基于PLC控制的生活給水泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于PLC控制的生活給水泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)[摘要]本文介紹了以可編程邏輯控制器為核心的控制系統(tǒng)，并對其工作原理、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行重點(diǎn)闡述，從而對傳統(tǒng)的城市供水系統(tǒng)進(jìn)行改造，可以有效的解決以前系統(tǒng)故障率高、可靠性差、能源浪費(fèi)嚴(yán)重等一系列問題。同時(shí)，系統(tǒng)具有自動和手動兩種控制方式，便于對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)修理，提高效率，實(shí)現(xiàn)自動化供水。引言………………………(3)1可編程序控制器〔PLC〕的概述…………(4)1.1PLC的定義……………………(4)1.2PLC的產(chǎn)生及開展趨勢………………………(4)1.2.1PLC的產(chǎn)生……………………(1.2.2PLC的開展趨勢……………(1.3PLC的特點(diǎn)……………………(4)1.4PLC的一般組成和根本工作原理………………(5)1.4.1PLC的一般組成…………(1.4.2PLC的根本工作原理……………(1.5PLC的應(yīng)用設(shè)計(jì)步驟…………………(5)1.6松下電工可編程序控制器產(chǎn)品---FP1-C40簡介…………………(6)1.7FPWIN-GR軟件介紹…………………(6)2系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案…………………(7)2.1設(shè)計(jì)思路……………〔7〕2.2系統(tǒng)構(gòu)成框圖…………………………(7)2.3系統(tǒng)工作原理…………………………(8)3硬件局部設(shè)計(jì)…………………〔8〕3.1水泵主電路…………………………〔8〕3.1.1水泵起動方式的選取……3.1.2器件型號的選取3.2水泵的控制回路設(shè)計(jì)………………〔11〕3.2.1手動控制3.2.2自動控制3.3水位控制器的介紹……………………(14)4軟件設(shè)計(jì)………………(15)4.1程序流程圖……………(15)4.2順序功能圖SFC的設(shè)計(jì)及分析………………………(16)4.3符號梯形圖設(shè)計(jì)………………………(18)4.4系統(tǒng)語句表……………(19)5結(jié)束語………………〔19〕致謝……………………〔20〕參考文獻(xiàn)………………〔20〕附錄A外文原文……………………〔21〕附錄B外文翻譯……………………〔25〕附圖………………………〔28〕附錄C程序清單…………………………〔29〕引言現(xiàn)代建筑的生活給水系統(tǒng)是整個(gè)建筑必不可少的重要組成局部，目前的供水方式[1]主要有二種(1)水池—水泵〔恒壓變頻或氣壓罐〕—管網(wǎng)系統(tǒng)—用水點(diǎn)對于一、二層是商業(yè)群房，群房上建有多幢住宅的建筑，目前較多采用此種供水方案。一般設(shè)計(jì)有地下生活水池一座，集中恒壓變頻供水，不設(shè)屋頂水箱，最不利用水點(diǎn)是頂層住宅。主水泵一般有三臺，二開一備自動切換，副泵為一小流量泵，夜間用水量小時(shí)主泵自動切換到付泵，以維持系統(tǒng)壓力根本不變〔氣壓罐一般不用于生活用水〕。氣壓罐的主要缺點(diǎn)是氣壓罐調(diào)節(jié)容積小，存在不能滿足消防貯水的問題，一般作為消防給水系統(tǒng)中的經(jīng)常性增壓設(shè)備，對于高層建筑生活給水一般用于少數(shù)樓層水壓缺乏時(shí)的增壓。(2)水池—水泵—高位水箱—用水點(diǎn)單幢次高層和高層建筑的高壓供水區(qū)較多采用該種方案。一般也需要設(shè)計(jì)有一座地下水池，通過兩臺水泵〔一用一備〕抽水送至高水箱，再由高位水箱向下供水至各用水點(diǎn)。第一種方式從理論上說恒壓變頻供水是較為理想和先進(jìn)的。首先它保證出水壓力不變，根據(jù)用水量大小進(jìn)行變頻供水，既節(jié)約電能，又保證水泵軟啟動〔對電網(wǎng)電壓沖擊不大〕，延長了水泵壽命。但是在實(shí)際使用中卻遇到了許多問題，給工作帶來了麻煩，公司社會效益直接受到影響，例如水泵在自動切換時(shí)〔卸載或加載時(shí)〕水泵供水會出現(xiàn)短暫的低壓，特別是電腦判斷有故障需跳過故障泵運(yùn)行時(shí)時(shí)間會更長，直接受害者就是頂層住戶。一旦壓力減低他們就無水，當(dāng)跳過故障泵啟動備用泵時(shí)壓力又增大，所以頂層住戶怨聲不斷。如果變頻控制柜出故障，一般的電工無法處理，需要廠家專業(yè)技術(shù)人員來解決，造成設(shè)備不能及時(shí)維修，供水無法保證。雖然設(shè)備房管理簡單了，但住戶用水缺乏保障，社會效益受到影響。變頻調(diào)速水泵不能滿足消防貯水量，存在小流量和零流量供水問題，同時(shí)變頻控制股價(jià)格較高。第二種方式是較成熟的水泵、水箱供水方式。水泵控制柜采用最簡單的電器元器件，如出現(xiàn)故障，普通的電工就能維修，而且元器件的費(fèi)用也低。再加上有高位水箱，不會造成一停電就停水，供水保障率高。具有穩(wěn)壓[2]作用，使冷熱水系統(tǒng)水壓保持平衡，方便洗浴。由于以上諸多原因，目前絕大多數(shù)高層建筑采用高位水箱給水方式，盡管高位水箱存在增加建筑荷載和防止生活用水受到二次污染的問題。設(shè)置高位水箱給水方式對生活水泵的一般控制要求為：〔1〕在地下水池與高位水箱中均設(shè)置水位控制器[3]，由兩處的水位控制器控制水泵的自動運(yùn)行。當(dāng)高位水箱水位升至高水位時(shí)，自動關(guān)閉水泵。生活水泵同時(shí)應(yīng)受地下水池水位的制約，當(dāng)?shù)叵滤厮惶幱诘退粫r(shí)，為了防止水泵的空轉(zhuǎn)運(yùn)行，無論高位水箱的水位如何，生活水泵都不能起動?！?〕為了保障供水可靠性，生活水泵分為工作泵和備用泵，工作泵發(fā)生故障時(shí)，備用泵應(yīng)能自動投入使用?！?〕為了防止一臺泵長時(shí)間運(yùn)行，需設(shè)定運(yùn)行時(shí)間。當(dāng)時(shí)間到時(shí)，自動切換到下一臺泵，以防止泵長時(shí)間不用而銹死〔4〕要有完善的保護(hù)功能〔5〕為了檢修和應(yīng)急，應(yīng)有手動控制功能。1可編程序控制器〔PLC〕的概述1.1PLC的定義1987年2月[4]，國際電工委員會〔IEC〕對可編程序控制器的定義是：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程序的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入/輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充功能的原那么設(shè)計(jì)。1.2PLC的產(chǎn)生及開展趨勢1.在PLC出現(xiàn)之前[5]，生產(chǎn)線的控制多采用繼電接觸器控制系統(tǒng)。所謂繼電接觸器控制系統(tǒng)是指，由各種自動控制電器組成的電器控制線路。其特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)，能在一定范圍內(nèi)滿足單機(jī)和自動生產(chǎn)線的需要。但是它有明顯的缺點(diǎn)，主要表達(dá)在觸點(diǎn)繁多，組合復(fù)雜，因而可靠性差。此外，它是采用固定接線的專用裝置，靈活性差，不能滿足程序經(jīng)常改變、控制要求比擬復(fù)雜的場合。因此，它制約了日新月異的工業(yè)開展。于是人們尋求研制一種新型的通用控制設(shè)備，取代原有的繼電接觸器控制系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代末期，美國汽車制造工業(yè)競爭劇烈，為了使汽車型號不斷翻新，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，1968年美國通用汽車公司〔GM〕提出研制PLC的根本設(shè)想。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司〔DEC〕根據(jù)上述要求研制出了世界上第一臺PLC。自第一臺PLC誕生以來，它的開展經(jīng)歷了五個(gè)重要時(shí)期。1.PLC問世以來，一直備受各國的關(guān)注：1971年日本引入PLC技術(shù)；1973年德國引入PLC技術(shù)；我國于1973年開始研制PLC。目前世界上百家的PLC制造廠中，仍然是美、日、德三國占有舉足輕重的地位。近年來我國的PLC生產(chǎn)有了長足的開展，國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家已到達(dá)一定規(guī)模，但與世界水平相比，我國的PLC研制開發(fā)和生產(chǎn)還比擬落后。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的開展，今后PLC將會朝著兩個(gè)方向〔方便靈活和小型化；高功能和大型化〕開展。1.3PLC的特點(diǎn)〔1〕抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好PLC在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮?！?〕控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)?！?〕編程方便，易于使用PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識的人員都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會?！?〕功能完善PLC的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量的輸入/輸出。在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算機(jī)、主控繼電器以及移位存放器、中間存放器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比擬、跳轉(zhuǎn)、和強(qiáng)制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印、及報(bào)表生成等功能?！?〕設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短用繼電接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行?！?〕體積小，維護(hù)操作方便PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場總線信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)?！?〕易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化PLC可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?！?〕可實(shí)現(xiàn)三電一體化PLC將電控〔邏輯控制〕、電儀〔過程控制〕和電結(jié)〔運(yùn)動控制〕這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。1.4PLC的一般組成和根本工作原理1.4.目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計(jì)算機(jī)，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似。一般地PLC主要由中央處理單元〔CPU〕、存儲器〔RAM和ROM〕、輸入輸出接口〔I/O〕電路、電源及其他可選組件構(gòu)成。前三大局部是PLC完成各種控制任務(wù)所必需的，一般稱為PLC的根本組成局部，其它可選組件包括編程器、外存儲器、I/O模塊及通信接口等。1.當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。如下列圖1-1所示圖1-1PLC的工作過程1.5PLC的應(yīng)用設(shè)計(jì)步驟PLC控制系統(tǒng)是以程序形式來表達(dá)其控制功能的，大量的工作時(shí)間將用在軟件設(shè)計(jì)，即程序設(shè)計(jì)上。PLC程序設(shè)計(jì)可遵循以下六步進(jìn)行：〔1〕確定被控系統(tǒng)必須完成的動作及完成這些動作的順序?！?〕分配輸入輸出設(shè)備即確定哪些外圍設(shè)備是送信號到PLC，哪些外圍設(shè)備是接受來自PLC信號的。并將PLC的輸入輸出口與之進(jìn)行分配?！?〕設(shè)計(jì)PLC程序畫出梯形圖。梯形圖表達(dá)了按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關(guān)系?！?〕實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)對PLC的梯形圖的直接編程?！?〕對程序進(jìn)行調(diào)試〔模擬和現(xiàn)場〕?！?〕保存已完成的程序。顯然，在建立一個(gè)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，必須首先把系統(tǒng)需要的輸入，輸出數(shù)量確定下來，然后按需要確定各種控制動作的順序和各個(gè)控制裝置彼此之間的相互關(guān)系。確定控制上的相互關(guān)系之后，即可進(jìn)行編程的第二步---分配輸入輸出設(shè)備。在分配了PLC的輸入輸出點(diǎn)[6]，內(nèi)部輔助繼電器，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器之后，就可以設(shè)計(jì)PLC程序畫出梯形圖。在畫梯形圖時(shí)要注意每個(gè)從左邊開始的邏輯行必須終止于一個(gè)繼電器線圈或定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，與實(shí)際的電路圖不一樣。梯形圖畫好后便用編程軟件直接把梯形圖輸入計(jì)算機(jī)并下裝到PLC進(jìn)行模擬調(diào)試，修改直至符合控制要求，這便是程序設(shè)計(jì)的整個(gè)過程。1.6松下電工可編程序控制器產(chǎn)品---FP1-C40簡介在松下電工公司生產(chǎn)的FP系列產(chǎn)品中，F(xiàn)P1屬于小型PLC產(chǎn)品。從型號可以看出FP1-C40可編程控制器的輸入和輸出點(diǎn)數(shù)〔即I/O點(diǎn)〕之和為40FP1-C40的主要組成局部如下：(1)RS232該口能于PC機(jī)通信編程，也可連接其他外圍設(shè)備。(2)工作方式選擇開關(guān)工作方式選擇開關(guān)共有3個(gè)工作方式檔位，即“RUN〞，“REMOTE〞和“PROG〞。當(dāng)開關(guān)扳到“RUN〞這個(gè)檔位時(shí)，控制單元運(yùn)行程序；在“REMOTE〞工作方式下，可以使用編程工具改變可編程控制器的工作方式為“RUN〞或“PROG〞工作方式；在“PROG〞方式下可以編輯程序。假設(shè)在“RUN〞工作方式下編輯程序，那么按出錯(cuò)對待?？删幊炭刂破鼬Q響報(bào)警，提示編程者將方式選擇開關(guān)切換至“PROG〞工作方式。〔3〕輸出端子C40形的輸出端子有16點(diǎn)。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板?！?〕直流電源輸出端子在FP1系列主機(jī)內(nèi)部均配有一個(gè)供輸入端使用的24V直流電源?！?〕輸入端子C40型的輸入端子有24點(diǎn)。輸入電壓范圍為直流12～24V。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板?！?〕編程工具連接插座〔RS422口〕可用此插座經(jīng)專用外設(shè)電纜連接編程工具?！?〕I/O點(diǎn)狀態(tài)指示燈和擴(kuò)展單元接口插座用來指示輸入/輸出的通斷狀態(tài)，當(dāng)某個(gè)輸入觸點(diǎn)閉合時(shí)，對應(yīng)于這個(gè)觸點(diǎn)編號的輸入指示發(fā)光二極管點(diǎn)亮〔下一排〕；當(dāng)某個(gè)輸出繼電器接通時(shí)，對應(yīng)這個(gè)輸出繼電器編號的輸出指示發(fā)光二極管點(diǎn)亮〔上一排〕。擴(kuò)展單元接口插座用于連接FP1擴(kuò)展單元及A/D、D/A轉(zhuǎn)換單元、鏈接單元。1.7FPWIN-GR軟件介紹松下電工公司開發(fā)的PLC編程軟件FPWIN-GR可支持所有的松下電工公司的PLC產(chǎn)品。它具有符號梯形圖、布爾梯形圖和布爾非梯形圖三種編程方法，以及程序注釋、調(diào)試、監(jiān)控和打印等功能。FPWIN-GR的界面如下列圖1-2所示圖1-2FPWIN-GR的界面2系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案2.1設(shè)計(jì)思路本文針對水池—水泵—高位水箱—用水點(diǎn)的供水方式，以前采用人工進(jìn)行高位水箱的水位控制，由于不可能每時(shí)每刻對水位進(jìn)行準(zhǔn)確的定位監(jiān)測，并且?guī)в泻艽蟮闹饔^性，所以很難準(zhǔn)確控制水泵電機(jī)的起停。為了實(shí)現(xiàn)供水的自動控制，一般選用以單片機(jī)或PLC為核心，這樣所構(gòu)成的系統(tǒng)都能到達(dá)較為理想的控制效果。對PLC與單片機(jī)在供水系統(tǒng)中應(yīng)用的一些主要方面做了簡單的比擬如下表所示：表2-1PLC與單片機(jī)在供水系統(tǒng)中應(yīng)用的比擬硬件軟件抗干擾能力經(jīng)濟(jì)本錢單片機(jī)電路相對復(fù)雜需要有較多的外圍元件程序設(shè)計(jì)復(fù)雜程序修改麻煩較差低ＰＬＣ體積小、高集成有多種擴(kuò)展模塊編程簡潔直觀程序修改簡單很強(qiáng)高通過上表的比擬，從經(jīng)濟(jì)方面考慮，由于PLC工藝的日漸成熟，小型PLC的本錢與單片機(jī)相差不大，為了實(shí)現(xiàn)通用性，要求能夠根據(jù)現(xiàn)場的使用情況方便的修改、調(diào)整系統(tǒng)控制參數(shù)，對于供水系統(tǒng)來說，時(shí)間參數(shù)變化較多，與單片機(jī)相比PLC的軟件中時(shí)間參數(shù)的調(diào)整更簡單。基于以上原因，選用PLC來實(shí)現(xiàn)對高樓供水，使軟件程序的設(shè)計(jì)簡單化，硬件接口簡易可行、提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，特別是整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力很強(qiáng)，不僅改變傳統(tǒng)用閥門控制水量的多少，也改善了傳統(tǒng)控制方法的故障率較高的弱點(diǎn)，而且在節(jié)能、恒壓控制等方面均有非常好的使用效果。本系統(tǒng)通過三臺水泵〔二用一備〕工作，以其中1臺水泵作為備用泵，另外2臺水泵在正常情況下自動輪換工作，如果其中一臺工作泵發(fā)生故障，不但能發(fā)出故障報(bào)警而且備用泵自動投入工作。為了防止電機(jī)長期不用生銹，3臺互為備用泵，使得它們壽命均等，延長了水泵壽命。他們的關(guān)系如下表所示：表2-23臺泵的關(guān)系表3號備用1號首先起開工作2號后工作1號備用2號首先起開工作3號后工作2號備用3號首先起開工作1號后工作2.2系統(tǒng)構(gòu)成框圖生活給水泵系統(tǒng)主要由供水局部，水位控制局部，電氣控制局部構(gòu)成.它們之間的連接圖如圖2-1所示圖2-1系統(tǒng)連接框圖2.3系統(tǒng)工作原理當(dāng)系統(tǒng)處于自開工作狀態(tài)時(shí)〔1〕中選用3號水泵為備用，那么1號泵先起動、正常工作一段時(shí)間后2號泵起動、工作，如此輪換。倘假設(shè)1號泵出現(xiàn)故障，那么3號泵自動投入工作，并與2號泵自動輪換工作，同時(shí)發(fā)出電機(jī)故障報(bào)警，通知維修人員；倘假設(shè)2號泵出現(xiàn)故障，那么3號泵自動投入工作，并與1號泵自動輪換工作，同時(shí)發(fā)出電機(jī)故障報(bào)警，通知維修人員?！?〕中選用1號水泵為備用，那么2號泵先起動、正常工作一段時(shí)間后3號泵起動、工作，如此輪換。倘假設(shè)2號泵出現(xiàn)故障，那么1號泵自動投入工作，并與3號泵自動輪換工作，同時(shí)發(fā)出電機(jī)故障報(bào)警，通知維修人員；倘假設(shè)3號泵出現(xiàn)故障，那么1號泵自動投入工作，并與2號泵自動輪換工作，同時(shí)發(fā)出電機(jī)故障報(bào)警，通知維修人員?！?〕中選用2號水泵為備用，那么1號泵先起動、正常工作一段時(shí)間后3號泵起動、工作，如此輪換。倘假設(shè)1號泵出現(xiàn)故障，那么2號泵自動投入工作，并與3號泵自動輪換工作，同時(shí)發(fā)出電機(jī)故障報(bào)警，通知維修人員；倘假設(shè)3號泵出現(xiàn)故障，那么2號泵自動投入工作，并與1號泵自動輪換工作，同時(shí)發(fā)出電機(jī)故障報(bào)警，通知維修人員?！?〕水泵的起動受屋頂水箱下限位的控制，只有水位到達(dá)下限位的時(shí)候水泵電機(jī)才起動?！?〕水泵的停止受屋頂水箱的上限位控制，當(dāng)水位到達(dá)上限位的時(shí)候水泵電機(jī)自動停止，〔6〕地下水池水位到達(dá)下限位時(shí)，為了防止水泵的空轉(zhuǎn)運(yùn)行，無論屋頂水箱的水位如何，生活水泵都不能起動。當(dāng)系統(tǒng)處于手開工作狀態(tài)時(shí)按下選擇開關(guān)〔SA1，SA2，SA3〕三個(gè)中的其中一個(gè)，就可以啟動任何一臺水泵電機(jī)了，如果需要停止水泵的話只要切斷開關(guān)即可。3硬件局部設(shè)計(jì)3.1水泵主電路圖3-1生活水泵主電路圖圖中1M、2M、3M為水泵電動機(jī)，每臺電動機(jī)用3個(gè)接觸器分別控制電源〔KM3，KM6，KM9〕、星型起動〔KM1，KM4，KM4〕和三角形〔KM2，KM5，KM8〕運(yùn)行。3個(gè)電機(jī)均設(shè)有過載保護(hù)FR1、FR2、FR3。為了反映各機(jī)組是否能正常工作，使用斷路器將其常開觸點(diǎn)輸入PLC的輸入端口(XB,XC,XD)中。Y/△降壓起動是根據(jù)起動過程中的時(shí)間變化，利用時(shí)間繼電器來控制Y/△的換接的。由圖3-1知，1號工作時(shí)，首先合上闡刀開關(guān)QF1，當(dāng)接觸器KM1及KM3接通時(shí)，電動機(jī)Y形起動；當(dāng)接觸器1KM及KM2接通時(shí)，電動機(jī)△形運(yùn)行2號工作時(shí)，首先合上闡刀開關(guān)QF2，當(dāng)接觸器KM4及KM6接通時(shí)，電動機(jī)Y形起動；當(dāng)接觸器KM5及KM6接通時(shí)，電動機(jī)△形運(yùn)行。3號工作時(shí)，首先合上闡刀開關(guān)QF3，當(dāng)接觸器KM7及KM9接通時(shí)，電動機(jī)Y形起動；當(dāng)接觸器KM8及KM9接通時(shí)，電動機(jī)△形運(yùn)行。3.1異步電動機(jī)的起動方法有全壓直接起動、自耦減壓起動、Y-Δ起動、軟起動、變頻起動等。

由電機(jī)及拖動根底可知，三相交流異步電動機(jī)起動時(shí)電流較大，一般是額定電流的〔5～7〕倍。故對于功率較大的電動機(jī)，應(yīng)采用降壓起動方式，Y/△降壓起動是常用的方法之一。對于正常運(yùn)行的定子繞組為三角形接法的鼠籠式異步電動機(jī)來說，如果在起動時(shí)將定子繞組接成星形，待起動完畢后再接成三角形，就可以降低起動電流，減輕它對電網(wǎng)的沖擊。這樣的起動方式稱為星三角減壓起動，或簡稱為星三角起動〔Y-Δ起動〕。

設(shè)電源的線電壓為Uc，繞組在起動時(shí)的每相抗為Zo，當(dāng)定子繞組接成星形〔即Y形〕時(shí)，線電流和它的相電流相等，即

〔3-1〕

如果定子繞組按原先的三角形〔即Δ形〕接法直接接到電網(wǎng)上起動，那么其相電流為

〔3-2〕

線電流為

〔3-3〕

比擬式〔3-2〕和式〔3-3〕，得

〔3-4〕

這就是說，采用星三角起動時(shí)，起動電流只是原來按三角形接法直接起動時(shí)的1/3。

起動電流降低了，起動轉(zhuǎn)矩將會是怎樣呢？眾所周知，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩M是同加在繞組上的電壓的平方成正比。由于三角形接法時(shí)的相電壓等于線電壓，而星形接法時(shí)的相電壓只是線電壓的1/，所以

〔3-5〕

這就是說采用星三角起動時(shí)，起動轉(zhuǎn)矩也降為原來按三角形接法直接起動時(shí)的1/3。

由此可見，采用星三角起動方式時(shí)，電流特性很好，而轉(zhuǎn)矩特性較差，所以客觀存在只適用于無載或者輕載起動的場合。換句話說，由于起動轉(zhuǎn)矩小，星三角起動的優(yōu)點(diǎn)還是很顯著的，因?yàn)榛谶@個(gè)起動原理的星三角起動器，同任何別的減壓起動器相比擬，其結(jié)構(gòu)最簡單，價(jià)格也最廉價(jià)。除此之外，星三角起動方式還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，可以讓電動機(jī)在星形接法下運(yùn)行。此時(shí)，額定轉(zhuǎn)矩與負(fù)載可以匹配，這樣能使電動機(jī)的效率有所提高，并因之節(jié)約了電力消耗。3臺水泵電機(jī)均采用Y-Δ型起動方式，主電路控制線路如圖3-1所示：3.水泵主電路主要由斷路器、接觸器、熱繼電器、水泵及配電線纜等組成[3]?！?〕.水泵的選取本系統(tǒng)的3臺水泵型號均為：ISG50-250，單級單吸管道離心泵，水泵揚(yáng)程為80m，電動機(jī)功率為11kW，能夠滿足大局部高層建筑的需求。水泵的額定電流：根據(jù)，而電動機(jī)的功率因素一般為0.76～0.87，取=0.8，那么〔2〕泵主電路中的斷路器水泵主電路中的斷路器，對水泵起著控制、保護(hù)、平安隔離等作用，是重要設(shè)備。而GV2-ME電動機(jī)短路器帶熱磁保護(hù)就具有隔離、短路保護(hù)、過載保護(hù)、缺相保護(hù)和直接控制功能。因此，選用斷路器的型號為GV2—ME20C。參數(shù)說明溫度補(bǔ)償?shù)沫h(huán)境溫度：-20

-

+60℃；額定工作電壓：690V

；整定電流范圍：0.1-32A

；脫扣等級：10A(符合IEC60947-4-1)

；使用類別：A(符合IEC60947-2)

AC-3(符合IEC60947-4-1)；高分?jǐn)嗄芰Γ悍謹(jǐn)嗄芰Ω哌_(dá)10-100kA；長壽命：電壽命高達(dá)10×104次，是普通斷路器壽命的5-10倍?！?〕接觸器用于水泵的接觸器一般為不頻繁動作，其額定電流按電動機(jī)的額定電流選擇。=20.9A，輔助觸點(diǎn)額定電流選30A，型號為CJ10-30?！?〕.熱繼電器熱繼電器的額定電流按電動機(jī)的額定電流選擇，并留有上下調(diào)節(jié)的余地。熱繼電器的整定電流可為電動機(jī)的額定電流的1.0～1.05倍。熱繼電器：〔1～1.05〕=20.9～22A因此選JR20-25〔4T〕，額定電流為20～25A3.2水泵的控制局部設(shè)計(jì)3.圖3-2手動控制圖當(dāng)工作狀態(tài)選擇開關(guān)處于手動檔時(shí)，水泵控制電路工作過程分析如下：1號水泵工作過程如下：2號水泵工作過程如下：3號水泵工作過程如下：3.2(1)PLC的選擇及I/O分配根據(jù)上述控制要求，可統(tǒng)計(jì)出現(xiàn)場輸入信號共12個(gè)，輸出信號共8個(gè)，可選用FP1-C40，他可以實(shí)現(xiàn)24點(diǎn)輸入，16點(diǎn)輸出的控制，因此在本系統(tǒng)中使用尚有余量，可供備用。其I/O分配如下表所示:表3-1PLC的I/O分配表輸入輸出選擇開關(guān)SA1手動/自動X01#泵驅(qū)動Y0停止按鈕SA2X12#泵驅(qū)動Y1報(bào)警解除按鈕SB1X33#泵驅(qū)動Y2屋頂水箱上限位SL1X51#備用指示燈HL4Y3屋頂水箱下限位SL2X62#備用指示燈HL5Y4地下水池下限位WLX73#備用指示燈HL6Y51#備用開關(guān)SW1X8電機(jī)故障報(bào)警HL7Y62#備用開關(guān)SW2X9停泵報(bào)警HL8Y73#備用開關(guān)SW3XA1#跳闡QF1XB2#跳闡QF2XC3#跳闡QF3XD〔2〕PLC外部接線圖設(shè)計(jì)圖3-3PLC外部接線圖PLC接線圖只要根據(jù)上述表格和FP1-C40的端子排列位置進(jìn)行相應(yīng)的接線即可。上圖是所設(shè)計(jì)的PLC系統(tǒng)外部接線圖。圖中各接觸器采用220V電源，信號指示局部采用24V直流電源。需要說明的一點(diǎn)是，輸入PLC的開關(guān)量信號可以為常開，也可以為常閉，但對應(yīng)的順序功能圖中有關(guān)的觸點(diǎn)的狀態(tài)應(yīng)隨之變化。3.3水位控制局部我們可以使用水位控制器，在實(shí)驗(yàn)箱上仿真的時(shí)候，我用開關(guān)來模擬。水位高于下限位或者低于上限位時(shí)開關(guān)處于斷開狀態(tài)，當(dāng)水位低于下限位時(shí)，開關(guān)閉合；當(dāng)水位高于上限位時(shí)，開關(guān)閉合。查閱水位控制器的相關(guān)資料，我們可以選用干簧管水位控制器GSK-1A〔能發(fā)出低水位停泵〕與GSK-1B(高水位停泵)。其工作原理是：在塑料管內(nèi)固定有上、下水位干簧管2SL、1SL，塑料管下端密封防水進(jìn)入，引線在上端接線盒引出；塑料管外套一個(gè)能夠隨水位移動的浮標(biāo)〔或浮球〕，浮標(biāo)中固定一個(gè)永久磁環(huán)，當(dāng)浮標(biāo)移到上或下水位時(shí)，對應(yīng)的干簧管接受磁信號而動作，發(fā)出水位開關(guān)信號。因?yàn)楦苫晒苤杏|點(diǎn)有常開和常閉兩種形式，可以組合成一常開，一常閉，或者兩常開的水位控制器。4軟件設(shè)計(jì)4．1程序流程圖如下列圖4-1所示，圖中只畫出以3號為備用的流程圖，其它兩種情況與此相似。圖4-1流程圖4.2順序功能圖SFC的設(shè)計(jì)及分析從流程圖中可以看出電機(jī)工作有很多狀態(tài)，當(dāng)3號備用時(shí)有3種狀態(tài)1號水泵工作→2號水泵工作；3號水泵工作→1號水泵工作；3號水泵工作→2號水泵工作當(dāng)1號備用時(shí)有3種狀態(tài)2號水泵工作→3號水泵工作；1號水泵工作→2號水泵工作；1號水泵工作→3號水泵工作當(dāng)2號備用時(shí)也有3種狀態(tài)3號水泵工作→1號水泵工作；2號水泵工作→3號水泵工作；2號水泵工作→1號水泵工作包括初始狀態(tài)和停泵總共有11種狀態(tài)，而常見的設(shè)計(jì)方法有解析法適合于邏輯關(guān)系簡單、控制對象明確的系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)較為復(fù)雜，難以列出其邏輯表達(dá)式表，設(shè)計(jì)變得復(fù)雜難以掌握，設(shè)計(jì)周期也較長。經(jīng)驗(yàn)法方便快捷、形象直觀，但經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法具有很大的試探性和隨意性，在設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)，由于需要考慮的因素很多，很容易遺漏一些應(yīng)該考慮的問題，梯形圖可讀性差，給系統(tǒng)的維修和改良帶來很大的困難。順序功能圖法用輸入量X控制代表各種步的編程元件〔如內(nèi)部存儲器R〕，再用它們控制輸出量Y。步是根據(jù)輸出量Y的狀態(tài)劃分的，R與Y之間具有很簡單的“與〞邏輯關(guān)系，輸出電路的設(shè)計(jì)極為簡單。由于順序功能圖法具有簡單、標(biāo)準(zhǔn)、通用的優(yōu)點(diǎn)，所以在此我選擇用順序功能圖法，如下列圖所示圖4-2順序功能圖圖4-2是以3號水泵為備用，1號、2號水泵自動輪換工作的順序功能圖。其它2種情況的順序功能圖跟此相似，其它見附錄，所以以此情況為例進(jìn)行說明。以下分幾個(gè)方面對其分析。狀態(tài)繼電器運(yùn)行時(shí)對應(yīng)情況如下表表4-1狀態(tài)繼電器運(yùn)行時(shí)對應(yīng)情況3號備用1號電機(jī)工作2號電機(jī)工作3號電機(jī)工作3號備用R31R32R33R31號備用1號電機(jī)工作2號電機(jī)工作3號電機(jī)工作1號備用R11R12R13R12號備用1號電機(jī)工作2號電機(jī)工作3號電機(jī)工作2號備用R21R22R23R2初始狀態(tài)停泵狀態(tài)R0R10所用定時(shí)器如下表表4-2所用定時(shí)器3號備用1號備用2號備用定時(shí)器定時(shí)〔s〕控制對象定時(shí)器定時(shí)〔s〕控制對象定時(shí)器定時(shí)〔s〕控制對象T130001號電機(jī)工作T1130002號電機(jī)工作T2130003號電機(jī)工作T230002號電機(jī)工作T1230003號電機(jī)工作T2230001號電機(jī)工作T330003號備用電機(jī)工作T1330001號備用電機(jī)工作T2330002號備用電機(jī)工作(3)備用選擇控制臺上的3個(gè)備用按鈕與PLC接線原理示意圖中輸入點(diǎn)X8、X9、XA相對應(yīng)。按下任意一個(gè)按鈕時(shí)，可以選擇1號、2號、3號中的任意一臺電動機(jī)做備用，備用機(jī)組可用上述按鈕任意切換。例如：選擇2號水泵作為備用，按下SW2按鈕，那么X9得電，輸出繼電器Y4得電，控制臺2號備用指示燈Y4亮。〔4〕液位指示安裝在高位水箱上限位開關(guān)SL1，下限位開關(guān)SL2和地下水池內(nèi)的下限位開關(guān)WL，分別與輸入點(diǎn)X5、X6、X7相對應(yīng)。設(shè)水位下降到地下水池水位下限位位置時(shí)，那么X7得電，使輸出繼電器Y7得電，故發(fā)出水泵停止工作報(bào)警，這時(shí)必須按下停止按鈕SA2。〔5〕工作原理以3號為備用泵〔XA得電〕為例說明：當(dāng)1號電機(jī)起動的條件是高位水箱下限位〔X6〕到，并且1號斷路器XB斷開的時(shí)候〔表示1號水泵正?！炒藭r(shí)1號水泵星形起動并三角形運(yùn)行，Y5、Y0、T1同時(shí)得電；如果1號斷路器XB得電〔表示1號水泵出現(xiàn)故障〕，那么3號備用泵自動投入使用，Y6得電發(fā)出警報(bào)。當(dāng)?shù)叵滤叵孪尬弧瞂5+X7〕沒有到，并且2號斷路器XC斷開〔表示2號水泵正常〕，那么T1時(shí)間到了以后要起動2號水泵。如果2號斷路器XC得電，〔表示2號水泵出現(xiàn)故障〕，那么3號備用泵自動投入使用，Y6得電發(fā)出警報(bào)。2號電機(jī)星形起動三角形運(yùn)行，Y1、T2同時(shí)得電。如果此時(shí)高位水箱上限位或地下水池下限位〔X5+X7〕沒有到，那么T2時(shí)間到了以后要起動1號水泵。如果此時(shí)高位水箱上限位或地下水池下限位〔X5+X7〕沒有到，那么3號電機(jī)要判斷是1號故障還是2號故障。如果XB斷開〔表示1號水泵正常工作〕，那么時(shí)間到了以后3號就要和1號定時(shí)自動輪換工作，去起動1號水泵；如果XC斷開〔表示2號水泵正常工作〕，那么時(shí)間到了以后3號就要和2號定時(shí)自動輪換工作，去起動2號水泵。當(dāng)高位水箱上限位或地下水池下限位〔X5+X7〕中任意一個(gè)到的時(shí)候就要停泵，同時(shí)Y7得電發(fā)出停泵指示，并且回到起始狀態(tài)，等待下一次的動作。1號泵或者2號泵為備用的情況與此相似。4.3符號梯形圖設(shè)計(jì)整個(gè)程序參見附錄,程序運(yùn)行結(jié)果如下列圖證明圖4-3符號梯形圖運(yùn)行結(jié)果4.4系統(tǒng)語句表見附錄5結(jié)束語通過模擬實(shí)驗(yàn)證明了該方案在智能化供水系統(tǒng)中，是切實(shí)可行的。生活水泵給水控制系統(tǒng)用PLC控制可以有效地保證其工作穩(wěn)定、可靠，便于維護(hù)，且性能價(jià)格比高。同時(shí)以PLC為核心的高可靠的監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對水泵的控制及三臺電機(jī)之間的協(xié)調(diào)控制，把3臺水泵的其中一臺當(dāng)作備用泵來用增加了應(yīng)付突發(fā)事件的能力，具有先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)、靈活等顯著特點(diǎn)?？傊?，供水系統(tǒng)在以后的開展過程中，自動化控制的程度將會越來越高，越來越專一化，各種功能也會更加完善。PLC在智能建筑電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用李芬蓮1任慶廉21、太原科技大學(xué)，太原，中國2、太原科技大學(xué)，太原，中國：〔086〕351-6150064電子郵箱：摘要：本文主要討論了智能建筑系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)：電梯控制系統(tǒng)。PLC具有強(qiáng)抗干抗能力等優(yōu)點(diǎn)使得電梯工業(yè)一次又一次的將PLC應(yīng)用于電梯控制系統(tǒng)，以取代傳統(tǒng)的使用繼電器控制電梯系統(tǒng)。PLC在電梯控制系統(tǒng)應(yīng)用，降低了故障率，并有效地提高了電梯運(yùn)行的可靠性與平安性。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊.電梯控制系統(tǒng)的工作原理是：首先將使用者的輸入命令發(fā)送到PLC中，然后PLC根據(jù)系統(tǒng)的要求，發(fā)出控制信號以驅(qū)動外圍設(shè)備，電梯就可以進(jìn)行相應(yīng)的動作了。本文選擇omron〔歐姆龍〕公司的C200HE系列的PLC，介紹了電梯控制系統(tǒng)的外圍接線電路，并解釋該控制裝置的功能。最后介紹編程，通過模擬實(shí)驗(yàn)證明了該方案是切實(shí)可行的。它可以使工業(yè)管理中心的工作人員在遠(yuǎn)距離的控制中心就可以實(shí)現(xiàn)對電梯的監(jiān)測和控制，通過以太網(wǎng)或個(gè)人專用網(wǎng)絡(luò)，如LonWorks，將電梯和控制中心連接起來，這樣一來電梯的工作狀況可以得到及時(shí)的監(jiān)視。這不但實(shí)現(xiàn)了電梯的科學(xué)集中管理，而且降低電梯維修費(fèi)用。它是智能建筑電梯控制系統(tǒng)的一個(gè)開展方向。關(guān)鍵詞：PLC智能建筑電梯控制系統(tǒng)工作原理程序設(shè)計(jì)Ⅰ引言在20世紀(jì)80年代，第一座智能大廈在美國竣工，之后智能建筑引起了全世界的關(guān)注。隨著社會的開展，智能建筑有著不同的含義。早期智能建筑被認(rèn)為是等同于智能大廈，但是現(xiàn)在智能建筑不僅涉及智能大廈，而且還涉及智能住宅小區(qū)。本文主要討論了智能建筑系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)：電梯控制系統(tǒng)。智能住宅區(qū)內(nèi)企業(yè)的信息管理系統(tǒng)主要是負(fù)責(zé)涉及到日常生活的事務(wù)，例如監(jiān)管住宅區(qū)內(nèi)的設(shè)備，車輛，處理緊急情況等等.電梯的監(jiān)管和控制系統(tǒng)對智能住宅區(qū)來