第基于PLC的城市高樓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要現(xiàn)在，隨著人口的增長，對水的需求也隨之增長。如今，無論是在小城市還是大城市，高樓大廈都是每個(gè)城市的象征。在高層建筑中，保持供水壓力恒定，提高供水水質(zhì)是非常重要的。為了節(jié)約成本，必須保證供水的可靠性和安全性，以避免三天兩頭出現(xiàn)問題。供水系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性將直接影響城市的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)。建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，合理開發(fā)和保護(hù)水資源是一項(xiàng)十分艱巨的任務(wù)。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)和自動(dòng)控制兩種方式控制使用四臺(tái)水泵進(jìn)行高樓供水，控制系統(tǒng)中設(shè)置了水管壓力檢測在開關(guān)和高低壓報(bào)警，根據(jù)壓力檢測開關(guān)給出的高低壓信號(hào)來控制水泵開啟或關(guān)閉，維持正常水壓。本此設(shè)計(jì)是用三菱GXWorks2軟件進(jìn)行系統(tǒng)控制的梯形圖編輯，并采用三菱觸摸屏軟件（GTDesigner3）進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證系統(tǒng)控制的真實(shí)有效性。通過實(shí)踐，該系統(tǒng)達(dá)到了有效控制供水的性能，節(jié)約了水資源，避免了二次污染。具有良好的使用價(jià)值。關(guān)鍵詞：高樓供水；PLC；三菱；觸摸屏；目錄1緒論 61.1課題的研究背景和意義 61.1.1國內(nèi)傳統(tǒng)供水系統(tǒng) 61.1.2國外供水狀況 61.2供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 71.3供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 71.4供水系統(tǒng)的優(yōu)勢 92可編程控制器的概述 102.1控制器的介紹 102.2PLC的特點(diǎn) 112.3PLC的選型 123供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 143.1供水系統(tǒng)主電路分析與設(shè)計(jì) 143.1.1水泵的選擇 143.2可編程控制器I/0分配 163.3PLCI/O接線圖 173.4程序指令說明 183.5程序模式的模式選擇、水泵的工作程序以及解析 223.5.1供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分程序及分段解析 223.6程序組態(tài)界面分析 284結(jié)論 31

1緒論1.1課題的研究背景和意義隨著城鄉(xiāng)一體化建設(shè)步伐的加快，城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步REF_Ref70812564\r\h[1]，人口不斷增加，為了解決居民的居住問題，各個(gè)地方的建筑數(shù)量和建筑樓層也在不斷增加。隨之，對水的需求量不斷增加。在用水高峰期，供水不足問題尤為突出，給居民生活用水帶來了影響，解決供水不足問題刻不容緩。我國對高層建筑的定義為層數(shù)超過10層（含10層）的住宅，商業(yè)服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)與住宅為一體的也囊括在其中，或是建筑高度大于24米的其他民用建筑，具體到工業(yè)廠房上。建筑樓層越來越高的同時(shí)，我們供水的方式正在演變。目前的供水不僅要解決高層住宅的用水問題，還要考慮保護(hù)水資源，避免造成浪費(fèi)。水是人類賴以生存的資源，在保證不影響居民用水，保證供水正常的情況下，我們也應(yīng)該響應(yīng)國家建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的號(hào)召。1.1.1國內(nèi)傳統(tǒng)供水系統(tǒng)傳統(tǒng)的供水方式分為三種：高位水箱給水、減壓水箱積水、減壓閥給水REF_Ref70844308\r\h[18]。（1）高位水箱給水方式：這種模式將高值水箱安裝在建筑物的頂層，水箱和離心水泵是供水設(shè)備的核心，負(fù)責(zé)對建筑物用水進(jìn)行調(diào)節(jié)、儲(chǔ)存，并防止水壓發(fā)生明顯波動(dòng)，水泵負(fù)責(zé)向水箱內(nèi)輸送水。缺點(diǎn)：要鋪設(shè)很長的壓水管線，成本比較高；建筑樓層幾乎被水箱所覆蓋，不利于科學(xué)布置建筑平面，導(dǎo)致使用面積不斷縮小，經(jīng)濟(jì)效益每況愈下。（2）減壓水箱給水方式：水泵向整棟建筑的屋頂水箱源源不斷輸送水，水泵位于樓層底層或地下室，然后向各分區(qū)高位水箱輸送，此水箱之負(fù)責(zé)減壓。缺點(diǎn)：水泵運(yùn)行動(dòng)力費(fèi)用高；屋頂水箱容積大，會(huì)埋下安全隱患，供水穩(wěn)定性不足。（3）減壓閥給水方式。其未使用減壓水箱，取而代之的是減壓閥，其他方面都類似于減壓水箱，減壓閥體積小，不會(huì)覆蓋整個(gè)樓頂，節(jié)約了用地，但是低區(qū)減壓閥有著極大的壓力，稍有差池便會(huì)引發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)。水箱封閉不密，導(dǎo)致水中含氯量消失，容易受細(xì)菌污染及受蟲蟻等侵襲，最終水質(zhì)變壞，影響居民的健康REF_Ref70811912\r\h[2]REF_Ref70811912\r\h，所以要定期清理水箱。其次，要騰出位置安裝水箱，且其容積與質(zhì)量呈正相關(guān)關(guān)系，水箱太大必然會(huì)影響建筑物的結(jié)構(gòu)1.1.2國外供水狀況國外發(fā)達(dá)國家在70年代開始對水廠實(shí)施了自動(dòng)化的建設(shè)工作，當(dāng)時(shí)由于集成電路的大量應(yīng)用，自動(dòng)化控制技術(shù)飛速發(fā)展，水工業(yè)專用設(shè)備不斷發(fā)展與完善，相應(yīng)地推動(dòng)了水廠自動(dòng)化技術(shù)有了質(zhì)的飛躍。他們不僅有先進(jìn)的設(shè)備，而且有先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，因此水廠的自動(dòng)化程度很高REF_Ref70813186\r\h[11]。如何用上高品質(zhì)的水也成為了人們倍感關(guān)心的問題，國內(nèi)外目前已經(jīng)將無水箱的水泵供水方式應(yīng)用到了高層建筑當(dāng)中，此種供水模式的特殊之處就是：在不改變系統(tǒng)壓力的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際用水情況來決定運(yùn)轉(zhuǎn)水泵工作，從而做到節(jié)約資源的作用，而且免去了安裝水箱這一環(huán)節(jié)。生產(chǎn)需要用水，人們需要用水生活，在高層供水系統(tǒng)中普遍存在著水資源浪費(fèi)，電能的浪費(fèi)，供水資源被污染等現(xiàn)象。因此為了有效改善這些問題REF_Ref70811999\r\h[3]，此次設(shè)計(jì)的供水系統(tǒng)不像以往的供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)配有壓力傳感器和水壓報(bào)警器，采用智能的方式進(jìn)行環(huán)保供水，壓力傳感器和水壓報(bào)警器用于檢測水壓是否正常，不正常時(shí)發(fā)出報(bào)警警示，當(dāng)用水量多，壓力檢測開關(guān)檢測水壓過低，低壓報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，此時(shí)系統(tǒng)得到指令，通過增加水泵來解決水壓低的問題。當(dāng)用水量少，壓力檢測開關(guān)檢測水壓過高，高壓報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，系統(tǒng)通過減少工作的水泵來解決水壓高的問題。這樣的供水系統(tǒng)可以使用戶的用水量保持在一個(gè)設(shè)定的范圍內(nèi)，滿足用戶的用水需求，同時(shí)也避免了采用水箱供水方式給建筑物屋頂帶來壓力，同時(shí)也做到了節(jié)約電力資源，不讓水泵處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，避免了水的輸送過程造成二次污染。十分符合現(xiàn)在環(huán)保的理念，該系統(tǒng)功能完善嚴(yán)謹(jǐn)，很值得廣泛使用。1.2供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求大樓采用四臺(tái)水泵組成整個(gè)供水系統(tǒng)，K1，K2供水管道安裝壓力檢測開關(guān)接通K3，K1，為水壓偏低開關(guān)；K2，為水壓無異常開關(guān)；K3，為水壓偏高開關(guān)。（1）系統(tǒng)有兩種狀態(tài)，一種是手動(dòng)工作，另外一種是自動(dòng)工作，自動(dòng)模式下，首先啟動(dòng)水泵M1，如水壓變低，這時(shí)K1接通，延時(shí)30秒后，啟動(dòng)M2水泵工作。當(dāng)水壓恢復(fù)正常，K1開關(guān)斷開，K2開關(guān)接通，這時(shí)保持M1水泵和M2水泵運(yùn)行，維持水壓正常。K3開關(guān)會(huì)在壓力變大水量驟減時(shí)接通，此時(shí)等待半分鐘之后將1臺(tái)水泵撤走，期間要先切斷工作的水泵；K1會(huì)在壓力下降水量增加時(shí)接通，此時(shí)等待半分鐘之后裝入1臺(tái)從未被裝入過的水泵進(jìn)行工作；供水平衡時(shí)接通K2，此時(shí)無需增減水泵。（2）每臺(tái)水泵運(yùn)作期間都會(huì)顯示相應(yīng)的狀態(tài)。（3）手動(dòng)模式下，要單獨(dú)操作每一臺(tái)水泵（對開關(guān)進(jìn)行啟動(dòng)和停止操作），水泵均有過載保護(hù)功能，可直接通過斷電的方式對任意水泵進(jìn)行控制。（4）開關(guān)可以通過手動(dòng)切換操作模式，還有用于切換“停止自動(dòng)運(yùn)行”和“自動(dòng)運(yùn)行”的控制開關(guān)，在手動(dòng)模式下，4臺(tái)水泵的操作互不影響，切斷水泵的閘刀開關(guān)即可斷電控制相應(yīng)的水泵電源；自動(dòng)模式下，高壓報(bào)警燈會(huì)在壓力變大且水量驟減時(shí)亮起，且發(fā)出警報(bào)，此時(shí)水泵的運(yùn)作受PLC控制；低壓報(bào)警燈會(huì)在壓力變小且用水增多時(shí)亮起且發(fā)出警報(bào)，此時(shí)水泵在PLC的控制下運(yùn)作，相應(yīng)水泵被切斷；水壓正常時(shí)高低壓報(bào)警裝置不會(huì)被觸發(fā)，水泵運(yùn)行狀態(tài)不變，期間至少有1臺(tái)水泵處于工作狀態(tài)，上限為4臺(tái)。1.3供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想恒壓供水系統(tǒng)由PLC控制器，觸摸屏顯示器，通常采用反饋0-20毫安電流或反饋0-5V伏的壓力變送器和電阻式傳感器作為壓力傳感器，K1（水位低）,K2（水位正常）,K3（水位高），水位變送器，手動(dòng)/自動(dòng)開關(guān)控制器，水泵機(jī)組，電機(jī)保護(hù)裝置以及其他電控設(shè)備等構(gòu)成，水泵在異步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，從而具有供水的功能，由于水泵和電機(jī)缺一不可，水泵的出水量是基于對電機(jī)機(jī)組工作電機(jī)臺(tái)數(shù)進(jìn)行調(diào)整而進(jìn)行控制的，也正是因?yàn)槿绱?，電?dòng)機(jī)才是整個(gè)供水系統(tǒng)運(yùn)作的內(nèi)核。通常用接觸器來控制電動(dòng)機(jī)，PLC基于控制接觸器來對電機(jī)機(jī)組的電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，進(jìn)而滿足高樓層的用水需求。圖1-1控制系統(tǒng)圖由PLC根據(jù)所測信號(hào)控制水泵起動(dòng)、運(yùn)行和停機(jī)，安裝于供水管道內(nèi)的水壓傳感器將所檢水壓信號(hào)送至PLC，再由PLC控制水泵運(yùn)行REF_Ref70812038\r\h[4]，在控制整個(gè)系統(tǒng)時(shí)，需要對報(bào)警信號(hào)和水壓信號(hào)進(jìn)行檢測，具體如下：1.水壓信號(hào)：它是用戶管網(wǎng)水壓的體現(xiàn)，屬于反饋信號(hào)，基于此可以了解供水控制情況；2.報(bào)警信號(hào)：基于此可以判斷系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，該信號(hào)為開關(guān)量信號(hào)。1.4供水系統(tǒng)的優(yōu)勢系統(tǒng)采用三個(gè)壓力傳感器（壓力檢測開關(guān)）對水位壓力進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測，每一個(gè)都有其特有的功能，為平衡供水需求，水泵數(shù)量控制在4臺(tái)，系統(tǒng)在可編程控制器的支撐下自動(dòng)運(yùn)行，PLC在整個(gè)系統(tǒng)中占據(jù)著舉足輕重的地位，其將傳統(tǒng)的供水設(shè)備，如減壓水箱、氣壓供水、高位水箱替換為了智能供水系統(tǒng)，而且使用和調(diào)試系統(tǒng)的門檻很低，有效的降低了水廠的工作量，尤其是分析、管理和數(shù)據(jù)分析方面。就目前來說，單片機(jī)在實(shí)踐應(yīng)用也是日漸成熟，被廣泛運(yùn)用于很多領(lǐng)域，PLC的應(yīng)用廣度和深度已經(jīng)成為一個(gè)國家工業(yè)先進(jìn)度的一個(gè)重要的標(biāo)志REF_Ref70840558\r\h[13]。而本次設(shè)計(jì)選用PLC，而供水系統(tǒng)采用了具有功能強(qiáng)大、操作門檻低、運(yùn)行穩(wěn)定且安全的PLC作為主要組成部分時(shí)能夠使得用戶的用水需求得到充分滿足，整個(gè)供水系統(tǒng)也會(huì)在PLC的運(yùn)作下朝著自動(dòng)化、低成本、節(jié)能化的方向發(fā)展，而且整個(gè)運(yùn)行過程十分平穩(wěn)，可以有效的控制自來水生產(chǎn)成本，使之易于管理。PLC技術(shù)出現(xiàn)、發(fā)展及其廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展過程中多個(gè)領(lǐng)域，給自動(dòng)化控制發(fā)展帶來新的機(jī)遇REF_Ref70812069\r\h[5]。而單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)則是質(zhì)量參差不齊，學(xué)習(xí)、使用和維護(hù)都很困難。

2可編程控制器的概述2.1控制器的介紹PLC是可編程程序控制器（ProgrammableLogicController）的縮寫，是以微處理器為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置，可編程控制器是一種數(shù)字式的電子設(shè)備，它使用可編程的存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)指令REF_Ref70812112\r\h[6]，可編程邏輯控制器投入工作后，其工作過程氛圍輸出刷新、用戶程序執(zhí)行、輸入采樣三個(gè)階段，PLC的基本構(gòu)成有以下幾塊：輸出接口（O）、系統(tǒng)儲(chǔ)存器（ROM）、輸入接口（I）、用戶存儲(chǔ)器（RAM）、中央處理器（CPU）、電源REF_Ref70842448\r\h[16]。圖2-1PLC組成框圖PLC的應(yīng)用歸納起來共有如下5種類型：

（1）順序控制，這是最普遍的一種應(yīng)用方式，用以控制順序、邏輯，與傳統(tǒng)繼電器功能無異，可以用于控制單臺(tái)設(shè)備，也可用于多臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備控制；（2）運(yùn)動(dòng)控制，PLC可用于控制直線運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)；（3）控制閉環(huán)過程：其能夠?qū)θ缌髁?、速度、壓力和溫度等大量的物理參?shù)和模擬量進(jìn)行控制。PLC在PID模塊的支撐下具備控制閉環(huán)過程的能力，也就是可以在過程控制中引入一個(gè)具有控制功能的PID，PID在過程控制當(dāng)中會(huì)啟動(dòng)相應(yīng)的算法來對某個(gè)出現(xiàn)偏差的變量進(jìn)行計(jì)算，使之回歸正軌，與設(shè)定值保持一致。（4）處理數(shù)據(jù)，當(dāng)代PLC功能強(qiáng)大，能夠采集、分析和處理大量的數(shù)據(jù)，這得益于其位操作、查表、排序、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、傳送數(shù)據(jù)的功能，以及邏輯運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算的能力，通過對比存儲(chǔ)器內(nèi)的參考值和這些數(shù)據(jù)，進(jìn)行有目的的操作控制，也能依托通信功能相其他智能裝置傳輸數(shù)據(jù)，或自動(dòng)生成相應(yīng)的表格。（5）通信及聯(lián)網(wǎng)，它主要指的是其與其他智能設(shè)備的通信以及彼此間的通信，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)在計(jì)算機(jī)普及的年代取得了極大的進(jìn)步，PLC通信功能也成為了各PLC廠商爭相研發(fā)的內(nèi)容，各種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)蜂擁而出，帶有通信接口已經(jīng)成為了PLC的特有屬性，降低了通信的門檻，而且也使得集散控制系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)、工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的通信需求得到了充分的滿足，PLC數(shù)據(jù)通信功能的實(shí)現(xiàn)很好的解決系統(tǒng)停電時(shí)的運(yùn)作問題?？删幊炭刂破鲝漠a(chǎn)品的品種上，同計(jì)算機(jī)的發(fā)展類似，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型兩個(gè)方向發(fā)展REF_Ref70842539\r\h[14]：（1）大型化。具體而言，就是PLC會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、智能化、大容量的趨勢，這樣就能依托計(jì)算機(jī)來自動(dòng)控制復(fù)雜的大型系統(tǒng)，目前已經(jīng)研發(fā)出了由若干CPU組成而且具有32位微處理器的超大型PLC，其擁有14336點(diǎn)I/O點(diǎn)數(shù)，而且的存儲(chǔ)器的容量很大。（2）小型化。其整體配置因?yàn)槟K化的特點(diǎn)而更加具有彈性，目前超小微型PLC和簡易PLC已經(jīng)占據(jù)了市場的半壁江山，以8-16點(diǎn)I/O點(diǎn)數(shù)為最小配置，主要服務(wù)于小型和單機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。2.2PLC的特點(diǎn)（1）穩(wěn)定性強(qiáng)且能夠抵抗干擾；繼電接觸器控制系統(tǒng)的設(shè)備連線因?yàn)闄C(jī)械觸頭過多的關(guān)系而顯得十分復(fù)雜，盡管其抗干擾水平比較高，但是系統(tǒng)卻因?yàn)殚_閉觸頭會(huì)產(chǎn)生電弧損害，觸頭抖動(dòng)、脫焊、器件老化等問題而缺乏穩(wěn)定性。時(shí)間繼電器、中間繼電器是傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)內(nèi)數(shù)量最多的部件，因?yàn)橛|點(diǎn)接觸不充分的關(guān)系，導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性缺乏保障，PLC將這些時(shí)間和中間繼電器替換為了軟件，之保留了少量涉及輸入和輸出的硬件，互繼電器控制系統(tǒng)也因?yàn)榻泳€的存在而減少了1/10-1/100，由于觸點(diǎn)接觸不充分而發(fā)生故障的幾率也大幅度降低了。PLC引入了微電子技術(shù)，電子存儲(chǔ)器（無觸點(diǎn)）負(fù)責(zé)關(guān)閉和開啟開關(guān)，軟件程序取代了復(fù)雜的連線和一些繼電器，所以使用年限也有所增加，系統(tǒng)穩(wěn)定性得到了保障。（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一目了然，具有極強(qiáng)的操作空間，應(yīng)用簡單便捷；（3）編程難度低，使用方便；使用PLC設(shè)備的主體是各種各樣的用戶，設(shè)計(jì)PLC的人員在編制PLC程序的過程中應(yīng)該將現(xiàn)場工程技術(shù)人員的習(xí)慣和技能都考慮進(jìn)去，盡可能使用簡單指令。理解起來十分簡單，就算不太熟悉計(jì)算機(jī)語言和知識(shí)也能從容操作，大大降低了編程的難度；（4）功能一應(yīng)俱全，具有極強(qiáng)的擴(kuò)展空間，PLC當(dāng)中的繼電器類軟件數(shù)不勝數(shù)，其在處理開關(guān)量方面的表現(xiàn)十分出眾，能夠通過邏輯控制來處理各種開關(guān)量，這一優(yōu)勢是普通繼電器控制無法做到的。PLC內(nèi)部的控制功能十分完善，支持PID運(yùn)算和A/D、D/A轉(zhuǎn)換，還具有數(shù)字控制、過程控制的功能。PLC接入互聯(lián)網(wǎng)之后小到對單機(jī)控制，大到對生產(chǎn)線乃至機(jī)群進(jìn)行控制，而且支持現(xiàn)場和遠(yuǎn)程操作。（5）設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試PLC控制系統(tǒng)都比較容易實(shí)現(xiàn)，PLC中的“軟元件”，如計(jì)數(shù)器、時(shí)間繼電器、中間繼電器有很多，硬件一應(yīng)俱全，而且結(jié)構(gòu)具有商品化和模塊化的特點(diǎn)，組裝時(shí)候要綜合考慮內(nèi)存大小、容量（內(nèi)存量、輸出點(diǎn)、輸入點(diǎn)等），加上控制功能從過去的硬接線替換為了軟件編程，減少了安裝接線的復(fù)雜性，只需準(zhǔn)備1臺(tái)PLC就能保證接線人員設(shè)計(jì)出相應(yīng)的控制系統(tǒng)，并通過調(diào)試將之投入使用，相比必須在現(xiàn)場調(diào)試的繼電接觸器系統(tǒng)，其效率不言而喻。（6）維修門檻低，維修難度小，PLC的自診斷功能十分強(qiáng)大，能夠通過監(jiān)視來顯示I/O點(diǎn)的狀態(tài)、異常狀態(tài)、通信狀態(tài)、內(nèi)部工作狀態(tài)，通過觀察這些狀態(tài)，工作人員能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障，并采取相應(yīng)的方式進(jìn)行處理。（7）質(zhì)量和體積很小，結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的難度較低。（8）具有豐富的I/O接口模塊?？删幊炭刂破髂軌蚋鶕?jù)工作環(huán)境的不同，讓相應(yīng)模塊與外部設(shè)備相連接REF_Ref70813787\r\h[12]。2.3PLC的選型本設(shè)計(jì)采用的是三菱PLCFX2NC，屬于小型系列。在PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)和用戶的程序中使用大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)并不是直接實(shí)現(xiàn)，其采用了十進(jìn)制數(shù)這樣的方式進(jìn)行表現(xiàn)，對于PLC而言，十進(jìn)制數(shù)就相當(dāng)于是數(shù)據(jù)，其作用為：對狀態(tài)繼電器、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、輔助繼電器進(jìn)行編號(hào)；用于設(shè)定計(jì)數(shù)器和定時(shí)器的K值；對計(jì)數(shù)器、定時(shí)器的當(dāng)前值進(jìn)行設(shè)定。在PLC當(dāng)中，二進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于位數(shù)據(jù)的存在，它是線圈、計(jì)數(shù)器觸點(diǎn)、定時(shí)器、繼電器的重要組成部分，二進(jìn)制數(shù)在PLC內(nèi)部代表了BCD碼、十六進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十進(jìn)制數(shù)，然而基于外圍設(shè)備監(jiān)控和顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)依然會(huì)對原來的數(shù)制進(jìn)行還原。十六進(jìn)制數(shù)用于指定應(yīng)用指令中的操作數(shù)或指定動(dòng)作。FX2NC的控制規(guī)模：16?256點(diǎn)（基本單元：16/32/64/96點(diǎn)）REF_Ref70841893\r\h[15]1.集成型&高性能與集成型FX2NC系列的擴(kuò)展模塊相連接之后，完成輸入和輸出操作，256為輸入輸出點(diǎn)數(shù)的上限。控制柜內(nèi)的配線會(huì)因?yàn)槠溥B接了終端模塊而有所減少。2.高速運(yùn)算基本指令：0.08μs/指令應(yīng)用指令：1.52?數(shù)100μs/指令3.安心、寬裕的存儲(chǔ)器規(guī)格RAM存儲(chǔ)器的步數(shù)為8000具有16000步的通常都配有存儲(chǔ)盒4.豐富的軟元件范圍輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器分別有3072點(diǎn)、256點(diǎn)、235點(diǎn)、8000點(diǎn)5.面向國外的產(chǎn)品適合各種安全規(guī)格。3供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1供水系統(tǒng)主電路分析與設(shè)計(jì)供水共有四臺(tái)水泵，根據(jù)用水時(shí)段用水特點(diǎn)，可以把用戶的用水量變化類型分為連續(xù)型、間歇型；連續(xù)型是指一天內(nèi)水流量幾乎為0的用水時(shí)段，或者水管網(wǎng)自身就保持著有一定的水流量；間歇型是指一天有多段用水的低谷期，該時(shí)間段的水流量很小或者為0。水泵的流量與輸出水管的壓力成平方關(guān)系,控制流量可轉(zhuǎn)化為控制壓力。只有壓力足夠高時(shí),水才能打上足夠的高度;當(dāng)輸出口的壓力不夠時(shí),

高層樓的用戶用水就將受到影響,

經(jīng)常出現(xiàn)斷水的現(xiàn)象REF_Ref70812194\r\h[7]。圖3-1用戶用水量的變化類型購物中心、住宅區(qū)、辦公樓、商鋪、工廠廠房等提供生產(chǎn)用水的屬于用水高流量區(qū)，就給水系統(tǒng)而言供水和用水同時(shí)存在高峰與低谷，這樣就容易形成用水高峰時(shí)(如做飯時(shí))，若供水壓力偏低，樓房高層可能常常無水REF_Ref70812227\r\h[8]；結(jié)合供水系統(tǒng)的使用場所，采用四臺(tái)水泵完全滿足供水需求。3.1.1水泵的選擇泵的選擇及其重要，泵是一種輸送液體的機(jī)械，其形式應(yīng)根據(jù)總揚(yáng)程和總流量來選定REF_Ref70812264\r\h[9]；根據(jù)水泵的流量選擇：水泵后無水箱等調(diào)節(jié)裝置時(shí)，按照設(shè)計(jì)秒流量確定，水泵后有水箱等調(diào)節(jié)裝置時(shí)，一般按最大小時(shí)流量定。調(diào)節(jié)泵在額定轉(zhuǎn)速的工作點(diǎn)，應(yīng)該位于水泵高效區(qū)的末端。根據(jù)水泵的揚(yáng)程的確定：水泵的揚(yáng)程應(yīng)該滿足最不利配水點(diǎn)或者消火栓等所需要的水壓，一般根據(jù)以下的公式進(jìn)行計(jì)算REF_Ref70812323\r\h[10]水泵從蓄水池抽水的時(shí)候，無水箱調(diào)節(jié)，水泵總揚(yáng)程按式（3-1）計(jì)算。Hb=Z+Hb——水泵所需總揚(yáng)程，kPa或MHZ——揚(yáng)程高度，蓄水池最低水位到最不利配水點(diǎn)的幾何差，m；H2——吸水管和壓水管的沿程水頭損失和局部水頭損失之和，kPa或mH2H4——最不利點(diǎn)處所需的流出水頭，kPa或mH（2）水泵從蓄水池抽水的時(shí)候，有水箱調(diào)節(jié)，水泵總揚(yáng)程按式（3-2）計(jì)算。Hb=ZHb——水泵所需總揚(yáng)程，kPa或MHV——水箱入口流速，m/s；Z——揚(yáng)水高度，即蓄水池最低水位到高位水箱入口的幾何差，m；H2——吸水管和壓水管的沿程水頭損失和局部水頭損失之和，kPa或mH水泵直接從室外管網(wǎng)抽水，無水箱調(diào)節(jié)時(shí)，水泵揚(yáng)程按式（3-3）計(jì)算。Hb+Z——揚(yáng)水高度，即自連接入管處室外給水管網(wǎng)軸線至最不利配水點(diǎn)間的垂直距離，m；H3——水表水頭損失，kPa或mHH0——資用水頭，kPa或mHHb——水泵所需總揚(yáng)程，kPa或MH2——吸水管和壓水管的沿程水頭損失和局部水頭損失之和，kPa或mHH4——最不利點(diǎn)處所需的流出水頭，kPa或mH合理選擇水泵，使水泵在高效區(qū)工作，節(jié)約資源，避免浪費(fèi)，本系統(tǒng)采用的是無水箱的供水方式，根據(jù)抽水方式和水泵的揚(yáng)程和水泵的揚(yáng)程來選擇合適的水泵。本供水系統(tǒng)分為兩個(gè)運(yùn)行模塊，可以手動(dòng)運(yùn)行也可以自動(dòng)運(yùn)行，系統(tǒng)的工藝流程圖3-2如下：圖3-2工藝流程圖工藝流程圖將系統(tǒng)工作過程中的復(fù)雜性、有問題的地方、循環(huán)的部分顯示出來；提供了一個(gè)直觀而通俗地展示復(fù)雜的過程，本工藝流程圖直觀的展示了供水系統(tǒng)的控制原理。3.2可編程控制器I/0分配設(shè)計(jì)每臺(tái)水泵的啟動(dòng)和停止開關(guān)為輸入，同時(shí)自動(dòng)運(yùn)行/停止切換按鈕也為輸入；水壓管道判斷開關(guān)以及保護(hù)輸入等和四個(gè)水泵設(shè)置為輸出，所得出的系統(tǒng)I/O地址分配表如下：輸入輸出自動(dòng)手動(dòng)模式切換X000M1低壓報(bào)警L2M55自動(dòng)模式開啟X001M0高壓報(bào)警L3M56手動(dòng)模式開啟M1水泵1號(hào)Y000水泵1號(hào)手動(dòng)啟動(dòng)X005水泵2號(hào)Y001水泵1號(hào)手動(dòng)關(guān)閉X006水泵3號(hào)Y002水泵2號(hào)手動(dòng)啟動(dòng)X007水泵4號(hào)Y003水泵2號(hào)手動(dòng)關(guān)閉X010自動(dòng)指示燈Y004水泵3號(hào)手動(dòng)開啟X011手動(dòng)指示燈Y005水泵3號(hào)手動(dòng)關(guān)閉X012水泵1號(hào)指示燈Y006水泵4號(hào)手動(dòng)開啟X013水泵2號(hào)指示燈Y007水泵4號(hào)手動(dòng)關(guān)閉X014水泵3號(hào)指示燈Y010水泵1號(hào)準(zhǔn)備啟動(dòng)M10水泵4號(hào)指示燈Y011水泵1號(hào)準(zhǔn)備關(guān)閉M15水壓低指示燈Y012水泵2號(hào)準(zhǔn)備啟動(dòng)M11水壓高指示燈Y013水泵2號(hào)準(zhǔn)備關(guān)閉M16水壓低警示鈴Y014水泵3號(hào)準(zhǔn)備啟動(dòng)M12水壓高警示鈴Y015水泵3號(hào)準(zhǔn)備關(guān)閉M17水泵4號(hào)準(zhǔn)備啟動(dòng)M13水泵4號(hào)準(zhǔn)備關(guān)閉M18水泵1號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)M25水泵1號(hào)自動(dòng)關(guān)閉M40水泵2號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)M26水泵2號(hào)自動(dòng)關(guān)閉M41水泵3號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)M27水泵3號(hào)自動(dòng)關(guān)閉M42水泵4號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)M28水泵4號(hào)自動(dòng)關(guān)閉M43水壓偏低X002水壓正常水壓偏高X004表3-1I/O分配表3.3PLCI/O接線圖在設(shè)計(jì)電路過程中，M1、M2、M3、M4水泵用電機(jī)代替進(jìn)行設(shè)計(jì)；接觸器線圈設(shè)置為KM1、KM2、KM3、KM4，接觸器控制著水泵的開關(guān)；FR1、FR2、FR3、FR4分別為1、2、3、4號(hào)水泵的電機(jī)熱電保護(hù)的繼電器；FU1、FU2、FU3、FU為熔斷器，每臺(tái)水泵都安裝上了單獨(dú)的熔斷器，是為了當(dāng)水泵運(yùn)行超載時(shí)可以單獨(dú)切斷水泵，不影響其他水泵工作，從而造成供水問題，主電路圖設(shè)計(jì)如下：圖3-3系統(tǒng)的I/O接線圖PLC的I/O接線是連接主電路和PLC梯形圖的紐帶。

1.在PLC的I/O接線圖內(nèi)按照用繼電器、接觸器等電器主電路控制電器主觸點(diǎn)的文字符號(hào)對對應(yīng)的編程元件線圈進(jìn)行明確，這樣就能找到是哪一個(gè)輸出繼電器在對此控制電器進(jìn)行控制，然后明確其輸出繼電器與梯形圖或語句相對應(yīng)的程序段，并做出標(biāo)記和說明。

2.從語句表或梯形圖當(dāng)中按照PLC的I/O接線圖的輸入設(shè)備及相應(yīng)輸入繼電器對繼電器的動(dòng)斷觸點(diǎn)、動(dòng)合觸點(diǎn)進(jìn)行明確，并做出相應(yīng)標(biāo)記和說明。3.4程序指令說明指令時(shí)以位為單位的邏輯操作，是構(gòu)成繼電器控制電路的基礎(chǔ)一、LD、LDI、OUT指令符號(hào)名稱功能OUT(輸出指令)叫做輸出指令，將驅(qū)動(dòng)指令發(fā)送給線圈。LDF(取下降沿指令)檢測指令，針對連接左母線的常閉觸點(diǎn)。LDP(取上升沿指令)檢測指令，針對連接左母線的常閉觸點(diǎn)，只能在接通特定位元件的上升沿時(shí)開始掃描LDI(取反指令)指令基于常閉觸點(diǎn)進(jìn)入左母線，此指令作用于以常閉觸點(diǎn)開始的所有邏輯行。LD(取指令)指令基于常閉觸點(diǎn)進(jìn)入左母線，此指令作用于以常開觸點(diǎn)開所有邏輯行。表3-2LD、LDI、OUT指令功能圖下文簡要說明OUT、LDI、LD指令：（1）S、C、T、M、Y為OUT指令目標(biāo)元件，X觸點(diǎn)串聯(lián)指令與之不匹配；（2）連接輸入左母線的觸點(diǎn)可以使用LDI和LD指令，也能針對邏輯運(yùn)算而與ORB和ANB指令相整合；（3）OUT指令的使用類似于線圈并聯(lián)，可以重復(fù)使用，OUT指令發(fā)送出去之后，需要就計(jì)數(shù)器和定時(shí)器的常數(shù)K進(jìn)行設(shè)置；（4）S、C、T、M、Y、X為LDF、LDP、LDI、LD指令的目標(biāo)元件；（5）當(dāng)對應(yīng)生效時(shí)，LDF和LDP指令接通前會(huì)先經(jīng)歷一個(gè)掃描周期。二、AND、ANI、ANDP

、ANDF指令。符號(hào)名稱功能ANDF檢測下降沿串聯(lián)連接的指令A(yù)NI(與反指令)串聯(lián)常閉觸點(diǎn)的指令，負(fù)責(zé)進(jìn)行邏輯“與非”運(yùn)算ANI(與反指令)串聯(lián)常閉觸點(diǎn)的指令，負(fù)責(zé)進(jìn)行邏輯“與非”運(yùn)算AND(與指令串聯(lián)常開觸點(diǎn)的指令，負(fù)責(zé)進(jìn)行邏輯“與”運(yùn)算表3-3AND、ANI、ANDP

、ANDF指令功能圖AND、ANI、ANDP

、ANDF的使用說明:（1）T1的觸點(diǎn)是在輔助繼電器指令發(fā)送之后對Y4進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使之輸出不間斷的保障；（2）S、C、T、M、Y、X是ANDF、ANDP、ANI、AND的目標(biāo)元件；（3）ANDF、ANDP、ANI、AND沒有固定的串聯(lián)次數(shù)，屬于串聯(lián)單個(gè)觸點(diǎn)的指令，可以使用若干次。三、ORF、ORP、ORI、OR指令符號(hào)名稱功能ORF對指令進(jìn)行并聯(lián)并檢測下降沿ORP對指令進(jìn)行并聯(lián)并檢測上升沿ORI(或非指令)并聯(lián)單個(gè)常閉觸點(diǎn)，負(fù)責(zé)進(jìn)行“或非”邏輯運(yùn)算OR（或非指令）并聯(lián)連接表3-4ORF、ORP、ORI、OR指令功能圖下文就ORF、ORP、ORI、OR的使用進(jìn)行簡要闡述：（1）S、C、T、M、Y、X是ORF、ORP、ORI、OR指令的目標(biāo)元件；（2）ORF、ORP、ORI、OR均屬于并聯(lián)單個(gè)觸點(diǎn)的指令，實(shí)現(xiàn)左端與LPF、LDP、LDI、LD處于觸點(diǎn)的并聯(lián)，左端連接對前一指令觸點(diǎn)的右端，可以重復(fù)使用并聯(lián)觸點(diǎn)的指令。符號(hào)名稱功能RST(復(fù)位指令)復(fù)位被操作目標(biāo)元件，并使之處于清零狀態(tài)RST(復(fù)位指令)復(fù)位被操作目標(biāo)元件，并使之處于清零狀態(tài)狀態(tài)。下文就RST和SET指令進(jìn)行簡單說明：（1）SET和RST可以反復(fù)用于單一目標(biāo)元件中，沒有固定的順序，但有效與否以最后執(zhí)行者為準(zhǔn)；（2）S、M、Y是SET指令的目標(biāo)元件，Z、V、T、S、M、D、C是RST指令的目標(biāo)元件，RST指令還有一個(gè)作用就是完全清除V、Z、D的內(nèi)容，還能實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器和定時(shí)器的復(fù)位積算；（3）RST、SET指令的使用，當(dāng)接通X0時(shí)，Y0切換到“開”狀態(tài)，且不變，就算Y0的“開”狀態(tài)被X0所斷開也如此；Y0只有在常開閉合X1是才會(huì)處于“關(guān)”狀態(tài)，Y0在斷開X1是處于“關(guān)”狀態(tài)；（4）除了上述的基礎(chǔ)指令外，本程序還運(yùn)用了FX系列PLC另外的其他指令定時(shí)器(T)：1.

功能：用于定時(shí)操作，起延時(shí)接通和斷開電路的作用。2.

結(jié)構(gòu)：線圈、內(nèi)部觸點(diǎn)、設(shè)定值寄存器、當(dāng)前值寄存器。3.

定時(shí)實(shí)質(zhì)：定時(shí)功能是通過計(jì)數(shù)內(nèi)部時(shí)鐘脈沖實(shí)現(xiàn)的，有三種比較主流的脈沖，即100毫秒、10毫秒、1毫秒，定時(shí)定位效果出眾。4.

設(shè)定值：等于計(jì)時(shí)脈沖的個(gè)數(shù)。用常數(shù)K設(shè)定。5.

定時(shí)器地址編號(hào)：字母Ｔ＋（十進(jìn)制）地址編號(hào)6.

原理：當(dāng)驅(qū)動(dòng)線圈的信號(hào)接通時(shí)，當(dāng)前值開始計(jì)時(shí)，達(dá)到設(shè)定值時(shí)，輸出觸點(diǎn)動(dòng)作；驅(qū)動(dòng)線圈的信號(hào)斷開或發(fā)生停電時(shí)，通用定時(shí)器(T0～T245)復(fù)位，輸出觸點(diǎn)跟著復(fù)位。PLC的傳輸指令（MOV）指令格式：MOVSD操作數(shù)內(nèi)容與取值S.進(jìn)行傳送數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)傳送存儲(chǔ)子軟原件的地址D．?dāng)?shù)據(jù)傳送目標(biāo)的字軟件的地址指令解讀：當(dāng)驅(qū)動(dòng)條件成立時(shí)，將原址S的二進(jìn)制數(shù)據(jù)傳送至終地址D指令作用:一個(gè)對字原件進(jìn)行讀寫操作的指令，也可以對位原件進(jìn)行復(fù)位和置位操作PLC的取反指令：INV指令是指將執(zhí)行INV指令之前的運(yùn)算結(jié)果反轉(zhuǎn)的指令。3.5程序模式的模式選擇、水泵的工作程序以及解析3.5.1供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分程序及分段解析1.圖3-4手動(dòng)/自動(dòng)模式轉(zhuǎn)換圖3-4解析：這是系統(tǒng)的自動(dòng)/手動(dòng)模式選擇轉(zhuǎn)換部分，X000為自動(dòng)/手動(dòng)模式選擇。當(dāng)XOOO按下接通時(shí)(ON狀態(tài))為選擇自動(dòng)模式，X000未按下時(shí)（OFF狀態(tài)）為選擇手動(dòng)模式；X001為自動(dòng)啟動(dòng)按鍵；當(dāng)X000和X001同時(shí)按下時(shí)為自動(dòng)模式。2.圖3-5手動(dòng)模式控制輸出圖3-5解析：M1常閉實(shí)現(xiàn)了以下程序在手動(dòng)模式下運(yùn)行，按下X005、X007、X011、X013接通手動(dòng)分別打開水泵1號(hào)，水泵2號(hào)，水泵3號(hào)，水泵4號(hào)。按下X006、X010、X012、X014分別手動(dòng)關(guān)閉水泵。3.圖3-6自動(dòng)模式下水泵準(zhǔn)備啟動(dòng)圖3-6解析：MO接通該部分程序時(shí)在自動(dòng)模式下進(jìn)行。以下表格列舉了在自動(dòng)模式下，啟動(dòng)各個(gè)水泵的要求REF_Ref70844011\r\h[17]。M4M3M2M1解析：0代表水泵關(guān)閉，1代表水泵開啟開啟的水泵0000在所有水泵的關(guān)閉下，開啟水泵1號(hào)M10001水泵1號(hào)運(yùn)行后，水壓低時(shí)，開啟水泵2號(hào)M20010當(dāng)水泵2號(hào)運(yùn)行后，水壓低時(shí)，開啟水泵3號(hào)M30011當(dāng)水泵1號(hào)和2號(hào)運(yùn)行時(shí)，水壓偏低，開啟水泵3號(hào)M30100當(dāng)水泵三號(hào)運(yùn)行時(shí)，水壓偏低，開啟水泵四號(hào)M40101這種情況無法進(jìn)行×0110當(dāng)水泵2號(hào)和3號(hào)運(yùn)行時(shí)，水壓偏低，開啟水泵四號(hào)M40111當(dāng)水泵1號(hào)和2號(hào)和3號(hào)運(yùn)行時(shí)，水壓偏低，開啟水泵4號(hào)M41000當(dāng)水泵4號(hào)運(yùn)行時(shí)，水壓偏低，開啟水泵1號(hào)M11001當(dāng)水泵4號(hào)和水泵1號(hào)運(yùn)行時(shí)，水壓偏低，開啟水泵2號(hào)M21010這種情況無法進(jìn)行×1011當(dāng)水泵4號(hào)和2號(hào)1號(hào)運(yùn)行時(shí)，水壓偏低，開啟水泵3號(hào)M31100當(dāng)水泵4號(hào)和水泵3號(hào)運(yùn)行時(shí)，水壓偏低，開啟水泵1號(hào)M11101當(dāng)水泵4號(hào)和3號(hào)1號(hào)運(yùn)行時(shí)，水壓偏低，開啟水泵2號(hào)，M21110當(dāng)水泵4號(hào)和3號(hào)1號(hào)運(yùn)行時(shí)，水壓偏低，開啟水泵1號(hào)M11111這種情況無法進(jìn)行×表3-1自動(dòng)模式水泵準(zhǔn)備開啟4.圖3-7水泵延時(shí)逐一增加和逐一減少圖3-7解析，此段采用了傳送指令，根據(jù)傳送指令的要求,D10保存著已經(jīng)在啟動(dòng)的水泵數(shù)量數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳輸早Z0，啟動(dòng)水泵1號(hào)后，有一個(gè)上升沿，D11Z0=1（說明剛開始啟動(dòng)一號(hào)水泵）；水位偏低時(shí)繼續(xù)啟動(dòng)一個(gè)水泵，此時(shí)D10=2,Z0=2，D11Z0=D12（說明啟動(dòng)了二號(hào)水泵）；水位還是偏低時(shí)，繼續(xù)啟動(dòng)一個(gè)水泵，此時(shí)D10=3,Z0=3，D11Z0=D13（說明啟動(dòng)了三號(hào)水泵）；水位還是偏低時(shí)，繼續(xù)啟動(dòng)一個(gè)水泵，此時(shí)D10=4,Z0=4，D11Z0=14（說明啟動(dòng)了四號(hào)水泵。后續(xù)水壓高關(guān)水泵的時(shí)候，根據(jù)D11中存在的水泵數(shù)據(jù)關(guān)閉最先運(yùn)行的水泵。INC為加一指令，對水泵逐漸加一開啟。DEC為減一指令，將水泵逐漸減一關(guān)閉。5.圖3-8高壓/低壓檢測延時(shí)圖3-9自動(dòng)模式下水壓低打開水泵圖3-10自動(dòng)模式下水壓高關(guān)閉水泵圖3-8、圖3-9、圖3-10解析：此段為水壓偏低時(shí)，水泵1號(hào)準(zhǔn)備啟動(dòng)，當(dāng)水位繼續(xù)偏低時(shí)延時(shí)30S，自動(dòng)啟動(dòng)水泵2號(hào)，以此類推。水壓偏高時(shí)，根據(jù)前段D11中保存的目前啟動(dòng)的水泵中最早啟動(dòng)的水泵，首先關(guān)閉最先啟動(dòng)的水泵，水壓還是偏高，延時(shí)30S后繼續(xù)關(guān)閉。FMOV指令是指將水泵關(guān)閉后，將D中的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)清0。6.圖3-11水泵開啟和指示燈輸出圖3-12水泵開啟和指示燈輸出圖3-11、圖3-12解析當(dāng)M1未接通手動(dòng)模式時(shí)，Y004燈亮起，為手動(dòng)模式指示燈；M1接通時(shí)為自動(dòng)模式時(shí)，Y005燈亮起，為自動(dòng)模式指示燈；Y000水泵1號(hào)啟動(dòng)時(shí)，Y006燈亮起，為水泵1號(hào)工作指示燈；Y001水泵2號(hào)啟動(dòng)時(shí)，Y007燈亮起，為2號(hào)水泵工作指示燈；Y002水泵3號(hào)啟動(dòng)時(shí)，Y010燈亮起，為3號(hào)水泵工作指示燈；Y00