基于plc的物业供水系统设计.docx

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摘要随着我国社会经济的开展，人们生活水平的不断提高，城市中各类小区的建设开展十分迅速，同时也对小区的根底设施建设提出了更高的要求，小区的供水系统是其中的一个重要方面。本论文是针对供水要求设计的基于PLC的物业供水系统。本设计由PLC、四台水泵、压力传感器等组成，系统工作时分手动操作和自动操作，自动操作时首先由传感器把信号传给PLC，再由PLC根据水压的上下信号分析控制四台水泵的工作状态；手动操作时，可以通过各个水泵的启动停止按钮独立的工作。该系统还设有过载等保护。本设计是基于PLC的物业供水系统，通过调试说明本系统能够满足设计要求并有很好的使用价值。关键词：物业供水；PLC；恒压目录第一章概述 …………………………………………………1 1.1 课题背景和意义 …………………………………………1 1.2 国内外的开展与现状 ……………………………………2 第二章硬件设计 ……………………………………………4 2.1 供水系统主电路设计 ……………………………………4 2.2 供水系统的I/O地址分配表、I/O接线图………………5 2.3 供水系统的元件选择 ……………………………………6 第三章软件设计………………………………………………7 3.1 系统流程图 ………………………………………………7 3.2 程序梯形图 ………………………………………………7 3.3 程序指令表………………………………………………10 3.4 程序分析…………………………………………………16 第四章结论 …………………………………………………18 …………………………………………18 …………………………………………19 参考文献 …………………………………………………20 第一章概述课题背景和意义我们都知道，水是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在建设节约型时代特征的前提下，我们这个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比拟落后，自动化程度低，而随着我国社会经济的开展，人们生活水平的不断提高，以及住房制度改革的不断深入，城市中各类小区建设开展十分迅速，同时也对小区的根底设施建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活，也直接表达了小区物业管理水平的上下。本系统就是在这种背景下设计的。本设计是基于PLC的物业供水系统，具有以下特点：〔1〕：供水系统有水泵4台，供水管道安装压力检测开关K1，K2和K3。K1接通，表示水压偏低；K2接通，表示水压正常；K3接通，表示水压偏高。〔2〕：系统分手开工作和自开工作两种状态，自开工作时，当用水量少，压力增高，K3接通，此时可延时30s后撤除1台水泵工作，要求先工作的水泵先切断；当用水量多时，压力降低，K1接通，此时可延时30s后增设1台水泵工作，要求未曾工作过的水泵增加投入运行；当K2接通，表示供水正常，可维持水泵运行数量。工作时，要求水泵数量最少为1台，最多不得超出4台；手开工作时，要求4台水泵可分别独立操作〔分设起动和停止开关〕，并分别具有过载保护，可随时对单台水泵进行断电控制〔假设输入点不够，可用I/O扩展模块〕。〔3〕：并设有“自动/手动〞切换开关〔ON——手动，OFF——自动〕，另设自动运行控制开关〔ON——自动运行，OFF——自动运行停止〕。各水泵工作时，均应有工作状态显示。国内外的开展与现状可编程序控制器(program logical controller)，简称PLC，是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统。世界上第一台可编程控制器是美国数字设备公司(DEC)于1969年研制的。早期的可编程控制器由别离元件和中小规模集成电路组成，主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等，PLC将传统的继电器控制技术与新兴的计算机技术和通信技术融为一体，具有可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优点。70年代初期，体积小、功能强和价格廉价的微处理器被用于PLC，使得PLC的功能大大增强，具有了：可靠性高、具有丰富的I／O接口模块、采用模块化结构、编程简单易学安装简单，维修方便等特点。以及良好的工业环境工作性能和自动控制目标实现性能，在工业生产中得到了广泛的应用。而PLC在物业供水方面也得到了广泛的应用。传统的小区供水方式有恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等。这些传统的供水方式或多或少都存在各自的缺点和缺乏，比方：恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反响，水泵的增减都依赖人工进行手工操作、、水塔高位水箱供水基建投资大，占地面积大，维护不方便，水泵电机为硬起动，启动电流大、单片机变频调速供水系统开发周期比拟长，对操作员的素质要求比拟高，可靠性比较低，维修不方便，且不适用于恶劣的工业环境。综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源；效率低；可靠性差；自动化程度不高等缺点，在这种情况下人们想到了基于PLC的供水系统设计。目前国内外基于PLC的供水系统设计技术比拟多，并且有些技术已经相当成熟，从简单的基于PLC的恒压供水系统设计到基于PLC的变频恒压供水系统设计，其中后者的变频技术是现在研究的核心，变频技术是在电力电子技术、计算机技术和自动控制技术及电机控制理论开展的根底上开展起来的。本文的基于PLC的物业供水系统设计属于恒压供水，由于PLC的可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等特点，与传统的供水系统相比本系统有很大的实用价值。第二章硬件设计供水系统主电路设计由设计内容和要求可知，本设计需要用到四台水泵，水泵的型号都为：J02-41-4，4.0kw，1440转/分，380v，。在设计主电路时水泵以电动机代替，图中的KM为接触器线圈，FR为热继电器，主电路并设有短路过载保护。主电路如图2-1所示：图 2-1 2.2 供水系统的I/O地址分配表、I/O接线图本设计的控制局部由PLC完成，由于本系统控制分手动和自动运行，手动运行时，每台水泵分别有启动和停止开关输入，自动运行时，需要有自动运行/停止开关输入，水压判断开关以及保护输入等，还有四个水泵输出。所以PLC的I/O地址分配表如表2-1所示，I/O接线图如图2-2所示。表2-1 输入点对应信号输入点对应信号输出点对应信号 X0 自动/手动切换 X11 自动启动/停止 Y0 供水水泵1 X1 手动启动泵1 X12 低压开关K1 Y1 供水水泵2 X2 手动停止泵1 X13 水压正常反响K2 Y2 供水水泵3 X3 手动启动泵2 X14 高压开关K3 Y3 供水水泵4 X4 手动停止泵2 X15 泵1的过载保护 X5 手动启动泵3 X16 泵2的过载保护 X6 手动停止泵3 X17 泵3的过载保护 X7 手动启动泵4 X20 泵4的过载保护 X10 手动停止泵4 图 2-2 2.3 供水系统的元件选择本系统主要用到的元器件有：可编程序控制器PLC，水泵，以及继电器，接触器等。PLC选用的是FX2N-48MR,四台水泵选用J02-41-4，4.0kw，1440转/分，380v，。第三章软件设计系统流程图由于该系统即可以手动运行又可以自动运行，所以本系统设计主要分两局部，一局部是手动模块，一局部是自动模块。系统的总流程图如图3-1所示。图 3-1 该流程图主要介绍了本系统的设计思路，其中的具体细节没有在流程图中给出，详细介绍将会在后面的程序分析中介绍。 3.2 程序梯形图程序指令表 0 LDI X000 1 CJ P1 4 LD X000 5 CJ P0 8 P0 9 LD X001 10 OR M0 11 ANI X002 12 OUT M0 13 LD X003 14 OR M1 15 ANI X004 16 OUT M1 17 LD X005 18 OR M2 19 ANI X006 20 OUT M2 21 LD X007 22 OR M3 23 ANI X010 24 OUT M3 25 LD M8000 26 CJ P2 29 P1 30 LD X011 31 ANI X000 32 OUT M4 33 LD X012 34 AND M4 35 ANI X013 36 ANI T0 37 OUT T0 K300 40 LD X014 41 AND M4 42 ANI X013 43 ANI T1 44 OUT T1 K300 47 LDI M20 48 ANI M21 49 ANI M22 50 ANI M23 51 SET M20 52 LDP T0 54 MPS 55 AND M20 56 AND M21 57 AND M22 58 AND M23 59 CJ P2 62 MRD 63 AND M20 64 AND M21 65 AND M22 66 ANI M23 67 SET M23 68 SET M26 69 MRD 70 AND M23 71 AND M20 72 AND M21 73 ANI M22 74 SET M22 75 SET M27 76 MRD 77 AND M22 78 AND M23 79 AND M20 80 ANI M21 81 SET M21 82 SET M28 83 MRD 84 AND M21 85 AND M22 86 AND M23 87 ANI M20 88 SET M20 89 SET M29 90 MRD 91 AND M20 92 AND M21 93 AND M22 94 AND M23 95 SET M22 96 MRD 97 AND M21 98 AND M22 99 ANI M23 100 ANI M20 101 SET M23 102 MRD 103 AND M22 104 AND M23 105 ANI M20 106 ANI M21 107 SET M20 108 MRD 109 AND M23 110 AND M20 111 ANI M21 112 ANI M22 113 SSET M21 114 MRD 115 AND M20 116 ANI M21 117 ANI M22 118 ANI M23 119 SET M21 120 MRD 121 AND M21 122 ANI M22 123 ANI M23 124 ANI M20 125 SET M22 126 MRD 127 AND M22 128 ANI M23 129 ANI M20 130 ANI M21 131 SET M23 132 MPP 133 AND M23 134 ANI M20 135 ANI M21 136 ANI M22 137 SET M20 138 LDP T1 140 MPS 141 AND M20 142 ANI M21 143 ANI M22 144 ANI M23 145 CJ P2 148 MRD 149 AND M21 150 ANI M22 151 ANI M23 152 ANI M20 153 CJ P2 156 MRD 157 AND M22 158 ANI M23 159 ANI M20 160 ANI M21 161 CJ P2 164 MRD 165 AND M23 166 ANI M20 167 ANI M21 168 ANI M22 169 CJ P2 172 MRD 173 AND M20 174 AND M21 175 ANI M22 176 ANI M23 177 RST M20 178 MRD 179 AND M21 180 AND M22 181 ANI M23 182 ANI M20 183 RST M21 184 MRD 185 AND M22 186 AND M23 187 ANI M20 188 ANI M21 189 RST M22 190 MRD 191 AND M23 192 AND M20 193 ANI M21 194 ANI M22 195 RST M23 196 MRD 197 AND M20 198 AND M21 199 AND M22 200 ANI M23 201 RST M20 202 MRD 203 AND M21 204 AND M22 205 AND M23 206 ANI M20 207 RST M21 208 MRD 209 AND M22 210 AND M23 211 AND M20 212 ANI M21 213 RST M22 214 MRD 215 AND M23 216 AND M20 217 AND M21 218 ANI M22 219 RST M23 220 MRD 221 AND M20 222 AND M21 223 AND M22 224 AND M23 225 AND M26 226 RST M20 227 RST M26 228 MRD 229 AND M20 230 AND M21 231 AND M22 232 AND M23 233 AND M27 234 RST M23 235 RST M27 236 MRD 237 AND M20 238 AND M21 239 AND M22 240 AND M23 241 AND M28 242 RST M22 243 RST M28 244 MPP 245 AND M20 246 AND M21 247 AND M22 248 AND M23 249 AND M29 250 RST M21 251 RST M29 252 P2 253 LD M0 254 OR M20 255 ANI X015 256 OUT Y000 257 LD M1 258 OR M21 259 ANI X016 260 OUT Y001 261 LD M2 262 OR M22 263 ANI X017 264 OUT Y002 265 LD M3 266 OR M23 267 ANI X020 268 OUT Y003 269 END 程序分析本系统主要分为手动运行和自动运行两局部，在编程过程中将本系统主要分为三大模块：手动运行模块〔P0〕、自动运行模块〔P1〕、输出模块〔P2〕。在系统一上电情况下首先通过判断自动/手动开关X0，判断是进入手动模块〔P0〕还是进入自动模块(P1)，X0为ON表示手动，OFF表示自动。然后进入相应的模块执行程序。手动模块，当进入手动模块后，X1是泵1的手动启动开关，X2是泵1的手动停止开关；X3是泵2的手动启动开关，X4是泵2的手动停止开关；X5是泵3的手动启动开关，X6是泵3的手动停止开关； X7是泵4的手动启动开关，X10是泵4的手动停止开关；可以通过上述开关相对独立的对单台水泵进行通断电控制。自动模块，当进入自动模块后，在自动运行模块还设有自动运行停止开关X11〔ON表示运行，OFF表示停止〕，在X11为ON的情况下，系统首先判断四台水泵的运行状态，如四台水泵都没工作那么将自动把第一台水泵翻开，其中M20、M21、M22、M23分别是四台水泵自动运行的标志，然后再通过压力传感器判断水压的上下，在系统中X12表示低压，X13表示水压正常、X14表示水压高。水压低/高的时候延时30秒，增加/减少一台水泵工作，增加的顺序是没工作过的优先增加本程序为了满足这个要求采用的是四台水泵按M20—M21—M22—M23—M20的顺序依次循环启动或停止，这样就能满足没工作过的优先那么加和工作过的优先停止的要求。其次在选择增加那个水泵时考虑到PLC工作室扫描程序遵受从上到下从左到右的原那么，为了防止上面程序对下面产生的影响对结果产生影响，在设计过程中对于水压低需要加泵时先写四台水泵同时工作的情况，然后逐次减一到只有一台工作；对于水压高需要减泵时先从一条水泵工作，然后逐次加一到四台全工作这样就能满足上述要求。每次当自动模块执行完之后程序跳到公共输出模块执行。输出模块，在输出模块中，M0、M20别是泵1的手泵和自动运行标志，X15是泵1的过载保护；M1、M21别是泵2的手泵和自动运行标志，X16是泵2的过载保护；M2、M22别是泵3的手泵和自动运行标志，X17是泵3的过载保护；M3、M23别是泵4的手泵和自动运行标志，X20是泵4的过载保护。第四章结论调试结果与分析程序设计完成之后需要进行调试仿真，本系统调试用的三菱F2N/F2NC系列的PLC。在调试过程中我遇到很多问题，并最终在老师和同学的帮助下把问题解决。我遇到的主要问题有：在编写程序过程中由于程序太长写着写着程序写不进去了，最后在老师的帮助下才知道需要将程序先转换一下才能继续写，这是自己对调试软件不太熟悉的原因造成的。其次，在调试过程中，手动操作运行都正常结果也正确，自动运行时当水压低需要加泵运行时也能正常运行，就是在水压高需要减泵时出现问题，当减泵时只要运行水泵数超过两台应该每次减一台，但系统都只留下最后一台工作前面的几台全部停止工作不满足要求，经检查发现原来是减泵程序中上面的指令对下面产生了影响从而产生，于是我将减泵程序的顺序上下换了一下让他们不能相互干扰，从而问题得以解决；另外还有只要出现四台水泵同时运行，需减泵时本系统都是先减第一台水泵，这是不符合设计要求的，面对这种情况我苦思冥想就是想不出解决方法，最后我有向一同学请教讨论这种问题的解决方法，这时这位同学的一句话点醒梦中人，原来是自己在水压低加泵加到四台时的判断有问题，于是在加泵加到四台时的每位加上一个状态标志并在减泵时用上这些标志之后问题就得以解决。整个程序设计能够完整的正常运行，结果正确。设计心得与感想经过一周的努力本次设计圆满的完成了。然而在第一次看到这个设计题目及要求时，说实话自己有点害怕和担忧，担忧自己不能够完本钱次设计，害怕遇到问题时不知道该怎么解决。当然在设计中确实遇到很多困难，这些问题及其解决方法在前面已经介绍。在这些问题的解决过程中是我什么体会到仔细一个人能力的有限，也让我感受到了团结互助的作用。我要特别感谢本次设计中帮助过我的老师和同学，可以说要是没有大家的帮助我可能还要迷茫很久，可能到现在也不可能完成设计。在这一周的设计中，也是我的自信心有了很大的提高，使我明白在面对困难时我要轻言放弃，要相信自己，并努力的发现困难解决困难。同时也是我明白在面对一件事情时不要被他的表象所迷惑，不要第一眼看去认为他难他就难，有时只要我们认真的按部就班的来做，所有的问题都能解决，到后来我们也会发现他也并不像我们想象的那么难。当看到实验台上自己最终的正确的调试结果时，我有一种说不出的愉快，因为这此设计是由自己独立完成的，这里有自己的心血和汗水，结果的正确是对自己努力和辛苦的证明。参考文献【1】周亚军、张卫.电气控制与PLC原理及应用.西安电子科技大学出版社，2021〔1〕【2】宋序彤．我国城市供水开展有关问题分析．城镇供水，2001(2)：32．35 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