課程設(shè)計--物業(yè)供水系統(tǒng)水泵梯形圖控制程序設(shè)計與調(diào)試

1、<p>　　課 程 設(shè) 計 （報 告）</p><p>　　設(shè) 計 題 目： 物業(yè)供水系統(tǒng)水泵梯形圖控制程序設(shè)計與調(diào)試 </p><p>　　學(xué) 院 名 稱： 電子與信息工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)：

2、 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班 級： 電氣122班 </p><p>　　姓 名： XXX 學(xué)號： XXXXXXXXXXXX

3、 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： XXXXXX </p><p>　　起訖時間： 2015.1.12～2015.1.16</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、

4、緒論····································&#

5、183;····································

6、····································

7、3;········-1-</p><p>　　1.1、物業(yè)供水系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)簡介·····················&#

8、183;····································

9、···········-1-</p><p>　　1.2、物業(yè)供水系統(tǒng)主要實現(xiàn)功能··················

10、3;····································&#

11、183;·············-1-</p><p>　　二、硬件實現(xiàn)·················

12、3;····································&#

13、183;····································

14、···················-2-</p><p>　　2.1主控電路設(shè)計············

15、;····································

16、83;····································&

17、#183;············-2-</p><p>　　2.1.1 PLC簡介·················

18、3;····································&#

19、183;····································

20、·····-2-</p><p>　　2.1.2三菱FX2N簡介·························&

21、#183;····································

22、;·······················-3-</p><p>　　2.1.3控制器I/O口分配表······

23、3;····································&#

24、183;································-3-</p><p>

25、　　2.1.4物業(yè)供水系統(tǒng)主控控制硬件圖·································&#

26、183;·························-5-</p><p>　　2.2繼電器·····

27、3;····································&#

28、183;····································

29、·································-5-</p><p&g

30、t;　　2.2.1繼電器在控制系統(tǒng)中的作用·································&

31、#183;·······························-5-</p><p>　　2.3

32、 水泵····································&

33、#183;····································

34、;····································

35、83;·······-6-</p><p>　　2.3.1恒壓供水水泵·······················

36、····································

37、3;·······························-6-</p><p>　　三、軟件程序

38、實現(xiàn)····································&#

39、183;····································

40、································-7-</p><p>　　3.

41、1梯形圖程序說明···································&#

42、183;····································

43、······················-7-</p><p>　　3.2物業(yè)供水系統(tǒng)流程圖及實物圖·······

44、3;····································&#

45、183;······················-10-</p><p>　　3.3系統(tǒng)調(diào)試·及所遇問題······

46、83;····································&

47、#183;····································

48、;···-11-</p><p>　　四、結(jié)束語····························&

49、#183;····································

50、;····································

51、83;·············-11-</p><p>　　五、參考文獻(xiàn)·················

52、3;····································&#

53、183;····································

54、····················-12- </p><p>　　附錄：梯形圖程序··········&

55、#183;····································

56、;····································

57、83;···················-12- </p><p><b>　　一、緒論</b></p><p>　　1.1、物業(yè)供水系統(tǒng)的應(yīng)用簡介</p>&l

58、t;p>　　隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，城市中各類小區(qū)的建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時也對小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求，小區(qū)的供水系統(tǒng)是其中的一個重要方面。針對目前的小區(qū)供水系統(tǒng)中存在的電能、水資源浪費且供水質(zhì)量差等問題采用三菱FX2N PLC為核心控制器，構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以管網(wǎng)水壓為設(shè)定參數(shù)，根據(jù)用水量的大小由PLC控制投入運行的水泵的數(shù)量實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，即實現(xiàn)恒壓供水。</p>

59、<p>　　1.2、物業(yè)供水系統(tǒng)主要實現(xiàn)功能</p><p>　　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。</p><p><b>　　1. 控制要求：</b></p><p>　?。?）自動工作時，當(dāng)用水量少，壓力增高，K3接通，此

60、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(dāng)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(dāng)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。</p><p>　　（2）各水泵工作時，均應(yīng)有工作狀態(tài)顯示。</p><p>　?。?）手動工作時，要求4臺水泵可分別獨立操作（分設(shè)

61、起動和停止開關(guān)），并分別具有過載保護(hù)，可隨時對單臺水泵進(jìn)行斷電控制（注：若輸入點不夠，可減少一個過載保護(hù)輸入）。</p><p>　　（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）。</p><p><b>　　二、硬件實現(xiàn)</b></p><p><b

62、>　　2.1主控電路設(shè)計</b></p><p>　　2.1.1 PLC簡介</p><p>　　可編程序控制器，英文稱Programmable Logic Controller，簡稱PLC。但由于PC容易和個人計算機(jī)（Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)

63、現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)主要存在以下兩個缺點，一是可靠性差，排除故障困難，因為它是接觸控制，所以當(dāng)觸點發(fā)生磨損和斷裂等損壞情況時很難做出相應(yīng)處理；二是靈活性差，總體成本較高。繼電器本身并不貴，但是控制柜內(nèi)部的安裝，接線工作量極大，工藝發(fā)生變化時相應(yīng)的改動更是復(fù)雜。

64、因此當(dāng)市場需要適應(yīng)新的變化時，PLC就應(yīng)運而生了。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制</p><p>　　可編程序控制器一直在發(fā)展中，所以至今尚未對其下最后的定義。國際電工學(xué)會（IEC）曾先后于1982年、1985年

65、和1987年發(fā)布了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案的第一，二，三稿，并在1987年2月對PLC作了如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。</p

66、><p>　　定義強調(diào)了PLC是：</p><p>　　1 數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)——也是一種計算機(jī)；</p><p>　　2 專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計；</p><p>　　3 面向用戶指令——編程方便；</p><p>　　4 邏輯運算、順序控制、定時計算和算術(shù)操作；</p><p>　　5

67、數(shù)字量或模擬量輸入輸出控制；</p><p>　　6 易與控制系統(tǒng)聯(lián)成一體、易于擴(kuò)充。</p><p>　　2.1.2三菱 FX2N簡介</p><p>　　FX系列PLC擁有無以匹及的速度，高級的功能邏輯選件以及定位控制等特點；FX2N是從16路到256路輸入/輸出的多種應(yīng)用的選擇方案；FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方面都是相當(dāng)于FX系列中最高檔次的超

68、小形程序裝置。</p><p>　　除輸入出16-25點的獨立用途外，還可以適用于在多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。</p><p>　　在基本單元上連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行16-256點的靈活輸入輸出組合?？蛇x用16/32/48/64/80/128點的主機(jī)，可以采用最小8點的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。可根據(jù)電源及輸出形式，自由選擇。

69、程序容量：內(nèi)置800步RAM（可輸入注釋）可使用存儲盒，最大可擴(kuò)充至16K步。豐富的軟元件應(yīng)用指令中有多個可使用的簡單指令、高速處理指令、輸入過濾常數(shù)可變，中斷輸入處理，直接輸出等。便利指令數(shù)字開關(guān)的數(shù)據(jù)讀取，16位數(shù)據(jù)的讀取，矩陣輸入的讀取，7段顯示器輸出等。數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)排列、三角函數(shù)運算、平方根、浮點小數(shù)運算等。特殊用途、脈沖輸出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脈寬調(diào)制，PID控制指令等。外部設(shè)備相

70、互通信，串行數(shù)據(jù)傳送，ASCII code印刷，HEX ASCII變換，校驗碼等。時計控制內(nèi)置時鐘的數(shù)據(jù)比較、加法、減法、讀出、寫入等。 2-1-1 三菱 FX2N-48MR</p><p>　　2.1.3控制器I/O口分配表</p><p>　　2-1-2物業(yè)供水系統(tǒng)I/O口分配表</p><p>　　2-1-3物業(yè)供水系統(tǒng)I/

71、O接線圖</p><p>　　2-1-3程序內(nèi)部使用輔助繼電器（M）</p><p>　　2.1.3業(yè)務(wù)供水系統(tǒng)主控控制硬件圖</p><p>　　2-1-4業(yè)務(wù)供水系統(tǒng)主控硬件圖</p><p><b>　　2.2繼電器</b></p><p>　　2.2.1繼電器在控制系統(tǒng)中的作用</p

72、><p>　　繼電器是一種基本的電氣設(shè)備，它用來打開或關(guān)閉一定數(shù)量互相獨立的電路。這種操作是利用由電壓控制的線圈繞組所產(chǎn)生的電磁場來實現(xiàn)的。當(dāng)輸入量達(dá)到一定值時，輸出量將發(fā)生跳躍式的變化的自動控制器件，它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)。通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在控制系統(tǒng)中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路的作用。 通過有電流流過線圈時產(chǎn)生電磁感應(yīng)，使觸點吸合，沒有電

73、流流過線圈的時候觸點斷開來實現(xiàn)各種信號隔離和輸出控制的。一般在儀表去控制現(xiàn)場大功率電器設(shè)備時，由于儀表或控制系統(tǒng)的卡件觸點承受不了很高的電流或電壓，就采用繼電器作為中間執(zhí)行器。接收到控制系統(tǒng)的控制信號后去執(zhí)行系統(tǒng)控制指令或強電設(shè)備給弱點系統(tǒng)控制信號時也需要用它來隔離高壓信號輸出干觸點信號。反之亦然。另外由于繼電器的型號很多，可以滿足不同電壓不同信號的需要，可以作到長期可靠的工作。</p><p><b>

74、;　　2.3 水泵</b></p><p>　　2.3.1恒壓供水水泵簡介</p><p>　　水泵是輸送液體或使液體增壓的機(jī)械。它將原動機(jī)的機(jī)械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加，主要用來輸送液體包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態(tài)金屬等，也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。水泵性能的技術(shù)參數(shù)有流量、吸程、揚程、軸功率、水功率、效率等；根據(jù)不同的工作原

75、理可分為容積水泵、葉片泵等類型。容積泵是利用其工作室容積的變化來傳遞能量；葉片泵是利用回轉(zhuǎn)葉片與水的相互作用來傳遞能量，有離心泵、軸流泵和混流泵等類型。容積式泵：利用工作腔容積周期變化來輸送液體。葉片泵：利用葉片和液體相互作用來輸送液體。</p><p>　　恒壓供水的變頻應(yīng)用方式：通常在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺常用泵，供水量大時多臺泵開，供水量小時開一臺或兩臺。在采用變頻調(diào)速進(jìn)行恒壓供水時，就用兩種方式，其一

76、是所有水泵配用一臺變頻器；其二是每臺水泵配用一臺變頻器。后種方法根據(jù)壓力反饋信號，通過PID運算自動調(diào)整變頻器輸出頻率，改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到管網(wǎng)恒壓的目的，就一個閉環(huán)回路，較簡單，但成高。前種方法成低，性能不比后種差，但控制程序較復(fù)雜，是未來的發(fā)展方向，下面講到的原理都是一變頻器拖動多馬達(dá)的系統(tǒng)。</p><p><b>　　恒壓供水系統(tǒng)特點</b></p><p&g

77、t;　　1、 節(jié)電：優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實現(xiàn)最大限度地節(jié)能運行；2、 節(jié)水：根據(jù)實際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓力，自動控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象；3、 運行可靠：由變頻器實現(xiàn)泵的軟起動，使水泵實現(xiàn)由工頻到變頻的無沖擊切換，防止管網(wǎng)沖擊、避免管網(wǎng)壓力超限，管道破裂。4、 聯(lián)網(wǎng)功能：采用中文工控組態(tài)軟件，實時監(jiān)控各個站點，如電機(jī)的電壓、電流、工作頻率、管網(wǎng)壓力及流量等。并且能夠累積每個站點的用電量，累積每臺泵的出水量，同時提供各種形

78、式的打印報表，以便分析統(tǒng)計。同其它供水方式相比較，正藝變頻恒壓供水系統(tǒng)，除了具有顯著的節(jié)能效果外，還有以下顯而易見的優(yōu)勢：1、恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電動機(jī)電源頻率，而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變水泵出口壓力，比靠調(diào)節(jié)閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。2、由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長泵和電動機(jī)的機(jī)械使用壽命。3、水泵電動機(jī)采用軟啟動方式，按設(shè)

79、定的加速時間加速，避免電動機(jī)啟動時的電流沖擊，對電網(wǎng)電壓造成波動的影響， 2-3-1 恒壓供水水泵 </p><p>　　同時也避免了電動機(jī)突然加速造成泵系統(tǒng)的喘振。徹底消除水錘現(xiàn)象。 4、實現(xiàn)恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低

80、了人員的勞動強度，節(jié)省了人力。</p><p><b>　　軟件程序?qū)崿F(xiàn)</b></p><p><b>　　3.1梯形圖程序</b></p><p>　　3.1.1 初始化部分</p><p>　　假設(shè)物業(yè)供水控制系統(tǒng)在上電后需要初始化完成部分的環(huán)境設(shè)置工作。由于供水系統(tǒng)要保證有水泵工作，而且盡量

81、不浪費電能，這里使初始化后有一臺水泵工作（假如是1號水泵）。按下初始化按鈕X0，產(chǎn)生一個上升沿，經(jīng)過30s后1號水泵開始工作(下圖為5s)。如圖所示。</p><p>　　3.1.2手動自動切換部分</p><p>　　該部分采用M22為自動運行標(biāo)志，置位為有效；M21為手動運行標(biāo)志，置位為有效。根據(jù)M22和M21的狀態(tài)決定程序的跳轉(zhuǎn)方向。如圖所示。</p><p>

82、;　　3.1.3手動運行的控制</p><p>　　采用傳統(tǒng)的起保停電路模式，對線圈M1-M4完成置位和復(fù)位的操作。</p><p>　　3.1.4自動運行控制</p><p>　　如下圖所示，X4、X3、X5分別為水壓正常、水壓偏低、水壓偏高傳感器輸入端口（X5為顯示）。水壓正常時，即X4輸入時，將M7和M9復(fù)位，中斷壓高壓低的一切操作。當(dāng)X3置位時，表示壓低，經(jīng)

83、過三十秒的延時置增泵執(zhí)行標(biāo)志M5，驅(qū)動增泵程序增加一臺水泵，直到水壓正常。壓高的執(zhí)行與壓低相似。</p><p>　　3.1.5增泵減泵程序編寫依據(jù)</p><p>　　采用的是置位復(fù)位操作，根據(jù)現(xiàn)水泵的運行的情況判斷增泵與減泵后水泵的運行情況。將每種情況一一列出，在增減泵操作發(fā)出后根據(jù)現(xiàn)在水泵運行情況增減一個水泵。</p><p>　　自動運行增泵退泵判斷表<

84、;/p><p>　　注：“0”表示水泵停止，“1”表示水泵運行。</p><p>　　自動運行滿泵退泵時表</p><p>　　部分增減泵梯形圖如圖所示。</p><p>　　3.1.6 公共輸出端程序解析</p><p>　　如圖 所示，輸出采用集中輸出的方式，可以有效的避免多線圈輸出的問題。</p>&l

85、t;p>　　3.2物業(yè)供水系統(tǒng)流程圖及實物圖</p><p><b>　　流程圖</b></p><p><b>　　實物圖</b></p><p>　　3.3系統(tǒng)調(diào)試及所遇問題</p><p>　　按要求輸入梯形圖，檢查并編譯。本次設(shè)計實驗里，正確輸入梯形圖，編譯成功。同時通過在線工作后把程

86、序?qū)懭肟删幊绦蚩刂破鞯某绦虼鎯^(qū)，然后進(jìn)行運行調(diào)試，在前面正確操作和正常進(jìn)行的基礎(chǔ)上，使PLC進(jìn)入運行狀態(tài)，觀察運行情況，結(jié)果是本PLC設(shè)計運行正常，沒有未知錯誤。在自動運行時，先開先關(guān)，先關(guān)先開要求；手動實現(xiàn)各個水泵的開關(guān)。最終達(dá)到課程設(shè)計所需的全部要求。</p><p>　　在剛開始編寫程序時，沒對I/0進(jìn)行分配，導(dǎo)致編寫不便。編程時，本打算使用兩個主控指令，分別進(jìn)行手動自動重新的編寫，但部分指令在主控指令不

87、能達(dá)到所需要，因此最終選用跳轉(zhuǎn)指令。硬件接線時，由于沒有真正清楚控制電路接線，使得最終接線混亂。問題多多，但學(xué)到的也很多！</p><p><b>　　四、結(jié)束語</b></p><p>　　通過此次課程設(shè)計，讓我對PLC梯形圖有了更好的了解，也讓我了解了關(guān)于PLC設(shè)計原理。有很多設(shè)計理念來源于實際，從中找出最適合的設(shè)計法。PLC課程都是極理論的東西，所做過的幾個實驗

88、也都是在已知程序圖的情況下學(xué)習(xí)使用編程器，這并不能提高PLC的設(shè)計水平，而這次的課程設(shè)計是從根本上讓我們理論聯(lián)系實際，在這種根據(jù)實際狀況進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計的情況下能夠讓我們對PLC有更深刻的認(rèn)識。 </p><p>　　不積跬步何以至千里，課程設(shè)計是大學(xué)學(xué)習(xí)階段非常難得的理論與實際相結(jié)合的機(jī)會，通過這次課程設(shè)計，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實際設(shè)計的結(jié)合，鍛煉了綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識的能力，提高了查

89、閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計手冊的能力，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，使得能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，毅力及耐力也都得到了不同程度的提升。</p><p><b>　　五、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 周亞軍、張衛(wèi).電氣控制與PLC原理及應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2010</p><p&

90、gt;　　[2]王兆義、楊新志.小型可編程控制器實用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[3] 中國電工技術(shù)協(xié)會．風(fēng)機(jī)水泵交流調(diào)速節(jié)能技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998</p><p>　　[4]周芝峰、張星.變頻器在供水系統(tǒng)中的節(jié)能分析.變頻器世界，2000</p><p>　　[5]金傳偉，毛宗源.變頻調(diào)速技術(shù)在水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.上海