基于plc的物業(yè)供水系統(tǒng)設計.doc

摘要隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，城市中各類小區(qū)的建設發(fā)展十分迅速，同時也對小區(qū)的基礎設施建設提出了更高的要求，小區(qū)的供水系統(tǒng)是其中的一個重要方面。本論文是針對供水要求設計的基于PLC的物業(yè)供水系統(tǒng)。本設計由PLC、四臺水泵、壓力傳感器等組成，系統(tǒng)工作時分手動操作和自動操作，自動操作時首先由傳感器把信號傳給PLC，再由PLC根據(jù)水壓的高低信號分析控制四臺水泵的工作狀態(tài)；手動操作時，可以通過各個水泵的啟動停止按鈕獨立的工作。該系統(tǒng)還設有過載等保護。本設計是基于PLC的物業(yè)供水系統(tǒng)，通過調(diào)試表明本系統(tǒng)能夠滿足設計要求并有很好的使用價值。關鍵詞：物業(yè)供水；PLC；恒壓 目 錄第一章 概述 1 1.1 課題背景和意義 11.2 國內(nèi)外的發(fā)展與現(xiàn)狀 2第二章 硬件設計 42.1 供水系統(tǒng)主電路設計 42.2 供水系統(tǒng)的I/O地址分配表、I/O接線圖52.3 供水系統(tǒng)的元件選擇 6第三章 軟件設計73.1 系統(tǒng)流程圖 73.2 程序梯形圖 73.3 程序指令表103.4 程序分析16第四章 結(jié)論 184.1調(diào)試結(jié)果與分析 184.2設計心得與感想 19參考文獻 20 第一章 概述1.1 課題背景和意義 我們都知道，水是人類生活、生產(chǎn)中不可缺少的重要物質(zhì)，在建設節(jié)約型時代特征的前提下，我們這個水資源和電能短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術一直比較落后，自動化程度低，而隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，以及住房制度改革的不斷深入，城市中各類小區(qū)建設發(fā)展十分迅速，同時也對小區(qū)的基礎設施建設提出了更高的要求。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設是其中的一個重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性直接影響到小區(qū)住戶的正常工作和生活，也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平的高低。本系統(tǒng)就是在這種背景下設計的。本設計是基于PLC的物業(yè)供水系統(tǒng)，具有以下特點：（1）：供水系統(tǒng)有水泵4臺，供水管道安裝壓力檢測開關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。（2）：系統(tǒng)分手動工作和自動工作兩種狀態(tài)，自動工作時，當用水量少，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；當用水量多時，壓力降低，K1接通，此時可延時30s后增設1臺水泵工作，要求未曾工作過的水泵增加投入運行；當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；手動工作時，要求4臺水泵可分別獨立操作（分設起動和停止開關），并分別具有過載保護，可隨時對單臺水泵進行斷電控制（若輸入點不夠，可用I/O擴展模塊）。（3）：并設有“自動/手動”切換開關（ON手動，OFF自動），另設自動運行控制開關（ON自動運行，OFF自動運行停止）。各水泵工作時，均應有工作狀態(tài)顯示。1.2 國內(nèi)外的發(fā)展與現(xiàn)狀 可編程序控制器(program logical controller)，簡稱PLC，是一種專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的數(shù)字運算電子系統(tǒng)。世界上第一臺可編程控制器是美國數(shù)字設備公司(DEC)于1969年研制的。早期的可編程控制器由分離元件和中小規(guī)模集成電路組成，主要功能是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時等，PLC將傳統(tǒng)的繼電器控制技術與新興的計算機技術和通信技術融為一體，具有可靠性高、功能強、應用靈活、編程簡單、使用方便等一系列優(yōu)點。70年代初期，體積小、功能強和價格便宜的微處理器被用于PLC，使得PLC的功能大大增強，具有了：可靠性高、具有豐富的IO接口模塊、采用模塊化結(jié)構(gòu)、編程簡單易學安裝簡單，維修方便等特點。以及良好的工業(yè)環(huán)境工作性能和自動控制目標實現(xiàn)性能，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。 而PLC在物業(yè)供水方面也得到了廣泛的應用。傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式有恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水、液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等。這些傳統(tǒng)的供水方式或多或少都存在各自的缺點和不足，比如：恒速泵加壓供水方式無法對供水管網(wǎng)的壓力做出及時的反應，水泵的增減都依賴人工進行手工操作、水塔高位水箱供水基建投資大，占地面積大，維護不方便，水泵電機為硬起動，啟動電流大、單片機變頻調(diào)速供水系統(tǒng)開發(fā)周期比較長，對操作員的素質(zhì)要求比較高，可靠性比較低，維修不方便，且不適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。綜上所述，傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在浪費水力、電力資源；效率低；可靠性差；自動化程度不高等缺點，在這種情況下人們想到了基于PLC的供水系統(tǒng)設計。目前國內(nèi)外基于PLC的供水系統(tǒng)設計技術比較多，并且有些技術已經(jīng)相當成熟，從簡單的基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)設計到基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)設計，其中后者的變頻技術是現(xiàn)在研究的核心，變頻技術是在電力電子技術、計算機技術和自動控制技術及電機控制理論發(fā)展的基礎上發(fā)展起來的。本文的基于PLC的物業(yè)供水系統(tǒng)設計屬于恒壓供水，由于PLC的可靠性高、功能強、應用靈活、編程簡單、使用方便等特點，與傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)相比本系統(tǒng)有很大的實用價值。 第二章 硬件設計2.1 供水系統(tǒng)主電路設計由設計內(nèi)容和要求可知，本設計需要用到四臺水泵，水泵的型號都為：J02-41-4，4.0kw，1440轉(zhuǎn)/分，380v，8.4A。在設計主電路時水泵以電動機代替，圖中的KM為接觸器線圈，F(xiàn)R為熱繼電器，主電路并設有短路過載保護。主電路如圖2-1所示： 圖 2-12.2 供水系統(tǒng)的I/O地址分配表、I/O接線圖 本設計的控制部分由PLC完成，由于本系統(tǒng)控制分手動和自動運行，手動運行時，每臺水泵分別有啟動和停止開關輸入，自動運行時，需要有自動運行/停止開關輸入，水壓判斷開關以及保護輸入等，還有四個水泵輸出。所以PLC的I/O地址分配表如表2-1所示，I/O接線圖如圖2-2所示。表2-1輸入點對應信號輸入點對應信號輸出點對應信號X0自動/手動切換X11自動啟動/停止Y0供水水泵1X1手動啟動泵1X12低壓開關K1Y1供水水泵2X2手動停止泵1X13水壓正常反饋K2Y2供水水泵3X3手動啟動泵2X14高壓開關K3Y3供水水泵4X4手動停止泵2X15泵1的過載保護X5手動啟動泵3X16泵2的過載保護X6手動停止泵3X17泵3的過載保護X7手動啟動泵4X20泵4的過載保護X10手動停止泵4 圖 2-22.3 供水系統(tǒng)的元件選擇 本系統(tǒng)主要用到的元器件有：可編程序控制器PLC，水泵，以及繼電器，接觸器等。PLC選用的是FX2N-48MR,四臺水泵選用J02-41-4，4.0kw，1440轉(zhuǎn)/分，380v，8.4A。 第三章 軟件設計3.1 系統(tǒng)流程圖由于該系統(tǒng)即可以手動運行又可以自動運行，所以本系統(tǒng)設計主要分兩部分，一部分是手動模塊，一部分是自動模塊。系統(tǒng)的總流程圖如圖3-1所示。圖 3-1 該流程圖主要介紹了本系統(tǒng)的設計思路，其中的具體細節(jié)沒有在流程圖中給出，詳細介紹將會在后面的程序分析中介紹。3.2 程序梯形圖3.3 程序指令表23 / 230LDIX0001CJP14LDX0005CJP08P09LDX00110ORM011ANIX00212OUTM013LDX00314ORM115ANIX00416OUTM117LDX00518ORM219ANIX00620OUTM221LDX00722ORM323ANIX01024OUTM325LDM800026CJP229P130LDX01131ANIX00032OUTM433LDX01234ANDM435ANIX01336ANIT037OUTT0K30040LDX01441ANDM442ANIX01343ANIT144OUTT1K30047LDIM2048ANIM2149ANIM2250ANIM2351SET 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程序分析本系統(tǒng)主要分為手動運行和自動運行兩部分，在編程過程中將本系統(tǒng)主要分為三大模塊：手動運行模塊（P0）、自動運行模塊（P1）、輸出模塊（P2）。在系統(tǒng)一上電情況下首先通過判斷自動/手動開關X0，判斷是進入手動模塊（P0）還是進入自動模塊(P1)，X0為ON表示手動，OFF表示自動。然后進入相應的模塊執(zhí)行程序。手動模塊，當進入手動模塊后，X1是泵1的手動啟動開關，X2是泵1的手動停止開關；X3是泵2的手動啟動開關，X4是泵2的手動停止開關；X5是泵3的手動啟動開關，X6是泵3的手動停止開關；X7是泵4的手動啟動開關，X10是泵4的手動停止開關；可以通過上述開關相對獨立的對單臺水泵進行通斷電控制。 自動模塊，當進入自動模塊后，在自動運行模塊還設有自動運行停止開關X11（ON表示運行，OFF表示停止），在X11為ON的情況下，系統(tǒng)首先判斷四臺水泵的運行狀態(tài)，如四臺水泵都沒工作則將自動把第一臺水泵打開，其中M20、M21、M22、M23分別是四臺水泵自動運行的標志，然后再通過壓力傳感器判斷水壓的高低，在系統(tǒng)中X12表示低壓，X13表示水壓正常、X14表示水壓高。水壓低/高的時候延時30秒，增加/減少一臺水泵工作，增加的順序是沒工作過的優(yōu)先增加本程序為了滿足這個要求采用的是四臺水泵按M20M21M22M23M20的順序依次循環(huán)啟動或停止，這樣就能滿足沒工作過的優(yōu)先則加和工作過的優(yōu)先停止的要求。其次在選擇增加那個水泵時考慮到PLC工作室掃描程序遵受從上到下從左到右的原則，為了避免上面程序?qū)ο旅娈a(chǎn)生的影響對結(jié)果產(chǎn)生影響，在設計過程中對于水壓低需要加泵時先寫四臺水泵同時工作的情況，然后逐次減一到只有一臺工作；對于水壓高需要減泵時先從一條水泵工作，然后逐次加一到四臺全工作這樣就能滿足上述要求。每次當自動模塊執(zhí)行完之后程序跳到公共輸出模塊執(zhí)行。輸出模塊，在輸出模塊中，M0、M20別是泵1的手泵和自動運行標志，X15是泵1的過載保護；M1、M21別是泵2的手泵和自動運行標志，X16是泵2的過載保護；M2、M22別是泵3的手泵和自動運行標志，X17是泵3的過載保護；M3、M23別是泵4的手泵和自動運行標志，X20是泵4的過載保護。第四章 結(jié)論4.1調(diào)試結(jié)果與分析程序設計完成之后需要進行調(diào)試仿真，本系統(tǒng)調(diào)試用的三菱F2N/F2NC系列的PLC。在調(diào)試過程中我遇到很多問題，并最終在老師和同學的幫助下把問題解決。我遇到的主要問題有：在編寫程序過程中由于程序太長寫著寫著程序?qū)懖贿M去了，最后在老師的幫助下才知道需要將程序先轉(zhuǎn)換一下才能繼續(xù)寫，這是自己對調(diào)試軟件不太熟悉的原因造成的。其次，在調(diào)試過程中，手動操作運行都正常結(jié)果也正確，自動運行時當水壓低需要加泵運行時也能正常運行，就是在水壓高需要減泵時出現(xiàn)問題，當減泵時只要運行水泵數(shù)超過兩臺應該每次減一臺，但系統(tǒng)都只留下最后一臺工作前面的幾臺全部停止工作不滿足要求，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)原來是減泵程序中上面的指令對下面產(chǎn)生了影響從而產(chǎn)生，于是我將減泵程序的順序上下?lián)Q了一下讓他們不能相互干擾，從而問題得以解決；另外還有只要出現(xiàn)四臺水泵同時運行，需減泵時本系統(tǒng)都是先減第一臺水泵，這是不符合設計要求的，面對這種情況我苦思冥想就是想不出解決辦法，最后我有向一同學請教討論這種問題的解決方法，這時這位同學的一句話點醒夢中人，原來是自己在水壓低加泵加到四臺時的判斷有問題，于是在加泵加到四臺時的每位加上一個狀態(tài)標志并在減泵時用上這些標志之后問題就得以解決。整個程序設計能夠完整的正常運行，結(jié)果正確。4.2 設計心得與感想 經(jīng)過一周的努力本次設計圓滿的完成了。然而在第一次看到這個設計題目及要求時，說實話自己有點害怕和擔心，擔心自己不能夠完成本次設計，害怕遇到問題時不知道該怎么解決。當