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基于PLC的小區(qū)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

 

2.1小區(qū)供水系統(tǒng)概述

    就供水體系的技能功能而言，整個(gè)供水體系應(yīng)滿意用戶對水質(zhì)、水量和水壓的需求。除此之外，在整個(gè)基建進(jìn)程和出產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)中還需求基建投資省,常常運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，操作辦理便利，無塔供水設(shè)備能安全出產(chǎn)以及充分發(fā)揮整個(gè)供水體系的經(jīng)濟(jì)效益。因而，正確挑選供水體系，具有十分重要的含義。

　　影響供水體系挑選的要素許多，主要有城鎮(zhèn)或小區(qū)的計(jì)劃、當(dāng)?shù)氐貏荨⒂脩魧┧w系的需求和水派的類型竿。因?yàn)樯鲜鲆氐牟灰粯?，供水體系能夠有各種不一樣的方式及其組成。如以符合衛(wèi)生需求的深層地下水作水源，供應(yīng)居民生活飲用，則就不需求凈化處置，僅締造取水和翰配水工程即可，如以江河水作為居民生活用水的水源時(shí)，碳鋼無塔供水設(shè)備則需求取水、凈化和暢配水等進(jìn)程……。在建設(shè)進(jìn)程中，有必要根據(jù)具體情況，挑選合理的供水體系。

    由于日常生活作息的原因，在一天中不同時(shí)刻居民的用水量有所不同，供水不足或供水過剩的情況時(shí)有發(fā)生，而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少時(shí)水壓低，用水少而供水多時(shí)水壓高。

    本小區(qū)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)是通過PLC、水泵、壓力檢測開關(guān)構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)用戶管網(wǎng)水壓的高低自動(dòng)調(diào)整4臺(tái)水泵的運(yùn)行數(shù)量，以實(shí)現(xiàn)供水壓力的閉環(huán)控制，從而保證不論何時(shí)管網(wǎng)壓力都能保持穩(wěn)定，達(dá)到穩(wěn)定壓力、提高供水質(zhì)量和節(jié)能的目的。

2.2小區(qū)供水系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)的確定

根據(jù)要求情況，本小區(qū)供水系統(tǒng)有一下I/O點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)啟動(dòng)/停止按鈕，需要2個(gè)輸入點(diǎn)；

（2）三個(gè)壓力檢測開關(guān)，需要3個(gè)輸入點(diǎn)；

（3）四臺(tái)水泵電機(jī)星-角減壓啟動(dòng)，需要8個(gè)輸出點(diǎn)；

（4）水泵工作時(shí)，工作狀態(tài)的顯示，需要4個(gè)輸出點(diǎn)；

（5）手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，需要1個(gè)輸入點(diǎn)；

（6）四臺(tái)水泵獨(dú)立操作開關(guān)，需要8個(gè)輸入點(diǎn)。

2.3小區(qū)供水系統(tǒng)的總體組成結(jié)構(gòu)

    根據(jù)題目所給出的要求，確定了系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的組成。其中包括控制器PLC，壓力檢測裝置構(gòu)成的輸入，以及被控對象水泵電機(jī)。

3.1小區(qū)供水系統(tǒng)的設(shè)備組成

    該小區(qū)供水系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備應(yīng)包括以下幾部分：（1）PLC及其擴(kuò)展模塊；（2）壓力檢測開關(guān)；（3）水泵機(jī)組等。

3.2小區(qū)供水系統(tǒng)PLC及其擴(kuò)展模塊的選型

PLC是整個(gè)供水控制系統(tǒng)的核心，它要完成對系統(tǒng)中所有輸入號的采集、所有輸出單元的控制。因此，在選擇PLC時(shí)，既要考慮PLC的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內(nèi)存空間、通訊接口及協(xié)議，還要帶擴(kuò)展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面的因素。由于個(gè)供水控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對較少，因此PLC選用德國SIEMENS公司的S7-200型。S7-200型PLC的結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，具有較高的性價(jià)比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)，具有如下特點(diǎn)：

1）編程方法簡單易學(xué)；

2）功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高；

3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)；

4）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；

5）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少；

6）維修工作量小，維修方便 ；

7）體積小，能耗低。

    PLC可以上接工控計(jì)算機(jī)，對自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測控制。PLC和上位機(jī)的通信采用PC/PPI電纜，支持點(diǎn)對點(diǎn)接口（PPI）協(xié)議，PC/PPI電纜可以方便實(shí)現(xiàn)PLC的通信接口RS485到PC機(jī)的通信接口RS232的轉(zhuǎn)換，用戶程序有三級口令保護(hù)，可以對程序?qū)嵤┌踩Ｗo(hù)。

    根據(jù)控制系統(tǒng)實(shí)際所需端子數(shù)目，考慮PLC端子數(shù)目要有一定的預(yù)留量，因此選用的S7-200型PLC的主模塊為CPU224，其開關(guān)量輸出為10點(diǎn)，輸出形式為AC220V繼電器輸出；開關(guān)量輸入CPU224為14點(diǎn)，輸入形式為+24V直流輸入。由于實(shí)際中需要數(shù)字量輸出點(diǎn)12個(gè)，所以需要擴(kuò)展，擴(kuò)展模塊選擇的是EM222，該模塊有8個(gè)數(shù)字輸出點(diǎn)。

3.3小區(qū)供水系統(tǒng)水泵電機(jī)的選型

    水泵電機(jī)按結(jié)構(gòu)分類應(yīng)分為臥式電機(jī)和立式電機(jī)。因水泵的工作特性為啟動(dòng)力矩相對較小，啟動(dòng)頻次相對較少，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間相對較長等特征，因此水泵電機(jī)多數(shù)為鼠籠轉(zhuǎn)子的異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)。其能廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域，除在易燃、易爆或有腐蝕性氣體的場合外，如運(yùn)輸、混合、印刷、農(nóng)業(yè)機(jī)械和視頻處理機(jī)中應(yīng)用外，還可以應(yīng)用與機(jī)床、泵類、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等配套設(shè)備。

    根據(jù)題目所給的要求，即額定功率1Kw，額定電壓380V，額定轉(zhuǎn)速1450rpm。通過網(wǎng)上查閱發(fā)現(xiàn)載澤Y160M—4比較符合題目所給的參數(shù)要求。載澤Y160M—4的參數(shù)為1.1kw，1460轉(zhuǎn)/分，380v，22.5A。

3.4小區(qū)供水系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)

    在設(shè)計(jì)主電路時(shí)，水泵用電動(dòng)機(jī)來代替，F(xiàn)R為熱繼電器。

3.5小區(qū)供水系統(tǒng)PLC的I/O分配以及外部接線圖

    本設(shè)計(jì)分手動(dòng)控制與自動(dòng)控制。當(dāng)手動(dòng)控制時(shí)，需要對每個(gè)水泵電機(jī)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止。當(dāng)自動(dòng)控制時(shí)需要系統(tǒng)的啟動(dòng)/停止按鈕,需要管道內(nèi)的壓力檢測開關(guān)對電機(jī)的啟動(dòng)數(shù)量進(jìn)行控制。所以I/O分配表如下： 

 表3.3 I/O分配表

地址編號		名稱	符號	地址編號		名稱	符號
輸入	I0.0	自動(dòng)/手動(dòng)切換	SB1	輸出	Q0.0	水泵星型接觸器1	KM1
	I0.1	手動(dòng)啟動(dòng)泵1	SB2		Q0.1	水泵角型接觸器1	KM2
	I0.2	手動(dòng)停止泵1	SB3		Q0.2	水泵星型接觸器2	KM3
	I0.3	手動(dòng)啟動(dòng)泵2	SB4		Q0.3	水泵角型接觸器2	KM4
	I0.4	手動(dòng)停止泵2	SB5		Q0.4	水泵星型接觸器3	KM5
	I0.5	手動(dòng)啟動(dòng)泵3	SB6		Q0.5	水泵角型接觸器3	KM6
	I0.6	手動(dòng)停止泵3	SB7		Q0.6	水泵星型接觸器4	KM7
	I0.7	手動(dòng)啟動(dòng)泵4	SB8		Q0.7	水泵角型接觸器4	KM8
	I1.0	手動(dòng)停止泵4	SB9		Q1.0	水泵1運(yùn)行	L1
	I1.1	自動(dòng)啟動(dòng)	SB10		Q1.1	水泵2運(yùn)行	L2
	I1.2	自動(dòng)停止	SB11		Q1.2	水泵3運(yùn)行	L3
	I1.3	壓力過低K1	SB12		Q1.3	水泵4運(yùn)行	L4
	I1.4	壓力正常K2	SB13
	I1.5	壓力過高K3	SB14

 

小區(qū)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)

本文針對小區(qū)供水系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種恒壓供水系統(tǒng)。該小區(qū)供水系統(tǒng)已PLC為核心，以壓力檢測開關(guān)為輸入，當(dāng)壓力不為正常值時(shí)，增加或者減少水泵電機(jī)的數(shù)量；當(dāng)壓力為正常時(shí)，不對水泵電機(jī)做出調(diào)整。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)從根源上解決了一般小區(qū)供水中出現(xiàn)的管道壓力問題。同時(shí)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)不僅減少了經(jīng)濟(jì)投入，也減少了人員勞動(dòng)程度。在供水方面，極大的提高了供水的質(zhì)量，節(jié)約了供水質(zhì)量，另一方面來說也是水資源節(jié)約的一種表現(xiàn)。

看似簡單的過程，但是在設(shè)計(jì)過程中卻出現(xiàn)了很多問題。PLC的選型、水泵電機(jī)型號的選擇都有很多要求；編程時(shí)星角接觸器的互鎖、手動(dòng)自動(dòng)的切換同樣很難。在這些問題的解決過程中體會(huì)到一個(gè)人能力的有限，也讓我感受到了團(tuán)結(jié)互助的作用。要特別感謝本次設(shè)計(jì)中幫助過我的老師和同學(xué)，可以說要是沒有大家的幫助我可能還要迷茫很久，可能到現(xiàn)在也不可能完成設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)過程中，實(shí)踐與理論的差距都會(huì)映入眼中。但是同時(shí)隨著課程設(shè)計(jì)次數(shù)的越來越多，也讓我們更有信心的完成好實(shí)踐中的各種事情，解決實(shí)踐中的各種問題。懂得了困難與問題在生活中的重要性，正是由于困難與問題在生活中的出現(xiàn)，科技才能更好的進(jìn)步，在生活中努力的發(fā)現(xiàn)和解決困難才能更好的提高自身的水平。