基于PLC控制的供水系统设计毕业论文

基于PLC供水系统设计

引言

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：电源、中央处理单元(CPU) 、存储器、输入输出接口电路、功能模块、通信模块。可编程控制器在我国各个工业领域中得到了越来越广泛的应用，它是自动控制技术、计算机技术和通信技术三者结合的通用工业自动化装置，已成为工业自动化的三大棱柱之一。为了适应这种形势，我们选择了三菱FX1N-40MR-001系列可编程控制器编写这次设计。

本篇设计分两部分介绍了大楼物业供水系统，分别是硬件及软件设计。供水系统主要由PLC、四台水泵、压力传感器等组成。系统工作时分手动操作和自动操作，自动操作时首先由传感器把信号传给PLC，再由PLC根据水压的高低信号分析控制四台水泵的工作状态；手动操作时，可以通过各个水泵的启动停止按钮独立的工作。该系统还设有过载等保护。本设计编程软件则采用三菱公司开发的PLC编程软件GX Developer8.52。该软件适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。

本系统通过调试表明本系统能够满足设计要求并有很好的使用价值。具体说明了可编程序控制器在大楼物业供水系统中的作用。程序涉及到了大楼物业供水系统工作的绝大部分过程。最终设计完成的大楼物业供水系统具有平稳运行、节能等主要功能，整个系统的开发体现了在设计数字控制系统的稳定性、实用性

本毕业设计共有四个章节：第一章介绍了绪论；第二章介绍了可编程控制器的概述；第三章介绍了系统的硬件设计；第四章介绍了系统的软件设计，之后还有关于本次设计的结论、致谢及相关参考文献；附录部分有六个部分，分别是系统的元件明细表、PLC I/O分配表、PLC I/O接线图、供水系统电路图、系统梯形图、指令清单。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

水是人民生活必需品，但由于近些年来，随着人们生活水平的提高，大楼的层数也在不断的剧增。再加上受到输送管道和供水设施的影响，使居民的生活用水存在着自来水管网压力不足的现象，尤其是供水高峰期的高层供水尤为突出,给人们的生活带来了许多困扰。

以前为了解决用水难的问题，通常会在楼顶固定一个高位水箱，通过水箱的高度给水提供一定压力，再供给用户使用。但这种方案明显非常落后，不仅投资大而且不利于房屋的维护和抗震。上个世纪80年代后，气压供水逐渐替代了高位水箱供水。但这种供水方式依旧存在很多缺陷。

气压供水所需要的设备的主要部件是压容器，其成本高，耗钢量大，结构复杂，而且水泵功率较大，反复启动，不仅影响电网，耗费电力资源，而且严重缩短了水泵和电磁设备寿命。尤其是气压供水水压变化较大，缩短了水网，阀门，水表的使用寿命。而水压过高会导致水管爆裂，造成水资源的大量流失。而水压过低，则会造成用户供水不足或无法供水。对于工业生产和特殊用途的供水而言，供水就更显得异常重要，例如在工业生产中如突然供水不足或断水，就可能会对产品的安全卫生产生某些不良影响。而对于灭火水源来讲，供水不足则更加致命，对人民的生命财产安全造成极大隐患。

面对这些问题，供水的重要性已经不言而喻。本文的设计就是基于PLC供水系统的设计。液位检测检测水管中的水压得到的数据，通过对压力传感器对压力的监测，可以使管网中的水压自动的保持在事先设定好的压力值范围内。当用户的用水量增加时，管网中的水压下降，供水控制器通过PLC使水泵转速加快，供水量相应增多，如果一台水泵不能满足用户的供水量，那么则通过控制器加泵；当用户用水量减少时，管网中水压上升，供水控制器通过PLC使水泵转速降低，供水量减少，如水泵转速降到最低还高出所需供水量，则关闭一台水泵。简单来说就是根据用户用水量的大小，通过供水控制器对水泵的数量和转速的控制，从而使用户无论用水量的多少，管网中的水压始终能保持在设定范围内。既满足了用户供水量的要求，又不会是水泵空转，造成电能的浪费，同时避免了水箱造成的二次污染。是一种现代化的供水方案。

随着PLC技术的发展，结构简单，节省资源，抗干扰能力强，可靠高效的供

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水控制器将是高层建筑供水的研究方向。本文主要采用了由三菱FX系列PLC构成的供水控制器，通过传感器检测得到的水压信号，与设定的水压数值比较，再通过PLC来控制水泵的数量和转速，达到大楼供水的效果。

1.2 供水系统设计要求

某大楼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。其控制有如下四点：

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）。

1.3 供水系统设计思想

本系统将PLC、水泵、相应的传感器和执行机构有机地结合起来，并发挥各自优势。系统采用三个压力传感器（压力检测开关）实时监测水位的压力，采用四台水泵保证供水量的需求，采用可编程控制器（PLC）来实现系统的自动运行。这个操作方便的自动控制系统，以PLC为核心，以智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；由于水泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命；可以消除起动和停机时的水锤效应。使得系统调试和使用都十分方便，而且大大简化了水厂在管理、数据统计和分析等方面的工作量。PLC为主体构成的恒压供水系统不仅能够最大程度满足需要，其稳定安全的运行性

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能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能，将使供水实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率优质运行，降低自来水的生产成本和提高生产管理水平的目的。供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一体，通过调节电机机组工作电机的数量，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此，供水系统的实质是电动机的工作控制。电动机的控制通常使用接触器，PLC通过控制接触器来实现自动控制电机机组的电机从而实现了大楼供水。

1.4 供水系统方案确定

根据供水系统设计要求和思想可知，本供水系统主要由PLC控制单元、压力传感器、水泵机组以及低压电器组成。系统主要的设计任务是利用PLC控制单元控制多台水泵，实现管网水压的供水。

“PLC+ 水泵机组+压力传感器” 这种控制方式灵活方便。具有良好的通信接口，可以方便地与其他的系统进行数据交换，通用性强，由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同控制系统。在硬件设计上，只需确定PLC的硬件配置和I／O的外部接线，当控制要求发生改变时，可以方便地通过PC机来改变存贮器中的控制程序，所以现场调试方便。同时由于PLC的抗干扰能力强、可靠性高，因此系统的可靠性大大提高。因此该系统能适用于各类不同要求的恒压供水场合，并且与供水机组的容量大小无关。这种控制方案既有扩展功能灵活方便、便于数据传输的优点，又能达到系统稳定性及控制精度的要求，所以本次设计采用基于PLC的控制方式。

1.5 供水系统运行和原理

1.5.1 系统原理说明

根据系统的设计任务要求，结合系统的使用场所，故本次设计采用的“PLC+水泵机组+压力传感器”的控制方式。系统主要的设计任务是利用控制单元控制一台水泵或循环控制多台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的启动，同时还要能对运行数据进行传输。系统运行原理图如图1-1所示。

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