雙恒壓無塔水泵供水.doc

燕山大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書題目： PLC控制的雙恒壓供水水泵站 學(xué)院（系）： 電氣工程學(xué)院 年級(jí)專業(yè)： 10級(jí)自動(dòng)化儀表 學(xué) 號(hào)： 100103020158 學(xué)生姓名： 張 亮 指導(dǎo)教師： 韓立強(qiáng) 教師職稱： 副教授 燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書院（系）：電氣工程學(xué)院 基層教學(xué)單位：自動(dòng)化儀表 學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)（班級(jí)）設(shè)計(jì)題目PLC控制的雙恒壓供水水泵站設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)（1）、生活供水時(shí)，系統(tǒng)低恒壓運(yùn)行，消防供水時(shí)系統(tǒng)高恒壓運(yùn)行。（2）、三臺(tái)水泵根據(jù)恒壓的要求，采取“先開先?！钡脑瓌t接入和退出。（3）、在用水量小的情況下（即不是在消防的情況和增開工頻泵的情況），如果一臺(tái)水泵連續(xù)運(yùn)行超過三小時(shí)，則要切換到下一臺(tái)水泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺(tái)水泵工作時(shí)間過長(zhǎng)。（4）、三臺(tái)水泵在啟動(dòng)的時(shí)候都要具有軟啟動(dòng)的功能。（5）、要求完善的報(bào)警功能。（6）、對(duì)水泵的操作要具有手動(dòng)的功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修的時(shí)候臨時(shí)使用。設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)說明書包括：1、 設(shè)計(jì)題目?jī)?nèi)容2、 設(shè)計(jì)過程和有關(guān)說明3、 繪制電氣原理圖：包括主電路、控制電路、PLC硬件電路、I/O接口表4、 PLC控制程序（梯形圖和指令表）5、 調(diào)試結(jié)果6、 參考資料7、 心得體會(huì)工作量 一周工作計(jì)劃1、查閱資料進(jìn)行設(shè)計(jì)準(zhǔn)備；2、設(shè)計(jì)PLC狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和步進(jìn)梯形圖；3、調(diào)試程序、驗(yàn)證設(shè)計(jì)；4、撰寫課程設(shè)計(jì)說明書書；參考資料PLC電氣控制技術(shù)，漆漢宏 主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2006年FX系列PLC編程及應(yīng)用，寥常初 主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2004年 其他資料指導(dǎo)教師簽字韓立強(qiáng)基層教學(xué)單位主任簽字謝平說明：此表一式四份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、基層教學(xué)單位、系部各一份。2013年 7 月 2 日 燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)評(píng)審意見表指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日答辯小組評(píng)語(yǔ)：成績(jī)： 評(píng)閱人： 年 月 日課程設(shè)計(jì)總成績(jī)：答辯小組成員簽字：年 月 日 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書目 錄目錄摘要第一章 設(shè)計(jì)題目及內(nèi)容 第二章 PLC控制技術(shù)介紹 第三章 設(shè)計(jì)過程及說明 3.1 GX-Developer8簡(jiǎn)介 3.2 Microsoft Visio 2007簡(jiǎn)介第四章 設(shè)計(jì)過程及說明 4.1 輸入輸出I/O接口表4.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖4.3 步進(jìn)梯形圖4.4步進(jìn)指令表4.5 電氣原理圖第五章 調(diào)試結(jié)果5.1生活用水工作模式調(diào)試結(jié)果5.2 水泵的手動(dòng)模式調(diào)試結(jié)果5.3 消防系統(tǒng)模式調(diào)試結(jié)果第六章 心得體會(huì)參考資料摘 要我國(guó)是一個(gè)水資源和電能短缺的國(guó)家，長(zhǎng)期以來市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后。傳統(tǒng)的維持管路的水壓是建造水塔，但是建造水塔需要發(fā)費(fèi)財(cái)力，水塔還會(huì)造成水的二次污染。在水資源十分嚴(yán)峻的形勢(shì)下，節(jié)約用水迫在眉睫。建立節(jié)水型社會(huì)，進(jìn)而促進(jìn)節(jié)水型社會(huì)的建立已經(jīng)成為保證水資源可持續(xù)利用的必然要求。本文介紹了一個(gè)由三臺(tái)水泵組構(gòu)成的生活、消防雙恒壓無塔供水泵站系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用交流變頻調(diào)速技術(shù)和PLC技術(shù)合理設(shè)計(jì)變頻恒壓供水設(shè)備，對(duì)降低成本、節(jié)約能源、提高供用水質(zhì)量，有非常重要的意義。隨著電力電子及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，雙恒壓無塔供水泵站由于具有造價(jià)低、施工簡(jiǎn)單、節(jié)能效果顯著、高效節(jié)能、自動(dòng)可靠、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：PLC，雙恒壓供水，高效節(jié)能第一章 設(shè)計(jì)題目及內(nèi)容設(shè)計(jì)題目：PLC控制的雙恒壓供水水泵站 生活都離不開水。但如果水源離用水場(chǎng)所較遠(yuǎn)，就需要管路的輸送。而將水送到較遠(yuǎn)或較高的地方，管路中是需要一定的水壓的，水壓高了，才能將水送到遠(yuǎn)的或較高的樓層。 產(chǎn)生水壓的設(shè)備是水泵，水泵轉(zhuǎn)動(dòng)的越快，產(chǎn)生的水壓越高。傳統(tǒng)的維持管路的水壓是建造水塔，水泵開的時(shí)候?qū)⑺虻剿校眯菹r(shí)，借助水塔繼續(xù)供水。水塔中的水位變化相對(duì)水塔的高度來說很小，也就是說水塔能維持的供水管路中水壓的基本恒定。 但是，建造水塔需要發(fā)費(fèi)財(cái)力，水塔還會(huì)造成水的二次污染。那么，可不可以不借助水塔來實(shí)現(xiàn)恒壓供水呢？當(dāng)然可以，但是要解決水壓隨用水量的大小變化的問題。通常的辦法是：用量大時(shí)，增加水泵的數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以保持管網(wǎng)中的水壓不變，用水量小時(shí)又需做出相反的調(diào)節(jié)。這就是恒壓供水的基本思路。這在電機(jī)速度調(diào)節(jié)技術(shù)不發(fā)達(dá)的年代是不可設(shè)想的，但今天辦到這一點(diǎn)已變得很容易了，交流變頻器的誕生為水泵轉(zhuǎn)速平滑聯(lián)系調(diào)節(jié)提供了方便。交流變頻器是改變交流電源頻率的電力電子設(shè)備，輸入三相工頻交流點(diǎn)后，可以輸出頻率平滑變化的三相交流電。 鑒于社會(huì)的需求，設(shè)計(jì)一個(gè)由三臺(tái)水泵組構(gòu)成的生活、消防雙恒壓無塔供水泵站系統(tǒng)。如圖所示（一），市網(wǎng)自來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥YV1，自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水池注水，但是當(dāng)水池的水位高于高水位上限時(shí) ，延時(shí)一段時(shí)間后，由PLC發(fā)出信號(hào)，關(guān)閉注水閥YV1，等到水位低于高水位上限時(shí)，過一段時(shí)間后，再打開注水閥YV1繼續(xù)注水（這種情況在處于消防狀態(tài)時(shí)被關(guān)閉）。水池的高、低水位信號(hào)也直接送給PLC，作為高、低水位的報(bào)警。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離較小。生活用水和消防用水共用三臺(tái)水泵，平時(shí)電磁閥YV2處于關(guān)閉狀態(tài)，生活管網(wǎng)處于接通狀態(tài)，電磁閥YV3處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺(tái)水泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，維持生活用水低恒壓。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電磁閥YV3得電，消防用水管路打開，并同時(shí)打開三臺(tái)水泵供水，管路中的水壓為消防用水的高恒壓，生活用水管路沒有關(guān)閉，生活用水的水壓由減壓閥控制。但是當(dāng)管路中的水壓低于消防用水的高恒壓或水池水位已經(jīng)達(dá)到水池低水位下限時(shí)，給電磁閥YV2通電，關(guān)閉生活用水的管路?；馂?zāi)結(jié)束后，三臺(tái)水泵改為為生活用水供水。EQ市網(wǎng)來水YV1STHSTL水池消防用水YV3生活用水YV2減壓閥1#3#2# 圖（一）、生活消防雙恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成二、 系統(tǒng)的控制要求對(duì)于三臺(tái)水泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：（1）、生活供水時(shí)，系統(tǒng)低恒壓運(yùn)行，消防供水時(shí)系統(tǒng)高恒壓運(yùn)行。（2）、三臺(tái)水泵根據(jù)恒壓的要求，采取“先開先?！钡脑瓌t接入和退出。（3）、在用水量小的情況下（即不是在消防的情況和增開工頻泵的情況），如果一臺(tái)水泵連續(xù)運(yùn)行超過三小時(shí)，則要切換到下一臺(tái)水泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺(tái)水泵工作時(shí)間過長(zhǎng)。（4）、三臺(tái)水泵在啟動(dòng)的時(shí)候都要具有軟啟動(dòng)的功能。（5）、要求完善的報(bào)警功能。（6）、對(duì)水泵的操作要具有手動(dòng)的功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修的時(shí)候臨時(shí)使用。第二章 PLC控制技術(shù)介紹可編程控制器是60年代末在繼電器系統(tǒng)上發(fā)展起來的，當(dāng)時(shí)稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱PLC。它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)，用面向控制過程、面向用戶的簡(jiǎn)單編程語(yǔ)句，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，是簡(jiǎn)單易懂，操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制器，是當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一?？删幊炭刂破骶哂胸S富的輸入/輸出接口，并具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，但它的產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，其靈活標(biāo)準(zhǔn)的配置能夠適應(yīng)工業(yè)上的各種控制。在實(shí)際應(yīng)用中，其硬件可根據(jù)實(shí)際需要選用配置，其軟件則需要根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)?？删幊踢壿嬁刂破?，采用的是計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，最初主要用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算。隨著微電子技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，以及工業(yè)自動(dòng)化控制愈來愈高的需求，PLC無論在功能上、速度上、智能化模塊以及聯(lián)網(wǎng)通信上，都有很大的提高。現(xiàn)在的PLC已不只是開關(guān)量控制，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了順序控制、邏輯控制的范圍，具備了模擬量控制、過程控制以及遠(yuǎn)程通信等強(qiáng)大功能。第三章 設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件介紹3.1 GX-Developer8簡(jiǎn)介GX Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進(jìn)行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。使用過程：（1）啟動(dòng)編程軟件GX Developer，創(chuàng)建一個(gè)新工程。（2）編寫設(shè)計(jì)好的梯形圖。（3）可以通過菜單欄啟動(dòng)仿真（也可以通過快捷圖標(biāo)啟動(dòng)仿真）（6）啟動(dòng)仿真后，程序開始在電腦上模擬PLC寫入過程。（7）點(diǎn)擊菜單啟動(dòng)一欄中的繼電器內(nèi)存監(jiān)視時(shí)序圖啟動(dòng)，觀察波形圖。并經(jīng)過調(diào)試，得出結(jié)果。3.2Microsoft Visio 2007簡(jiǎn)介Office Visio 2007 便于畫圖人員就復(fù)雜信息、系統(tǒng)和流程進(jìn)行可視化處理、分析和交流。使用具有專業(yè)外觀的 Office Visio 2007 圖表，可以促進(jìn)對(duì)系統(tǒng)和流程的了解，深入了解復(fù)雜信息。使用 Office Visio 2007，可以通過多種圖表，包括業(yè)務(wù)流程圖、 網(wǎng)絡(luò)圖、工作流圖表、數(shù)據(jù)庫(kù)模型和軟件圖表等直觀地記錄、設(shè)計(jì)和完全了解業(yè)務(wù)流程和系統(tǒng)的狀態(tài)。通過使用 Office Visio Professional 2007 將圖表鏈接至基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以提供更完整的畫面，從而使圖表更智能、更有用。 我們首先在紙上手畫出本系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和電氣原理圖，然后就上機(jī)啟動(dòng)Microsoft Visio 2007軟件，畫出圖形，使圖形更為美觀，規(guī)范。第四章 設(shè)計(jì)過程及說明4.1輸入輸出I/O接口表根據(jù)設(shè)計(jì)題目?jī)?nèi)容，提取所需的輸入控制量和輸出量，并列出輸入輸出I/O接口表（如下）。輸入功能輸出功能X100總開關(guān)Y000報(bào)警信號(hào)X001高水位傳感器Y002注水信號(hào)X002低水位傳感器Y005水泵1X004測(cè)壓傳感器Y006水泵2X005手動(dòng)水泵1Y007水泵3X006手動(dòng)水泵2Y010消防用水X007手動(dòng)水泵3Y011減壓閥X003消防信號(hào)Y012生活用水X011消防停止4.2狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖以下是設(shè)計(jì)好的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。含有系統(tǒng)的自動(dòng)控制和手動(dòng)控制模塊；生活用水和消防用水模塊。低水位和高水位檢測(cè)模塊。我們采用并行分支和選擇性分支的設(shè)計(jì)思路。設(shè)計(jì)要求：FX2n系列PLC并行分支的支路數(shù)不超過8條，初始狀態(tài)對(duì)應(yīng)的并行支路不超過十六條。4.3 步進(jìn)梯形圖4.4步進(jìn)指令表4.5電氣原理圖圖中，3臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別為M1、M2、M3；接觸器KM1、KM3、KM5；接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3的變頻運(yùn)行狀態(tài)；FR1、FR2、FR3分別為3臺(tái)電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)熱繼電器； QS2、QS3、QS4分別為3臺(tái)電動(dòng)機(jī)主電路的隔離開關(guān)。根據(jù)輸入輸出分配表連接PLC硬件電路輸入功能輸出功能X100總開關(guān)Y000報(bào)警信號(hào)X001高水位傳感器Y002注水信號(hào)X002低水位傳感器Y005水泵1X004測(cè)壓傳感器Y006水泵2X005手動(dòng)水泵1Y007水泵3X006手動(dòng)水泵2Y010消防用水X007手動(dòng)水泵3Y011減壓閥X003消防信號(hào)Y012生活用水X011消防停止第五章 調(diào)試結(jié)果5.1生活用水工作模式調(diào)試結(jié)果滿足以下要求：1）在用水量小的情況下（即不是在消防的情況和增開工頻泵的情況），如果一臺(tái)水泵連續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，則要切換到下一臺(tái)水泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺(tái)水泵工作時(shí)間過長(zhǎng)。2）當(dāng)水池的水位高于高水位上限時(shí) ，報(bào)警并延時(shí)延時(shí)一段時(shí)間后，由PLC發(fā)出信號(hào)，停止注水；等到水位低于高水位上限時(shí)，過一段時(shí)間后，再打開注水閥YV1繼續(xù)注水。5.2 水泵的手動(dòng)模式調(diào)試結(jié)果滿足以下要求：對(duì)水泵的操作要具有手動(dòng)的功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修的時(shí)候臨時(shí)使用。5.3 消防系統(tǒng)模式調(diào)試結(jié)果滿足一下要求：1）當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，消防用水管路打開，同時(shí)三臺(tái)水泵供水，2）生活用水管路沒有關(guān)閉，生活用水的水壓由減壓閥控制。3）當(dāng)管路中的水壓低于消防用水的高恒壓或水池水位已經(jīng)達(dá)到水池低水位下限時(shí)，關(guān)閉生活用水的管路。4）火災(zāi)結(jié)束后，三臺(tái)水泵改為為生活用水供水。第六章 心得體會(huì)PLC技術(shù)是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的技術(shù)。這次課程設(shè)計(jì)本次課設(shè)的題目是PLC控制的雙恒壓供水水泵站，從題目看來是一個(gè)很有實(shí)際意義的解決城市生活用水的實(shí)例，于是我們就需要將理論課上所學(xué)的知識(shí)靈活運(yùn)用到實(shí)際問題中。使我們體會(huì)到了PLC的實(shí)用性。在理論課上，我們也曾經(jīng)解決過一些相對(duì)于簡(jiǎn)單的PLC設(shè)計(jì)題，但我們完成的只是三部分，一、根據(jù)要求列出輸入輸出表，二、畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，三、編制梯形圖程序。而課程設(shè)計(jì)中，我們需要將梯形圖程序利用GX-Developer8軟件編制出來，而且還要啟動(dòng)監(jiān)控程序，調(diào)出并啟動(dòng)時(shí)序圖檢測(cè)邏輯關(guān)系是否正確。于是，GX-Developer8軟件編程也成為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)較為關(guān)鍵的一步。起初在使用GX-Developer8學(xué)習(xí)編程感覺有些困難，但是，在自己不斷摸索和與同學(xué)交流的過程中也漸漸熟悉起來。這次梯形圖程序有