某物业供水系统水泵PLC控制设计.docx
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某物业供水系统水泵PLC控制设计
1绪论
可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，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。
当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，可编程逻辑控制器，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
一、输入采样阶段
在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。
输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
二、用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。
即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。
三、输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。
在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。
2设计任务
2.1设计目的
1．能够根据功能要求选择PLC的类型及其根据I/O点的要求选择该类PLC的型号。
2．根据所选的PLC类型，掌握该PLC的编程软件并能够利用该软件绘制设计课题的梯形图。
3．根据绘制的梯形图，编写完整的程序清单。
2.2设计内容和要求
控制要求：
某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。
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）。
画出系统动作流程图；设计外部输入、输出点（I/O）；画出PLC外部接线图；设计完整梯形图；写出完整的软件程序。
2.3设计工作内容及工作量的要求
按照任务书要求，完成课程设计说明书一份；PLC外部接线图一份；I/O编址与I/O端子接线图；PLC实验梯形图一份；PLC实验程序清单一份。
3设计内容
3.1设计方案的选择
由设计内容和要求可知，本设计需要用到四台水泵，水泵的型号都为：
J02-41-4，4.0kw，1440转/分，380v，8.4A。
在设计主电路时水泵以电动机代替，图中的KM为接触器线圈，FR为热继电器，主电路并设有短路过载保护。
3.2硬件电路设计
3.2.1硬件主电路设计
图3.2硬件设计主电路图
3.2.2I/O点分配表
本设计的控制部分由PLC完成，由于本系统控制分手动和自动运行，手动运行时，每台水泵分别有启动和停止开关输入，自动运行时，需要有自动运行/停止开关输入，水压判断开关以及保护输入等，还有四个水泵输出。
PLC的I/O点分配表如表3.3.2所示
输入点
对应信号
输入点
对应信号
输出点
对应信号
X0
自动/手动切换
X11
自动启动/停止
Y0
供水水泵1
X1
手动启动泵1
X12
低压开关K1
Y1
供水水泵2
X2
手动停止泵1
X13
水压正常反馈K2
Y2
供水水泵3
X3
手动启动泵2
X14
高压开关K3
Y3
供水水泵4
X4
手动停止泵2
X15
泵1的过载保护
X5
手动启动泵3
X16
泵2的过载保护
X6
手动停止泵3
X17
泵3的过载保护
X7
手动启动泵4
X20
泵4的过载保护
X10
手动停止泵4
表3.3.2I/O地址分配表
3.3.3I/O外部接线图
图3.3.3I/O外部接线图
4电气元件选择
元件
数量（个数）
型号
PLC
1
三菱机电FX2N--24M
三相异步电动机
4
J02-41-4，4.0KW
熔断器
5
RL6-60
接触器
4
3TB43
热继电器
4
DH48S
开关
3
M301583
按钮
18
LA4-3A
5软件设计
5.1流程图设计
5.2软件图设计
5.2.1梯形图设计
5.2.2指令表
6程序分析
本系统主要分为手动运行和自动运行两部分，在编程过程中将本系统主要分为三大模块：
手动运行模块（P0）、自动运行模块（P1）、输出模块（P2）。
在系统一上电情况下首先通过判断自动/手动开关X0，判断是进入手动模块（P0）还是进入自动模块（P1），X0为ON表示手动，OFF表示自动。
然后进入相应的模块执行程序。
手动模块，当进入手动模块后，X1是泵1的手动启动开关，X2是泵1的手动停止开关；X3是泵2的手动启动开关，X4是泵2的手动停止开关；X5是泵3的手动启动开关，X6是泵3的手动停止开关；X7是泵4的手动启动开关，X10是泵4的手动停止开关；可以通过上述开关相对独立的对单台水泵进行通断电控制。
自动模块，当进入自动模块后，在自动运行模块还设有自动运行停止开关X11（ON表示运行，OFF表示停止），在X11为ON的情况下，系统首先判断四台水泵的运行状态，如四台水泵都没工作则将自动把第一台水泵打开，其中M20、M21、M22、M23分别是四台水泵自动运行的标志，然后再通过压力传感器判断水压的高低，在系统中X12表示低压，X13表示水压正常、X14表示水压高。
水压低/高的时候延时30秒，增加/减少一台水泵工作，增加的顺序是没工作过的优先增加本程序为了满足这个要求采用的是四台水泵按M20—M21—M22—M23—M20的顺序依次循环启动或停止，这样就能满足没工作过的优先则加和工作过的优先停止的要求。
其次在选择增加那个水泵时考虑到PLC工作室扫描程序遵受从上到下从左到右的原则，为了避免上面程序对下面产生的影响对结果产生影响，在设计过程中对于水压低需要加泵时先写四台水泵同时工作的情况，然后逐次减一到只有一台工作；对于水压高需要减泵时先从一条水泵工作，然后逐次加一到四台全工作这样就能满足上述要求。
每次当自动模块执行完之后程序跳到公共输出模块执行。
输出模块，在输出模块中，M0、M20别是泵1的手泵和自动运行标志，X15是泵1的过载保护；M1、M21别是泵2的手泵和自动运行标志，X16是泵2的过载保护；M2、M22别是泵3的手泵和自动运行标志，X17是泵3的过载保护；M3、M23别是泵4的手泵和自动运行标志，X20是泵4的过载保护。
7总结
对于课程设计的内容，首先要做的应是对设计内容的理论理解，在理论充分理解的基础上，才能做好课程设计，才能设计出性能良好的电路。
在这次课程设计过程中，碰到的难题就是对于课程的分析，因为在学习中没能很好的系统的总结相关知识。
在整个课程设计中贯穿的设计理解过程没能很好的把握。
在今后的学习中要认真总结经验，对电气可编程控制器课程进行补充，为以后深入的学习专业知识做铺垫。
物业供水系统有着很明显的实际应用功能，通过该课程设计使我认识到了PLC在现实中的应用是那么的广泛和实际，实现自动控制不可缺少的一部分。
在以后的工作和学习中要继续钻研该学科，努力使自己对该门课程有更好的理解和应用。
参考文献
[1]贾德胜.PLC应用开发实用子程序.人民邮电出版社.2006
[2]于庆广.可编程控制器原理及系统设计.清华大学出版社.2004
[3]张进秋.可编程控制器原理及应用实例.机械工业出版社.2004
[4]吴作明.PLC开发与应用实例详解.北京航空航天大学出版社.2007
致谢
能够顺利完成这次的课程设计任务，首先要感谢老师在上课时的细致讲解，，这对我作设计电路时起了基础性的作用，也是至关重要的作用。
其次要感谢学校提供给我们这次独立完成课程设计的机会，感谢帮助我们完成课程设计任务的老师，再次感谢在这次课程设计中所有帮助过我的老师、同学，谢谢你们！
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