畢業(yè)設(shè)計基于plc 控制的水泵系統(tǒng)設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計中圖分類號：TP273基于PLC控制的水泵系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)名稱:電氣自動化技術(shù)學(xué)生姓名:導(dǎo)師姓名:職 稱：講師焦作大學(xué)二一三年 12 月中圖分類：TP273 密級：無UDC： 單位代碼：基于PLC控制的水泵系統(tǒng)設(shè)計The Water Pump System Based on PLC Control Design姓 名蔣玉林學(xué)制3年專 業(yè)電氣自動化技術(shù)研究方向自動化技術(shù)導(dǎo) 師劉曉莉職稱講師論文提交日期2013.12.28論文答辯日期2013.1.2焦作大學(xué)摘 要近年來我國中小城市發(fā)展迅速，集中用水量急劇增加。在用水量高峰期時供水量普遍不足，造成城市公用管網(wǎng)水壓浮動較大。由于每天不同時段用水對

2、供水的水位要求變化較大，僅僅靠供水廠值班人員依據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行人工手動調(diào)節(jié)很難及時有效的達(dá)到目的。這種情況造成用水高峰期時水位達(dá)不到要求，供水壓力不足，用水低峰期時供水水位超標(biāo)，壓力過高，不僅十分浪費能源而且存在事故隱患（例如壓力過高容易造成爆管事故）。隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，城市高層建筑的供水問題日益突出。一方面要求提高供水質(zhì)量，不要因為壓力的波動造成供水故障；另一方面要求保證供水質(zhì)量的可靠性和安全性，在發(fā)生火災(zāi)時能夠可靠供水。恒壓供水保證了供水的質(zhì)量，以PLC為主機(jī)的控制系統(tǒng)滿足了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。關(guān)鍵詞： 水壓 供水 恒壓供水 PLC AbstractSmall and med

3、ium-sized cities in our country has developed rapidly in recent years, focus on water consumption has increased dramatically. When the peak of the insufficiency of water supply in water, resulting in urban public pipe network pressure is bigger. Due to the different period of time every day change o

4、f water level requirements for water supply is bigger, just by factory staff on duty for manual adjustment on the basis of experience of water supply is very difficult to achieve the timely and effective. This situation caused water peak water level can not meet the requirements, insufficient water

5、pressure, excess slack period when the water level, water pressure is too high, not only is a waste of energy and accidents (e.g., high pressure pipe explosion accident caused easily).Along with society's development and progress, city high-rise building water supply problem increasingly promine

6、nt. On the one hand, improve water quality, don't because of the pressure fluctuation in water supply failures; On the other hand requirements to ensure the quality of water supply reliability and safety, reliable water supply in the fire. Constant pressure water supply to ensure the quality of

7、the water, with PLC as the host, the control function of the control system can meet the system to improve the reliability of the system.Keyword: Water pressure constant pressure water supply water supply PLC目錄 摘要1第一章 可編程序控制器（PLC）的概述11.1 PLC的定義11.2 PLC的產(chǎn)生及發(fā)展趨勢1 1.3 PLC的特點21.4 PLC的一般組成和基本工作原理31.5 PLC

8、的應(yīng)用設(shè)計步驟41.6松下電工可編程序控制器產(chǎn)品-FP1-C40簡介51.7 FPWIN-GR軟件介紹6第二章 系統(tǒng)設(shè)計總體方案82.1 設(shè)計思路82.2 系統(tǒng)構(gòu)成框圖92.3 系統(tǒng)工作原理11第三章 硬件部分設(shè)計133.1 水泵主電路13水泵的起動方式的選取143.2 水泵的控制部分設(shè)計173.3 水位控制部分21第四章 軟件設(shè)計2241程序流程圖224.2 順序功能圖SFC 的設(shè)計及分析244.3 符號梯形圖設(shè)計30結(jié)束語32致謝33參考文獻(xiàn)34附錄 主程序梯形圖附錄35第一章 可編程序控制器（PLC）的概述1.1 PLC的定義1987年2月4，國際電工委員會（IEC）對可編程序控制器的定

9、義是：可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程序的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入/輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計。1.2 PLC的產(chǎn)生及發(fā)展趨勢（1） PLC的產(chǎn)生在PLC出現(xiàn)之前5，生產(chǎn)線的控制多采用繼電接觸器控制系統(tǒng)。所謂繼電接觸器控制系統(tǒng)是指，由各種自動控制電器組成的電器控制線路。其特點為結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、抗干擾能力強(qiáng)，能在一定范圍內(nèi)滿足單機(jī)和自動生產(chǎn)線的

10、需要。但是它有明顯的缺點，主要體現(xiàn)在觸點繁多，組合復(fù)雜，因而可靠性差。此外，它是采用固定接線的專用裝置，靈活性差，不能滿足程序經(jīng)常改變、控制要求比較復(fù)雜的場合。因此，它制約了日新月異的工業(yè)發(fā)展。于是人們尋求研制一種新型的通用控制設(shè)備，取代原有的繼電接觸器控制系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代末期，美國汽車制造工業(yè)競爭激烈，為了使汽車型號不斷翻新，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，1968年美國通用汽車公司（GM）提出研制PLC的基本設(shè)想。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)上述要求研制出了世界上第一臺PLC。自第一臺PLC誕生以來，它的發(fā)展經(jīng)歷了五個重要時期。（2） PLC的發(fā)展趨勢PLC問世以來，一直備受各國

11、的關(guān)注：1971年日本引入PLC技術(shù)；1973年德國引入PLC技術(shù)；我國于1973年開始研制PLC。目前世界上百家的PLC制造廠中，仍然是美、日、德三國占有舉足輕重的地位。近年來我國的PLC生產(chǎn)有了長足的發(fā)展，國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家已達(dá)到一定規(guī)模，但與世界水平相比，我國的PLC研制開發(fā)和生產(chǎn)還比較落后。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，今后PLC將會朝著兩個方向（方便靈活和小型化；高功能和大型化）發(fā)展。1.3 PLC的特點（1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好 PLC在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。I/O系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護(hù)與信號調(diào)理

12、電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。 （2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng) PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。 （3）編程方便，易于使用 PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機(jī)知識和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識的人員都可在短時間內(nèi)學(xué)會。 （4）功能完善 PLC的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量的輸入/輸出。在PLC內(nèi)部

13、具有許多控制功能，諸如時序、計算機(jī)、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實現(xiàn)延時、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強(qiáng)制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印、及報表生成等功能。 （5）設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短 用繼電接觸器控制完成一項控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進(jìn)行，因而縮短

14、了設(shè)計周期，使設(shè)計和施工可同時進(jìn)行。 （6）體積小，維護(hù)操作方便 PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場總線信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。 （7）易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 PLC可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 （8）可實現(xiàn)三電一體化 PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運動控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。1.4 PLC的一般組成和基本工作原理（1） PLC的一般組成目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計算機(jī)，所

15、以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似。一般地PLC主要由中央處理單元（CPU）、存儲器（RAM和ROM）、輸入輸出接口（I/O）電路、電源及其他可選組件構(gòu)成。前三大部分是PLC完成各種控制任務(wù)所必需的，一般稱為PLC的基本組成部分，其它可選組件包括編程器、外存儲器、I/O模塊及通信接口等。（2）PLC的基本工作原理 當(dāng)PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC 的CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。如下圖1-1所示圖1-1PLC的工作過程1.5 PLC的應(yīng)用設(shè)計步驟P

16、LC控制系統(tǒng)是以程序形式來體現(xiàn)其控制功能的，大量的工作時間將用在軟件設(shè)計，即程序設(shè)計上。PLC程序設(shè)計可遵循以下六步進(jìn)行：（1） 確定被控系統(tǒng)必須完成的動作及完成這些動作的順序。（2） 分配輸入輸出設(shè)備  即確定哪些外圍設(shè)備是送信號到PLC，哪些外圍設(shè)備是接受來自PLC信號的。并將PLC的輸入輸出口與之進(jìn)行分配。（3） 設(shè)計PLC程序畫出梯形圖。  梯形圖體現(xiàn)了按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關(guān)系。（4） 實現(xiàn)用計算機(jī)對PLC的梯形圖的直接編程。（5） 對程序進(jìn)行調(diào)試（模擬和現(xiàn)場）。（6） 保存已完成的程序。

17、顯然，在建立一個PLC控制系統(tǒng)時，必須首先把系統(tǒng)需要的輸入，輸出數(shù)量確定下來，然后按需要確定各種控制動作的順序和各個控制裝置彼此之間的相互關(guān)系。確定控制上的相互關(guān)系之后，即可進(jìn)行編程的第二步-分配輸入輸出設(shè)備。在分配了PLC的輸入輸出點6，內(nèi)部輔助繼電器，定時器，計數(shù)器之后，就可以設(shè)計PLC程序畫出梯形圖。在畫梯形圖時要注意每個從左邊開始的邏輯行必須終止于一個繼電器線圈或定時器，計數(shù)器，與實際的電路圖不一樣。梯形圖畫好后便用編程軟件直接把梯形圖輸入計算機(jī)并下裝到PLC進(jìn)行模擬調(diào)試，修改直至符合控制要求，這便是程序設(shè)計的整個過程。1.6松下電工可編程序控制器產(chǎn)品-FP1-C40簡介在松下電工公司

18、生產(chǎn)的FP系列產(chǎn)品中，F(xiàn)P1屬于小型PLC產(chǎn)品。從型號可以看出FP1-C40可編程控制器的輸入和輸出點數(shù)（即I/O點）之和為40FP1-C40的主要組成部分如下：(1) RS232 該口能于PC機(jī)通信編程，也可連接其他外圍設(shè)備。 (2) 工作方式選擇開關(guān)  工作方式選擇開關(guān)共有3個工作方式檔位，即“RUN”，“REMOTE”和“PROG”。當(dāng)開關(guān)扳到“RUN”這個檔位時，控制單元運行程序；在“REMOTE”工作方式下，可以使用編程工具改變可編程控制器的工作方式為“RUN”或“PROG”工作方式；在“PROG”方式下可以編輯程序。若在“RUN”工作方式下編輯程序，則按出錯對待?？删幊炭?/p>

19、制器鳴響報警，提示編程者將方式選擇開關(guān)切換至“PROG”工作方式。 （3）輸出端子 C40形的輸出端子有16點。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。（4） 直流電源輸出端子 在FP1系列主機(jī)內(nèi)部均配有一個供輸入端使用的24V直流電源。 （5）輸入端子 C40型的輸入端子有24點。輸入電壓范圍為直流1224V。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。 （6）編程工具連接插座（RS422口） 可用此插座經(jīng)專用外設(shè)電纜連接編程工具。 （7）I/O點狀態(tài)指示燈和擴(kuò)展單元接口插座  用來指示輸入/輸出的通斷狀態(tài)，當(dāng)某個輸入觸點閉合時，對應(yīng)于這個觸點編號的輸入指示發(fā)光二極管點亮（下一排）； 當(dāng)某個輸出繼電器

20、接通時，對應(yīng)這個輸出繼電器編號的輸出指示發(fā)光二極管點亮（上一排）。擴(kuò)展單元接口插座用于連接FP1擴(kuò)展單元及A/D、D/A轉(zhuǎn)換單元、鏈接單元。 1.7 FPWIN-GR軟件介紹松下電工公司開發(fā)的PLC編程軟件FPWIN-GR可支持所有的松下電工公司的PLC產(chǎn)品。它具有符號梯形圖、布爾梯形圖和布爾非梯形圖三種編程方法，以及程序注釋、調(diào)試、監(jiān)控和打印等功能。FPWIN-GR的界面如下圖1-2所示圖1-2 FPWIN-GR的界面第二章 系統(tǒng)設(shè)計總體方案2.1 設(shè)計思路本文針對水池水泵高位水箱用水點的供水方式，以前采用人工進(jìn)行高位水箱的水位控制，由于不可能每時每刻對水位進(jìn)行準(zhǔn)確的定位監(jiān)測，并且?guī)в泻艽蟮?/p>

21、主觀性，所以很難準(zhǔn)確控制水泵電機(jī)的起停。為了實現(xiàn)供水的自動控制，一般選用以單片機(jī)或PLC為核心，這樣所構(gòu)成的系統(tǒng)都能達(dá)到較為理想的控制效果。對PLC與單片機(jī)在供水系統(tǒng)中應(yīng)用的一些主要方面做了簡單的比較如下表所示：表2-1 PLC與單片機(jī)在供水系統(tǒng)中應(yīng)用的比較硬件軟件抗干擾能力經(jīng)濟(jì)成本單片機(jī)電路相對復(fù)雜需要有較多的外圍元件程序設(shè)計復(fù)雜程序修改麻煩較差低體積小、高集成有多種擴(kuò)展模塊編程簡潔直觀程序修改簡單很強(qiáng)高通過上表的比較，從經(jīng)濟(jì)方面考慮，由于PLC工藝的日漸成熟，小型PLC的成本與單片機(jī)相差不大，為了實現(xiàn)通用性，要求能夠根據(jù)現(xiàn)場的使用情況方便的修改、調(diào)整系統(tǒng)控制參數(shù)，對于供水系統(tǒng)來說，時間參數(shù)

22、變化較多，與單片機(jī)相比PLC的軟件中時間參數(shù)的調(diào)整更簡單?；谝陨显?，選用PLC來實現(xiàn)對高樓供水，使軟件程序的設(shè)計簡單化，硬件接口簡易可行、提高系統(tǒng)運行的可靠性，特別是整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力很強(qiáng)，不僅改變傳統(tǒng)用閥門控制水量的多少，也改善了傳統(tǒng)控制方法的故障率較高的弱點，而且在節(jié)能、恒壓控制等方面均有非常好的使用效果。本系統(tǒng)通過三臺水泵（二用一備）工作，以其中1臺水泵作為備用泵，另外2臺水泵在正常情況下自動輪換工作，如果其中一臺工作泵發(fā)生故障，不但能發(fā)出故障報警而且備用泵自動投入工作。為了防止電機(jī)長期不用生銹，3臺互為備用泵，使得它們壽命均等，延長了水泵壽命。他們的關(guān)系如下表所示：表2-

23、2 3臺泵的關(guān)系表3號備用1號首先起動工作2號后工作1號備用2號首先起動工作3號后工作2號備用3號首先起動工作1號后工作2.2 系統(tǒng)構(gòu)成框圖生活給水泵系統(tǒng)主要由供水部分，水位控制部分，電氣控制部分構(gòu)成. 水泵 供水管道（自來水網(wǎng)） 供水部分 屋頂水箱 生 地下水池 活 用戶用水 給 水 水位控制部分 泵 系統(tǒng) PLC(松下FP1-C40)電氣控制部分 續(xù)電器組（電源控制柜）它們之間的連接圖如圖2-1所示圖2-1系統(tǒng)連接框圖2.3 系統(tǒng)工作原理當(dāng)系統(tǒng)處于自動工作狀態(tài)時（1）當(dāng)選用3號水泵為備用，則1號泵先起動、正常工作一段時間后2號泵起動、工作，如此輪換。倘若1號泵出現(xiàn)故障，則3號泵自動投入工作

24、，并與2號泵自動輪換工作，同時發(fā)出電機(jī)故障報警，通知維修人員；倘若2號泵出現(xiàn)故障，則3號泵自動投入工作，并與1號泵自動輪換工作，同時發(fā)出電機(jī)故障報警，通知維修人員。（2）當(dāng)選用1號水泵為備用，則2號泵先起動、正常工作一段時間后3號泵起動、工作，如此輪換。倘若2號泵出現(xiàn)故障，則1號泵自動投入工作，并與3號泵自動輪換工作，同時發(fā)出電機(jī)故障報警，通知維修人員；倘若3號泵出現(xiàn)故障，則1號泵自動投入工作，并與2號泵自動輪換工作，同時發(fā)出電機(jī)故障報警，通知維修人員。（3）當(dāng)選用2號水泵為備用，則1號泵先起動、正常工作一段時間后3號泵起動、工作，如此輪換。倘若1號泵出現(xiàn)故障，則2號泵自動投入工作，并與3號泵

25、自動輪換工作，同時發(fā)出電機(jī)故障報警，通知維修人員；倘若3號泵出現(xiàn)故障，則2號泵自動投入工作，并與1號泵自動輪換工作，同時發(fā)出電機(jī)故障報警，通知維修人員。（4）水泵的起動受屋頂水箱下限位的控制，只有水位達(dá)到下限位的時候水泵電機(jī)才起動。（5）水泵的停止受屋頂水箱的上限位控制，當(dāng)水位達(dá)到上限位的時候水泵電機(jī)自動停止，（6）地下水池水位達(dá)到下限位時，為了避免水泵的空轉(zhuǎn)運行，無論屋頂水箱的水位如何，生活水泵都不能起動。當(dāng)系統(tǒng)處于手動工作狀態(tài)時按下選擇開關(guān)（SA1，SA2，SA3）三個中的其中一個，就可以啟動任何一臺水泵電機(jī)了，如果需要停止水泵的話只要切斷開關(guān)即可。第三章 硬件部分設(shè)計3.1 水泵主電路圖

26、3-1生活水泵主電路圖圖中1M、2M、3M為水泵電動機(jī)，每臺電動機(jī)用3個接觸器分別控制電源（KM3，KM6，KM9）、星型起動（KM1，KM4，KM4）和三角形（KM2，KM5，KM8）運行。3個電機(jī)均設(shè)有過載保護(hù)FR1、FR2、FR3。為了反映各機(jī)組是否能正常工作，使用斷路器將其常開觸點輸入PLC的輸入端口(XB,XC,XD)中。Y/降壓起動是根據(jù)起動過程中的時間變化，利用時間繼電器來控制 Y/的換接的。由圖3-1知，1號工作時，首先合上闡刀開關(guān)QF1，當(dāng)接觸器KM1及KM3接通時，電動機(jī)Y形起動；當(dāng)接觸器1KM 及KM2 接通時，電動機(jī)形運行。2號工作時，首先合上闡刀開關(guān)QF2，當(dāng)接觸器K

27、M4及KM6接通時，電動機(jī)Y形起動；當(dāng)接觸器KM5及KM6接通時，電動機(jī)形運行。3號工作時，首先合上闡刀開關(guān)QF3，當(dāng)接觸器KM7及KM9接通時，電動機(jī)Y形起動；當(dāng)接觸器KM8 及KM9接通時，電動機(jī)形運行。水泵的起動方式的選取異步電動機(jī)的起動方法有全壓直接起動、自耦減壓起動、Y-起動、軟起動、變頻起動等。 由電機(jī)及拖動基礎(chǔ)可知，三相交流異步電動機(jī)起動時電流較大，一般是額定電流的（ 5 7 ）倍。故對于功率較大的電動機(jī)，應(yīng)采用降壓起動方式， Y/降壓起動是常用的方法之一。對于正常運行的定子繞組為三角形接法的鼠籠式異步電動機(jī)來說，如果在起動時將定子繞組接成星形，待起動完畢后再接成三角形，就可以降

28、低起動電流，減輕它對電網(wǎng)的沖擊。這樣的起動方式稱為星三角減壓起動，或簡稱為星三角起動（Y-起動）。設(shè)電源的線電壓為Uc，繞組在起動時的每相抗為Zo，當(dāng)定子繞組接成星形（即Y形）時，線電流和它的相電流相等，即 （3-1）如果定子繞組按原先的三角形（即形）接法直接接到電網(wǎng)上起動，則其相電流為 （3-2）線電流為 （3-3）比較式（3-2）和式（3-3），得 （3-4）這就是說，采用星三角起動時，起動電流只是原來按三角形接法直接起動時的1/3。起動電流降低了，起動轉(zhuǎn)矩將會是怎樣呢？眾所周知，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩M是同加在繞組上的電壓的平方成正比。由于三角形接法時的相電壓等于線電壓，而星形接法時的相電壓只是線

29、電壓的1/，所以      （3-5）這就是說采用星三角起動時，起動轉(zhuǎn)矩也降為原來按三角形接法直接起動時的1/3。由此可見，采用星三角起動方式時，電流特性很好，而轉(zhuǎn)矩特性較差，所以客觀存在只適用于無載或者輕載起動的場合。換句話說，由于起動轉(zhuǎn)矩小，星三角起動的優(yōu)點還是很顯著的，因為基于這個起動原理的星三角起動器，同任何別的減壓起動器相比較，其結(jié)構(gòu)最簡單，價格也最便宜。除此之外，星三角起動方式還有一個優(yōu)點，即當(dāng)負(fù)載較輕時，可以讓電動機(jī)在星形接法下運行。此時，額定轉(zhuǎn)矩與負(fù)載可以匹配，這樣能使電動機(jī)的效率有所提高，并因之節(jié)約了電力消耗。3臺水泵電機(jī)均采

30、用Y-型起動方式，主電路控制線路如圖3-1所示：器件型號的選取水泵主電路主要由斷路器、接觸器、熱繼電器、水泵及配電線纜等組成3。（1）.水泵的選取本系統(tǒng)的3臺水泵型號均為：ISG50-250，單級單吸管道離心泵，水泵揚(yáng)程為80m，電動機(jī)功率為11kW，能夠滿足大部分高層建筑的需求。水泵的額定電流：根據(jù) ，而電動機(jī)的功率因素一般為0.760.87，取=0.8，則（2）泵主電路中的斷路器水泵主電路中的斷路器，對水泵起著控制、保護(hù)、安全隔離等作用，是重要設(shè)備。而GV2-ME電動機(jī)短路器帶熱磁保護(hù)就具有隔離、短路保護(hù)、過載保護(hù)、缺相保護(hù)和直接控制功能。因此，選用斷路器的型號為GV2ME20C。參數(shù)說明

31、 溫度補(bǔ)償?shù)沫h(huán)境溫度：-20 - +60；額定工作電壓：690V ；整定電流范圍：0.1-32A ；脫扣等級：10A(符合IEC60947-4-1) ；使用類別：A(符合IEC60947-2) AC-3(符合IEC60947-4-1)；高分?jǐn)嗄芰Γ悍謹(jǐn)嗄芰Ω哌_(dá)10-100kA；長壽命：電壽命高達(dá)10×104次，是普通斷路器壽命的5-10倍。（3）接觸器用于水泵的接觸器一般為不頻繁動作，其額定電流按電動機(jī)的額定電流選擇。=20.9A，輔助觸點額定電流選30A，型號為CJ10-30。（4）.熱繼電器熱繼電器的額定電流按電動機(jī)的額

32、定電流選擇，并留有上下調(diào)節(jié)的余地。熱繼電器的整定電流可為電動機(jī)的額定電流的1.01.05倍。熱繼電器：（11.05）=20.922 A因此選JR20-25（4T），額定電流為2025 A3.2 水泵的控制部分設(shè)計 一 手動控制圖3-2 手動控制圖當(dāng)工作狀態(tài)選擇開關(guān)處于手動檔時，水泵控制電路工作過程分析如下：1號水泵工作過程如下：2號水泵工作過程如下：3號水泵工作過程如下：二. PLC自動控制(1)PLC的選擇及I/O分配根據(jù)上述控制要求，可統(tǒng)計出現(xiàn)場輸入信號共12個，輸出信號共8個，可選用FP1-C40，他可以實現(xiàn)24點輸入，16點輸出的控制，因此在本系統(tǒng)中使用尚有余量，可供備用。其I/O分配

33、如下表所示:表3-1PLC的I/O分配表輸 入輸 出選擇開關(guān)SA1手動/自動X01#泵驅(qū)動Y0停止按鈕SA2X12#泵驅(qū)動Y1報警解除按鈕SB1X33#泵驅(qū)動Y2屋頂水箱上限位SL1X51#備用指示燈HL4Y3屋頂水箱下限位SL2X62#備用指示燈HL5Y4地下水池下限位WLX73#備用指示燈HL6Y51#備用開關(guān)SW1X8電機(jī)故障報警HL7Y62#備用開關(guān)SW2X9停泵報警HL8Y73#備用開關(guān)SW3XA1#跳闡QF1XB2#跳闡QF2XC3#跳闡QF3XD（2）PLC外部接線圖設(shè)計圖3-3 PLC外部接線圖PLC接線圖只要根據(jù)上述表格和FP1-C40的端子排列位置進(jìn)行相應(yīng)的接線即可。上圖是

34、所設(shè)計的PLC系統(tǒng)外部接線圖。圖中各接觸器采用220V電源，信號指示部分采用24V直流電源。需要說明的一點是，輸入PLC的開關(guān)量信號可以為常開，也可以為常閉，但對應(yīng)的順序功能圖中有關(guān)的觸點的狀態(tài)應(yīng)隨之變化。3.3 水位控制部分我們可以使用水位控制器，在實驗箱上仿真的時候，我用開關(guān)來模擬。水位高于下限位或者低于上限位時開關(guān)處于斷開狀態(tài)，當(dāng)水位低于下限位時，開關(guān)閉合；當(dāng)水位高于上限位時，開關(guān)閉合。查閱水位控制器的相關(guān)資料，我們可以選用干簧管水位控制器GSK-1A（能發(fā)出低水位停泵）與GSK-1B(高水位停泵)。其工作原理是：在塑料管內(nèi)固定有上、下水位干簧管2SL、1SL，塑料管下端密封防水進(jìn)入，引

35、線在上端接線盒引出；塑料管外套一個能夠隨水位移動的浮標(biāo)（或浮球），浮標(biāo)中固定一個永久磁環(huán)，當(dāng)浮標(biāo)移到上或下水位時，對應(yīng)的干簧管接受磁信號而動作，發(fā)出水位開關(guān)信號。因為干簧管中觸點有常開和常閉兩種形式，可以組合成一常開，一常閉，或者兩常開的水位控制器。第四章 軟件設(shè)計41程序流程圖如下圖4-1所示，圖中只畫出以3號為備用的流程圖，其它兩種情況與此相似。圖4-1流程圖4.2 順序功能圖SFC 的設(shè)計及分析 從流程圖中可以看出電機(jī)工作有很多狀態(tài)，當(dāng)3號備用時有3種狀態(tài) 1號水泵工作2號水泵工作；3號水泵工作1號水泵工作；3號水泵工作2號水泵工作當(dāng)1號備用時有3種狀態(tài) 2號水泵工作3號水泵工作；1號水

36、泵工作2號水泵工作；1號水泵工作3號水泵工作當(dāng)2號備用時也有3種狀態(tài) 3號水泵工作1號水泵工作；2號水泵工作3號水泵工作；2號水泵工作1號水泵工作包括初始狀態(tài)和停泵總共有11種狀態(tài)，而常見的設(shè)計方法有解析法 適合于邏輯關(guān)系簡單、控制對象明確的系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)較為復(fù)雜，難以列出其邏輯表達(dá)式表，設(shè)計變得復(fù)雜難以掌握，設(shè)計周期也較長。經(jīng)驗法 方便快捷、形象直觀，但經(jīng)驗設(shè)計法具有很大的試探性和隨意性，在設(shè)計復(fù)雜系統(tǒng)時，由于需要考慮的因素很多，很容易遺漏一些應(yīng)該考慮的問題，梯形圖可讀性差，給系統(tǒng)的維修和改進(jìn)帶來很大的困難。順序功能圖法 用輸入量X控制代表各種步的編程元件（如內(nèi)部存儲器R），再用它們控制輸出量

37、Y。步是根據(jù)輸出量Y的狀態(tài)劃分的，R與Y之間具有很簡單的“與”邏輯關(guān)系，輸出電路的設(shè)計極為簡單。由于順序功能圖法具有簡單、規(guī)范、通用的優(yōu)點，所以在此我選擇用順序功能圖法，如下圖所示圖4-2順序功能圖圖4-2是以3號水泵為備用，1號、2號水泵自動輪換工作的順序功能圖。其它2種情況的順序功能圖跟此相似，其它見附錄，所以以此情況為例進(jìn)行說明。以下分幾個方面對其分析。狀態(tài)繼電器運行時對應(yīng)情況如下表表4-1狀態(tài)繼電器運行時對應(yīng)情況3號備用1號電機(jī)工作2號電機(jī)工作3號電機(jī)工作3號備用R31R32R33R31號備用1號電機(jī)工作2號電機(jī)工作3號電機(jī)工作1號備用R11R12R13R12號備用1號電機(jī)工作2號電機(jī)

38、工作3號電機(jī)工作2號備用R21R22R23R2初始狀態(tài)停泵狀態(tài)R0R10所用定時器如下表表4-2所用定時器3 號 備 用1 號 備 用2 號 備 用定時器定時（s）控制對象定時器定時（s）控制對象定時器定時（s）控制對象T130001號電機(jī)工作T1130002號電機(jī)工作T2130003號電機(jī)工作T230002號電機(jī)工作T1230003號電機(jī)工作T2230001號電機(jī)工作T330003號備用電機(jī)工作T1330001號備用電機(jī)工作T2330002號備用電機(jī)工作(3) 備用選擇控制臺上的3個備用按鈕與PLC接線原理示意圖中輸入點X8、X9、XA相對應(yīng)。按下任意一個按鈕時，可以選擇1號、2號、3號中的

39、任意一臺電動機(jī)做備用，備用機(jī)組可用上述按鈕任意切換。例如：選擇2號水泵作為備用，按下SW2按鈕，則X9得電，輸出繼電器Y4得電，控制臺2號備用指示燈Y4亮。（4）液位指示安裝在高位水箱上限位開關(guān)SL1，下限位開關(guān)SL2和地下水池內(nèi)的下限位開關(guān)WL，分別與輸入點X5、X6、X7相對應(yīng)。設(shè)水位下降到地下水池水位下限位位置時，則X7得電，使輸出繼電器Y7得電，故發(fā)出水泵停止工作報警，這時必須按下停止按鈕SA2。（5）工作原理以3號為備用泵（XA得電）為例說明：當(dāng)1號電機(jī)起動的條件是高位水箱下限位（X6）到，并且1號斷路器XB斷開的時候（表示1號水泵正常）此時1號水泵星形起動并三角形運行，Y5、Y0、

40、T1同時得電；如果1號斷路器XB得電（表示1號水泵出現(xiàn)故障），則3號備用泵自動投入使用，Y6得電發(fā)出警報。當(dāng)?shù)叵滤叵孪尬唬╔5+X7）沒有到，并且2號斷路器XC斷開（表示2號水泵正常），則T1時間到了以后要起動2號水泵。如果2號斷路器XC得電，（表示2號水泵出現(xiàn)故障），那么3號備用泵自動投入使用，Y6得電發(fā)出警報。2號電機(jī)星形起動三角形運行，Y1、T2同時得電。如果此時高位水箱上限位或地下水池下限位（X5+X7）沒有到，則T2時間到了以后要起動1號水泵。如果此時高位水箱上限位或地下水池下限位（X5+X7）沒有到，那么3號電機(jī)要判斷是1號故障還是2號故障。如果XB斷開（表示1號水泵正常工作），那么時間到了以后3號就要和1號定時自動輪換工作，去起動1號水泵；如果XC斷開（表示2號水泵正常工作），那么時間到了以后3號就要和2號定時自動