福建农林大学《可编程控制器》课程设计.doc

1、设 计 任 务 书 可 编 程 控 制 器 课 程 设 计设 计 题 目： PLC 控制的双恒压供水水泵站 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 14 级电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院2017 年 2 月 20 日可编程控制器课程设计任务书（一） 设计题目PLC 控制的双恒压供水水泵站（二） 情况简介生活都离不开水。但如果水源离用水场所较远，就需要管路的输送。而将水送到较远或较高的地方，管路中是需要一定的水压的，水压高了，才能将水送到远的或较高的楼层。产生水压的设备是水泵，水泵转动的越快，产生的水压越高。传统的维持管路的水压是建造水塔，水泵开的时

2、候将水打到水塔中，水泵休息时，借助水塔继续供水。水塔中的水位变化相对水塔的高度来说很小，也就是说水塔能维持的供水管路中水压的基本恒定。但是，建造水塔需要发费财力，水塔还会造成水的二次污染。那么，可不可以不借助水塔来实现恒压供水呢？当然可以，但是要解决水压随用水量的大小变化的问题。通常的办法是：用量大时，增加水泵的数量或提高水泵的转动速度以保持管网中的水压不变，用水量小时又需做出相反的调节。这就是恒压供水的基本思路。这在电机速度调节技术不发达的年代是不可设想的，但今天办到这一点已变得很容易了，交流变频器的诞生为水泵转速平滑联系调节提供了方便。交流变频器是改变交流电源频率的电力电子设备，输入三相工

3、频交流点后，可以输出频率平滑变化的三相交流电。（三） 设计要求鉴于社会的需求，设计一个由三台水泵组构成的生活、消防双恒压无塔供水泵站系统。如图所示（一） ，市网自来水用高低水位控制器 EQ 来控制注水阀 YV1，自动把水注满储水水池，只要水位低于高水位，则自动往水池注水，但是当水池的水位高于高水位上限时 ，延时一段时间后，由 PLC 发出信号，关闭注水阀 YV1，等到水位低于高水位上限时，过一段时间后，再打开注水阀 YV1 继续注水（这种情况在处于消防状态时被关闭） 。水池的高、低水位信号也直接送给 PLC，作为高、低水位的报警。为了保证供水的连续性，水位上下限传感器高低距离较小。生活用水和消

4、防用水共用三台水泵，平时电磁阀 YV2 处于关闭状态，生活管网处于接通状态，电磁阀 YV3 处于失电状态，关闭消防管网，三台水泵根据生活用水的多少，按一定的控制逻辑运行，维持生活用水低恒压。当有火灾发生时，电磁阀YV3 得电，消防用水管路打开，并同时打开三台水泵供水，管路中的水压为消防用水的高恒压，生活用水管路没有关闭，生活用水的水压由减压阀控制。但是当管路中的水压低于消防用水的高恒压或水池水位已经达到水池低水位下限时，给电磁阀 YV2 通电，关闭生活用水的管路。火灾结束后，三台水泵改为为生活用水供水。EQ市网来水 YV1STHSTL水池消防用水YV3生活用水YV2减压阀1#3#2#图 1-1

5、、生活消防双恒压供水系统构成对于三台水泵生活/消防双恒压供水系统的基本要求是：（1） 、生活供水时，系统低恒压运行，消防供水时系统高恒压运行。（2） 、三台水泵根据恒压的要求，采取“先开先停”的原则接入和退出。（3） 、在用水量小的情况下（即不是在消防的情况和增开工频泵的情况） ，如果一台水泵连续运行超过三小时，则要切换到下一台水泵，即系统具有“倒泵功能” ，避免某一台水泵工作时间过长。（4） 、三台水泵在启动的时候都要具有软启动的功能。（5） 、要求完善的报警功能。（6） 、对水泵的操作要具有手动的功能，手动只在应急或检修的时候临时使用。（四） 设计步骤. 查找资料，了解和分析题目所要求具体

6、工程项目控制的过程。. 确定 I/O 点数，选择 PLC 的型号，并根据需要进行硬件系统配置。. 绘制外部 I/O 接线图及相关的电气原理图。. 编程。. 调试。. 编写设计说明书。（五） 设计说明书要求. 完整的设计任务书。. 确定 I/O 点数，选择 PLC 的型号，完成系统组态或硬件配置。. 正确合理地进行编程元件的地址分配。. 画出输入/输出接线图及相关电气原理图。 。. 设计梯形图控制程序。. 编制系统的操作说明。. 编制系统的调试说明及注意事项。. 设计体会（可选）. 参考文献.（六） 列出设计参考资料目录设计时间2015 年 6 月 15 日至 2015 年 6 月 28 日（2

7、 周）指导教师 设 计 说 明 书 可 编 程 控 制 器 课 程 设 计设 计 题 目： PLC 控制的双恒压供水水泵站 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 14 级电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院2017 年 3 月 1 日1目录目录 .11 引言 .31.1 背景 .31.2 设计内容及目的 .32 系统总体方案设计 .52.1 系统硬件配置及组成原理 .52.1.1 系统硬件配置 .52.1.2 PLC 系统的结构组成 .52.1.3 PLC 控制的双恒压供水水泵站工作原理 .62.2 系统变量定义及分配表 .72.3 系统接线图设计 .

8、83 控制系统程序设计 .103.1 控制程序流程图设计 .103.1.1 欠水位模块 .103.1.2 过水位模块 .113.2.3 手动模式模块 .123.2.4 自动控制模块 .133.2.5 水泵电机组运行模块 .143.2 控制系统的设计思路及设计程序 .153.3 创新设计内容 .184、控制系统的上位机设计 .204.1 人机界面选择 .204.2 人机界面设计 .204.2.1 通讯连接 .204.2.2 变量设置 .224.2.3 画面组态 .225、系统调试及结果分析 .265.1 PLC 程序调试及解决的问题 .265.2 PLC 与上位机联调 .2725.3 结果分析

9、.27结束语 .27参考文献 .2831 引言1.1 背景我国城市水资源存在极其匮乏且涉及面广的问题，全国城市每年缺水 60 亿 m3，每年因缺水造成经济损失约 2,000 亿元。在我国，城市水资源的需求几乎涉及到国民经济的方方面面，如工业、农业、建筑业、居民生活等，严重的缺水问题导致我国城镇现代化建设进程、GDP 的增长和居民生活水平的提高都受到了限制。为满足城市发展对于供水质量的要求，降低供水厂单位制水能耗，保证可靠、稳定地城市供水需求，需要对原有供水系统进行升级改造，将原有地取水系统和供水系统都改为恒压供水，实现对整个系统的自动化控制和计算机监测管理。目前，国内大部分城市供水系统，包括水

10、厂、生活小区、高层建筑的供水系统，能采用较为传统的供水方式。值班人员根据实际的用水量或累计的经验，通过人工的方式调节水泵电机的开停来实现简单的供水控制。用水量增大，供水压力变小时，即手动增加一台水泵；当用水量减小，供水压力变大时，则把最先运行的水泵电机关掉。这种传统的供水方式存在着许多的缺点，特别是多台水泵供水系统尤为严重：其一，由于水泵电机只能工作在额定运行和停车两种工作状态，无法为用户提供稳定可靠的供水压力，且经常会出现断水、水管崩裂、管道共振等现象。其二，由于水泵电机只能工作在工频状态，长时间高速运行，电能浪费较大，据统计，在目前传统的供水方式中，电费在水费成本中的比例高达 50%以上。

11、其三，由于人为的控制难以始终保证电机在运行过程中投切的正确性，容易导致电机在长期运行过程中磨损不均，并且增大了误操作的可能性；同时设备运行不合理，机械磨损大，造成设备使用寿命短，维修量大，设备和人工成本都较高。其四，在目前的城市生活小区、高层建筑供水系统中，基本采用高位水箱或水塔的供水方式，这样既增大了基建投资，同时也造成水资源二次污染等1.2 设计内容及目的本次的课程设计的主题就是：PLC 控制的双恒压供水水泵站。随着社会进步和发展，城市高层建筑的供水问题日益突出。一方面要求提高供水质量，不要因为压力的波动造成供水障碍；另一方面要保证供水的可靠性和安全性，在发生火灾时能够可靠供水。针对这两方

12、面的要求，新的供水和控制系统应运而生，就是 PLC 控制的双恒压供水系统。恒压供水系统保证了供水的质量，以 PLC 为主机的控制系统丰富了系统的控制功能，提高了系统的可靠性。下面以一个三水泵恒压供水系统为例说明其工艺过程。如图 1 所示，当管道中压力为正常时，三水泵中有两台工作，一台停止待用；当管道中的压力为低时，三水泵全部运行；当管道中压力为高压时，只有一台水泵运行。诺为消防状态下，则三台水泵全部工作。4管道压力高压中压低压切除 1 台水泵2 台水泵运行接通三台水泵消防状态接通三台水泵图 1-1、控制要求说明对于三台水泵生活/消防双恒压供水系统的基本要求是：（1） 、生活供水时，系统低恒压运

13、行，消防供水时系统高恒压运行。（2） 、三台水泵根据恒压的要求，采取“先开先停”的原则接入和退出。（3） 、在用水量小的情况下（即不是在消防的情况和增开工频泵的情况） ，如果一台水泵连续运行超过三小时，则要切换到下一台水泵，即系统具有“倒泵功能” ，避免某一台水泵工作时间过长。（4） 、三台水泵在启动的时候都要具有软启动的功能。（5） 、要求完善的报警功能。（6） 、对水泵的操作要具有手动的功能，手动只在应急或检修的时候临时使用。52 系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理2.1.1 系统硬件配置根据系统设计要求，PLC 需要的 I/O 口分配如下（1） 输入：总开关、手动自动切换开关

14、、水位上限模拟开关、水位下限模拟开关、1#、2#、3#水泵开关、消防状态开关、减压阀传感器开关共 9 个输入（2） 输出：系统运行状态指示、高中低压供水指示、YV1、YV2、YV3、1#、2#、3#水泵、水位上限警报、水位下限警报、减压阀工作指示共 13 个输出从上可知选择的 PLC 型号至少要有 9 入 13 出，应该选 CPU226 或者其他型号加端口扩展。但由于实验室只有 CPU224XP，14 入 10 出，输入量够用而且满足预留要求，但是输出量不够。于是输出量中用于工作情况指示的或者警报指示灯均用上位机维控触控屏。2.1.2 PLC 系统的结构组成PLC 的硬件系统结构图如图 2-1

15、 所示：电源CPU224XP输出单元输出单元通讯接口存储器扩展接口编程器人机界面总线图 2-1 PLC 系统的结构框图62.1.3 PLC 控制的双恒压供水水泵站工作原理PLC 控制的双恒压供水水泵站工作原理即通过控制水泵组电机的工作和停车的电机数量和电机工作特性来维持水管水压恒定。为维持水压恒定需要用到水压检测装置和交流电机变频器。水压测量装置可采用陶瓷电容压力传感器，测出水压值，并将压力信号转化为电信号。然后通过 A/D 转化，传输到 PLC 经过逻辑处理后发出命令到变频器。变频器通过改变电压频率来实现电机工作转速、输出功率的调节。从而实现水管水压恒定，减小水压过大造成水管损伤或者水压过小造成的供水问题，同时还有节约电能的作用。控制状态见表 2-1 所示。表 2-1 根据水压控制恒压下水泵组工作状态水泵水压1# 2# 3#状态组1 0 0 10 1 0 2高压0 0 1 31 1 0 10 1 1 2常压1 0 1 3非消防低压 1 1 1消防 高、常、低 1 1 1