基于PLC的供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、指導(dǎo)教師力顏志紅系名稱專業(yè)及班級(jí)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院Hunan Industry Polytechnic題 目基于PLC的供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電氣工程系機(jī)電 S2012-1 長(zhǎng)虹43本課題以某小區(qū)供水系統(tǒng)的改造為背景，根據(jù)供水系統(tǒng)的特性和實(shí)際情況 的要求，采用PLC實(shí)現(xiàn)供水過(guò)程的全自動(dòng)控制，滿足居民用水的需要。研究的 主要容包括:基于PLC自來(lái)水控制系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)、PLC控制系統(tǒng)原理、重 點(diǎn)探討PLC控制系統(tǒng)硬件、軟件的設(shè)計(jì)，對(duì)PLC在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)控制過(guò)程中經(jīng)常遇 到的一些實(shí)際問(wèn)題的解決，基于該工程項(xiàng)目的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)展開的， 采用可編程控制器PLC,完成了整個(gè)電氣控制系統(tǒng)的軟硬件的設(shè)計(jì)，基本

2、達(dá)到 了預(yù)期的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了小區(qū)供水的自動(dòng)化。關(guān)鍵詞PLC;供水系統(tǒng)；自動(dòng)控制第1章緒論.411課題背景和意義 .41.2國(guó)外物業(yè)供水系統(tǒng)發(fā)展與現(xiàn)狀.41.3可編程控制器(PLC)的特點(diǎn)及應(yīng)用.51.4基干PLC的物業(yè)供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能及特點(diǎn) .6第2章 供水系統(tǒng)的理論分析及方案的確定.72.1恒壓供水系統(tǒng)原理.72.2系統(tǒng)方案確定.7第3章供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).93.1系統(tǒng)主要配置的選型.93.1.1水泵機(jī)組的選型 .93.1.2PLC 的選型.103.1.3壓力傳感器的選型 .113.2可編程控制器I/O分配 .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

3、路分析與設(shè)計(jì) .143.3.3PLC I/O 接線圖 .163.3.4壓力傳感器信號(hào)處理 .173.3.5報(bào)警電路設(shè)計(jì) .18第4章 供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).204.1供水系統(tǒng)程序流程圖 .214.2供水系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) .224.2.1供水系統(tǒng)的程序主體思路 .224.3.2供水系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) .23結(jié)論.27參考文獻(xiàn).28第1章緒論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(shè)節(jié)約型時(shí) 代特征的前提下，我們這個(gè)水資源和電能短缺的國(guó)家，長(zhǎng)期以來(lái)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(dòng)化程度低，而隨 著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的不斷

4、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(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)也對(duì)小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更 高的要求。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個(gè)重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、 經(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)的。PLC供水系統(tǒng)集電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以 提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊 缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)效率以及人民的生活水 平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2國(guó)外物業(yè)供水系統(tǒng)發(fā)展與現(xiàn)狀可編程序控制器(progra

5、m logical controller),簡(jiǎn)稱PLC,是一種專為在工 業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)。世界上第一臺(tái)可編程控制器是美國(guó)數(shù)字 設(shè)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(shí)等，PLC將 傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與新興的計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，具有可靠性 高、功能強(qiáng)、應(yīng)用靈活、編程簡(jiǎn)單、使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)。70年代初期，體 積小、功能強(qiáng)和價(jià)格便宜的微處理器被用于PLC,使得PLC的功能大大増強(qiáng)，具 有了：可靠性高、具有豐富的I/O接口模塊、采用模塊化結(jié)構(gòu)、編程簡(jiǎn)單易學(xué) 安裝簡(jiǎn)單，維修

6、方便等特點(diǎn)。以及良好的工業(yè)環(huán)境工作性能和自動(dòng)控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn) 性能，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。PLC在物業(yè)供水方面也得到了廣泛的應(yīng)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(jī)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(diǎn)和不足，比如：恒速泵加壓供水方式無(wú)法對(duì)供水管網(wǎng)的壓力做出及時(shí)的 反應(yīng)，水泵的増減都依賴人工進(jìn)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(hù)不方便，水泵電機(jī)為硬起動(dòng)，啟動(dòng)電流大、單片機(jī)變頻調(diào)速供水系 統(tǒng)開發(fā)周期比較長(zhǎng)，對(duì)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

7、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(fèi)水力、電力資源；效率低；可靠性差；自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，在這種情況下 人們想到了基于PLC的供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。目前國(guó)外基于PLC的供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)比較多，并且有些技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成 孰,從簡(jiǎn)單的基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)到基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè) 計(jì)，其中后者的變頻技術(shù)是現(xiàn)在研究的核心，變頻技術(shù)是在電力電子技術(shù)、計(jì)算 機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)及電機(jī)控制理論發(fā)展的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。本文的基干PLC的物業(yè)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)屬于恒壓供水，由于PLC的可靠性高、 功能強(qiáng)、應(yīng)用靈活、編程簡(jiǎn)單、使用方便等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)相比本系統(tǒng) 有很大的

8、實(shí)用價(jià)值。1.3可編程控制器(PLC)的特點(diǎn)及應(yīng)用可編程序控制器(program 109ical controller),簡(jiǎn)稱PLC,是一種專為在 工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，它是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算 機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)控 制裝置，是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家自動(dòng)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。由于PLC采用了 “三 機(jī)一體化”的綜合技術(shù)即集計(jì)算機(jī)、儀器儀表、電氣控制于一身，具有高可靠性、 強(qiáng)抗干擾能力、組合靈活、編程簡(jiǎn)單、維修方便和低成本等諸多特點(diǎn)，因而與其 它控制器相比它更加適合工業(yè)控制環(huán)境和市場(chǎng)的要求，再加上PLC發(fā)展過(guò)程中 產(chǎn)品的系列化、產(chǎn)

9、業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化，使之從早期的邏輯控制、順序控制迅速擴(kuò)展到 了連續(xù)控制，開始進(jìn)入批量控制和過(guò)程控制領(lǐng)域，并迅速成為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的 支柱。目前，PLC在小型化、大型化、大容量、強(qiáng)功能等方面有了質(zhì)的飛躍。1.4基于PLC的物業(yè)供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能及特點(diǎn)本設(shè)計(jì)是基于PLC的物業(yè)供水系統(tǒng)，具有以下特點(diǎn)：供水系統(tǒng)有水泵4臺(tái)，供水管道安裝壓力檢測(cè)開關(guān)KI, 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。(1)系統(tǒng)分手動(dòng)工作和自動(dòng)工作兩種狀態(tài)，自動(dòng)工作時(shí)，當(dāng)用水量少，壓力増 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，

10、K1接通，此時(shí)可延時(shí)30s后増?jiān)O(shè)1臺(tái)水泵工作，要 求未曾工作過(guò)的水泵増加投入運(yùn)行；當(dāng)K2接通，表示供水正常，可維持水泵運(yùn) 行數(shù)量。(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(guò)載保護(hù)，可隨時(shí)對(duì)單臺(tái)水泵進(jìn)行斷電控制（若輸入點(diǎn)不夠，可減少一 個(gè)過(guò)載保護(hù)收入）。（4）設(shè)有“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）。（5）設(shè)有高壓報(bào)警和低壓報(bào)警。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(guò)正常值，這時(shí)就要報(bào)警來(lái)提醒工作人員，由工作人員決定是否 手動(dòng)關(guān)

11、掉所有水泵。低壓報(bào)警指示燈，當(dāng)4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)就要考慮増?jiān)O(shè)水泵以保 證供水的正常。第2章 供水系統(tǒng)的理論分析及方案的確定2.1恒壓供水系統(tǒng)原理恒壓供水系統(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(lái)供水，并且把電機(jī)和水泵做成一體，通過(guò)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，恒壓供 水系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是電機(jī)的工作控制。電動(dòng)機(jī)的控制通常使用接觸器，PLC通過(guò)控 制接觸器來(lái)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)了恒壓供水。2.2系統(tǒng)方案確定恒壓供水的原理分析可知，該系統(tǒng)主

12、要有壓力傳感器、壓力變送器、恒壓控 制單元、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)是利用恒壓控制單元 控制多臺(tái)水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定壓力供水，可供選擇的方案有：1、人工控制+水泵機(jī)組+壓力傳感器這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較容易，就是派專人看著壓力傳感器 傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，人工選擇哪臺(tái)水泵工作和控制幾臺(tái)水泵機(jī)組工作。這種控制比 較落后，可靠性不高。需要工作人員一直守在控制室里，實(shí)時(shí)控制，效率低。因 此不選并用此方案。2、單片機(jī)+水泵機(jī)組+壓力傳感器這種方式控制精度高、控制算法靈活、參數(shù)調(diào)整方便，具有較高的性能價(jià)格 比。但開發(fā)周期長(zhǎng)，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的靈活性差

13、， 同時(shí)在運(yùn)行時(shí)，將產(chǎn)生干擾，水泵的功率越大，產(chǎn)生的干擾越大，所以必須采取 相應(yīng)的抗干擾措施來(lái)保證系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)適用干某一特定領(lǐng)域的小容量的 恒壓供水系統(tǒng)中。3、PLC+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I/O 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(guò)Pc機(jī)來(lái)改變存貯器中的 控制程序，所以現(xiàn)場(chǎng)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

14、不同要求的恒壓供水場(chǎng)合， 并且與供水機(jī)組的容量大小無(wú)關(guān)。通過(guò)對(duì)以上這幾種方案的比較和分析，可以看出PLC+水泵機(jī)組+壓力傳感 器”的控制方式更適合于本系統(tǒng)。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。型號(hào)數(shù)量流量揚(yáng)主要性能參數(shù)效轉(zhuǎn)速電機(jī)余進(jìn)出口第3章供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)主要配置的選型3.1.1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。本文以某小區(qū)的實(shí)際生活用水的數(shù)據(jù)進(jìn)行選型，該小區(qū)生活用水具體要求

15、為:1）由多臺(tái)水泵機(jī)組實(shí)現(xiàn)供水，流量圍600m2/h,揚(yáng)程60米左右，出水口水壓大小為04MpQ；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??；3）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(guò)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) 熊貓機(jī)械（集團(tuán)）生產(chǎn)的SFL系列主水泵機(jī)組。表3.1水泵機(jī)組參數(shù)表m2/h程m率r/min功率kw量m徑mm水泵ISOsfl 160-2416080731450552.

16、9150機(jī)0 x4組3.1.2 PLC的選型PLC是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(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、恒壓的實(shí)現(xiàn)以及對(duì)外的數(shù)據(jù)交換。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、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, FX1N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(lái)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 PL

17、C。FX1N-40MR-001 的主要參數(shù)為：I/O 點(diǎn)數(shù)：24/16;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、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PLCo特點(diǎn)：三菱FX1N-40MR-001 PLC擁有相當(dāng)快的速度，F(xiàn)X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。

18、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PLCo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：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(jiǎn)單指令、高速處理指令、輸入過(guò)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)

19、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。3.1.3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(lái)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(lái)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。根據(jù)供水系統(tǒng)的具體的要求，我們選擇一眾傳感儀器的水壓傳感器PY206o 它有以下特點(diǎn)：水壓傳感器，廠家采用進(jìn)口高

20、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(cè)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(cè)量與控制。產(chǎn)品概述及特點(diǎn)：A、采用進(jìn)口感壓芯片；E、先進(jìn)的貼片工藝，具有零點(diǎn)、滿量程補(bǔ)償，溫度補(bǔ)償；C、 高精度和高穩(wěn)定性放大集成電路；D、全封焊結(jié)構(gòu)、抗沖擊、耐疲勞、可靠性高；E、 輸出信號(hào)多樣化（有電流型、電壓型）；F、 結(jié)構(gòu)小巧，安裝方便；G、采用高溫補(bǔ)償最高介質(zhì)溫度可達(dá)350度；產(chǎn)品主要參

21、數(shù)：被測(cè)介質(zhì)：氣體、液體及蒸氣（弱腐蝕性）壓力類型：表壓 量 程：-lOOKPQ-O.GMpQ60Mpm120Mpa間任意可選（量 小量程為0.6MP比量大量程為120MPa）輸 出：420mA （二線制）、05VDC、010VDC、0.54.5VDC （三線制）綜合精度：0.1%FS （量程 60MPQ 以下）、0.25%FS、0.5%FS供 電：24V DC （1530VDC）絕緣電阻： 1000 MQ/100VDC負(fù)載電阻：電流輸出型：最大800Q 電壓輸出型：大干50KQ介質(zhì)溫度：-2085C、-20150C、-20200C、-20300C （可 選）環(huán)境溫度：-2085C儲(chǔ)存溫度：-

22、4090C相對(duì)濕度：095% RH密封等級(jí)：IP65/IPG8過(guò)載能力：150%FS響應(yīng)時(shí)間：10mS穩(wěn)定性：0.15%FS/年振動(dòng)影響：0.15%FS/年（機(jī)械振動(dòng)頻率20Hz1000Hz）電氣連接：緊線螺母直接出線；標(biāo)準(zhǔn)配線3米壓力連接：M20X1.5,其它螺紋可依據(jù)客戶要求設(shè)計(jì)連接螺紋材料：304/316L不銹鋼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖:A圖3-1水壓傳感器PY206結(jié)構(gòu)圖3.2可編程控制器I/O分配表3.2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

23、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(guò)載X005水泵2工作指示燈Y006水泵2過(guò)載X006水泵3工作指示燈Y007水泵3過(guò)載X007水泵4工作指示燈Y010水泵4過(guò)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水泵3手動(dòng)關(guān)X016水泵4手動(dòng)開X017水泵4手動(dòng)關(guān)X0203.3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

24、源電壓在一定的允許圍變化；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(chǎng)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(guò)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(guò)載，這時(shí)過(guò)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)由設(shè)計(jì)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：150sfl 160-20 x4, 55kw, 1450 轉(zhuǎn)/分，380V, 144A。在設(shè)計(jì)主電路時(shí)水

25、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(guò)載保護(hù)。硬件設(shè)設(shè)計(jì)主電路圖如圖3-2所示：L1r-111FR11|FR2 斗FR3 UFR4 U1?擊 2 PE23i? PE3 3PE4圖3-2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(guò)載時(shí)，主電路 上的電流超過(guò)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、2、3、4,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、2、

26、 3、4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、2、3、4是由PLC自動(dòng)控制水泵的開關(guān)。FR1、2、3、4是熱繼 電器，把它們穿在電機(jī)的繞組中，當(dāng)水泵過(guò)載時(shí)，熱繼電器動(dòng)作，切斷電源。Ml、2、3、4代表四臺(tái)水泵。水斥低信號(hào)輸入 水斥正常信號(hào)輸入 水斥高信號(hào)輸入 自動(dòng)于動(dòng)模式開關(guān) 自動(dòng)模式開關(guān) 水泵1過(guò)載保護(hù)輸入 水泵2過(guò)載保護(hù)輸入 水泵3過(guò)載保護(hù)輸入 水泵4過(guò)載保護(hù)輸入 水泵1于動(dòng)啟動(dòng) 水泵1于動(dòng)關(guān)閉 水泉2于動(dòng)啟動(dòng) 水泉2于動(dòng)關(guān)閉 水泵3于動(dòng)啟動(dòng) 水泵3于動(dòng)關(guān)閉 水泵4手動(dòng)啟動(dòng)水泵4于動(dòng)關(guān)閉X000Y001X001Y002X002Y003X003Y00

27、4X004COMX005X006Y005X007Y006X010Y007X011Y010X012Y011X013Y012X014Y013X015Y014X016Y015X017COMX020PLCFX1N-40MR-001COM低壓報(bào)警燈3.3.3 PLC I/O 接線圖圖3-3供水系統(tǒng)PLC I/O接線圖如圖3-3所示，按鍵S1-S16分別為不同信號(hào)輸入，COM 口為公共端， Y001-Y015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，S3是自鎖開關(guān)，當(dāng)S3接通時(shí)系統(tǒng)工作在手動(dòng)模式，當(dāng)S3斷開時(shí), 系統(tǒng)工作在自動(dòng)模式，而S3的默認(rèn)狀態(tài)是斷開的。S4是當(dāng)系統(tǒng)工作在自

28、動(dòng)模 式時(shí)的開關(guān)，當(dāng)S4接通時(shí)，自動(dòng)工作有效，當(dāng)S4斷開時(shí)，自動(dòng)工作停止oS4-S8 是過(guò)載保護(hù)的輸入，以開關(guān)形式代替。過(guò)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。S9-S16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。Y1-Y4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，為了増加系統(tǒng)的安全系數(shù)，在接觸器和PLC組成的回路中 L低UM：號(hào).、自動(dòng)模式折示燈話F動(dòng)棋試捋示燈 一初檢氏開關(guān)描不訂 二良:高圧報(bào)警燈F24V過(guò)載保護(hù)繼電湍0畑2TKM4、，220V

29、 -OV水泵1指示燈 水泉2抬示燈 馥水泵3指示燈 徑禾泵4指示燈加入了熱繼電器。Y5-Y10是各個(gè)水泵工作狀態(tài)指示燈口，Y11是自動(dòng)模式指示 燈控制口，Y12是手動(dòng)模式指示燈控制口，Y13是自動(dòng)模式開關(guān)狀態(tài)之燈控制 接口。Y14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(guò) 正常值，這時(shí)就要報(bào)警來(lái)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。 Y15是低壓報(bào)警指示燈，當(dāng)4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)就要考慮増?jiān)O(shè)一臺(tái)水泵以保證供水的正 常。3.3.4壓力傳感器信號(hào)處理壓力傳感器選用的是一眾傳感儀器的水壓傳感器PY206O PY

30、206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3-4所示的信號(hào)轉(zhuǎn)換 電路。圖3-4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 741S266組成。通過(guò)電阻橋式電路分壓，設(shè)定了高水壓和低水

31、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(guò)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PLCo3.3.5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

32、也會(huì)改變。連續(xù)型是指一天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；間歇型指一天有多段用水低谷時(shí)間，流量很小或?yàn)榱恪８鞣N類型的水流量變化關(guān)系曲線如圖3-5所示圖3-5用戶用水量變化類型瓦連續(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(cè)到水壓過(guò)高，這時(shí)就要采取行動(dòng)，不然會(huì)使水壓過(guò)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

33、醒管理者増加水泵個(gè)數(shù)，以保證用水正常。2.報(bào)警電路COM圖3-6報(bào)警電路電路圖如圖3-6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(guò)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4章供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)供水系統(tǒng)概況：供水系統(tǒng)有水泵4臺(tái)，供水管道安裝壓力檢測(cè)開關(guān)KI, 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。1.控制要求：(1)自動(dòng)工作時(shí)，當(dāng)用水量少，壓力増高，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

34、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(guò)的水泵増加投入 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(guò)載保護(hù)，可隨時(shí)對(duì)單臺(tái)水泵進(jìn)行斷電控制。(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)。2.擴(kuò)展功能報(bào)警功能，當(dāng)只有1臺(tái)水泵工作，水壓仍然高，發(fā)生高壓報(bào)警, 當(dāng)4臺(tái)水泵都工作，水壓仍然低，發(fā)

35、生低壓報(bào)警。4.1供水系統(tǒng)程序流程圖X3斷開始自動(dòng)X3是否因合手動(dòng)模閉X4斷X4斷X4是否丙X4閉XII水泵1啟動(dòng)X12水泵1停止X13水泵2啟動(dòng)X14水泵2停止水壓判斷水至少1 臺(tái)水泵延時(shí)水壓正延時(shí)增加1沒工作先工作減少1臺(tái)水泵過(guò)的先的先停1臺(tái)水泵114臺(tái)水泵都只有1臺(tái)水泵開啟檢測(cè)到，,開啟檢測(cè)到水低壓報(bào)高壓報(bào)水圧水壓正返回循環(huán)執(zhí)行X15水泵3啟動(dòng)X16水泵3停止X17水泵4啟動(dòng)X20水泵4停止4.2供水系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4.2.1供水系統(tǒng)的程序主體思路(1)自動(dòng)工作時(shí)，當(dāng)用水量少，壓力増高，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

36、，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(guò)的水泵増加投入 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(guò)載保護(hù)，可隨時(shí)對(duì)單臺(tái)水泵進(jìn)行斷電控制。(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)。(5)擴(kuò)展功能報(bào)警功能，當(dāng)只有1臺(tái)水泵工作，水壓仍然高，發(fā)生高壓報(bào) 警，當(dāng)4臺(tái)水泵都工作，水壓仍然低，發(fā)生低壓報(bào)警。這是主程序的模式選擇部分，當(dāng)X3

37、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RSTYOUo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TO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。2.水壓低處理初始化部分程序設(shè)計(jì)及解析X0O4XOOO4 -IFK300 TO(RSTTlTO4卜KC NOMl 00圖4-3水壓低處理初始化4.3.2供水系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)1.主程序的模式選擇部分程序設(shè)計(jì)及解析Y012YOUPlTOT1YOHY012POK300eTO(MC NlMIDI-

38、RSTY00-RSTY002-RSTY003-RSTY001這是水壓低處理初始化部分。當(dāng)自動(dòng)模式開啟即X4閉合，同時(shí)X000即水 壓低輸入I/O 口閉合，則程序進(jìn)入。首先，要打開定時(shí)器TO定時(shí)30S,30S之 后再増加要増加水泵，這樣的設(shè)計(jì)為的是系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果不延時(shí)，立馬開啟 水泵，那么，4臺(tái)水泵會(huì)頻繁的開啟和停止，將嚴(yán)重影響水泵的壽命。在進(jìn)入低壓處理部分時(shí)對(duì)T1即高壓延時(shí)定時(shí)器復(fù)位，這是為進(jìn)入高壓處理 做好準(zhǔn)備。用以實(shí)現(xiàn)30S延時(shí)，如果不RST T1,有可能剛進(jìn)入高壓處理部分 立馬就切斷水泵。后邊的程序采用MC和MCR指令是為了増加程序的簡(jiǎn)潔和可讀性。3.水壓高處理初始化部分程序設(shè)計(jì)及解

39、析X0O4K002I-1卜(RSTT1144 圖4-4水壓高處理初始化和上面的水壓低處理相同，水壓高處理采用相同的初始化處理方式，這里不 再詳細(xì)解析。圖4-5過(guò)載保護(hù)雖然硬件上有熱繼電器和熔斷器，但是為了系統(tǒng)的可靠性和完整性，在主程序中還是寫入了過(guò)載保護(hù)，當(dāng)過(guò)載保護(hù)檢測(cè)到時(shí)，立即停止所有水泵，以保證水4.過(guò)載保護(hù)程序設(shè)計(jì)及解析Y001,6H FY00218| 卜Y003卜Y001黃T FY()05)006)Y007)Y010)泵和整個(gè)電路的安全。這樣的設(shè)計(jì)雖然會(huì)増加系統(tǒng)的復(fù)雜性，但是，卻提高了系 統(tǒng)的可靠性。5.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)指示每一臺(tái)水泵的工作狀態(tài)，可以通過(guò)PLC的Y005、YOOS Y007, YO1O 控制的指示燈上看到，這樣方便管理監(jiān)測(cè)和維護(hù)水泵。