双恒压无塔水泵供水.docx
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双恒压无塔水泵供水
燕山大学
课程设计说明书
题目：
PLC控制的双恒压供水水泵站
学院（系）：
电气工程学院
年级专业：
10级自动化仪表
学号：
************
**********
*******
教师职称：
副教授
燕山大学课程设计（论文）任务书
院（系）：
电气工程学院基层教学单位：
自动化仪表
学号
学生姓名
专业（班级）
设计题目
PLC控制的双恒压供水水泵站
设
计
技
术
参
数
（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。
设
计
要
求
设计说明书包括：
1、设计题目内容
2、设计过程和有关说明
3、绘制电气原理图：
包括主电路、控制电路、PLC硬件电路、I/O接口表
4、PLC控制程序（梯形图和指令表）
5、调试结果
6、参考资料
7、心得体会
工
作
量
一周
工
作
计
划
1、查阅资料进行设计准备；
2、设计PLC状态转移图和步进梯形图；
3、调试程序、验证设计；
4、撰写课程设计说明书书；
参
考
资
料
《PLC电气控制技术》，漆汉宏主编，机械工业出版社，2006年
《FX系列PLC编程及应用》，寥常初主编，机械工业出版社，2004年
其他资料
指导教师签字
韩立强
基层教学单位主任签字
谢平
说明：
此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
2013年7月2日
燕山大学课程设计评审意见表
指导教师评语：
成绩：
指导教师：
年月日
答辩小组评语：
成绩：
评阅人：
年月日
课程设计总成绩：
答辩小组成员签字：
年月日
目录…………………………………………………………………………
摘要…………………………………………………………………………
第一章设计题目及内容…………………………………………………
第二章PLC控制技术介绍………………………………………………
第三章设计过程及说明……………………………………………………
3.1GX-Developer8简介…………………………………………
3.2MicrosoftVisio2007简介……………………………………
第四章设计过程及说明………………………………………………
4.1输入输出I/O接口表……………………………………
4.2状态转移图………………………………………………
4.3步进梯形图………………………………………………
4.4步进指令表………………………………………………
4.5电气原理图………………………………………………
第五章调试结果……………………………………………………
5.1生活用水工作模式调试结果………………………………
5.2水泵的手动模式调试结果………………………………
5.3消防系统模式调试结果………………………………
第六章心得体会………………………………………………
参考资料………………………………………………………………
摘要
我国是一个水资源和电能短缺的国家，长期以来市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后。
传统的维持管路的水压是建造水塔，但是建造水塔需要发费财力，水塔还会造成水的二次污染。
在水资源十分严峻的形势下，节约用水迫在眉睫。
建立节水型社会，进而促进节水型社会的建立已经成为保证水资源可持续利用的必然要求。
本文介绍了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。
该系统充分利用交流变频调速技术和PLC技术合理设计变频恒压供水设备，对降低成本、节约能源、提高供用水质量，有非常重要的意义。
随着电力电子及计算机技术的发展，双恒压无塔供水泵站由于具有造价低、施工简单、节能效果显著、高效节能、自动可靠、无二次污染等优点而得到了广泛的应用。
关键词：
PLC，双恒压供水，高效节能
第一章设计题目及内容
设计题目：
PLC控制的双恒压供水水泵站
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，输入三相工频交流点后，可以输出频率平滑变化的三相交流电。
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。
图
（一）、生活消防双恒压供水系统构成
二、系统的控制要求
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。
第二章PLC控制技术介绍
可编程控制器是60年代末在继电器系统上发展起来的，当时称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC。
它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术，用面向控制过程、面向用户的简单编程语句，适应工业环境，是简单易懂，操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制器，是当代工业自动化的主要支柱之一。
可编程控制器具有丰富的输入/输出接口，并具有较强的驱动能力，但它的产品并不针对某一具体工业应用，其灵活标准的配置能够适应工业上的各种控制。
在实际应用中，其硬件可根据实际需要选用配置，其软件则需要根据要求进行设计。
可编程逻辑控制器，采用的是计算机的设计思想，最初主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算。
随着微电子技术计算机技术和通信技术的发展，以及工业自动化控制愈来愈高的需求，PLC无论在功能上、速度上、智能化模块以及联网通信上，都有很大的提高。
现在的PLC已不只是开关量控制，其功能远远超出了顺序控制、逻辑控制的范围，具备了模拟量控制、过程控制以及远程通信等强大功能。
第三章设计应用软件介绍
3.1GX-Developer8简介
GXDeveloper是三菱PLC的编程软件。
适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。
支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。
使用过程：
（1）启动编程软件GXDeveloper，创建一个新工程。
（2）编写设计好的梯形图。
（3）可以通过菜单栏启动仿真（也可以通过快捷图标启动仿真）
（6）启动仿真后，程序开始在电脑上模拟PLC写入过程。
（7）点击菜单启动一栏中的继电器内存监视—时序图启动，观察波形图。
并经过调试，得出结果。
3.2MicrosoftVisio2007简介
OfficeVisio2007便于画图人员就复杂信息、系统和流程进行可视化处理、分析和交流。
使用具有专业外观的OfficeVisio2007图表，可以促进对系统和流程的了解，深入了解复杂信息。
使用OfficeVisio2007，可以通过多种图表，包括业务流程图、
网络图、工作流图表、数据库模型和软件图表等直观地记录、设计和完全了解业务流程和系统的状态。
通过使用OfficeVisioProfessional2007将图表链接至基础数据，以提供更完整的画面，从而使图表更智能、更有用。
我们首先在纸上手画出本系统的状态转移图和电气原理图，然后就上机启动MicrosoftVisio2007软件，画出图形，使图形更为美观，规范。
第四章设计过程及说明
4.1输入输出I/O接口表
根据设计题目内容，提取所需的输入控制量和输出量，并列出输入输出I/O接口表（如下）。
输入
功能
输出
功能
X100
总开关
Y000
报警信号
X001
高水位传感器
Y002
注水信号
X002
低水位传感器
Y005
水泵1
X004
测压传感器
Y006
水泵2
X005
手动水泵1
Y007
水泵3
X006
手动水泵2
Y010
消防用水
X007
手动水泵3
Y011
减压阀
X003
消防信号
Y012
生活用水
X011
消防停止
4.2状态转移图
以下是设计好的状态转移图。
含有系统的自动控制和手动控制模块；生活用水和消防用水模块。
低水位和高水位检测模块。
我们采用并行分支和选择性分支的设计思路。
设计要求：
FX2n系列PLC并行分支的支路数不超过8条，初始状态对应的并行支路不超过十六条。
4.3步进梯形图
4.4步进指令表
4.5电气原理图
图中，3台电动机分别为M1、M2、M3；接触器KM1、KM3、KM5；接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3的变频运行状态；FR1、FR2、FR3分别为3台电动机过载保护热继电器；QS2、QS3、QS4分别为3台电动机主电路的隔离开关。
根据输入输出分配表连接PLC硬件电路
输入
功能
输出
功能
X100
总开关
Y000
报警信号
X001
高水位传感器
Y002
注水信号
X002
低水位传感器
Y005
水泵1
X004
测压传感器
Y006
水泵2
X005
手动水泵1
Y007
水泵3
X006
手动水泵2
Y010
消防用水
X007
手动水泵3
Y011
减压阀
X003
消防信号
Y012
生活用水
X011
消防停止
第五章调试结果
5.1生活用水工作模式调试结果
满足以下要求：
1）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一段时间，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。
2）当水池的水位高于高水位上限时，报警并延时延时一段时间后，由PLC发出信号，停止注水；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。
5.2水泵的手动模式调试结果
满足以下要求：
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。
5.3消防系统模式调试结果
满足一下要求：
1）当有火灾发生时，消防用水管路打开，同时三台水泵供水，2）生活用水管路没有关闭，生活用水的水压由减压阀控制。
3）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，关闭生活用水的管路。
4）火灾结束后，三台水泵改为为生活用水供水。
第六章心得体会
PLC技术是一门实践性非常强的技术。
这次课程设计本次课设的题目是PLC控制的双恒压供水水泵站，从题目看来是一个很有实际意义的解决城市生活用水的实例，于是我们就需要将理论课上所学的知识灵活运用到实际问题中。
使我们体会到了PLC的实用性。
在理论课上，我们也曾经解决过一些相对于简单的PLC设计题，但我们完成的只是三部分，一、根据要求列出输入输出表，二、画出状态转移图，三、编制梯形图程序。
而课程设计中，我们需要将梯形图程序利用GX-Developer8软件编制出来，而且还要启动监控程序，调出并启动时序图检测逻辑关系是否正确。
于是，GX-Developer8软件编程也成为了实现系统较为关键的一步。
起初在使用GX-Developer8学习编程感觉有些困难，但是，在自己不断摸索和与同学交流的过程中也渐渐熟悉起来。
这次梯形图程序有将近200行，对于很少上机敲程序的我也是一次挑战，过程中也需要不断改动，调试，每一步都认真对待，锻炼了自己的实际操作能力。
这次课程设计中，我们小组四名成员都团结协作，经常一起交流讨论，提供不同的思路，解决一个有一个的问题，使本次课程设计能够按时完成任务。
在这里表示对其他三位小组成员的感谢，同时，还要感谢老师在这一周时间里的陪伴和指导。
总之，珍惜这次课程设计给我带来的收获，为以后学习和工作提供更有利的帮助。
参考资料
[1]漆汉宏PLC电气控制技术机械工业出版社2006年
[2]寥常初FX系列PLC编程及应用机械工业出版社2004年
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