PLC控制的双恒压供水水泵站.docx

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PLC控制的双恒压供水水泵站

课程设计说明书写作要求

1引言（主要写课题设计的目的、设计内容及要实现的目标）

2系统总体方案设计

2.1系统硬件配置及组成原理（要有系统组成图）

2.2系统变量定义及分配表

2.3系统接线图设计

3控制系统程序设计

3.1控制程序流程图设计

3.2控制系统的设计思路、程序设计等

3.3创新设计内容

4控制系统的上位机设计

4.1人机界面选择

4.2人机界面设计（通讯连接，变量设置，画面组态等）

5系统调试及结果分析

5.1PLC程序调试及解决的问题

5.2PLC与上位机联调

5.3结果分析

结束语（主要写取得的效果、创新点及设计意义）

参考文献

附录：

带功能注释的源程序及一些主电路图和PLC的外部接线图。

基于PLC控制恒压供水的设计

——水泵控制

学生：

XXX指导教师：

XXX

内容摘要：

生活都离不开水。

但如果水源离用水场所较远，就需要管路的输送。

而将水送到较远或较高的地方，管路中是需要一定的水压的，水压高了，才能将水送到远的或较高的楼层。

产生水压的设备是水泵，水泵转动的越快，产生的水压越高。

传统的维持管路的水压是建造水塔，水泵开的时候将水打到水塔中，水泵休息时，借助水塔继续供水。

水塔中的水位变化相对水塔的高度来说很小，也就是说水塔能维持的供水管路中水压的基本恒定。

但是，建造水塔需要发费财力，水塔还会造成水的二次污染。

那么，可不可以不借助水塔来实现恒压供水呢？

当然可以，但是要解决水压随用水量的大小变化的问题。

通常的办法是：

用量大时，增加水泵的数量或提高水泵的转动速度以保持管网中的水压不变，用水量小时又需做出相反的调节。

这就是恒压供水的基本思路。

这在电机速度调节技术不发达的年代是不可设想的，但今天办到这一点已变得很容易了，交流变频器的诞生为水泵转速平滑联系调节提供了方便。

交流变频器是改变交流电源频率的电力电子设备，输入三相工频交流点后，可以输出频率平滑变化的三相交流电。

鉴于社会的需求，设计一个由三台水泵组构成的生活、消防双恒压无塔供水泵站系统。

如图所示

（一），市网自来水用高低水位控制器EQ来控制注水阀YV1，自动把水注满储水水池，只要水位低于高水位，则自动往水池注水，但是当水池的水位高于高水位上限时，延时一段时间后，由PLC发出信号，关闭注水阀YV1，等到水位低于高水位上限时，过一段时间后，再打开注水阀YV1继续注水（这种情况在处于消防状态时被关闭）。

水池的高、低水位信号也直接送给PLC，作为高、低水位的报警。

为了保证供水的连续性，水位上下限传感器高低距离较小。

生活用水和消防用水共用三台水泵，平时电磁阀YV2处于关闭状态，生活管网处于接通状态，电磁阀YV3处于失电状态，关闭消防管网，三台水泵根据生活用水的多少，按一定的控制逻辑运行，维持生活用水低恒压。

当有火灾发生时，电磁阀YV3得电，消防用水管路打开，并同时打开三台水泵供水，管路中的水压为消防用水的高恒压，生活用水管路没有关闭，生活用水的水压由减压阀控制。

但是当管路中的水压低于消防用水的高恒压或水池水位已经达到水池低水位下限时，给电磁阀YV2通电，关闭生活用水的管路。

火灾结束后，三台水泵改为为生活用水供水。

图

（一）、生活消防双恒压供水系统构成

二、系统的控制要求

对于三台水泵生活/消防双恒压供水系统的基本要求是：

（1）、生活供水时，系统低恒压运行，消防供水时系统高恒压运行。

（2）、三台水泵根据恒压的要求，采取“先开先停”的原则接入和退出。

（3）、在用水量小的情况下（即不是在消防的情况和增开工频泵的情况），如果一台水泵连续运行超过三小时，则要切换到下一台水泵，即系统具有“倒泵功能”，避免某一台水泵工作时间过长。

（4）、三台水泵在启动的时候都要具有软启动的功能。

（5）、要求完善的报警功能。

（6）、对水泵的操作要具有手动的功能，手动只在应急或检修的时候临时使用。

关键词：

PLC恒压供水

BasedonPLCcontrolconstantpressurewatersupplydesign

-waterpumpcontrol

Abstract：

Inrecentyearsourcountrysmallandmedium-sizedtownandcitiesdevelopmentwasrapid,centralizedwaterconsumptionsharpgrowth.Whenwaterconsumptionpeaktimevolumeofdiversionuniversalinsufficient,causestheurbanpublicpipenetworkhydraulicpressurefluctuationtobebig.Becausethedifferenttimeintervalwaterusediseverydaybigtothewatersupplywaterlevelrequestchange,dependsmerelyforthewaterworksattendantstocarryonthemanualmanualregulationbasedontheexperiencetobeverydifficulteffectivetoservethepurposepromptly.Thiskindofsituationcreateswhenthewaterusedpeakthewaterlevelcannotmeettherequirements,thewatersupplypressureisinsufficient,whenwaterusedtroughtimesupplieswaterlevelexceedingtheallowedfigure,thepressureisexcessivelyhigh,notonlywastestheenergymoreovertohavetheaccidentpotential（e.g.pressuretobeexcessivelyhigheasilytocreatecartridgeigniteraccident）.

Alongwithsociety'sdevelopmentandtheprogress,theurbanhigh-riseconstruction'swatersupplyquestionisdaybydayprominent.Ontheonehandrequeststoimprovethewatersupplyquality,doesnotwant,becausethepressurefluctuationcreatesthewatersupplybreakdown;Ontheotherhandtherequestguaranteewatersupplyquality'sreliabilityandthesecurity,inhastimethefirecansupplywaterreliably.Inviewofthesetwoaspect'srequest,thenewwatersupplyandthecontrolsystemariseatthehistoricmoment,thisisthePLCcontrolconstantpressurenon-towerwatersupplysystem.Theconstantpressurewatersupplyhadguaranteedthewatersupplyquality,asmainengine'scontrolsystemhasenrichedsystem'scontrolfunctiontakePLC,enhancedsystem'sreliability.

Keywords：

PLCconstantpressurewater

一、绪论..............................................................1

（一）任务来源........................................................1

（二）工艺过程........................................................1

（三）系统控制要求....................................................2

（四）方案比较........................................................2

二、PLC简介..........................................................4

（一）PLC的产生和定义................................................4

（二）PLC的应用......................................................5

（三）PLC的系统组成..................................................5

（四）PLC的工作原理及特点............................................6

三、方案分析..........................................................7

（一）对PLC的选取....................................................7

（二）对扩展模块的选取................................................9

（三）系统整体设计分析................................................9

四、系统硬件设计.....................................................11

（一）主电路图.......................................................11

（二）控制电路图.....................................................11

五、软件设计.........................................................13

（一）系统流程图.....................................................13

（二）地址分配表及PLC的CPU型号.....................................16

（三）根据设计要求编写的恒压供水的水泵控制梯形图（见附录）...........16

（四）实验数据分析...................................................16

六、总结与体会.......................................................17

谢辞................................................................19

附录................................................................19

（一）恒压供水的水泵控制梯形图......................................20

（二）程序说明......................................................23

参考文献............................................................25

一、绪论

（一）任务来源

据最新资料显示在全国的666个城市中有340个不同程度缺水，其中严重缺水的达118个，在32个百万人口以上的特大城市中，有30个城市长期受缺水的困扰，特别是水资源短缺地区的城市，水的供需矛盾尤为突出。

由于供水不足，城市工业每年的经济损失达2300亿元，同时给城市居民生活造成许多困难和不便，成为城市社会中的一种隐患。

为满足城市发展对于供水质量的要求，降低供水厂单位制水能耗，保证可靠、稳定地城市供水需求，需要对原有供水系统进行自动化改造，将原有的取水系统和供水系统都改为恒压供水系统，实现对整个系统的自动化控制和计算机监测管理。

目前，国内大部分城市供水系统，包括水厂、生活小区、高层建筑的供水系统，仍采用较为传统的供水方式。

值班人员根据实际的用水量或累积的经验，通过人工的方式调节水泵电机的开停来实现简单的供水控制。

当用水量增大，供水压力变小时，即手动增加一台水泵;当用水量减小，供水压力变大时，则把最先运行的水泵电机关停。

这种传统的供水方式存在着许多缺点，特别是多台水泵供水系统尤为严重:

其一，由于水泵电机只能工作在额定运行和停车两种工作状态，无法为用户提供稳定可靠的供水压力，且系统完全依赖于人工操作来控制，因而供水质量受人为因素影响较大，无法为用户提供稳定的供水压力，且经常会出现断水、水管崩裂、管道共振等现象。

其二，由于水泵电机只能工作在工频状态，长期高速运行，电能浪费较大，据统计，在目前传统的供水方式中，电费在水费成本中的比例高达50%以上。

其三，由于人为的控制难以始终保证电机在运行过程中投切次序的正确性，容易导致电机在长期运行过程中磨损不均，并且增大了误操作的可能性;同时设备运行不合理，机械磨损大，造成设备使用寿命短，维修量大，设备和人工成本都较高。

其四，在目前的城市生活小区、高层建筑供水系统中，基本采用高位水箱或水塔的供水方式，这样既增大了基建投资，同时也造成了水资源的二次污染......

（二）工艺过程

随着社会的发展和进步，城市高层建筑的供水问题日益突出。

一方面要求提高供水质量，不要因为压力的波动造成供水障碍；另一方面要求保证供水的可靠性和安全性，在发生火灾时能够可靠供水。

针对这两方面的要求，新的供水方式和控制系统应运而生，这就是PLC控制的恒压供水系统。

恒压供水系统保证了供水的质量，以PLC为主机的控制系统丰富了系统的控制功能，提高了系统的可靠性。

下面以一个三泵恒压供水系统为例来说明其工艺过程。

如下图1所示，当管道中的压力为正常时，三台水泵中有两台水泵运行，一台停止待用；当管道中的压力为低压时，三台水泵全部运行；当管道中的压力为高压时，只有一台水泵运行。

图1压力分析

（三）系统控制要求

1．三台水泵按顺序启动，每隔30S启动一台水泵；

2．三台水泵根据恒压要求的需要，采取“先开先停”的原则接入和退出；

3．在正常压力情况下，如果一台水泵持续运行时间超过2小时，则要切换到下一台泵，即系统具有“倒泵功能”，避免某一台泵工作时间过长；

（四）方案比较

1.控制方案的选择

控制系统一般有两种：

一是用继电器控制系统；继电器控制系统虽有较好的抗干扰能力，但用了大量的机械触点，使设备连线复杂，且触点在开闭时易受电弧的损坏，寿命短，系统可靠性差；二是用PLC控制系统；PLC的梯形图与传统的电气原理图非常相似，信号的输入/输出形式及控制功能基本上也是相同的；但PLC的控制与继电器的控制有根本的不同之处，主要表现在以下几个方面：

（1）控制逻辑

继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及时间继电器等组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。

而PLC采用存储逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需要改变程序即可，故称做“软接线”，因此灵活性和扩展性都很好。

（2）工作方式

电源接通时，继电器控制线路中各继电器同时都处于受控状态，即该吸合的都应吸合，不该吸合的都因受某种条件的限制不能吸合，它属于并行工作方式。

而PLC的控制逻辑中，各内部器件都处于周期性循环扫描过程中，各种逻辑、数据输出的结果都是按照在程序中的前后顺序计算得出的，所以它属于串行工作方式。

（3）可靠性合可维护性

继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。

触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性合可维护性差。

而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，体积小、寿命长、可靠性高。

（4）控制速度

继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，触点的开闭动作一般在几十毫秒数量级。

另外，机械触点还会出现抖动问题，而PLC时由程序指令控制半导体电路来实现控制，属于无触点控制，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级，且不会出现抖动。

（5）定时控制

继电器控制逻辑利用时间继电器进行控制。

一般来说，时间继电器存在定时精度不高，定时范围窄，而且受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难等问题。

PLC使用半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，精度相当高，且定时时间不受环境的影响，用户可根据需要在程序设定时间，然后由软件来控制定时时间。

（6）设计合施工

使用继电器控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难。

工程越大，这一点就越突出。

而用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计（包括梯形图设计）可以同时进行，周期短，且调试和修改的都很方便。

2.控制方案的确定

从以上几个方面的比较可以知道，PLC在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、使用方便。

所以我的控制方案选择用PLC来进行控制。

二、PLC简介

（一）PLC的产生和定义

1.PLC的产生

20世纪20年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家熟悉的传统的继电器控制系统。

由于它结构简单、容易掌握、价格便宜，能满足大部分场合电气顺序逻辑控制的要求，因而在工业控制领域中一直占据主导地位。

但是继电接触器控制系统具有明显的缺点：

设备体积大、可靠性差、动作速度慢、功能弱。

难于实现较复杂的控制；特别是由于它是靠硬连接线逻辑构成的系统，接线复杂烦琐，当生产工艺或对需要改变时，原有的接线和控制柜就要更换，所以通用性和灵活性较差。

到20世纪60年代，由于小型计算机的出现和大规模生产的发展，人们曾试图用小型计算机来实现工业控制的要求；但由于价格高，输入、输出电路信号及容量不匹配、编程技术复杂等原因，一直未能得到推广应用。

1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GM）对新的汽车流水线控制系统提出的具体要求，研制开发出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上应用成功。

这是世界上第一台可编程序控制器，型号为PDP-14。

人们把它称做可编程序控制器（PLC，ProgrammableLogicController）,简称PLC。

2.PLC的定义

PLC一直在飞速发展中，因此到现在为止，还未能对其下一个十分确切的定义。

国际电工委员会（IEC）曾于1982年11月颁发了可编程序控制器标准草案第一稿，1985年1月发表了第二稿，1987年2月颁布了第三稿。

终稿中对可编程控制器的定义是：

“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。

它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程；而有关的外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

（二）PLC的应用

目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车、粮食加工、化学/制药、金属/矿山、纸浆/造纸等行业。

PLC的主要应用范围通常可分成以下几种：

1.中小型单机电气控制系统

这是PLC应用最广泛的领域，例如塑料机械、印刷机械、包装机械、组合机车、磨床、电镀流水线及电梯控制等。

这些设备对控制系统的要求大都属于逻辑顺序控制，所以这也是最适合PLC的使用领域。

在这里PLC用来取代传统的继电器顺序控制，应用于单机控制、多机群控等。

2.制造业自动化

制造业是典型的工业类型之一，在该领域主要对物体进行品质处理、形状加工、组装，以位置、形状、力、速度等机械量和逻辑控制为主。

由于PLC性能的提高和通信功能的增强，使得它在制造业领域中的大型控制系统中也占绝对主导的地位。

3.运动控制

为适应高精度的位置控制，现在的PLC制造商为用户提供了功能完善的运动控制功能。

现在工业自动化领域基于PLC的运动控制系统和其他的控制手段相比，功能更强、装置体积更小、价格更低、速度更快、操作更方便。

4.流程工业自动化

流程工业是工业类型中的重要分支，如电力、石油、化工、造纸等，其特点是对物体（气体、液体为主）进行连续加工。

过程控制系统中以压力、流量、温度、物位等参数进行自动调节为主，大部分场合还有防爆要求。

（三）PLC的系统组成

1.PLC的结构

PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。

PLC的硬件系统结构如图2所示：

图2PLC的硬件系统结构

2.PLC的各组成元素的构成及功能

（1）CPU的构成及功能----CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。

（2）I/O模块----PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。

I/O种类有开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等。

（3）内存----内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

（4）电源模块----PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。

同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。

电源输入类型有：

交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。

（5）底板或机架----大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：

电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

（6）PLC系统的其它设备----编程设备，人机界面，输入输出设备。

（7）PLC的通信联网----依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。

（四）PLC的工作原理及特点

1.PLC的工作原理

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