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1、目录之中。 机电工程学院 课 程 设 计 说 明 书 设计题目 : 物业供水系统水泵控制程序设计与调试 学生姓名：李帅帅 学号： 专业班级： 指导教师：王宗才 2012 年 12 月 13 日 中文摘要 随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，城市中各类小区的建设发展十 分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求，小区的供水系统是其中的一个 重要方面。本论文是针对供水要求设计的基于PLC的物业供水系统。本设计由PLC 、四台 水泵、压力传感器等组成，系统工作时分手动操作和自动操作，自动操作时首先由传感器 把信号传给 PLC ，再由 PLC根据水压的高低信号分析控制四台水泵的工作
2、状态；手动操作 时，可以通过各个水泵的启动停止按钮独立的工作。该系统还设有过载等保护。 关键词： PLC ；物业供水；水压 目录 第 1 章 引言 . 1 1.1 课题背景和意义 1 1.2 可编程控制器（ PLC）介绍 1 第 2 章 控制系统设计 3 2.1 系统整体设计要求 . 3 2.2 系统设计思想 3 2.3 系统硬件设计 4 2.3.1 PLC输入输出口分配 . 4 2.3.2 供水系统主电路设计 5 2.4 软件设计 7 2.4.1设计要求 7 2.4.2流程图. 7 2.4.3梯形图. 8 2.4.4指令表. 12 2.4.5结论 . 15 第 3 章 设计总结. 17 谢辞
3、 18 参考文献 . 19 1 第 1 章 引言 1.1 课题背景和意义 我们都知道，水是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在建设节约型时代特征 的前提下，我们这个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、 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，同时也对小区的基础设施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。本系统就是在这种背
4、景下设计的。 1.2 可编程控制器（ PLC）介绍 可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业 控 制 应 用 而 设 计 制 造 的 。 早 期 的 可 编 程 控 制 器 称 作 可 编 程 逻 辑 控 制 器 (Programmable Logic Controller)，简称PLC ，它主要用来代替继电器实现逻辑 控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此， 今天这种装置称作可编程控制器，简称PC 。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer) 的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC 。
5、它在设计上有以下优点： 1、可靠性高、抗干扰能力强； 2、接口模块功能强，品种多； 3、硬件配置齐全，用户使用方面，适应性强； 4、编程方法简单、直观； 5、系统的设计、安装、调试工作量小； 6、经济方面、维修工作量小； 7、体积小、耗能低、重量轻； PLC发展的新动向： 1：产品规模向大、小两个方向发展大：I/O 点数达 14336 点、 32 位为微处理 器、多 CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。小： 2 由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。 2 ：PLC在闭环过程控制中应用日益广泛。 3 ：不断加强通讯功能。 4：新器件和模块不断推出高档的 PLC
6、除了主要采用CPU以提高处理速度外， 还有带处理器的EPROM 或 RAM的智能 I/O 模块、高速计数模块、远程I/O 模 块等专用化模块。 5 ：编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简单或 复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有 高档的 PLC指令系统。 6 ：发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。 7：追求软硬件的标准化。 3 第 2 章 控制系统设计 2.1 系统整体设计要求 本设计是基于 PLC的物业供水系统，具有以下特点： 1. 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。K1接通，表示 水压偏
7、低； K2接通，表示水压正常； K3接通，表示水压偏高。 2. 系统分手动工作和自动工作两种状态，自动工作时，当用水量少，压力增高，K3 接通，此时可延时 30s 后撤除 1 台水泵工作，要求先工作的水泵先切断 ；当用水量多时， 压力降低，K1接通，此时可延时 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；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），并分别具有过载保护，可随时 对单台水泵进行断电控制（若输入点不够，可用I/O 扩展模块）。 3.
8、并设有“自动 / 手动”切换开关（ ON 手动， OFF 自动），另设自动运行控 制开关（ ON 自动运行， OFF 自动运行停止）。 各水泵工作时，均应有工作状态显示。 2.2 系统设计思想 本程序是物业供水系统水泵控制程序设计与调试，主电路有四个电机，分别设有过 载保护，开关。 控制电路采用 PLC，根据题目需要采用24 入口/16 输出的 S7-200CPU226 ，手动控 制阶段易于设计，分别增设长开长闭开关，保证手动控制每台电路的通断。 本程序的设计难点在于增减水泵时判断谁先谁后，先打开的水泵先关闭，即先进先 出的原则。最先想到的是出栈入栈指令，但查找资料未发现其具体符号标记，为便于
9、画 程序梯形图，绞尽脑汁想另一种方法。于是，我想到运用两个左以为指令控制开断电机 的顺序，保证电机的先进先出。然后用一个置位指令打开剩余电机，用复位指令保证关 闭的电机。具体实现步骤见下文。 4 2.3 系统硬件设计 2.3.1 PLC 输入输出口分配 本设计的控制部分由PLC完成，由于本系统控制分手动和自动运行，手动运行时， 每台水泵分别有启动和停止开关输入，自动运行时，需要有自动运行/ 停止开关输入， 水压判断开关以及保护输入等，还有四个水泵输出。 表 2-1 PLC 的 I/O 点分配 控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码 输入信号 自动 / 手动切换转换开关QA I0.0 手动启动
10、泵1 常开按钮SB1 I0.1 手动停止泵1 常闭按钮SB2 I0.2 手动启动泵2 常开按钮SB3 I0.3 手动停止泵2 常闭按钮SB4 I0.4 手动启动泵3 常开按钮SB5 I0.5 手动停止泵3 常闭按钮SB6 I0.6 手动启动泵4 常开按钮SB7 I0.7 手动停止泵4 常闭按钮SB8 I1.0 自动启动 / 停止常开按钮SB9 I1.1 低压开关K1 压力感应开关K1 I1.2 水压正常反馈K2 压力感应开关K2 I1.3 高压开关K3 压力感应开关K3 I1.4 泵 1 的过载保护常闭按钮SB10 I1.5 泵 2 的过载保护常闭按钮SB11 I1.6 泵 3 的过载保护常闭
11、按钮SB12 I1.7 泵 4 的过载保护常闭按钮SB13 I2.0 输出信号 供水水泵1 接触器KM1 Q0.0 供水水泵2 接触器KM2 Q0.1 供水水泵3 接触器KM3 Q0.2 供水水泵4 接触器KM4 Q0.3 泵 1 指示灯信号指示灯HL1 Q0.4 泵 2 指示灯信号指示灯HL2 Q0.5 泵 3 指示灯信号指示灯HL3 Q0.6 泵 4 指示灯信号指示灯HL4 Q0.7 5 图 2-1 PLC的 I/O 接线图 2.3.2 供水系统主电路设计 由设计内容和要求可知，本设计需要用到四台水泵，水泵的型号都为：J02-41-4 ， 4.0kw，1440转/ 分，380v，8.4A。
12、在设计主电路时水泵以电动机代替，图中的KM为接 触器线圈， FR为热继电器，主电路并设有短路过载保护。 6 硬件设计主电路图如图2-2 所示： 图 2-2 硬件设计主电路图 2.3.3 电气位置安装图 图 2-3 电气安装位置图 7 电气元件一览表如2-2 表所示： 表 2-2 电气元件一览表 元件数量（个数）型号 PLC 1 S7-200CPU226 三相异步电动机4 J02-41-4 ，4.0KW 熔断器5 RL6-60 接触器4 3TB43 热继电器4 DH48S 转换开关1 M301583 压力感应开关3 按钮13 LA4-3A 2.4 软件设计 2.4.1 设计要求 物业供水系统有水
13、泵4 台，供水管道安装压力检测开关K1，K2和 K3。K1接通， 表示水压偏低； K2接通表示水压正常； K3接通，表示水压偏高。自动工作时，当用 水量少，压力增高， K3接通，此时可延时30S后撤除 1 台水泵工作，要求先工作的 水泵先切断；当用水量多时，压力降低，K1接通，此时可延时30S后增设 1 台水泵 工作，要求先工作的水泵先切断；当用水量多时，压力降低，K1接通，此时可以延 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，可维持水泵运行的数量。工作时，要求水泵数量最少为1 台，最多不 超过 4 台。 各水泵工作时，均应有工作状态显示。
14、 手动工作时，要求 4 台水泵可分别独立操作（分设启动和停止开关），并分别具 有过载保护，可随时对单水泵进行断电控制。 设置“自动 / 手动”切换开关（ ON- 手动，OFF- 自动） ，另外自动运行控制开 关（ON-自动运行， OFF- 自动运行停止）。 2.4.2 流程图 根据设计要求绘制流程图 ( 如图 3-1 所示)： 8 图 3-1 流程图 2.4.3 梯形图 根据流程图编写梯形图如下所示： 9 10 11 12 2.4.4 指令表 Network 1 LDN I0.0 AN I1.1 = M3.0 Network 2 / 手动模式启动 LD I0.0 = M3.1 Network
15、3 / 自动模式，把 00010001传送给 MB0 ，把 00010001传送给 MB1 LD SM0.1 A M3.0 MOVB 17, MB0 MOVB 17, MB1 Network 4 / 水压低 T37开始计时 LDN T37 A M3.0 AN I1.3 A I1.2 AN C30 TON T37, 300 Network 5 / T37时间到， MB0左移位 LDN T37 ED RLB MB0, 1 Network 6 / 通过中间继电器控制各水泵依次打开 LD M3.0 LPS A M0.0 S M2.0, 1 LRD A M0.1 S M2.1, 1 LRD 13 A M
16、0.2 S M2.2, 1 LPP A M0.3 S M2.3, 1 Network 7 / T38时间到 MB1左移位 LDN T38 ED RLB MB1, 1 Network 8 / 水压高 T38开始计时 LDN T38 A M3.0 AN I1.3 A I1.4 AW= C30, 1 TON T38, 300 Network 9 / 比较 T37和 T38接通次数，保证水泵开启14台 LD T37 LD T38 LD M3.0 EU CTUD C30, 3 Network 10 / T38时间到，复位水泵开关 LD T38 AW= C30, 0 LPS A M1.0 R M2.0,
17、1 LRD A M1.1 R M2.1, 1 LRD A M1.2 R M2.2, 1 LPP A M1.3 R M2.3, 1 14 Network 11 / 手动控制水泵 1 开断与过载保护开关 LD I0.1 O Q0.0 A M3.1 AN I0.2 O M2.0 LPS AN I1.5 = Q0.0 LPP = Q0.4 Network 12 / 手动控制水泵 2 开断与过载保护开关 LD I0.3 O Q0.1 A M3.1 AN I0.4 O M2.1 LPS AN I1.6 = Q0.1 LPP = Q0.5 Network 13 / 手动控制水泵 3 开断与过载保护开关 LD
18、 I0.5 O Q0.2 A M3.1 ANI I0.6 O M2.2 LPS AN I1.7 = Q0.2 LPP = Q0.6 Network 14 / 手动控制水泵 4 开断与过载保护开关 LD I0.7 O Q0.3 A M3.1 15 AN I1.0 O M2.3 LPS AN I2.0 = Q0.3 LPP = Q0.7 2.4.5 结论 该设计要求最少有一台水泵工作所以开始初试化开关打开，即定义水泵1 打开。 接下来设计手动自动转换开关，I0.0 分别启动自动手动模式。 自动过程分析，模拟低水压信号K1闭合，定时 30S，2 号电机接通，水泵2 打开， 此时两个电机工作。当水压仍
19、然偏低则接着定时30S后，3 号电机启动，此时三个电机 运转。如水压仍低， 则 4 号水泵打开， 此时四台水泵同事运行。 最多四台水泵工作供水， 所以此后定时器不再计时。模拟水压K2闭合，说明水压正常，维持现有水泵数目。当 模拟水压偏高信号出现， K3闭合，30S后把先启动的那台水泵撤掉，如水压仍偏高，则 把第二台启动的电机撤掉。 如果一直偏高则一直按照先工作电机线撤销的原则进行电机 的撤销，直到只剩一台电机为止。 手动状态分析，此时SB1 、SB2分别控制 1 号电机的通断； SB3 、SB4分别控制 2 号 电机的通断； SB5 、SB6分别控制 3 号电机的通断； SB7和 SB8分别控
20、制 4 号电机开断。 这一状态可以实现人为的控制任何一台电机的运转与停止，可以根据实际情况操作。 另外分别为 4 台电机设置国电保护开关SB10 、SB11 、SB12 、SB13 。 为每台水泵设计工作状态信号灯，电机运转着信号灯打开，电机停止信号灯关闭。 16 第 3 章 设计总结 通过这次课程设计， 我学到了很多关于电路与程序设计中很细节的东西，让我明 白，很多东西原本以为会的其实真正要拿出来用还是需要多多锻炼的。以后每次设计 经历都不会一样， 设计过程中的灵活运用所学知识是至关重要的。还要勤学苦问， 也 许有些东西没用过，但是通过现学现用，把东西搞出来才是真的学习能力的体现。 本次物业
21、供水系统水泵控制程序设计很结合实际，有实际的应用价值， 通过自己 动手设计控制过程、调试程序，让我对PLC在实际运用中的作用有了更充分的认识， 在现实中应用的那么广泛和实际，是实现自动控制不可缺少的一部分，在以后的学习 过程中，我一定要好好研究，努力使自己对门课程有更深的理解和运用。 17 18 谢辞 感谢王宗才老师在百忙之中抽出时间来为我们指导本次课程设计，让我们学到很多 实际运用知识，课程设计说明书书写格式的规范性等等。 感谢自立同学可以坐下来和我一块分析、解决遇到的思路难题。感谢留威同学能够 耐心的为我解答我不懂不会的知识，让我的程序顺利的调试成功。 18 19 参考文献 1 王宗才 . 机电传动与控制. 电子工业出版社， 2011. 2 杨后川 . 可编程控制器原理与应用.北京航空航天大学出版社， 2008. 3 马志溪电气工程设计 M 北京 :机械工业出版社，2002 4 王兆义小型可编程控制器实用技术 M 北京 :机械工业出版社，2002 5 吴晓君 . 杨向明电气控制与可编程控制器应用 M 北京 : 中国建材工业出版社，2004 6 廖常初 .PLC 编程及应用 . 北京：机械工业出版社，2003. 7 魏志精 . 可编程控制器应用技术北京：电子工业出版社，1995.