1、編號（學號）：XXXXXXX朔州職業技術學院畢 業 論 文 PLC在高樓供水系統中的應用 學生姓名： XXX 專 業： 機電一體化技術 指導教師： XXX 2015年5月 朔州職業技術學院畢業論文任務書專 業： 機電一體化技術 姓 名： XXX 畢業設計題目： PLC在高樓供水系統中的應用 指導教師姓名： XXX 系（教研室）主任簽字： 年 月 日內容和要求：內容:本文章介紹了PLC在高樓供水中的應用，對供水方式和控制系統的詳細介紹。 要求： 1.收集并閱讀與論文選題相關的專著至少2部，近十年間尤其是近五年來的相關論文至少10篇； 2.要求本人單獨完成并且原創，杜絕抄襲拼湊； 3.寫作程序上，

2、按照學院規定的畢業論文環節教學程序進行，不得先完成論文再補辦手續； 4.形式上，要嚴格遵守學術規范和相關體例，不得存在章法技術性錯誤。 5.內容上，鼓勵學術創新，但注意觀點的合理性、論文的邏輯性，避免論據與論點的脫節及結論的唐突。 指導教師簽字： 年 月 日朔州職業技術學院畢業論文評語專業： 機電一體化技術 姓名： XX 學 號 XXXXXXXX 題目： PLC在高樓供水系統中的應用 指導教師評語：建議成績： 指導教師(簽字)： 年 月 日 朔州職業技術學院 畢業論文評語專業： 機電一體化技術 姓名： XX 學 號： XXXXXXXX 題目： PLC在高樓供水系統中的應用 答辯委員會評語：建議

3、成績： 答辯委員會主席(簽字)： 年 月 日朔州職業技術學院2015屆畢業論文目 錄目 錄7摘 要6一、緒論1（一）研究背景1（二）可編程器件（PLC）1二、系統組成及控制要求2（一）系統簡介2（二）控制組成2（三）控制要求及技術指標2三、系統硬件設計3（一）PLC擴展模塊選型3（二）系統主電路分析及其設計4（三）系統控制電路分析及其設計5四、供水系統的的軟件設計6（一）供水系統運行狀態及轉換分析6（二）控制系統子程序設計7五、總結7摘 要隨著城市建筑供水問題的日益突出，保持供水壓力的恒定，提高供水質量是相當重要的；同時要求供水的可靠性和安全性。本次設計是針對上述問題設計的供水方式和控制系統，

4、由主回路，備用回路，一個清水池及泵房組成。其中，泵房裝有1#3#共3臺泵機，還有多個電動閘閥或蝶閥控制各供水回路和水流量。控制系統采用了以具有豐富功能的PLC為核心的多功能高可靠性控制系統。水泵作為供水工程中的通用機械，消耗著大量的能源，電耗往往占制水成本的60%以上，在我國，每年水泵的電能消耗占電能總消耗的21%。為了節約降耗，必須采取調節措施使泵站適應負荷變化的運行。論文設計了關于PLC在高樓供水系統中的一些運用。有關于控制的方案、各種控制的類型。還有一些變頻器的使用、操作要求和安全方面都做了詳細的介紹。關鍵詞：可編程控制器 供水系統 系統主電路 子程序設計 一、緒論（一）研究背景人類在生

5、活、生產中的比不可缺少的重要的物質是水和電，在節能節水已成為時代主要特征的現實條件趨勢下，我們這個水、電能源非常短缺的國家，長期以來在高層建筑供水、市政供水、工業生產循環供水等方面技術一直處于較落后，自動化程度低的狀態，而隨著經濟的發展，人們生活水平的逐步提高，城市中小區建設的發展十分迅猛，同時也對小區基礎設施的建設提出了更高的要求。而小區供水系統的建設是其中的一個重要的方面，供水的穩定性、可靠性、經濟性直接影響到小區居民的正常的工作、生活，也直接說明了小區物業管理水平的低下。傳統的小區供水模式有：氣壓罐方式供水、恒速泵加壓方式供水、水塔高位水箱供水、單片機變頻調速方式供水系統、液力耦合器和電

6、池滑差離合器調速的供水方式等方式，傳統的供水方式普遍不同程度的存在浪費水力、電力資源；效率低；可靠性差；自動化程度不高等缺點，嚴重影響了居民的用水和工業系統中的用水。今年來，供水模式朝向自動可靠和高效節能的方向上發展，擁有顯著的節能效果和穩定可靠的控制方式的變頻調速技術，以其在風機、空氣壓縮機、水泵、制冷壓縮機等設備上廣泛應用，特別是在城鄉工業用水的加壓系統，居民生活用水的恒壓供水系統中，該系統的效果尤為突出。 基于PLC（可編程器件）高樓供水系統集電氣技術、變頻技術、現代控制技術于一體。采用該系統可以大幅度提高高樓供水系統的穩定性和可靠性，并具有較好的節能性，在能源日益緊缺的今天該應用方式尤

7、為重要，因此研究設計該系統，對于提高企業產品效率、人民生活水平以及降低能耗等方面具有重要的現實意義。（二）可編程器件（PLC）可編程控制器，簡稱PLC(Programmable logic Controller)，是指以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置。PLC做了定義的是國際電工委員會在1987年頒布的PLC標準草案中:“PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業

8、控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。”目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，使用情況大致可歸納為如下幾類：開關量控制、模擬量控制、數字量控制、數據采集、用于進行監控、用于聯網、通訊。二、系統組成及控制要求（一）系統簡介在供水系統中，通常以流量為控制目的，常用的控制方法為閥門控制法和轉速控制法。閥門控制法是通過調節閥門開度來調節流量，水泵電機轉速保持不變。其實質是通過改變水路中的阻力大小來改變流量，因此，管阻將隨閥門開度的改變而改變，但揚程特性不變。由于實際用水中，需水量是變化的，若閥門開度在一段時間內保持不變，必然

9、要造成超壓或欠壓現象的出現。轉速控制法是通過改變水泵電機的轉速來調節流量，而閥門開度保持不變，是通過改變水的動能改變流量。因此，揚程特性將隨水泵轉速的改變而改變，但管阻特性不變。變頻調速供水方式屬于轉速控制。其工作原理是根據用戶用水量的變化自動地調整水泵電機的轉速，使管網壓力始終保持恒定，當用水量增大時電機加速，用水量減小時電機減速。（二）控制組成系統主要由電動機，變頻器，PLC控制器，軟起動器，電機保護器數據采集及其輔助設備組成。（三）控制要求及技術指標1、供水壓力要求恒定，波動要小，尤其在換泵下。2、需設定運行時間，為了防止一臺泵長時間運行。當泵機運行時間到時，自動切換到下一抬泵，以防止泵

10、機銹死。3、三臺泵機根據壓力的設定值，采用“先開先停”的原則。4、要有完善的保護和報警功能。5、要有水池防抽空的功能。6、為了檢修和應急要設有手動功能。技術指標：CDLF系列輕型不銹鋼立式多級泵：流量：4.2-504m3/h；揚程：24-240m；功率：1.5-450kw；轉速：2900r/min；口徑：40-250；溫度范圍：0-+90；工作壓力：2.4Mpa 預定壓力設定數值：第一，二壓力設定。其中第二壓力為消防用水壓力。高樓水泵數量根據用戶的實際情況決定。三、系統硬件設計（一）PLC擴展模塊選型圖 3.1 電氣控制總框圖由以上系統電氣總框圖可以看出，系統所需要的主要硬件包括：（1） PL

11、C及其擴展模塊、(2) 變頻器、(3) 水泵機組、(4) 壓力變送器、(5) 液位變送器。PLC是整個變頻恒壓供水控制系統的核心，它要完成對系統中所有輸入信號的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實現以及對外的數據交換。我們以三菱的FX2N-32MR及擴展輸出模塊FX2N-16EYR為例，其中三菱FX2N-32MR的主要參數為：IO點數： 1616；基本指令： 27條；功能指令： 298條；基本指令執行時間： 0.08微秒；用戶程序步驟： 4K；通信功能： 強；輸出形式： 繼電型；輸出能力： 2A點；擴展輸出模塊FX2N-16EYR有16個輸出點。（二）系統主電路分析及其設計圖3.2所示是基于PL

12、C的變頻恒壓供水系統主電路圖：三臺電機分別為M1、M2、M3，它們分別帶動水泵1#、2#、3#。接觸器KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的工頻運行；接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3的變頻運行；FR1、FR2、FR3分別為三臺水泵電機過載保護用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3、QS4分別為變頻器和三臺水泵電機主電路的隔離開關；FU為主電路的熔斷器。圖3.2 供水系統主電路圖本系統中3臺水泵中只有1臺水泵在變頻器控制下作變速運行，其余水泵機在工頻下做恒速運行，在用水量小的情況下，如果變頻泵連續運行時間超過3h，則要切換下一臺水泵，避免某一臺水泵工作時間過長。（三）

13、系統控制電路分析及其設計系統實現恒壓供水的主體控制設備是PLC，控制電路的合理性，程序的可靠性直接關系到整個系統的運行性能。PLC主要完成以下功能：(1) 自動控制三臺水泵的投入運行；(2) 能在三臺水泵之間實現變頻泵的切換；(3) 三臺水泵在啟動時要有軟啟動功能；(4)對水泵的操作要有手動/自動控制功能，手動只在應急或檢修時臨時使用；(5)系統要有完善的報警功能并能顯示運行狀況。如圖3.3所示是電控系統控制電路圖。圖3.3 供水系統控制電路圖圖中SA為手動/自動轉換開關，SA打在1的位置為手動控制狀態；打在2的狀態為自動控制狀態。手動運行時，可用按鈕SB1SB6控制三臺水泵的啟/停；自動運行

14、時，系統在PLC程序控制下運行。圖中的HL10為自動運行狀態電源指示燈。對變頻器頻率進行復位是只提供一個干觸發點信號，本系統通過一個中間繼電器KA的觸點對變頻器進行復頻控制。圖中的Q0.0Q0.5及Q1.1Q1.5為PLC的輸出繼電器觸點，他們旁邊的4、6、8等數字為接線編號。四、供水系統的的軟件設計（一）供水系統運行狀態及轉換分析啟動自動變頻運行方式時，首先啟動輔助穩壓泵工頻運行供水，當用水量大，超過輔助泵最大供水能力而無法維持管道內水壓時，延時1分鐘PLC通過變頻器啟動1#主水泵供水，同時關閉輔助泵的運行。在l#主水泵供水過程中，變頻器根據水壓的變化通過PID調節器調整l#主水泵的轉速來控

15、制流量，維持水壓。若用水量繼續增加，變頻器輸出頻率達到上限頻率時，仍達不到設定壓力，延時1分鐘，由PLC給出控制信號，將1#主水泵與變頻器斷開，轉為工頻恒速運行，同時變頻器對2#主水泵軟啟動。系統工作于l#工頻、2#變頻的兩臺水泵并聯運行的供水狀態。若用水量繼續增加，兩水泵也不能滿足水壓要求時，將按上述過程繼續增開水泵臺數，直到滿足水壓要求。整個加泵過程中，總是保證原來工作于變頻運行狀態的水泵轉入工頻恒速運行，新開泵軟啟動并運行在變頻狀態，保證只有一臺水泵運行在變頻狀態。當用水量減少時，變頻器通過PID調節器降低水泵轉速來維持水壓。若變頻器輸出頻率達到下限頻率時，水壓仍過高，延時1分鐘，按“先

16、起先停”的原則，由PLC給出控制信號，將當前供水狀態中最先工作在工頻方式的水泵關閉，同時PID調節器將根據新的水壓偏差自動升高變頻器輸出頻率，加大供水量，維持水壓。當用水量持續減少，系統繼續按“先起先停”原則逐臺關閉處于工頻運行的水泵。當系統處于單臺主水泵變頻供水狀態時，若用水量減少，變頻器輸出頻率達到下限頻率時，水壓仍過高時，延時5分鐘后，關閉變頻器運行，啟動輔助泵維持供水。為保證在一個較長的時間周期內，各臺水泵運行時間基本均等，避免某臺電機長期得不到運行而出現銹死現象，供水狀態的切換按照“有效狀態循環法”即“先起先停”的原則操作。若有N臺水泵參與變頻調速，則滿足“先起先停”的原則的最大有效

17、狀態數為N2+1。將來的供水狀態就在這些有效狀態范圍內來回循環。（二）控制系統子程序設計首先初始化變頻運行的上下限頻率，在第二章水泵切換分析中已說明水泵變頻運行的上下限頻率分別為50HZ和20HZ。假設所選變頻器的輸出頻率范圍為0100HZ，則上下限給定值分別為16000和6400。在初始化PID控制的各參數（Kc、Ts、Ti、Td），各參數的取值將在下一節中詳細介紹。最后再設置定時中斷和中斷連接。五、總結通過以上各部分的分析與描述可知，在進行控制系統設計之前，必須調查清楚用戶的需求，然后綜合考慮各需求之間的關系和處理方法。變頻器選擇ABB公司的產品，IG5或IS5或IH等，它不僅完全具備控制

18、系統對其功能的需求，而且具有較高的可靠性和性價比。基于PLC控制的多泵循環變頻恒壓供水系統采用PLC的開關量輸入/輸出方式來控制電機的起動與停止、狀態遷移、檢修與故障處理等功能，通過PID儀表、壓力變送器來實現變頻驅動電機水泵的速度調節(當然也可以通過觸摸屏和模擬量輸入輸出混合模塊來實現變頻速度調節)，從而達到恒壓供水的目的。控制系統在程序設計時充分考慮到負載均衡性原則，采取“先開先停”的排隊策略，執行變頻方式輪值，確保各泵使用率基本均衡。通過這幾個月畢業設計的學習，我深深的感受到PLC在社會上的應用，也充分的讓我明白在當今這個競爭激烈的社會，只有自己不斷的學習，你才不會被這個社會所淘汰，只有我們堅持一個信念-要勇往直前，不怕艱苦，不斷的提升自己，超越自己，你才能成功!PLC在高樓供水系統中的應用，一方面它可以很方便的為客戶提供很好的服務,另一方面它可以為社會節省大量的水資源，間接的在為國家省錢。今天的社會不像過去了，工業在飛速的發展，你不進步別人就會進步，反過來你就在退步，總之你