水泵供水壓力的plc調(diào)節(jié)--機(jī)電課程設(shè)計

1、<p>　　學(xué)生課程設(shè)計（論文）</p><p>　　題 目： 水泵供水壓力的PLC調(diào)節(jié) </p><p>　　學(xué)生姓名： xxxx 學(xué) 號：xxxxxxx</p><p>　　所在院(系)： 機(jī)電工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 <

2、/p><p>　　班 級： 2007級機(jī)械電子1班 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： xxxxx 職稱： 副教授 </p><p>　　2010年 12月 24 日</p><p><b>　　xxxx</b></p><p>　　1 水泵控制任務(wù)描述</p

3、><p><b>　　1.1控制任務(wù) </b></p><p>　　如圖1.1所示為一恒壓供水系統(tǒng)，有四臺水泵。要求主管道壓力恒定在一個正常范圍之內(nèi)。其中各個泵可以自動依次切換，即按一定順序接通或斷開。</p><p>　　其主管道壓力通過管道末端壓力傳感器測得，當(dāng)壓力過高時高電位指示燈亮，當(dāng)壓力過低時低電位指示燈亮。</p>&l

4、t;p>　　圖1.1水泵圖控制示意圖</p><p><b>　　系統(tǒng)控制要求如下：</b></p><p>　　當(dāng)主管道壓力低于正常壓力5s后，接通水泵的開關(guān)脈沖，增加一個工作泵，主管道壓力增高。</p><p>　　當(dāng)主管道壓力高于正常壓力5s后，切除水泵的開關(guān)脈沖，減少一個工作泵，主管道壓力降低。</p><p&

5、gt;　　所有水泵的運(yùn)行時間和接通頻率盡可能一致。</p><p>　　當(dāng)需要切除水泵時，先將運(yùn)行時間最長的那臺水泵切除；當(dāng)需要接通水泵時，先要將休息時間最長的那臺水泵接通。</p><p><b>　　1.2任務(wù)分析</b></p><p>　　主管道的壓力為整個控制系統(tǒng)的輸出，其壓力控制示意圖如圖1.2所示：</p><

6、p>　　圖1.2水泵圖控制示意圖</p><p>　　當(dāng)主管道壓力升高超出正常壓力范圍時，執(zhí)行關(guān)閉開關(guān)操作；當(dāng)其壓力低于正常壓力范圍時，執(zhí)行打開開關(guān)操作。這是系統(tǒng)的主要工作過程。然后是對泵的切換順序的控制，即當(dāng)需要切除水泵時，先將運(yùn)行時間最長的那臺水泵切除；當(dāng)需要接通水泵時，先要將休息時間最長的那臺水泵接通。</p><p>　　課程設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師成績評定表</p>

7、<p>　　摘要：近年來我國中小城市發(fā)展迅速，集中用水量急劇增加。在用水量高峰期時供水量普遍不足，造成城市公用管網(wǎng)水壓浮動較大。由于每天不同時段用水對供水的水位要求變化較大，僅僅靠供水廠值班人員依據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行人工手動調(diào)節(jié)很難及時有效的達(dá)到目的。這種情況造成用水高峰期時水位達(dá)不到要求，供水壓力不足，用水低峰期時供水水位超標(biāo)，壓力過高，不僅十分浪費(fèi)能源而且存在事故隱患（例如壓力過高容易造成爆管事故）。</p>&l

8、t;p>　　隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，城市高層建筑的供水問題日益突出。一方面要求提高供水質(zhì)量，不要因為壓力的波動造成供水故障；另一方面要求保證供水質(zhì)量的可靠性和安全性，在發(fā)生火災(zāi)時能夠可靠供水。恒壓供水保證了供水的質(zhì)量，以PLC為主機(jī)的控制系統(tǒng)滿足了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC 恒壓供水 </p><p>　　Based on PLC con

9、trol constant pressure water supply design</p><p>　　water pump control</p><p>　　Abstract：In recent years our country small and medium-sized town and cities development was rapid, centralized wat

10、er consumption sharp growth. When water consumption peak time volume of diversion universal insufficient, causes the urban public pipe network hydraulic pressure fluctuation to be big. Because the different time interval

11、 water used is every day big to the water supply water level request change, depends merely for the water works attendants to carry on the manual manual regulation ba</p><p>　　Along with society's develo

12、pment and the progress, the urban high-rise construction's water supply question is day by day prominent. On the one hand requests to improve the water supply quality, does not want, because the pressure fluctuation

13、creates the water supply breakdown; On the other hand the request guarantee water supply quality's reliability and the security, in has time the fire can supply water reliably. In view of these two aspect's reque

14、st, the new water supply and the control syst</p><p>　　Keywords：PLC constant pressure water</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、緒論......................................

15、........................ 1</p><p>　?。ㄒ唬┤蝿?wù)來源......................................................... 1</p><p>　　（二）工藝過程......................................................... 1</p><

16、p>　?。ㄈ┫到y(tǒng)控制要求..................................................... 2</p><p>　　（四）方案比較......................................................... 2</p><p>　　二、PLC簡介..............................

17、............................. 4</p><p>　　（一）PLC的產(chǎn)生和定義.................................................. 4</p><p>　?。ǘ㏄LC的應(yīng)用........................................................ 5</p>

18、<p>　　（三）PLC的系統(tǒng)組成.................................................... 5</p><p>　?。ㄋ模㏄LC的工作原理及特點............................................... 6</p><p>　　三、方案分析.............................

19、.............................7</p><p>　?。ㄒ唬LC的選取.......................................................7</p><p>　?。ǘU(kuò)展模塊的選取...................................................9</p><

20、;p>　　（三）系統(tǒng)整體設(shè)計分析...................................................9</p><p>　　四、系統(tǒng)硬件設(shè)計................................................. .... 11</p><p>　　（一）主電路圖...............................

21、......................... 11</p><p>　　（二）控制電路圖...................................................... 11</p><p>　　五、軟件設(shè)計......................................................... 13</p><

22、;p>　?。ㄒ唬┫到y(tǒng)流程圖...................................................... 13</p><p>　?。ǘ┑刂贩峙浔砑癙LC的CPU型號........................................ 16</p><p>　?。ㄈ└鶕?jù)設(shè)計要求編寫的恒壓供水的水泵控制梯形圖（見附錄）...........

23、...... 16</p><p>　　（四）實驗數(shù)據(jù)分析.....................................................16</p><p>　　六、總結(jié)與體會.......................................................17</p><p>　　謝辭............

24、.................................................... 19</p><p>　　附錄................................................................ 19</p><p>　?。ㄒ唬┖銐汗┧乃每刂铺菪螆D...................................

25、....... 20</p><p>　?。ǘ┏绦蛘f明....................................................... 23</p><p>　　參考文獻(xiàn)............................................................ 26</p><p><b>　

26、　一、緒論</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┤蝿?wù)來源</b></p><p>　　據(jù)最新資料顯示在全國的666個城市中有340個不同程度缺水，其中嚴(yán)重缺水的達(dá)118個，在32個百萬人口以上的特大城市中，有30個城市長期受缺水的困擾，特別是水資源短缺地區(qū)的城市，水的供需矛盾尤為突出。由于供水不足，城市工業(yè)每年的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2300億元，同時給城市居民

27、生活造成許多困難和不便，成為城市社會中的一種隱患。為滿足城市發(fā)展對于供水質(zhì)量的要求，降低供水廠單位制水能耗，保證可靠、穩(wěn)定地城市供水需求，需要對原有供水系統(tǒng)進(jìn)行自動化改造，將原有的取水系統(tǒng)和供水系統(tǒng)都改為恒壓供水系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的自動化控制和計算機(jī)監(jiān)測管理。</p><p>　　目前，國內(nèi)大部分城市供水系統(tǒng)，包括水廠、生活小區(qū)、高層建筑的供水系統(tǒng)，仍采用較為傳統(tǒng)的供水方式。值班人員根據(jù)實際的用水量或累積的經(jīng)驗

28、，通過人工的方式調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的開停來實現(xiàn)簡單的供水控制。當(dāng)用水量增大，供水壓力變小時，即手動增加一臺水泵;當(dāng)用水量減小，供水壓力變大時，則把最先運(yùn)行的水泵電機(jī)關(guān)停。這種傳統(tǒng)的供水方式存在著許多缺點，特別是多臺水泵供水系統(tǒng)尤為嚴(yán)重:其一，由于水泵電機(jī)只能工作在額定運(yùn)行和停車兩種工作狀態(tài)，無法為用戶提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，且系統(tǒng)完全依賴于人工操作來控制，因而供水質(zhì)量受人為因素影響較大，無法為用戶提供穩(wěn)定的供水壓力，且經(jīng)常會出現(xiàn)斷水、水管崩裂

29、、管道共振等現(xiàn)象。其二，由于水泵電機(jī)只能工作在工頻狀態(tài)，長期高速運(yùn)行，電能浪費(fèi)較大，據(jù)統(tǒng)計，在目前傳統(tǒng)的供水方式中，電費(fèi)在水費(fèi)成本中的比例高達(dá)50%以上。其三，由于人為的控制難以始終保證電機(jī)在運(yùn)行過程中投切次序的正確性，容易導(dǎo)致電機(jī)在長期運(yùn)行過程中磨損不均，并且增大了誤操作的可能性;同時設(shè)備運(yùn)行不合理，機(jī)械磨損大，造成設(shè)備使用壽命短，維修量大，設(shè)備和人工成本都較高。其四，在目前的城市生活小區(qū)、高層建筑供水系統(tǒng)中，基本采用高位</p

30、><p><b>　?。ǘ┕に囘^程</b></p><p>　　隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，城市高層建筑的供水問題日益突出。一方面要求提高供水質(zhì)量，不要因為壓力的波動造成供水障礙；另一方面要求保證供水的可靠性和安全性，在發(fā)生火災(zāi)時能夠可靠供水。針對這兩方面的要求，新的供水方式和控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，這就是PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)。恒壓供水系統(tǒng)保證了供水的質(zhì)量，以PLC為主機(jī)的控制

31、系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　主管道的壓力為整個控制系統(tǒng)的輸出，其壓力控制示意圖如圖1所示：</p><p>　　圖1水泵圖控制示意圖</p><p>　　當(dāng)主管道壓力升高超出正常壓力范圍時，執(zhí)行關(guān)閉開關(guān)操作；當(dāng)其壓力低于正常壓力范圍時，執(zhí)行打開開關(guān)操作。這是系統(tǒng)的主要工作過程。然后是對泵的切換順序的控制，即當(dāng)需要切除水泵時，先

32、將運(yùn)行時間最長的那臺水泵切除；當(dāng)需要接通水泵時，先要將休息時間最長的那臺水泵接通。</p><p><b>　?。ㄈ┫到y(tǒng)控制要求</b></p><p>　　當(dāng)主管道壓力低于正常壓力5s后，接通水泵的開關(guān)脈沖，增加一個工作泵，主管道壓力增高。</p><p>　　當(dāng)主管道壓力高于正常壓力5s后，切除水泵的開關(guān)脈沖，減少一個工作泵，主管道壓力降

33、低。</p><p>　　所有水泵的運(yùn)行時間和接通頻率盡可能一致。</p><p>　　當(dāng)需要切除水泵時，先將運(yùn)行時間最長的那臺水泵切除；當(dāng)需要接通水泵時，先要將休息時間最長的那臺水泵接通。</p><p><b>　?。ㄋ模┓桨副容^</b></p><p><b>　　1.控制方案的選擇</b>&

34、lt;/p><p>　　控制系統(tǒng)一般有兩種：一是用繼電器控制系統(tǒng)；繼電器控制系統(tǒng)雖有較好的抗干擾能力，但用了大量的機(jī)械觸點，使設(shè)備連線復(fù)雜，且觸點在開閉時易受電弧的損壞，壽命短，系統(tǒng)可靠性差；二是用PLC控制系統(tǒng)；PLC的梯形圖與傳統(tǒng)的電氣原理圖非常相似，信號的輸入/輸出形式及控制功能基本上也是相同的；但PLC的控制與繼電器的控制有根本的不同之處，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p>&l

35、t;b>　　（1）控制邏輯</b></p><p>　　繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，利用繼電器機(jī)械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)，及時間繼電器等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能都很困難。而PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需要改變程序即可，故稱做“軟接線”，因此靈活性和擴(kuò)展性都很好。</p>&l

36、t;p><b>　　（2）工作方式</b></p><p>　　電源接通時，繼電器控制線路中各繼電器同時都處于受控狀態(tài)，即該吸合的都應(yīng)吸合，不該吸合的都因受某種條件的限制不能吸合，它屬于并行工作方式。而PLC的控制邏輯中，各內(nèi)部器件都處于周期性循環(huán)掃描過程中，各種邏輯、數(shù)據(jù)輸出的結(jié)果都是按照在程序中的前后順序計算得出的，所以它屬于串行工作方式。</p><p>

37、　　（3）可靠性合可維護(hù)性</p><p>　　繼電器控制邏輯使用了大量的機(jī)械觸點，連線也多。觸點開閉時會受到電弧的損壞，并有機(jī)械磨損，壽命短，因此可靠性合可維護(hù)性差。而PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點的半導(dǎo)體電路來完成，體積小、壽命長、可靠性高。</p><p><b>　?。?）控制速度</b></p><p>　　繼電器控制邏

38、輯依靠觸點的機(jī)械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，觸點的開閉動作一般在幾十毫秒數(shù)量級。另外，機(jī)械觸點還會出現(xiàn)抖動問題，而PLC時由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制，屬于無觸點控制，速度極快，一般一條用戶指令的執(zhí)行時間在微秒數(shù)量級，且不會出現(xiàn)抖動。</p><p><b>　?。?）定時控制</b></p><p>　　繼電器控制邏輯利用時間繼電器進(jìn)行控制。一般來說，時間繼電器

39、存在定時精度不高，定時范圍窄，而且受環(huán)境濕度和溫度變化的影響，調(diào)整時間困難等問題。PLC使用半導(dǎo)體集成電路做定時器，時基脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高，且定時時間不受環(huán)境的影響，用戶可根據(jù)需要在程序設(shè)定時間，然后由軟件來控制定時時間。</p><p><b>　?。?）設(shè)計合施工</b></p><p>　　使用繼電器控制邏輯完成一項控制工程，其設(shè)計、施工、調(diào)試必須

40、依次進(jìn)行，周期長，而且修改困難。工程越大，這一點就越突出。而用PLC完成一項控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計完成以后，現(xiàn)場施工和控制邏輯的設(shè)計（包括梯形圖設(shè)計）可以同時進(jìn)行，周期短，且調(diào)試和修改的都很方便。</p><p><b>　　2.控制方案的確定</b></p><p>　　從以上幾個方面的比較可以知道，PLC在性能上比繼電器控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高、設(shè)計施工周期短、

41、調(diào)試修改方便，而且體積小、功耗低、使用方便。所以我的控制方案選擇用PLC來進(jìn)行控制。</p><p><b>　　二、PLC簡介</b></p><p>　?。ㄒ唬㏄LC的產(chǎn)生和定義</p><p><b>　　1.PLC的產(chǎn)生</b></p><p>　　20世紀(jì)20年代起，人們把各種繼電器、定時

42、器、接觸器及其觸點按一定的邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是大家熟悉的傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。由于它結(jié)構(gòu)簡單、容易掌握、價格便宜，能滿足大部分場合電氣順序邏輯控制的要求，因而在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占據(jù)主導(dǎo)地位。但是繼電接觸器控制系統(tǒng)具有明顯的缺點：設(shè)備體積大、可靠性差、動作速度慢、功能弱。難于實現(xiàn)較復(fù)雜的控制；特別是由于它是靠硬連接線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜煩瑣，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)π枰淖儠r，原有的接線和控制柜就要更換，所以

43、通用性和靈活性較差。</p><p>　　到20世紀(jì)60年代，由于小型計算機(jī)的出現(xiàn)和大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展，人們曾試圖用小型計算機(jī)來實現(xiàn)工業(yè)控制的要求；但由于價格高，輸入、輸出電路信號及容量不匹配、編程技術(shù)復(fù)雜等原因，一直未能得到推廣應(yīng)用。</p><p>　　1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國通用汽車公司（GM）對新的汽車流水線控制系統(tǒng)提出的具體要求，研制開發(fā)出世界上第一臺可編程序控

44、制器，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用成功。這是世界上第一臺可編程序控制器，型號為PDP-14。人們把它稱做可編程序控制器（PLC，Programmable Logic Controller）,簡稱PLC。</p><p><b>　　2.PLC的定義</b></p><p>　　PLC一直在飛速發(fā)展中，因此到現(xiàn)在為止，還未能對其下一個十分確切的定義。國際電工委員會（IE

45、C）曾于1982年11月頒發(fā)了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿，1985年1月發(fā)表了第二稿，1987年2月頒布了第三稿。終稿中對可編程控制器的定義是：</p><p>　　“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程；而有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按

46、易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。</p><p><b>　?。ǘ㏄LC的應(yīng)用</b></p><p>　　目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，應(yīng)用在汽車、糧食加工、化學(xué)/制藥、金屬/礦山、紙漿/造紙等行業(yè)。PLC的主要應(yīng)用范圍通?？煞殖梢韵聨追N：</p><p>　　1.中小型單機(jī)電氣控制系統(tǒng)<

47、/p><p>　　這是PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，例如塑料機(jī)械、印刷機(jī)械、包裝機(jī)械、組合機(jī)車、磨床、電鍍流水線及電梯控制等。這些設(shè)備對控制系統(tǒng)的要求大都屬于邏輯順序控制，所以這也是最適合PLC的使用領(lǐng)域。在這里PLC用來取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制，應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控等。</p><p><b>　　2.制造業(yè)自動化</b></p><p>　　制造

48、業(yè)是典型的工業(yè)類型之一，在該領(lǐng)域主要對物體進(jìn)行品質(zhì)處理、形狀加工、組裝，以位置、形狀、力、速度等機(jī)械量和邏輯控制為主。由于PLC性能的提高和通信功能的增強(qiáng)，使得它在制造業(yè)領(lǐng)域中的大型控制系統(tǒng)中也占絕對主導(dǎo)的地位。</p><p><b>　　3.運(yùn)動控制 </b></p><p>　　為適應(yīng)高精度的位置控制，現(xiàn)在的PLC制造商為用戶提供了功能完善的運(yùn)動控制功能?，F(xiàn)在工

49、業(yè)自動化領(lǐng)域基于PLC的運(yùn)動控制系統(tǒng)和其他的控制手段相比，功能更強(qiáng)、裝置體積更小、價格更低、速度更快、操作更方便。</p><p><b>　　4.流程工業(yè)自動化</b></p><p>　　流程工業(yè)是工業(yè)類型中的重要分支，如電力、石油、化工、造紙等，其特點是對物體（氣體、液體為主）進(jìn)行連續(xù)加工。過程控制系統(tǒng)中以壓力、流量、溫度、物位等參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)為主，大部分場合

50、還有防爆要求。</p><p>　　（三）PLC的系統(tǒng)組成</p><p><b>　　1.PLC的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，通常由主機(jī)、輸入/輸出接口、電源擴(kuò)展器接口和外部設(shè)備接口等幾個主要部分組成。PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示：</p><

51、p>　　圖2 PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.PLC的各組成元素的構(gòu)成及功能</p><p>　　（1）CPU的構(gòu)成及功能----CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。</p><p>　?。?）I/O模塊---- PLC與

52、電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O種類有開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等。</p><p>　　（3）內(nèi)存----內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。</p><p>　?。?）電源模塊----PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類

53、型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）?！?</p><p>　?。?）底板或機(jī)架----大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。</p><p>　?。?）PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備----編程設(shè)備，人機(jī)界面，輸入輸出設(shè)備。

54、</p><p>　?。?）PLC的通信聯(lián)網(wǎng)----依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。</p><p>　?。ㄋ模㏄LC的工作原理及特點</p><p>　　1.PLC的工作原理</p><p>　　PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在PLC運(yùn)行時，</p><p>　　

55、CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或</p><p>　　地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。</p><p>　　PLC的一個掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。<

56、/p><p>　　PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。</p><p>　　PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。&

57、lt;/p><p>　　輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作。</p><p><b>　　2.PLC的特點</b></p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程是復(fù)雜多樣的，它們對控制的要求也各不相同。PLC專為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計，一

58、經(jīng)出現(xiàn)就受到了廣大工程技術(shù)人員的歡迎。其主要特點有：</p><p>　?。?）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高</p><p>　　（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)</p><p>　　（3）編程方便，易于使用</p><p>　?。?）功能強(qiáng)大，成本低</p><p>　?。?）設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短</p>

59、<p><b>　?。?）維護(hù)方便</b></p><p><b>　　三、方案分析</b></p><p>　?。ㄒ唬LC的選取</p><p>　　S7-200系列是一類可編程邏輯控制器（Micro PLC）。這一系列產(chǎn)品可以滿足多種多樣的自動化控制需要，下圖展示一臺S7-200 Micro PLC的

60、CPU22*系列PLC的CPU外型圖，具有緊湊的設(shè)計、良好的擴(kuò)展性、低廉的價格以及強(qiáng)大的指令，使得S7-200可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的CPU類型和電壓等級使其在解決用戶的工業(yè)自動化問題時，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。</p><p>　　圖3 S7-200 CPU外型圖</p><p>　　S7-200 CPU模塊包括一個中央處理器單元（CPU）、電源以及數(shù)字量I/O點，這些

61、都被集成在一個緊湊、獨立的設(shè)備中。</p><p>　　1.CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行程序和存儲數(shù)據(jù)，以便對工業(yè)自動控制任務(wù)或過程進(jìn)行控制。</p><p>　　2.輸入和輸出是系統(tǒng)的控制點：輸入部分從現(xiàn)場設(shè)備（例如傳感器或開關(guān)）中采集信號，輸出部分則控制泵、電機(jī)、以及工業(yè)過程中的其他設(shè)備。</p><p>　　3.通訊端口允許將S7-200CPU同編程器或一些設(shè)備連接起來。&

62、lt;/p><p>　　4.狀態(tài)信號燈顯示了CPU的工作模式（運(yùn)行或停止），本機(jī)的I/O的當(dāng)前狀態(tài)，以及檢查出來的系統(tǒng)錯誤。</p><p>　　5.通過擴(kuò)展模塊可以增加CPU的I/O點數(shù)（CPU221不可以擴(kuò)展），可以提供其通訊功能。</p><p>　　圖4展示了一個基本的S7-200 Micro PLC。它包括一個S7-200 CPU 模塊，一臺個人計算機(jī)（PC）

63、，STEP 7-Micro/WIN32(3.1版)編程軟件，以及一條通訊電纜。為了使用個人計算機(jī)（PC），你必須以下一種設(shè)備：一條PC/PPI電纜；一個通訊處理器（CP）和多點接口（MPI）電纜；一塊MPI卡，隨MPI卡提供一根通訊電纜。</p><p>　　圖4 S7-200 Micro PLC系統(tǒng)的組成</p><p>　?。ǘU(kuò)展模塊的選取</p><p>

64、;　　S7-200PLC的I/O擴(kuò)展模塊有：</p><p>　　1.輸入擴(kuò)展模塊EM221: 共有3種產(chǎn)品，即8點和16點DC、8點AC。</p><p>　　2.輸出擴(kuò)展模塊EM222：共有5種產(chǎn)品，即8點DC和4點DC、8點AC、8點繼電器和4點繼電器。</p><p>　　3.輸入/輸出混合模塊EM223：共有6種產(chǎn)品。其中DC輸入/DC輸出的有3種，DC輸

65、入/繼電器輸出的有三種，它們對應(yīng)的輸入/輸出點數(shù)分別為4點、8點和16點。</p><p>　　4.模擬量輸入擴(kuò)展模塊EM231。</p><p>　　5.模擬量輸出擴(kuò)展模塊EM232。</p><p>　　6.模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊EM235。</p><p>　?。ㄈ┫到y(tǒng)整體設(shè)計分析</p><p><b

66、>　　1.水泵參數(shù)</b></p><p>　?。?）流量 水泵的流量大致決定于泵的口徑，流量Q（米3／吵）可用式（1--1）算出下表1可作為估算用。</p><p>　　Q=60лd²v/4 (1—1)</p><p>　　式中 d---口徑（米）；</p><p>

67、　　v---流速（米/秒），流速一般設(shè)在1—3米/秒之內(nèi)，</p><p>　　表1口徑與流量、流速的關(guān)系</p><p>　　（2）揚(yáng)程又稱水頭，它是指被輸送的單位重量的液體從水泵進(jìn)口到出口所增加的能量，單位為米。</p><p>　?。?）功率是指機(jī)械在單位時間（每秒）內(nèi)做功的大小，單位用千瓦表示。</p><p>　　在水泵銘牌或有關(guān)資

68、料上，常見有"有效功率"、"軸功率"、"配套功率"。</p><p>　　①有效功率是指水流經(jīng)過水泵時所獲得的能量，即水泵傳給水流的凈功率。</p><p>　?、谳S功率是指水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時，由動力機(jī)傳遞給水泵軸上的功率。</p><p>　?、叟涮坠β适侵笌铀谜９ぷ鞯膭恿C(jī)應(yīng)具有的功率。</p>

69、;<p>　?、苄师鞘潜硎舅媚芰坷玫闹笜?biāo)。</p><p>　?、蒉D(zhuǎn)速n是指泵軸（葉輪）每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，常用轉(zhuǎn)／分鐘表示。水泵的額</p><p>　　定轉(zhuǎn)速，一般為485、730、970、1450、2900轉(zhuǎn)／分鐘。</p><p>　?、拊试S吸上真空高度是指水面到抽水泵體葉輪的最大高程差。</p><p>　　⑦口徑是指

70、水泵進(jìn)口的內(nèi)徑，其大小常用英寸表示（英寸為非法定計量單</p><p>　　位，1英寸=25.4毫米）。</p><p>　?、啾绒D(zhuǎn)數(shù)是指模型水泵產(chǎn)生1米的揚(yáng)程。一般同型號、同口徑的水泵，比轉(zhuǎn)數(shù)越大，揚(yáng)程、功率越??；反之比轉(zhuǎn)數(shù)越小，揚(yáng)程越大， 功率也越大。</p><p>　　所以我選擇的水泵型號為：LG（高層建筑給水泵）</p><p>&

71、lt;b>　　2.方案分析</b></p><p>　　（1）根據(jù)系統(tǒng)節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的要求選用三臺10KW電機(jī)控制三臺水泵進(jìn)行供水。其中一臺備用，當(dāng)用水高峰時三臺水泵運(yùn)行以滿足水壓要求，用水低峰時一臺水泵運(yùn)行，用水正常時兩臺水泵運(yùn)行，實現(xiàn)節(jié)能目的。</p><p>　?。?）選用PLC（西門子CPU222）、壓力繼電器(EDS 344-2-040-000)進(jìn)行控制。</

72、p><p><b>　　四、系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┲麟娐穲D</b></p><p>　　下圖5所示為電控系統(tǒng)主電路。三臺電機(jī)分別為MA1、MA2、MA3、。接觸器QA1、QA2、QA3、分別控制MA1、MA2、MA3、的運(yùn)行，BB1、BB2、BB3、分別為三臺水泵電動機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器；Q

73、A0為主電源電路總開關(guān)。</p><p><b>　　圖5主電路圖</b></p><p><b>　?。ǘ┛刂齐娐穲D</b></p><p>　　下圖6所示為電控系統(tǒng)控制電路圖。啟動開關(guān)SF1閉合，四臺水泵電動機(jī)按</p><p>　　1# 2# 3# 4#順序起動，啟動完成后，

74、遠(yuǎn)程的壓力傳感器傳來壓力信號，如果壓力信號是常壓信號，開關(guān)BG1閉合，進(jìn)入CPU控制電機(jī)的運(yùn)行，即有兩臺水泵電動機(jī)運(yùn)行1#、2#，3#,一臺停止待用4#，兩小時后先啟動的1#水泵關(guān)閉，停止待用的4#啟動運(yùn)行，按同樣的方式，依次1# 2# 3# 4#順序切換，正常壓力下得持兩臺水泵運(yùn)行，切換時總是切除運(yùn)行時間最長的那臺水泵。</p><p>　　當(dāng)壓力傳感器傳來低壓信號時，開關(guān)BG2

75、閉合，BG1斷開，停止待用的水泵立即投入運(yùn)行，即四臺水泵全部運(yùn)行，待壓力傳感器傳來常壓信號時，BG1閉合，BG2斷開，將運(yùn)行時間最長的那臺水泵停止待用。</p><p>　　當(dāng)壓力傳感器傳來高壓信號時，BG3閉合，BG1斷開，停止運(yùn)行時間長的那臺水泵，即只有一臺水泵運(yùn)行，待壓力傳感器傳來常壓信號時，使最先停止待用的水泵投入運(yùn)行。</p><p><b>　　圖6控制電路圖<

76、/b></p><p><b>　　五、軟件設(shè)計</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┫到y(tǒng)流程圖</b></p><p>　　1.根據(jù)設(shè)計要求畫出下面的主程序流程圖7：</p><p><b>　　Y</b></p><p><b>

77、;　　N</b></p><p><b>　　低壓</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　高壓</b></p><p><b>　　

78、Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　圖7主程序流程圖</b></p><p>　　2.中斷0，低

79、壓處理流程圖8：</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖8低壓中斷程序流程圖</p><p>　　3.中斷1，高壓處理流程圖：</p><p><b>　　N</b></p>

80、<p><b>　　Y</b></p><p>　　圖9高壓中斷程序流程圖</p><p>　?。ǘ┑刂贩峙浔砑癙LC的CPU型號</p><p>　　1.水泵控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號的代碼和作用如下表2所示：</p><p>　　表2輸入/輸出繼電器地址分配表</p><p>　　2

81、.水泵控制系統(tǒng)的輔助元件的代碼和作用如下表3所示：</p><p>　　表3.其他編程元件地址分配表</p><p>　　3.從上面分析可以知道，系統(tǒng)一共有輸入點5個，輸出點3個。如果選用CPU224PLC,有大量的輸入、輸出點沒有作用浪費(fèi)了，如果選用CPU222PLC，輸入、輸出點剛好可以，不用浪費(fèi)多余的點，參照西門子S7-200PLC產(chǎn)品目錄及市場實際價格，選用主機(jī)為CPU222（8入

82、/ 6繼電器輸出）一臺就行，這樣的選擇是最經(jīng)濟(jì)實惠的。</p><p>　?。ㄈ└鶕?jù)設(shè)計要求編寫的恒壓供水的水泵控制梯形圖（見附錄）</p><p><b>　?。ㄋ模嶒灁?shù)據(jù)分析</b></p><p><b>　　1.實驗設(shè)備</b></p><p>　　一臺西門子公司生產(chǎn)的S7-200 PL

83、C實驗臺，CPU是S7-200系列中的CPU224，還有一臺安裝有STEP-7-Micro/WIN編程軟件的計算機(jī)，編程電纜1根。利用PLC輸出端子Q0.0,Q0.1,Q0.2,Q0.03指示燈的亮，更分別表示1#，2#，3#,4#水泵的運(yùn)行與停止。</p><p><b>　　2.數(shù)據(jù)分析</b></p><p>　　經(jīng)過模擬實驗得出的數(shù)據(jù)是：（1）開始啟動后四個燈

84、依次亮起，每次亮一個燈都間隔了10S，四個燈全亮起后表示啟動結(jié)束；然后第四個燈熄滅，過了30S后，第一個燈熄滅而第四個燈亮起；再過30S后，第二個燈熄滅，第一個燈亮起；如此循環(huán)。（2）在循環(huán)的過程中啟動中斷信號，即在試驗臺上按下短信號開關(guān)，如啟動的是低壓信號，則進(jìn)入低壓中斷程序運(yùn)行，于是四個燈全部亮起，如啟動的是高壓信號，則進(jìn)入高壓中斷程序運(yùn)行，于是只有一個燈亮起。（3）進(jìn)入了中斷程序運(yùn)行后，則返回時就進(jìn)入了下個循環(huán)繼續(xù)運(yùn)行。</

85、p><p><b>　　3.實驗出現(xiàn)的問題</b></p><p>　　經(jīng)過上PLC實驗臺進(jìn)行了模擬四臺水泵循環(huán)運(yùn)行的實驗，程序出現(xiàn)了兩個重要的問題：</p><p>　?。?）在啟動過程中出現(xiàn)的問題是，當(dāng)四臺水泵全部順序啟動完成后出現(xiàn)了四臺水泵全部停止的情況。</p><p>　?。?）在循環(huán)過程中出現(xiàn)的問題是，當(dāng)有高壓或

86、者有低壓信號來時不能進(jìn)入中斷程序運(yùn)行。</p><p><b>　　4.解決問題的方法</b></p><p>　?。?）對上面（1）問題的解決方法是：在程序中加入了信號的上升沿啟動和啟動結(jié)束標(biāo)志后就沒出現(xiàn)這個問題。</p><p>　?。?）對上面（2）問題的解決方法是：由于此段程序過長引起，把程序分成兩段后就解決這個問題。</p>

87、;<p><b>　　六、總結(jié)與體會</b></p><p>　　經(jīng)過模擬實驗后，我發(fā)現(xiàn)我對高壓和低壓信號的計算沒有用模糊控制的計算，應(yīng)該對壓力進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和判斷，要不就會出現(xiàn)有可能要進(jìn)入中斷但有不能進(jìn)入中斷的控制；還應(yīng)該加入一個故障報警器，以防出現(xiàn)故障后能及時報警進(jìn)行修理；在有條件的情況下可以加入一個變頻器進(jìn)行電機(jī)的速度調(diào)節(jié)，以達(dá)到精確的調(diào)節(jié)，這樣就能更好的進(jìn)行供水調(diào)節(jié)。&

88、lt;/p><p>　　還有就是在電源方面的干擾措施的處理上要注意電源的輸入/輸出對電機(jī)的影響，不要出現(xiàn)漏電等情況出現(xiàn)引發(fā)事故。直流電源的容量要保持一致，防止在帶動水泵供水時管道的壓力不一致。再有就是整個系統(tǒng)的保護(hù)措施要仔細(xì)檢查，防止事故的發(fā)生。</p><p>　　經(jīng)過兩周的忙碌和工作，本次課程設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的課程設(shè)計論文，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒

89、有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。</p><p>　　通過這次畢業(yè)論文的設(shè)計的完成，我也在做畢業(yè)論文中學(xué)到了更多的知識，對電氣控制及PLC技術(shù)的了解更加深入，并且掌握了更加多的、更深層次的知識。據(jù)我了解到，在我國工業(yè)生產(chǎn)過程中，電氣控制及PLC技術(shù)方面的運(yùn)用還不廣泛，大多數(shù)還停留在繼電器控制等簡單的控制系統(tǒng)，繼電器控制技術(shù)和電氣控制及PLC技術(shù)相比，電氣控制及PLC技術(shù)

90、有著突出的眾多優(yōu)點，我國工業(yè)生產(chǎn)想要快速發(fā)展就必須淘汰舊的控制技術(shù)，運(yùn)用新技術(shù)進(jìn)行改革。</p><p><b>　　謝辭</b></p><p>　　感謝我的指導(dǎo)老師譚興強(qiáng)，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。</p><p>　　在論文寫作過程中，得到了譚興強(qiáng)老師的親切關(guān)懷

91、和耐心的指導(dǎo)。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，譚興強(qiáng)老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。多少個日日夜夜，譚興強(qiáng)老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，除了敬佩譚興強(qiáng)老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向譚興強(qiáng)老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 </p&g

92、t;<p>　　在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們!</p><p>　　最后我還要感謝機(jī)電工程系和我的母?！手▽W(xué)院三年多來對我的栽培。</p><p><b>　　附錄</b></p>

93、;<p>　?。ㄒ唬┖銐汗┧乃每刂铺菪螆D</p><p><b>　　1.梯形圖主程序：</b></p><p>　　2.長定時電路子程序：</p><p>　　3.中斷0，低壓處理子程序：</p><p>　　4.中斷1，高壓處理子程序：</p><p><b>　　

94、（二）程序說明</b></p><p>　　由以上程序可以知道,當(dāng)I0.0有效時,四臺水泵按每間隔30S啟動,即Q0.0,Q0.1,Q0.2,Q0.03輸出,當(dāng)I0.1有效時, Q0.0,Q0.1,Q0.2,Q0.03全不停止輸出。</p><p>　　當(dāng)I0.0有效時,并且I0.2有效, Q0.0,Q0.1,Q0.2進(jìn)入循環(huán),即Q0.0,Q0.1輸出,Q0.2停止,兩小時后進(jìn)

95、入下個循環(huán),即Q0.1,Q0.2輸出,Q0.0停止,在過兩個小時就進(jìn)入下個循環(huán),即Q0.0,Q0.2輸出,Q0.1停止,如此循環(huán)。</p><p>　　當(dāng)循環(huán)過程中I0.3有效時, Q0.0,Q0.1,Q0.2全輸出,直到I0.2有效時又進(jìn)入下一個循環(huán)。</p><p>　　當(dāng)循環(huán)過程中I0.4有效時,運(yùn)行時間最短的一臺運(yùn)行輸出,運(yùn)行時間長的兩臺停止輸出,直到I0.2有效時又進(jìn)入下一個循環(huán)

96、。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 石帥君、賀哲榮.流行PLC實用程序及設(shè)計[M]. 西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2006；</p><p>　　[2] 西門子公司.SIMATIC S7-200 可編程序控制器系統(tǒng)手冊[N]，2004；</p><p>　　[3] 范建東.可編