1、摘要我國正在建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，在國家的號(hào)召下全社會(huì)都要有節(jié)能減排的意識(shí)。針對(duì)物業(yè)小區(qū)供水的問題，為了滿足人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求，所以采用先進(jìn)的PLC設(shè)備來設(shè)計(jì)節(jié)能高可靠性的恒壓供水系統(tǒng)。針對(duì)目前的小區(qū)供水系統(tǒng)中存在的電能、水資源浪費(fèi)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(yùn)行的水泵的數(shù)量實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，即實(shí)現(xiàn)恒壓供水。本報(bào)告用四章的篇幅詳細(xì)的討論該設(shè)計(jì)的內(nèi)容，關(guān)鍵的部分都有詳細(xì)的說明和演示。本設(shè)計(jì)的全部程序均通過PLC調(diào)試。硬件部分列出參考元件，軟件部分列出詳細(xì)程序和程序分析的詳

2、細(xì)圖解，心得體會(huì)部分寫了本次設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題和最終的解決辦法。關(guān)鍵字： PLC，供水，恒壓，三菱FX2N目錄第一章 概述 1第二章 硬件設(shè)計(jì) 32.1 系統(tǒng)主電路32.2 系統(tǒng)I/O資源分配32.3 PLC I/O接線圖 42.4 系統(tǒng)使用電器元件 5第三章 軟件設(shè)計(jì) 63.1 系統(tǒng)流程圖63.2 程序梯形圖63.3 程序指令表 113.4 系統(tǒng)總體構(gòu)思 173.4.1梯形圖總體構(gòu)思 173.4.2系統(tǒng)內(nèi)部輔助繼電器含義173.4.3初始化及輸出程序解析 183.4.4手動(dòng)自動(dòng)切換部分193.4.5手動(dòng)運(yùn)行的控制193.4.6自動(dòng)運(yùn)行控制193.4.7增泵減泵控制部分20第四章 結(jié)論22參

3、考文獻(xiàn) 14第一章 概述幾種供水系統(tǒng)的比較：1恒速泵加壓供水：這種方式無法對(duì)供水管網(wǎng)的壓力做出及時(shí)的反應(yīng)，水泵的增減都依賴人工進(jìn)行手工操作，自動(dòng)化程度低，而且為保證供水，機(jī)組常處于滿負(fù)荷運(yùn)行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時(shí)，管網(wǎng)長(zhǎng)期處于超壓運(yùn)行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴(yán)重，電機(jī)硬起動(dòng)易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，破壞性大，目前較少采用。2重力供水：重力供水通常需要設(shè)置水箱或者水塔，系統(tǒng)用水是由水箱或者水塔直接供應(yīng)，所以供水壓力比較穩(wěn)定。但它需要由位置高度所形成的壓力進(jìn)行供水，為此需要建造水塔或者將水箱置于建筑物頂層的最高處。同時(shí)由于其存水比較大，在屋頂形成很大的負(fù)重，增加了結(jié)構(gòu)的承重和占用樓宇的建筑面積，也

4、妨礙美觀，此外，屋頂水箱還必須高出屋面幾米，建筑立面較難處理，存在投資大、周期長(zhǎng)、能源浪費(fèi)大的缺點(diǎn)。3氣壓供水：氣壓供水是采用氣壓罐代替水塔或高位水箱利用密閉壓力罐內(nèi)的空氣將罐內(nèi)儲(chǔ)水壓到管網(wǎng)中去。它的優(yōu)點(diǎn)是靈活性大、建設(shè)快、污染少、有利于抗震、可消除管道中的水錘與噪聲，缺點(diǎn)是體積和投資大、壓力變化大、運(yùn)行效率低、需要使用張力膜、維護(hù)費(fèi)用高、耗費(fèi)動(dòng)力大。通過對(duì)以上三種傳統(tǒng)的供水問題解決辦法進(jìn)行分析可以看出以上三種方案的共同缺點(diǎn)是：自動(dòng)化程度低，占用大量的面積，運(yùn)行效率低，成本較高。這些不足不能滿足現(xiàn)在小區(qū)用戶對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求。為了解決這些問題，本設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的PLC控制器，將自動(dòng)

5、控制方法、傳感器理論用在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓供水。該方法是目前比較流行的控制方法，其卓越的性能贏得用戶的贊同。本設(shè)計(jì)是基于PLC的物業(yè)供水系統(tǒng)，具有以下特點(diǎn)：1.供水系統(tǒng)有水泵4臺(tái)，供水管道安裝壓力檢測(cè)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。2.系統(tǒng)分手動(dòng)工作和自動(dòng)工作兩種狀態(tài)，自動(dòng)工作時(shí)，當(dāng)用水量少，壓力增高，K3接通，此時(shí)可延時(shí)30s后撤除1臺(tái)水泵工作，要求先工作的水泵先切斷；當(dāng)用水量多時(shí)，壓力降低，K1接通，此時(shí)可延時(shí)30s后增設(shè)1臺(tái)水泵工作，要求未曾工作過的水泵增加投入運(yùn)行；當(dāng)K2接通，表示供水正常，可維持水泵運(yùn)行數(shù)量。

6、工作時(shí)，要求水泵數(shù)量最少為1臺(tái)，最多不得超出4臺(tái)；手動(dòng)工作時(shí)，要求4臺(tái)水泵可分別獨(dú)立操作（分設(shè)起動(dòng)和停止開關(guān)），并分別具有過載保護(hù)，可隨時(shí)對(duì)單臺(tái)水泵進(jìn)行斷電控制（若輸入點(diǎn)不夠，可用I/O擴(kuò)展模塊）。3.并設(shè)有“自動(dòng)/手動(dòng)”切換開關(guān)（ON手動(dòng)，OFF自動(dòng)），另設(shè)自動(dòng)運(yùn)行控制開關(guān)（ON自動(dòng)運(yùn)行，OFF自動(dòng)運(yùn)行停止）。4.各水泵工作時(shí)，均應(yīng)有工作狀態(tài)顯示。第一章 硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)主電路如圖 2-1 所示，為系統(tǒng)的主控圖由設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求可知，本設(shè)計(jì)需要用到四臺(tái)水泵，水泵的型號(hào)都為：J02-41-4，4.0kw，1440轉(zhuǎn)/分，380v，8.4A。在設(shè)計(jì)主電路時(shí)水泵以電動(dòng)機(jī)代替，圖中的KM為接觸器線圈

7、，F(xiàn)R為熱繼電器，主電路并設(shè)有短路過載保護(hù)。主電路如圖2-1所示。圖 2-1 系統(tǒng)主控圖2.2 PLC I/O資源分配本設(shè)計(jì)的控制部分由PLC完成，由于本系統(tǒng)控制分手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行，手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)水泵分別有啟動(dòng)和停止開關(guān)輸入，自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，需要有自動(dòng)運(yùn)行/停止開關(guān)輸入，水壓判斷開關(guān)以及保護(hù)輸入等，還有四個(gè)水泵輸出。所以PLC的I/O地址分配表如表2-1所示。表2-1 I/O資源分配輸入輸出X0系統(tǒng)啟動(dòng)初始化X11二號(hào)水泵獨(dú)立停止輸入端Y0一號(hào)水泵運(yùn)行X1手動(dòng)自動(dòng)控制切換（“ON”為手動(dòng)）X12三號(hào)水泵獨(dú)立啟動(dòng)輸入端Y1二號(hào)水泵運(yùn)行X2自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)開關(guān)（“ON”為啟動(dòng)）X13三號(hào)水泵獨(dú)立停止輸入端

8、Y2三號(hào)水泵運(yùn)行X3低水壓傳感器輸入端X14四號(hào)水泵獨(dú)立啟動(dòng)輸入端Y3四號(hào)水泵運(yùn)行X4水壓正常輸入端X15四號(hào)水泵獨(dú)立停止輸入端X5高水壓傳感器輸入端X16一號(hào)水泵熱保護(hù)輸入X6一號(hào)水泵獨(dú)立啟動(dòng)輸入端X17二號(hào)水泵熱保護(hù)輸入X7一號(hào)水泵獨(dú)立停止輸入端X20三號(hào)電機(jī)熱保護(hù)輸入X10二號(hào)水泵獨(dú)立啟動(dòng)輸入端X21四號(hào)水泵熱保護(hù)輸入2.3 PLC I/O 接線圖系統(tǒng)的I/O接線圖如圖2-2所示。 圖 2-2 I/O接線圖2.4 電器元件列表電器元件一覽表如表 2-2 所示。表 2-2 電器元件一覽表元件數(shù)量(個(gè))描述水泵4J02-41-4,4.0kw,1440轉(zhuǎn)/分,380V,8.4APLC1FX2N

9、 THMR51接觸器4CJ20-10, 額定電壓380V ，約定發(fā)熱電流Ith10A ，線圈控制功率啟動(dòng)65/47.6 吸持8.3/2.5熱過載保護(hù)器4JR20-10，熱元件號(hào)11R，正定電流456A按鈕開關(guān)13LA1 8 -22，發(fā)熱電流 5A水壓傳感器38AM693，12-36VDC，0.1-70MPa第三章：軟件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)流程圖由于該系統(tǒng)即可以手動(dòng)運(yùn)行又可以自動(dòng)運(yùn)行，所以本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分兩部分，一部分是手動(dòng)模塊，一部分是自動(dòng)模塊。系統(tǒng)的總流程圖如圖3-1所示。圖 3-1 系統(tǒng)流程圖3.2 程序梯形圖由設(shè)計(jì)要求畫的程序梯形圖如圖3-2所示。圖3-2 程序梯形圖3.3 程序指令表由梯形

10、圖轉(zhuǎn)換為指令表如下3.4 系統(tǒng)總體構(gòu)思 梯形圖總體構(gòu)思制定梯形圖結(jié)構(gòu)：程序中包括手動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行兩種工作方式，梯形圖結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，。當(dāng)X1為“ON”時(shí)，為手動(dòng)控制，可以分別控制四臺(tái)水泵的啟動(dòng)和停止；當(dāng)X1為“OFF”且X2為“ON”時(shí)為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)工作時(shí)，當(dāng)用水量少，壓力增高，K3接通，此時(shí)可延時(shí)30s后撤除1臺(tái)水泵工作，要求先工作的水泵先切斷；當(dāng)用水量多時(shí)，壓力降低，K1接通，此時(shí)可延時(shí)30s后增設(shè)1臺(tái)水泵工作，要求未曾工作過的水泵增加投入運(yùn)行；當(dāng)K2接通，表示供水正常，可維持水泵運(yùn)行數(shù)量。工作時(shí)，要求水泵數(shù)量最少為1臺(tái)，最多不得超出4臺(tái)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)每一臺(tái)水泵的單獨(dú)啟

11、動(dòng)停止控制。由于需要在不同的模塊間切換，所以采用CJ指令來實(shí)現(xiàn)。用輸入開關(guān)量關(guān)系判斷向哪個(gè)模塊跳轉(zhuǎn)。 系統(tǒng)內(nèi)部輔助繼電器含義在程序中經(jīng)常要使用中間繼電器，為了讀程序方便將該程序中使用的中間繼電器含義列表 3-1 如下：表3-1 程序內(nèi)部使用輔助繼電器（M）含義M71一號(hào)水泵工作標(biāo)志M72二號(hào)水泵工作標(biāo)志M73三號(hào)水泵工作標(biāo)志M74四號(hào)水泵工作標(biāo)志M101水泵全部投入運(yùn)行標(biāo)志M102單泵運(yùn)行標(biāo)志M103增泵執(zhí)行標(biāo)志M104減泵執(zhí)行標(biāo)志M60水壓低標(biāo)志位M61水壓正常標(biāo)志位M62水壓正常標(biāo)志位M63自動(dòng)運(yùn)行標(biāo)志位M64手動(dòng)運(yùn)行標(biāo)志位M0初始化標(biāo)志位M51一號(hào)泵退出標(biāo)志M52二號(hào)水泵退出標(biāo)志M53三

12、號(hào)水泵退出標(biāo)志M54四號(hào)水泵退出標(biāo)志3.4.3 系統(tǒng)初始化及公共程序輸出部分解析初始化部分假設(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，而且盡量不浪費(fèi)電能，這里使初始化后有一臺(tái)水泵工作（假如是一號(hào)水泵）。按下初始化按鈕X0，產(chǎn)生一個(gè)上升沿，經(jīng)過30秒后一號(hào)水泵開始工作。如圖3-3所示圖3-3 系統(tǒng)初始化程序公共輸出端程序解析如圖 3-4 所示，輸出采用集中輸出的方式，可以有效的避免雙線圈輸出的問題。其中，X16、X17、X20、X21分別為熱保護(hù)輸入端。圖 3-4公共輸出端程序手動(dòng)自動(dòng)切換部分該部分采用M63為自動(dòng)運(yùn)行標(biāo)志，置位為有效；M64為手動(dòng)

13、運(yùn)行標(biāo)志，置位為有效。根據(jù)M63和M64的狀態(tài)決定程序的跳轉(zhuǎn)方向。手動(dòng)運(yùn)行的控制采用傳統(tǒng)的起保停電路模式，對(duì)線圈M71M74完成置位和復(fù)位的操作。自動(dòng)運(yùn)行控制如圖3-5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。水壓正常時(shí)，即X4輸入時(shí)，將M60和M62復(fù)位，中斷壓高壓低的一切操作。當(dāng)X3置位時(shí)，表示壓低，經(jīng)過三十秒的延時(shí)置增泵執(zhí)行標(biāo)志M103為，驅(qū)動(dòng)增泵程序增加一臺(tái)水泵，直到水壓正常。壓高的執(zhí)行與壓低相似。圖 3-5 自動(dòng)運(yùn)行程序 增泵減泵控制部分該部分是整個(gè)程序的核心部分，采用的是置位復(fù)位操作，根據(jù)現(xiàn)水泵的運(yùn)行的情況判斷增泵與減泵后水泵的運(yùn)行情況。將每種情況一一

14、列出，在增減泵操作發(fā)出后根據(jù)現(xiàn)在水泵運(yùn)行情況增減一個(gè)水泵。表3-2列出了現(xiàn)態(tài)增減泵后狀態(tài)后的所有情況。表 3-2 自動(dòng)運(yùn)行增泵退泵判斷依據(jù)退泵后狀態(tài)原始工作狀態(tài)增泵后狀態(tài)無操作10001100無操作01000110無操作00100011無操作00011001010011001110001001100111000100111011100010011101011011101111001101111111100110111111110011011111詳見附表1111無操作注：“0”表示水泵停止，“1”表示水泵運(yùn)行。表3-3自動(dòng)運(yùn)行滿泵退泵時(shí)的依據(jù)退泵后狀態(tài)滿泵時(shí)的狀態(tài)（三泵向滿泵轉(zhuǎn)換情況）0111

15、（1110）->（1111）1011（0111）->（1111）1101（1011）->（1111）1110（1101）->（1111）第四章 結(jié)論 本學(xué)期學(xué)習(xí)電氣控制與PLC原理及應(yīng)用這門課程，通過一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)，我對(duì)PLC可編程控制器有了全新的認(rèn)識(shí)。PLC作為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的控制器與單片機(jī)相比有簡(jiǎn)單易學(xué)控制抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。這次設(shè)計(jì)的物業(yè)供水系統(tǒng)，核心的部分就是編寫程序。由于該系統(tǒng)的水泵采用的是自動(dòng)控制方式，一次增加或減去一臺(tái)，并且是先投入運(yùn)行的先撤出運(yùn)行，后投入運(yùn)行的水泵先投入運(yùn)行。面對(duì)這個(gè)控制邏輯，我開始的時(shí)候沒有一點(diǎn)辦法。首先我是想到在網(wǎng)上找找資料，但是很不幸沒有

16、關(guān)于這方面的程序。后來在課本上看到一個(gè)實(shí)例程序，跟這次的課程設(shè)計(jì)課題很像。通過研究課本上的實(shí)例，我認(rèn)識(shí)到增泵和減泵的操作是分開的兩個(gè)部分。根據(jù)四個(gè)水泵運(yùn)行的現(xiàn)態(tài)，推算出增泵后或減泵后的狀態(tài)。將四臺(tái)水泵的運(yùn)行狀態(tài)用表格的形式表示出來，總共有十六種狀態(tài)，這樣就能完成控制要求。理論上可行之后便著手用程序表達(dá)出來，并在實(shí)驗(yàn)室通過仿真。第一次去實(shí)驗(yàn)室仿真，根本沒有出現(xiàn)任何我期望的結(jié)果。面對(duì)這樣的結(jié)果我很是沮喪。后來我按功能驗(yàn)證，首先將手動(dòng)控制部分的功能全部驗(yàn)證出來。偏偏就是在自動(dòng)控制部分出現(xiàn)了問題。問題是：只要按下增泵或減泵的開關(guān)所用的水泵都運(yùn)行或都關(guān)閉。這當(dāng)然不是我想看到的。這個(gè)問題我請(qǐng)教周圍的同學(xué)，

17、沒有一個(gè)同學(xué)能說出來點(diǎn)像樣的理由，畢竟程序是我寫的300多步，誰都不會(huì)立馬看出問題。后來我在摸索中發(fā)現(xiàn)，雖然PLC控制臺(tái)沒有像單片機(jī)那樣的調(diào)試環(huán)境，可是通過監(jiān)控還是能跟蹤部分開關(guān)量的狀態(tài)。以增泵為例，M103是我程序中的增泵執(zhí)行標(biāo)志，只要執(zhí)行一次增泵的操作，M103就要被復(fù)位，不能在進(jìn)行增泵操作。可是，通過跟蹤我發(fā)現(xiàn)M103只要被置位一次，就能一直處于置位的狀態(tài)。找到了問題的所在，排除了增泵程序本身的問題，將問題定位在M103置位程序部分。M103置位部分正是自動(dòng)控制運(yùn)算部分。經(jīng)過仔細(xì)的排查發(fā)現(xiàn)問題出現(xiàn)在定時(shí)器上。定時(shí)器的特點(diǎn)是定時(shí)時(shí)間到只要線圈不斷電，定時(shí)器一直處在導(dǎo)通狀態(tài)，進(jìn)而定時(shí)時(shí)間到，便將M103置位，所以出現(xiàn)了M103一直被置位的現(xiàn)象。將定時(shí)器線圈前串聯(lián)一個(gè)定時(shí)器本身的常閉開關(guān)，在次仿真所有的問題就都解決了。參考文獻(xiàn)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，20102 崔金貴變頻調(diào)速恒壓供水在建筑給水應(yīng)用的理論探討蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2000(1)：84883 張燕賓變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002，135-1374 田長(zhǎng)虹變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用前景展望大眾用電，2004(