基于PLC控制的家用給水泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)[摘要]本文介紹了以可編程序控制器為核心的控制系統(tǒng)，重點(diǎn)介紹了其工作原理、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，從而對(duì)傳統(tǒng)的城市供水系統(tǒng)進(jìn)行改造，有效解決以往系統(tǒng)故障A率高、可靠性差、能源浪費(fèi)嚴(yán)重等一系列問題。同時(shí)系統(tǒng)具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制方式，方便系統(tǒng)的維護(hù)和維修，提高效率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供水。簡(jiǎn)介………………（三）1可編程邏輯控制器（PLC）概述………………（4）1.1PLC的定義…………(4)1.2PLC的出現(xiàn)與發(fā)展趨勢(shì)…………（4）1.2.1PLC的產(chǎn)生……1.2.2P液晶顯示器的發(fā)展趨勢(shì)……（四）1.3PLC的特點(diǎn)……（4）1.4PLC的一般組成及基本工作原理…………（5）1.4.1P液晶的一般組成（5）1.4.2PLC的基本工作原理…………（五）1.5PLC應(yīng)用設(shè)計(jì)步驟…………（5）1.6松下可編程邏輯控制器產(chǎn)品介紹---FP1-C40………………（6）1.7FPWIN-GR軟件介紹…………（6）2系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案（7）2.1設(shè)計(jì)思路…………（7）2.2系統(tǒng)組成框圖……（7）2.3系統(tǒng)工作原理…………（8）3五金件設(shè)計(jì)…………（8）3.1水泵主回路……（8）3.1.1泵的啟動(dòng)方式…………（9）3.1.2設(shè)備型號(hào)的選擇……（10）3.2水泵控制回路設(shè)計(jì)……（11）3.2.1手動(dòng)控制(11)3.2.2自動(dòng)控制…………(12)3.3水位控制器介紹……（14）4軟件設(shè)計(jì)（15）4.1程序流程圖…………（15）4.2SFC的設(shè)計(jì)與分析……（16）4.3符號(hào)梯形圖設(shè)計(jì)（18）4.4系統(tǒng)語(yǔ)句列表……（19）5結(jié)束語(yǔ)…………（19）至…………（20）參考文獻(xiàn)………………（20）附錄A外文原文………………（21）附錄B外文翻譯………………（25）圖紙…………（28）附錄C程序清單......................................(29)介紹現(xiàn)代建筑的生活供水系統(tǒng)是整個(gè)建筑不可缺少的重要組成部分。目前主要有兩種供水方式[1]。(1)水池-水泵（恒壓變頻或氣壓罐）-管網(wǎng)系統(tǒng)-取水點(diǎn)對(duì)于一、二層有商業(yè)集群的建筑，集群上建有多棟住宅樓，目前比較普遍采用這種供水方案。一般有地下生活水池，設(shè)計(jì)為恒壓變頻供水。沒有屋頂水箱。最不利的取水點(diǎn)是頂層住宅。主水泵一般為三臺(tái)，兩開一備自動(dòng)切換，副泵為小流量泵，夜間用水量較小時(shí)主泵自動(dòng)切換至副泵，以保持系統(tǒng)壓力基本不變（生活用水一般不用氣壓罐）。氣壓罐的主要缺點(diǎn)是氣壓罐的調(diào)節(jié)容積小，存在不能滿足消防儲(chǔ)水的問題。一般用作消防給水系統(tǒng)中的常規(guī)增壓設(shè)備。壓力。

(2)水池-水泵-高位水箱-取水點(diǎn)該方案多用于單體次高層和高層建筑的高壓供水區(qū)域。一般還需要設(shè)計(jì)一個(gè)地下水池，由兩臺(tái)泵（一用一備用）抽水至高水箱，再由高水箱向各水點(diǎn)供水。第一種方法對(duì)于恒壓變頻供水在理論上是理想的和先進(jìn)的。首先保證出水壓力不變，根據(jù)用水量進(jìn)行變頻供水，既節(jié)約了電能，又保證了水泵的軟啟動(dòng)（無(wú)影響）電網(wǎng)電壓），并延長(zhǎng)水泵的使用壽命。但在實(shí)際使用中遇到不少問題，給工作帶來(lái)了麻煩，直接影響了公司的社會(huì)效益。例如，當(dāng)水泵自動(dòng)切換（卸載或加載）時(shí)，水泵的供水會(huì)出現(xiàn)短期低壓。如果故障需要跳過故障泵，運(yùn)行時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)，直接受害者是頂層居民。一旦壓力下降，他們就沒有水了，當(dāng)備用泵被跳過重新啟動(dòng)壓力時(shí)，頂層租戶抱怨。如果變頻控制柜出現(xiàn)故障，普通電工無(wú)法處理，需要廠家專業(yè)技術(shù)人員解決，導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法及時(shí)維護(hù)，供水無(wú)法保證。雖然簡(jiǎn)化了機(jī)房管理，但住戶供水得不到保障，社會(huì)效益受到影響。變頻調(diào)速水泵無(wú)法滿足消防蓄水能力，存在小流量、零流量供水問題，變頻調(diào)速庫(kù)存價(jià)格較高。第二種方式是比較成熟的水泵和水箱供水方式。水泵控制柜采用最簡(jiǎn)單的電氣元件。如果出現(xiàn)故障，普通電工可以維修，而且元器件成本也很低。另外還有高位水箱，不會(huì)造成一停電就斷水，供水保障率高。具有穩(wěn)壓功能[2]，可保持冷熱水系統(tǒng)水壓平衡，方便洗浴。由于以上原因，目前大部分高層建筑都采用高位水箱供水，雖然高位水箱存在增加建筑負(fù)荷和防止生活用水二次污染的問題。設(shè)置高位水箱供水方式對(duì)家用水泵的一般控制要求為：[3]設(shè)置在地下水池和高位水箱中，水泵的自動(dòng)運(yùn)行由兩個(gè)水位控制器控制。當(dāng)高水箱水位上升到高水位時(shí)，水泵自動(dòng)關(guān)閉。同時(shí)，家用水泵應(yīng)受地下水池水位的限制。當(dāng)?shù)叵滤厮惶幱诘臀粫r(shí)，為避免水泵空轉(zhuǎn)，無(wú)論高位水箱水位如何，家用水泵都不能啟動(dòng)。(2)為保證供水的可靠性，家用水泵分為工作泵和備用泵。當(dāng)工作泵出現(xiàn)故障時(shí)，備用泵應(yīng)自動(dòng)投入使用。(3)為了防止泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，需要設(shè)置運(yùn)行時(shí)間。時(shí)間到了會(huì)自動(dòng)切換到下一個(gè)泵，防止泵長(zhǎng)時(shí)間不使用生銹(4)必須有完善的保護(hù)功能(5)維修和應(yīng)急時(shí)，應(yīng)有手動(dòng)控制功能。1可編程邏輯控制器（PLC）概述1.1PLC的定義1987年2月[4]，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）將可編程控制器定義為：可編程控制器是一種以數(shù)字方式運(yùn)行的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。的。它使用一種可編程存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等面向用戶的指令，并控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其相關(guān)外部設(shè)備是按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)整體連接、易于擴(kuò)展功能的原則設(shè)計(jì)的。1.2PLC的出現(xiàn)及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1P生成LC在PLC[5]出現(xiàn)之前，生產(chǎn)線的控制大多采用繼電器接觸器控制系統(tǒng)。所謂繼電器接觸器控制系統(tǒng)，是指由各種自動(dòng)控制電器組成的電氣控制電路。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)，能滿足一定區(qū)域的單機(jī)和自動(dòng)化生產(chǎn)線的需要。但它也有明顯的缺點(diǎn)，主要體現(xiàn)在觸點(diǎn)多、組合復(fù)雜，可靠性較差。另外，它是一種固定接線的專用設(shè)備，靈活性較差，不能滿足程序頻繁更改和控制要求比較復(fù)雜的場(chǎng)合。因此，它制約了工業(yè)的快速發(fā)展。于是人們尋求開發(fā)一種新型的通用控制設(shè)備來(lái)代替原有的繼電器接觸器控制系統(tǒng)。1960年代后期，美國(guó)汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈。為了不斷更新汽車車型，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，1968年，通用汽車公司（GM）提出了開發(fā)PLC的基本思路。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)上述要求研制出世界上第一臺(tái)PLC。自第一臺(tái)PLC誕生以來(lái)，其發(fā)展經(jīng)歷了五個(gè)重要時(shí)期。1.2.2PLC的發(fā)展趨勢(shì)PLC自問世以來(lái)，一直受到各國(guó)的關(guān)注：日本于1971年引進(jìn)PLC技術(shù)；1973年德國(guó)引進(jìn)PLC技術(shù)；我國(guó)從1973年開始發(fā)展PLC。目前，在全球數(shù)百家PLC生產(chǎn)企業(yè)中，美國(guó)、日本和德國(guó)仍占據(jù)舉足輕重的地位。近年來(lái)，我國(guó)的PLC生產(chǎn)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)PLC生產(chǎn)企業(yè)已達(dá)到一定規(guī)模。但是，與世界水平相比，我國(guó)的PLC研發(fā)和生產(chǎn)還比較落后。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PLC未來(lái)將向兩個(gè)方向（方便、靈活和小型化；高性能和大型化）發(fā)展。1.3PLC的特點(diǎn)(1)抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好PLC在電子電路、機(jī)械結(jié)構(gòu)、軟件結(jié)構(gòu)等方面吸收了廠家長(zhǎng)期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路。I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)和信號(hào)調(diào)理電路；該結(jié)構(gòu)對(duì)耐熱性、防潮性、防塵性、抗震性進(jìn)行了周到的考慮。(2)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)PLC及外圍模塊品種繁多，各種部件可靈活組合成各種規(guī)模、不同要求的控制系統(tǒng)。(3)易于編程，易于使用PLC是面向用戶的設(shè)備。PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮了現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣。PLC程序使用梯形圖或工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令編譯。梯形圖類似于繼電器原理圖。這種編程語(yǔ)言直觀且易于掌握。它不需要特殊的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言。只要有一定電工技術(shù)知識(shí)的人，都能在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。(4)完善的功能PLC的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能適應(yīng)任何形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量的輸入/輸出。PLC部分有很多控制功能，如定時(shí)、計(jì)算機(jī)、主控繼電器、移位寄存器、中間寄存器等。由于使用了微處理器，可以輕松實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、強(qiáng)制I/O等多項(xiàng)功能。它不僅具有邏輯功能、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)換、順序控制功能，還具有模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印、報(bào)表生成等功能。(5)設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短用繼電器接觸器控制完成一個(gè)控制項(xiàng)目，必須先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后再畫出繼電器屏的布局和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，非常不方便稍后對(duì)其進(jìn)行修改。采用PLC控制，由于其軟硬件完備、模塊化積木式結(jié)構(gòu)、商業(yè)化，只需按性能、容量等進(jìn)行組裝，還可以在出廠前進(jìn)行大量具體的編程工作。可編程邏輯控制器來(lái)了。因此，縮短了設(shè)計(jì)周期，設(shè)計(jì)和施工可以同時(shí)進(jìn)行。(6)體積小，易于維護(hù)和操作PLC體積小、重量輕、安裝方便。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)可以直接反映現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)的變化狀態(tài)，也可以通過各種方式直接反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。(7)易于實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)PLC可以連接成一個(gè)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。(8)可實(shí)現(xiàn)三電一體化PLC集電氣控制（邏輯控制）、電氣儀表（過程控制）和電氣接線（運(yùn)動(dòng)控制）于一體，可以方便靈活地組合成不同規(guī)模和要求的各種控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制需求。1.4PLC的一般組成及基本工作原理1.4.1PLC的一般組成目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)各不相同，但都是以微處理器為核心的工業(yè)控制專用計(jì)算機(jī)，其結(jié)構(gòu)和工作原理大致相同，硬件結(jié)構(gòu)類似于微型計(jì)算機(jī)。一般PLC主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM和ROM）、輸入輸出接口（I/O）電路、電源等可選部件組成。前三部分是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。其他可選組件包括編程器、外部存儲(chǔ)器、I/O模塊和通信接口。1.4.2PLC的基本工作原理PLC投入運(yùn)行時(shí)，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。完成以上三個(gè)階段稱為一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行過程中，PLC的CPU以一定的掃描速度反復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。如下圖1-1所示圖1-1PLC工作流程1.5PLC應(yīng)用設(shè)計(jì)步驟PLC控制系統(tǒng)以程序的形式體現(xiàn)其控制功能，大量的工作時(shí)間會(huì)花在軟件設(shè)計(jì)，即程序設(shè)計(jì)上。PLC編程可遵循以下六個(gè)步驟：(1)確定受控系統(tǒng)必須執(zhí)行的動(dòng)作以及執(zhí)行這些動(dòng)作的順序。(2)分配輸入輸出設(shè)備，即確定哪些外圍設(shè)備向PLC致信號(hào)，哪些外圍設(shè)備從PLC接收信號(hào)。并將PLC的輸入輸出端口分配給它。(3)設(shè)計(jì)PLC程序，繪制梯形圖。梯形圖以正確的順序表示所需的所有功能及其相互關(guān)系。(4)實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)直接對(duì)PLC梯形圖進(jìn)行編程。(5)調(diào)試程序（仿真和現(xiàn)場(chǎng)）。(6)保存完成的程序。顯然，在建立PLC控制系統(tǒng)時(shí)，首先要確定系統(tǒng)所需的輸入輸出數(shù)量，然后根據(jù)需要確定各種控制動(dòng)作的順序和各控制裝置之間的關(guān)系。在確定控件的相互關(guān)系后，可以執(zhí)行編程的第二步——分配輸入和輸出設(shè)備。分配PLC的輸入輸出點(diǎn)[6]、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器后，即可設(shè)計(jì)PLC程序繪制梯形圖。繪制梯形圖時(shí)要注意，從左邊開始的每條邏輯線都必須以繼電器線圈或定時(shí)器、計(jì)數(shù)器結(jié)束，這與實(shí)際電路圖并不相同。梯形圖完成后，用編程軟件直接將梯形圖輸入電腦，下載到PLC中進(jìn)行仿真調(diào)試，修改直到滿足控制要求。這就是整個(gè)編程過程。1.6松下可編程邏輯控制器產(chǎn)品介紹---FP1-C40在松下電器公司生產(chǎn)的FP系列產(chǎn)品中，F(xiàn)P1是一款小型PLC產(chǎn)品。從型號(hào)可以看出FP1-C40可編程控制器的輸入輸出點(diǎn)數(shù)（即I/O點(diǎn)數(shù)）之和為40FP1-C40的主要部件如下：(1)RS232該端口可與PC機(jī)通訊和編程，也可連接其他外圍設(shè)備。(2)工作模式選擇開關(guān)工作模式選擇開關(guān)共有3個(gè)工作模式檔位，分別是“RUN”、“REMOTE”和“PROG”。當(dāng)開關(guān)撥到“RUN”位置時(shí)，控制單元運(yùn)行程序；在“REMOTE”工作模式下，可以使用編程工具將可編程控制器的工作模式改為“RUN”或“PROG”工作模式；程序可以在“PROG”模式下編輯。如果在“RUN”工作模式下編輯程序，將被視為錯(cuò)誤。可編程控制器發(fā)出警報(bào)，提示程序員將模式選擇開關(guān)切換到“PROG”“工作模式。(3)輸出端子C40形輸出端子有16個(gè)點(diǎn)。接線板是一個(gè)可拆卸的板，兩端都有螺絲。(4)直流電源輸出端FP1系列主機(jī)輸入端配備24V直流電源。(5)輸入端子C40型有24個(gè)輸入端子。輸入電壓范圍為DC12～24V。接線板是一個(gè)可拆卸的板，兩端都有螺絲。（6）編程工具連接插座（RS422口）該插座可用于通過專用外圍電纜連接編程工具。(7)I/O點(diǎn)狀態(tài)指示燈和擴(kuò)展單元接口插座用于指示輸入/輸出的開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)某個(gè)輸入接點(diǎn)閉合時(shí)，該接點(diǎn)編號(hào)對(duì)應(yīng)的輸入指示LED點(diǎn)亮（下一行）；當(dāng)一個(gè)輸出繼電器打開時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出繼電器編號(hào)的輸出表示LED點(diǎn)亮（上排）。擴(kuò)展單元接口插座用于連接FP1擴(kuò)展單元與A/D、D/A轉(zhuǎn)換單元和單元。1.7FPWIN-GR軟件介紹松下電工開發(fā)的PLC編程軟件FPWIN-GR可支持松下電工所有PLC產(chǎn)品。具有符號(hào)梯形圖、布爾梯形圖、布爾非梯形圖三種編程方式，具有程序注釋、調(diào)試、監(jiān)控、打印等功能。FPWIN-GR的界面如下圖1-2所示圖1-2FPWIN-GR界面2整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)思路本文針對(duì)池泵-高位水箱-出水點(diǎn)的供水方式，預(yù)先對(duì)高位水箱的水位進(jìn)行人工控制。因?yàn)椴豢赡苊繒r(shí)每刻都準(zhǔn)確定位和監(jiān)測(cè)水位，而且非常主觀，所以很難準(zhǔn)確控制水泵電機(jī)的啟停。為了實(shí)現(xiàn)供水的自動(dòng)控制，一般以單片機(jī)或PLC為核心，使系統(tǒng)達(dá)到理想的控制效果。PLC與單片機(jī)在供水系統(tǒng)中應(yīng)用的一些主要方面的簡(jiǎn)要比較如下表所示：表2-1供水系統(tǒng)PLC與單片機(jī)對(duì)比硬件軟件抗干擾能力經(jīng)濟(jì)成本單片機(jī)電路比較復(fù)雜需要更多外圍元件復(fù)雜的編程程序修改麻煩較差的低的可編程邏輯控制器體積小、集成度高有多種擴(kuò)展模塊簡(jiǎn)單直觀的編程簡(jiǎn)單的程序修改非常強(qiáng)壯高的通過上表的對(duì)比，從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，由于PLC技術(shù)的成熟，小型PLC的成本與單片機(jī)相差不大。對(duì)于供水系統(tǒng)，時(shí)間參數(shù)變化很大，在PLC軟件中時(shí)間參數(shù)的調(diào)整比單片機(jī)簡(jiǎn)單。基于以上原因，選用PLC實(shí)現(xiàn)高層建筑供水，簡(jiǎn)化了軟件程序的設(shè)計(jì)，使硬件接口簡(jiǎn)單可行，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，尤其是穩(wěn)定性和抗干擾性整個(gè)系統(tǒng)的能力。閥門控制水量，也改善了傳統(tǒng)控制方式故障率高的弱點(diǎn)，在節(jié)能和恒壓控制方面有很好的效果。該系統(tǒng)通過三臺(tái)水泵（兩臺(tái)使用，一臺(tái)備用）工作，其中一臺(tái)作為備用泵，另外兩臺(tái)在正常情況下自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。如果其中一臺(tái)工作泵發(fā)生故障，不僅可以發(fā)出故障報(bào)警，而且備用泵自動(dòng)投入運(yùn)行。為防止電機(jī)長(zhǎng)期生銹，3組泵互為備用泵，使其使用壽命相等，延長(zhǎng)泵的使用壽命。它們的關(guān)系如下表所示：表2-23臺(tái)泵之間的關(guān)系3號(hào)備用1號(hào)先開工2號(hào)后工作1號(hào)備用2號(hào)先開工3號(hào)以后工作2號(hào)備用3號(hào)先開工1號(hào)后工作2.2系統(tǒng)組成框圖家用給水泵系統(tǒng)主要由供水部分、水位控制部分和電氣控制部分組成。它們之間的連接圖如圖2-1所示圖2-1系統(tǒng)連接框圖2.3系統(tǒng)工作原理當(dāng)系統(tǒng)處于自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)(1)選擇3號(hào)水泵作為備用時(shí)，先啟動(dòng)1號(hào)水泵，正常運(yùn)行一段時(shí)間后，再啟動(dòng)2號(hào)水泵工作，以此類推。如果1號(hào)泵出現(xiàn)故障，3號(hào)泵將自動(dòng)投入工作，并與2號(hào)泵自動(dòng)交替工作。同時(shí)發(fā)出電機(jī)故障報(bào)警通知維修人員；如果2號(hào)泵出現(xiàn)故障，3號(hào)泵將自動(dòng)投入工作并與1號(hào)泵自動(dòng)交替工作，同時(shí)發(fā)出電機(jī)故障報(bào)警通知維修人員。(2)WhentheNo.1waterpumpisselectedasabackup,theNo.2pumpwillbestartedfirst,andafteraperiodofnormaloperation,theNo.3pumpwillstartandwork,andsoon.如果2號(hào)泵出現(xiàn)故障，1號(hào)泵自動(dòng)投入工作，并與3號(hào)泵自動(dòng)交替工作，并發(fā)出電機(jī)故障報(bào)警通知維修人員；如果3號(hào)泵出現(xiàn)故障，1號(hào)泵將自動(dòng)投入工作并與2號(hào)泵自動(dòng)交替工作，同時(shí)發(fā)出電機(jī)故障報(bào)警通知維修人員。(3)選擇2號(hào)水泵作為備用時(shí)，1號(hào)水泵先啟動(dòng)，正常運(yùn)行一段時(shí)間后，3號(hào)水泵啟動(dòng)工作，以此類推。如果1號(hào)泵出現(xiàn)故障，2號(hào)泵將自動(dòng)投入工作，并與3號(hào)泵自動(dòng)交替工作，并發(fā)出電機(jī)故障報(bào)警通知維修人員；如果3號(hào)泵出現(xiàn)故障，2號(hào)泵將自動(dòng)投入工作，并自動(dòng)與1號(hào)泵交替工作，同時(shí)發(fā)出電機(jī)故障報(bào)警通知維修人員。(4)水泵的啟動(dòng)由屋頂水箱下限控制，只有當(dāng)水位達(dá)到下限時(shí)水泵電機(jī)才會(huì)啟動(dòng)。(5)水泵的停止由屋頂水箱的上限控制。當(dāng)水位達(dá)到上限時(shí)，水泵電機(jī)自動(dòng)停止。(6)當(dāng)?shù)叵滤厮贿_(dá)到下限時(shí)，為避免水泵空轉(zhuǎn)，無(wú)論屋頂水箱水位高低，均不能啟動(dòng)家用水泵。當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)按下三個(gè)選擇器開關(guān)（SA1、SA2、SA3）之一來(lái)啟動(dòng)任何泵電機(jī)。如需停泵，只需切斷開關(guān)即可。3硬件部分設(shè)計(jì)3.1水泵主回路圖3-1家用水泵主電路圖圖中1M，2M和3M是水泵電機(jī)。每臺(tái)電機(jī)使用3個(gè)接觸器分別控制電源（KM3、KM6、KM9）、星形啟動(dòng)（KM1、KM4、KM4）和三角形（KM2、KM5、KM8）運(yùn)行。三臺(tái)電機(jī)均配有過載保護(hù)FR1、FR2、FR3。為了反映各單元能否正常工作，用斷路器將其常開觸點(diǎn)輸入PLC的輸入端口（XB、XC、XD）。Y/△降壓?jiǎn)?dòng)是根據(jù)啟動(dòng)過程中的時(shí)間變化，用時(shí)間繼電器控制Y/△的切換。如圖3-1所示，1號(hào)工作時(shí)，先打開刀開關(guān)QF1，當(dāng)接觸器KM1和KM3接通時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)Y形；當(dāng)接觸器1KM與KM2連接時(shí)，電機(jī)△形運(yùn)行2號(hào)工作時(shí)，先合閘刀開關(guān)QF2，當(dāng)接觸器KM4和KM6接通時(shí)，電機(jī)Y形啟動(dòng)；當(dāng)接觸器KM5和KM6連接時(shí)，電機(jī)呈三角形運(yùn)行。3號(hào)工作時(shí)，先合閘刀開關(guān)QF3，當(dāng)接觸器KM7和KM9接通時(shí)，電機(jī)Y形啟動(dòng)；當(dāng)接觸器KM8和KM9連接時(shí)，電機(jī)呈三角形運(yùn)行。3.\o"異步電動(dòng)機(jī)"異步電動(dòng)機(jī)的\o"起動(dòng)"啟動(dòng)方式有全壓直接啟動(dòng)、自耦減壓?jiǎn)?dòng)、Y-Δ啟動(dòng)、軟啟動(dòng)、變頻啟動(dòng)等。

從電機(jī)和驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)可以知道，三者的電流三相交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)比較大，一般為額定電流的（5～7）倍。因此，對(duì)于功率較大的電機(jī)，應(yīng)采用降壓?jiǎn)?dòng)方式，Y/△降壓?jiǎn)?dòng)是常用的方式之一。對(duì)于三角接定子繞組的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，在正常運(yùn)行時(shí)，如果啟動(dòng)時(shí)定子繞組接成星形，啟動(dòng)后又接成三角形，可以減小啟動(dòng)電流及其對(duì)電機(jī)的影響。電網(wǎng)可以減少。影響。這種啟動(dòng)方式稱為星三角減壓?jiǎn)?dòng)，或簡(jiǎn)稱為星三角啟動(dòng)（Y-Δ啟動(dòng)）。

設(shè)電源線電壓為Uc，啟動(dòng)時(shí)繞組各相電抗為Zo，定子繞組接成星形（即Y形）時(shí)，線電流相等為其相電流，即

(3-1)

若定子繞組按原三角形（即Δ）接法直接接入電網(wǎng)，則相電流為

(3-2)

線電流為

(3-3)

比較公式(3-2)和公式(3-3)，得到

(3-4)。

也就是說，當(dāng)采用星三角起動(dòng)時(shí)，按三角形接法，起動(dòng)電流僅為原來(lái)直接起動(dòng)的1/1。3

、啟動(dòng)電流減小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)怎樣？眾所周知，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩M與施加在繞組上的電壓的平方成正比。由于三角形接法的相電壓等于線電壓，而星形接法的相電壓僅為線電壓的1/，所以

(3-5)這意味著當(dāng)采用星

-三角啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也降低到原來(lái)采用三角接法直接啟動(dòng)的1/3。

可見，當(dāng)采用星三角啟動(dòng)方式時(shí)，電流特性很好，但轉(zhuǎn)矩特性較差，因此客觀存在只適用于空載或輕載啟動(dòng)場(chǎng)合。也就是說，由于啟動(dòng)力矩小，星三角啟動(dòng)的優(yōu)勢(shì)還是非常顯著的，因?yàn)榛谶@種啟動(dòng)原理的星三角啟動(dòng)器與其他任何減壓?jiǎn)?dòng)器相比，結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，價(jià)格最低。便宜的。此外，星三角啟動(dòng)方式還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是在輕負(fù)載時(shí)，電機(jī)可以星形接法運(yùn)行。這時(shí)可以使額定轉(zhuǎn)矩與負(fù)載相匹配，可以提高電機(jī)的效率，從而節(jié)省電能消耗。三臺(tái)泵電機(jī)均采用Y-Δ啟動(dòng)方式，主電路控制電路如圖3-1所示：3.水泵的主電路主要由斷路器、接觸器、熱繼電器、水泵和配電電纜組成[3]。(1)。水泵的選擇本系統(tǒng)三臺(tái)泵型號(hào)為：ISG50-250，單級(jí)單吸管道離心泵，揚(yáng)程80m11kW，電機(jī)功率11kW，可滿足大部分高層建筑的需要。水泵的額定電流：根據(jù)，而電機(jī)的功率因數(shù)一般取0.76～0.87，取=0.8，則(2)泵主回路中的斷路器水泵主電路中的斷路器起到水泵的控制、保護(hù)和安全隔離的作用，是重要的設(shè)備。GV2-ME帶熱磁保護(hù)的電機(jī)短路裝置具有隔離、短路保護(hù)、過載保護(hù)、缺相保護(hù)和直接控制功能。因此，選用的斷路器型號(hào)為GV2-ME20C。參數(shù)說明溫度補(bǔ)償環(huán)境溫度：-20-+60℃；額定工作電壓：690V；設(shè)定電流范圍：0.1-32A；脫扣等級(jí)：10A（根據(jù)IEC60947-4-1）；使用類別：A（符合IEC60947-2）AC-3（符合IEC60947-4-1）；分?jǐn)嗄芰Ω撸悍謹(jǐn)嗄芰蛇_(dá)10-100kA；壽命長(zhǎng)：電氣壽命可達(dá)10×104倍，是普通斷路器壽命的5-10倍。(3)接觸器用于水泵的接觸器一般是不頻繁動(dòng)作的，其額定電流根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)選擇。=20.9A，選擇輔助接點(diǎn)的額定電流30A，型號(hào)為CJ10-30。(4)。熱繼電器熱繼電器的額定電流是根據(jù)電機(jī)的額定電流來(lái)選擇的，上下有調(diào)整的余地。熱繼電器的整定電流可為電機(jī)額定電流的1.0～1.05倍。熱繼電器：(1～1.05)=20.9～22A因此，選擇JR20-25（4T），額定電流為20~25A3.2泵控制部分的設(shè)計(jì)3.2.1手動(dòng)圖3-2手動(dòng)控制示意圖當(dāng)工作狀態(tài)選擇開關(guān)處于手動(dòng)檔時(shí)，水泵控制電路的工作過程分析如下：1號(hào)水泵的工作過程如下：2號(hào)水泵的工作過程如下：3號(hào)水泵的工作過程如下：3.2(1)PLC選擇和I/O分配根據(jù)以上控制要求，一共可以統(tǒng)計(jì)12個(gè)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)和8個(gè)輸出信號(hào)。可選擇FP1-C40，可實(shí)現(xiàn)24點(diǎn)輸入和16點(diǎn)輸出控制，本系統(tǒng)仍有使用空間。，可用于備份。其I/O分配如下表所示：表3-1PLCI/O分配表進(jìn)入輸出選擇開關(guān)SA1手動(dòng)/自動(dòng)X01#泵驅(qū)動(dòng)Y0停止按鈕SA2X12#泵驅(qū)動(dòng)Y1警報(bào)解除按鈕SB1X33#泵驅(qū)動(dòng)Y2屋頂水箱上限SL1X51#備用指示燈HL4Y3車頂水箱下限SL2X62#備用指示燈HL5Y4地下游泳池下限WLX73#備用指示燈HL6Y51#備用開關(guān)SW1X8電機(jī)故障報(bào)警HL7Y62#備用開關(guān)SW2X9停泵報(bào)警HL8Y73#備用開關(guān)SW3XA1#跳燦QF1XB2#跳燦QF2XC3#跳燦QF3XD(2)PLC外部接線圖設(shè)計(jì)圖3-3PLC外部接線圖PLC接線圖只需要根據(jù)上表和FP1-C40的端子排列位置進(jìn)行相應(yīng)的接線即可。上圖是所設(shè)計(jì)的PLC系統(tǒng)的外部接線圖。圖中各接觸器均采用220V供電，信號(hào)指示部分采用24V直流供電。需要注意的是，輸入到PLC的開關(guān)信號(hào)可以是常開也可以是常閉，但相應(yīng)的時(shí)序功能圖中相關(guān)觸點(diǎn)的狀態(tài)要相應(yīng)改變。3.3水位控制部分我們可以使用水位控制器，當(dāng)我在實(shí)驗(yàn)箱上模擬它時(shí)，我用開關(guān)模擬它。當(dāng)水位高于下限或低于上限時(shí)，開關(guān)處于打開狀態(tài)，當(dāng)水位低于下限時(shí)，開關(guān)閉合；當(dāng)水位高于上限時(shí)，開關(guān)閉合。查看水位控制器的相關(guān)資料，可選擇干簧管水位控制器GSK-1A（可送低水位停泵）和GSK-1B（高水位停泵）。其工作原理是：上下水位干簧管2SL和1SL固定在塑料管上，塑料管下端密封防水，引出線從上端接線盒引出;塑料管上覆蓋著一個(gè)可以隨水位移動(dòng)的浮標(biāo)（或浮子）。,一個(gè)永磁環(huán)固定在浮標(biāo)上。當(dāng)浮標(biāo)移動(dòng)到上水位或下水位時(shí)，相應(yīng)的干簧管接收磁信號(hào)并動(dòng)作，發(fā)出水位開關(guān)信號(hào)。由于干簧管中的觸點(diǎn)有常開和常閉兩種形式，它們可以組合成一個(gè)常開、常閉或兩個(gè)常開的水位控制器。4軟件設(shè)計(jì)4.1程序流程圖如下圖4-1所示，圖中只畫了3號(hào)作為備份的流程圖，其他兩種情況類似。圖4-1流程圖4.2SFC的設(shè)計(jì)與分析從流程圖可以看出電機(jī)工作的狀態(tài)有很多，3號(hào)空閑時(shí)有3種狀態(tài)1號(hào)水泵工作→2號(hào)水泵工作；3號(hào)水泵工作→1號(hào)水泵工作；3號(hào)水泵工作→2號(hào)水泵工作1號(hào)空閑時(shí)有3種狀態(tài)2號(hào)水泵工作→3號(hào)水泵工作；1號(hào)水泵工作→2號(hào)水泵工作；1號(hào)水泵工作→3號(hào)水泵工作2號(hào)待機(jī)時(shí)也有3種狀態(tài)3號(hào)水泵工作→1號(hào)水泵工作；2號(hào)水泵工作→3號(hào)水泵工作；2號(hào)水泵工作→1號(hào)水泵工作初始狀態(tài)和停泵狀態(tài)共11種，常用的設(shè)計(jì)方法有該解析方法適用于邏輯關(guān)系簡(jiǎn)單、控制對(duì)象明確的系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)比較復(fù)雜時(shí)，很難列出其邏輯表達(dá)式表，設(shè)計(jì)變得復(fù)雜難以掌握，設(shè)計(jì)周期也很長(zhǎng)。經(jīng)驗(yàn)法方便、快捷、直觀，但經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法非常試探性和隨意性。在設(shè)計(jì)復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí)，由于要考慮的因素很多，很容易漏掉一些應(yīng)該考慮的問題，梯形圖的可讀性很差。給系統(tǒng)的維護(hù)和改進(jìn)帶來(lái)了很大的困難。時(shí)序函數(shù)圖法使用輸入量X來(lái)控制代表各個(gè)步驟的編程元件（如部分內(nèi)存R），然后用它們來(lái)控制輸出量Y。步驟根據(jù)輸出量的狀態(tài)進(jìn)行劃分Y.R和Y之間有一個(gè)非常簡(jiǎn)單的“與”邏輯關(guān)系，輸出電路的設(shè)計(jì)極其簡(jiǎn)單。因?yàn)闀r(shí)序函數(shù)圖法具有簡(jiǎn)單、規(guī)范、通用的優(yōu)點(diǎn)，所以我這里選擇使用時(shí)序函數(shù)圖法，如下圖圖4-2時(shí)序功能圖圖4-2是3號(hào)水泵作為備用的時(shí)序功能圖，1號(hào)和2號(hào)水泵自動(dòng)輪流工作。其他兩種情況的時(shí)序函數(shù)圖與此類似，其他的見附錄，故以本例為例進(jìn)行說明。下面從幾個(gè)方面進(jìn)行分析。當(dāng)狀態(tài)繼電器運(yùn)行時(shí)，對(duì)應(yīng)的情況如下：表4-1狀態(tài)繼電器運(yùn)行時(shí)的對(duì)應(yīng)情況3號(hào)備用1號(hào)電機(jī)工作電機(jī)2工作電機(jī)3工作3號(hào)備用R31R32R33R31號(hào)備用1號(hào)電機(jī)工作電機(jī)2工作電機(jī)3工作1號(hào)備用R11R12R13R12號(hào)備用1號(hào)電機(jī)工作電機(jī)2工作電機(jī)3工作2號(hào)備用R21R22R23R2初始狀態(tài)泵停止?fàn)顟B(tài)R0R10使用的定時(shí)器如下表4-2使用的定時(shí)器備用3備用12號(hào)備用計(jì)時(shí)器時(shí)間控制目標(biāo)計(jì)時(shí)器時(shí)間控制目標(biāo)計(jì)時(shí)器時(shí)間控制目標(biāo)T130001號(hào)電機(jī)工作T113000電機(jī)2工作T213000電機(jī)3工作T23000電機(jī)2工作T123000電機(jī)3工作T2230001號(hào)電機(jī)工作T330003號(hào)備用電機(jī)工程T1330001號(hào)備用電機(jī)工程T2330002號(hào)備用電機(jī)工程(3)備選方案控制臺(tái)上的三個(gè)備用按鈕分別對(duì)應(yīng)PLC接線原理示意圖中的輸入點(diǎn)X8、X9、XA。按下任意鍵時(shí)，可選擇1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)中的任意一個(gè)電機(jī)作為備用，并可通過以上按鍵任意切換備用單元。例如：選擇2號(hào)水泵作為備用，按下SW2鍵，則X9得電，輸出繼電器Y4得電，控制臺(tái)2號(hào)備用指示燈Y4亮。(4)液位指示安裝在高位水箱中的地下水池的上限位開關(guān)SL1、下限位開關(guān)SL2和下限位開關(guān)WL分別對(duì)應(yīng)輸入點(diǎn)X5、X6和X7。當(dāng)水位下降到地下水池水位下限位置時(shí)，X7得電，使輸出繼電器Y7得電，水泵停止工作報(bào)警，此時(shí)必須按下停止按鈕SA2.（五）工作原理以3號(hào)作為備用泵（XA上電）為例：當(dāng)1號(hào)電機(jī)啟動(dòng)條件達(dá)到高水箱（X6）下限時(shí)，1號(hào)斷路器XB斷開（說明1號(hào)水泵正常）。1號(hào)泵星形啟動(dòng)，三角運(yùn)行時(shí)，Y5、Y0、T1同時(shí)通電；如果1號(hào)斷路器XB通電（表示1號(hào)水泵故障），3號(hào)備用水泵自動(dòng)投入使用，Y6得電報(bào)警。當(dāng)未達(dá)到地下水池下限（X5+X7），斷開2號(hào)斷路器XC（表示2號(hào)水泵正常），則應(yīng)啟動(dòng)2號(hào)水泵T1時(shí)間之后。如果2號(hào)斷路器XC得電，（表示2號(hào)水泵故障），則3號(hào)備用泵自動(dòng)投入使用，Y6得電報(bào)警。2號(hào)電機(jī)開始星三角運(yùn)行，Y1和T2同時(shí)通電。如果此時(shí)未達(dá)到高水箱上限或地下池下限（X5+X7），則應(yīng)在T2時(shí)間后啟動(dòng)1號(hào)水泵。如果此時(shí)未達(dá)到高水箱上限或地下池下限（X5+X7），則3號(hào)電機(jī)應(yīng)判斷是1號(hào)故障還是2號(hào)故障過錯(cuò)。如果XB斷開（表示1號(hào)水泵工作正常），則時(shí)間到后，3號(hào)和1號(hào)自動(dòng)輪流啟動(dòng)1號(hào)水泵；如果XC斷開（說明2號(hào)水泵工作正常），那么時(shí)間到達(dá)后，3號(hào)和2號(hào)會(huì)自動(dòng)定時(shí)輪換啟動(dòng)2號(hào)水泵。當(dāng)達(dá)到高位水箱上限或地下水池下限（X5+X7）中的任何一個(gè)時(shí)，泵將停止。同時(shí)，Y7上電致停泵指令，返回初始狀態(tài)，等待下一步動(dòng)作。當(dāng)1號(hào)或2號(hào)泵作為備用泵時(shí)，情況類似。4.3符號(hào)梯形圖設(shè)計(jì)整個(gè)程序見附錄，程序運(yùn)行結(jié)果如下圖所示。圖4-3符號(hào)梯形圖運(yùn)行結(jié)果4.4系統(tǒng)語(yǔ)句列表參見附錄5結(jié)論仿真實(shí)驗(yàn)證明該方案在智能供水系統(tǒng)中是可行的。家用水泵供水控制系統(tǒng)采用PLC控制，能有效保證其工作穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便，性價(jià)比高。同時(shí)，以PLC為核心的高可靠性監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水泵的控制和三臺(tái)電機(jī)的協(xié)調(diào)控制。使用三臺(tái)水泵中的一臺(tái)作為備用泵，可以提高處理緊急情況的能力。，具有先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)、靈活等顯著特點(diǎn)。總之，在未來(lái)供水系統(tǒng)的發(fā)展過程中，自動(dòng)化控制的程度會(huì)越來(lái)越高，越來(lái)越專業(yè)化，各種功能也會(huì)越來(lái)越完善。PLC在智能樓宇電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用粉蓮1任清蓮2中國(guó)科技大學(xué)2.中國(guó)科技大學(xué):(086)電子產(chǎn)品：ghlfl163。摘要：本文主要討論智能樓宇系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)：電梯控制系統(tǒng)。PLC具有抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，使得電梯行業(yè)將PLC一次次應(yīng)用到電梯控制系統(tǒng)中，以取代傳統(tǒng)使用繼電器來(lái)控制電梯系統(tǒng)。PLC在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用降低了故障率，有效提高了電梯運(yùn)行的可靠性和安全性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。電梯控制系統(tǒng)的工作原理是：首先將用戶的輸入指令致給PLC，然后PLC根據(jù)系統(tǒng)的要求發(fā)出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)外圍設(shè)備，電梯才能執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。._本文選用歐姆龍公司C200HE系列PLC，介紹電梯控制系統(tǒng)外圍接線電路，并說明控制裝置的作用。最后介紹了程序設(shè)計(jì)，并通過仿真實(shí)驗(yàn)證明了該方案的可行性。它可以使工業(yè)管理中心的工作人員在遠(yuǎn)程控制中心對(duì)電梯進(jìn)行監(jiān)控，并通過以太網(wǎng)或個(gè)人專用網(wǎng)絡(luò)（如LonWorks）將電梯與控制中心連接起來(lái)，使電梯的工作狀態(tài)能夠不時(shí)受到監(jiān)控。這樣既實(shí)現(xiàn)了電梯的科學(xué)集中管理，又降低了電梯維護(hù)成本。是智能樓宇電梯控制系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：PLC智能樓宇電梯控制系統(tǒng)工作原理程序設(shè)計(jì)一、簡(jiǎn)介1980年代，第一座智能建筑在美國(guó)落成，此后智能建筑引起了全世界的關(guān)注。隨著社會(huì)的發(fā)展，智能建筑有著不同的含義。早期，智能建筑被認(rèn)為等同于智能建筑，但現(xiàn)在智能建筑不僅涉及智能建筑，還涉及智能住宅小區(qū)。本文主要討論智能建筑系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)：電梯控制系統(tǒng)。與日常生活相關(guān)的事務(wù)，如對(duì)小區(qū)設(shè)備和車輛的監(jiān)管、緊急情況的處理等。電梯的監(jiān)控系統(tǒng)也是智慧小區(qū)所必需的。如何讓人感到安全、穩(wěn)定