基于PLC的小区供水系统设计课程设计(论文)1

1、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 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 号学生姓名专业班级自动化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。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

2、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

3、、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，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

4、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

5、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17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

6、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

7、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，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

8、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

9、。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

10、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

11、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

12、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

13、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，

14、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；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

15、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1450rpm。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

16、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

17、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

18、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

19、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