高楼恒压供水PLC控制系统课题设计

1、课程设计(论文)题 目 名 称 高楼恒压供水的PLC 控制系统设计 课 程 名 称 可编程序控制器应用技术 学 生 姓 名 邓 峰 学 号 0741227326 系 、专 业 电气工程系 、电气工程及其自动化 指 导 教 师 罗邵屏 2010年 1 月 5日 邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业07电气学生姓名邓 峰学号0741227326题目名称高楼恒压供水的PLC控制系统设计设计时间2009年12月14日2010年1月6日课程名称PLC原理及应用课程编号121200107设计地点数字控制与PLC实验室（306） 一、 课程设计（论文）目的PLC原理及应用课程设计是电气工程及其自动化专业领

2、域重要的实践环节之一，主要以小型实用性PLC控制系统的软、硬件设计为主。课程设计的目的和任务：全面熟练掌握PLC的硬件组成以及各种指令的应用，使学生掌握小型PLC应用系统设计的步骤，熟悉和掌握PLC开发系统的应用和软件调试过程，通过设计过程中对故障的分析、判断、检修进一步锻炼和培养学生的动手能力。二、 已知技术参数和条件利用PLC控制高楼恒压供水，实现全自动运行。系统由低水池、高水箱、水泵电机组成。低水池有3个液位开关Ka, Kb, Kc,，高水箱也有3个液位开关Kd, Ke, Kf, 其中Ka为低水位， Kb为中水位，Kc为高水位, Kd为水箱低水位， Kb为水箱中水位，Kc为水箱高水位,

3、1台抽水泵，由电动机M1控制。1、当水箱水位到达Kd时，且水池水位到达Kb时，启动水泵，PLC输出启动信号给KM12、当水箱水位到达Ke时，水泵停止3、当水池水位到达Ka时，水泵停止4、当水池水位到达Kc时，当水箱水位到达Kf时，声光报警，启动蜂鸣器HA1,指示灯HL1。按下复位按钮SB5，声光报警消失5、系统设启动按钮SB1，启动后，系统自动恒压供水，另设停止按钮SB2三、 任务和要求1、设计系统的PLC外部接线图2、系统的操作面板3、设计好顺序功能图3、系统的T形图按照要求书写课程设计报告注：1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、

4、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）实验室有EL型PLC实验系统4套，FXZN系列实验装置8台，以及相关的软件。 FX2N系列、S7系列产品说明书；FXZN系列实验装置实验指导书；五、进度安排2009年12月16日-18日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求2009年12月21日-22日：总体方案设计2009年12月23日-25日：外部接线图2009年12月28日-29日：T形图设计2009年12月31日：系统调试改进2010年1月4日-5日：整理书写设计说明书2010年1月6日：答辩六、教研室审批意见教研室主任（签字）： 年 月 日七|、主管教学主

5、任意见 主管主任（签字）： 年 月 日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）：邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 邓 峰 学 号 0741227326 系 电气工程系 专业班级 07级电气班 题目名称 高楼恒压供水的PLC控制系统设计 课程名称 PLC原理及应用 一、学生自我总结时间飞逝短短的十几天一晃而过，我们这次的课程设计业接近了尾声，在这次的课程设计中我学到了很多，不管是在学习上还是其他的方面。在学习上，通过这次课程设计让我更加熟悉了书本上的知识，比如FX软件的使用；同时也是我掌握了更多的课外知识。在其他方面，我想最主要的还是在对团队的认识上，这次课程设计让我知道一个人的力量终究是

6、有限的，团队路线才是当今社会的选择，只要我们团结在一起我相信任何难题，都不再是难题了。我相信在今后的道路上我会走的更远。 学生签名：邓峰 2010 年 1 月 5 日二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权 重304030单项成绩指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。摘 要本文介绍利用PLC控制高楼恒压供水，实现全自动运行。详细阐述了系统组成、功能、硬件以及软件，并给出了顺序功能图、主程序等高楼水压控制系统的基本控制

7、方法是：采用水泵、传感器与可编程控制器（PLC）构成控制系统，进行优化控制,完成供水压力的恒定控制，在高水箱水位变化时达到稳定供水压力的目的。系统的控制目标是高水箱的水位，系统设定的水位与反馈的水位实际值进行比较，经可变程序控制器处理后，发出控制指令，控制水泵的运行，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。关键词:PLC；恒压供水；PLC控制技术Abstract This article describes the use of PLC control of high-rise constant pressure water supply, to achieve fully automati

8、c operation. Detail of the system components, functions, hardware and software, and gives the Sequential Function Chart, the main program and other high-rise hydraulic control system of the basic control methods are: use of water pumps, sensors and programmable logic controller (PLC) constitute a co

9、ntrol system, to optimize the control, the completion of the water supply pressure constant control of water level changes in high-water tank to stabilize water pressure purposes. System, the control objectives is a high-level tanks, the system set the water level in the water level and feedback to

10、compare the actual values by the variable treatment program controller, issue control instructions to control the pump operation, so as to achieve a stable pressure of water mains in the set on the set pressure value. Keywords: PLC; constant pressure water supply；PLC control technology目 录中文摘要.英文摘要.第

11、一章 绪论.1第二章 高楼恒压供水控制系统的分析.22.1 恒压供水控制系统的确定22.2 恒压供水控制系统的原理22.3 恒压供水控制系统的分析.32.4 恒压供水控制系统的优点3第三章 高楼恒压供水系统的硬件设计.53.1 控制系统中传感器的选取53.2 控制系统中水泵的选取.53.3 控制系统中PLC的选取73.4 PLC的接线图与控制电路图9第四章 高楼恒压供水系统的软件设计.104.1 PLC 的I/O分配表104.2 系统的顺序功能图104.3 系统的梯形图与指令表.114.4 程序调试与分析13结束语.14参考文献.15第一章 绪论恒压供水是指用户段不管用水量的大小, 总保持管网

12、水压基本恒定, 这样既可满足各部位的用户对水的需求, 又不使电动机空转造成电能的浪费。高楼恒压供水通常是采用固定在建筑物上的给水塔或楼顶高位水箱，以自来水局部加压的形式供水，这种气压供水可以取代任何高度的水塔或楼顶高位水箱，水质亦不易污染，占地面积亦小。建筑给排水是与人民生活、生产活动、卫生安全有密切关系的学科。在日常常生活中，如果供水系统的水压不稳定，会导致不良后果。例如对居民用水而言，水压过高，会导致管路泄露和水源流失严重；水压过低，用户用水会导致供水不足。对于消防用水而言，水压不稳定，会影响灭火质量。因此，保持供水压力的稳定是很有必要的。恒压供水系统是指用户端不管用水量大小，总保持管网中

13、水压基本恒定。随着微机技术及变频技术的发展，设备简单、投资少、可靠性高、抗干扰能力强的控制系统将是高楼恒压供水系统研究的方向。第二章 高楼恒压供水控制系统的分析2.1 恒压供水控制系统的确定长期以来区域的供水系统都是由市政管网经过二次加压和水塔或天面水池来满足用户对供水压力的要求。在小区供水系统中加压泵通常是用最不利用水点的水压要求来确定相应的扬程设计，然后泵组根据流量变化情况来选配，并确定水泵的运行方式。由于小区用水有着季节和时段的明显变化，日常供水运行控制就常采用水泵的运行方式调整加上出口阀开度调节供水的水量水压，大量能量因消耗在出口阀而浪费，而且存在着水池“二次污染”的问题。 随着人们对

14、供水质量和饮用水水质要求的不断提高，恒压供水方式应运而生，它不仅很好地解决了老式屋顶水箱供水方式带来的水质二次污染问题，而且解决了水泵的运行方式调整加上出口阀开度调节供水的水量水压，大量能量因消耗在出口阀而浪费，并对水泵也起到了很好的保护作用和有效地节约了电能的消耗。根据负载变化自动调节水泵转速，从而避免了电机起动过程中对电网和机械设备造成的冲击以及人工操作的繁杂性。恒压供水系统如今正被广泛地应用到城市自来水管网系统、住宅小区生活消防水系统、楼宇中央空调冷却循环水系统、工业设备冲洗系统等众多领域。目前，国内外的供水广泛采用微机控制，直接取代水塔、高位水箱，为小区住宅、高层建筑加压供水提供了新的

15、途径，将现代科技引入供水领域。经综合分析，为了解决大量能量因消耗在出口阀而浪费，和水池“二次污染”等问题，本设计采用PLC控制恒压供水系统。2.2 恒压供水控制系统的原理控制系统的工作原理：电源接通后，由压力传感器传来信号，当传感器Kb与Kd都有信号传来时由控制系统传达指令，控制水泵的运行；由水泵从低水池统抽水，送至高水箱，再由高水箱完成储水、送水的供水循环周期；当水泵工作时，将水送至水管网，当高水箱压力升至最高工作压力时即传感器Ke有信号，水泵停机。压力降至最低工作压力时即传感器Kd有信号时，水泵重新起动，如此周而复始。当高水箱压力传感器Ke有信号时，水泵停止；当低水池压力传感器Ka有信号时

16、，水泵停止；当低水池水位达到Ka或Kc即压力传感器Ka或Kc有信号时，或者高水箱水位达到Kf即眼力传感器Kf有信号传来时，声光报警，蜂鸣器HA1及指示灯HL1启动，按下复位按钮SB5时声光报警消失。图2.1 系统原理图2.3恒压供水控制系统的分析用户用水的多少是经常变动的，因此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，则压力低；用水少而供水多，则压力大。保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水的质量。 恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的。例如在某些生产过程中，若自来

17、水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以，某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。 随着电字技术的发展，PLC技术的日益完善，以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命。其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能，将使供水实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率的运行目的。 2.

18、4 恒压供水控制系统的优点相对与传统的加压供水方式，变频恒压供水系统的优点突出的体现在以下几个方面：1.高效节能变频恒压供水系统的最显著优点就是节约电能，节能量通常在10-40%。从单台水泵的节能来看，流量越小，节能量越大。2.恒压供水变频恒压供水系统实现了系统供水压力稳定而流量可在大范围内连续变化，从而可以保证用户任何时候的用水压力，不会出现在用水高峰期热水器不能正常使用的情况。3.安全卫生系统实行闭环供水后，用户的水全部由管道直接供给，取消了水塔、天面水池、气压罐等设施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。4.自动运行、管理简便新型的小区变频恒压供水系统具备了过流、过压、欠

19、压、欠相、短路保护、瞬时停电保护、过载、失速保护、低液位保护、主泵定时轮换控制、密码设定等功能，功能完善，全自动控制，自动运行，泵房不设岗位，只需派人定期检查、保养。5.延长设备寿命、保护电网稳定使用变频器后，机泵的转速不再是长期维持额定转速运行，减少了机械磨损，降低了机泵故障率，而且主泵定时轮换控制功能自动定时轮换主泵运行，保证各泵磨损均匀且不锈死，延长了机泵使用寿命。变频器的无级调速运行，实现了机泵软启动，避免了电机开停时的大电流冲击，消除了水泵的水锤效应。6.占地少、投资回收期短新型的小区变频恒压供水系统采用水池上直接安装立式泵，控制间只要安放一到两个控制柜，体积很小，整个系统占地就非常

20、小，可以节省投资。另外不用水塔或天面水池、控制间不设专人管理、设备故障率极低等方面都实现了进一步减少投资，运行管理费低的特点，再加上变频供水的节能优点，都决定了小区变频恒压供水系统的投资回收期短，一般约2年。第三章 高楼恒压供水系统的硬件设计3、1 控制系统中传感器的选取根据恒压供水系统的特点，故选取LDN600投入分体式液位传感器工作原理： 用静压测量原理：当液位变送器投入到被测液体中某一深度时，传感器迎液面受到的压力公式为： = .g.H + Po式中：P ：变送器迎液面所受压力：被测液体密度g ：当地重力加速度Po ：液面上大气压H ：变送器投入液体的深度同时，通过导气不锈钢将液体的压力

21、引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气压 Po 与传感器的负压腔相连，以抵消传感器背面的 Po ，使传感器测得压力为： .g.H ，显然 , 通过测取压力 P ，可以得到液位深度。功能特点： 稳定性好，满度、零位长期稳定性可达 0.%FS/ 年。在补偿温度 0 70 范围内，温度飘移低于 0.%FS ，在整个允许工作温度范围内低于 0.%FS 。具有反向保护、限流保护电路，在安装时正负极接反不会损坏变送器，异常时送器会自动限流在 35MA 以内。固态结构，无可动部件，高可靠性，使用寿命长。安装方便、结构简单、经济耐用。3、2 控制系统中水泵的选取考虑节约电能方面和系统运行，选取一台流量为18（

22、m3/h）的水泵，多余的流量可满足其他未预见流量。经过调查有以下三种水泵表（1）品牌型号流量适用范围吸入口径排出口径价格FUKSIPM16A10（m3/h）清水25（mm）25（mm）1980表（2）产品别名型号流量适用范围吸入口径排出口径价格耐酸污水泵100WGF25-1.8（m3/h）输送含有酸性150（mm）100（mm）6950表（3）品牌型号流量适用范围吸入口径排出口径价格山楠牌50LG18-20(LG-B)18（m3/h）高楼给水50（mm）60（mm）1800表（1）中的水泵吸入口径、排出口径流量太小，不不能达到供水系统的要求；表（2）中适用于输送含有酸性价格也太贵，用在供水中太

23、浪费，造成成本增加；表（3）中的水泵各个型号都能够满足系统需求，而且是专用于供水的水泵。它的具体型号如表（4）。表（4）水泵型号个个数型号级级数流量扬程(m)效率(%)功率(kw)转速(r/min)价格 (元/台)(m3/h)(L/S)150LG18-20*3(LG-B)318560695.5295015003.3控制系统中PLC的选取图3.1PLC硬件框图PLC为可编程序控制器的简称，从诞生至今，得到异常迅猛的发展，已经成为当代自动化的主要支柱之一。它主要由微处理器（CPU）、存储器（EPROM、RAM）、输入/输出模块、外设I/O接口、通信接口及电源组成。根据硬件的不同PLC可分为两种，一

24、种为整体式PLC，它体积小，价格低。另一种是模块式PLC，它是搭积木的方式组成的系统，主要由几家和模块组成。下面介绍PLC各组成部分的作用：（1） CPU模块块又叫做中央处理单元或控制器，它主要由微处理器（CPU）和存储器组成。它的作用类似于人类的大脑和心脏，是PLC不可缺少的一部分，采用扫描的工作方式。每次扫描要完成以下工作：输入处理，现场的开关量输入信号读入输入映像寄存器。程序执行，逐条的执行用户程序，完成数据的存取、传送和处理工作，并根据运算结果更新各有关映像寄存器的内容。 输出处理，将输出映像寄存器中的内容送给输出模块，去控制外部负载。（2） 存储器PLC的存储器分为系统程序存储器和用

25、户程序存储器。系统程序存储器由生产厂家设计并固化在ROM内，用户不能读取。PLC用户程序存储器由用户设计，他决定了PLC的输入信号和输出信号之间的具体关系。（3） 输入/输出模块输入/输出模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。比如在际生产过程中的信号电平是多种多样的，外部执行机构所需的电平也是各不相同的，而可编程控制器的CPU所处理的信号只能是标准电平，这样就需要有相应的I/O模块作为CPU与工业生产现场的桥梁，进行信号电平的转换。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程程序的储存器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时

26、、计数和算术运算等操作的指令。并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各类型的机械或生产过程。可编程控制器及其设备，都应易于使工业控制系统形成统一整体，易于扩充其功能的原则设计。三菱公司的PLC是最早进入中国市场的产品，FX系列PLC具有庞大的家族。基本单元(主机)有FX0、FX0S、FXON、FX1、FX2、FX2C、FX1S、FX2N、FX2NC9个系列。每个系列又有14、16、32、48、64、80、128点等不同输入输出点数的机型，每个系列还有继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出三种输出形式。本设计选用FX1S-20MR型号。34 PLC的接线图与控制电路图 根据控制系统的设计要求，PLC的

27、外部接线图如图3.2所示。控制电路图如图3.3所示。控制面板如图3. 4所示。 图 3. 2 控制系统PLC外部接线图 图 3.3 控制系统的控制电路图 图3.4 控制系统的操作面板第四章 高楼恒压供水系统的软件设计41 PLC 的I/O分配表所以输入输出元件的地址如表4.1所示。序号PLC地址名 称类型0X0低水池中传感器Ka输入1X1低水池中传感器Kb输入2X2低水池中传感器Kc输入3X3高水箱中传感器Kd输入4X4高水箱中传感器Ke输入5X5高水箱中传感器Kf输入6X6控制系统启动按钮SB1输入7X7控制系统停止按钮SB2输入8X10声光报警复位按钮SB5输入9Y0控制系统中水泵的交流接

28、触器KM1输出10Y1声光报警蜂鸣器HA1输出11Y2声光报警指示灯HL1输出12Y3控制系统开始工作指示灯HL2输出13Y4控制系统停止工作指示灯HL3输出表4.1 I/O 分配表4.2 系统的顺序功能图 顺序功能图编写程序的重要的工具，也是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形。 它由步、有向连线、转换条件和动作组成。根据生产工艺预定先规定的顺序，可画出顺序功能图。如图4.2所示。 图 4.2 系统的顺序功能图4.3系统的梯形图与指令表（1） 梯形图（2）指令表由若干条指令组成的程序称为指令表程序。PLC的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，小型PLC的指令系统比汇

29、编语言的简单很多，仅用20来条指令就可以实现开关量控制。在用户存储器中，指令按步序号顺序排列。本设计的指令表程序如下：LD M8002 /首次扫描SET S0 STL S0OUT Y004 /接通控制系统停止工作指示灯LD X006 /控制系统启动SET S11STL S11OUT Y003 /接通控制系统正常工作指示灯LD X001 /低水池传感器Kb信号AND X003 /低水池传感器Kd的的信号SET S12LD X002 /低水池传感器Kc的的信号OR X005 /高水箱传感器Kf信号SET S14STL S12 OUT Y000 /控制系统中电机的交流接触器KM1接通LD X000 /高水箱传感器Ka信号OR X004 /高水箱传感器Ke信号SET S13STL S13OUT Y005 /控制系统中电机的交流接触器KM1断开OUT Y001 /声光报警蜂鸣器HA1启动OUT Y002 /声光报警指示灯HL1启动LD X010 /声光报警复位按钮SB5接通SET S16STL S14OUT Y001 /声光报警蜂鸣器HA1启动OUT Y002 /声光报警指示灯HL1启动LD X010 /声光报警复位按钮SB5接通SET S16 STL S16LD X007 /控制系统停止工作 OUT S0LD