畢業(yè)設(shè)計---基于plc控制的生活給水泵系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　基于PLC控制的生活給水泵系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　[摘 要] 本文介紹了以可編程邏輯控制器為核心的控制系統(tǒng)，并對其工作原理、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計進行重點闡述，從而對傳統(tǒng)的城市供水系統(tǒng)進行改造，可以有效的解決以前系統(tǒng)故障率高、可靠性差、能源浪費嚴重等一系列問題。同時，系統(tǒng)具有自動和手動兩種控制方式，便于對系統(tǒng)進行維護修理，提高效率，實現(xiàn)自動化供水。 </p><p&

2、gt;　　Abstract This article has introduced the control system with Programmable Logical Controller at the core, and emphatically describe this control system’s work principle, the hardware design and software design. Thu

3、s transformed the traditional city water-supply system. Effective settlement the system publishes fault rate high, energy series waste such as these problems. Meanwhile, the system has automatic and manual two kinds of c

4、ontrol way. Can be convenient maintain and repairing to the syste</p><p>　　[關(guān)鍵詞]：PLC ；給水系統(tǒng)；自動控制 </p><p>　　Key words: PLC ；water-supply system； Automatically Control</p><p><b>

5、;　　目錄</b></p><p>　　引言 ……………………………………………………………………………………………………… (3)</p><p>　　1 可編程序控制器（PLC）的概述…………………………………………………………(4)</p><p>　　1.1 PLC的定義……………………………………………………………………………………(4)&l

6、t;/p><p>　　1.2 PLC的產(chǎn)生及發(fā)展趨勢 ………………………………………………………………………(4)</p><p>　　1.2.1 PLC的產(chǎn)生 ……………………………………………………………………………………(4)</p><p>　　1.2.2 PLC的發(fā)展趨勢 …………………………………………………………………………… (4)</p>

7、;<p>　　1.3 PLC的特點…………………………………………………………………………………… (4)</p><p>　　1.4 PLC的一般組成和基本工作原理……………………………………………………………… (5)</p><p>　　1.4.1 PLC的一般組成………………………………………………………………………… (5)</p><

8、p>　　1.4.2 PLC的基本工作原理 …………………………………………………………………………… (5)</p><p>　　1.5 PLC的應(yīng)用設(shè)計步驟………………………………………………………………………………… (5)</p><p>　　1.6 松下電工可編程序控制器產(chǎn)品---FP1-C40簡介………………………………………………… (6)</p>&l

9、t;p>　　1.7 FPWIN-GR軟件介紹………………………………………………………………………………… (6)</p><p>　　2 系統(tǒng)設(shè)計總體方案………………………………………………………………………………… (7)</p><p>　　2.1 設(shè)計思路 …………………………………………………………………………………………… （7）</p><p>

10、;　　2.2系統(tǒng)構(gòu)成框圖………………………………………………………………………………………… (7)</p><p>　　2.3系統(tǒng)工作原理………………………………………………………………………………………… (8)</p><p>　　3 硬件部分設(shè)計 ………………………………………………………………………………… （8）</p><p>　　3.1 水泵主電路

11、………………………………………………………………………………………… （8）</p><p>　　3.1.1 水泵起動方式的選取……………………………………………………………………………… (9)</p><p>　　3.1.2 器件型號的選取 ………………………………………………………………………………… （10）</p><p>　　3.2 水泵的控制回路設(shè)計

12、……………………………………………………………………………… （11）</p><p>　　3.2.1 手動控制………………………………………………………………………………………… （11）</p><p>　　3.2.2 自動控制………………………………………………………………………………………… （12）</p><p>　　3.3 水位控制器的介紹……………

13、………………………………………………………………………(14)</p><p>　　4 軟件設(shè)計………………………………………………………………………………………………(15)</p><p>　　4.1 程序流程圖……………………………………………………………………………………………(15)</p><p>　　4.2 順序功能圖SFC的設(shè)計及分析……………………

14、…………………………………………………(16)</p><p>　　4.3 符號梯形圖設(shè)計………………………………………………………………………………………(18)</p><p>　　4.4 系統(tǒng)語句表……………………………………………………………………………………………(19)</p><p>　　5 結(jié)束語………………………………………………………………………

15、………………………（19）</p><p>　　致謝 ……………………………………………………………………………………………………（20）參考文獻………………………………………………………………………………………………（20）</p><p>　　附錄A 外文原文…………………………………………………………………………………… （21）</p><p>　　附錄B

16、 外文翻譯…………………………………………………………………………………… （25）</p><p>　　附圖………………………………………………………………………………………………………（28）</p><p>　　附錄C程序清單…………………………………………………………………………………………（29）</p><p><b>　　引言</b&

17、gt;</p><p>　　現(xiàn)代建筑的生活給水系統(tǒng)是整個建筑必不可少的重要組成部分，目前的供水方式[1]主要有二種</p><p>　　(1)水池—水泵（恒壓變頻或氣壓罐）—管網(wǎng)系統(tǒng)—用水點</p><p>　　對于一、二層是商業(yè)群房，群房上建有多幢住宅的建筑，目前較多采用此種供水方案。一般設(shè)計有地下生活水池一座，集中恒壓變頻供水，不設(shè)屋頂水箱，最不利用水點是頂層

18、住宅。主水泵一般有三臺，二開一備自動切換，副泵為一小流量泵，夜間用水量小時主泵自動切換到付泵，以維持系統(tǒng)壓力基本不變（氣壓罐一般不用于生活用水）。氣壓罐的主要缺點是氣壓罐調(diào)節(jié)容積小，存在不能滿足消防貯水的問題，一般作為消防給水系統(tǒng)中的經(jīng)常性增壓設(shè)備，對于高層建筑生活給水一般用于少數(shù)樓層水壓不足時的增壓。  </p><p>　　(2)水池—水泵—高位水箱—用水點</p><

19、p>　　單幢次高層和高層建筑的高壓供水區(qū)較多采用該種方案。一般也需要設(shè)計有一座地下水池，通過兩臺水泵（一用一備）抽水送至高水箱，再由高位水箱向下供水至各用水點。  </p><p>　　第一種方式從理論上說恒壓變頻供水是較為理想和先進的。首先它保證出水壓力不變，根據(jù)用水量大小進行變頻供水，既節(jié)約電能，又保證水泵軟啟動（對電網(wǎng)電壓沖擊不大），延長了水泵壽命。但是在實際使用中卻遇到了許多問題

20、，給工作帶來了麻煩，公司社會效益直接受到影響，例如水泵在自動切換時（卸載或加載時）水泵供水會出現(xiàn)短暫的低壓，特別是電腦判斷有故障需跳過故障泵運行時時間會更長，直接受害者就是頂層住戶。一旦壓力減低他們就無水，當跳過故障泵啟動備用泵時壓力又增大，所以頂層住戶怨聲不斷。如果變頻控制柜出故障，一般的電工無法處理，需要廠家專業(yè)技術(shù)人員來解決，造成設(shè)備不能及時維修，供水無法保證。雖然設(shè)備房管理簡單了，但住戶用水缺乏保障，社會效益受到影響。變頻調(diào)速水

21、泵不能滿足消防貯水量，存在小流量和零流量供水問題，同時變頻控制股價格較高。</p><p>　　第二種方式是較成熟的水泵、水箱供水方式。水泵控制柜采用最簡單的電器元器件，如出現(xiàn)故障，普通的電工就能維修，而且元器件的費用也低。再加上有高位水箱，不會造成一停電就停水，供水保障率高。具有穩(wěn)壓[2]作用，使冷熱水系統(tǒng)水壓保持平衡，方便洗浴。由于以上諸多原因，目前絕大多數(shù)高層建筑采用高位水箱給水方式，盡管高位水箱存在增加建

22、筑荷載和防止生活用水受到二次污染的問題。</p><p>　　設(shè)置高位水箱給水方式對生活水泵的一般控制要求為： </p><p>　?。?）在地下水池與高位水箱中均設(shè)置水位控制器[3]，由兩處的水位控制器控制水泵的自動運行。當高位水箱水位升至高水位時，自動關(guān)閉水泵。生活水泵同時應(yīng)受地下水池水位的制約，當?shù)叵滤厮惶幱诘退粫r，為了避免水泵的空轉(zhuǎn)運行，無論高位水箱的水位如何，生活水泵都不

23、能起動。</p><p>　?。?）為了保障供水可靠性，生活水泵分為工作泵和備用泵，工作泵發(fā)生故障時，備用泵應(yīng)能自動投入使用。</p><p>　?。?）為了防止一臺泵長時間運行，需設(shè)定運行時間。當時間到時，自動切換到下一臺泵，以防止泵長時間不用而銹死</p><p>　?。?）要有完善的保護功能</p><p>　?。?）為了檢修和應(yīng)急，應(yīng)

24、有手動控制功能。</p><p>　　1 可編程序控制器（PLC）的概述</p><p>　　1.1 PLC的定義</p><p>　　1987年2月[4]，國際電工委員會（IEC）對可編程序控制器的定義是：可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程序的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)

25、和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入/輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體、易于擴充功能的原則設(shè)計。</p><p>　　1.2 PLC的產(chǎn)生及發(fā)展趨勢</p><p>　　1.2.1 PLC的產(chǎn)生</p><p>　　在PLC出現(xiàn)之前[5]，生產(chǎn)線的控制多采用繼電接觸器控制系統(tǒng)。所謂

26、繼電接觸器控制系統(tǒng)是指，由各種自動控制電器組成的電器控制線路。其特點為結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、抗干擾能力強，能在一定范圍內(nèi)滿足單機和自動生產(chǎn)線的需要。但是它有明顯的缺點，主要體現(xiàn)在觸點繁多，組合復(fù)雜，因而可靠性差。此外，它是采用固定接線的專用裝置，靈活性差，不能滿足程序經(jīng)常改變、控制要求比較復(fù)雜的場合。因此，它制約了日新月異的工業(yè)發(fā)展。于是人們尋求研制一種新型的通用控制設(shè)備，取代原有的繼電接觸器控制系統(tǒng)。</p><p&

27、gt;　　20世紀60年代末期，美國汽車制造工業(yè)競爭激烈，為了使汽車型號不斷翻新，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，1968年美國通用汽車公司（GM）提出研制PLC的基本設(shè)想。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)上述要求研制出了世界上第一臺PLC。自第一臺PLC誕生以來，它的發(fā)展經(jīng)歷了五個重要時期。</p><p>　　1.2.2 PLC的發(fā)展趨勢</p><p>　　PLC問世以來，一直備受各

28、國的關(guān)注：1971年日本引入PLC技術(shù)；1973年德國引入PLC技術(shù)；我國于1973年開始研制PLC。目前世界上百家的PLC制造廠中，仍然是美、日、德三國占有舉足輕重的地位。近年來我國的PLC生產(chǎn)有了長足的發(fā)展，國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家已達到一定規(guī)模，但與世界水平相比，我國的PLC研制開發(fā)和生產(chǎn)還比較落后。</p><p>　　隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，今后PLC將會朝著兩個方向（方便靈活和小型化；高功能和大型化）發(fā)展。&

29、lt;/p><p>　　1.3 PLC的特點</p><p>　?。?）抗干擾能力強，可靠性好 </p><p>　　PLC在電子線路、機械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。I/O系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。 </p><p&

30、gt;　　（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強 </p><p>　　PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。 </p><p>　　（3）編程方便，易于使用 </p><p>　　PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理

31、圖相類似，這種編程語言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識的人員都可在短時間內(nèi)學(xué)會。 </p><p><b>　?。?）功能完善 </b></p><p>　　PLC的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量的輸入/輸出。在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時序、計算機、主控繼電器以及移位寄存器

32、、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實現(xiàn)延時、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印、及報表生成等功能。 </p><p>　?。?）設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短 </p><p>　　用繼電接觸器控制完成一項控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等

33、，進行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進行，因而縮短了設(shè)計周期，使設(shè)計和施工可同時進行。 </p><p>　?。?）體積小，維護操作方便 </p><p>　　PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場總線信號的變化狀態(tài)

34、，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。 </p><p>　　（7）易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 </p><p>　　PLC可連成功能很強的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 </p><p>　?。?）可實現(xiàn)三電一體化 </p><p>　　PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運動控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)

35、，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。</p><p>　　1.4 PLC的一般組成和基本工作原理</p><p>　　1.4.1 PLC的一般組成</p><p>　　目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計算機，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機相似。</p><p>　　一般地PLC主

36、要由中央處理單元（CPU）、存儲器（RAM和ROM）、輸入輸出接口（I/O）電路、電源及其他可選組件構(gòu)成。前三大部分是PLC完成各種控制任務(wù)所必需的，一般稱為PLC的基本組成部分，其它可選組件包括編程器、外存儲器、I/O模塊及通信接口等。</p><p>　　1.4.2 PLC的基本工作原理</p><p>　　當PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸

37、出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC 的CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。如下圖1-1所示</p><p>　　圖1-1PLC的工作過程</p><p>　　1.5 PLC的應(yīng)用設(shè)計步驟</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)是以程序形式來體現(xiàn)其控制功能的，大量的工作時間將用在軟件設(shè)計，即程序設(shè)計上。PLC程序設(shè)計可遵循以

38、下六步進行：</p><p>　　（1） 確定被控系統(tǒng)必須完成的動作及完成這些動作的順序。</p><p>　?。?） 分配輸入輸出設(shè)備  即確定哪些外圍設(shè)備是送信號到PLC，哪些外圍設(shè)備是接受來自PLC信號的。并將PLC的輸入輸出口與之進行分配。</p><p>　?。?） 設(shè)計PLC程序畫出梯形圖。  梯形圖體現(xiàn)

39、了按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關(guān)系。</p><p>　?。?） 實現(xiàn)用計算機對PLC的梯形圖的直接編程。</p><p>　?。?） 對程序進行調(diào)試（模擬和現(xiàn)場）。</p><p>　　（6） 保存已完成的程序。</p><p>　　顯然，在建立一個PLC控制系統(tǒng)時，必須首先把系統(tǒng)需要的輸入，輸出數(shù)量

40、確定下來，然后按需要確定各種控制動作的順序和各個控制裝置彼此之間的相互關(guān)系。確定控制上的相互關(guān)系之后，即可進行編程的第二步---分配輸入輸出設(shè)備。在分配了PLC的輸入輸出點[6]，內(nèi)部輔助繼電器，定時器，計數(shù)器之后，就可以設(shè)計PLC程序畫出梯形圖。在畫梯形圖時要注意每個從左邊開始的邏輯行必須終止于一個繼電器線圈或定時器，計數(shù)器，與實際的電路圖不一樣。梯形圖畫好后便用編程軟件直接把梯形圖輸入計算機并下裝到PLC進行模擬調(diào)試，修改直至符合控

41、制要求，這便是程序設(shè)計的整個過程。</p><p>　　1.6松下電工可編程序控制器產(chǎn)品---FP1-C40簡介</p><p>　　在松下電工公司生產(chǎn)的FP系列產(chǎn)品中，F(xiàn)P1屬于小型PLC產(chǎn)品。從型號可以看出FP1-C40可編程控制器的輸入和輸出點數(shù)（即I/O點）之和為40</p><p>　　FP1-C40的主要組成部分如下：</p><p&

42、gt;　　(1) RS232 </p><p>　　該口能于PC機通信編程，也可連接其他外圍設(shè)備。 </p><p>　　(2) 工作方式選擇開關(guān) </p><p>　　工作方式選擇開關(guān)共有3個工作方式檔位，即“RUN”，“REMOTE”和“PROG”。當開關(guān)扳到“RUN”這個檔位時，控制單元運行程序；在“REMOTE”工作方式下，可以使用編程工具改變可編程控制器的

43、工作方式為“RUN”或“PROG”工作方式；在“PROG”方式下可以編輯程序。若在“RUN”工作方式下編輯程序，則按出錯對待?？删幊炭刂破鼬Q響報警，提示編程者將方式選擇開關(guān)切換至“PROG”工作方式。 </p><p><b>　?。?）輸出端子 </b></p><p>　　C40形的輸出端子有16點。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。</p><

44、p>　?。?） 直流電源輸出端子 </p><p>　　在FP1系列主機內(nèi)部均配有一個供輸入端使用的24V直流電源。 </p><p><b>　?。?）輸入端子 </b></p><p>　　C40型的輸入端子有24點。輸入電壓范圍為直流12～24V。該端子板為兩頭帶螺釘可拆卸的板。 </p><p>　　（6）

45、編程工具連接插座（RS422口） </p><p>　　可用此插座經(jīng)專用外設(shè)電纜連接編程工具。 </p><p>　?。?）I/O點狀態(tài)指示燈和擴展單元接口插座 </p><p>　　用來指示輸入/輸出的通斷狀態(tài)，當某個輸入觸點閉合時，對應(yīng)于這個觸點編號的輸入指示發(fā)光二極管點亮（下一排）； 當某個輸出繼電器接通時，對應(yīng)這個輸出繼電器編號的輸出指示發(fā)光二極管點亮（上一

46、排）。擴展單元接口插座用于連接FP1擴展單元及A/D、D/A轉(zhuǎn)換單元、鏈接單元。 </p><p>　　1.7 FPWIN-GR軟件介紹</p><p>　　松下電工公司開發(fā)的PLC編程軟件FPWIN-GR可支持所有的松下電工公司的PLC產(chǎn)品。它具有符號梯形圖、布爾梯形圖和布爾非梯形圖三種編程方法，以及程序注釋、調(diào)試、監(jiān)控和打印等功能。FPWIN-GR的界面如下圖1-2所示</p&g

47、t;<p>　　圖1-2 FPWIN-GR的界面</p><p>　　2 系統(tǒng)設(shè)計總體方案</p><p><b>　　2.1 設(shè)計思路</b></p><p>　　本文針對水池—水泵—高位水箱—用水點的供水方式，以前采用人工進行高位水箱的水位控制，由于不可能每時每刻對水位進行準確的定位監(jiān)測，并且?guī)в泻艽蟮闹饔^性，所以很難準確控

48、制水泵電機的起停。為了實現(xiàn)供水的自動控制，一般選用以單片機或PLC為核心，這樣所構(gòu)成的系統(tǒng)都能達到較為理想的控制效果。對PLC與單片機在供水系統(tǒng)中應(yīng)用的一些主要方面做了簡單的比較如下表所示：</p><p>　　表2-1 PLC與單片機在供水系統(tǒng)中應(yīng)用的比較</p><p>　　通過上表的比較，從經(jīng)濟方面考慮，由于PLC工藝的日漸成熟，小型PLC的成本與單片機相差不大，為了實現(xiàn)通用性，要

49、求能夠根據(jù)現(xiàn)場的使用情況方便的修改、調(diào)整系統(tǒng)控制參數(shù)，對于供水系統(tǒng)來說，時間參數(shù)變化較多，與單片機相比PLC的軟件中時間參數(shù)的調(diào)整更簡單。</p><p>　　基于以上原因，選用PLC來實現(xiàn)對高樓供水，使軟件程序的設(shè)計簡單化，硬件接口簡易可行、提高系統(tǒng)運行的可靠性，特別是整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力很強，不僅改變傳統(tǒng)用閥門控制水量的多少，也改善了傳統(tǒng)控制方法的故障率較高的弱點，而且在節(jié)能、恒壓控制等方面均有非常好

50、的使用效果。</p><p>　　本系統(tǒng)通過三臺水泵（二用一備）工作，以其中1臺水泵作為備用泵，另外2臺水泵在正常情況下自動輪換工作，如果其中一臺工作泵發(fā)生故障，不但能發(fā)出故障報警而且備用泵自動投入工作。為了防止電機長期不用生銹，3臺互為備用泵，使得它們壽命均等，延長了水泵壽命。他們的關(guān)系如下表所示：</p><p>　　表2-2 3臺泵的關(guān)系表</p><p>

51、;　　2.2 系統(tǒng)構(gòu)成框圖</p><p>　　生活給水泵系統(tǒng)主要由供水部分，水位控制部分，電氣控制部分構(gòu)成.</p><p>　　它們之間的連接圖如圖2-1所示</p><p>　　圖2-1系統(tǒng)連接框圖</p><p>　　2.3 系統(tǒng)工作原理</p><p>　　當系統(tǒng)處于自動工作狀態(tài)時</p>&l

52、t;p>　?。?）當選用3號水泵為備用，則1號泵先起動、正常工作一段時間后2號泵起動、工作，如此輪換。倘若1號泵出現(xiàn)故障，則3號泵自動投入工作，并與2號泵自動輪換工作，同時發(fā)出電機故障報警，通知維修人員；倘若2號泵出現(xiàn)故障，則3號泵自動投入工作，并與1號泵自動輪換工作，同時發(fā)出電機故障報警，通知維修人員。</p><p>　　（2）當選用1號水泵為備用，則2號泵先起動、正常工作一段時間后3號泵起動、工作，如

53、此輪換。倘若2號泵出現(xiàn)故障，則1號泵自動投入工作，并與3號泵自動輪換工作，同時發(fā)出電機故障報警，通知維修人員；倘若3號泵出現(xiàn)故障，則1號泵自動投入工作，并與2號泵自動輪換工作，同時發(fā)出電機故障報警，通知維修人員。</p><p>　?。?）當選用2號水泵為備用，則1號泵先起動、正常工作一段時間后3號泵起動、工作，如此輪換。倘若1號泵出現(xiàn)故障，則2號泵自動投入工作，并與3號泵自動輪換工作，同時發(fā)出電機故障報警，通知

54、維修人員；倘若3號泵出現(xiàn)故障，則2號泵自動投入工作，并與1號泵自動輪換工作，同時發(fā)出電機故障報警，通知維修人員。</p><p>　?。?）水泵的起動受屋頂水箱下限位的控制，只有水位達到下限位的時候水泵電機才起動。</p><p>　?。?）水泵的停止受屋頂水箱的上限位控制，當水位達到上限位的時候水泵電機自動停止，</p><p>　　（6）地下水池水位達到下限位時

55、，為了避免水泵的空轉(zhuǎn)運行，無論屋頂水箱的水位如何，生活水泵都不能起動。</p><p>　　當系統(tǒng)處于手動工作狀態(tài)時</p><p>　　按下選擇開關(guān)（SA1，SA2，SA3）三個中的其中一個，就可以啟動任何一臺水泵電機了，如果需要停止水泵的話只要切斷開關(guān)即可。</p><p><b>　　3 硬件部分設(shè)計</b></p><

56、;p><b>　　3.1 水泵主電路</b></p><p>　　圖3-1生活水泵主電路圖</p><p>　　圖中1M、2M、3M為水泵電動機，每臺電動機用3個接觸器分別控制電源（KM3，KM6，KM9）、星型起動（KM1，KM4，KM4）和三角形（KM2，KM5，KM8）運行。3個電機均設(shè)有過載保護FR1、FR2、FR3。為了反映各機組是否能正常工作，使用斷

57、路器將其常開觸點輸入PLC的輸入端口(XB,XC,XD)中。</p><p>　　Y/△降壓起動是根據(jù)起動過程中的時間變化，利用時間繼電器來控制 Y/△的換接的。</p><p>　　由圖3-1知，1號工作時，首先合上闡刀開關(guān)QF1，當接觸器KM1及KM3接通時，電動機Y形起動；當接觸器1KM 及KM2 接通時，電動機△形運行。</p><p>　　2號工作時，首先

58、合上闡刀開關(guān)QF2，當接觸器KM4及KM6接通時，電動機Y形起動；當接觸器KM5及KM6接通時，電動機△形運行。</p><p>　　3號工作時，首先合上闡刀開關(guān)QF3，當接觸器KM7及KM9接通時，電動機Y形起動；當接觸器KM8 及KM9接通時，電動機△形運行。</p><p>　　3.1.1 水泵的起動方式的選取</p><p>　　異步電動機的起動方法有全壓直

59、接起動、自耦減壓起動、Y-Δ起動、軟起動、變頻起動等。 由電機及拖動基礎(chǔ)可知，三相交流異步電動機起動時電流較大，一般是額定電流的（ 5 ～ 7 ）倍。故對于功率較大的電動機，應(yīng)采用降壓起動方式， Y/△降壓起動是常用的方法之一。</p><p>　　對于正常運行的定子繞組為三角形接法的鼠籠式異步電動機來說，如果在起動時將定子繞組接成星形，待起動完畢后再接成三角形，就可以降低起動電流，減輕它對電網(wǎng)的沖擊。這

60、樣的起動方式稱為星三角減壓起動，或簡稱為星三角起動（Y-Δ起動）?！　≡O(shè)電源的線電壓為Uc，繞組在起動時的每相抗為Zo，當定子繞組接成星形（即Y形）時，線電流和它的相電流相等，即 （3-1）　　如果定子繞組按原先的三角形（即Δ形）接法直接接到電網(wǎng)上起動，則其相電流為　　 （3-2）　　線電流為 　　 （3-3）　　比較

61、式（3-2）和式（3-3），得 （3-4）　　這就是說，采用星三角起動時，起動電流只是原來按三角形接法直接起動時的1/3。　　起動電流降低了，起動轉(zhuǎn)矩將會是怎樣呢？眾所周知，電動機的轉(zhuǎn)矩M是同加在繞組上的電壓的平方成正比。由于三角形接法時的相電壓等于線電壓，而星形接法時的相電壓只是線電壓的1/，所以      （3-5）

62、　　這就是說</p><p>　　3臺水泵電機均采用Y-Δ型起動方式，主電路控制線路如圖3-1所示：</p><p>　　3.1.2 器件型號的選取</p><p>　　水泵主電路主要由斷路器、接觸器、熱繼電器、水泵及配電線纜等組成[3]。</p><p><b>　?。?）.水泵的選取</b></p>&

63、lt;p>　　本系統(tǒng)的3臺水泵型號均為：ISG50-250，單級單吸管道離心泵，水泵揚程為80m，電動機功率為11kW，能夠滿足大部分高層建筑的需求。</p><p>　　水泵的額定電流：根據(jù) ，而電動機的功率因素一般為0.76～0.87，取=0.8，則</p><p>　　（2）泵主電路中的斷路器</p><p>　　水泵主電路中的斷路器，對水泵起著控制、保

64、護、安全隔離等作用，是重要設(shè)備。而GV2-ME電動機短路器帶熱磁保護就具有隔離、短路保護、過載保護、缺相保護和直接控制功能。</p><p>　　因此，選用斷路器的型號為GV2—ME20C。</p><p>　　參數(shù)說明 溫度補償?shù)沫h(huán)境溫度：-20 - +60℃；額定工作電壓：690V ；整定電流范圍：0.1-32A ；脫扣等級：10A(符合IEC

65、60947-4-1) ；使用類別：A(符合IEC60947-2) AC-3(符合IEC60947-4-1)；高分斷能力：分斷能力高達10-100kA；長壽命：電壽命高達10×104次，是普通斷路器壽命的5-10倍。</p><p><b>　?。?）接觸器</b></p><p>　　用于水泵的接觸器一般為不頻繁動作，其額定電流按電動機的

66、額定電流選擇。</p><p>　　=20.9A，輔助觸點額定電流選30A，型號為CJ10-30。</p><p><b>　?。?）.熱繼電器</b></p><p>　　熱繼電器的額定電流按電動機的額定電流選擇，并留有上下調(diào)節(jié)的余地。熱繼電器的整定電流可為電動機的額定電流的1.0～1.05倍。</p><p>　　熱

67、繼電器：（1～1.05）=20.9～22 A</p><p>　　因此選JR20-25（4T），額定電流為20～25 A</p><p>　　3.2 水泵的控制部分設(shè)計 </p><p>　　3.2.1 手動控制</p><p>　　圖3-2 手動控制圖</p><p>　　當工作狀態(tài)選擇開關(guān)處于手動檔時，水泵控制電

68、路工作過程分析如下：</p><p>　　1號水泵工作過程如下：</p><p>　　2號水泵工作過程如下：</p><p>　　3號水泵工作過程如下：</p><p>　　3.2.2 PLC自動控制</p><p>　　(1)PLC的選擇及I/O分配</p><p>　　根據(jù)上述控制要求，可

69、統(tǒng)計出現(xiàn)場輸入信號共12個，輸出信號共8個，可選用FP1-C40，他可以實現(xiàn)24點輸入，16點輸出的控制，因此在本系統(tǒng)中使用尚有余量，可供備用。其I/O分配如下表所示:</p><p>　　表3-1PLC的I/O分配表</p><p>　?。?）PLC外部接線圖設(shè)計</p><p>　　圖3-3 PLC外部接線圖</p><p>　　PLC

70、接線圖只要根據(jù)上述表格和FP1-C40的端子排列位置進行相應(yīng)的接線即可。上圖是所設(shè)計的PLC系統(tǒng)外部接線圖。圖中各接觸器采用220V電源，信號指示部分采用24V直流電源。需要說明的一點是，輸入PLC的開關(guān)量信號可以為常開，也可以為常閉，但對應(yīng)的順序功能圖中有關(guān)的觸點的狀態(tài)應(yīng)隨之變化。</p><p>　　3.3 水位控制部分</p><p>　　我們可以使用水位控制器，在實驗箱上仿真的時候

71、，我用開關(guān)來模擬。水位高于下限位或者低于上限位時開關(guān)處于斷開狀態(tài)，當水位低于下限位時，開關(guān)閉合；當水位高于上限位時，開關(guān)閉合。查閱水位控制器的相關(guān)資料，我們可以選用干簧管水位控制器GSK-1A（能發(fā)出低水位停泵）與GSK-1B(高水位停泵)。</p><p>　　其工作原理是：在塑料管內(nèi)固定有上、下水位干簧管2SL、1SL，塑料管下端密封防水進入，引線在上端接線盒引出；塑料管外套一個能夠隨水位移動的浮標（或浮球）

72、，浮標中固定一個永久磁環(huán)，當浮標移到上或下水位時，對應(yīng)的干簧管接受磁信號而動作，發(fā)出水位開關(guān)信號。因為干簧管中觸點有常開和常閉兩種形式，可以組合成一常開，一常閉，或者兩常開的水位控制器。</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　4．1程序流程圖</b></p><p>　　如下圖4-1

73、所示，圖中只畫出以3號為備用的流程圖，其它兩種情況與此相似。</p><p><b>　　圖4-1流程圖</b></p><p>　　4.2 順序功能圖SFC 的設(shè)計及分析 </p><p>　　從流程圖中可以看出電機工作有很多狀態(tài)，</p><p>　　當3號備用時有3種狀態(tài)</p><p>　

74、　1號水泵工作→2號水泵工作；3號水泵工作→1號水泵工作；3號水泵工作→2號水泵工作</p><p>　　當1號備用時有3種狀態(tài)</p><p>　　2號水泵工作→3號水泵工作；1號水泵工作→2號水泵工作；1號水泵工作→3號水泵工作</p><p>　　當2號備用時也有3種狀態(tài)</p><p>　　3號水泵工作→1號水泵工作；2號水泵工作→3

75、號水泵工作；2號水泵工作→1號水泵工作</p><p>　　包括初始狀態(tài)和停泵總共有11種狀態(tài)，而常見的設(shè)計方法有</p><p>　　解析法 適合于邏輯關(guān)系簡單、控制對象明確的系統(tǒng)。當系統(tǒng)較為復(fù)雜，難以列出其邏輯表達式表，設(shè)計變得復(fù)雜難以掌握，設(shè)計周期也較長。</p><p>　　經(jīng)驗法 方便快捷、形象直觀，但經(jīng)驗設(shè)計法具有很大的試探性和隨意性，在設(shè)計復(fù)雜

76、系統(tǒng)時，由于需要考慮的因素很多，很容易遺漏一些應(yīng)該考慮的問題，梯形圖可讀性差，給系統(tǒng)的維修和改進帶來很大的困難。</p><p>　　順序功能圖法 用輸入量X控制代表各種步的編程元件（如內(nèi)部存儲器R），再用它們控制輸出量Y。步是根據(jù)輸出量Y的狀態(tài)劃分的，R與Y之間具有很簡單的“與”邏輯關(guān)系，輸出電路的設(shè)計極為簡單。</p><p>　　由于順序功能圖法具有簡單、規(guī)范、通用的優(yōu)點，所以在

77、此我選擇用順序功能圖法，如下圖所示</p><p><b>　　圖4-2順序功能圖</b></p><p>　　圖4-2是以3號水泵為備用，1號、2號水泵自動輪換工作的順序功能圖。其它2種情況的順序功能圖跟此相似，其它見附錄，所以以此情況為例進行說明。以下分幾個方面對其分析。</p><p>　　狀態(tài)繼電器運行時對應(yīng)情況如下表</p>

78、;<p>　　表4-1狀態(tài)繼電器運行時對應(yīng)情況</p><p><b>　　所用定時器如下表</b></p><p><b>　　表4-2所用定時器</b></p><p><b>　　(3) 備用選擇</b></p><p>　　控制臺上的3個備用按鈕與PLC接

79、線原理示意圖中輸入點X8、X9、XA相對應(yīng)。按下任意一個按鈕時，可以選擇1號、2號、3號中的任意一臺電動機做備用，備用機組可用上述按鈕任意切換。例如：選擇2號水泵作為備用，按下SW2按鈕，則X9得電，輸出繼電器Y4得電，控制臺2號備用指示燈Y4亮。</p><p><b>　　（4）液位指示</b></p><p>　　安裝在高位水箱上限位開關(guān)SL1，下限位開關(guān)SL2

80、和地下水池內(nèi)的下限位開關(guān)WL，分別與輸入點X5、X6、X7相對應(yīng)。設(shè)水位下降到地下水池水位下限位位置時，則X7得電，使輸出繼電器Y7得電，故發(fā)出水泵停止工作報警，這時必須按下停止按鈕SA2。</p><p><b>　　（5）工作原理</b></p><p>　　以3號為備用泵（XA得電）為例說明：當1號電機起動的條件是高位水箱下限位（X6）到，并且1號斷路器XB斷開

81、的時候（表示1號水泵正常）此時1號水泵星形起動并三角形運行，Y5、Y0、T1同時得電；如果1號斷路器XB得電（表示1號水泵出現(xiàn)故障），則3號備用泵自動投入使用，Y6得電發(fā)出警報。當?shù)叵滤叵孪尬唬╔5+X7）沒有到，并且2號斷路器XC斷開（表示2號水泵正常），則T1時間到了以后要起動2號水泵。如果2號斷路器XC得電，（表示2號水泵出現(xiàn)故障），那么3號備用泵自動投入使用，Y6得電發(fā)出警報。2號電機星形起動三角形運行，Y1、T2同時得電。如

82、果此時高位水箱上限位或地下水池下限位（X5+X7）沒有到，則T2時間到了以后要起動1號水泵。如果此時高位水箱上限位或地下水池下限位（X5+X7）沒有到，那么3號電機要判斷是1號故障還是2號故障。如果XB斷開（表示1號水泵正常工作），那么時間到了以后3號就要和1號定時自動輪換工作，去起動1號水泵；如果XC斷開（表示2號水泵正常工作），那么時間到了以后3號就要和2號定時自動輪換工作，去起動2號水泵。當高位水箱上限位或地下水池下限位（X5+X

83、7）中任意一個</p><p>　　1號泵或者2號泵為備用的情況與此相似。</p><p>　　4.3 符號梯形圖設(shè)計</p><p>　　整個程序參見附錄,程序運行結(jié)果如下圖證明</p><p>　　圖4-3 符號梯形圖運行結(jié)果</p><p><b>　　4.4 系統(tǒng)語句表</b></

84、p><p><b>　　見附錄</b></p><p><b>　　5 結(jié)束語</b></p><p>　　通過模擬實驗證明了該方案在智能化供水系統(tǒng)中，是切實可行的。生活水泵給水控制系統(tǒng)用PLC控制可以有效地保證其工作穩(wěn)定、可靠，便于維護，且性能價格比高。 同時以PLC為核心的高可靠的監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對水泵的控制及三臺電機之間的

85、協(xié)調(diào)控制，把3臺水泵的其中一臺當作備用泵來用增加了應(yīng)付突發(fā)事件的能力，具有先進、可靠、經(jīng)濟、靈活等顯著特點。</p><p>　　總之，供水系統(tǒng)在以后的發(fā)展過程中，自動化控制的程度將會越來越高，越來越專一化，各種功能也會更加完善。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在這篇論文完成之際，我衷心的感謝我的指導(dǎo)老師賴義漢老

86、師。感謝老師在百忙之抽出時間來為我指導(dǎo)講解，悉心指教，在我的系統(tǒng)設(shè)計，程序編程，論文撰寫的過程中給我提出了許多寶貴的意見和建議，使我順利的完成了所有的工作。并且得到其他幾位老師的關(guān)心和幫助在此一并謹致謝忱。在即將離開學(xué)校之際，再次衷心感謝我院所有老師對我的幫助，謝謝你們?yōu)槲业拇髮W(xué)生活劃上一個完滿的句號！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　

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