒng)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。FX系列PLC特點(diǎn)是一體機(jī)、高處理，可達(dá)365點(diǎn)開(kāi)關(guān)量控制等。集成型、高精度的控制（）（高速計(jì)數(shù)器、高速輸入/輸出等），最大支持256點(diǎn)I/O, 輕松地使用模擬量功能 三菱FX系列PLC主要數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介在PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)和用戶(hù)應(yīng)用程序中使用著大量的數(shù)據(jù)。十進(jìn)制數(shù)在PLC中又稱(chēng)字?jǐn)?shù)據(jù)。十進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)、BCD碼在PLC內(nèi)部均是以二進(jìn)制數(shù)的形態(tài)存在。一位二進(jìn)制數(shù)在PLC中又稱(chēng)位數(shù)據(jù)。十六進(jìn)制數(shù)用于指定應(yīng)用指令中的操作數(shù)或指定動(dòng)作。以 FX2N 為例，介紹其基本順控指令和步進(jìn)指令及其應(yīng)用。三菱FX系列指令表如表21所示。由于可靠性是用戶(hù)選用的首位依據(jù)，因此，每個(gè)PLC生產(chǎn)廠(chǎng)都將可靠性作為第一指標(biāo)而加以研制，以單片機(jī)為核心，在硬件和軟件上采取大量的抗干擾措施，使PLC的平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到30萬(wàn)小時(shí)以上，使用壽命更長(zhǎng)。PLC具有邏輯判斷、計(jì)數(shù)、定時(shí)、步進(jìn)、跳轉(zhuǎn)、移位、記憶、四則運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送等功能，可以實(shí)現(xiàn)順序控制、邏輯控制、位置控制和過(guò)程控制等。PLC采用與繼電器電路相似的梯形圖編程，比較直觀(guān)，易懂易編，深受電氣技術(shù)人員和電工的歡迎，容易推廣應(yīng)用。 可編程控制器的工作原理 PLC的等效工作電路PLC實(shí)質(zhì)是一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，但在應(yīng)用時(shí)，可不必用計(jì)算機(jī)的概念去做深入的了解，只需將它看成是由普通的繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位器等組成的裝置，從而把PLC等效成輸入、輸出和內(nèi)部控制電路三部分，如下圖22所示：圖22 PLC的等效工作電路這部分的作用是運(yùn)算和處理由輸入部分得到的信息，并判斷應(yīng)產(chǎn)生哪些輸出。PLC程序一般用梯形圖形式表示。在PLC內(nèi)部還設(shè)有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位器、保持器、內(nèi)部輔助繼電器等，繼電器控制系統(tǒng)沒(méi)有的器件，它們的線(xiàn)圈及動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)只能在PLC內(nèi)部控制電路中使用，而不能與外部電路相連。輸入接線(xiàn)端是PLC與外部的開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器轉(zhuǎn)換信號(hào)等連接的端口。每個(gè)輸入繼電器可以有無(wú)窮多個(gè)內(nèi)部觸點(diǎn)(動(dòng)合、動(dòng)斷形式均可)，供設(shè)計(jì)PLC的內(nèi)部控制電路(即編制PLC控制程序)時(shí)使用。在PLC內(nèi)部，有若干能與外部設(shè)備直接相連的輸出繼電器(有繼電器、雙向硅、晶體管三種形式)，它也有無(wú)限個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)的動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)，可在PLC內(nèi)部控制電路中使用；但對(duì)應(yīng)每一個(gè)輸出端只有一個(gè)硬件的動(dòng)合觸點(diǎn)與之相連，用以驅(qū)動(dòng)需要操作的外部負(fù)載；外部負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電源接在輸出公共端(COM)上。 PLC的工作過(guò)程PLC一般采用循環(huán)掃描方式工作。開(kāi)始運(yùn)行之后，串行地執(zhí)行存貯器中的程序，這個(gè)過(guò)程可以分為如下四個(gè)階段：這部分在每次循環(huán)開(kāi)始都要被執(zhí)行，包括復(fù)位系統(tǒng)定時(shí)器、檢查程序存貯器、檢查I／O總線(xiàn)、檢查掃描時(shí)間等。這部分時(shí)間是固定的，對(duì)P型機(jī)來(lái)說(shuō)。在這個(gè)階段，CPU將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，即按程序?qū)λ械臄?shù)據(jù)(輸入和輸出的狀態(tài))進(jìn)行處理，包括邏輯、算術(shù)運(yùn)算，再將結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器。CPU對(duì)各個(gè)輸入端進(jìn)行掃描，并將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中；同時(shí)，把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過(guò)輸出部件轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備能接受的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的構(gòu)成圖31 系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖31所示，整個(gè)系統(tǒng)由四臺(tái)水泵，一臺(tái)PLC和一個(gè)壓力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。從系統(tǒng)構(gòu)成圖，我們可以看供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、以及報(bào)警裝置等部分組成。二．信號(hào)檢測(cè)在系統(tǒng)控制過(guò)程中，需要檢測(cè)的信號(hào)包括自來(lái)水出水水壓信號(hào)和報(bào)警信號(hào)::它反映的是用戶(hù)管網(wǎng)的水壓值，它是供水控制的主要反饋信號(hào)。該信號(hào)為開(kāi)關(guān)量信號(hào)。:它是供水控制系統(tǒng)的核心。:它是由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等電氣元件組成。四．通訊接口通訊接口是本系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，通過(guò)該接口，系統(tǒng)可以和組態(tài)軟件以及其他的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時(shí)通過(guò)通訊接口，還可以將現(xiàn)代先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到本系統(tǒng)中來(lái)，例如可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的診斷和維護(hù)等。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行，防止因電機(jī)過(guò)載、電網(wǎng)過(guò)大波動(dòng)、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等等造成的故障，因此系統(tǒng)必須要對(duì)各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由PLC判斷報(bào)警類(lèi)別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作控制，以免造成不必要的損失。因此我們?cè)谶x擇PLC時(shí)，要考慮PLC的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內(nèi)存空間、通訊接口及協(xié)議、帶擴(kuò)展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素，以日本三菱PLC為例，該P(yáng)LC有FX、A、Q三大系列，在FX系列中又有FX1S，F(xiàn)X1N和FX2N三種型號(hào)。在供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們選擇三菱FX1N40MR001型PLC。具有擴(kuò)展輸入輸出，模擬量控制和通訊、鏈接功能等擴(kuò)展性。2. 三菱FX1N40MR001 PLC特點(diǎn)三菱FX1N40MR001 PLC擁有相當(dāng)快的速度， FX是從16路到256路輸入/輸出的多種應(yīng)用的選擇方案； FX1N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當(dāng)于FX系列中高檔次的超小形程序裝置。 三菱FX1N40MR001在基本單元上連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行16256點(diǎn)的靈活輸入輸出組合?？筛鶕?jù)電源及輸出形式，自由選擇。豐富的軟元件應(yīng)用指令中有多個(gè)可使用的簡(jiǎn)單指令、高速處理指令、輸入過(guò)濾常數(shù)可變，中斷輸入處理，直接輸出等。數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)排列、三角函數(shù)運(yùn)算、平方根、浮點(diǎn)小數(shù)運(yùn)算等。 水泵機(jī)組的選型水泵機(jī)組的選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運(yùn)行；二是要經(jīng)常處于高效區(qū)運(yùn)行，以求取得較好的節(jié)能效果。本論文以某大樓的實(shí)際生活用水的數(shù)據(jù)進(jìn)行選型，該大樓用水具體要求為：，流量范圍600m2／h，揚(yáng)程60米左右，；；供水壓力要求恒定，尤其在換泵時(shí)波動(dòng)要??；，為方便檢修和應(yīng)急，應(yīng)具備手動(dòng)功能。根據(jù)以上系統(tǒng)要求的總流量范圍、揚(yáng)程大小，確定供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)秒流量和設(shè)計(jì)供水壓力(水泵揚(yáng)程)，考慮到用水量類(lèi)型為連續(xù)型低流量變化型，確定采用4臺(tái)上海熊貓機(jī)械(集團(tuán))有限公司生產(chǎn)的SFL系列主水泵機(jī)組。PLC自動(dòng)控制水泵的工作情況的信息全部來(lái)自壓力傳感器，它必須要有很高的可靠性，如果壓力傳感器出錯(cuò)，將會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性的事故，很可能是管道爆裂或者是水壓不足，造成居民用水的不方便，因此壓力傳感器的選用很關(guān)鍵。采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。根據(jù)供水系統(tǒng)的具體的要求，我們選擇佛山一眾傳感儀器有限公司的水壓傳感器PY206。%FS（量程60MPa以下）、177。%FS 電： 24V DC（15～30VDC）： ≥1000 MΩ/100VDC： 20～85℃、20～150℃、20～200℃、20～300℃（可選）：IP65/IP68： 150%FS：≤10mS 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖：圖 32水壓傳感器PY206結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)電路分析及設(shè)計(jì) 系統(tǒng)電源供電系統(tǒng)的設(shè)定直接影響到控制系統(tǒng)的可靠性，因此在設(shè)定供電系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮下列因素：；，應(yīng)不破壞控制器程序和數(shù)據(jù)；，要考慮供電電源的冗余；，應(yīng)不影響控制器的供電；。 供水系統(tǒng)主電路分析與設(shè)計(jì)一．系統(tǒng)的主電路由系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求可知，本設(shè)計(jì)需要用到四臺(tái)水泵，水泵的型號(hào)都為：150sfl16020x4，55kw，1450轉(zhuǎn)/分，380V，144A。硬件設(shè)設(shè)計(jì)主電路圖如圖33所示：圖33 硬件設(shè)計(jì)主電路圖圖中的三相電接入口處有熔斷器，當(dāng)水泵因故障或其他原因過(guò)載時(shí)，主電路上的電流超過(guò)正常值時(shí)熔斷器自動(dòng)熔斷，起到保護(hù)水泵和主電路的作用。刀開(kāi)關(guān)QSQSQSQS4由人工手動(dòng)控制，PLC控制電路失靈時(shí)刀開(kāi)關(guān)是切斷電源的唯一方法。FRFRFRFR4是熱繼電器，把它們穿在電機(jī)的繞組中，當(dāng)水泵過(guò)載時(shí)，熱繼電器動(dòng)作，切斷電源。二．系統(tǒng)的控制電路：如圖34系統(tǒng)的控制電路，當(dāng)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)撥到“停止”時(shí)，其整個(gè)系統(tǒng)位于停止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)撥到“自動(dòng)”時(shí)，及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作模式；當(dāng)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)撥到“手動(dòng)”時(shí)，及實(shí)現(xiàn)手動(dòng)工作模式；SBSBSBSB8分別手動(dòng)控制1 、2 、3 、4 泵啟動(dòng)；SBSBSBSB7分別手動(dòng)控制1 、2 、4 泵停止；HGHGHGHG4分別是1 、2 、3 、4 泵的工作指示燈。按下SB8，SB8接通→KM4接通→4水泵電機(jī)啟動(dòng)；按下SB7，SB7斷開(kāi)→KM4斷開(kāi)→4水泵電機(jī)停止。圖34系統(tǒng)的控制電路