基于PLC的物业供水系统

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、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。该系统还设有过载等保护。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：物业供水，PLC，恒压





















目 录



第一章 概述 ……………………………………………………1

1.1 课题背景和意义……………………………………………1

1.2 国内外的发展与现状………………………………………1

第二章 硬件设计…………………………………………………3

2.1 供水系统主电路设计………………………………………3

2.2 供水系统的I/O地址分配表、I/O接线图………………3

2.3 供水系统的元件选择………………………………………4

第三章 软件设计………………………………………………6

3.1 系统流程图 ………………………………………………6

3.2 程序梯形图 ………………………………………………6

3.3 程序指令表………………………………………………9

3.4 程序分析…………………………………………………13

第四章 结论 ……………………………………………………15

4.1调试结果与分析 …………………………………………15

4.2设计心得与感想 …………………………………………15

参考文献…………………………………………………………17





第一章 概 述



1.1 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。

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。



1.2 国内外的发展与现状

可编程序控制器(program logical controller)，简称PLC，是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统。世界上第一台可编程控制器是美国数字设备公司(DEC)于1969年研制的。早期的可编程控制器由分离元件和中小规模集成电路组成，主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等，PLC将传统的继电器控制技术与新兴的计算机技术和通信技术融为一体，具有可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优点。70年代初期，体积小、功能强和价格便宜的微处理器被用于PLC，使得PLC的功能大大增强，具有了：可靠性高、具有丰富的I／O接口模块、采用模块化结构、编程简单易学安装简单，维修方便等特点。以及良好的工业环境工作性能和自动控制目标实现性能，在工业生产中得到了广泛的应用。

而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、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。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、单片机变频调速供水系统开发周期比较长，对操作员的素质

要求比较高，可靠性比

较低，维修不方便，且不适用于恶劣的工业环境。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。







第二章 硬件设计



2.1 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。主电路如图2-1所示。



图 2-1 主电路图



2.2 供水系统的I/O地址分配表、I/O接线图

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。所以PLC的I/O地址分配表如表2-1所示，I/O接线图如图2-2所示。



表2-1 I/O地址分配表

输入点
对应信号
输入点
对应信号
输出点
对应信号

X0
自动/手动切换
X11
自动启动/停止
Y0
供水水泵1

X1
手动启动泵1
X12
低压开关K1
Y1
供水水泵2

X2
手动停止泵1
X13
水压正常反馈K2
Y2
供水水泵3

X3
手动启动泵2
X14
高压开关K3
Y3
供水水泵4

X4
手动停止泵2
X15
泵1的过载保护



X5
手动启动泵3
X16
泵2的过载保护



X6
手动停止泵3
X17
泵3的过载保护



X7
手动启动泵4
X20
泵4的过载保护



X10
手动停止泵4








2.3 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FX2N-48MR，四台水泵选用J02-41-4，4.0kw，1440转/分，380v，8.4A。




图 2-2 I/O接线图





















第三章 软件设计



3.1 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3-1所示。


图 3-1 程序流程图



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。



3.2 程序梯形图

程序梯形图如图3-2所示。









图3-2 程序流程图

3.3 程序指令表

由梯形图转换为指令表如下：




0 LDI X000

1 CJ P1

4 LD X000

5 CJ P0

8 P0

9 LD X001

10 OR M0

11 ANI X002

12 OUT M0

13 LD X003

14 OR M1

15 ANI X004

16 OUT M1

17 LD X005

18 OR M2

19 ANI X006

20 OUT M2

21 LD X007

22 OR M3

23 ANI X010

24 OUT M3

25 LD M8000

26 CJ P2

29 P1

30 LD X011

31 ANI X000

32 OUT M4

33 LD X012

34 AND M4

35 ANI X013

36 ANI T0

37 OUT T0 K300

40 LD X014

41 AND M4

42 ANI X013

43 ANI T1

44 OUT T1 K300

47 LDI M20

48 ANI M21

49 ANI M22

50 ANI M23

51 SET M20

52 LDP T0

54 MPS

55 AND M20

56 AND M21

57 AND M22

58 AND M23

59 CJ P2

62 MRD

63 AND M20

64 AND M21

65 AND M22

66 ANI M23

67 SET M23

68 SET M26

69 MRD

70 AND M23

71 AND M20

72 AND M21

73 ANI M22

74 SET M22

75 SET M27

76 MRD

77 AND M22

78 AND M23

79 AND M20

80 ANI M21

81 SET M21

82 SET M28

83 MRD

84 AND

M21

85 AND M22

86 AND M23

87 ANI M20

88 SET M20

89 SET M29

90 MRD

91 AND M20

92 AND M21

93 AND M22

94 AND M23

95 SET M22

96 MRD

97 AND M21

98 AND M22

99 ANI M23

100 ANI M20

101 SET M23

102 MRD

103 AND M22

104 AND M23

105 ANI M20

106 ANI M21

107 SET M20

108 MRD

109 AND M23

110 AND M20

111 ANI M21

112 ANI M22

113 SET M21

114 MRD

115 AND M20

116 ANI M21

117 ANI M22

118 ANI M23

119 SET M21

120 MRD

121 AND M21

122 ANI M22

123 ANI M23

124 ANI M20

125 SET M22

126 MRD

127 AND M22

128 ANI M23

129 ANI M20

130 ANI M21

131 SET M23

132 MPP

133 AND M23

134 ANI M20

135 ANI M21

136 ANI M22

137 SET M20

138 LDP T1

140 MPS

141 AND M20

142 ANI M21

143 ANI M22

144 ANI M23

145 CJ P2

148 MRD

149 AND M21

150 ANI M22

151 ANI M23

152 ANI M20

153 CJ P2

156 MRD

157 AND M22

158 ANI M23

159 ANI M20

160 ANI M21

161 CJ P2

164 MRD

165 AND M23

166 ANI M20

167 ANI M21

168 ANI M22

169 CJ P2

172 MRD

173 AND M20

174 AND M21

175 ANI M22

176 ANI M23

177 RST M20

178 MRD

179 AND M21

180 AND M22

181 ANI M23

182 ANI M20

183 RST M21

184 MRD

185 AND M22

186 AND M23

187 ANI M20

188 ANI M21

189 RST M22

190

MRD

191 AND M23

192 AND M20

193 ANI M21

194 ANI M22

195 RST M23

196 MRD

197 AND M20

198 AND M21

199 AND M22

200 ANI M23

201 RST M20

202 MRD

203 AND M21

204 AND M22

205 AND M23

206 ANI M20

207 RST M21

208 MRD

209 AND M22

210 AND M23

211 AND M20

212 ANI M21

213 RST M22

214 MRD

215 AND M23

216 AND M20

217 AND M21

218 ANI M22

219 RST M23

220 MRD

221 AND M20

222 AND M21

223 AND M22

224 AND M23

225 AND M26

226 RST M20

227 RST M26

228 MRD

229 AND M20

230 AND M21

231 AND M22

232 AND M23

233 AND M27

234 RST M23

235 RST M27

236 MRD

237 AND M20

238 AND M21

239 AND M22

240 AND M23

241 AND M28

242 RST M22

243 RST M28

244 MPP

245 AND M20

246 AND M21

247 AND M22

248 AND M23

249 AND M29

250 RST M21

251 RST M29

252 P2

253 LD M0

254 OR M20

255 ANI X015

256 OUT Y000

257 LD M1

258 OR M21

259 ANI X016

260 OUT Y001

261 LD M2

262 OR M22

263 ANI X017

264 OUT Y002

265 LD M3

266 OR M23

267 ANI X020

268 OUT Y003

269 END










3.4 程序分析

本系统主要分为手动运行和自动运行两部分，在编程过程中将本系统主要分为三大模块：手动运行模块（P0）、自动运行模块（P1）、输出模块（P2）。在系统一上电情况下首先通过判断自动/手动开关X0，判断是进入手动模块（P0）还是进入自动模块(P1)，X0为ON表示手动，OFF表示自动。然

后进入相应的模块执行程序。

手动模块，当进入手动模块后，X1是泵1的手动启动开关，X2是泵1的手动停止开关；X3是泵2的手动启动开关，X4是泵2的手动停止开关；X5是泵3的手动启动开关，X6是泵3的手动停止开关；

X7是泵4的手动启动开关，X10是泵4的手动停止开关；可以通过上述开关相对独立的对单台水泵进行通断电控制。

自动模块，当进入自动模块后，在自动运行模块还设有自动运行停止开关X11（ON表示运行，OFF表示停止），在X11为ON的情况下，系统首先判断四台水泵的运行状态，如四台水泵都没工作则将自动把第一台水泵打开，其中M20、M21、M22、M23分别是四台水泵自动运行的标志，然后再通过压力传感器判断水压的高低，在系统中X12表示低压，X13表示水压正常、X14表示水压高。水压低/高的时候延时30秒，增加/减少一台水泵工作，增加的顺序是没工作过的优先增加本程序为了满足这个要求采用的是四台水泵按M20—M21—M22—M23—M20的顺序依次循环启动或停止，这样就能满足没工作过的优先则加和工作过的优先停止的要求。其次在选择增加那个水泵时考虑到PLC工作室扫描程序遵受从上到下从左到右的原则，为了避免上面程序对下面产生的影响对结果产生影响，在设计过程中对于水压低需要加泵时先写四台水泵同时工作的情况，然后逐次减一到只有一台工作；对于水压高需要减泵时先从一条水泵工作，然后逐次加一到四台全工作这样就能满足上述要求。每次当自动模块执行完之后程序跳到公共输出模块执行。

输出模块，在输出模块中，M0、M20别是泵1的手泵和自动运行标志，X15是泵1的过载保护；M1、M21别是泵2的手泵和自动运行标志，X16是泵2的过载保护；M2、M22别是泵3的手泵和自动运行标志，X17是泵3的过载保护；M3、M23别是泵4的手泵和自动运行标志，X20是泵4的过载保护。























第四章 结 论



4.1调试结果与分析

程序设计完成之后需要进行调试仿真，本系统调试用的三菱F2N/F2NC系列的PLC。在调试过程中我遇到很多问题，并最终在老师和同学的帮助下把问题解决。

我遇到的主要问题有：在编写程序过程中由于程序太长写着写着程序写不进去了，最后在老师的帮助下才知道需要将程序先转换一下才能继续写，这是自己对调试软件不太熟悉的原因造成的。其次，在调试过程中，手动操作运行都正常结果也正确，自动运行时当水压低需要加泵运行时也能正常运行，就是在水压高需要减泵时出现问题，当减泵时只要运行水泵数超过两台应该每次减一台，但系统都只留下最后一台工作前面的几台

全部停止工作不满足要求，经检查发现原来是减泵程序中上面的指令对下面产生了影响从而产生，于是我将减泵程序的顺序上下换了一下让他们不能相互干扰，从而问题得以解决；另外还有只要出现四台水泵同时运行，需减泵时本系统都是先减第一台水泵，这是不符合设计要求的，面对这种情况我苦思冥想就是想不出解决办法，最后我有向一同学请教讨论这种问题的解决方法，这时这位同学的一句话点醒梦中人，原来是自己在水压低加泵加到四台时的判断有问题，于是在加泵加到四台时的每位加上一个状态标志并在减泵时用上这些标志之后问题就得以解决。整个程序设计能够完整的正常运行，结果正确。



4.2 设计心得与感想

经过一周的努力本次设计圆满的完成了。然而在第一次看到这个设计题目及要求时，说实话自己有点害怕和担心，担心自己不能够完成本次设计，害怕遇到问题时不知道该怎么解决。当然在设计中的确遇到很多困难，这些问题及其解决办法在前面已经介绍。在这些问题的解决过程中是我什么体会到仔细一个人能力的有限，也让我感受到了团结互助的作用。我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。

在这一周的设计中，也是我的自信心有了很大的提高，使我明白在面对困难时我要轻言放弃，要相信自己，并努力的发现困难解决困难。同时也是我明白在面对一件事情时不要被他的表象所迷惑，不要第一眼看去认为他难他就难，有时只要我们认真的按部就班的来做，所有的问题都能解决，到后来我们也会发现他也并不像我们想象的那么难。

当看到实验台上自己最终的正确的调试结果时，我有一种说不出的愉快，因为这此设计是由自己独立完成的，这里有自己的心血和汗水，结果的正确是对自己努力和辛苦的证明。







































参考文献



【1】周亚军，张卫.电气控制与PLC原理及应用.西安：西安电子科技大学出版社，2010

【2】 宋序彤．我国城市供水发展有关问题分析．城镇供水，2001(2)：32．35

【3】 魏志精．可编程控制器应用技术．北京：电子工业出版社，1995，85．90

【4】吴小雨．恒压变量供水装置中PLC的应用【J】．低压电器，2002(1)：4245

【5】陈景文.高层建筑变频恒压供水控制系统设计[J]．中国给水排水，2007，12：30-34

【6】廖常初.PLC编程及应用. 北京：机械工业出版社，2003

【7】陈伯时.电力拖动自动控制系统.北京:机械工业出版社，199

6

【8】刘润华.可编程序控制器在变频调速供水系统中的应用.基础自动化 1997

【9】贺玲芳.基于PLC控制的全自动变频恒压供水系统.西安科技学院学报,2000 20(3)