1、 课 程 设 计 （报 告）设 计 题 目： 物业供水系统水泵梯形图控制程序设计与调试 学 院 名 称： 电子与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气 122 班 姓 名： XXX 学号： XXXXXXXXXXXX 指 导 教 师： XXXXXX 起讫时间： 2015.1.122015.1.16目录一、绪论-1-1.1、物业供水系统的应用现简介-1-1.2、物业供水系统主要实现功能-1-二、硬件实现-2-2.1 主控电路设计-2-2.1.1 PLC 简介 -2-2.1.2 三菱 FX2N 简介 -3-2.1.3 控制器 I/O 口分配表-3-2.1.4 物业供水系统主控控制
2、硬件图-5-2.2 继电器 -5-2.2.1 继电器在控制系统中的作用-5-2.3 水泵-6-2.3.1 恒压供水水泵-6-三、软件程序实现-7-3.1 梯形图程序说明-7-3.2 物业供水系统流程图及实物图-10-3.3 系统调试及所遇问题-11-四、结束语-11-五、参考文献-12- 附录：梯形图程序-12- - 0 -一、绪论1.1、物业供水系统的应用简介随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，城市中各类小区的建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求，小区的供水系统是其中的一个重要方面。针对目前的小区供水系统中存在的电能、水资源浪费且供水质量差等问题采用三菱F
3、X2N PLC为核心控制器，构成恒压供水系统。该系统是以管网水压为设定参数，根据用水量的大小由PLC控制投入运行的水泵的数量实现管网水压的闭环调节，即实现恒压供水。1.2、物业供水系统主要实现功能某物业供水系统有水泵 4 台，供水管道安装压力检测开关 K1，K2 和K3。K1 接通，表示水压偏低；K2 接通，表示水压正常；K3 接通，表示水压偏高。1. 控制要求：（1）自动工作时，当用水量少，压力增高，K3 接通，此时可延时 30s 后撤除 1 台水泵工作，要求先工作的水泵先切断；当用水量多时，压力降低，K1接通，此时可延时 30s 后增设 1 台水泵工作，要求未曾工作过的水泵增加投入运行；当
4、 K2 接通，表示供水正常，可维持水泵运行数量。工作时，要求水泵数量最少为 1 台，最多不得超出 4 台。（2）各水泵工作时，均应有工作状态显示。（3）手动工作时，要求 4 台水泵可分别独立操作（分设起动和停止开关），并分别具有过载保护，可随时对单台水泵进行断电控制（注：若输入点不够，可减少一个过载保护输入）。（4） 设置“自动/手动”切换开关（ON手动，OFF自动），另设自动运行控制开关（ON自动运行，OFF自动运行停止）。二、硬件实现2.1 主控电路设计- 1 -2.1.1 PLC 简介可编程序控制器，英文称 Programmable Logic Controller，简称 PLC。但由于
5、 PC 容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC 作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。传统的继电器控制系统主要存在以下两个缺点，一是可靠性差，排除故障困难，因为它是接触控制，所以当触点发生磨损和断裂等损坏情况时很难做出相应处理；二是灵活性差，总体成本较高。继电器本身并不贵，但是控制柜内部的安装，接线工作量极大，工艺发生变化
6、时相应的改动更是复杂。因此当市场需要适应新的变化时，PLC 就应运而生了。PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是 PLC 的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的 PLC 后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将 PLC 应用于生产实践。可编程序控制器
7、一直在发展中，所以至今尚未对其下最后的定义。国际电工学会（IEC）曾先后于 1982 年、1985 年和 1987 年发布了可编程序控制器标准草案的第一，二，三稿，并在 1987 年 2 月对 PLC 作了如下定义：可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。定义强调了 PLC 是：1 数字运算操作的电子系统也是
8、一种计算机；2 专为在工业环境下应用而设计；3 面向用户指令编程方便；4 逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作；5 数字量或模拟量输入输出控制；6 易与控制系统联成一体、易于扩充。- 2 -2.1.2 三菱 FX2N 简介FX 系列 PLC 拥有无以匹及的速度，高级的功能逻辑选件以及定位控制等特点；FX2N 是从 16 路到 256 路输入/输出的多种应用的选择方案；FX2N 系列是小型化，高速度，高性能和所有方面都是相当于 FX 系列中最高档次的超小形程序装置。除输入出 16-25 点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需
9、要的 PLC。在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行 16-256 点的灵活输入输出组合。可选用 16/32/48/64/80/128 点的主机，可以采用最小 8 点的扩展模块进行扩展。可根据电源及输出形式，自由选择。程序容量：内置 800 步 RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至 16K 步。丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变，中断输入处理，直接输出等。便利指令数字开关的数据读取，16 位数据的读取，矩阵输入的读取，7 段显示器输出等。数据处理、数据检索、数据排列、三角函数运算、平方根、浮点小数运算等。特殊用途、脉冲输出（20KHZ/D
10、C5V，KHZ/DC12V-24V），脉宽调制，PID 控制指令等。外部设备相互通信，串行数据传送，ASCII code 印刷，HEX ASCII 变换，校验码等。时计控制内置时钟的数据比较、加法、减法、读出、写入等。 2-1-1 三菱 FX2N-48MR2.1.3 控制器 I/O 口分配表输入点 符号 输出点 符号手动/自动 X0 1 号水泵 Y0自动开关 X1 2 号水泵 Y1K1 低水压 X3 3 号水泵 Y2K2 正常水压 X4 4 号水泵 Y3K3 高水压 X5 1 号水泵指示灯 Y4- 3 -1 号水泵开关 X6 2 号水泵指示灯 Y52 号水泵开关 X7 3 号水泵指示灯 Y63
11、 号水泵开关 X10 4 号水泵指示灯 Y74 号水泵开关 X11初始化 x122-1-2 物业供水系统 I/O 口分配表2-1-3 物业供水系统 I/O 接线图1 号水泵工作标志 M1 二号水泵工作标志 M2 三号水泵工作标志 M34 号水泵工作标志 M4 全泵运行标志 M10 单泵运行标志 M0增泵执行标志 M5 减泵执行标志 M6 水压低标志 M7- 4 -水压正常标志 M8 水压高标志 M9 自动运行标志 M22手动运行标志 M21 初始化标志 M20 1 号泵退出标志 M112 号水泵退出标志 M12 3 号水泵退出标志 M13 4 号水泵退出标志 M142-1-3 程序内部使用辅助
12、继电器（M）2.1.3 业务供水系统主控控制硬件图2-1-4 业务供水系统主控硬件图2.2 继电器2.2.1 继电器在控制系统中的作用继电器是一种基本的电气设备，它用来打开或关闭一定数量互相独立的电路。这种操作是利用由电压控制的线圈绕组所产生的电磁场来实现的。当输入量达到一定值时，输出量将发生跳跃式的变化的自动控制器件，它具有控制系统和被控制系统。通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在控制系统中起着自动调节、安全保护、转换电路的作用。 通过有电流流过线圈时产生电磁感应，使触点吸合，没有电流流过线圈的时候触点断开来实现各种信号隔离和输出控制的。一般
13、在仪表去控制现场大功率电器设备时，由于仪表或控制系统的卡件触点承受不了很高的电流- 5 -或电压，就采用继电器作为中间执行器。接收到控制系统的控制信号后去执行系统控制指令或强电设备给弱点系统控制信号时也需要用它来隔离高压信号输出干触点信号。反之亦然。另外由于继电器的型号很多，可以满足不同电压不同信号的需要，可以作到长期可靠的工作。2.3 水泵2.3.1 恒压供水水泵简介水泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。水泵性能的技术参数有流
14、量、吸程、扬程、轴功率、水功率、效率等；根据不同的工作原理可分为容积水泵、叶片泵等类型。容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量；叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量，有离心泵、轴流泵和混流泵等类型。容积式泵：利用工作腔容积周期变化来输送液体。叶片泵：利用叶片和液体相互作用来输送液体。恒压供水的变频应用方式：通常在同一路供水系统中，设置多台常用泵，供水量大时多台泵开，供水量小时开一台或两台。在采用变频调速进行恒压供水时，就用两种方式，其一是所有水泵配用一台变频器；其二是每台水泵配用一台变频器。后种方法根据压力反馈信号，通过 PID 运算自动调整变频器输出频率，改变电动机转速，最终达到管
15、网恒压的目的，就一个闭环回路，较简单，但成高。前种方法成低，性能不比后种差，但控制程序较复杂，是未来的发展方向，下面讲到的原理都是一变频器拖动多马达的系统。恒压供水系统特点1、 节电：优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度地节能运行；2、 节水：根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水的跑、漏现象；3、 运行可靠：由变频器实现泵的软起动，使水泵实现由工频到变频的无冲击切换，防止管网冲击、避免管网压力超限，管道破裂。4、 联网功能：采用中文工控组态软件，实时监控各个站点，如电机的电压、电流、工作频率、管网压力及流量等。并且能够累积每个站点的用电量，累积每台泵的出水量，同时提供各
16、种形式的打印报表，以便分析统计。同其它供水方式相比较，正艺变频恒压供水系统，除了具有显著的节能效果外，还有以下显而易见的优势：1、恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。2、由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命。3、水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响， 2-3-1 恒压供水水泵 - 6 -同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振。彻
17、底消除水锤现象。 4、实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。3、软件程序实现3.1 梯形图程序3.1.1 初始化部分假设物业供水控制系统在上电后需要初始化完成部分的环境设置工作。由于供水系统要保证有水泵工作，而且尽量不浪费电能，这里使初始化后有一台水泵工作（假如是 1 号水泵）。按下初始化按钮 X0，产生一个上升沿，经过30s 后 1 号水泵开始工作(下图为 5s)。如图所示。3.1.2 手动自动切换部分该部分采用 M22 为自动运行标志，置位为有效；M21 为手动运行标志，置位为有效。根据 M22 和 M21 的状态决定程序的跳转方向。如图所示。- 7
18、-3.1.3 手动运行的控制采用传统的起保停电路模式，对线圈 M1-M4 完成置位和复位的操作 。3.1.4 自动运行控制如下图所示，X4、X3、X5 分别为水压正常、水压偏低、水压偏高传感器输入端口（X5 为显示）。水压正常时，即 X4 输入时，将 M7 和 M9 复位，中断压高压低的一切操作。当 X3 置位时，表示压低，经过三十秒的延时置增泵执行标志 M5，驱动增泵程序增加一台水泵，直到水压正常。压高的执行与压低相似。3.1.5 增泵减泵程序编写依据采用的是置位复位操作，根据现水泵的运行的情况判断增泵与减泵后水泵的运行情况。将每种情况一一列出，在增减泵操作发出后根据现在水泵运行情况增减一个
19、水泵。自动运行增泵退泵判断表退泵后状态 原始工作状态 增泵后状态无操作 1 0 0 0 1 1 0 0无操作 0 1 0 0 0 1 1 0- 8 -无操作 0 0 1 0 0 0 1 1无操作 0 0 0 1 1 0 0 10 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 00 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 10 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 11 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 10 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 10 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 11 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 11 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1详见附
20、表 1 1 1 1 无操作注：“0”表示水泵停止，“1”表示水泵运行。自动运行满泵退泵时表退泵后状态 满泵时的状态（三泵向满泵转换情况）0 1 1 1 （ 1110）-（1111）1 0 1 1 （ 0111）-（1111）1 1 0 1 （ 1011）-（1111）1 1 1 0 （ 1101）-（1111）部分增减泵梯形图如图所示。- 9 -3.1.6 公共输出端程序解析如图 所示，输出采用集中输出的方式，可以有效的避免多线圈输出的问题。3.2 物业供水系统流程图及实物图流程图- 10 -实物图3.3 系统调试及所遇问题按要求输入梯形图，检查并编译。本次设计实验里，正确输入梯形图，编译成功
21、。同时通过在线工作后把程序写入可编程序控制器的程序存储区，然后进行运行调试，在前面正确操作和正常进行的基础上，使 PLC 进入运行状态，观察运行情况，结果是本 PLC 设计运行正常，没有未知错误。在自动运行时，先开先关，先关先开要求；手动实现各个水泵的开关。最终达到课程设计所需的全部要求。在刚开始编写程序时，没对 I/0 进行分配，导致编写不便。编程时，本打算使用两个主控指令，分别进行手动自动重新的编写，但部分指令在主控指令不能达到所需要，因此最终选用跳转指令。硬件接线时，由于没有真正清楚控制电路接线，使得最终接线混乱。问题多多，但学到的也很多！四、结束语通过此次课程设计，让我对 PLC 梯形
22、图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC 设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计法。PLC 课程都是极理论的东西，所做过的几个实验也都是在已知程序图的情况下学习使用编程器，这并不能提高 PLC 的设计水平，而这次的课程设计是从根本上让我PLC输入按键电机代替水泵水泵指示灯三相电源继电器- 11 -们理论联系实际，在这种根据实际状况进行系统设计的情况下能够让我们对PLC 有更深刻的认识。 不积跬步何以至千里，课程设计是大学学习阶段非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次课程设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合，锻炼了综合运用所学的专业基础知识的能力，提高了查
23、阅文献资料、设计手册的能力，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，使得能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，毅力及耐力也都得到了不同程度的提升。五、参考文献1 周亚军、张卫.电气控制与 PLC 原理及应用.西安：西安电子科技大学出版社，20102王兆义、杨新志.小型可编程控制器实用技术.北京：机械工业出版社，20063 中国电工技术协会风机水泵交流调速节能技术.北京：机械工业出版社，19984周芝峰、张星.变频器在供水系统中的节能分析.变频器世界，20005金传伟，毛宗源.变频调速技术在水泵控制系统中的应用.上海：华南理工大学，19995百度百科：http:/ 12 - 13 - 14 - 15 - 16 - 17 - 18 - 19 - 20 - 21 -
