PLC控制的双恒压供水水泵站要点.pdf

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1、课程设计说明书写作要求 1 引言（主要写课题设计的目的、设计内容及要实现的目标） 2 系统总体方案设计 2.1 系统硬件配置及组成原理（要有系统组成图） 2.2 系统变量定义及分配表 2.3 系统接线图设计 3 控制系统程序设计 3.1 控制程序流程图设计 3.2 控制系统的设计思路、程序设计等 3.3 创新设计内容 4 控制系统的上位机设计 4.1 人机界面选择 4.2 人机界面设计（通讯连接，变量设置，画面组态等） 5 系统调试及结果分析 5.1 PLC程序调试及解决的问题 5.2 PLC与上位机联调 5.3 结果分析 结束语 （主要写取得的效果、创新点及设计意义） 参考文献 附录：带功能

2、注释的源程序及一些主电路图和PLC的外部接线图。 II 基于 PLC控制恒压供水的设计 水泵控制 学生：XXX指导教师：XXX 内容摘要：生活都离不开水。但如果水源离用水场所较远，就需要管路的输送。而将 水送到较远或较高的地方，管路中是需要一定的水压的，水压高了，才能将水送到远的或较 高的楼层。 产生水压的设备是水泵，水泵转动的越快，产生的水压越高。传统的维持管路的水压是建 造水塔，水泵开的时候将水打到水塔中，水泵休息时，借助水塔继续供水。水塔中的水位变 化相对水塔的高度来说很小，也就是说水塔能维持的供水管路中水压的基本恒定。 但是，建造水塔需要发费财力，水塔还会造成水的二次污染。那么，可不可

3、以不借助水塔 来实现恒压供水呢？当然可以，但是要解决水压随用水量的大小变化的问题。通常的办法是： 用量大时，增加水泵的数量或提高水泵的转动速度以保持管网中的水压不变，用水量小时又 需做出相反的调节。这就是恒压供水的基本思路。这在电机速度调节技术不发达的年代是不 可设想的，但今天办到这一点已变得很容易了，交流变频器的诞生为水泵转速平滑联系调节 提供了方便。交流变频器是改变交流电源频率的电力电子设备，输入三相工频交流点后，可 以输出频率平滑变化的三相交流电。 鉴于社会的需求，设计一个由三台水泵组构成的生活、消防双恒压无塔供水泵站系统。 如图所示（一） ，市网自来水用高低水位控制器EQ 来控制注水阀

4、YV1 ，自动把水注满储水水 池，只要水位低于高水位，则自动往水池注水，但是当水池的水位高于高水位上限时，延时 一段时间后，由PLC 发出信号，关闭注水阀YV1 ，等到水位低于高水位上限时，过一段时间 后，再打开注水阀YV1 继续注水（这种情况在处于消防状态时被关闭）。水池的高、低水位 信号也直接送给PLC ，作为高、低水位的报警。为了保证供水的连续性，水位上下限传感器 高低距离较小。生活用水和消防用水共用三台水泵，平时电磁阀YV2 处于关闭状态，生活管 网处于接通状态，电磁阀 YV3 处于失电状态， 关闭消防管网， 三台水泵根据生活用水的多少， 按一定的控制逻辑运行，维持生活用水低恒压。当有

5、火灾发生时，电磁阀YV3 得电，消防用 水管路打开，并同时打开三台水泵供水，管路中的水压为消防用水的高恒压，生活用水管路 没有关闭，生活用水的水压由减压阀控制。但是当管路中的水压低于消防用水的高恒压或水 池水位已经达到水池低水位下限时，给电磁阀YV2 通电， 关闭生活用水的管路。火灾结束后， 三台水泵改为为生活用水供水。 E Q 市网来水 YV1 STH STL 水池 消防用水YV3 生 活 用 水 YV2 减压阀 1# 3# 2# III 图（一）、生活消防双恒压供水系统构成 二、 系统的控制要求 对于三台水泵生活/消防双恒压供水系统的基本要求是： （1） 、生活供水时，系统低恒压运行，消防

6、供水时系统高恒压运行。 （2） 、三台水泵根据恒压的要求，采取“先开先停”的原则接入和退出。 （3） 、在用水量小的情况下（即不是在消防的情况和增开工频泵的情况），如果一台水泵 连续运行超过三小时，则要切换到下一台水泵，即系统具有“倒泵功能”，避免某一台水 泵工作时间过长。 （4） 、三台水泵在启动的时候都要具有软启动的功能。 （5） 、要求完善的报警功能。 （6） 、对水泵的操作要具有手动的功能，手动只在应急或检修的时候临时使用。 关键词：PLC 恒压供水 Based on PLC control constant pressure water supply design - water p

7、ump control Abstract ：In recent years our country small and medium-sized town and cities IV development was rapid, centralized water consumption sharp growth. When water consumption peak time volume of diversion universal insufficient, causes the urban public pipe network hydraulic pressure fluctuat

8、ion to be big. Because the different time interval water used is every day big to the water supply water level request change, depends merely for the water works attendants to carry on the manual manual regulation based on the experience to be very difficult effective to serve the purpose promptly.

9、This kind of situation creates when the water used peak the water level cannot meet the requirements, the water supply pressure is insufficient, when water used trough time supplies water level exceeding the allowed figure, the pressure is excessively high, not only wastes the energy moreover to hav

10、e the accident potential (e.g. pressure to be excessively high easily to create cartridge igniter accident). Along with societys development and the progress, the urban high-rise constructions water supply question is day by day prominent. On the one hand requests to improve the water supply quality

11、, does not want, because the pressure fluctuation creates the water supply breakdown; On the other hand the request guarantee water supply qualitys reliability and the security, in has time the fire can supply water reliably. In view of these two aspects request, the new water supply and the control

12、 system arise at the historic moment, this is the PLC control constant pressure non-tower water supply system. The constant pressure water supply had guaranteed the water supply quality, as main engines control system has enriched systems control function take PLC, enhanced systems reliability. Keyw

13、ords ：PLC constant pressure water 目录 一、 绪论1 （一）任务来源 1 （二）工艺过程 1 （三）系统控制要求 2 （四）方案比较 2 V 二、PLC简介 4 （一）PLC的产生和定义 4 （二）PLC的应用 5 （三）PLC的系统组成 5 （四）PLC的工作原理及特点 6 三、方案分析 7 （一）对 PLC的选取 7 （二）对扩展模块的选取 9 （三）系统整体设计分析 9 四、 系统硬件设计 .11 （一）主电路图 . 11 （二）控制电路图 . 11 五、 软件设计 . 13 （一）系统流程图 . 13 （二）地址分配表及 PLC的 CPU型号. 16

14、（三）根据设计要求编写的恒压供水的水泵控制梯形图（见附录）. 16 （四）实验数据分析 .16 六、总结与体会 .17 谢辞 19 附录 19 （一）恒压供水的水泵控制梯形图 20 （二） 程序说明 23 参考文献 25 6 一、绪论 （一）任务来源 据最新资料显示在全国的666 个城市中有 340 个不同程度缺水，其中严重缺 水的达 118 个，在 32 个百万人口以上的特大城市中，有30 个城市长期受缺水的 困扰，特别是水资源短缺地区的城市，水的供需矛盾尤为突出。由于供水不足， 城市工业每年的经济损失达2300 亿元，同时给城市居民生活造成许多困难和不 便，成为城市社会中的一种隐患。为满足

15、城市发展对于供水质量的要求，降低供 水厂单位制水能耗，保证可靠、稳定地城市供水需求，需要对原有供水系统进行 自动化改造，将原有的取水系统和供水系统都改为恒压供水系统，实现对整个系 统的自动化控制和计算机监测管理。 目前，国内大部分城市供水系统，包括水厂、生活小区、高层建筑的供水系 统，仍采用较为传统的供水方式。值班人员根据实际的用水量或累积的经验，通 过人工的方式调节水泵电机的开停来实现简单的供水控制。当用水量增大，供水 压力变小时， 即手动增加一台水泵 ; 当用水量减小， 供水压力变大时， 则把最先运 行的水泵电机关停。这种传统的供水方式存在着许多缺点，特别是多台水泵供水 系统尤为严重 :

16、其一，由于水泵电机只能工作在额定运行和停车两种工作状态，无 法为用户提供稳定可靠的供水压力，且系统完全依赖于人工操作来控制，因而供 水质量受人为因素影响较大，无法为用户提供稳定的供水压力，且经常会出现断 水、水管崩裂、管道共振等现象。其二，由于水泵电机只能工作在工频状态，长 期高速运行，电能浪费较大，据统计，在目前传统的供水方式中，电费在水费成 本中的比例高达50% 以上。其三，由于人为的控制难以始终保证电机在运行过程 中投切次序的正确性，容易导致电机在长期运行过程中磨损不均，并且增大了误 操作的可能性 ; 同时设备运行不合理， 机械磨损大， 造成设备使用寿命短， 维修量 大，设备和人工成本都

17、较高。其四，在目前的城市生活小区、高层建筑供水系统 中，基本采用高位水箱或水塔的供水方式，这样既增大了基建投资，同时也造成 了水资源的二次污染 （二）工艺过程 随着社会的发展和进步，城市高层建筑的供水问题日益突出。一方面要求提 高供水质量，不要因为压力的波动造成供水障碍；另一方面要求保证供水的可靠 性和安全性，在发生火灾时能够可靠供水。针对这两方面的要求，新的供水方式 7 和控制系统应运而生，这就是PLC控制的恒压供水系统。恒压供水系统保证了供 水的质量，以 PLC为主机的控制系统丰富了系统的控制功能，提高了系统的可靠 性。 下面以一个三泵恒压供水系统为例来说明其工艺过程。如下图1 所示，当管

18、 道中的压力为正常时，三台水泵中有两台水泵运行，一台停止待用；当管道中的 压力为低压时，三台水泵全部运行；当管道中的压力为高压时，只有一台水泵运 行 。 图 1 压力分析 （三）系统控制要求 1三台水泵按顺序启动，每隔30S启动一台水泵； 2三台水泵根据恒压要求的需要，采取“先开先停”的原则接入和退出； 3在正常压力情况下， 如果一台水泵持续运行时间超过2 小时，则要切换到 下一台泵，即系统具有“倒泵功能” ，避免某一台泵工作时间过长； （四）方案比较 1. 控制方案的选择 控制系统一般有两种：一是用继电器控制系统；继电器控制系统虽有较好的 抗干扰能力，但用了大量的机械触点，使设备连线复杂，且

19、触点在开闭时易受电 弧的损坏，寿命短，系统可靠性差；二是用PLC控制系统； PLC的梯形图与传统 的电气原理图非常相似， 信号的输入 / 输出形式及控制功能基本上也是相同的；但 PLC的控制与继电器的控制有根本的不同之处，主要表现在以下几个方面： （1）控制逻辑 继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及时 间继电器等组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一 8 旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。而PLC采用存储逻辑，其控制逻 辑以程序方式存储在内存中， 要改变控制逻辑， 只需要改变程序即可， 故称做“软 接线” ，因此灵活性和扩展性都很好。

20、（2）工作方式 电源接通时，继电器控制线路中各继电器同时都处于受控状态，即该吸合的 都应吸合，不该吸合的都因受某种条件的限制不能吸合，它属于并行工作方式。 而 PLC的控制逻辑中，各内部器件都处于周期性循环扫描过程中，各种逻辑、数 据输出的结果都是按照在程序中的前后顺序计算得出的，所以它属于串行工作方 式。 （3）可靠性合可维护性 继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。触点开闭时会受到电弧 的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性合可维护性差。而PLC采用微电子 技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，体积小、寿命长、可靠性 高。 （4）控制速度 继电器控制逻辑依靠触点的机械动

21、作实现控制，工作频率低，触点的开闭动 作一般在几十毫秒数量级。另外，机械触点还会出现抖动问题，而PLC时由程序 指令控制半导体电路来实现控制，属于无触点控制，速度极快，一般一条用户指 令的执行时间在微秒数量级，且不会出现抖动。 （5）定时控制 继电器控制逻辑利用时间继电器进行控制。一般来说，时间继电器存在定时 精度不高，定时范围窄，而且受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难等问 题。PLC 使用半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，精度相当 高，且定时时间不受环境的影响，用户可根据需要在程序设定时间，然后由软件 来控制定时时间。 （6）设计合施工 使用继电器控制逻辑完成一项控制工

22、程，其设计、施工、调试必须依次进行， 周期长，而且修改困难。工程越大，这一点就越突出。而用PLC完成一项控制工 程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计（包括梯形图设计）可以 同时进行，周期短，且调试和修改的都很方便。 9 2. 控制方案的确定 从以上几个方面的比较可以知道，PLC 在性能上比继电器控制逻辑优异，特 别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、使用方 便。所以我的控制方案选择用PLC来进行控制。 二、PLC简介 （一） PLC的产生和定义 1.PLC的产生 20 世纪 20 年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的 逻辑关系连接起来组

23、成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家熟悉的传统的 继电器控制系统。由于它结构简单、容易掌握、价格便宜，能满足大部分场合电 气顺序逻辑控制的要求，因而在工业控制领域中一直占据主导地位。但是继电接 触器控制系统具有明显的缺点：设备体积大、可靠性差、动作速度慢、功能弱。 难于实现较复杂的控制；特别是由于它是靠硬连接线逻辑构成的系统，接线复杂 烦琐，当生产工艺或对需要改变时，原有的接线和控制柜就要更换，所以通用性 和灵活性较差。 到 20 世纪 60 年代，由于小型计算机的出现和大规模生产的发展，人们曾试 图用小型计算机来实现工业控制的要求；但由于价格高，输入、输出电路信号及 容量不匹配、编程技术

24、复杂等原因，一直未能得到推广应用。 1969 年美国数字设备公司（ DEC ）根据美国通用汽车公司（GM ）对新的汽车 流水线控制系统提出的具体要求，研制开发出世界上第一台可编程序控制器，并 在 GM公司汽车生产线上应用成功。这是世界上第一台可编程序控制器，型号为 PDP-14 。 人们把它称做可编程序控制器 （PLC ， Programmable Logic Controller）, 简称 PLC 。 2.PLC的定义 PLC一直在飞速发展中，因此到现在为止，还未能对其下一个十分确切的定 义。国际电工委员会（ IEC）曾于 1982 年 11 月颁发了可编程序控制器标准草案 第一稿， 198

25、5 年 1 月发表了第二稿， 1987年 2 月颁布了第三稿。终稿中对可编 程控制器的定义是： “可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。 10 它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计 数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种 类型的机械或生产过程；而有关的外围设备，都应按易于与工业系统连成一个 整体，易于扩充其功能的原则设计。 （二） PLC的应用 目前，世界上有 200 多厂家生产 300 多品种 PLC产品，应用在汽车、粮食加 工、化学 / 制药、金属 / 矿山、纸浆 / 造纸等行业。 PLC的主要应用范围

26、通常可分成 以下几种： 1. 中小型单机电气控制系统 这是 PLC应用最广泛的领域，例如塑料机械、印刷机械、包装机械、组合机 车、磨床、电镀流水线及电梯控制等。这些设备对控制系统的要求大都属于逻辑 顺序控制，所以这也是最适合PLC的使用领域。在这里PLC用来取代传统的继电 器顺序控制，应用于单机控制、多机群控等。 2. 制造业自动化 制造业是典型的工业类型之一，在该领域主要对物体进行品质处理、形状加 工、组装，以位置、形状、力、速度等机械量和逻辑控制为主。由于PLC性能的 提高和通信功能的增强，使得它在制造业领域中的大型控制系统中也占绝对主导 的地位。 3. 运动控制 为适应高精度的位置控制，

27、现在的PLC制造商为用户提供了功能完善的运动 控制功能。现在工业自动化领域基于PLC的运动控制系统和其他的控制手段相比， 功能更强、装置体积更小、价格更低、速度更快、操作更方便。 4. 流程工业自动化 流程工业是工业类型中的重要分支，如电力、石油、化工、造纸等，其特点 是对物体（气体、液体为主）进行连续加工。过程控制系统中以压力、流量、温 度、物位等参数进行自动调节为主，大部分场合还有防爆要求。 （三） PLC的系统组成 1.PLC的结构 PLC 的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小 异，通常由主机、 输入/ 输出接口、 电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部 分组

28、成。 PLC的硬件系统结构如图2所示： 11 图 2 PLC 的硬件系统结构 2.PLC的各组成元素的构成及功能 （1）CPU 的构成及功能 -CPU 是 PLC的核心，起神经中枢的作用，主要由 运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线 构成， CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。 （2）I/O 模块- PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O ）完 成的。 I/O 种类有开关量输入（DI） ， 开关量输出（DO ） ， 模拟量输入（AI） ， 模拟量输出（ AO ）等。 （3）内存 -内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 （4）

29、电源模块 -PLC 电源用于为 PLC各模块的集成电路提供工作电源。同 时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。 电源输入类型有： 交流电 源（220VAC 或 110VAC ） ，直流电源（常用的为24VAC ） 。 （5） 底板或机架 -大多数模块式 PLC使用底板或机架， 其作用是：电气上， 实现各模块间的联系， 使 CPU能访问底板上的所有模块， 机械上，实现 各模块间的连接，使各模块构成一个整体。 （6）PLC系统的其它设备 -编程设备，人机界面，输入输出设备。 （7）PLC的通信联网 -依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传 送生产和管理数据。 （四） PLC的工作原理及特

30、点 1.PLC的工作原理 PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时， 12 CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或 地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行 用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在 每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。 PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。 PLC 在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的 输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，

31、即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。 PLC 在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令， 经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所 有的内容随着程序的执行而改变。 输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷 新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出， 驱动相应输出设备工作。 2.PLC的特点 现代工业生产过程是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。PLC 专为 工业控制应用而设计，一经出现就受到了广大工程技术人员的欢迎。其主要特点 有： （1）抗干扰能力强，可靠性高 （2）控制

32、系统结构简单，通用性强 （3）编程方便，易于使用 （4）功能强大，成本低 （5）设计、施工、调试的周期短 （6）维护方便 三、方案分析 （一）对 PLC的选取 S7-200 系列是一类可编程逻辑控制器（Micro PLC ） 。这一系列产品可以满足 多种多样的自动化控制需要， 下图展示一台 S7-200 Micro PLC的 CPU22*系列 PLC 的 CPU外型图，具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令， 13 使得 S7-200 可以近乎完美地满足小规模的控制要求。此外，丰富的 CPU 类型和电 压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的适应性。 图 3 S7-2

33、00 CPU 外型图 S7-200 CPU模块包括一个中央处理器单元（CPU ） 、电源以及数字量I/O 点， 这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。 1.CPU负责执行程序和存储数据， 以便对工业自动控制任务或过程进行控制。 2. 输入和输出是系统的控制点：输入部分从现场设备（例如传感器或开关） 中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及工业过程中的其他设备。 3. 通讯端口允许将 S7-200CPU同编程器或一些设备连接起来。 4. 状态信号灯显示了CPU 的工作模式（运行或停止）， 本机的 I/O 的当前状态， 以及检查出来的系统错误。 5. 通过扩展模块可以增加CPU的 I/O 点数（

34、CPU221 不可以扩展），可以提供 其通讯功能。 图 4 展示了一个基本的S7-200 Micro PLC 。它包括一个 S7-200 CPU 模块， 一台个人计算机（ PC ） ，STEP 7-Micro/WIN32(3.1版) 编程软件，以及一条通讯电 缆。为了使用个人计算机（PC ） ，你必须以下一种设备：一条PC/PPI 电缆；一个 通讯处理器（ CP ）和多点接口（ MPI）电缆；一块 MPI卡，随 MPI卡提供一根通讯 电缆。 14 图 4 S7-200 Micro PLC系统的组成 （二）对扩展模块的选取 S7-200PLC的 I/O 扩展模块有： 1. 输入扩展模块 EM22

35、1: 共有 3种产品，即 8 点和 16 点 DC 、8 点 AC 。 2. 输出扩展模块 EM222 ：共有 5 种产品，即 8 点 DC和 4 点 DC 、8 点 AC 、8 点 继电器和 4 点继电器。 3. 输入/ 输出混合模块 EM223 ：共有 6 种产品。其中DC输入/DC 输出的有 3 种， DC输入/ 继电器输出的有三种， 它们对应的输入 / 输出点数分别为 4 点、 8 点和 16点。 4. 模拟量输入扩展模块EM231 。 5. 模拟量输出扩展模块EM232 。 6. 模拟量输入 / 输出扩展模块 EM235 。 （三）系统整体设计分析 1.水泵参数 （1） 流量 水泵的

36、流量大致决定于泵的口径， 流量 Q （米 3吵） 可用式 （1-1 ） 算出下表 1 可作为估算用。 Q=60d2v/4 (11) 式中 d-口径（米）； v-流速（米 / 秒），流速一般设在13 米/ 秒之内， 15 表 1 口径与流量、流速的关系 口径 毫米 （英寸） 流量（米 3/ 秒）流速（米 / 秒） 标准最大标准最大 25(1.0) 40(1.6) 50(2.0) 65(2.5) 80(3.0) 100(4.0) 125(5.0) 0.05 0.13 0.20 0.3 0.4 0.5 0.6 0.85 1.10 1.4 1.7 0.06 0.15 0.25 0.45 0.65 1.

37、20 1.90 1.70 1.73 1.70 1.51 2.01 1.66 2.10 1.81-2.34 1.90 2.31 1.04 1.99 2.21 2.26 2.16 2.55 2.58 （2）扬程又称水头，它是指被输送的单位重量的液体从水泵进口到出口所 增加的能量，单位为米。 （3）功率是指机械在单位时间 （每秒）内做功的大小， 单位用千瓦表示。 在水泵铭牌或有关资料上，常见有“ 有效功率 “ 、“ 轴功率“ 、“ 配套 功率“ 。 有效功率是指水流经过水泵时所获得的能量，即水泵传给水流的净功率。 轴功率是指水泵运转时，由动力机传递给水泵轴上的功率。 配套功率是指带动水泵正常工作的动

38、力机应具有的功率。 效率 是表示水泵能量利用的指标。 转速 n 是指泵轴（叶轮） 每分钟的转数，常用转分钟表示。水泵的 额 定转速，一般为485、730、970、1450、2900 转分钟。 允许吸上真空高度是指水面到抽水泵体叶轮的最大高程差。 口径是指水泵进口的内径， 其大小常用英寸表示 （英寸为非法定计量 单 位，1 英寸=25.4 毫米）。 比转数是指模型水泵产生1 米的扬程。一般同型号、同口 径的水泵，比转数越大，扬程、功率越小；反之比转数越小，扬程越大， 功率也越大。 所以我选择的水泵型号为：LG （高层建筑给水泵） 2. 方案分析 （1） 根据系统节能、 经济的要求选用三台10KW

39、 电机控制三台水泵进行供水。 其中一台备用， 当用水高峰时三台水泵运行以满足水压要求，用水低峰 16 时一台水泵运行，用水正常时两台水泵运行，实现节能目的。 （2） 选用 PLC （西门子 CPU222 ） 、 压力继电器 (EDS 344-2-040-000) 进行控制。 四、系统硬件设计 （一）主电路图 下图 5 所示为电控系统主电路。 三台电机分别为MA1 、 MA2 、MA3 。 接触器 QA1 、 QA2 、QA3分别控制 MA1 、MA2 、MA3 的运行， BB1 、BB2 、BB3分别为三台水泵电动 机过载保护用的热继电器；QA0为主电源电路总开关。 图 5 主电路图 （二）控

40、制电路图 下图 6 所示为电控系统控制电路图。启动开关SF1闭合，三台水泵电动机按 1# 2# 3#顺序起动，启动完成后，远程的压力传感器传来压力信号， 如果压力信号是常压信号，开关BG1闭合，进入 CPU 控制电机的运行，即有两台 水泵电动机运行1#、2#，一台停止待用3#，两小时后先启动的1#水泵关闭，停 止待用的 3#启动运行，按同样的方式，依次 1# 2# 3# 顺序切换， 正常压力下得持两台水泵运行，切换时总是切除运行时间最长的那台水泵。 当压力传感器传来低压信号时，开关BG2闭合， BG1断开，停止待用的水泵 17 立即投入运行，即三台水泵全部运行，待压力传感器传来常压信号时，BG

41、1闭合， BG2断开，将运行时间最长的那台水泵停止待用。 当压力传感器传来高压信号时，BG3闭合，BG1断开，停止运行时间长的那台 水泵，即只有一台水泵运行，待压力传感器传来常压信号时，使最先停止待用的 水泵投入运行。 图 6 控制电路图 18 五、软件设计 （一）系统流程图 1. 根据设计要求画出下面的主程序流程图7： Y N 低压 Y N 高压 Y N 图 7 主程序流程图 开始 1#2#3#水泵顺序启动 达到管道正常压力 停 3#，开 1#、2# 压力超限？ 压力超限？ 压力超限？ 运行 2H 运行 2H 运行 2H 停 1#，开 2#、3# 停 2#，开 1#、3# 压 力 超 限状况

42、 中断 0 中断 1 19 2. 中断 0，低压处理流程图8： N Y 图 8 低压中断程序流程图 水泵运行组 态 中断 0 1#、2# 2#、3# 1#、3# 三台水泵运行 压力正常？ 返回下一组态 开 3# 开 1# 开 2# 20 3. 中断 1，高压处理流程图： N Y 图 9 高压中断程序流程图 水泵运行组 态 中断 1 1#、2# 2#、3# 1#、3# 一台水泵运行 压力正常？ 返回下一组态 停 1# 停 2# 停 3# 21 （二）地址分配表及PLC的 CPU 型号 1. 水泵控制系统的输入 / 输出信号的代码和作用如下表2 所示： 表 2 输入 / 输出继电器地址分配表 编程

43、元件I/O 端子作用 输入继电器 I0.0 启动开关 I0.1 停止开关 I0.2 常压信号 I0.3 低压信号 I0.4 高压信号 输出继电器 Q0.0 1 号水泵 Q0.1 2 号水泵 Q0.2 3 号水泵 2. 水泵控制系统的辅助元件的代码和作用如下表3 所示： 表 3. 其他编程元件地址分配表 编程元件编程地址PV值作用 定时器T37/T38 30s 接通延时 T39600s接通延时 辅助继电器 M1.0 启动 / 停止 1#标志 M1.1启动 / 停止 2#标志 M1.2启动 / 停止 3#标志 M3.01#,2# 的逻辑控制 M3.12#,3# 的逻辑控制 M3.21#,3# 的逻

44、辑控制 特殊继电器SM0.0 每个扫描周期都激活 SM0.1只在第 1 个扫描周期激活 3. 从上面分析可以知道，系统一共有输入点5 个，输出点3 个。如果选用 CPU224PLC, 有大量的输入、输出点没有作用浪费了，如果选用CPU222PLC，输入、 输出点刚好可以，不用浪费多余的点，参照西门子S7-200PLC产品目录及市场实 际价格，选用主机为CPU222 （8 入/ 6继电器输出）一台就行，这样的选择是最 经济实惠的。 （三）根据设计要求编写的恒压供水的水泵控制梯形图（见附录） （四）实验数据分析 1. 实验设备 22 一台西门子公司生产的S7-200 PLC实验台，CPU 是 S7

45、-200 系列中的 CPU224 ， 还有一台安装有 STEP-7-Micro/WIN 编程软件的计算机，编程电缆1 根。利用 PLC 输出端子 Q0.0,Q0.1,Q0.2 指示灯的亮，更分别表示1#，2#，3#水泵的运行与停 止。 2. 数据分析 经过模拟实验得出的数据是： （1）开始启动后三个灯依次亮起，每次亮一个 灯都间隔了10S，三个灯全亮起后表示启动结束；然后第三个灯熄灭，过了30S 后，第一个灯熄灭而第三个灯亮起；再过30S后，第二个灯熄灭，第一个灯亮起； 如此循环。（2）在循环的过程中启动中断信号，即在试验台上按下短信号开关， 如启动的是低压信号，则进入低压中断程序运行，于是三

46、个灯全部亮起，如启动 的是高压信号，则进入高压中断程序运行，于是只有一个灯亮起。（3）进入了中 断程序运行后，则返回时就进入了下个循环继续运行。 3. 实验出现的问题 经过上 PLC实验台进行了模拟三台水泵循环运行的实验，程序出现了两个重 要的问题： （1） 在启动过程中出现的问题是，当三台水泵全部顺序启动完成后出现了三 台水泵全部停止的情况。 （2） 在循环过程中出现的问题是，当有高压或者有低压信号来时不能进入中 断程序运行。 4. 解决问题的方法 （1）对上面（ 1）问题的解决方法是：在程序中加入了信号的上升沿启动和 启动结束标志后就没出现这个问题。 （2）对上面（ 2）问题的解决方法是：

47、由于此段程序过长引起，把程序分成 两段后就解决这个问题。 六、总结与体会 经过模拟实验后，我发现我对高压和低压信号的计算没有用模糊控制的计 算，应该对压力进行准确的分析和判断，要不就会出现有可能要进入中断但有不 能进入中断的控制；还应该加入一个故障报警器，以防出现故障后能及时报警进 行修理；在有条件的情况下可以加入一个变频器进行电机的速度调节，以达到精 23 确的调节，这样就能更好的进行供水调节。 还有就是在电源方面的干扰措施的处理上要注意电源的输入/ 输出对电机的 影响，不要出现漏电等情况出现引发事故。直流电源的容量要保持一致，防止在 带动水泵供水时管道的压力不一致。再有就是整个系统的保护措

48、施要仔细检查， 防止事故的发生。 经过半年的忙碌和工作，本次毕业论文设计已经接近尾声，作为一个本科生 的毕业论文，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的 督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 通过这次毕业论文的设计的完成，我也在做毕业论文中学到了更多的知识， 对电气控制及 PLC技术的了解更加深入， 并且掌握了更加多的、 更深层次的知识。 据我了解到，在我国工业生产过程中， 电气控制及 PLC技术方面的运用还不广泛， 大多数还停留在继电器控制等简单的控制系统，继电器控制技术和电气控制及 PLC技术相比，电气控制及PLC技术有着突出的众多优点，

49、我国工业生产想要快 速发展就必须淘汰旧的控制技术，运用新技术进行改革。 24 谢辞 感谢我的导师XXX ，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的 榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。 在论文写作过程中，得到了X老师的亲切关怀和耐心的指导。他严肃的科学 态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题 的选择到项目的最终完成，X 老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少 个日日夜夜， X 老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我 以无微不至的关怀，除了敬佩X老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的 精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向X老 师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完 成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的 谢意! 最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们! 最后我还要感谢电子工程系和我的母校四川师范大学成都学院四年来对 我的栽培。 25 附录 （一）恒压供水的水泵控制梯形图 1. 梯形图主程序： 26