基于PLC的高層建筑給水控制系統(tǒng)設(shè)計

西安建筑科技高校課程設(shè)計（論文）任務(wù)書專業(yè)班級：學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師（簽名）：課程設(shè)計（論文）題目基于PLC的高層建筑給水限制系統(tǒng)設(shè)計二、本次課程設(shè)計（論文）應(yīng)達(dá)到的目的本課程的課程設(shè)計實際是建筑電氣與智能化專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)完《建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)》、《電器限制及PLC應(yīng)用》等課程后，進(jìn)行的一次全面的綜合訓(xùn)練，其主要目的是：1．進(jìn)一步鞏固理論學(xué)問，加深學(xué)生對建筑設(shè)備自動化限制技術(shù)理論學(xué)問的理解和對這些理論的實際應(yīng)用實力；2．PLC可編程序限制器廣泛地應(yīng)用于建筑設(shè)備的自動限制領(lǐng)域,使得建筑設(shè)備自動化程度和生產(chǎn)效率得到極大的提高，通過PLC應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計，提高學(xué)生對實際問題的分析和解決實力；3．培育學(xué)生依據(jù)系統(tǒng)要求,編制相應(yīng)的限制程序,再在設(shè)備上進(jìn)行調(diào)試和檢驗的實力,由于整個過程相當(dāng)于在工程現(xiàn)場完成一個小型的工程項目,這對于加深理解建筑設(shè)備自動化限制技術(shù)的理論,嫻熟駕馭可編程序限制器的運(yùn)用和操作方法,加快學(xué)習(xí)梯形圖語言的速度,以及建立建筑設(shè)備自動化限制系統(tǒng)概念、積累工程現(xiàn)場閱歷、培育動手實力等方面都有較大的幫助；4．培育查閱圖書資料、工具書的實力，培育分析問題、解決問題的獨(dú)立工作實力，學(xué)會試驗數(shù)據(jù)的分析與處理、編寫設(shè)計說明書和技術(shù)總結(jié)報告。三、本次課程設(shè)計（論文）任務(wù)的主要內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計要求等）1．駕馭高層建筑給水系統(tǒng)的運(yùn)行原理。依據(jù)高層建筑給水系統(tǒng)實際運(yùn)行的要求，制定合理的監(jiān)控方案。2.駕馭PLC工作原理、編程、調(diào)試方法及PLC限制系統(tǒng)的設(shè)計方法以及在生產(chǎn)設(shè)備中的應(yīng)用技術(shù)。3．正確確定I/O點數(shù)，合理選用PLC限制器,編寫梯形圖程序。4.繪制有關(guān)圖紙：高層建筑給水系統(tǒng)的監(jiān)控原理圖5.用組態(tài)王設(shè)計上位機(jī)監(jiān)控界面，并與plc通訊。6.駕馭建立計算機(jī)限制技術(shù)系統(tǒng)的方法，按系統(tǒng)要求組成系統(tǒng)，進(jìn)行調(diào)試以滿意給定要求或模擬運(yùn)行。7.書寫課程設(shè)計論文一份（3000－5000字），繪制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，供應(yīng)程序梯形圖。具體要求如下針對給定的限制對象（見附圖低區(qū)和高區(qū)水泵均為恒速泵），制定其監(jiān)控原理，正確確定I/O點數(shù)，合理選用PLC限制器,編寫梯形圖程序。依據(jù)高層建筑給水系統(tǒng)實際的運(yùn)行要求，對其進(jìn)行限制，對監(jiān)控點進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。利用組態(tài)軟件設(shè)計上位機(jī)監(jiān)控界面，并與plc通訊，對其進(jìn)行限制。四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)：《電氣限制與PLC應(yīng)用》，何波，中國電力出版社《微型計算機(jī)限制技術(shù)》，潘新民，王燕芳，高等教化出版社《建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)》，王可崇，人民交通出版社《建筑電氣限制技術(shù)》，馬小軍，機(jī)械工業(yè)出版社《電氣工程師設(shè)計手冊》五、審核批準(zhǔn)看法教研室主任（簽字）某高層建筑給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

基于PLC的高層建筑給水限制系統(tǒng)設(shè)計班級：智能0901姓名：李兵指導(dǎo)老師：閆秀英摘要隨著我國社會經(jīng)濟(jì)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(shè)發(fā)展特別快速，同時也對小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)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(shè)計的基于PLC的物業(yè)供水系統(tǒng)。本設(shè)計由PLC、四臺水泵(兩個恒速水泵給高區(qū)供水，兩個恒速水泵給低區(qū)供水)、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依據(jù)水壓的凹凸信號分析限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(dú)立的工作。本設(shè)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)能夠滿意設(shè)計要求并有很好的運(yùn)用價值。關(guān)鍵詞：高層供水，水池報警，水網(wǎng)供水書目摘要 11概述 31.1課題背景及意義 31.2PLC供水方面的發(fā)展 32PLC設(shè)計 52.1硬件設(shè)計 52.1.1供水系統(tǒng)主電路設(shè)計 52.1.2系統(tǒng)的I/O點數(shù)確定 62.1.3供水系統(tǒng)的元件選擇 82.2軟件設(shè)計 82.2.1系統(tǒng)流程圖 82.2.2程序梯形圖 92.2.3程序分析 152.3組態(tài)王工作原理 16組態(tài)王與PLC連接 16變量定義 18構(gòu)建組態(tài)畫面 19用戶權(quán)限設(shè)置 202.3.5設(shè)計成果 203結(jié)論 22參考文獻(xiàn) 231概述1.1課題背景及意義我們都知道，水是人類生活、生產(chǎn)中不行缺少的重要物質(zhì)，在建設(shè)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(shù)始終比較落后，自動化程度低，而隨著我國社會經(jīng)濟(jì)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化，城市中各類小區(qū)建設(shè)發(fā)展特別快速，同時也對小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。高層供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個重要方面，供水的牢靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性干脆影響到住戶的正常工作和生活。本系統(tǒng)就是在這種背景下設(shè)計的。本設(shè)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)分高區(qū)和低區(qū)，每個區(qū)個兩臺泵，以下以低區(qū)供水為例。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。（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(dāng)用水量少，壓力增高，K3接通，此時關(guān)閉兩臺泵；當(dāng)用水量曾多時，K2接通，此時壓力正常，設(shè)1臺水泵工作，要求未曾工作過的水泵投入運(yùn)行，同時每個三特別鐘換一次泵；當(dāng)用水量接著增加，水壓下降，K1接通時，此時兩臺水泵同時工作。；手動工作時，要求4臺水泵可分別獨(dú)立操作（分設(shè)起動和停止開關(guān)）。（3）：并設(shè)有“自動/手動”切換開關(guān)（ON——手動，OFF——自動），另設(shè)自動運(yùn)行限制開關(guān)（ON——自動運(yùn)行，OFF——自動運(yùn)行停止）。各水泵工作時，均應(yīng)有工作狀態(tài)顯示。1.2PLC供水方面的發(fā)展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。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)的壓力做出剛好的反應(yīng)，水泵的增減都依靠人工進(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)不便利，水泵電機(jī)為硬起動，啟動電流大、綜上所述，傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在奢侈水力、電力資源；效率低；牢靠性差；自動化程度不高等缺點，在這種狀況下人們想到了基于PLC的供水系統(tǒng)設(shè)計。目前國內(nèi)外基于PLC的供水系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)比較多，并且有些技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，從簡潔的基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計到基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計，其中后者的變頻技術(shù)是現(xiàn)在探討的核心，變頻技術(shù)是在電力電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和自動限制技術(shù)及電機(jī)限制理論發(fā)展的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。本文的基于PLC的物業(yè)供水系統(tǒng)設(shè)計屬于恒壓供水，由于PLC的牢靠性高、功能強(qiáng)、應(yīng)用敏捷、編程簡潔、運(yùn)用便利等特點，與傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)相比本系統(tǒng)有很大的好用價值。如圖1-1所示：圖1-1供水系統(tǒng)效果圖2PLC設(shè)計本次設(shè)計基于西門子s7-200PLC。西門子公司具有品種特別豐富的PLC產(chǎn)品。S7系列是傳統(tǒng)意義的PLC，S7-200屬于小型PLC，在1998年升級為其次代產(chǎn)品，2004年升級為第三代產(chǎn)品，其特點如下[6]：(1)功能強(qiáng)大。S7-200有5種CPU模塊，最多可擴(kuò)展7個擴(kuò)展模塊，擴(kuò)展到248點數(shù)字量I/O或38路模擬量I/O，最多有30多KB的程序存儲空間和數(shù)據(jù)存儲空間；(2)先進(jìn)的程序結(jié)構(gòu)，功能強(qiáng)大、運(yùn)用便利的編程軟件；(3)敏捷便利的尋址方法；(4)強(qiáng)大的通信功能和品種豐富的配套人機(jī)界面；(5)有競爭力的價格；(6)完善的網(wǎng)上技術(shù)支持等。2.1硬件設(shè)計2.1.1供水系統(tǒng)主電路設(shè)計有設(shè)計內(nèi)容和要求可得出主電路圖如圖2-1：圖2-1系統(tǒng)主電路2.1.2系統(tǒng)的I/O點數(shù)確定本設(shè)計的限制部分由PLC完成，由于本系統(tǒng)限制分手動和自動運(yùn)行，手動運(yùn)行時，每臺水泵分別有啟動和停止開關(guān)輸入，自動運(yùn)行時，須要有自動運(yùn)行/停止開關(guān)輸入，水壓推斷開關(guān)以及愛護(hù)輸入等，還有四個水泵輸出。系統(tǒng)的監(jiān)控點原理圖如圖2-2：圖2-2系統(tǒng)的監(jiān)控點原理圖PLC的I/O地址安排表如圖2-3：輸入點對應(yīng)信號輸出點對應(yīng)信號I0.0水池高位報警Q0.0水池供水泵I0.1水池低位報警Q0.1系統(tǒng)自動運(yùn)行指示燈I0.2低區(qū)低水壓Q0.2低區(qū)水泵1I0.3低區(qū)中水壓Q0.3低區(qū)水泵2I0.4低區(qū)高水壓Q0.4高區(qū)水泵1I0.5低區(qū)水流開關(guān)1Q0.5高區(qū)水泵2I0.6低區(qū)水流開關(guān)2Q0.6低位故障報警I0.7供水水流開關(guān)Q0.7高位故障報警I1.0高區(qū)低水壓I1.1高區(qū)中水壓I1.2高區(qū)高水壓I1.3高區(qū)水流開關(guān)1I1.4高區(qū)水流開關(guān)2I1.5自動運(yùn)行開I1.6自動運(yùn)行關(guān)圖2-3PLC的I/O地址安排圖2.1.3供水系統(tǒng)的元件選擇本系統(tǒng)主要用到的元器件有：可編程序限制器PLC，水泵，以及繼電器，接觸器等。PLC選用的是s7-200,四臺水泵選用依據(jù)具體要求選用。2.2軟件設(shè)計2.2.1系統(tǒng)流程圖由于該系統(tǒng)即可以手動運(yùn)行又可以自動運(yùn)行，所以本系統(tǒng)設(shè)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2-4所示：

圖2-4系統(tǒng)流程圖該流程圖主要介紹了本系統(tǒng)的設(shè)計思路，其中的具體細(xì)微環(huán)節(jié)沒有在流程圖中給出，具體介紹將會在后面的程序分析中介紹。2.2.2程序梯形圖程序分析本系統(tǒng)主要分為手動運(yùn)行和自動運(yùn)行兩部分,由于試驗I/O點數(shù)限制，這里僅編寫了自動運(yùn)行過程。自動模塊：當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入自動運(yùn)行是，系統(tǒng)等待信號輸入，起先檢測水管水壓，當(dāng)用水量少，水壓力增高，K3接通，此時關(guān)閉兩臺泵；當(dāng)用水量曾多時，K2接通，此時壓力正常，1臺水泵工作，同時每個三個小時換一次泵，由于時間繼電器無法作到三個小時的延時，所以用計數(shù)器增加時間繼電器的延時時間；當(dāng)用水量接著增加，水壓下降，K1接通時，此時兩臺水泵同時工作。水池這邊則用液位傳感器，測量水池的液位，當(dāng)水池水位到達(dá)低位報警時，供水泵打開；當(dāng)水池水位達(dá)到高位報警時關(guān)供水泵，我本想在加一高高位報警，當(dāng)水位到達(dá)高高為時，供水泵可能出現(xiàn)故障，無法關(guān)閉，此時關(guān)閉電動蝶閥，讓水池水位不會接著增加，防止水溢出，但由于時間緊迫，最終沒有加上去。另外還有消火栓泵停泵水位也應(yīng)作為輸入量，但由于設(shè)計中表現(xiàn)不明顯，故沒有設(shè)計。2.3組態(tài)王工作原理組態(tài)王與現(xiàn)場的I/O設(shè)備干脆進(jìn)行通訊。如圖2-3-1所示圖2-5組態(tài)王與設(shè)備通信I/0設(shè)備的輸入供應(yīng)現(xiàn)場的信息,例如泵的故障狀態(tài)、水管水壓、水池水位等等。I/O設(shè)備的輸出通常用于對現(xiàn)場的限制,例如泵的啟停、變更泵的運(yùn)行臺數(shù)、限制閥門和指示燈等等。有些I/O設(shè)備(例如PLC),其本身的程序完成對現(xiàn)場的限制,程序依據(jù)輸入確定各輸出的值。輸入輸出的數(shù)值存放在I/O設(shè)備的寄存器中,寄存器通過其地址進(jìn)行引用。大多數(shù)I/O設(shè)備供應(yīng)與其他設(shè)備或計算機(jī)進(jìn)行通訊的通訊端口或數(shù)據(jù)通道,組態(tài)王通過這些通訊通道讀寫I/0設(shè)備的寄存器,采集到的數(shù)據(jù)可用于進(jìn)一步的監(jiān)控。不須要讀寫I/O設(shè)備的寄存器,組態(tài)王供應(yīng)了一種數(shù)據(jù)定義方法,定義了I/O變量后,可干脆運(yùn)用變量名用于系統(tǒng)限制、操作顯示、趨勢分析、數(shù)據(jù)記錄和報警顯示。2.3.1組態(tài)王與PLC連接將PLC端口與PC機(jī)端口通過PPI通信線纜連接，在組態(tài)王設(shè)備定義里定義設(shè)備為PLC→西門子→S7-200系列→PPI。如下圖2-6：圖2-6組態(tài)王I/O設(shè)備定義2.3.2變量定義分別定義設(shè)定水壓，液位為I/O離散、內(nèi)存整數(shù)、，如下圖2-7：圖2-7組態(tài)王變量定義2.3.3構(gòu)建組態(tài)畫面本次設(shè)計的高層供水系統(tǒng)主要水池蓄水系統(tǒng)和啟動泵臺數(shù)限制系統(tǒng)，故虛構(gòu)建的組態(tài)畫面由高區(qū)供水系統(tǒng)、低區(qū)供水系統(tǒng)、水池供水系統(tǒng)組成。各組態(tài)畫面效果圖如圖2-8：圖2-8高層供水及水池蓄水系統(tǒng)圖2.3.4用戶權(quán)限設(shè)置在開發(fā)系統(tǒng)里可以對工程進(jìn)行加密，打開工程時只有輸入密碼正確時才能進(jìn)入該工程的開發(fā)系統(tǒng)。對畫面上的圖形對象設(shè)置訪問權(quán)限，同時給操作者安排訪問優(yōu)先級和平安區(qū)，運(yùn)行時當(dāng)操作者的優(yōu)先級小于對象的訪問優(yōu)先級或不在對象的訪問平安區(qū)內(nèi)時，該對象為不行訪問。為愛護(hù)系統(tǒng)平安，本系統(tǒng)設(shè)置了工程密碼和系統(tǒng)管理員用戶、登錄密碼，對重要參數(shù)設(shè)置了優(yōu)先級和平安區(qū)，保障系統(tǒng)運(yùn)行平安。2.3.5設(shè)計成果此次設(shè)計以高層供水為對象，實現(xiàn)了供水泵的在自動模式、手動模式下的啟動和停止，在系統(tǒng)報警后能自動停止運(yùn)行對應(yīng)設(shè)備并發(fā)出報警。組態(tài)畫面能實現(xiàn)預(yù)期的設(shè)計目的并供應(yīng)了友好的人機(jī)畫面。城市水網(wǎng)供水，系統(tǒng)在自動運(yùn)行條件下，當(dāng)水池水位下降到低水位報警時，供水泵自動開啟，給水池供水，當(dāng)水池水位上升到高位報警時，供水泵自動關(guān)閉。高層用戶用水，系統(tǒng)在自動運(yùn)行條件下，以低區(qū)供水為例，當(dāng)水管內(nèi)水壓位高壓時，兩個低區(qū)水泵都關(guān)閉，當(dāng)用水量增多，水管內(nèi)水壓下降，水壓位中水壓，此時開一個泵，然后計時，每隔三個小時切換一次泵，使兩個泵交換運(yùn)行。當(dāng)用水量接著增多，水管內(nèi)水壓為低水壓說，此時兩個泵全開以滿意用戶需求。3結(jié)論水泵干脆給水系統(tǒng)無論是用高位水箱的，還是氣壓水箱的，均為設(shè)有水箱裝置的系統(tǒng)。設(shè)水箱的優(yōu)點是預(yù)儲肯定水量，供水干脆牢靠，尤其對消防系統(tǒng)是必要的，缺點是耗費(fèi)動力，影響水質(zhì)。水泵干脆供水，最簡潔的方法可采納變更運(yùn)行水泵的臺數(shù)供水系統(tǒng)，即依據(jù)水泵的出水量與啟動泵臺數(shù)成正比關(guān)系的特性，調(diào)整水泵運(yùn)行臺數(shù)而滿意用水量的變更，同時也可以節(jié)約動力。