基于PLC控制的供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

基于PLC控制的大樓物業(yè)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) x屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)成果 基于PLC控制的大樓物業(yè)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要城市供水是指城市公共供水和自建設(shè)施供水，城市公共供水是指城市自來水供水企業(yè)以公共供水管道及其附屬設(shè)施向單位和居民的生活、生產(chǎn)和其他各項(xiàng)建設(shè)提供用水；自建設(shè)施供水是指城市的用水單位以其自選建設(shè)的供水管道，及其附屬設(shè)施向本單位的生活、生產(chǎn)和其他各項(xiàng)建設(shè)提供用水。隨著我國各項(xiàng)節(jié)水措施的推進(jìn)，單位GDP用水量、人均用水量將逐漸減少。但是，由于人口的增加、城市化的深入以及工業(yè)生產(chǎn)的增長，預(yù)計(jì)城市供水行業(yè)的總體需求仍將保持平穩(wěn)增長狀態(tài)。在城市化進(jìn)程迅速的今天，那么大樓供水系統(tǒng)的建設(shè)就顯得尤為重要。而且隨著城市用水量不斷增加，對(duì)供水系統(tǒng)的建設(shè)提出了更高的要求。供水的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、穩(wěn)定性直接影響到大樓用戶的正常生活和工作。本篇設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了基于PLC的大樓物業(yè)供水系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，其中包括硬件選擇和電路的設(shè)計(jì)、軟件規(guī)劃和編寫，并重點(diǎn)描述了大樓物業(yè)供水系統(tǒng)的工作原理和過程、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件編程的原則和技巧。關(guān)鍵詞：供水系統(tǒng)，PLC，穩(wěn)定性 目 錄第一章 緒論11.1 研究背景11.2 供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求21.3 供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想21.4 供水系統(tǒng)方案確定31.5 供水系統(tǒng)運(yùn)行和原理31.5.1 系統(tǒng)原理說明31.5.2 系統(tǒng)運(yùn)行說明4第二章 可編程控制器的概述52.1 可編程控制器介紹52.2 三菱FX系列介紹52.2.1 三菱FX系列PLC主要特點(diǎn)52.2.2 三菱FX系列PLC主要數(shù)據(jù)簡介62.2.3 三菱FX系列PLC基本指令62.3 可編程控制器的特點(diǎn)72.4 可編程控制器的工作原理82.4.1 PLC的等效工作電路82.4.2 PLC的工作過程9第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)103.1 系統(tǒng)的構(gòu)成103.2 系統(tǒng)主要硬件設(shè)備的選型113.2.1 PLC的選型113.2.2 水泵機(jī)組的選型123.2.3 壓力傳感器的選型133.3 系統(tǒng)電路分析及設(shè)計(jì)143.3.1 系統(tǒng)電源143.3.2 供水系統(tǒng)主電路分析與設(shè)計(jì)143.3.3 可編程控制器I/O分配183.3.4 PLC I/O接線圖193.3.5 壓力傳感器信號(hào)處理203.3.6 報(bào)警電路設(shè)計(jì)20第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)224.1 軟件開發(fā)環(huán)境簡介224.2 供水系統(tǒng)程序流程圖234.3 供水系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及解析244.3.1 程序的模式選擇、水泵工作程序設(shè)計(jì)及解析244.3.2 程序的保護(hù)、報(bào)警選擇程序設(shè)計(jì)及解析254.4 程序調(diào)試及仿真274.5 程序調(diào)試及仿真體會(huì)28結(jié) 論30致 謝31參考文獻(xiàn)32附錄一 系統(tǒng)元件明細(xì)表33附錄二PLC I/O口分配表35附錄三 PLC I/O口接線圖36附錄四 供水系統(tǒng)電路圖37附錄五 控制系統(tǒng)梯形圖38附錄六 程序指令清單43引 言可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程邏輯控制器實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(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，基本構(gòu)成為：電源、中央處理單元(CPU) 、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、功能模塊、通信模塊?？删幊炭刂破髟谖覈鱾€(gè)工業(yè)領(lǐng)域中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，它是自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)三者結(jié)合的通用工業(yè)自動(dòng)化裝置，已成為工業(yè)自動(dòng)化的三大棱柱之一。為了適應(yīng)這種形勢，我們選擇了三菱FX1N-40MR-001系列可編程控制器編寫這次設(shè)計(jì)。本篇設(shè)計(jì)分兩部分介紹了大樓物業(yè)供水系統(tǒng)，分別是硬件及軟件設(shè)計(jì)。供水系統(tǒng)主要由PLC、四臺(tái)水泵、壓力傳感器等組成。系統(tǒng)工作時(shí)分手動(dòng)操作和自動(dòng)操作，自動(dòng)操作時(shí)首先由傳感器把信號(hào)傳給PLC，再由PLC根據(jù)水壓的高低信號(hào)分析控制四臺(tái)水泵的工作狀態(tài)；手動(dòng)操作時(shí)，可以通過各個(gè)水泵的啟動(dòng)停止按鈕獨(dú)立的工作。該系統(tǒng)還設(shè)有過載等保護(hù)。本設(shè)計(jì)編程軟件則采用三菱公司開發(fā)的PLC編程軟件GX Developer8.52。該軟件適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。本系統(tǒng)通過調(diào)試表明本系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計(jì)要求并有很好的使用價(jià)值。具體說明了可編程序控制器在大樓物業(yè)供水系統(tǒng)中的作用。程序涉及到了大樓物業(yè)供水系統(tǒng)工作的絕大部分過程。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接線圖、供水系統(tǒng)電路圖、系統(tǒng)梯形圖、指令清單。14 第一章 緒論1.1 研究背景水是人民生活必需品，但由于近些年來，隨著人們生活水平的提高，大樓的層數(shù)也在不斷的劇增。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,給人們的生活帶來了許多困擾。以前為了解決用水難的問題，通常會(huì)在樓頂固定一個(gè)高位水箱，通過水箱的高度給水提供一定壓力，再供給用戶使用。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。上個(gè)世紀(jì)80年代后，氣壓供水逐漸替代了高位水箱供水。但這種供水方式依舊存在很多缺陷。氣壓供水所需要的設(shè)備的主要部件是壓容器，其成本高，耗鋼量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且水泵功率較大，反復(fù)啟動(dòng)，不僅影響電網(wǎng)，耗費(fèi)電力資源，而且嚴(yán)重縮短了水泵和電磁設(shè)備壽命。尤其是氣壓供水水壓變化較大，縮短了水網(wǎng)，閥門，水表的使用壽命。而水壓過高會(huì)導(dǎo)致水管爆裂，造成水資源的大量流失。而水壓過低，則會(huì)造成用戶供水不足或無法供水。對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)和特殊用途的供水而言，供水就更顯得異常重要，例如在工業(yè)生產(chǎn)中如突然供水不足或斷水，就可能會(huì)對(duì)產(chǎn)品的安全衛(wèi)生產(chǎn)生某些不良影響。而對(duì)于滅火水源來講，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。面對(duì)這些問題，供水的重要性已經(jīng)不言而喻。本文的設(shè)計(jì)就是基于PLC供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。液位檢測檢測水管中的水壓得到的數(shù)據(jù)，通過對(duì)壓力傳感器對(duì)壓力的監(jiān)測，可以使管網(wǎng)中的水壓自動(dòng)的保持在事先設(shè)定好的壓力值范圍內(nèi)。當(dāng)用戶的用水量增加時(shí)，管網(wǎng)中的水壓下降，供水控制器通過PLC使水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量相應(yīng)增多，如果一臺(tái)水泵不能滿足用戶的供水量，那么則通過控制器加泵；當(dāng)用戶用水量減少時(shí)，管網(wǎng)中水壓上升，供水控制器通過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。簡單來說就是根據(jù)用戶用水量的大小，通過供水控制器對(duì)水泵的數(shù)量和轉(zhuǎn)速的控制，從而使用戶無論用水量的多少，管網(wǎng)中的水壓始終能保持在設(shè)定范圍內(nèi)。既滿足了用戶供水量的要求，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。是一種現(xiàn)代化的供水方案。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)簡單，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。本文主要采用了由三菱FX系列PLC構(gòu)成的供水控制器，通過傳感器檢測得到的水壓信號(hào)，與設(shè)定的水壓數(shù)值比較，再通過PLC來控制水泵的數(shù)量和轉(zhuǎn)速，達(dá)到大樓供水的效果。1.2 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。其控制有如下四點(diǎn)：1.自動(dòng)工作時(shí)，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。工作時(shí)，要求水泵數(shù)量最少為1臺(tái)，最多不得超出4臺(tái)。2.各水泵工作時(shí)，均應(yīng)有工作狀態(tài)顯示。3.手動(dòng)工作時(shí)，要求4臺(tái)水泵可分別獨(dú)立操作（分設(shè)起動(dòng)和停止開關(guān)），并分別具有過載保護(hù)，可隨時(shí)對(duì)單臺(tái)水泵進(jìn)行斷電控制（注：若輸入點(diǎn)不夠，可減少一個(gè)過載保護(hù)輸入）。4.設(shè)置“自動(dòng)/手動(dòng)”切換開關(guān)（ON手動(dòng)，OFF自動(dòng)），另設(shè)自動(dòng)運(yùn)行控制開關(guān)（ON自動(dòng)運(yùn)行，OFF自動(dòng)運(yùn)行停止）。1.3 供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想本系統(tǒng)將PLC、水泵、相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)有機(jī)地結(jié)合起來，并發(fā)揮各自優(yōu)勢。系統(tǒng)采用三個(gè)壓力傳感器（壓力檢測開關(guān)）實(shí)時(shí)監(jiān)測水位的壓力，采用四臺(tái)水泵保證供水量的需求，采用可編程控制器（PLC）來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行。這個(gè)操作方便的自動(dòng)控制系統(tǒng)，以PLC為核心，以智能供水控制系統(tǒng)取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設(shè)備，起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊；由于水泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵和閥門等東西的使用壽命；可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。使得系統(tǒng)調(diào)試和使用都十分方便，而且大大簡化了水廠在管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析等方面的工作量。PLC為主體構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)不僅能夠最大程度滿足需要，其穩(wěn)定安全的運(yùn)行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終達(dá)到高效率優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，降低自來水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的。供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動(dòng)機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成。通常由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機(jī)和水泵做成一體，通過調(diào)節(jié)電機(jī)機(jī)組工作電機(jī)的數(shù)量，從而改變水泵的出水流量而實(shí)現(xiàn)恒壓供水的。因此，供水系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是電動(dòng)機(jī)的工作控制。電動(dòng)機(jī)的控制通常使用接觸器，PLC通過控制接觸器來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制電機(jī)機(jī)組的電機(jī)從而實(shí)現(xiàn)了大樓供水。1.4 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。系統(tǒng)主要的設(shè)計(jì)任務(wù)是利用PLC控制單元控制多臺(tái)水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的供水?！癙LC+ 水泵機(jī)組+壓力傳感器” 這種控制方式靈活方便。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，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計(jì)上，只需確定PLC的硬件配置和IO的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，可以方便地通過PC機(jī)來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。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。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機(jī)組的容量大小無關(guān)。這種控制方案既有擴(kuò)展功能靈活方便、便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，又能達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度的要求，所以本次設(shè)計(jì)采用基于PLC的控制方式。1.5 供水系統(tǒng)運(yùn)行和原理1.5.1 系統(tǒng)原理說明根據(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)主要的設(shè)計(jì)任務(wù)是利用控制單元控制一臺(tái)水泵或循環(huán)控制多臺(tái)水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的啟動(dòng)，同時(shí)還要能對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。系統(tǒng)運(yùn)行原理圖如圖1-1所示。圖1-1系統(tǒng)運(yùn)行原理圖本系統(tǒng)通過市政供水管道往蓄水池供水，供水時(shí)，通過LDM-8W電池供電無線水位計(jì)來傳遞實(shí)時(shí)的液位信息給PLC，通過PLC檢測出壓力信號(hào)給壓力傳感器，從而控制不同水壓時(shí)的供水。而四臺(tái)水泵通過交流接觸器與PLC連接，保證用戶不同用水量的需求。這種控制方式靈活方便。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，用戶可靈活組成各規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計(jì)上，只需確定PLC的硬件配置和壓力傳感器的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，可以方便地通過PLC來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。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。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的供水場合，并且與供水機(jī)組的容量大小無關(guān)。1.5.2 系統(tǒng)運(yùn)行說明本供水系統(tǒng)運(yùn)行分為手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行：1.手動(dòng)工作時(shí)，四臺(tái)水泵能獨(dú)立操作，并且有過載保護(hù)，可通過相應(yīng)水泵的閘刀開關(guān)切斷對(duì)相應(yīng)水泵的電源實(shí)現(xiàn)斷電控制。2.自動(dòng)工作時(shí)，當(dāng)用水量少時(shí)，壓力增高，高壓報(bào)警燈亮起并起蜂鳴，通過PLC控制水泵工作，切斷相應(yīng)水泵；當(dāng)用水量多時(shí)，壓力降低，低壓報(bào)警燈亮起并起蜂鳴，通過PLC控制水泵工作，切斷相應(yīng)水泵；高低壓報(bào)警均未亮?xí)r表示水壓正常，可維持水泵持續(xù)運(yùn)行。工作時(shí)水泵數(shù)量最少一臺(tái)，最多四臺(tái)。第二章 可編程控制器的概述2.1 可編程控制器介紹1969年，在美國出現(xiàn)第一臺(tái)可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）以來，經(jīng)過30多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為一種最重要、高可靠性、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)。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)之間的許多過程控制領(lǐng)域。可編程序控制器已和數(shù)控技術(shù)及工業(yè)機(jī)器人并列為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。初期的PLC只是用于邏輯控制場合，代替繼電器控制系統(tǒng)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，PLC以微處理器為核心，適用于開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量的控制，它已進(jìn)入過程控制和位置控制等場合的控制領(lǐng)域。目前，可編程序控制器既保留了原來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)、過程儀表控制系統(tǒng)、集散系統(tǒng)、分散系統(tǒng)等。在許多場合，可編程序控制器可以構(gòu)成各種綜合控制系統(tǒng)，例如構(gòu)成邏輯控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)、圖形工作站等等。2.2 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。目前主要分FX3G、FX3U、FX2N、FX1N、FX1S等系列。FX系列PLC特點(diǎn)是一體機(jī)、高處理，可達(dá)365點(diǎn)開關(guān)量控制等。2.2.1 三菱FX系列PLC主要特點(diǎn)1.小型集成型2.更高的性價(jià)比3.高速化、高精度的控制（基本指令0.08s/步）4.高性能的內(nèi)置功能（高速計(jì)數(shù)器、高速輸入/輸出等）5.擴(kuò)大控制點(diǎn)數(shù)，最大支持256點(diǎn)I/O6.特殊單元的高性能化和高互換性7.擴(kuò)展通信端口, 輕松地使用模擬量功能8.擴(kuò)充存儲(chǔ)器容量9.標(biāo)準(zhǔn)機(jī)種適合國際規(guī)格2.2.2 三菱FX系列PLC主要數(shù)據(jù)簡介在PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)和用戶應(yīng)用程序中使用著大量的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)從結(jié)構(gòu)或數(shù)制上具有以下主要幾種形式。1.十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)在PLC中又稱字?jǐn)?shù)據(jù)。它主要存在于定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的設(shè)定值K；輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、狀態(tài)繼電器等的編號(hào)；定時(shí)器和計(jì)數(shù)器當(dāng)前值等方面。2.二進(jìn)制數(shù)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。但使用外圍設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控顯示時(shí)，會(huì)還原成原來的數(shù)制。一位二進(jìn)制數(shù)在PLC中又稱位數(shù)據(jù)。它主要存在于各類繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的觸點(diǎn)及線圈。3.十六進(jìn)制數(shù)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。2.2.3 三菱FX系列PLC基本指令FX 系列 PLC 有基本順控指令 20 或 27 條、步進(jìn)梯形圖指令 2 條、應(yīng)用（功能）指令 100 多條（不同系列有所不同）。以 FX2N 為例，介紹其基本順控指令和步進(jìn)指令及其應(yīng)用。 FX1N，F(xiàn)X2N，F(xiàn)X2NC 共有 27 條基本順控指令，2條步進(jìn)梯形圖指令。三菱FX系列指令表如表2-1所示。指令助記符名 稱功 能LD取運(yùn)算開始a接點(diǎn)LDI取反運(yùn)算開始b接點(diǎn)LDP取脈沖上升沿檢出運(yùn)算開始LDF取脈沖下降沿檢出運(yùn)算開始AND與串聯(lián)連接a接點(diǎn)ANI與非串聯(lián)連接b接點(diǎn)ANDP與脈沖上升沿檢出串聯(lián)連接ANDF與脈沖下降沿檢出串聯(lián)連接OR或并聯(lián)連接a接點(diǎn)ORI或非并聯(lián)連接b接點(diǎn)ORP或脈沖上升沿檢出并聯(lián)連接ORF或脈沖下降沿檢出并聯(lián)連接ANB回路塊與回路之間串聯(lián)連接ORB回路塊或回路塊之間并聯(lián)連接OUT輸出線圈驅(qū)動(dòng)指令SET置位線圈動(dòng)作保持指令RST復(fù)位解除線圈動(dòng)作保持指令PLS脈沖線圈上升沿輸出指令PLF下降沿脈沖線圈下降沿輸出指令MC主控公共串聯(lián)接點(diǎn)用線圈指令MCR主控復(fù)位公共串聯(lián)接點(diǎn)解除指令MPS進(jìn)棧運(yùn)算存儲(chǔ)MRD讀棧存儲(chǔ)讀出MPP出棧存儲(chǔ)讀出和復(fù)位INV反轉(zhuǎn)運(yùn)算結(jié)果取反NOP空操作無動(dòng)作END結(jié)束程序結(jié)束STL步進(jìn)梯形圖步進(jìn)梯形圖開始RET返回步進(jìn)梯形圖結(jié)束表2-1三菱FX系列指令表 2.3 可編程控制器的特點(diǎn)一.可靠性高。由于可靠性是用戶選用的首位依據(jù)，因此，每個(gè)PLC生產(chǎn)廠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的平均無故障時(shí)間達(dá)到30萬小時(shí)以上，使用壽命更長。二.控制功能強(qiáng)。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、位置控制和過程控制等。三.編程方便，易于使用。PLC采用與繼電器電路相似的梯形圖編程，比較直觀，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。PLC可取代原繼電器控制系統(tǒng)，有利于對(duì)老設(shè)備的技術(shù)改造。2.4 可編程控制器的工作原理2.4.1 PLC的等效工作電路PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(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2-2所示：圖2-2 PLC的等效工作電路1.內(nèi)部控制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。內(nèi)部控制電路實(shí)際上也就是用戶根據(jù)控制要求編制的程序。PLC程序一般用梯形圖形式表示。而梯形圖是從繼電器控制的電氣原理圖演變而來的，PIC程序中的動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)、線圈等概念均與繼電器控制電路相同。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)沒有的器件，它們的線圈及動(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。2.輸入部分這部分的作用是接受被控設(shè)備的信息或操作0命令等外部輸入信息。輸入接線端是PLC與外部的開關(guān)、按鈕、傳感器轉(zhuǎn)換信號(hào)等連接的端口。每個(gè)端子可等效為一個(gè)內(nèi)部繼電器線圈，線圈號(hào)即輸入接點(diǎn)號(hào)，這個(gè)線圈由接收到的輸入端的外部信號(hào)來驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)電源可由PLC的電源部件提供(如直流24V)，也可由獨(dú)立的交流電源(如交流110V)供給。每個(gè)輸入繼電器可以有無窮多個(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。3.輸出部分這部分的作用是驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。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?？傊?，在使用PLC時(shí)，可以把輸入端等效為一個(gè)繼電器線圈，其相應(yīng)的繼電器接點(diǎn)(動(dòng)合或動(dòng)斷)可在內(nèi)部控制電路中使用，而輸出端又以等效為內(nèi)部輸出繼電器的一個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備。2.4.2 PLC的工作過程PLC一般采用循環(huán)掃描方式工作。當(dāng)PLC加電后，首先進(jìn)行初始化處理，包括清除IO及內(nèi)部輔助繼電器、復(fù)位所有定時(shí)器、檢查I/O單元的連接等。開始運(yùn)行之后，串行地執(zhí)行存貯器中的程序，這個(gè)過程可以分為如下四個(gè)階段：1.公共處理階段這部分在每次循環(huán)開始都要被執(zhí)行，包括復(fù)位系統(tǒng)定時(shí)器、檢查程序存貯器、檢查IO總線、檢查掃描時(shí)間等。如出現(xiàn)異常情況，則通過自診斷給出故障信號(hào)，或自行進(jìn)行相應(yīng)的處理，這將有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)或提前預(yù)報(bào)系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。這部分時(shí)間是固定的，對(duì)P型機(jī)來說，為1.26ms。2.執(zhí)行外圍設(shè)備命令階段當(dāng)有簡易編程器、圖形編程器、打印機(jī)等外部設(shè)備與PLC相連時(shí)，則PLC在每次循環(huán)時(shí)，都將執(zhí)行來自外部設(shè)備的命令。3.程序執(zhí)行階段在這個(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。4.輸入、輸出更新階段PLC的CPU在每個(gè)掃描周期進(jìn)行一次輸入來進(jìn)行輸出更新。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。這種對(duì)輸入、輸出狀態(tài)的集中處理過程，稱為批處理，這是PLC工作的特點(diǎn)。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)的構(gòu)成圖3-1 系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖3-1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。四臺(tái)水泵中每臺(tái)泵的出水管均裝有手動(dòng)閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，四臺(tái)泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要；供水系統(tǒng)中檢測管路壓力的壓力傳感器，一般采用電阻式傳感器(反饋05V電壓信號(hào))或壓力變送器(反饋420mA電流)。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、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、以及報(bào)警裝置等部分組成。一執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)。二信號(hào)檢測在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號(hào)包括自來水出水水壓信號(hào)和報(bào)警信號(hào):1.水壓信號(hào):它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是供水控制的主要反饋信號(hào)。2.報(bào)警信號(hào):它反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，水泵電機(jī)是否過載等。該信號(hào)為開關(guān)量信號(hào)。三控制系統(tǒng)供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統(tǒng))、電控設(shè)備兩個(gè)部分。1.供水控制器:它是供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對(duì)系統(tǒng)中的工況、壓力、報(bào)警信號(hào)進(jìn)行采集，對(duì)來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過接觸器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即水泵)進(jìn)行控制。2.電控設(shè)備:它是由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成。用于在供水控制器的控制下完成對(duì)水泵的切換、手/自動(dòng)切換等。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，例如可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的診斷和維護(hù)等。五報(bào)警裝置作為一個(gè)控制系統(tǒng)，報(bào)警是必不可少的重要組成部分。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)過載、電網(wǎng)過大波動(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，由PLC判斷報(bào)警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作控制，以免造成不必要的損失。3.2 系統(tǒng)主要硬件設(shè)備的選型3.2.1 PLC的選型PLC是整個(gè)供水控制系統(tǒng)的核心，它要完成對(duì)系統(tǒng)中所有輸入信號(hào)的采集、所有輸出單元的控制以及對(duì)外的數(shù)據(jù)交換等功能。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)。依據(jù)控制任務(wù)，從PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)器容量、輸入輸出接口模塊類型等方面等來選PLC型號(hào)。在供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們選擇三菱FX1N-40MR-001型PLC。1.FX1N-40MR-001的主要參數(shù)IO點(diǎn)數(shù)：2416；基本指令：27條；功能指令：298條；基本指令執(zhí)行時(shí)間：0.55-0.7微秒；用戶程序步驟：8K；通信功能：強(qiáng)；輸出形式：繼電型；輸出能力：2A點(diǎn)；三菱FX1N-40MR-001是三菱電機(jī)推出的功能強(qiáng)大的普及型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。是一款廣泛應(yīng)用于一般的順序控制三菱PLC。2. 三菱FX1N-40MR-001 PLC特點(diǎn)三菱FX1N-40MR-001 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。 除輸入輸出16-25點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以適用于在多個(gè)基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。 三菱FX1N-40MR-001在基本單元上連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行16-256點(diǎn)的靈活輸入輸出組合?？蛇x用16/32/48/64/80/128點(diǎn)的主機(jī)，可以采用最小8點(diǎn)的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？筛鶕?jù)電源及輸出形式，自由選擇。 程序容量：內(nèi)置800步RAM（可輸入注釋）可使用存儲(chǔ)盒，最大可擴(kuò)充至16K步。豐富的軟元件應(yīng)用指令中有多個(gè)可使用的簡單指令、高速處理指令、輸入過濾常數(shù)可變，中斷輸入處理，直接輸出等。便利指令數(shù)字開關(guān)的數(shù)據(jù)讀取，16位數(shù)據(jù)的讀取，矩陣輸入的讀取，7段顯示器輸出等。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。特殊用途、脈沖輸出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脈寬調(diào)制，PID控制指令等。3.2.2 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。要使泵組常處于高效區(qū)運(yùn)行，則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配。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：1.由多臺(tái)水泵機(jī)組實(shí)現(xiàn)供水，流量范圍600m2h，揚(yáng)程60米左右，出水口水壓大小為0.4Mpa；2.設(shè)置一臺(tái)水泵作用于小流量時(shí)的供水；供水壓力要求恒定，尤其在換泵時(shí)波動(dòng)要?。?.系統(tǒng)能自動(dòng)可靠運(yùn)行，為方便檢修和應(yīng)急，應(yīng)具備手動(dòng)功能。4.具有完善的過載保護(hù)功能，系統(tǒng)要求較高的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性能。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。表3-1水泵機(jī)組主要性能參數(shù)表型號(hào)數(shù)量主要性能參數(shù)流量m2/h揚(yáng)程m效率%轉(zhuǎn)速r/min電機(jī)功率kw余量m進(jìn)出口徑mm水泵機(jī)組150sfl160-20x4416080731450552.91503.2.3 壓力傳感器的選型壓力傳感器是供水系統(tǒng)中的主要傳感器。PLC自動(dòng)控制水泵的工作情況的信息全部來自壓力傳感器，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。水壓傳感器，廠家采用進(jìn)口高精度感應(yīng)芯體，先進(jìn)的貼片工藝，配套帶有零點(diǎn)、滿量程補(bǔ)償，溫度補(bǔ)償?shù)母呔群透叻€(wěn)定性放大集成電路，將被測量介質(zhì)的壓力轉(zhuǎn)換成05VDC標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào) 。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。廣泛用于工業(yè)設(shè)備、水利、化工、醫(yī)療、電力、空調(diào)、金剛石壓機(jī)、冶金、車輛制動(dòng)、樓宇供水等壓力測量與控制。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。一.產(chǎn)品概述及特點(diǎn)：基于PLC控制的大樓物業(yè)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) x屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)成果 1.采用進(jìn)口感壓芯片；2.先進(jìn)的貼片工藝，具有零點(diǎn)、滿量程補(bǔ)償，溫度補(bǔ)償；3.高精度和高穩(wěn)定性放大集成電路；4.全封焊結(jié)構(gòu)、抗沖擊、耐疲勞、可靠性高；5.輸出信號(hào)多樣化（有電流型、電壓型）；6.結(jié)構(gòu)小巧，安裝方便；7.采用高溫補(bǔ)償最高介質(zhì)溫度可達(dá)350度；二.產(chǎn)品主要參數(shù)： 1.量 程： -100KPa-0.6Mpa60 Mpa120 Mpa間任意可選（量小量程為0.6MPa,量大量程為120MPa）2.輸 出：420mA（二線制）、05VDC、010VDC、0.54.5VDC（三線制） 3.綜合精度： 0.1%FS（量程60MPa以下）、0.25%FS、0.5%FS4.供 電： 24V DC（1530VDC）5.絕緣電阻： 1000 M/100VDC6.介質(zhì)溫度： -2085、-20150、-20200、-20300（可選）7.密封等級(jí)：IP65/IP688.過載能力： 150%FS9.響應(yīng)時(shí)間：10mS 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖：圖 3-2水壓傳感器PY206結(jié)構(gòu)圖3.3 系統(tǒng)電路分析及設(shè)計(jì)3.3.1 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：1.輸入電源電壓在一定的允許范圍內(nèi)變化；2.當(dāng)輸入交流電斷電時(shí)，應(yīng)不破壞控制器程序和數(shù)據(jù)；3.當(dāng)控制系統(tǒng)不允許斷電的場合，要考慮供電電源的冗余；4.當(dāng)外部設(shè)備電源通斷電時(shí)，應(yīng)不影響控制器的供電；5.要考慮電源系統(tǒng)的抗干擾措施。為實(shí)現(xiàn)以上要求，在主電路和控制電路加上了保護(hù)，包括過載保護(hù)，當(dāng)主電路因某些原因出現(xiàn)故障時(shí)，比如水泵過載，這時(shí)過載保護(hù)工作，水泵停止運(yùn)行既使水泵安全，也使電源供電安全確保PLC的電源正常。3.3.2 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：150sfl160-20x4，55kw，1450轉(zhuǎn)/分，380V，144A。在設(shè)計(jì)主電路時(shí)水泵以電動(dòng)機(jī)代替，圖中的KM為接觸器線圈，F(xiàn)R為熱繼電器，主電路并設(shè)有短路過載保護(hù)。硬件設(shè)設(shè)計(jì)主電路圖如圖3-3所示：圖3-3 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載時(shí)，主電路上的電流超過正常值時(shí)熔斷器自動(dòng)熔斷，起到保護(hù)水泵和主電路的作用。在每臺(tái)水泵上單獨(dú)再安裝熔斷器FU1、FU2、FU3、FU4，因?yàn)椋?臺(tái)水泵的工作狀態(tài)不同主電路的電流不同，主電路上的熔斷器只能起到保護(hù)主電路的作用，所以，在每臺(tái)水泵上單獨(dú)再裝上熔斷器以保證當(dāng)水泵超載時(shí)可單獨(dú)切斷電源。刀開關(guān)QS1、QS2、QS3、QS4由人工手動(dòng)控制，PLC控制電路失靈時(shí)刀開關(guān)是切斷電源的唯一方法。接觸器KM1、KM2、KM3、KM4是由PLC自動(dòng)控制水泵的開關(guān)。FR1、FR2、FR3、FR4是熱繼電器，把它們穿在電機(jī)的繞組中，當(dāng)水泵過載時(shí)，熱繼電器動(dòng)作，切斷電源。M1、M2、M3、M4代表四臺(tái)水泵。二系統(tǒng)的控制電路1.控制電路原理說明：如圖3-4系統(tǒng)的控制電路，當(dāng)撥動(dòng)開關(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)開關(guān)撥到“手動(dòng)”時(shí)，及實(shí)現(xiàn)手動(dòng)工作模式；SB2、SB4、SB6、SB8分別手動(dòng)控制1# 、2# 、3# 、4# 泵啟動(dòng)；SB1、SB3、SB5、SB7分別手動(dòng)控制1# 、2# 、3#、4# 泵停止；HG1、HG2、HG3、HG4分別是1# 、2# 、3# 、4# 泵的工作指示燈。在手動(dòng)模式下：按下SB2， SB2接通KM1接通1#水泵電機(jī)啟動(dòng)；按下SB1，SB1斷開KM1斷開1#水泵電機(jī)停止；按下SB4，SB4接通KM2接通2#水泵電機(jī)啟動(dòng)；按下SB3，SB3斷開KM2斷開2#水泵電機(jī)停止；按下SB6，SB6接通KM3接通3#水泵電機(jī)啟動(dòng)；按下SB5，SB5斷開KM3斷開3#水泵電機(jī)停止。按下SB8，SB8接通KM4接通4#水泵電機(jī)啟動(dòng)；按下SB7，SB7斷開KM4斷開4#水泵電機(jī)停止。在自動(dòng)模式下，通過PLC來控制水泵工作。圖3-4系統(tǒng)的控制電路根據(jù)控制電路，可得到所用的元件清單，該清單如表3-2表所示。表3-2控制電路元件清單元件名作用SB1手動(dòng)模式 1# 泵 停止按鈕SB2手動(dòng)模式 1# 泵 啟動(dòng)按鈕SB3手動(dòng)模式 2# 泵 停止按鈕SB4手動(dòng)模式 2# 泵 啟動(dòng)按鈕SB5手動(dòng)模式 3# 泵 停止按鈕SB6手動(dòng)模式 3# 泵 啟動(dòng)按鈕SB7手動(dòng)模式 4# 泵 停止按鈕SB8手動(dòng)模式 4# 泵 啟動(dòng)按鈕SB9高壓報(bào)警燈啟動(dòng)按鈕SB10低壓報(bào)警燈啟動(dòng)按鈕HG11 # 泵工作模式 指示燈HG22 # 泵工作模式 指示燈HG33 # 泵工作模式 指示燈HG44 # 泵工作模式 指示燈FR11 # 電機(jī)熱電保護(hù)的熱繼電器FR22 # 電機(jī)熱電保護(hù)的熱繼電器FR33 # 電機(jī)熱電保護(hù)的熱繼電器FR44 # 電機(jī)熱電保護(hù)的熱繼電器HR1電源指示燈HR2高壓報(bào)警指示燈HR3低壓報(bào)警指示燈PY1壓力傳感器1（低壓）PY2壓力傳感器2（正常水壓）PY3壓力傳感器3（高壓）3.3.3 可編程控制器I/O分配根據(jù)以上控制要求統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)的名稱、代碼及地址編碼如表3-3所示。表33控制器I/O口分配表輸入元件地址編碼輸出元件地址編碼低水壓輸入X000水泵1接觸器Y001正常水壓輸入X001水泵2接觸器Y002高水壓輸入X002水泵3接觸器Y003模式選擇開關(guān)X003水泵4接觸器Y004自動(dòng)模式開關(guān)X004水泵1工作指示燈Y005水泵1過載X005水泵2工作指示燈Y006水泵2過載X006水泵3工作指示燈Y007水泵3過載X007水泵4工作指示燈Y010水泵4過載X010自動(dòng)模式指示燈Y011水泵1手動(dòng)開X011手動(dòng)模式指示燈Y012水泵1手動(dòng)關(guān)X012自動(dòng)模式開關(guān)指示燈Y013水泵2手動(dòng)開X013高壓報(bào)警燈Y014水泵2手動(dòng)關(guān)X014低壓報(bào)警燈Y015水泵3手動(dòng)開X015高壓報(bào)警燈開關(guān)Y016水泵3手動(dòng)關(guān)X016低壓報(bào)警燈開關(guān)Y017水泵4手動(dòng)開X017蜂鳴器開關(guān)Y000水泵4手動(dòng)關(guān)X0203.3.4 PLC I/O接線圖如圖3-5所示，按鍵X000-X020分別為不同信號(hào)輸入，COM口為公共端，Y000-Y017分別為不同控制信號(hào)輸出端，輸出控制信號(hào)控制執(zhí)行電路的工作狀態(tài)。其中，X003是自鎖開關(guān)，當(dāng)X003接通時(shí)系統(tǒng)工作在手動(dòng)模式，當(dāng)X003斷開時(shí)，系統(tǒng)工作在自動(dòng)模式，而X003的默認(rèn)狀態(tài)是斷開的。X004是當(dāng)系統(tǒng)工作在自動(dòng)模式時(shí)的開關(guān)，當(dāng)X004接通時(shí)，自動(dòng)工作有效，當(dāng)X004斷開時(shí)，自動(dòng)工作停止。X004-X008是過載保護(hù)的輸入，以開關(guān)形式代替。過載保護(hù)，除了有硬件上的保護(hù)還有PLC程序中的保護(hù)，以確保系統(tǒng)的可靠性。X011-X020是手動(dòng)模式下的功能選擇，使4臺(tái)水泵可以任意設(shè)置其工作狀態(tài)，4臺(tái)水泵在手動(dòng)控制模式下是相互獨(dú)立的，相互之間沒有影響。Y001-Y004是水泵的接觸器控制端，由于選用的PLC是繼電器輸出型，因此可以直接驅(qū)動(dòng)接觸器，為了增加系統(tǒng)的安全系數(shù)，在接觸器和PLC組成的回路中加入了熱繼電器。Y005-Y013是各個(gè)水泵工作狀態(tài)指示燈口，Y011是自動(dòng)模式指示燈控制口，Y012是手動(dòng)模式指示燈控制口，Y013是自動(dòng)模式開關(guān)狀態(tài)之燈控制接口。Y014是高壓報(bào)警指示燈，當(dāng)只有一臺(tái)水泵在工作，但是，水壓還是超過正常值，這時(shí)就要報(bào)警來提醒工作人員，由工作人員決定是否手動(dòng)關(guān)掉所有水泵。Y015是低壓報(bào)警指示燈，當(dāng)四臺(tái)水泵都投入工作，但是，水壓還是低于正常值，如果這種狀態(tài)經(jīng)常發(fā)生，那么，這個(gè)系統(tǒng)就要考慮增設(shè)一臺(tái)水泵以保證供水的正常。當(dāng)高壓或低壓報(bào)警燈工作時(shí)，則自動(dòng)觸發(fā)蜂鳴器Y000發(fā)出報(bào)警信號(hào)。圖3-5供水系統(tǒng)PLC I/O接線圖3.3.5 壓力傳感器信號(hào)處理壓力傳感器選用的是佛山一眾傳感儀器有限公司的水壓傳感器PY206。PY206能將水壓轉(zhuǎn)換成05VDC標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。采用進(jìn)口高精度感應(yīng)芯體，先進(jìn)的貼片工藝，配套帶有零點(diǎn)、滿量程補(bǔ)償，溫度補(bǔ)償?shù)母呔群透叻€(wěn)定性放大集成電路。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。壓力傳感器PY206能將水壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成05VDC標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，但是，PLC需要的是三個(gè)分立的信號(hào)：低水壓信號(hào)，正常水壓，高水壓信號(hào)。因此，就必須把壓力傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，為此我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖3-6所示的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。圖3-6壓力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路此電路，主要由電壓比較器Lm393，數(shù)字芯片非門芯片74f04、同或門74ls266組成。通過電阻橋式電路分壓，設(shè)定了高水壓和低水壓的參考電壓，由于水壓傳感器PY206的輸出信號(hào)是05VDC標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，因此，可以采用這種形式。傳感器信號(hào)接到電壓比較器Lm393的2腳和5腳，通過由Lm393組成的窗口比較器電路將水壓轉(zhuǎn)換成低中高三檔信號(hào)送給PLC。 3.3.6 報(bào)警電路設(shè)計(jì)1.必要性分析確定供水系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的基本依據(jù)是設(shè)計(jì)供水能力能滿足系統(tǒng)最不利點(diǎn)的用水需求，同時(shí)還需要結(jié)合用戶用水量變化類型，考慮方案適用性、節(jié)能性及其它技術(shù)要求。根據(jù)用戶的用水時(shí)段特點(diǎn)，可將用戶用水量變化類型分為連續(xù)型、間歇型兩大類，根據(jù)流量的變化特點(diǎn)，還可進(jìn)一步細(xì)分為高流量變化型，低流量變化型，全流量變化型等。不同季節(jié)、不同月份，流量變化類型也會(huì)改變。連續(xù)型是指一天內(nèi)很少有流量為零的時(shí)候，或本身管網(wǎng)的正常泄漏就保持有一定的流量；間歇型指一天內(nèi)有多段用水低谷時(shí)間，流量很小或?yàn)榱?。各種類型的水流量變化關(guān)系曲線如圖3-7所示。圖 3-7用戶用水量變化類型a)連續(xù)型(全流量變化型) b)連續(xù)型(高流量變化型)c)連續(xù)型(低流量變化型) d)間歇型根據(jù)以上分析知道：由于居民用水的集中性，當(dāng)只有1臺(tái)水泵在工作時(shí)，如果水壓傳感器還檢測到水壓過高，這時(shí)就要采取行動(dòng)，不然會(huì)使水壓過高造成管道破裂，造成水資源和電能的浪費(fèi)。在用水高峰期，4臺(tái)水泵都投入工作，如果水壓傳感器傳回?cái)?shù)據(jù)仍顯示水壓低，這時(shí)，部分用戶的用水將受到影響。如果經(jīng)常出現(xiàn)低壓報(bào)警，那么，就提醒管理者增加水泵個(gè)數(shù)，以保證用水正常。2.報(bào)警電路圖3-8 報(bào)警電路電路圖如圖3-8所示，當(dāng)報(bào)警控制信號(hào)為1時(shí)，報(bào)警器發(fā)聲報(bào)警。這時(shí)管理者就要根據(jù)實(shí)際情況作出相應(yīng)回應(yīng)，如果是高壓報(bào)警則可以通過系統(tǒng)的手動(dòng)功能，將所有水泵都關(guān)掉，或者是低壓報(bào)警，這就要根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增加水泵的數(shù)量以確保用戶用水的正常。 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件開發(fā)環(huán)境簡介本設(shè)計(jì)使用的編程環(huán)境為三菱公司開發(fā)的PLC編程軟件GX Developer8.52。該軟件適用于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。使用簡單，操作方便，是PLC編程人員比較親賴的開發(fā)環(huán)境之一。50圖4-1 GX Developer8.52啟動(dòng)畫面 圖4-2 GX Developer8.52工作界面一GX Developer的特點(diǎn)1.軟件的共通化 GX Developer能夠制作Q系列，QnA系列，A系列（包括運(yùn)動(dòng)控制（SCPU）,FX系列的數(shù)據(jù),能夠轉(zhuǎn)換成GPPQ,GPPA格式的文檔。2.程序的標(biāo)準(zhǔn)化3.能夠簡單設(shè)定和其他站點(diǎn)的鏈接4.能夠用各種方法和可編程控制器CPU連接5.能夠?qū)xcel,Word等作成的說明數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制，粘貼，并有效利用。圖4-3 GX Developer8.52工具欄4.2 供水系統(tǒng)程序流程圖圖4-4 程序流程圖4.3 供水系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及解析4.3.1 程序的模式選擇、水泵工作程序設(shè)計(jì)及解析 一主程序的模式選擇部分程序設(shè)計(jì)及解析圖4-5 主程序的模式選擇部分程序解析：這是主程序的模式選擇部分，當(dāng)X3接通時(shí)選擇手動(dòng)模式，在手動(dòng)模式下要打開手動(dòng)模式指示燈即SET Y012，同時(shí)把自動(dòng)模式的指示燈關(guān)掉即RST Y011。再調(diào)用手動(dòng)處理子函數(shù)。然后復(fù)位在自動(dòng)模式下開啟的T0和T1，這時(shí)為下一次進(jìn)入自動(dòng)模式做好準(zhǔn)備；當(dāng)X3斷開時(shí)，系統(tǒng)工作在自動(dòng)模式，這時(shí)要關(guān)閉手動(dòng)模式指示燈同時(shí)打開自動(dòng)模式指示燈，然后調(diào)用自動(dòng)模式子程序。二. 水泵工作狀態(tài)指示程序設(shè)計(jì)及解析圖4-6水泵工作狀態(tài)指示程序解析：每一臺(tái)水泵的工作狀態(tài)，可以通過PLC的Y005、 Y006、 Y007， Y010控制的指示燈上看到，這樣方便管理監(jiān)測和維護(hù)水泵。能夠?qū)崟r(shí)的看到PLC的控制結(jié)果，而不必到現(xiàn)場看水泵的工作狀態(tài)，相當(dāng)于起到了人機(jī)交互的作用，體現(xiàn)了系統(tǒng)的人性化設(shè)計(jì)理念。三. 水泵工作狀態(tài)和順序記憶程序設(shè)計(jì)及解析圖4-7水泵工作順序記憶程序解析：這是工作順序記憶程序，因?yàn)橹挥杏涀×四呐_(tái)水泵先工作，才能“實(shí)現(xiàn)先工作的先停止，沒工作過的先工作”。圖4-8水泵工作狀態(tài)記憶的復(fù)位程序這是記憶的復(fù)位，因?yàn)?，記憶水泵的工作順序，如果不?fù)位，那么，它的效果將和沒有記憶效果一樣。4.3.2 程序的保護(hù)、報(bào)警選擇程序設(shè)計(jì)及解析一. 過載保護(hù)程序設(shè)計(jì)及解析圖4-9過載保護(hù)程序解析：雖然硬件上有熱繼電器和熔斷器，但是為了系統(tǒng)的可靠性和完整