基于PLC的小区供水系统设计课程设计论文.docx
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基于PLC的小区供水系统设计课程设计论文
辽宁工业大学
PLC技术及应用课程设计（论文）
题目：
基于PLC的小区供水系统设计
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：
电气工程学院教研室：
自动化
学号
学生姓名
专业班级
自动化104
课程设计（论文）题目
基于PLC的小区供水系统设计
课程设计（论文）任务
课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数
实现功能
某小区供水系统有水泵4台，供水管道安装压力检测开关K1，K2和K3，分别对应水压偏低，水压正常，水压偏高。
自动工作时，当用水量少时，K3接通，延时30s后撤除1台水泵，要求先工作的水泵先切断；当用水量多时，K1接通，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。
各水泵工作时，均应有工作状态显示；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）；设置“自动/手动”切换开关。
设计任务及要求
1、根据系统功能，确定输入输出点数，选择PLC的型号；2、选择水泵电机；
3、建立I/O分配表，完成PLC与输入/输出信号的的外部接线；
4、按系统的控制要求，用梯形图设计程序；5、上机调试、完善程序；
6、按学校规定格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。
技术参数
水泵电机的相关参数为：
额定功率1Kw，额定电压380V，额定转速1450rpm。
进度计划
1、布置任务，查阅资料，确定系统的组成（1天）
2、建立I/O分配，完成外部接线设计（2天）
3、按系统的控制要求，完成梯形图设计（2天）
4、上机调试、修改程序（2天）
5、撰写、打印设计说明书（2天）
6、答辩（1天）
指导教师评语及成绩
平时：
论文质量：
答辩：
总成绩：
指导教师签字：
年月日
注：
成绩：
平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算
摘要
本文基于S7-200PLC对小区供水，依据压力检测开关K1，K2，K3分别控制管道压力。
自动工作时，当用水量少时，K3接通，延时30s后撤除1台水泵，要求先工作的水泵先切断；当用水量多时，K1接通，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。
各水泵工作时，均应有工作状态显示；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）；设置“自动/手动”切换开关。
本系统由PLC、3个压力检测控制开关与4台水泵电机组成。
具有自动化程度高，节省人力物力，同时对管道压力的良好控制，既极大的增强了小区供水的质量，也保护了供水设备的安全与供水管道的损坏。
关键词：
PLC；压力控制开关；水泵电机；手动/自动切换
目录
第1章绪论1
第2章课程设计的方案3
2.1概述3
2.2I/O点数的确定3
2.3系统的总体组成结构4
第3章硬件设计5
3.1系统的设备组成5
3.2PLC及其扩展模块的选型5
3.3水泵电机的选型6
3.4供水系统主电路的设计7
3.5PLC的I/O分配以及外部接线图7
第4章软件设计9
4.1软件流程图设计9
4.2梯形图设计10
第5章课程设计总结16
参考文献17
第1章绪论
水和电是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在节水节能已经成为时代特征的显示条件下，我们这个水资源和电资源短缺的国家，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，自动化程度较低，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，同时对小区的基础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。
传统的小区供水方式有：
恒速泵加压供水、气压罐供水、水塔高水位箱供水、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等。
不过传统的供水方式普遍有不同程度的水力电力资源的浪费；效率低；可靠性差；自动化程度低等缺点。
目前的供水方式是朝着高效节能、自动可靠的方向发展的，这对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。
PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器PDP—14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。
20世纪70年代初出现了微处理器。
人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。
此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。
个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。
20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。
更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现
代工业中的地位。
20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。
世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。
这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。
在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。
这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。
第2章课程设计的方案
2.1概述
就供水体系的技能功能而言，整个供水体系应满意用户对水质、水量和水压的需求。
除此之外，在整个基建进程和出产运转中还需求基建投资省,常常运转费用低，操作办理便利，无塔供水设备能安全出产以及充分发挥整个供水体系的经济效益。
因而，正确挑选供水体系，具有十分重要的含义。
影响供水体系挑选的要素许多，主要有城镇或小区的计划、当地地势、用户对供水体系的需求和水派的类型竿。
因为上述要素的不一样，供水体系能够有各种不一样的方式及其组成。
如以符合卫生需求的深层地下水作水源，供应居民生活饮用，则就不需求净化处置，仅缔造取水和翰配水工程即可，如以江河水作为居民生活用水的水源时，碳钢无塔供水设备则需求取水、净化和畅配水等进程……。
在建设进程中，有必要根据具体情况，挑选合理的供水体系。
由于日常生活作息的原因，在一天中不同时刻居民的用水量有所不同，供水不足或供水过剩的情况时有发生，而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少时水压低，用水少而供水多时水压高。
本设计是通过PLC、水泵、压力检测开关构成自动控制系统，根据用户管网水压的高低自动调整4台水泵的运行数量，以实现供水压力的闭环控制，从而保证不论何时管网压力都能保持稳定，达到稳定压力、提高供水质量和节能的目的。
2.2I/O点数的确定
根据要求情况，本系统有一下I/O点：
（1）系统启动/停止按钮，需要2个输入点；
（2）三个压力检测开关，需要3个输入点；
（3）四台水泵电机星-角减压启动，需要8个输出点；
（4）水泵工作时，工作状态的显示，需要4个输出点；
（5）手动/自动转换开关，需要1个输入点；
（6）四台水泵独立操作开关，需要8个输入点。
2.3系统的总体组成结构
根据题目所给出的要求，确定了系统各个环节的组成。
其中包括控制器PLC，压力检测装置构成的输入，以及被控对象水泵电机。
图2.1系统总体结构
第3章硬件设计
3.1系统的设备组成
根据基于PLC的供水系统原理图，系统的电气控制总框图如图3.2所示。
图3.1电气控制框图
从以上系统总框图可以看出，该系统的主要硬件设备应包括以下几部分：
（1）PLC及其扩展模块；
（2）压力检测开关；（3）水泵机组等。
3.2PLC及其扩展模块的选型
PLC是整个供水控制系统的核心，它要完成对系统中所有输入号的采集、所
有输出单元的控制。
因此，在选择PLC时，既要考虑PLC的指令执行速度、指令
丰富程度、内存空间、通讯接口及协议，还要带扩展模块的能力和编程软件的方便与否等多方面的因素。
由于个供水控制系统控制设备相对较少，因此PLC选用
德国SIEMENS公司的S7-200型。
S7-200型PLC的结构紧凑，价格低廉，具有较高的性价比，广泛适用于一些小型控制系统，具有如下特点：
1）编程方法简单易学；
2）功能强，性能价格比高；
3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；
4）可靠性高，抗干扰能力强；
5）系统的设计、安装、调试工作量少；
6）维修工作量小，维修方便；
7）体积小，能耗低。
PLC可以上接工控计算机，对自动控制系统进行监测控制。
PLC和上位机的通信采用PC/PPI电缆，支持点对点接口（PPI）协议，PC/PPI电缆可以方便实现PLC的通信接口RS485到PC机的通信接口RS232的转换，用户程序有三级口令保护，可以对程序实施安全保护。
根据控制系统实际所需端子数目，考虑PLC端子数目要有一定的预留量，因此选用的S7-200型PLC的主模块为CPU224，其开关量输出为10点，输出形式为AC220V继电器输出；开关量输入CPU224为14点，输入形式为+24V直流输入。
由于实际中需要数字量输出点12个，所以需要扩展，扩展模块选择的是EM222，该模块有8个数字输出点。
3.3水泵电机的选型
水泵电机按结构分类应分为卧式电机和立式电机。
因水泵的工作特性为启动力矩相对较小，启动频次相对较少，连续运行时间相对较长等特征，因此水泵电机多数为鼠笼转子的异步电动机或同步电动机。
其能广泛应用于不同领域，除在易燃、易爆或有腐蚀性气体的场合外，如运输、混合、印刷、农业机械和视频处理机中应用外，还可以应用与机床、泵类、鼓风机、压缩机等配套设备。
根据题目所给的要求，即额定功率1Kw，额定电压380V，额定转速1450rpm。
通过网上查阅发现载泽Y160M—4比较符合题目所给的参数要求。
载泽Y160M—4
的参数为1.1kw，1460转/分，380v，22.5A。
3.4供水系统主电路的设计
在设计主电路时，水泵用电动机来代替，FR为热继电器。
主电路如图3.1所示：
图3.2主电路设计
3.5PLC的I/O分配以及外部接线图
本设计分手动控制与自动控制。
当手动控制时，需要对每个水泵电机实现启动、停止。
当自动控制时需要系统的启动/停止按钮,需要管道内的压力检测开关对电机的启动数量进行控制。
所以I/O分配表如下：
表3.3I/O分配表
地址编号
名称
符号
地址编号
名称
符号
输入
I0.0
自动/手动切换
SB1
输出
Q0.0
水泵星型接触器1
KM1
I0.1
手动启动泵1
SB2
Q0.1
水泵角型接触器1
KM2
I0.2
手动停止泵1
SB3
Q0.2
水泵星型接触器2
KM3
I0.3
手动启动泵2
SB4
Q0.3
水泵角型接触器2
KM4
I0.4
手动停止泵2
SB5
Q0.4
水泵星型接触器3
KM5
I0.5
手动启动泵3
SB6
Q0.5
水泵角型接触器3
KM6
I0.6
手动停止泵3
SB7
Q0.6
水泵星型接触器4
KM7
I0.7
手动启动泵4
SB8
Q0.7
水泵角型接触器4
KM8
I1.0
手动停止泵4
SB9
Q1.0
水泵1运行
L1
I1.1
自动启动
SB10
Q1.1
水泵2运行
L2
I1.2
自动停止
SB11
Q1.2
水泵3运行
L3
I1.3
压力过低K1
SB12
Q1.3
水泵4运行
L4
I1.4
压力正常K2
SB13
I1.5
压力过高K3
SB14
根据PLC的I/O地址分配就可以连接处PLC的外部接线图，PLC的外部接线图如下：
图3.4外部PLC连接图
第4章软件设计
4.1软件流程图设计
硬件连接确定之后，系统的控制功能主要由软件来实现，结合对水泵机组的控制要求，系统流程如图4.1所示：
图4.1软件流程图
按下启动按钮后，判断自动/手动按钮是否按下，按下的话执行手动操作，每台水泵依靠启动停止开关控制；如果自动/手动按钮没有按下，执行自动操作，利用压力检测开关判断水压状态，然后根据水压状态自行调整水泵的运行数量。
4.2梯形图设计
第5章课程设计总结
一个星期的课程设计已经结束了，本文针对小区的供水系统的特点，设计了一种恒压供水系统。
该系统已PLC为核心，以压力检测开关为输入，当压力不为正常值时，增加或者减少水泵电机的数量；当压力为正常时，不对水泵电机做出调整。
本次设计的系统从根源上解决了一般小区供水中出现的管道压力问题。
同时系统的经济实用性、自动化程度高的特点不仅减少了经济投入，也减少了人员劳动程度。
在供水方面，极大的提高了供水的质量，节约了供水质量，另一方面来说也是水资源节约的一种表现。
看似简单的过程，但是在设计过程中却出现了很多问题。
PLC的选型、水泵电机型号的选择都有很多要求；编程时星角接触器的互锁、手动自动的切换同样很难。
在这些问题的解决过程中体会到一个人能力的有限，也让我感受到了团结互助的作用。
要特别感谢本次设计中帮助过我的老师和同学，可以说要是没有大家的帮助我可能还要迷茫很久，可能到现在也不可能完成设计。
每次的课程设计过程中，实践与理论的差距都会映入眼中。
但是同时随着课程设计次数的越来越多，也让我们更有信心的完成好实践中的各种事情，解决实践中的各种问题。
懂得了困难与问题在生活中的重要性，正是由于困难与问题在生活中的出现，科技才能更好的进步，在生活中努力的发现和解决困难才能更好的提高自身的水平。
参考文献
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机械工业出版社2011.12
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机械工业出版社.200527-30
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中国电力出版社200792-94
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[14]邓国梁.浅议城市小区供水方式的选择.黑龙江科技信息，200811-13
[15]李照芬.基于可编程控制器的供水系统设计与实现.2013
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。
尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者（本人签名）：
年月日
学位论文出版授权书
本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》（以下简称“章程”），愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入CNKI《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。
论文密级：
□公开□保密（___年__月至__年__月）（保密的学位论文在解密后应遵守此协议）
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