課程設(shè)計說明書物業(yè)供水系統(tǒng)水泵控制程序設(shè)計與調(diào)試

1、機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書設(shè)計題目: 物業(yè)供水系統(tǒng)水泵控制程序設(shè)計與調(diào)試 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 20094805 專業(yè)班級： 機 制 f09 指導(dǎo)教師： 2012年 12 月 12 日內(nèi)容摘要 現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，高新技術(shù)的普遍應(yīng)用，自動化控制技術(shù)的應(yīng)用越來越重要。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，城鄉(xiāng)一體化的加快，使對基礎(chǔ)建設(shè)的投入也越來越大，自動化程度要求也越來越高，物業(yè)供水系統(tǒng)就是一個很好的例子。供水設(shè)備是為了用戶用水的問題，而用戶用水的關(guān)鍵在水壓，水壓過高水管易破損；水壓過低無法達到用戶用水的高度或流量。用人工控制，很麻煩且很難實現(xiàn)絕對的保證會，而采用近幾十年來發(fā)展的可編程控制去實現(xiàn)供水的自動控制，

2、不僅大大節(jié)省了人力資源并且節(jié)能，而且隨時保證用戶對水的需要。同時附帶手動控制，可實現(xiàn)自動手動一體化。本設(shè)計采用西門子s7200系列plc控制，四臺水泵、壓力傳感器、檢測開關(guān)、各種控制按鈕等制成，控制方式分為自動控制和手動控制。自動控制時，壓力檢測裝置將供水系統(tǒng)壓力信號傳給plc，再有plc根據(jù)水壓高低情況自動控制四臺水泵的工作狀態(tài)；手動控制時，可單獨控制各臺水泵的工作狀態(tài)。同時系統(tǒng)還有過載保護等。關(guān)鍵詞：物業(yè)供水；可編程控制器plc；水壓；水泵電機 目 錄 第1章概述-11.1設(shè)計背景與plc簡介-11.2控制要求與說明-2第2章plc控制系統(tǒng)設(shè)計-32.1供水系統(tǒng)主電路設(shè)計-32.2plc類

3、型選擇-32.3i/o地址分配表與接線圖-42.4控制流程圖-62.5控制程序分析-72.6控制程序梯形圖-82.7控制程序語句表-14結(jié)論-20設(shè)計總結(jié)-21謝辭-22 參考文獻-23第1章 概 述 1.1 設(shè)計背景與plc簡介 水是生命之源，是人類生活、生產(chǎn)中不可缺少的重要物質(zhì)。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，城市中社區(qū)內(nèi)的各種硬件設(shè)施不斷提高和完善中，用水量也在不斷加大。而在提倡建設(shè)節(jié)約型社會的今天，市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直落后，自動化程度也較低，水資源浪費較大。物業(yè)供水系統(tǒng)作為各種供水中的一部分，密切關(guān)系居民的切身利益，其可靠性、穩(wěn)定性、安全性

4、、經(jīng)濟性直接影響到住戶的正常生活。plc由于簡單易懂、控制靈活、安裝維護方便等優(yōu)點，受到社會的普遍歡迎和廣泛應(yīng)用，在機械、化工、石油、冶金、電力、輕工、電力、紡織、食品、交通等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。本課程設(shè)計在這種情況下設(shè)計的，其要求是：根據(jù)物業(yè)供水系統(tǒng)的控制要求進行基于可編程控制器的水泵控制系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試。 繼電器接觸器控制系統(tǒng)雖有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機械觸點，使得設(shè)備連線復(fù)雜，且觸點時開時閉時容易受電弧的損害，壽命短，系統(tǒng)可靠性差?？删幊炭刂破鳎╬rogrammable controller）是在繼電器順序控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以微處理為核心的通用工業(yè)自動化控制裝置，簡稱pc，但

5、為了與個人計算機（personal computer)簡稱pc相區(qū)別，一般簡稱為plc。它采用可編程程序的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、實現(xiàn)控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作命令，并通過數(shù)字的、模擬的輸出和輸入，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。目前，plc在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、制藥、電力、機械制造、汽車、批量控制、裝卸、造紙、食品加工、紡織、環(huán)保、娛樂等行業(yè)?？删幊炭刂破骶哂幸韵绿攸c：1、編程簡單，使用方便；2、控制靈活，程序可變，具有很好的柔性；3、功能強，擴充方便；4系統(tǒng)設(shè)計周期短，安裝容易，維護方便；5、可靠性高，抗干擾能力強；6、體積小，質(zhì)量小，耗能低，是“

6、機電一體化”特有的產(chǎn)品；7、兼容性差。plc總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能、信息化、軟plc、標準化、與現(xiàn)場總線技術(shù)緊密結(jié)合等方向發(fā)展，其價格會越來越低，功能越來越強大。這次設(shè)計可采用西門子公司生產(chǎn)的s7200系列plc。s7200系列plc的許多功能達到了中型、大型plc的水平，而價格和小型plc接近，它具有多種功能模塊和人機界面可供選擇，便于系統(tǒng)的集成，并很容易地組成plc網(wǎng)絡(luò)；此外，它還具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得s7200系列plc在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計時更加簡單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)。1.2 控制要求與設(shè)計說明 本次課程設(shè)計的設(shè)

7、計內(nèi)容是根據(jù)物業(yè)供水系統(tǒng)的控制要求進行基于可編程控制器的水泵控制系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試。某物業(yè)供水系統(tǒng)有水泵4臺，供水管道安裝壓力檢測開關(guān)k1，k2和k3。k1接通，表示水壓偏低；k2接通，表示水壓正常；k3接通，表示水壓偏高。 具體控制要求： （1）自動工作時，當用水量少，壓力增高，k3接通，此時可延時30s后撤除1臺水泵工作，要求先工作的水泵先切斷；當用水量多時，壓力降低，k1接通，此時可延時30s后增設(shè)1臺水泵工作，要求未曾工作過的水泵增加投入運行；當k2接通，表示供水正常，可維持水泵運行數(shù)量。工作時，要求水泵數(shù)量最少為1臺，最多不得超出4臺。 （2）各水泵工作時，均應(yīng)有工作狀態(tài)顯示。 （3）手

8、動工作時，要求4臺水泵可分別獨立操作（分設(shè)起動和停止開關(guān)），并分別具有過載保護，可隨時對單臺水泵進行斷電控制（若輸入點不夠，可用i/o擴展模塊） （4）設(shè)置“自動/手動”切換開關(guān)（on手動，off自動），另設(shè)自動運行控制開關(guān)（on自動運行，off自動運行停止）。 由上述控制要求可以知道,本設(shè)計中,控制方式有自動控制和手動控制兩種,由自動/手動切換開關(guān)選擇確定；手動運行時每臺水泵分別設(shè)有啟動和停止按鈕，以隨時實現(xiàn)對單臺水泵的通、斷電控制；自動運行時，由自動運行控制開關(guān)控制自動工作的啟動或停止，自動工作時又由壓力檢測開關(guān)檢測管道內(nèi)的水壓，從而控制供水系統(tǒng)增加或撤除水泵等。整個系統(tǒng)有四個水泵輸出和工

9、作狀態(tài)指示燈輸出。需要特別說明的是，設(shè)計中，為了達到“撤除水泵時，先工作的水泵先切斷；增設(shè)水泵時，未曾工作過的水泵增加投入運行”的控制要求，我們假定自動工作時水泵的啟動和停止按照水泵1、水泵2、水泵3、水泵4的順序循環(huán)進行。此外，由于供水系統(tǒng)的壓力高低不斷在變化，所以在程序中，要把水泵運行情況的各種可能性都羅列出來，自動工作時系統(tǒng)會匹配羅列出來的情況，從而增設(shè)或撤除水泵。例如，只有水泵4在工作，且水壓偏低時，根據(jù)設(shè)計的程序，此時水泵1投入運行。第2章 plc控制系統(tǒng)設(shè)計2.1 供水系統(tǒng)主電路設(shè)計 由設(shè)計內(nèi)容和要求可知，本設(shè)計需要用到四臺水泵（以四臺電動機代表），主電路采用熔斷器作為短路保護，用

10、接觸器作為欠壓和零壓保護，用熱繼電器作為過載保護。供水系統(tǒng)主電路如圖2-1所示，圖中m為三相異步交流電動機，fu為熔斷器，qs為轉(zhuǎn)換開關(guān)，km為接觸器主觸點，fr為熱繼電器。 圖2-1 供水系統(tǒng)主電路圖2.2 plc類型選擇 可編程控制器用于對外部設(shè)備進行控制時，外部信號的輸入、plc運算結(jié)果的輸出都要通過plc輸入/輸出端子來進行接線。s7-200系列plc有cpu221、cpu222、cpu224、cpu224xp、cpu226、cpu226xp等型號，各類型的cpu有不同的輸入/輸出接口數(shù)量，而且可拓展的模塊數(shù)量也不盡相同，雖然是小型plc，但是有著可比中型plc的功能，且價格便宜。本設(shè)

11、計中，控制方式由自動/手動切換開關(guān)選擇，手動運行時，每臺水泵分別有啟動和停止按鈕各一個；自動運行時，有自動運行控制開關(guān)和低壓、常壓、高壓檢測開關(guān)各一個。整個系統(tǒng)還有四個水泵輸出和四個工作狀態(tài)指示燈輸出。分析可知，該系統(tǒng)中共有13個輸入和8個輸出，故可選用s7-200系列plc具有14di/10do的cpu224 。 2.3 i/o地址分配表與接線圖 根據(jù)2.2中對輸入、輸出信號的分析，繪制出i/o地址分配表及接線圖分別如表2-1和圖2-2所示。 表2-1 i/o地址分配表控制信號 信號名稱元件名稱元件符號地址編碼輸入信號自動/手動切換信號轉(zhuǎn)換開關(guān)qs1i0.0泵1手動啟動信號常開按鈕sb1i0

12、.1泵1手動停止信號常開按鈕sb2i0.2泵2手動啟動信號常開按鈕sb3i0.3泵2手動停止信號常開按鈕sb4i0.4泵3手動啟動信號常開按鈕sb5i0.5泵3手動停止信號常開按鈕sb6i0.6泵4手動啟動信號常開按鈕sb7i0.7泵4手動停止信號常開按鈕sb8i1.0自動運行控制信號轉(zhuǎn)換開關(guān)qs2i1.1低壓檢測信號低壓檢測開關(guān)k1i1.2常壓檢測信號常壓檢測開關(guān)k2i1.3高壓檢測信號高壓檢測開關(guān)k3i1.4輸出信號泵1驅(qū)動信號接觸器km1q0.0泵2驅(qū)動信號接觸器km2q0.1泵3驅(qū)動信號接觸器km3q0.2泵4驅(qū)動信號接觸器km4q0.3泵1工作狀態(tài)指示信號指示燈l1q0.4泵2工作狀

13、態(tài)指示信號指示燈l2q0.5泵3工作狀態(tài)指示信號指示燈l3q0.6泵4工作狀態(tài)指示信號指示燈l4q0.72.4 控制流程圖該供水系統(tǒng)控制方式有手動控制和自動控制兩種,故控制系統(tǒng)主要分兩部分:一部分是手動控制模塊,一部分是自動控制模塊。根據(jù)控制要求,繪制出控制流程圖如圖2-3所示。2.5 控制程序分析本設(shè)計中,控制方式有自動控制和手動控制兩種。由自動/手動切換開關(guān)選擇確定，手動運行時，每臺水泵分別設(shè)有啟動和停止按鈕，以隨時實現(xiàn)對單臺水泵的通、斷電控制；自動運行時，由自動運行控制開關(guān)控制自動工作的啟動或停止，自動工作時又由壓力檢測開關(guān)檢測管道內(nèi)的水壓，從而控制供水系統(tǒng)增加或撤除水泵等。整個系統(tǒng)有四

14、個水泵輸出和工作狀態(tài)指示燈輸出?？刂瞥绦蚓唧w分析如下：系統(tǒng)接通時，首先判斷自動/手動切換開關(guān)i0.0的狀態(tài)，自然狀態(tài)下，開關(guān)狀態(tài)為off，則程序自動跳轉(zhuǎn)到自動模塊執(zhí)行，手動模塊因為被跳過去而不再執(zhí)行；此外，自動模塊還設(shè)有自動運行控制開關(guān)，來控制自動工作的啟動或停止。當開關(guān)狀態(tài)為on時，程序按梯形圖順序執(zhí)行手動模塊。 手動模塊：當進入手動模塊后，i0.1是水泵1的手動啟動按鈕，i0.2是水泵1的手動停止按鈕，i0.3是水泵2的手動啟動按鈕，i0.4是水泵2的手動停止按鈕，i0.5是水泵3的手動啟動按鈕，i0.6是水泵3的手動停止按鈕，i0.7是水泵4的手動啟動按鈕，i1.0是水泵4的手動啟動按鈕

15、。通過以上控制按鈕，可以隨時對單臺水泵進行通斷電控制，而互不影響。且在手動控制水壓高，而無人時，i1.4接通m1.5得電，在自動控制中測水壓高的定時器t38開始，30s后水壓再高，在自動控制中的降壓會啟動，啟到對水泵、輸水管道的高壓保護作用,但是只能在啟動的水泵順序不間斷時保護，如2和4或1和3，則不能起保護作用。 自動模塊：自動模塊設(shè)有自動運行控制開關(guān)i1.1。當進入自動模塊后，系統(tǒng)根據(jù)i1.1的狀態(tài)（on表示運行off表示停止）動作。自動運行啟動時，系統(tǒng)首先判斷四臺水泵的運行狀態(tài)，如四臺水泵都沒有工作，則系統(tǒng)自動將自動讓水泵1通電工作，然后通過壓力檢測裝置判斷水壓的高低。水壓低于正常水壓時

16、，壓力檢測開關(guān)i1.2接通，定時器t37開始計時，30秒后未曾工作的水泵按設(shè)定順序投入運行。水壓高于正常水壓時，壓力檢測開關(guān)i1.4接通，定時器t38開始計時，30秒后最先工作的水泵停止運行。水壓正常時，壓力檢測開關(guān)i1.3接通，兩個定時器都不工作，系統(tǒng)維持該運行狀態(tài)，直到水壓改變。前面概述中已經(jīng)闡述過，為了滿足“撤除水泵時，先工作的水泵先切斷，增設(shè)水泵時，未曾工作過的水泵增加投入運行”的控制要求，本設(shè)計采用的是四臺水泵按水泵1、水泵2、水泵3、水泵4、水泵1、水泵2.的順序循環(huán)啟動或停止。 輸出模塊：輸出模塊是手動工作和自動工作時水泵最終運行狀態(tài)的體現(xiàn)，其中m0.0是水泵1的運行標志，q0.

17、4為水泵1的工作指示燈信號，m0.1是水泵2的運行標志，q0.5為水泵2的工作指示燈信號，m0.2是水泵3的運行標志，q0.6為水泵3的工作指示燈信號，m0.3是水泵4的運行標志，q0.7為水泵4的工作指示燈信號。2.6 控制程序梯形圖 根據(jù)課題設(shè)計要求及控制程序的分析，可寫如下的梯形圖。2.7 控制程序語句表 結(jié) 論通過對本次課程設(shè)計程序的調(diào)試發(fā)現(xiàn)，該程序可以滿足設(shè)計要求，可以實現(xiàn)對物業(yè)供水系統(tǒng)的手動和自動控制，適于在城市各物業(yè)小區(qū)和新農(nóng)村居民樓進行實際應(yīng)用推廣，具有很大的經(jīng)濟價值和發(fā)展前景。雖然所設(shè)計的程序能滿足控制要求，但在程序設(shè)計過程中，發(fā)現(xiàn)該程序還是存在一定的不足之處的。遺憾的是，由

18、于個人時間和能力有限，并沒有在最終設(shè)計的程序中得到有效解決。這一不足之處就是無法實現(xiàn)手動工作和自動工作的隨時切換。分析程序梯形圖可知，當手動工作時，四臺水泵可單獨控制啟動和停止。假如此時有水泵工作，若轉(zhuǎn)為自動工作，則所有正在工作的水泵必須先停止，然后轉(zhuǎn)入自動控制模塊，按順序啟動或停止水泵。同樣，自動工作向手動工作切換，也存在不少問題，在這里就不詳細說明了。課程設(shè)計雖然結(jié)束了，但以上不足之處仍會激勵我在課余時間繼續(xù)鉆研。設(shè) 計 總 結(jié)為期兩周的機電傳動與控制課程設(shè)計就這樣以這篇課程設(shè)計說明書悄無聲息地宣告結(jié)束了!課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重

19、要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。這次物業(yè)供水系統(tǒng)水泵控制程序的設(shè)計和調(diào)試是在我們學(xué)完機電傳動與控制理論課程后，進行的一項應(yīng)用可編程控制器解決實際問題的實踐訓(xùn)練。兩周的課程設(shè)計時間雖然不是很長，但通過設(shè)計過程中自己的努力和同學(xué)、老師的幫助，還是學(xué)到了很多東西。 在本次課程設(shè)計之初，剛拿到設(shè)計課題和任務(wù)書的我感到無從下手，這個課題不是很難，但是各水泵在啟停順序容易出錯，課題比較麻煩。后來經(jīng)過自己對課程理論知識的進一步復(fù)習及查閱相關(guān)資料，同時得到了王老師的細心指導(dǎo)和同學(xué)們的熱情幫助，才較順利的完成了此次的課程設(shè)計。通過這次課程設(shè)計，我對西門子s7-200系列plc有了深入的理解和一

20、定的編程和實際應(yīng)用能力。 這次課程設(shè)計使我充分意識到課本上的知識是機械的、表面的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)理論知識與實踐結(jié)合起來，才能將知識根植于內(nèi)心，才能成功。通過上機運行調(diào)試，對plc的工作原理有了更加深刻的認識，也提高了自己的動手操作能力和獨立思考能力。解決實際問題的能力得到了大大的提高，為以后學(xué)習和工作奠定了一定的基礎(chǔ)。plc的指令和功能是強大的，課程設(shè)計也只是提供給我一個深入學(xué)習的入口，還有更多的東西等待我自己去努力學(xué)習。 總的來說，此次課程設(shè)計中自己的收獲還是挺大的。通過本次課程設(shè)計，首先我不僅復(fù)習、鞏固和驗證了自己所學(xué)的plc相關(guān)理論知識，而且也初步培養(yǎng)了自己在plc相關(guān)課程設(shè)計中的基本操作技能與設(shè)計能力以及將課堂上所學(xué)的理論知識運用于實踐中的能力，其次設(shè)計過程中所遇到的問題，讓自己清楚地認識到前期所學(xué)知識中沒徹底理解和掌握的部分，警示了自己今后加強理論知識學(xué)習的方向；再次，這次課程設(shè)計讓我學(xué)會了如何更好的和老師、同學(xué)交流、探討問題、共同學(xué)習、相互幫助。最后，也是最重要的，這次課程設(shè)計讓我學(xué)會了plc基本的設(shè)計思路及設(shè)計理念，更好地培養(yǎng)了自己認真思考問題、分析問題、解決問題的能力以及對待事情認真、耐心、細致、負責的學(xué)習態(tài)度。謝 辭課