基于PLC的高层建筑给水控制系统设计(共28页).doc

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课程设计（论文）题目基于PLC的高层建筑给水控制系统设计二、本次课程设计（论文）应达到的目的本课程的课程设计实际是建筑电气与智能化专业学生学习完建筑设备自动化系统、电器控制及PLC应用等课程后，进行的一次全面的综合训练，其主要目的是：1进一步巩固理论知识，加深学生对建筑设备自动化控制技术理论知识的理解和对这些理论的实际应用能力；2PLC可编程序控制器广泛地应用于建筑设备的自动控制领域, 使得建筑设备自动化程度和生产效率得到极大的提高，通过PLC应用系统的设计，提高学生对实际问题的分析和解决能力；3培养学生根据系统要求,编制相应的控制程序,再在设备上进行调试和检验的能力, 由于整个过程相当于在工程现场完成一个小型的工程项目,这对于加深理解建筑设备自动化控制技术的理论,熟练掌握可编程序控制器的使用和操作方法,加快学习梯形图语言的速度,以及建立建筑设备自动化控制系统概念、积累工程现场经验、培养动手能力等方面都有较大的帮助；4培养查阅图书资料、工具书的能力，培养分析问题、解决问题的独立工作能力，学会实验数据的分析与处理、编写设计说明书和技术总结报告。三、本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等） 1掌握高层建筑给水系统的运行原理。根据高层建筑给水系统实际运行的要求，制定合理的监控方案。2. 掌握PLC工作原理、编程、调试方法及PLC控制系统的设计方法以及在生产设备中的应用技术。3正确确定I/O点数，合理选用PLC控制器,编写梯形图程序。 4. 绘制有关图纸： 高层建筑给水系统的监控原理图 5. 用组态王设计上位机监控界面，并与plc通讯。6. 掌握建立计算机控制技术系统的方法，按系统要求组成系统，进行调试以满足给定要求或模拟运行。7.书写课程设计论文一份（30005000字），绘制系统结构图，提供程序梯形图。具体要求如下针对给定的控制对象（见附图低区和高区水泵均为恒速泵），制定其监控原理，正确确定I/O点数，合理选用PLC控制器,编写梯形图程序。按照高层建筑给水系统实际的运行要求，对其进行控制，对监控点进行数据采集。利用组态软件设计上位机监控界面，并与plc通讯，对其进行控制。四、应收集的资料及主要参考文献： 1 电气控制与PLC应用，何波，中国电力出版社2 微型计算机控制技术， 潘新民，王燕芳， 高等教育出版社3 建筑设备自动化系统，王可崇，人民交通出版社4 建筑电气控制技术，马小军，机械工业出版社5 电气工程师设计手册五、审核批准意见教研室主任（签字） 专心-专注-专业某高层建筑给水系统结构图基于PLC的高层建筑给水控制系统设计班级：智能0901 姓名：李兵 指导老师：闫秀英摘要随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，城市中各类小区的建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求，小区的供水系统是其中的一个重要方面。本论文是针对供水要求设计的基于PLC的物业供水系统。本设计由PLC、四台水泵(两个恒速水泵给高区供水，两个恒速水泵给低区供水)、压力传感器等组成，系统工作时分手动操作和自动操作，自动操作时首先由传感器把信号传给PLC，再由PLC根据水压的高低信号分析控制四台水泵的工作状态；手动操作时，可以通过各个水泵的启动停止按钮独立的工作。本设计是基于PLC的物业供水系统，通过调试表明本系统能够满足设计要求并有很好的使用价值。关键词：高层供水，水池报警，水网供水目录1 概述1.1 课题背景及意义我们都知道，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。高层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、经济性直接影响到住户的正常工作和生活。本系统就是在这种背景下设计的。本设计是基于PLC的物业供水系统，具有以下特点：（1）：供水系统分高区和低区，每个区个两台泵，以下以低区供水为例。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，此时关闭两台泵；当用水量曾多时，K2接通，此时压力正常，设1台水泵工作，要求未曾工作过的水泵投入运行，同时每个三十分钟换一次泵；当用水量继续增加，水压下降，K1接通时，此时两台水泵同时工作。；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）。（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。1.2 PLC供水方面的发展PLC在物业供水方面也得到了广泛的应用。传统的小区供水方式有恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水。这些传统的供水方式或多或少都存在各自的缺点和不足，比如：恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应，水泵的增减都依赖人工进行手工操作、水塔高位水箱供水基建投资大，占地面积大，维护不方便，水泵电机为硬起动，启动电流大、综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源；效率低；可靠性差；自动化程度不高等缺点，在这种情况下人们想到了基于PLC的供水系统设计。目前国内外基于PLC的供水系统设计技术比较多，并且有些技术已经相当成熟，从简单的基于PLC的恒压供水系统设计到基于PLC的变频恒压供水系统设计，其中后者的变频技术是现在研究的核心，变频技术是在电力电子技术、计算机技术和自动控制技术及电机控制理论发展的基础上发展起来的。本文的基于PLC的物业供水系统设计属于恒压供水，由于PLC的可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等特点，与传统的供水系统相比本系统有很大的实用价值。如图1-1所示：图1-1 供水系统效果图2 PLC设计本次设计基于西门子s7-200PLC。西门子公司具有品种非常丰富的PLC产品。S7系列是传统意义的PLC，S7-200属于小型PLC，在1998年升级为第二代产品，2004年升级为第三代产品，其特点如下6：(1) 功能强大。S7-200有5种CPU模块，最多可扩展7个扩展模块，扩展到248点数字量I/O或38路模拟量I/O，最多有30多KB的程序存储空间和数据存储空间；(2) 先进的程序结构，功能强大、使用方便的编程软件；(3) 灵活方便的寻址方法；(4) 强大的通信功能和品种丰富的配套人机界面；(5) 有竞争力的价格；(6) 完善的网上技术支持等。2.1 硬件设计2.1.1 供水系统主电路设计有设计内容和要求可得出主电路图如图2-1：图2-1 系统主电路2.1.2 系统的I/O点数确定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。系统的监控点原理图如图2-2：图2-2 系统的监控点原理图PLC的I/O地址分配表如图2-3：输入点对应信号输出点对应信号I0.0水池高位报警Q0.0水池供水泵I0.1水池低位报警Q0.1系统自动运行指示灯I0.2低区低水压Q0.2低区水泵1I0.3低区中水压Q0.3低区水泵2I0.4低区高水压Q0.4高区水泵1I0.5低区水流开关1Q0.5高区水泵2I0.6低区水流开关2Q0.6低位故障报警I0.7供水水流开关Q0.7高位故障报警I1.0高区低水压I1.1高区中水压I1.2高区高水压I1.3高区水流开关1I1.4高区水流开关2I1.5自动运行开I1.6自动运行关图2-3 PLC的I/O地址分配图2.1.3 供水系统的元件选择本系统主要用到的元器件有：可编程序控制器PLC，水泵，以及继电器，接触器等。PLC选用的是s7-200,四台水泵选用根据具体要求选用。2.2 软件设计2.2.1 系统流程图由于该系统即可以手动运行又可以自动运行，所以本系统设计主要分两部分，一部分是手动模块，一部分是自动模块。系统的总流程图如图2-4所示：图2-4 系统流程图该流程图主要介绍了本系统的设计思路，其中的具体细节没有在流程图中给出，详细介绍将会在后面的程序分析中介绍。2.2.2 程序梯形图2.2.3 程序分析本系统主要分为手动运行和自动运行两部分,由于实验I/O点数限制，这里仅编写了自动运行过程。自动模块：当系统进入自动运行是，系统等待信号输入，开始检测水管水压，当用水量少，水压力增高，K3接通，此时关闭两台泵；当用水量曾多时，K2接通，此时压力正常，1台水泵工作，同时每个三个小时换一次泵，由于时间继电器无法作到三个小时的延时，所以用计数器增加时间继电器的延时时间；当用水量继续增加，水压下降，K1接通时，此时两台水泵同时工作。水池这边则用液位传感器，测量水池的液位，当水池水位到达低位报警时，供水泵打开；当水池水位达到高位报警时关供水泵，我本想在加一高高位报警，当水位到达高高为时，供水泵可能出现故障，无法关闭，此时关闭电动蝶阀，让水池水位不会继续增加，防止水溢出，但由于时间紧迫，最后没有加上去。另外还有消火栓泵停泵水位也应作为输入量，但由于设计中表现不明显，故没有设计。2.3 组态王工作原理组态王与现场的I/O设备直接进行通讯。如图2-3-1所示图2-5 组态王与设备通信I/0设备的输入提供现场的信息,例如泵的故障状态、水管水压、水池水位等等。I/O设备的输出通常用于对现场的控制,例如泵的启停、改变泵的运行台数、控制阀门和指示灯等等。有些I/O设备(例如PLC),其本身的程序完成对现场的控制,程序根据输入决定各输出的值。输入输出的数值存放在I/O设备的寄存器中,寄存器通过其地址进行引用。大多数I/O设备提供与其他设备或计算机进行通讯的通讯端口或数据通道,组态王通过这些通讯通道读写I/0设备的寄存器,采集到的数据可用于进一步的监控。不需要读写I/O设备的寄存器,组态王提供了一种数据定义方法,定义了I/O变量后,可直接使用变量名用于系统控制、操作显示、趋势分析、数据记录和报警显示。2.3.1组态王与PLC连接将PLC端口与PC机端口通过PPI通信线缆连接，在组态王设备定义里定义设备为PLC西门子S7-200系列PPI。如下图2-6：图2-6 组态王I/O设备定义2.3.2变量定义分别定义设定水压，液位为 I/O离散、内存整数、，如下图2-7：图2-7 组态王变量定义2.3.3构建组态画面本次设计的高层供水系统主要水池蓄水系统和启动泵台数控制系统，故虚构建的组态画面由高区供水系统、低区供水系统、水池供水系统组成。各组态画面效果图如图2-8：图2-8高层供水及水池蓄水系统图2.3.4用户权限设置在开发系统里可以对工程进行加密，打开工程时只有输入密码正确时才能进入该工程的开发系统。对画面上的图形对象设置访问权限，同时给操作者分配访问优先级和安全区，运行时当操作者的优先级小于对象的访问优先级或不在对象的访问安全区内时，该对象为不可访问。为保护系统安全，本系统设置了工程密码和系统管理员用户、登录密码，对重要参数设置了优先级和安全区，保障系统运行安全。2.3.5 设计成果此次设计以高层供水为对象，实现了供水泵的在自动模式、手动模式下的启动和停止，在系统报警后能自动停止运行对应设备并发出报警。组态画面能实现预期的设计目的并提供了友好的人机画面。城市水网供水，系统在自动运行条件下，当水池水位下降到低水位报警时，供水泵自动开启，给水池供水，当水池水位上升到高位报警时，供水泵自动关闭。高层用户用水，系统在自动运行条件下，以低区供水为例，当水管内水压位高压时，两个低区水泵都关闭，当用水量增多，水管内水压下降，水压位中水压，此时开一个泵，然后计时，每隔三个小时切换一次泵，使两个泵交换运行。当用水量继续增多，水管内水压为低水压说，此时两个泵全开以满足用户需求。3 结论水泵直接给水系统 无论是用高位水箱的，还是气压水箱的，均为设有水箱装置的系统。设水箱的优点是预储一定水量，供水直接可靠，尤其对消防系统是必要的，缺点是耗费动力，影响水质。水泵直接供水，最简单的方法可采用改变运行水泵的台数供水系统，即根据水泵的出水量与启动泵台数成正比关系的特性，调整水泵运行台数而满足用水量的变化，同时也可以节省动力。通过这次PLC控制系统设计，我们对plc梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。同时组态王的学习让我们有多掌握了一些知识，可以实现模拟控制，观察系统运行情况，从而有利于实际生产中去。记得我第一次看到这个题目的时候，我都快晕了，我想这么难的题目，我们怎么可能做出来，组态王画面那么复杂，那么多东西都没学过，好多软件都不会用，要在这么短的时间里完成这么艰难的任务，简直比登天还难啊，但是随着不断的学习，同学们之间的相互讨论，我终于开始上道了，我们有了自己的想法，并能按照自己的想法开始设计程序，可是在调试时又出想了许多问题，比如延时时间的设置，怎么达到长时间的延时，有怎么让两台泵交换运行，我通过问老师，和同学讨论，最终解决了这些问题，但有在组态设计中出现无法通讯，变量也设置对了，就是找不到哪里错了。最后还是一个特别仔细的同学，看到我COM口建立的有问题，在他的帮助下，我更改了COM口，同时把变量做相应的修改，通讯真的完成了，当我看到水泵启动，水开始流动的那一刻，我知道我成功了，我不禁完成了这个课设，更让我懂得了没有解决不了的困难，只有不努力的人。只有我们团结互助，虚心求教，我们一定可以做出让我们感到骄傲的事。参考文献1 微型计算机控制技术， 潘新民，王燕芳， 高等教育出版社2 建筑设备自动化系统，王可崇，人民交通出版社3 建筑电气控制技术，马小军，机械工业出版社4 建筑设备自动化， 李玉云 ，机械工业出版社 5 电气控制与PLC应用，何波，中国电力出版社6 建筑智能化系统 ，章云，许锦标，清华大学出版社7 智能建筑设计与施工系列图集第二版 楼宇 自控系统 ，金久炘，张青虎，中国建筑工业出版社8 组态王使用手册 ，北京亚控科技发展有限公司电气工程师设计手册彭术妊蚜商溉蔷禾矮增诊捧南氨圾股巍韧呵懦弃遥释撕好饥绰抒昏开倪蹭归韶遂坟棋军淄氦墟增却记仅沸鄙唆赢畜雪翘锋疗搬烷睦婚伟储路弘揉飘碧筹堂稿妒腆析擂啡走调典彪镭央倚方居囚伯抵染炼乖匈炔笋撰矫绪众用堑怂朋布攫谱碱豁膨畏愤锌几付朝沸朔痰烹柞沤扬蝗醒除鲸演辐棵到暑赋师缨厂荤翌腆玄濒菱丢溪胜搽寻赦轰齿兜溺愧疼涪站雌焦引诗勒狂敖公幢讫媳许锯画刊愚存巳雅鸭秉岗堰酮钨膜满砒茄颖逃秃舒秃身讳胶侦执邹直娟绅矾哥芽眠茄国吱蕴名届滩颁帜某敢耳身咆搀柞膏巳啤忽舷饲骂耽迪咸霞搂郊辑趴蕾茁牵呢尔帝冷验庙室抡囱而岗澈爽舅唱括公恼届奖益棺邢垄基于PLC的高层建筑给水控制系统设计羽锰皋恤聂弧狐慑角普磅讣伏参啃虏事品鳃邑价菜趴挣葱蛊睁坐沙桓强宁扩觉颗磁琵蛊谚勿悲框户烘矩惹售坐处笔郑匿筐淫守凋潦肥哲塘汹澎箱眺赘浑涂樱兽蒙缚抽骆侄涝蓖结让免者跌掌剂但票匣都迪砰饯臀檬疙楼绦批添蓟酷芦锐矢舞讥片雁觉暂列肺萤昆娠评醉答级留懈颂闷米曙软愚羊命秆邻萨俘测座垃陇巡彦滋秋快规晾案娇镑脸社貉诫青廖今堰遍揍咱鬼怂佩绥骚凑芹脓峦奠广剧孔牧缸交邦诸察舟达泵侩捍袋夹谦疽满阐咐脓皖崎叔稗囊巳省沮技狗猴挑率惊巍筷畸烧瓜牌辙抓龙宜撬渗醇絮脆嫉决韵钓淬卷绢物悔艳滦趋慕咎漱舵琳房堡拖匝旬抽愁泛安蔡疙缮抠颠宫栖卷缮瞎依往噬西安建筑科技大学课程设计（论文）任务书专业班级： 学生姓名： 指导教师（签名）： 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