基于PLC的小区供水系统设计课程设计(论文).doc

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1、 本科生课程设计（论文）辽 宁 工 业 大 学 PLC技术及应用 课程设计（论文）题目： 基于PLC的小区供水系统设计 院（系）： 电气工程学院 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： （签字）起止时间： 2013.12.9-2013.12.18 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 学 号100302114学生姓名王佳斌专业班级自动化104课程设计（论文）题目基于PLC的小区供水系统设计课程设计（论文）任务课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数实现功能某小区供水系统有水泵4台，供水管道安装压力检测开关K1，K2和K3，分别对应水压偏低，水压正常，水压偏高。

2、自动工作时，当用水量少时，K3接通，延时30s后撤除1台水泵，要求先工作的水泵先切断；当用水量多时， K1接通，延时30s后增设1台水泵工作，要求未曾工作过的水泵增加投入运行；当K2接通，表示供水正常，可维持水泵运行数量。工作时，要求水泵数量最少为1台，最多不得超出4台。各水泵工作时，均应有工作状态显示；手动工作时，要求4台水泵可分别独立操作（分设起动和停止开关）；设置“自动/手动”切换开关。设计任务及要求1、根据系统功能，确定输入输出点数，选择PLC的型号；2、选择水泵电机；3、建立I/O分配表，完成PLC与输入/输出信号的的外部接线；4、按系统的控制要求，用梯形图设计程序；5、上机调试、完

3、善程序；6、按学校规定格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。技术参数水泵电机的相关参数为：额定功率1Kw，额定电压380V，额定转速1450rpm。进度计划1、布置任务，查阅资料，确定系统的组成（1天）2、建立I/O分配，完成外部接线设计（2天）3、按系统的控制要求，完成梯形图设计（2天）4、上机调试、修改程序（2天）5、撰写、打印设计说明书（2天）6、答辩（1天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要本文基于S7-200PLC对小区供水，依据压力检测开关K1，

4、K2，K3分别控制管道压力。自动工作时，当用水量少时，K3接通，延时30s后撤除1台水泵，要求先工作的水泵先切断；当用水量多时， K1接通，延时30s后增设1台水泵工作，要求未曾工作过的水泵增加投入运行；当K2接通，表示供水正常，可维持水泵运行数量。工作时，要求水泵数量最少为1台，最多不得超出4台。各水泵工作时，均应有工作状态显示；手动工作时，要求4台水泵可分别独立操作（分设起动和停止开关）；设置“自动/手动”切换开关。本系统由PLC、3个压力检测控制开关与4台水泵电机组成。具有自动化程度高，节省人力物力，同时对管道压力的良好控制，既极大的增强了小区供水的质量，也保护了供水设备的安全与供水管道

5、的损坏。 关键词：PLC；压力控制开关；水泵电机；手动/自动切换目录第1章 绪论1第2章 课程设计的方案32.1 概述32.2 I/O点数的确定32.3系统的总体组成结构4第3章 硬件设计53.1系统的设备组成53.2 PLC及其扩展模块的选型53.3 水泵电机的选型63.4 供水系统主电路的设计73.5 PLC的I/O分配以及外部接线图7第4章 软件设计94.1 软件流程图设计94.2梯形图设计10第5章 课程设计总结16参考文献17III第1章 绪论水和电是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在节水节能已经成为时代特征的显示条件下，我们这个水资源和电资源短缺的国家，长期以来在市政供水、高层

6、建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，自动化程度较低，而随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，以及住房制度改革的不断深入，城市中各类小区建设发展十分迅速，同时对小区的基础建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活，也直接体现了小区物业管理水平的高低。传统的小区供水方式有：恒速泵加压供水、气压罐供水、水塔高水位箱供水、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等。不过传统的供水方式普遍有不同程度的水力电力资源的浪费；效率低；可靠性差；自动化程度低等缺点。目前的供水方式是朝

7、着高效节能、自动可靠的方向发展的，这对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器

8、，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极

9、高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通

10、信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。第2章 课程设计的方案2.1 概述就供水体系的技能功能而言，整个供水体系应满意用户对水质、水量和水压的需求。除此之外，在整个基建进程和出产运转中还需求基建投资省,常常运转费用低，操作办理便利，无塔供水设备能安全出产以及充分发挥整个供水体系的经济效益。因而，正确挑选供水体系，具有十分重要的含义。影响供水体系挑选的要素许多，主要有城镇或小区的计划、当地地势、用户对供水体系的需求和水派的类型竿。因为上述要素的不一样，供水体系能够有各种不一样的方式及其组成。如以符合卫生需求的深层地下水作水源，供应居民生活饮用，则就不需求净化处置，仅缔造取水和翰配

11、水工程即可，如以江河水作为居民生活用水的水源时，碳钢无塔供水设备则需求取水、净化和畅配水等进程。在建设进程中，有必要根据具体情况，挑选合理的供水体系。由于日常生活作息的原因，在一天中不同时刻居民的用水量有所不同，供水不足或供水过剩的情况时有发生，而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少时水压低，用水少而供水多时水压高。本设计是通过PLC、水泵、压力检测开关构成自动控制系统，根据用户管网水压的高低自动调整4台水泵的运行数量，以实现供水压力的闭环控制，从而保证不论何时管网压力都能保持稳定，达到稳定压力、提高供水质量和节能的目的。2.2 I/O点数的确定根据要求情况，本系统有

12、一下I/O点：（1）系统启动/停止按钮，需要2个输入点；（2）三个压力检测开关，需要3个输入点；（3）四台水泵电机星-角减压启动，需要8个输出点；（4）水泵工作时，工作状态的显示，需要4个输出点；（5）手动/自动转换开关，需要1个输入点；（6）四台水泵独立操作开关，需要8个输入点。2.3 系统的总体组成结构根据题目所给出的要求，确定了系统各个环节的组成。其中包括控制器PLC，压力检测装置构成的输入，以及被控对象水泵电机。图2.1系统总体结构第3章 硬件设计3.1 系统的设备组成根据基于PLC的供水系统原理图，系统的电气控制总框图如图3.2所示。图3.1电气控制框图 从以上系统总框图可以看出，该

13、系统的主要硬件设备应包括以下几部分：（1）PLC及其扩展模块；（2）压力检测开关；（3）水泵机组等。3.2 PLC及其扩展模块的选型PLC是整个供水控制系统的核心，它要完成对系统中所有输入号的采集、所有输出单元的控制。因此，在选择PLC时，既要考虑PLC的指令执行速度、指令丰富程度、内存空间、通讯接口及协议，还要带扩展模块的能力和编程软件的方便与否等多方面的因素。由于个供水控制系统控制设备相对较少，因此PLC选用德国SIEMENS公司的S7-200型。S7-200型PLC的结构紧凑，价格低廉，具有较高的性价比，广泛适用于一些小型控制系统，具有如下特点：1）编程方法简单易学；2）功能强，性能价格

14、比高；3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；4）可靠性高，抗干扰能力强；5）系统的设计、安装、调试工作量少；6）维修工作量小，维修方便 ；7）体积小，能耗低。PLC可以上接工控计算机，对自动控制系统进行监测控制。PLC和上位机的通信采用PC/PPI电缆，支持点对点接口（PPI）协议，PC/PPI电缆可以方便实现PLC的通信接口RS485到PC机的通信接口RS232的转换，用户程序有三级口令保护，可以对程序实施安全保护。根据控制系统实际所需端子数目，考虑PLC端子数目要有一定的预留量，因此选用的S7-200型PLC的主模块为CPU224，其开关量输出为10点，输出形式为AC220V继电器输出

15、；开关量输入CPU224为14点，输入形式为+24V直流输入。由于实际中需要数字量输出点12个，所以需要扩展，扩展模块选择的是EM222，该模块有8个数字输出点。3.3 水泵电机的选型水泵电机按结构分类应分为卧式电机和立式电机。因水泵的工作特性为启动力矩相对较小，启动频次相对较少，连续运行时间相对较长等特征，因此水泵电机多数为鼠笼转子的异步电动机或同步电动机。其能广泛应用于不同领域，除在易燃、易爆或有腐蚀性气体的场合外，如运输、混合、印刷、农业机械和视频处理机中应用外，还可以应用与机床、泵类、鼓风机、压缩机等配套设备。根据题目所给的要求，即额定功率1Kw，额定电压380V，额定转速1450rp

16、m。通过网上查阅发现载泽Y160M4比较符合题目所给的参数要求。载泽Y160M4的参数为1.1kw，1460转/分，380v，22.5A。3.4 供水系统主电路的设计在设计主电路时，水泵用电动机来代替，FR为热继电器。主电路如图3.1所示： 图3.2主电路设计3.5 PLC的I/O分配以及外部接线图 本设计分手动控制与自动控制。当手动控制时，需要对每个水泵电机实现启动、停止。当自动控制时需要系统的启动/停止按钮,需要管道内的压力检测开关对电机的启动数量进行控制。所以I/O分配表如下： 表3.3 I/O分配表地址编号名称符号地址编号名称符号输入I0.0自动/手动切换SB1输出Q0.0水泵星型接触

17、器1KM1I0.1手动启动泵1SB2Q0.1水泵角型接触器1KM2I0.2手动停止泵1SB3Q0.2水泵星型接触器2KM3I0.3手动启动泵2SB4Q0.3水泵角型接触器2KM4I0.4手动停止泵2SB5Q0.4水泵星型接触器3KM5I0.5手动启动泵3SB6Q0.5水泵角型接触器3KM6I0.6手动停止泵3SB7Q0.6水泵星型接触器4KM7I0.7手动启动泵4SB8Q0.7水泵角型接触器4KM8I1.0手动停止泵4SB9Q1.0水泵1运行L1I1.1自动启动SB10Q1.1水泵2运行L2I1.2自动停止SB11Q1.2水泵3运行L3I1.3压力过低K1SB12Q1.3水泵4运行L4I1.4

18、压力正常K2SB13I1.5压力过高K3SB14根据PLC的I/O地址分配就可以连接处PLC的外部接线图，PLC的外部接线图如下：图3.4外部PLC连接图第4章 软件设计4.1 软件流程图设计硬件连接确定之后，系统的控制功能主要由软件来实现，结合对水泵机组的控制要求，系统流程如图4.1所示： 图4.1 软件流程图按下启动按钮后，判断自动/手动按钮是否按下，按下的话执行手动操作，每台水泵依靠启动停止开关控制；如果自动/手动按钮没有按下，执行自动操作，利用压力检测开关判断水压状态，然后根据水压状态自行调整水泵的运行数量。4.2 梯形图设计第5章 课程设计总结一个星期的课程设计已经结束了，本文针对小

19、区的供水系统的特点，设计了一种恒压供水系统。该系统已PLC为核心，以压力检测开关为输入，当压力不为正常值时，增加或者减少水泵电机的数量；当压力为正常时，不对水泵电机做出调整。本次设计的系统从根源上解决了一般小区供水中出现的管道压力问题。同时系统的经济实用性、自动化程度高的特点不仅减少了经济投入，也减少了人员劳动程度。在供水方面，极大的提高了供水的质量，节约了供水质量，另一方面来说也是水资源节约的一种表现。看似简单的过程，但是在设计过程中却出现了很多问题。PLC的选型、水泵电机型号的选择都有很多要求；编程时星角接触器的互锁、手动自动的切换同样很难。在这些问题的解决过程中体会到一个人能力的有限，也

20、让我感受到了团结互助的作用。要特别感谢本次设计中帮助过我的老师和同学，可以说要是没有大家的帮助我可能还要迷茫很久，可能到现在也不可能完成设计。每次的课程设计过程中，实践与理论的差距都会映入眼中。但是同时随着课程设计次数的越来越多，也让我们更有信心的完成好实践中的各种事情，解决实践中的各种问题。懂得了困难与问题在生活中的重要性，正是由于困难与问题在生活中的出现，科技才能更好的进步，在生活中努力的发现和解决困难才能更好的提高自身的水平。参考文献1 梅丽凤主编.电气控制与PLC应用技术.第一版.北京：机械工业出版社 2011.122 王庭有等编著.可编程控制器原理及应用.第二版.M.北京：国防工业出

21、版社，30-363 廖常初主编.S7-200PLC编程及应用.M.机械工业出版社2010 16-19 4 李建兴主编.可编程控制器应用技术.M北京：机械工业出版社.2005 27-305 范永生、王岷编.电气控制与PLC应用.第二版.M.北京：中国电力出版社2007 92-946 胡素萍.PLC在恒压供水系统中的应用.企业导报，2012 254-2587 黄正元.基于PLC的小区楼宇供水系统设计.工业控制计算机，2010 115-188 朱敏基.于PLC的智能变频恒压供水系统.系统仿真技术及其应用，2013 763-7659 刘康怀.城市小区供水水压不足的若干问题.中国给水排水，2000 25-2610 陈云山. 浅析城市小区供水水压不足.山西建筑，2009 160-16111 王爽. 小区供水方式经济运行办法的探讨.沈阳大学学报，2006 42-4412 马友江. 城市小区供水系统探讨.给水排水，1994 37-3913 刘康怀. 城市小区供水管网改造实践.城镇供水，1999 17-1914 邓国梁. 浅议城市小区供水方式的选择.黑龙江科技信息，2008 11-1315 李照芬. 基于可编程控制器的供水系统设计与实现.201317