某物業(yè)供水系統(tǒng)水泵PLC控制設(shè)計(jì)

1、可編程控制器課程設(shè)計(jì)說明書1 緒論可編程邏輯控制器（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。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段， 可編程邏輯控制器，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，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。一、輸入采樣階段在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀

2、態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。二、用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)

3、應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模

4、塊取值，輸出過程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。三、輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。2 設(shè)計(jì)任務(wù)2.1 設(shè)計(jì)目的1能夠根據(jù)功能要求選擇PLC的類型及其根據(jù)I/O點(diǎn)的要求選擇該類PLC的型號(hào)。2根據(jù)所選的PLC類型，掌握該P(yáng)LC的編程軟件并能夠利用該軟件繪制設(shè)計(jì)課題的梯形圖。3根據(jù)繪制的梯形圖，編寫完整的程序清單。2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求控制要求：某物業(yè)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)K1，K2

5、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)

6、”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）。畫出系統(tǒng)動(dòng)作流程圖；設(shè)計(jì)外部輸入、輸出點(diǎn)（I/O）；畫出PLC外部接線圖；設(shè)計(jì)完整梯形圖；寫出完整的軟件程序。2.3 設(shè)計(jì)工作內(nèi)容及工作量的要求按照任務(wù)書要求，完成課程設(shè)計(jì)說明書一份；PLC外部接線圖一份；I/O編址與 I/O端子接線圖；PLC實(shí)驗(yàn)梯形圖一份；PLC實(shí)驗(yàn)程序清單一份。3 設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1 設(shè)計(jì)方案的選擇由設(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：J02-41-4，4.0kw，1440轉(zhuǎn)/分，380v，8.4A。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

7、為熱繼電器，主電路并設(shè)有短路過載保護(hù)。3.2 硬件電路設(shè)計(jì)3.2.1 硬件主電路設(shè)計(jì)圖3.2 硬件設(shè)計(jì)主電路圖3.2.2 I/O點(diǎn)分配表本設(shè)計(jì)的控制部分由PLC完成，由于本系統(tǒng)控制分手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行，手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)水泵分別有啟動(dòng)和停止開關(guān)輸入，自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，需要有自動(dòng)運(yùn)行/停止開關(guān)輸入，水壓判斷開關(guān)以及保護(hù)輸入等，還有四個(gè)水泵輸出。PLC的I/O點(diǎn)分配表如表3.3.2所示輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)信號(hào)輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)信號(hào)輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)信號(hào)X0自動(dòng)/手動(dòng)切換X11自動(dòng)啟動(dòng)/停止Y0供水水泵1X1手動(dòng)啟動(dòng)泵1X12低壓開關(guān)K1Y1供水水泵2X2手動(dòng)停止泵1X13水壓正常反饋K2Y2供水水泵3X3手動(dòng)啟動(dòng)泵2X14高壓開關(guān)K3

8、Y3供水水泵4X4手動(dòng)停止泵2X15泵1的過載保護(hù)  X5手動(dòng)啟動(dòng)泵3X16泵2的過載保護(hù)  X6手動(dòng)停止泵3X17泵3的過載保護(hù)  X7手動(dòng)啟動(dòng)泵4X20泵4的過載保護(hù)  X10手動(dòng)停止泵4    表3.3.2 I/O地址分配表3.3.3 I/O外部接線圖圖3.3.3 I/O外部接線圖4 電氣元件選擇元件數(shù)量（個(gè)數(shù)）型號(hào)PLC1三菱機(jī)電FX2N-24M三相異步電動(dòng)機(jī)4J02-41-4，4.0KW熔斷器5RL6-60接觸器43TB43熱繼電器4DH48S開關(guān)3M301583按

9、鈕18LA4-3A5 軟件設(shè)計(jì)5.1 流程圖設(shè)計(jì)5.2 軟件圖設(shè)計(jì)5.2.1 梯形圖設(shè)計(jì)5.2.2 指令表 6 程序分析本系統(tǒng)主要分為手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)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(dòng)運(yùn)行模塊（P0）、自動(dòng)運(yùn)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(dòng)/手動(dòng)開關(guān)X0，判斷是進(jìn)入手動(dòng)模塊（P0）還是進(jìn)入自動(dòng)模塊(P1)，X0為ON表示手動(dòng)，OFF表示自動(dòng)。然后進(jìn)入相應(yīng)的模塊執(zhí)行程序。手動(dòng)模塊，當(dāng)進(jìn)入手動(dòng)模塊后，X1是泵1的手動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)，X2是泵1的手動(dòng)停止開關(guān)；X3是泵2的手動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)，X4是泵2的手動(dòng)停止開關(guān)；X5是泵3的手動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)，X6是泵3的手動(dòng)

10、停止開關(guān)；X7是泵4的手動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)，X10是泵4的手動(dòng)停止開關(guān)；可以通過上述開關(guān)相對(duì)獨(dú)立的對(duì)單臺(tái)水泵進(jìn)行通斷電控制。自動(dòng)模塊，當(dāng)進(jìn)入自動(dòng)模塊后，在自動(dòng)運(yùn)行模塊還設(shè)有自動(dòng)運(yùn)行停止開關(guān)X11（ON表示運(yùn)行，OFF表示停止），在X11為ON的情況下，系統(tǒng)首先判斷四臺(tái)水泵的運(yùn)行狀態(tài)，如四臺(tái)水泵都沒工作則將自動(dòng)把第一臺(tái)水泵打開，其中M20、M21、M22、M23分別是四臺(tái)水泵自動(dòng)運(yùn)行的標(biāo)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(shí)候延時(shí)30秒，增加/減少一臺(tái)水泵工作，增加的順序是沒工作過的優(yōu)先增加本程序?yàn)榱藵M足這個(gè)要求采用的是四臺(tái)水

11、泵按M20M21M22M23M20的順序依次循環(huán)啟動(dòng)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(gè)水泵時(shí)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(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響，在設(shè)計(jì)過程中對(duì)于水壓低需要加泵時(shí)先寫四臺(tái)水泵同時(shí)工作的情況，然后逐次減一到只有一臺(tái)工作；對(duì)于水壓高需要減泵時(shí)先從一條水泵工作，然后逐次加一到四臺(tái)全工作這樣就能滿足上述要求。每次當(dāng)自動(dòng)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(dòng)運(yùn)行標(biāo)志，X15是泵1的過載保護(hù)；M1、M21別是泵2的手泵和自動(dòng)運(yùn)行標(biāo)志，X1

12、6是泵2的過載保護(hù)；M2、M22別是泵3的手泵和自動(dòng)運(yùn)行標(biāo)志，X17是泵3的過載保護(hù)；M3、M23別是泵4的手泵和自動(dòng)運(yùn)行標(biāo)志，X20是泵4的過載保護(hù)。7 總結(jié)對(duì)于課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，首先要做的應(yīng)是對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容的理論理解，在理論充分理解的基礎(chǔ)上，才能做好課程設(shè)計(jì)，才能設(shè)計(jì)出性能良好的電路。在這次課程設(shè)計(jì)過程中，碰到的難題就是對(duì)于課程的分析，因?yàn)樵趯W(xué)習(xí)中沒能很好的系統(tǒng)的總結(jié)相關(guān)知識(shí)。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)中貫穿的設(shè)計(jì)理解過程沒能很好的把握。在今后的學(xué)習(xí)中要認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)電氣可編程控制器課程進(jìn)行補(bǔ)充，為以后深入的學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)做鋪墊。物業(yè)供水系統(tǒng)有著很明顯的實(shí)際應(yīng)用功能，通過該課程設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到了PLC在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用是那么的廣泛和實(shí)際，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制不可缺少的一部分。在以后的工作和學(xué)習(xí)中要繼續(xù)鉆研該學(xué)科，努力使自己對(duì)該門課程有更好的理解和應(yīng)用。參 考 文 獻(xiàn)1 賈德勝. PLC應(yīng)用開發(fā)實(shí)用子程序.人民郵電出版社.20062 于慶廣. 可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社.20043 張進(jìn)秋. 可編程控制器原理及應(yīng)用實(shí)例.機(jī)械