物业供水系统课程设计报告(西门子S7-200PLC)

物业供水系统课程设计

设计课题： 物业供水系统

学 院： 械与电子工程学院

专 业： 自 动 化

姓 名： 严 俊 宇

学 号： 1020620265

指导老师： 涂 绪 坚

日 期： 2013-12-27

物业供水系统课程设计报告

一、课题背景和意义

我们都知道，水是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在建设节约型时代特征的前提下，我们这个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、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，自动化程度低，而随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，以及住房制度改革的不断深入，城市中各类小区建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活，也直接体现了小区物业管理水平的高低。本系统就是在这种背景下设计的。

二、可编程控制器（PLC）介绍

可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

它在设计上有以下优点：

1、可靠性高、抗干扰能力强； 2、接口模块功能强，品种多；

3、硬件配置齐全，用户使用方面，适应性强； 4、编程方法简单、直观；

5、系统的设计、安装、调试工作量小； 6、经济方面、维修工作量小； 7、体积小、耗能低、重量轻；

三、系统整体设计要求

本设计是基于PLC的物业供水系统，具有以下特点：

1.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。

2.系统分手动工作和自动工作两种状态，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；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（若输入点不够，可用I/O扩展模块）。

3.并设有“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）。 各水泵工作时，均应有工作状态显示。

四、系统设计思想

本程序是物业供水系统水泵控制程序设计与调试，主电路有四个电机，分别设有过载保护，开关。

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控制电路采用PLC，根据题目需要采用24入口/16输出的S7-200CPU226，手动控制阶段易于设计，分别增设长开长闭开关，保证手动控制每台电路的通断。

本程序的设计难点在于增减水泵时判断谁先谁后，先打开的水泵先关闭，即先进先出的原则。最先想到的是出栈入栈指令，但查找资料未发现其具体符号标记，为便于画程序梯形图，绞尽脑汁想另一种方法。于是，我想到运用两个左移位指令控制开断电机的顺序，保证电机的先进先出。然后用一个置位指令打开剩余电机，用复位指令保证关闭的电机。具体实现步骤见下文。

五、系统硬件设计

1、PLC输入输出口分配

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 控制信号 输入信号 信号名称 自动/手动切换 手动启动泵1 手动停止泵1 手动启动泵2 手动停止泵2 手动启动泵3 手动停止泵3 手动启动泵4 手动停止泵4 自动启动/停止 低压开关K1 水压正常反馈K2 高压开关K3 水泵1的过载保护 水泵2的过载保护 水泵3的过载保护 水泵4的过载保护 输出信号 供水水泵1 供水水泵2 供水水泵3 供水水泵4 水泵1指示灯信号 水泵2指示灯信号 水泵3指示灯信号 水泵4指示灯信号 水压偏低指示灯 水压正常指示灯 水压偏高指示灯

元件名称 转换开关 常开按钮 常闭按钮 常开按钮 常闭按钮 常开按钮 常闭按钮 常开按钮 常闭按钮 常开按钮 压力感应开关 压力感应开关 压力感应开关 常闭按钮 常闭按钮 常闭按钮 常闭按钮 接触器 接触器 接触器 接触器 指示灯 指示灯 指示灯 指示灯 指示灯 指示灯 指示灯 元件符号 QA SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8 SB9 K1 K2 K3 SB10 SB11 SB12 SB13 KM1 KM2 KM3 KM4 HL1 HL2 HL3 HL4 HL5 HL6 HL7 地址编码 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 I2.0 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q1.2 2

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2、PLC的外部接线图

图5-1 PLC外部硬件接线图 3、 供水系统主电路设计

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。

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硬件设计主电路图如图5-2所示：

图5-2 主电路电气接线图 4、 电气位置安装图

图5-3 电气安装位置图

电气元件一览表如表2所示：

表2 电气元件一览表 元件 PLC 三相异步电动机 熔断器 数量（个数） 1 4 5 型号 S7-200CPU226 J02-41-4，4.0KW RL6-60

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接触器 热继电器 转换开关 压力感应开关 按钮 4 4 1 3 13 3TB43 DH48S M301583 LA4-3A 六、软件设计

1、设计流程图

根据设计要求绘制流程图如图6-1所示：

图6-1 流程图

2、物业供水系统控制指令表程序

Network 1

// 水压偏低指示

LD 低压开关（K1）：I1.2 AN 水压正常指示灯（HL6）：Q1.1 AN 水压偏高指示灯(HL7)：Q1.2 = 水压过低指示灯（HL5）：Q1.0

Network 2

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//水压正常指示

LD 水压正常反馈（K2）：I1.3 AN 水压过低指示灯(HL5)：Q1.0 AN 水压偏高指示灯(HL7)：Q1.2 = 水压正常指示灯(HL6)：Q1.1

Network 3

//水压偏高指示

LD 高压开关（K3）：I1.4

AN 水压过低指示灯(HL5)：Q1.0 AN 水压正常指示灯(HL6)：Q1.1 = 水压偏高指示灯(HL7)：Q1.2

Network 4

//停机

LD 停机(SB9)：I0.5

R 水泵1号电动机（KM1）：Q0.0, 8 R M0.0, 3

Network 5

//自动（OFF）/手动（ON）切换开关

LD 自动OFF_手动ON切换开（QA）：I0.0 JMP 1

Network 6 自动程序

LD M0.0

O 水泵1号电动机（KM1）：Q0.0 = 水泵1号电动机 (KM1)：Q0.0

Network 7

//一号水泵指示灯

LD 水泵1号电动机(KM1)：Q0.0 = 水泵1号指示灯（HL1）：Q0.4

Network 8

LD 自动运行开关(SB9)：I1.1 A 低压开关（K1）：I1.2 = M0.0

Network 9

LD M0.0 AN T39

TON T37, 300

Network 10

LD T37

TON T38, 300

Network 11

LD T38

TON T39, 300

Network 12

//水压偏低，接通二号水泵

LD T37

A 低压开关（K1）：I1.2

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O 水泵2号电动机(KM2)：Q0.1 = 水泵2号电动机（KM2）：Q0.1

Network 13

//二号水泵指示灯

LD 水泵2号电动机(KM2)：Q0.1 = 水泵2号指示灯（HL2）：Q0.5

Network 14

//水压偏低，接通三号水泵

LD T38

A 低压开关（K1）：I1.2 O 水泵3号电动机（KM3）：Q0.2 = 水泵3号电动机（KM3）：Q0.2

Network 15

//三号水泵指示灯

LD 水泵3号电动机(KM3)：Q0.2 = 水泵3号指示灯（HL3）：Q0.6

Network 16

//水压偏低，接通四号水泵

LD T39

A 低压开关（K1）：I1.2 O 水泵4号电动机（KM4）：Q0.3 = 水泵4号电动机(KM4)：Q0.3

Network 17

//四号水泵指示灯

LD 水泵4号电动机(KM4)：Q0.3 = 水泵4号指示灯（HL4）：Q0.7

Network 18

LD 自动运行开关（SB9）：I1.1 A 水压正常反馈（K2）：I1.3 S M0.1, 1

Network 19

LD 自动运行开关（SB9）：I1.1 A 高压开关（K3）：I1.4 S M0.2, 1

Network 20

LD M0.2 AN T42

TON T40, 300

Network 21

LD T40

TON T41, 300

Network 22

LD T41

TON T42, 300

Network 23

//水压偏高，断开一号水泵

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LD M0.2

A 高压开关（K3）：I1.4 A T40

R 水泵1号电动机 (KM1)：Q0.0, 1

Network24

//水压偏高，断开二号水泵

LD 高压开关（K3）：I1.4 A T41

R 水泵2号电动机(KM2)：Q0.1, 1

Network 25

//水压偏高，断开三号水泵

LD 高压开关（K3）：I1.4 A T42

R 水泵3号电动机（KM3）：Q0.2, 1

Network 26

LBL 1

Network 27 //手动程序

//启动/停止一号水泵

LD 水泵1号启动(SB1)：I0.1 O 水泵1号电动机(KM1)：Q0.0 AN 水泵1号停止(SB2)：I1.1 AN 水泵1号过载保护（SB10）：I1.5 = 水泵1号电动机(KM1)：Q0.0

Network 28

//启动/停止二号水泵

LD 水泵2号启动(SB3)：I0.3 O 水泵2号电动机(KM2)：Q0.1 AN 水泵2号停止(SB4)：I0.4

AN 水泵2号过载保护(SB11：I1.6 = 水泵2号电动机(KM2)：Q0.1

Network 29

//启动/停止三号水泵

LD 水泵3号启动(SB5)：I0.5 O 水泵3号电动机(KM3)：Q0.2 AN 水泵3号停止(SB6)：I0.6

AN 水泵3号过载保护(SB12)：I1.7 = 水泵3号电动机(KM3)：Q0.2

Network 30

//启动/停止四号水泵

LD 水泵4号启动(SB7)：I0.7 O 水泵4号电动机(KM4)：Q0.3 AN 水泵4号停止(SB8)：I1.0

AN 水泵4号过载保护(SB13)：I2.0 = 水泵4号电动机(KM4)：Q0.3

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七、结论

该设计要求最少有一台水泵工作所以开始初试化开关打开，即定义水泵1打开。 接下来设计手动自动转换开关，I0.0分别启动自动手动模式。

自动过程分析，模拟低水压信号K1闭合，定时30S，2号电机接通，水泵2打开，此时两个电机工作。当水压仍然偏低则接着定时30S后，3号电机启动，此时三个电机运转。如水压仍低，则4号水泵打开，此时四台水泵同事运行。最多四台水泵工作供水，所以此后定时器不再计时。模拟水压K2闭合，说明水压正常，维持现有水泵数目。当模拟水压偏高信号出现，K3闭合，30S后把先启动的那台水泵撤掉，如水压仍偏高，则把第二台启动的电机撤掉。如果一直偏高则一直按照先工作电机线撤销的原则进行电机的撤销，直到只剩一台电机为止。

手动状态分析，此时SB1、SB2分别控制1号电机的通断；SB3、SB4分别控制2号电机的通断；SB5、SB6分别控制3号电机的通断；SB7和SB8分别控制4号电机开断。这一状态可以实现人为的控制任何一台电机的运转与停止，可以根据实际情况操作。

另外分别为4台电机设置国电保护开关SB10、SB11、SB12、SB13。为每台水泵设计工作状态信号灯，电机运转着信号灯打开，电机停止信号灯关闭。

八、 设计总结

通过这次课程设计，我学到了很多关于程序设计中的很多细节的东西，例如线圈不能重复输出，应尽量避免出现重复输出线圈的情况。还有交通信号灯分时段调用子程序时应是长时间的调用，而不是只调用一次。

此次物业供水系统的设计，其实就是一个恒压供水的系统，此系统其实还涉及到众多方面的知识，而我们仅仅是单独的用PLC简单的模拟实现。其中还涉及到PLC模拟量的控制变频器，由变频器控制水泵的供水大小，从而实现节能恒压供水。本次物业供水系统水泵控制程序设计很结合实际，有实际的应用价值，通过自己动手设计控制过程、调试程序，让我对PLC在实际运用中的作用有了更充分的认识，在现实中应用的那么广泛和实际，是实现自动控制不可缺少的一部分，在以后的学习过程中，我一定要好好研究，努力使自己对PLC控制系统有更深的理解和运用。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/nir6.html