双恒压供水水泵站PLC控制解读.docx

1、双恒压供水水泵站PLC控制解读1 前言随着社会的发展和进步，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；另一方面要求保证供水的可靠性与安全性，在发生火灾时能可靠供水。针对这两方面的要求，旧的供水方式和控制要求，即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已经满足不了需求。旧的控制方式中，当用水量增大，即手动增加一台水泵；当用水量减小，则把最先运行的水泵关停。这种传统的供水方式存在着许多缺点，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，无法为用户提供可靠稳定的供水压力，且系统完全依赖于人工操作来控制

2、，因而供水质量受人为因素影响较大。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，长期高速运行，电能浪费比较大。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次序的正确性，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，同时也造成了水资源的二次污染。新的供水方式和控制系统应运而生，这就是PLC控制的恒压供水系统。恒压供水系统保证了供水的质量，以PLC为主

3、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。因而我们选择 “双恒压供水水泵站PLC控制”，作为课程设计的课题。1.1设计的工艺流程如下图1所示，当管道中的压力为正常时，三台水泵中有两台运行，一台停止待用：当管道中的压力位为压时，三台水泵全部运行；当管道中的压力为高压时，只有一台水泵运行。2 PLC的简介2.1 PLC的产生和定义20世纪20年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家熟悉的传统的继电器控制系统。由于它结构简单，容易掌握，价格便宜，能满足大部分场合电气顺序逻辑控制的要求，因而在工业控制领域中一直占据主

4、导地位。但是继电器控制系统具有明显的缺点：设备体积大、可靠性差、动作速度慢、功能弱。难以实现较复杂的控制；特别是由于它是靠硬件连线逻辑构成的系统，接线复杂繁琐，当生产工艺火堆需要改变时，原有的接线和控制柜就要更换，所以通用性和灵活性较差。到20世纪60年代，由于小型计算机的出现和大规模生产的发展，人们曾试图用小型计算机来实现工业控制的要求；但由于价格很高，输入、输出电路信号及容量不匹配、编程技术复杂等原因，一直未能得到推广使用。1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用公司（GM）对新的汽车流水线控制系统提出的具体要求，研制开发出世界上第一台可编程序控制器，型号为。人们把它称做可编程控制

5、器（ProgrammableLogic ）简称PLC。一直在飞速发展中，因此到现在为止，还未能对其下一个十分确切的定义。国际电工委员会曾于年月颁发了可编程控制器标准草案第一稿，年月发表了第二稿，年月颁布了第三稿。终稿中对可编程控制器的定义是：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程；而有关的外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，抑郁扩充其功能的原则设计。2.2 PLC的应用目前，世界上有多厂家生产多种PLC产品，应

6、用在汽车、粮食加工、化学/制药、金属/矿山、纸浆/造纸等行业。PLC的主要应用范围通常可分成以下几种：（1） 中小型单机电气控制系统这是PLC应用最广泛的领域，例如塑料机械、印刷机械、包装机械、组合机车、磨床、电镀流水线及电梯控制等。这些设备对控制要求大都属于逻辑顺序控制，所以这也是最适合的使用领域。在这里PLC用来取代传统的继电器顺序控制，应用于单机控制、多机群控等。（2）制造业自动化 制造业是典型的工业类型之一，在该领域主要对物体进行品质处理、形状加工、组装，以位置、形状、力、速度等机械量和逻辑控制为主。由于性能的提高和通信能力的增强，使得它在制造领域中的大型控制系统中也占绝对的主导地位。

7、（3）运动控制为适应高精度的位置控制，现在的制造商为用户提供了功能完善的运动控制功能。形状工业自动化领域基于的运动控制系统和其他的控制手段相比，功能更强、装置体积更小、价格更低，速度更快、操作更方便。（4）流程工业自动化流程工业是工业类型中的重要分支，如电力、石油、化工、造纸等，其特点是对物体（气体、液体为主）进行连续加工。过程控制系统中以压力、流量、温度、物体等参数进行自动调节为主，大部分场合还有防爆要求。2.2 PLC的系统组成（1）PLC的结构PLC的类型繁多功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。

8、PLC的硬件系统结构如图2所示（2）PLC的各组成元素的构成及功能 （2.1） CPU的构成及功能-CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。 （2.2）I/O模块-PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分I/O完成的。I/O种类有开关量输入DI，开关量输出DO，模拟量输入AI，模拟量输出AO等。 （2.3）内存-内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 （2.4）电源模块-PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时有的还为输入电路提供24V的工

9、作电源。电源输入类型有交流电源220VAC或110VAC直流电源，常用的为24VAC。 （2.5）底板或机架-大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是电气上实各模块间的联系使CPU能访问底板上的所有模块机械上实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。 （2.6）PLC系统的其它设备-编程设备人机界面输入输出设备。 （2.7）PLC的通信联网-依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。2.4 PLC的工作原理及特点（1）PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时12CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号或

10、地址号作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。 PLC在输入采样阶段，首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中即刷新输入。随即关闭输入端口进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段，按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执

11、行而改变。输出刷新阶段，当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式继电器、晶体管或晶闸管、输出驱动相应输出设备工作。 （2）PLC的特点 现代工业生产过程是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。PLC专为工业控制应用而设计一经出现就受到了广大工程技术人员的欢迎。其主要特点有：抗干扰能力强 可靠性高；控制系统结构简单 通用性强；编程方便，易于使用；功能强大，成本低；设计、施工、调试的周期短；维护方便。.系统硬件设计.主电路的设计下图5所示为电控系统主电路。三台电机分别为MA1、MA2、MA3。接触器QA1、QA2、QA3分别控制MA1、MA2、

12、MA3的运行，BB1、BB2、BB3分别为三台水泵电动机过载保护用的热继电器，QA0为主电源电路总开关。.控制电路的设计下图6所示为电控系统控制电路图。启动开关SF1闭合，三台水泵电动机按1#、2#、3#顺序起动，启动完成后，远程的压力传感器传来压力信号，如果压力信号是常压信号，开关BG1闭合，进入CPU控制电机的运行，即有两台水泵电动机运行1#、2#，一台停止待用3#，两小时后先启动的1#水泵关闭，停止待用的3#启动运行，按同样的方式依次1#、2#、3#顺序切换。正常压力下得持两台水泵运行，切换时总是切除运行时间最长的那台水泵。当压力传感器传来低压信号时，开关BG2闭合，BG1断开，停止待用

13、的水泵立即投入运行，即三台水泵全部运行，待压力传感器传来常压信号时，BG1闭合，BG2断开。将运行时间最长的那台水泵停止待用。当压力传感器传来高压信号时，BG3闭合BG1断开，停止运行时间长的那台水泵，即只有一台水泵运行，待压力传感器传来常压信号时，使最先停止待用的水泵投入运行。 软件设计.系统流程图（）根据设计要求画出如下的主程序流程图：（）中断，低压处理流程图：（）中断，高压处理流程图：4.2 地址分配表及PLC的CPU型号4.3 根据设计要求编写的恒压供水的水泵控制梯形图4.4 实验数据分析5 总结通过这次的PLC课程设计，我学到了更多的知识，对电气控制及PLC技术了解更加深入，并且掌握

14、了更加多的、更深层次的知识。据我了解到，在我国工业生产过程中，电气控制及PLC技术方面的运用还不广泛，大多数停留在继电器控制等简单的控制系统，继电器控制技术和电气控制及PLC技术相比，电气控制及PLC技术有着突出的众多优点，我国工业生产想要快速发展就必须淘汰旧的控制技术，运用新技术进行改革。由于是第一次将PLC课本原理内容应用实践当中，缺乏实践经验，难免有许多考虑不周全的地方，还望老师能指出，我们定将虚心接纳，积极改正。 附录一附录二附录三 参考文献1 曾繁玲. 施耐德PLC、变频器入门与应用实训M.中国电力出版社.20112 王阿根. 电气可编程控制原理与应用M. 清华大学出版社.20103 郭纯生. 可编程序控制器编程实战与提高M. 电子工业出版社.20064 谢克明;夏路易. 可编程控制器M. 电子工业出版社.20035 王永华. 现代电气控制及PLC应用技术M.北京:北京航空航天大学出版社，2008