物业供水系统水泵梯形图控制程序设计与调试

1、湘潭大学专业课程设计 题 目 物业供水系统水泵梯形图控制程序设计与调试 学 院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 五 学 号 2014500932 姓 名 张书洋 指导教师 李明富 完成日期 2018 年 1 月 9 日目录一、引言·····························

2、··················································

3、··················································

4、·················11.1 物业供水系统的应用简介······························&#

5、183;·················································&#

6、183;··················11.2 物业供水系统主要实现功能····························

7、83;·················································

8、83;···············1二、系统总体设计方案································

9、3;·················································

10、3;··································22.1 系统硬件配置及组成原理·············

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12、·····································2 2.2 系统变量定义及I/O分配表··········

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14、;···································42.3 系统接线图设计·············

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17、;······5 三、控制系统设计··········································&

18、#183;·················································&

19、#183;··································63.1 控制程序流程图设计·············

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21、;··············································63.2 控制程序梯形图设计·

22、83;·················································

23、83;·················································

24、83;·······73.3 控制程序设计思路········································&#

25、183;·················································&#

26、183;·····················13四、系统调试及结果分析 4.1 系统调试及解决的问题·······················

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28、3;····························14 4.2 实现的效果···················

29、3;·················································

30、3;·················································

31、3;······17 五、结束语··········································&#

32、183;·················································&#

33、183;··············································17六、参考文献··

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36、································17附录：带功能注释的源程序···············

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38、3;·······································18一、引言1.1 物业供水系统的应用简介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

39、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。针对目前的小区供水系统中存在的电能、水资源浪费且供水质量差等问题采用三菱FX2N PLC为核心控制器，构成恒压供水系统。该系统是以管网水压为设定参数，根据用水量的大小由PLC控制投入运行的水泵的数量实现管网水压的闭环调节，即实现恒压供水。1.2 物业供水系统主要实现功能某物业供水系统有水泵4台，供水管道安装压力检测开关K1，K2和K3。K1接通，表示水压偏低；K2接通，表示水压正常；K3接通，表示水压偏高。1. 控制要求：（1）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

40、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。（2）各水泵工作时，均应有工作状态显示。（3）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（注：若输入点不够，可减少一个过载保护输入）。（4） 设置“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）。二、系统总体设计方案2.1 系统硬件配置及组成原理由设计内容和要求可

41、知，本设计要用到四台水泵，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，主电路中有短路过载保护。主电路如图所示：本系统用到的元器件有：可编程控制器PLC，水泵，以及继电器，接触器等。PLC选用的是S7-200。可编程序控制器英文称Programmable Logic Controller，简称PLC。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计

42、数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。传统的继电器控制系统主要存在以下两个缺点，一是可靠性差，排除故障困难，因为它是接触控制，所以当触点发生磨损和断裂等损坏情况时很难做出相应处理；二是灵活性差，总体成本较高。继电器本身并不贵，但是控制柜内部的安装，接线工作量极大，工艺发生变化时相应的改动更是复杂。因此当市场需要适应新的变化时，PLC就应运而生了。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员

43、的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。 可编程序控制器一直在发展中，所以至今尚未对其下最后的定义。国际电工学会（IEC）曾先后于1982年、1985年和1987年发布了可编程序控制器标准草案的第一，二，三稿，并在1987年2月对PLC作了如下定义：可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存

44、储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。定义强调了PLC是：1 数字运算操作的电子系统也是一种计算机；2 专为在工业环境下应用而设计；3 面向用户指令编程方便；4 逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作；5 数字量或模拟量输入输出控制；6 易与控制系统联成一体、易于扩充。选择西门子仿真软件step7的原因：可靠PLC不需要大量的活动元件和连线电子元件。它的连线大大减少。与此同时，系统的维修简单，维

45、修时间短。Plc采用了一系列可靠性设计的方法进行设计。例如：冗余的设计。断电保护，故障诊断和信息保护及恢复。PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言。编程出错率大大降低。易操作PLC有较高的易操作性。它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不容易发生操作的错误。对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。程序的输入直接可接显示，更改程序的操作也可以直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或程序寻找，然后进行更改。PLC有多种程序设计语言可供使用。用于梯形图与电气原理图较为接近。容易掌握和理解。PLC具有的

46、自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快找到故障的部位。灵活PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程简单、应用面拓展。操作十分灵活方便，监视和控制变量十分容易。2.2 系统变量定义及I/O分配表供水系统的IO地址分配表本设计的控制部分有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，自动运行时需要有自动运行/停止开关。水压判断开关以及过载保护等，还有四个水泵输出。所以PLC的I/O地址分配表如表2-1所示：表2-1: I/O地址分配表 控

47、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信号常开按钮QS1I0.0手动启动泵1常开按钮SB1I0.1手动停止泵1常闭按钮SB2I0.2手动启动泵2常开按钮SB3I0.3手动停止泵2常闭按钮SB4I0.4手动启动泵3常开按钮SB5I0.5手动停止泵3常闭按钮SB6I0.6手动启动泵4常开按钮SB7I0.7手动停止泵4常闭按钮SB8I1.0自动启动停止信号常开按钮QS2I1.1低压开关K1压力开关SP1I1.2水压正常反馈信号压力开关SP2I1.3高压开关K3压力开关SP3I1.4输出信号泵1供水接触器KM1Q0.0泵2供水接触器KM2Q0.1泵3供水接触器KM3Q0.2泵4供水

48、接触器KM4Q0.3信号灯1亮信号灯HL1Q0.4信号灯2亮信号灯HL2Q0.5信号灯3亮信号灯HL3Q0.6信号灯4亮信号灯HL4Q0.7 2.3 系统接线图设计图2-2物业供水系统I/O接线图三、控制系统设计3.1控制程序流程图设计于该系统既可以手动运行又可以自动运行，所以本系统设计主要分两部分，一部分是手动模块，一部分是自动模块。系统的总流程图如图3-1所示。该流程图主要介绍了本系统的设计思路，其中的具体细节没有在流程图中给出，将会在后面的程序分析中详细介绍。图3-1程序流程图3.2控制程序梯形图设计梯形图的编写使用的软件是 STEP7-Micro/WINV4.0，该编程软件是专为西门子

49、公司S7-200系列小型机而设计的编程工具软件，使用该软件可根据控制系统的要求编制控制程序并完成与PLC的实时通信，进行程序的下载与上传及在线监控。STEP7-Micro/WIN提供软件工具帮助调试和测试程序。这些特征包括：监视S7-200正在执行的用户程序状态，为S7-200指定运行程序的扫描次数，强制变量值等。 由流程图和设计要求可得相应的梯形图：3.3控制程序设计思路本系统主要分为手动运行和自动运行两部分，在编程过程中将本系统主要分为三大模块：手动运行模块、自动运行模块、输出模块。在系统一上电情况下首先通过判断自动手动/开关I0.0，判断是进入手动模块还是自动模块，I0.0为ON表示手动

50、，OFF表示自动。然后进入相应的模块执行程序。手动模块，当进入手动模块后，I0.1是泵1的手动启动开关，I0.2是泵1的手动停止开关，I0.3是泵2的手动启动开关，I0.4是泵2的手动停止开关，I0.5是泵3的手动启动开关，I0.6是泵3的手动停止开关，I0.7是泵4的手动启动开关，I1.0是泵4的手动启动开关。可以通过上述开关相对独立的对单台水泵进行通断电控制。自动模块，当进入自动模块后，在自动进行模块还有自动运行停止开关I1.1（ON表示运行，OFF表示停止），在I1.1为ON的情况下，系统首先判断四台水泵的运行状态，如四台水泵都没有工作将自动把第一台水泵打开，其中M0.0、M0.1、M0

51、.2、M0.3分别是四台水泵自动运行的标志，然后通过压力传感器判断水压的高低，在系统中I1.2表示水压低，I1.3表示水压正常，I1.4表示水压高。水压高/低的时候延时30秒减少/增加一台水泵工作，增加的顺序是没工作过的优先增加，程序为了满足这个要求，采用的是四台水泵按M0.0-M0.1-M0.2-M0.3-M0.0的顺序依次循环启动或停止。这样就能满足没工作过的优先增加和工作过的优先停止的要求。其次在选择增加四台水泵的控制PLC，扫描程序遵照从上到下从左到右的原则，为了避免上面程序对下面的影响，在设计过程中对于水压低需要增加水泵时先写出四台水泵同时工作的情况，然后逐次减一到只有一台工作，对于

52、水压高时需要减泵时先从一台水泵工作，然后逐次加一到四台全工作这样就能满足上述要求。每当自动模块执行完之后程序跳到输出模块执行。输出模块，在输出模块中，M0.0是泵1的运行标志；M0.1是泵2的运行标志；M0.2是泵3的运行标志；M0.3是泵4的运行标志。四、系统调试及结果分析4.1 系统调试1.选择CPU型号：2242.手动控制打开，通过I0.1、I0.2，I0.3、I0.4，I0.5、I0.6，I0.7，I1.0分别控制泵1、泵2、泵3、泵4的开启和停止；3.手动控制I0.0关闭，自动控制I1.1开启；4.水压过低时30s后启动泵2；5.水压过高时，30s后泵1停止工作；4.2 实现结果按要

53、求输入梯形图，检查并编译。本次设计实验里，正确输入梯形图，编译成功。同时通过在线工作后把程序写入可编程序控制器的程序存储区，然后进行运行调试，在前面正确操作和正常进行的基础上，使PLC进入运行状态，观察运行情况，结果是本PLC设计运行正常，没有未知错误。在自动运行时，先开先关，先关先开要求；手动实现各个水泵的开关。最终达到课程设计所需的全部要求。五、结束语通过此次课程设计，让我对PLC梯形图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计法。PLC课程都是极理论的东西，所做过的几个实验也都是在已知程序图的情况下学习使用编程器，这并不能提高PLC的设

54、计水平，而这次的课程设计是从根本上让我们理论联系实际，在这种根据实际状况进行系统设计的情况下能够让我们对PLC有更深刻的认识。 不积跬步何以至千里，课程设计是大学学习阶段非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次课程设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合，锻炼了综合运用所学的专业基础知识的能力，提高了查阅文献资料、设计手册的能力，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，使得能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，毅力及耐力也都得到了不同程度的提升。六、参考文献1 周亚军、张卫.电气控制与PLC原理及应用.西安：西安电子科技大学出版社，20102王兆义、

55、杨新志.小型可编程控制器实用技术.北京：机械工业出版社，20063 中国电工技术协会风机水泵交流调速节能技术.北京：机械工业出版社，19984周芝峰、张星.变频器在供水系统中的节能分析.变频器世界，20005金传伟，毛宗源.变频调速技术在水泵控制系统中的应用.上海：华南理工大学，1999附录：带功能注释的源程序由梯形图可以得出相应的语句表:TITLE=物业供水系统水泵控制梯形图Network 1 / 自动/手动切换开关状态为“off”时，程序自动跳转到自动控制模块（网络6）执行LDN I0.0JMP 1Network 2 / 水泵1手动启动或停止：I0.1闭合，水泵1启动；I0.2断开，水泵1停止LD I0.1O M0.0AN I0.2A I0.0= M0.0Network 3 / 水泵2手动启动或停止：I0.3闭合，水泵2启动；I0.6断开，水泵2停止LD I0.3O M0.1AN I0.4A I0.0= M0.1Network 4 / 水泵3手动启动或停止：I0.5闭合，水泵3启动；I0.6断开，水泵3停止LD I0.5O M0.2AN I0.6A I0.0= M0.2Network 5 / 水泵4手动启动或停止：I0.7闭合，水泵4启动；I1.0断开，水泵4停止LD I0.7O M0.