建筑設備自動化課程設計論文(基于plc的高位水箱供水系統(tǒng))

1、<p>　　基于PLC的高位水箱給水系統(tǒng)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　此次給水系統(tǒng)的設計主要基于北京亞控科技產(chǎn)品——組態(tài)王6.53和工業(yè)控制機PLC。組態(tài)王作為上位機人機界面實時顯示被監(jiān)控給水系統(tǒng)的運行情況并通過對下位機PLC的操作實現(xiàn)對被監(jiān)控給水系統(tǒng)的實時控制，PLC作為下位機，是給水系統(tǒng)的控制器，實現(xiàn)對上位機命令的理解執(zhí)

2、行并對給水系統(tǒng)的運行狀況轉(zhuǎn)換后反饋給組態(tài)王。高位水箱給水系統(tǒng)就是建筑物外的供水管網(wǎng)里的水流進蓄水池，再由水泵抽水至屋頂水箱和建筑物內(nèi)供水裝置。通過對計算機和PLC之間通信協(xié)議的研究，完成了上下位機通信設置，開發(fā)了計算機監(jiān)控程序，通過通信模塊實現(xiàn)了對供水系統(tǒng)的遠程監(jiān)控和故障報警。系統(tǒng)有效地解決了傳統(tǒng)供水方式中存在的問題，增強了系統(tǒng)的可靠性。并與計算機實現(xiàn)了有機的結(jié)合，提升了系統(tǒng)的總體性能。</p><p>　　關(guān)鍵

3、詞：組態(tài)王，PLC，高位水箱給水系統(tǒng)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1.緒論............................................................3</p><p>　　2.系統(tǒng)設計原理.......................................

4、.............5</p><p>　　2.1設計思路...................................................5</p><p>　　2.2高位水箱給水系統(tǒng)原理.......................................7</p><p>　　2.2.1高位水箱給水系統(tǒng)工作原理........

5、.......................7</p><p>　　2.2.2高位水箱給水系統(tǒng)監(jiān)控原理...............................7</p><p>　　2.3PLC工作原理................................................8</p><p>　　2.3.1系統(tǒng)I/O點數(shù)確定.....

6、..................................8</p><p>　　2.3.2PLC程序................................................8</p><p>　　2.4組態(tài)王工作原理............................................11</p><p>　　2

7、.4.1組態(tài)王與PLC連接......................................11</p><p>　　2.4.2變量定義..............................................12</p><p>　　2.4.3構(gòu)建組態(tài)畫面..........................................12</p>

8、;<p>　　3.設計成果........................................................13</p><p>　　3.1水泵的啟停.................................................13</p><p>　　3.1.1啟動時.............................

9、....................13</p><p>　　3.1.2停止時.................................................14</p><p>　　3.2報警.......................................................14</p><p>　　4.總結(jié)....

10、.........................................................14</p><p>　　5.參考文獻.........................................................14</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　隨著改革開放

11、的不斷深入，我國中小城市的城市建設及其經(jīng)濟迅猛發(fā)展人們的生活水平不斷提高；同時，城市需水量不斷加大，對城市供水系統(tǒng)提出了更高的要求。供水的可靠性穩(wěn)定性經(jīng)濟節(jié)能性直接影響到城區(qū)的建設和經(jīng)濟的發(fā)展，也影響到城區(qū)居民的正常工作和生活</p><p>　　如今，各個行業(yè)對于“節(jié)能減排”越來越重要，作為僅次于美國的發(fā)電大國，我國80%的電能來自火力發(fā)電?；鹆Πl(fā)電每天燃燒了大量的煤和石油，并且產(chǎn)生大量有害氣體，污染環(huán)境。當前

12、，能源危機威脅著整個世界的發(fā)展，作為發(fā)展中的能源大國，如何有效的節(jié)能減排已經(jīng)成為需要面臨的新問題，節(jié)約電能勢在必行。</p><p>　　而此次設計的系統(tǒng)中，耗電最大的用電器是水泵。據(jù)統(tǒng)計資料報道, 我國現(xiàn)有約5000萬臺水泵和風機在運行?？傆嬆暧没靠蛇_約1000億度。泵和風機均屬于葉片式流體機械；由流體機械理論，在相似工況下，泵、風機的流量，揚程和功率分別與其轉(zhuǎn)速的一次方、二次方和三次方成正比。如轉(zhuǎn)速下降一半

13、，其功率可下降到原來的1/8。</p><p>　　自從二十世紀八十年代以來大量各種品牌國外變頻器進入國內(nèi)市場，我國也自行研制生產(chǎn)了若干品牌的國產(chǎn)變頻器，變頻器在我國以獲得了廣泛的應用。對于建筑給水來說，用得最多的就是變頻調(diào)速恒壓變量給水。以變頻調(diào)速為核心，結(jié)合PLC智能控制的供水設備，啟動平穩(wěn)，啟動電流可以限制在額定電流以內(nèi)，避免了啟動時對電網(wǎng)的沖擊，其還有穩(wěn)定安全的運行性能，簡單方便的操作方式，以及安全周到的

14、功能。實現(xiàn)節(jié)水，節(jié)電，節(jié)省人力，最終達到高效優(yōu)質(zhì)運行，提高工作效率。</p><p>　　70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計算機的迅猛發(fā)展，使PLC從開關(guān)量的邏輯控制擴展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過程控制域，真正成為一種電子計算機工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器，簡稱PC（programmable controller）.但由于PC容易與個人計算機（programmable computer）相混淆，故人們?nèi)粤晳T地用PLC作

15、為可編程器的縮寫。</p><p>　　1985年國際電工委員會（IEC）對PLC的定義如下：可編程控制器是一種進行數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計的工業(yè)控制器，它采用了可以編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產(chǎn)過程。</p><p>　　PLC是繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展

16、而來，所以它在數(shù)學處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢。繼電器在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用：（1）邏輯運算（2）弱電控制強電。PLC是集自動控制技術(shù)，計算機技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，已躍居工業(yè)自動化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位?？删幊炭刂破鳎喎QPLC。它在集成電路、計算機技術(shù)的基礎上發(fā)展起來的的一中新型工業(yè)控制設備。 具有1.可靠性高、抗干擾能力強 2.設計、安裝容易，維護工作量少 4.功能強、通用性

17、好 5.開發(fā)周期短，成功率高 6.體積小，重量輕、功耗底等特點。具有功能強、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應用于自動化控制的各個領(lǐng)域，并已成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的支柱產(chǎn)品。與繼電——接觸器系統(tǒng)相比系統(tǒng)更加可靠；占位空間比繼電——接觸器控制系統(tǒng)??；價格上能與繼電——接觸器控制系統(tǒng)競爭；易于在現(xiàn)場變更程序；便于使用、維護、維修；能直接推動電磁閥、觸器與于之相當?shù)膱?zhí)行機構(gòu)；能向中央執(zhí)行機構(gòu)；能向中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

18、直接傳輸數(shù)據(jù)等。</p><p>　　此篇論文是以PLC控制來實現(xiàn)水箱的自動供水系統(tǒng)。</p><p><b>　　系統(tǒng)設計原理</b></p><p><b>　　2.1設計思路</b></p><p>　　本次課程設計是針對蓄水池——水泵——水箱——用水點的供水方式，以前采用人工進行高位水箱的水

19、位控制，由于不可能每時每刻對水位進行準確的定位監(jiān)測，并且?guī)в泻艽蟮闹饔^性，所以很難準確控制水泵電機的起停。為了實現(xiàn)供水的自動控制，一般選用以單片機或PLC為核心。本次設計選用的是PLC為核心，選用PLC來實現(xiàn)供水，能使軟件程序的設計簡單化，硬件接口簡易可行，提高系統(tǒng)運行的可靠性，特別是整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力很強，不僅改變傳統(tǒng)用閥門控制水量的多少，也改善了傳統(tǒng)控制方法的故障率較高的弱電，而且在節(jié)能、恒壓控制等方面均有非常好的使用效果

20、。</p><p>　　圖2.1為高位水箱給水系統(tǒng)的構(gòu)成框圖： </p><p>　　供水管道（自來水網(wǎng)）</p><p><b>　　水泵</b></p><p>　　高 供水部分 蓄水池 </p><p>　　位

21、 中位水箱、高位水箱</p><p>　　水 用水用戶、消防用水</p><p>　　箱 </p><p>　　給 水位檢測

22、部分 液位傳感器</p><p><b>　　水</b></p><p>　　系 </p><p>　　統(tǒng) PLC</p><p>　　電氣控制

23、 </p><p><b>　　配電箱</b></p><p>　　圖2.1.1高位水箱給水系統(tǒng)的構(gòu)成框圖</p><p>　　本次課設只考慮了自動給水停水模式，故沒有手動模塊，只有自動模塊。手動模塊已經(jīng)歸為工作人員操作部分，在這里就不在敘述。該系統(tǒng)的工作流程圖如圖

24、2.2.2，該流程圖主要介紹了本系統(tǒng)的設計思路，其中的具體細節(jié)沒有在流程圖中給出，將會在后面的程序分析中詳細介紹。</p><p><b>　　啟動 </b></p><p>　　檢測蓄水 是</p><p>　　池水位是否低于消防 報警并停消防泵</p><p><b&g

25、t;　　泵水位線</b></p><p><b>　　否</b></p><p>　　檢測蓄水 是</p><p>　　池水位是否低于低報 生活泵啟泵給水</p><p><b>　　警水位線</b></p><p><

26、b>　　否</b></p><p>　　檢測蓄水池水 是</p><p><b>　　位是否低于停泵水位</b></p><p><b>　　否</b></p><p><b>　　蓄水池泵停泵</b></p><

27、;p><b>　　檢測</b></p><p>　　檢測蓄水池 否 上層水箱水位 否 水箱水位是 是</p><p>　　水位是否到溢流水 是否低于低報警水位 否低于啟泵水位線 啟泵給水 </p><p>　　位線

28、 線 </p><p>　　是 否</p><p>　　是 </p><p>　　報警

29、 水箱水位 是 </p><p>　　報警 是否低于停泵水位線 </p><p><b>　　否 </b></p><p><b>　　水箱生活泵停泵 &l

30、t;/b></p><p>　　圖2.2.2高位水箱給水系統(tǒng)流程圖</p><p>　　否 水箱水位是否到 是</p><p>　　結(jié)束 溢流水位線 報警</p><p>　　2.2高位水箱給水系統(tǒng)原理</p><p>　

31、　2.2.1高位水箱給水系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　..............OL ：溢流水位</p><p>　　水流開關(guān) 高位水箱 ................HL ：停泵水位</p><p>　　生活水泵 ................ML ：啟泵水位</p>

32、<p>　　...............LL ：低限水位 </p><p>　　城市供水網(wǎng) </p><p><b>　　給水管網(wǎng)</b></p><p><b>　　蓄水池</b></p>

33、;<p>　　OL............ 控制柜 終端用戶</p><p>　　HL.........</p><p>　　ML........</p><p>　　LL.........</p><p>　　圖2.2.3高位水箱給水系統(tǒng)的工作原理<

34、/p><p>　　2.2.2高位水箱給水系統(tǒng)監(jiān)控原理</p><p>　　本次課設的監(jiān)控原理如圖2.2.4所示</p><p><b>　　高位水箱</b></p><p><b>　　溢流水位報警</b></p><p><b>　　高位生活泵停泵水位</b&g

35、t;</p><p><b>　　高位生活泵啟泵水位</b></p><p><b>　　低報警水位 </b></p><p>　　用戶 高位生活泵</p><p>　　LE101 中位水箱</p><p><b>

36、　　溢流水位報警</b></p><p><b>　　中位生活泵停泵水位</b></p><p>　　中位生活泵啟泵水位 蓄水池</p><p>　　低報警水位 中位生活泵 溢流水位報警 </p><p>　　用戶

37、 生活泵停泵水位，并報警</p><p><b>　　低報警水位</b></p><p>　　LE102 配電箱 消防泵停泵水位，并報警</p><p><b>　　LE103</b></p&g

38、t;<p>　　配電箱 </p><p>　　×4 ×4 ×1 ×2 ×4 數(shù)字量輸入 DI</p><p>　　×1 ×2 數(shù)字量輸出

39、DO</p><p><b>　　模擬量輸入 AI</b></p><p><b>　　模擬量輸出 AO</b></p><p>　　圖2.2.4 給水系統(tǒng)監(jiān)控原理圖</p><p>　　2.3PLC工作原理</p><p>　　2.3.1系統(tǒng)I/O點數(shù)確定</p>

40、;<p>　　本次設計采用的是西門子S7-200系列PLC，該系統(tǒng)一共有13個輸入點，12個輸出點。主要的點數(shù)確定如圖2.3.1所示。</p><p>　　注：本次課設在高位水箱與中位水箱處各有一個備用泵，備用泵用于當使用泵壞了換用。但是由于這次設計所考慮的備用泵是由工作人員人為調(diào)換，故在這里不考慮備用泵自動轉(zhuǎn)換的程序設計，即排除配用泵的I/O點數(shù)。</p><p>　　2.

41、3.2PLC程序</p><p>　　PLC梯形程序圖如下所示：</p><p>　　2.4組態(tài)王工作原理</p><p>　　2.4.1組態(tài)王與PLC的連接</p><p>　　在組態(tài)王中的設備中新建設備驅(qū)動，選擇PLC中的西門子S7-200系列的PPI。選擇與PLC的串行口，本次課設選的是COM1口，在設備地址中選擇與PLC相應的地址，本

42、次課設地址為2。如下圖所示</p><p><b>　　2.4.2變量定義</b></p><p>　　變量定義在組態(tài)王數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)字典中新建，變量類型為I/O離散，連接設備為上一次新建的新建IO設備。根據(jù)I/O點數(shù)表和組態(tài)畫面相對應定義變量。如下圖所示：</p><p>　　2.4.3構(gòu)建組態(tài)畫面</p><p>　

43、　根據(jù)課設要求，建立相應的組態(tài)畫面，如下圖所示</p><p><b>　　設計成果</b></p><p><b>　　3.1水泵的起停</b></p><p>　　3.1.1水泵啟動時</p><p>　　當蓄水池，中位水箱，高位水箱都在正常狀態(tài)時，泵全開，其圖形如下：</p>&

44、lt;p>　　此時消防泵只處于運行開啟的狀態(tài)，未必是開啟的，消防泵的開啟是由其他條件決定，因為與本次課設無關(guān)，故在這不做設計。</p><p>　　當蓄水池或是水箱出現(xiàn)問題時，則報警信號閃爍。如下圖為蓄水池水位到消防報警停泵水位，此時消防泵關(guān)閉，蓄水池泵打開，消防報警信號閃爍。</p><p><b>　　3.1.2停止時</b></p><

45、p>　　當系統(tǒng)出現(xiàn)問題或是水位達到要求時，系統(tǒng)停止</p><p>　　當系統(tǒng)出現(xiàn)問題時：當蓄水池達到溢流水位時，系統(tǒng)停止。當水箱達到溢流水位時，蓄水池可能停止也可能正常工作。</p><p><b>　　3.2報警</b></p><p>　　當系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，即達到報警水位時，則信號燈閃爍通知工作人員，此時工作人員檢修，并且在工作人員

46、站有一個復位按鈕，該按鈕能復位所有的報警信號燈，即在修好系統(tǒng)后，工作人員按下該按鈕對報警信號進行復位，系統(tǒng)又能正常進行工作。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　通過本次課設，讓我更加系統(tǒng)的掌握了PLC編程，并把其與生活實際聯(lián)系起來，讓我更加了解了自己的專業(yè)。并且在這次課設中使用到了組態(tài)王，也對這款工具有了一定的了解，自己能夠構(gòu)建較為簡單的組

47、態(tài)畫面，并且也能與編寫好的PLC程序相連接，到最后能夠使程序在組態(tài)王上得到動態(tài)輸出，能學到這么多以前不了解的知識讓我覺得很開心。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　《電氣控制與PLC應用》，何波，中國電力出版社</p><p>　　《微型計算機控制技術(shù)》， 潘新民，王燕芳， 高等教育出版社</p>