物業(yè)供水系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計

內(nèi)容摘要現(xiàn)代社會的一個重要標(biāo)志就是高新技術(shù)的普遍應(yīng)用，這里面以自動化控制技術(shù)的應(yīng)用最為重要，如數(shù)控機床等。在我國經(jīng)濟蓬勃發(fā)展的今天，無論是城市社區(qū)，還是新興的新農(nóng)村建設(shè)，發(fā)展都是十分迅速的，對基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也提出了更高的要求，物業(yè)供水系統(tǒng)就是其中的一個重要方面。近十幾年來發(fā)展起來的可編程控制以其可靠性高、邏輯性能強、體積小、可在線修改控制程序、具有遠程通訊聯(lián)網(wǎng)功能、易于與計算機接口、能對模擬量進行控制、具備高速計數(shù)與控制等高性能模塊等的優(yōu)異性能，正日益取代由中間繼電器、時間繼電器等組成的傳統(tǒng)繼電器接觸器控制系統(tǒng)，受到社會的普遍歡迎和廣泛應(yīng)用,在機械、化工、石油、冶金、電力、輕工、電子、紡織、食品、交通等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。此次機電傳動與控制課程設(shè)計就是根據(jù)物業(yè)供水系統(tǒng)的控制要求進行基于可編程控制器的水泵控制系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試。本設(shè)計由西門子S7200系列PLC、四臺水泵、壓力檢測感應(yīng)開關(guān)、各類控制按鈕等組成，控制方式為自動控制和手動控制。自動控制時，壓力檢測裝置將供水系統(tǒng)壓力信號傳給PLC，再由PLC根據(jù)水壓高低情況自動控制四臺水泵的工作狀態(tài)；手動控制時，可以單獨控制各臺水泵的工作狀態(tài)。關(guān)鍵詞物業(yè)供水；壓力檢測；可編程控制器PLC目錄第1章概述111設(shè)計背景與PLC簡介112控制要求與說明2第2章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計321供水系統(tǒng)主電路設(shè)計322PLC類型選擇323I/O地址分配表與接線圖424控制流程圖625控制程序分析726控制程序梯形圖837控制程序語句表13結(jié)論18設(shè)計總結(jié)19謝辭20參考文獻21第1章概述11設(shè)計背景與PLC簡介隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，作為城市重要組成單元之一的社區(qū)正在如火如荼地進行各種硬件設(shè)施的完善和更新，新興的新農(nóng)村建設(shè)更是如此。其中，物業(yè)供水系統(tǒng)是關(guān)乎民生的一大問題。水是人類生活、生產(chǎn)中不可缺少的重要物質(zhì)，在建設(shè)節(jié)約型社會的今天，我國長期以來在市政供水、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，自動化程度普遍較低。物業(yè)供水系統(tǒng)密切關(guān)乎社區(qū)居民的切身利益，其可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性直接影響到社區(qū)住戶的正常生活，也直接體現(xiàn)了社區(qū)物業(yè)管理水平的高低。而PLC由于其簡單易懂、控制靈活、安裝維護方便的優(yōu)點，受到社會的普遍歡迎和廣泛應(yīng)用，在機械、化工、石油、冶金、電力、輕工、電子、紡織、食品、交通等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。本課程設(shè)計就是在這種背景下設(shè)計的，其內(nèi)容是根據(jù)物業(yè)供水系統(tǒng)的控制要求進行基于可編程控制器的水泵控制系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試。繼電器接觸器控制系統(tǒng)雖有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機械觸點，使得設(shè)備連線復(fù)雜，且觸點時開時閉時容易受電弧的損害，壽命短，系統(tǒng)可靠性差?？删幊绦蚩刂破鱌ROGRAMMABLECONTROLLER是在繼電器順序控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以微處理為核心的通用工業(yè)自動化控制裝置，簡稱PC，但為了與個人計算機（PERSONALCOMPUTER）的簡稱PC相區(qū)別，一般將它簡稱為PLC。它采用可編程序的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、制藥、電力、機械制造、汽車、批量控制、裝卸、造紙/紙漿、食品/糧食加工、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)?？删幊绦蚩刂破骶哂幸韵绿攸c1、編程簡單，使用方便；2、控制靈活，程序可變，具有很好的柔性；3、功能強、擴充方便；4、系統(tǒng)設(shè)計周期短，安裝容易，維護方便；5、可靠性高、抗干擾能力強；6、體積小、質(zhì)量小、耗能低、是“機電一體化”特有的產(chǎn)品；7、兼容性差。PLC總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能、信息化、軟PLC、標(biāo)準(zhǔn)化、與現(xiàn)場總線技術(shù)緊密結(jié)合等方向發(fā)展，其價格會越來越低，而其功能會越來越強大。本設(shè)計所用的可編程序控制器是西門子公司生產(chǎn)的S7200系列PLC。S7200系列PLC的許多功能達到了中、大型PLC的水平，而價格卻和小型PLC接近，它具有多種功能模塊和人機界面（HMI）可供選擇，便于系統(tǒng)的集成，并很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)；此外，它還具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得S7200系列PLC在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計時更加簡單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)。12控制要求與說明本次課程設(shè)計的設(shè)計內(nèi)容是根據(jù)物業(yè)供水系統(tǒng)的控制要求進行基于可編程控制器的水泵控制系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試。該物業(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。具體控制要求如下（1）系統(tǒng)有手動控制和自動控制兩種控制方式。自動工作時，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。（2）各水泵工作時，均應(yīng)有工作狀態(tài)顯示。（3）手動工作時，要求4臺水泵可分別獨立操作（分設(shè)啟動和停止開關(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）。（4）設(shè)置“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）。由上述控制要求可以知道，本設(shè)計中，控制方式有自動控制和手動控制兩種，由自動/手動切換開關(guān)選擇確定；手動運行時，每臺水泵分別設(shè)有啟動和停止按鈕，以隨時實現(xiàn)對單臺水泵的通、斷電控制；自動運行時，由自動運行控制開關(guān)控制自動工作的啟動或停止，自動工作時又由壓力檢測開關(guān)檢測管道內(nèi)的水壓，從而控制供水系統(tǒng)增加或撤除水泵等。整個系統(tǒng)有四個水泵輸出和工作狀態(tài)指示燈輸出。需要特別說明的是，設(shè)計中，為了達到“撤除水泵時，先工作的水泵先切斷；增設(shè)水泵時，未曾工作過的水泵增加投入運行”的控制要求，我們假定自動工作時水泵的啟動和停止按照水泵1、水泵2、水泵3、水泵4的順序循環(huán)進行。此外，由于供水系統(tǒng)的壓力高低不斷在變化，所以在程序中，要把水泵運行情況的各種可能性都羅列出來，自動工作時系統(tǒng)會匹配羅列出來的情況，從而增設(shè)或撤除水泵。例如，只有水泵4在工作，且水壓偏低時，根據(jù)設(shè)計的程序，此時水泵1投入運行。第2章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計21供水系統(tǒng)主電路設(shè)計由設(shè)計內(nèi)容和要求可知，本設(shè)計需要用到四臺水泵（以四臺電動機代表），主電路采用熔斷器作為短路保護，用接觸器作為欠壓和零壓保護，用熱繼電器作為過載保護。供水系統(tǒng)主電路如圖21所示，圖中M為三相異步交流電動機，F(xiàn)U為熔斷器，QS為轉(zhuǎn)換開關(guān)，KM為接觸器主觸點，F(xiàn)R為熱繼電器。22PLC類型選擇可編程控制器用于對外部設(shè)備進行控制時，外部信號的輸入、PLC運算結(jié)果的輸出都要通過PLC輸入/輸出端子來進行接線。S7200系列PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226、CPU226XP等型號，各類型的CPU有不同的輸入/輸出接口數(shù)量，而且可拓展的模塊數(shù)量也不盡相同。本設(shè)計中，控制方式由自動/手動切換開關(guān)選擇，手動運行時，每臺水泵分別有啟動和停止按鈕；自動運行時，有自動運行控制開關(guān)和壓力檢測開關(guān)等。整個系統(tǒng)還有四個水泵輸出和工作狀態(tài)指示燈輸出。分析可知，該系統(tǒng)中共有13個輸入和8個輸出，故選用具有14DI/10DO的CPU224。23I/O地址分配表與接線圖根據(jù)22中對輸入、輸出信號的分析，繪制出I/O地址分配表及接線圖分別如表21和圖22所示。表21I/O地址分配表控制信號信號名稱元件名稱元件符號地址編碼自動/手動切換信號轉(zhuǎn)換開關(guān)QS1I00泵1手動啟動信號常開按鈕SB1I01泵1手動停止信號常開按鈕SB2I02泵2手動啟動信號常開按鈕SB3I03泵2手動停止信號常開按鈕SB4I04泵3手動啟動信號常開按鈕SB5I05泵3手動停止信號常開按鈕SB6I06泵4手動啟動信號常開按鈕SB7I07泵4手動停止信號常開按鈕SB8I10自動運行控制信號轉(zhuǎn)換開關(guān)QS2I11低壓檢測信號低壓檢測開關(guān)K1I12常壓檢測信號常壓檢測開關(guān)K2I13輸入信號高壓檢測信號高壓檢測開關(guān)K3I14泵1驅(qū)動信號接觸器KM1Q00泵2驅(qū)動信號接觸器KM2Q01泵3驅(qū)動信號接觸器KM3Q02泵4驅(qū)動信號接觸器KM4Q03泵1工作狀態(tài)指示信號指示燈L1Q04泵1工作狀態(tài)指示信號指示燈L2Q05泵1工作狀態(tài)指示信號指示燈L3Q06輸出信號泵1工作狀態(tài)指示信號指示燈L4Q0724控制流程圖該系統(tǒng)控制方式有手動和自動兩種，故控制系統(tǒng)主要分兩部分，一部分是手動控制模塊，一部分是自動控制模塊。根據(jù)控制要求，繪制出控制流程圖如圖23所示。25控制程序分析本設(shè)計中，控制方式有自動控制和手動控制兩種，由自動/手動切換開關(guān)選擇確定；手動運行時，每臺水泵分別設(shè)有啟動和停止按鈕，以隨時實現(xiàn)對單臺水泵的通、斷電控制；自動運行時，由自動運行控制開關(guān)控制自動工作的啟動或停止，自動工作時又由壓力檢測開關(guān)檢測管道內(nèi)的水壓，從而控制供水系統(tǒng)增加或撤除水泵等。整個系統(tǒng)有四個水泵輸出和工作狀態(tài)指示燈輸出?？刂瞥绦蚓唧w分析如下系統(tǒng)接通時，首先判斷自動/手動切換開關(guān)I00的狀態(tài)，自然狀態(tài)下，開關(guān)狀態(tài)為OFF，則程序自動跳轉(zhuǎn)到自動模塊執(zhí)行，手動模塊因為被跳過去而不再執(zhí)行；此外，自動模塊還設(shè)有自動運行控制開關(guān)，來控制自動工作的啟動或停止。當(dāng)開關(guān)狀態(tài)為ON時，程序按梯形圖順序執(zhí)行手動模塊。手動模塊當(dāng)進入手動模塊后，I01是水泵1的手動啟動按鈕，I02是水泵1的手動停止按鈕，I03是水泵2的手動啟動按鈕，I04是水泵2的手動停止按鈕，I05是水泵3的手動啟動按鈕，I06是水泵3的手動停止按鈕，I07是水泵4的手動啟動按鈕，I10是水泵4的手動啟動按鈕。通過以上控制按鈕，可以隨時對單臺水泵進行通斷電控制，而互不影響。自動模塊自動模塊設(shè)有自動運行控制開關(guān)I11。當(dāng)進入自動模塊后，系統(tǒng)根據(jù)I11的狀態(tài)（ON表示運行，OFF表示停止）動作。自動運行啟動時，系統(tǒng)首先判斷四臺水泵的運行狀態(tài)，如四臺水泵都沒有工作，則系統(tǒng)自動將自動讓水泵1通電工作，然后通過壓力檢測裝置判斷水壓的高低。水壓低于正常水壓時，壓力檢測開關(guān)I12接通，定時器T37開始計時，30秒后未曾工作的水泵按設(shè)定順序投入運行；水壓高于正常水壓時，壓力檢測開關(guān)I14接通，定時器T38開始計時，30秒后最先工作的水泵停止運行；水壓正常時，壓力檢測開關(guān)I13接通，兩個定時器都不工作，系統(tǒng)維持該運行狀態(tài)，直到水壓改變。前面概述中已經(jīng)闡述過，為了滿足“撤除水泵時，先工作的水泵先切斷；增設(shè)水泵時，未曾工作過的水泵增加投入運行”的控制要求，本設(shè)計采用的是四臺水泵按水泵1、水泵2、水泵3、水泵4、水泵1、水泵2的順序循環(huán)啟動或停止。輸出模塊輸出模塊是手動工作和自動工作時水泵最終運行狀態(tài)的體現(xiàn)，其中M00是水泵1的運行標(biāo)志，Q04為水泵1的工作指示燈信號；M01是水泵2的運行標(biāo)志，Q05為水泵2的工作指示燈信號；M02是水泵3的運行標(biāo)志，Q06為水泵3的工作指示燈信號；M03是水泵4的運行標(biāo)志，Q07為水泵4的工作指示燈信號。26控制程序梯形圖27控制程序語句表NETWORK1LDNI00JMP1NETWORK2LDI01OM00ANI02AI00M00NETWORK3LDI03OM01ANI04AI00M01NETWORK4LDI05OM02ANI06AI00M02NETWORK5LDI07OM03ANI10AI00M03NETWORK6LBL1NETWORK7LDI11ANI00M11NETWORK8LDM11ANM00ANM01ANM02ANM03SM00,1NETWORK9LDI12AM11ANI13ANT37TONT37,300NETWORK10LDT37LPSAM00ANM01ANM02ANM03SM01,1LRDANM00AM01ANM02ANM03SM02,1LRDANM00ANM01AM02ANM03SM03,1LRDANM00ANM01ANM02AM03SM00,1LRDAM00AM01ANM02ANM03SM02,1LRDANM00AM01AM02ANM03SM03,1LRDANM00ANM01AM02AM03SM00,1LRDAM00ANM01ANM02AM03SM01,1LRDAM00AM01AM02ANM03SM03,1SM04,1LRDANM00AM01AM02AM03SM00,1SM05,1LRDAM00ANM01AM02AM03SM01,1SM06,1LRDAM00AM01ANM02AM03SM02,1SM07,1LPPAM00AM01AM02AM03JMP2NETWORK11LDI14AM11ANI13ANT38TONT38,300NETWORK12LDT38LPSAM00ANM01ANM02ANM03JMP2LRDANM00AM01ANM02ANM03JMP2LRDANM00ANM01AM02ANM03JMP2LRDANM00ANM01ANM02AM03JMP2LRDAM00AM01ANM02ANM03RM00,1LRDANM00AM01AM02ANM03RM01,1LRDANM00ANM01AM02AM03RM02,1LRDAM00ANM01ANM02AM03RM03,1LRDAM00AM01AM02ANM03RM00,1LRDANM00AM01AM02AM03RM01,1LRDAM00ANM01AM02AM03RM02,1LRDAM00AM01ANM02AM03RM03,1LRDAM00AM01AM02AM03AM04RM00,1RM04,1LRDAM00AM01AM02AM03AM05RM01,1RM05,1LRDAM00AM01AM02AM03AM06RM02,1RM06,1LPPAM00AM01AM02AM03AM07RM03,1RM07,1NETWORK13LBL2NETWORK14LDM00Q00Q04NETWORK15LDM01Q01Q05NETWORK16LDM02Q02Q01NETWORK17LDM03Q03Q07結(jié)論通過對所設(shè)計程序的調(diào)試發(fā)現(xiàn)，該程序可以滿足設(shè)計要求，實現(xiàn)對物業(yè)供水系統(tǒng)的手動和自動控制，適于在城市各物業(yè)小區(qū)和新農(nóng)村居民樓進行實際應(yīng)用推廣，具有很大的經(jīng)濟價值和發(fā)展前景。雖然所設(shè)計的程序能滿足控制要求，但在程序設(shè)計過程中，發(fā)現(xiàn)該程序還是存在一定的不足之處的。遺憾的是，由于個人時間和能力有限，并沒有在最終設(shè)計的程序中得到有效解決。這一不足之處就是無法實現(xiàn)手動工作和自動工作的隨時切換。分析程序梯形圖可知，當(dāng)手動工作時，四臺水泵可單獨控制啟動和停止。假如此時有水泵工作，若轉(zhuǎn)為自動工作，則所有正在工作的水泵必須先停止，然后轉(zhuǎn)入自動控制模塊，按順序啟動或停止水泵。同樣，自動工作向手動工作切換，也存在不少問題，在這里就不詳細說明了。課程設(shè)計雖然結(jié)束了，但以上不足之處仍會激勵我在課余時間繼續(xù)鉆研。設(shè)計總結(jié)為期兩周的機電傳動與控制課程設(shè)計就這樣以這篇課程設(shè)計說明書悄無聲息地宣告結(jié)束了課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。這次物業(yè)供水系統(tǒng)水泵控制程序的設(shè)計和調(diào)試是在我們學(xué)完機電傳動與控制理論課程后，進行的一項應(yīng)用可編程控制器解決實際問題的實踐訓(xùn)練。兩周的課程設(shè)計時間雖然不是很長，但通過設(shè)計過程中自己的努力和同學(xué)、老師的幫助，還是學(xué)到了很多東西。課程設(shè)計之初，剛拿到設(shè)計課題和任務(wù)書的我感到無從下手，后來經(jīng)過自己對課程理論知識的進一步復(fù)習(xí)及查閱相關(guān)資料，同時得到了王老師的細心指導(dǎo)和同學(xué)們的熱情幫助，才較順利的完成了此次的課程設(shè)計。通過這次課程設(shè)計，我對西門子S7200系列PLC有了深入的理解和一定的編程和實際應(yīng)用能力。課本上的知識是機械的、表面的。這次課程設(shè)計使我充分意識到只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)理論知識與實踐結(jié)合起來，才能將知識根植于內(nèi)心。通過上機運行調(diào)試，對PLC的工作原理有了更加深刻的認識，也提高了自己的動手操作能力和獨立思考能力。解決實際問題的能力得到了大大的提高，為以后學(xué)習(xí)和工作奠定了一定的基礎(chǔ)。PLC的指令和功能是強大的，課程設(shè)計也只是提供給我一個深入學(xué)習(xí)的入口，還有更多的東西等待我自己去努力學(xué)習(xí)總的來說，此次課程設(shè)計中自己的收獲還是挺大的。通過本次課程設(shè)計，首先我不僅復(fù)習(xí)、鞏固和驗證了自己所學(xué)的PLC相關(guān)理論知識，而且也初步培養(yǎng)了自己在PLC相關(guān)課程設(shè)計中的基本操作技能與設(shè)計能力以及將課堂上所學(xué)的理論知識運用于實踐中的能力；其次設(shè)計過程中所遇到的問題，讓自己清楚地認識到前期所學(xué)知識中沒徹底理解和掌握的部分，警示了自己今后加強理論知識學(xué)習(xí)的方向；再次，這次課程設(shè)計讓我學(xué)會了如何更好的和老師、同學(xué)交流，探討問題，共同學(xué)習(xí)，相互幫助；最后，也是最重要的，這次課程設(shè)計讓我學(xué)會了PLC基本的設(shè)計思路及設(shè)計理念，更好地培養(yǎng)了自己認真思考問題、分析問題、解決問題的能力以及對待