基于PLC变频调速恒压供水系统的设计毕业设计(论文).docx

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1、基于PLC变频调速恒压供水系统的设计毕业设计(论文) 基于PLC变频调速恒压供水系统的设计 摘要 随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高。再加上目前能源紧缺，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然趋势。 论文分析了采取变频调速方式实现恒压供水相对于传统的阀门控制恒压供水方式的节能机理。通过对变频器内置PID模块参数的预置，利用远传压力表的水压反馈量，构成闭环系统，根据用水量的变化采取PID调节方式，在全流量范围内利用变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合，实现恒压供水且有效节能。依据供水要求，设计了一

2、套由PLC、变频器、远传压力表、多台水泵机组等主要设备构成的全自动变频恒压供水，具有全自动变频恒压运行、自动工频运行和现场手动控制等功能。 关键词：可编程序控制器, 变压变频调速, 恒压供水, PLC PLC-BASED INVERTER CONTRL CONSTANT PRESSURE WATER SUPPLY SYSTEM DESIGN ABSTRACT With the rapid socio-economic development of water quality and water supply systems to improve reliability requirements

3、. In addition, the current energy shortage, the use of advanced automation technology, control technology and communication technology, the design of high performance, high energy, able to adapt to different areas of constant pressure water supply system has become an inevitable trend. Paper analyze

4、s the way VVVF speed control constant pressure water supply compared with the traditional way of constant pressure water supply valve to control the energy-saving mechanism. Converter built by the preset parameters of PID module, using the hydraulic pressure gauge feedback Fareast one volume, consti

5、tute a closed-loop system, in accordance with changes in water consumption. In this paper, based on water requirements, the design of a set by the PLC, frequency converter, Far Easton pressure, multi-pump unit consisting of major equipment such as automatic frequency conversion constant pressure wat

6、er supply, with automatic constant frequency operation, automatic frequency run and on-site features such as manual control. KEY WORDS:： programmable logic controller, VVVF speed control, constant pressure water supply, PLC 目录 前言 (1) 第1章绪论 (2) 1.1 本课题设计的背景 (2) 1.2 本课题设计的内容 (3) 1.2.1 恒压供水系统的选型 (3) 1.

7、2.2 系统的硬件设计 (3) 1.2.3 系统的软件设计 (3) 1.3 系统控制的原理 (3) 第2章系统的硬件设计 (5) 2.1 恒压供水系统的基本构成 (6) 2.2 可编程控制器（PLC）的选型 (9) 2.2.1 PLC概述 (9) 2.2.2 PLC的选型 (9) 2.3 PLC模拟量控制单元的配置以及应用 (12) 2.4供水系统主要器件选型 (14) 2.5 PLC及变频器控制电路 (15) 2.5.1 供水系统电气主电路 (15) 2.5.2 供水系统控制电路 (16) 2.6 硬件接线图 (17) 2.7 控制系统的I/O点及地址分配 (19) 第3章系统的软件设计 (

8、22) 3.1 PLC梯形图设计 (22) 3.1.1 梯形图绘制 (22) 3.1.2 梯形图指令 (25) 3.1.3 程序的结果以及程序功能的实现 (28) 3.2 系统工作流程图 (29) 3.3 控制系统程序设计 (30) 3.3.1 启动程序 (30) 3.3.2 水泵切换程序 (31) 3.3.3 逐台停泵程序 (31) 3.3.4 故障处理 (31) 第4章系统调试 (32) 4.1 PLC程序的运行和模拟调试 (32) 4.2 系统总体调试 (32) 结论 (33) 谢辞 (34) 参考文献 (35) 外文资料翻译 (36) 前言 随着各住宅小区的宿舍楼等一座座高楼拔地而起，

9、相应的生活用水量也大幅度增加。人们对提高供水质量的要求越来越高，另外人们的节能意识及对运行的可靠性的要求越来越强。采用变频器及PLC技术实现的无塔恒压供水系统，不仅能提高供水质量，而且在节约能源和运行可靠性具有较好的改善。其中，采用变频调速的主要目的是通过调速来恒定用水管道的压力以达到节能的目的，恒压供水则是为了满足用户对流量的要求。 变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统。然而，由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备（如水泵），在对原有供水系统进行变频改造的实践中，往往会出现一些在理论上意想不到的问题。本文介绍的变频控制恒压供水系统，是在对一

10、个典型的水塔供水系统的技术改造实践中，根据尽量保留原有设备的原则设计的，该系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题，既体现了变频控制恒压供水的技术优势，同时有效的节省了资金。 应用PLC技术是为了实现系统的软启动，减少手动操作或抚慰操作，同时替代部分继电器减少机械触点的故障，增强可靠性。下面笔者根据这方面的工作经验谈谈在恒压供水系统设计和实践过程中的一些思路和做法。 第1章绪论 1.1 本课题设计的背景 随着变压器调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统，然而，由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧

11、设备（水泵），在对原有供水系统进行变频改造的实践中，往往会出现一些理论上意想不到的问题。本课题介绍的变频控制恒压供水系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题，既体现了变频控制恒压供水的技术优势，同时有效的实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率的运行目的。 PLC是集自动控制技术、计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。有如下特点： 1可靠性高、抗干扰能力强 2设计、安装容易、维护工作量少 3通用性好，组合灵活 4功能完善，适应面广 5体积小、功耗低 6开发周期短、成功率高等 已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并

12、已成为实现工业生产自动化的支柱产品，与继电器、接触器系统相比系统更加可靠；占位空间小；价格上能于继电器、接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护和维修；能直接推动电磁阀、接触器于之相当的执行机构；能向中央执行机构、重要数据处理系统直接传输数据等。 因此，进行变频恒压供水系统的PLC控制系统的设计，可以推动变频恒压供水系统行业的发展，扩大PLC在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。 1.2 本课题设计的内容 本设计将在以下几个方面对恒压供水控制系统进行研究和论证。 1.2.1 恒压供水系统的选型 该系统是由储水系统、动力系统、回水系统和控制系统（手动控制、自动控制）

13、组成，对象系统由三台不同功率的水泵机组组成，都为常规变频循环泵，用于模拟正常模式下的生活供水动力系统，回水系统采用有机玻璃材料结构，以使实验系统具有可观察性。 1.2.2 系统的硬件设计 PLC变频恒压供水控制系统由3台水泵，一台智能型电控柜（包括变频器、PLC、交流接触器、继电器等），一套压力传感器、缺水保护器，断相保护装置以及供电主回路等构成。 1.2.3 系统的软件设计 系统的软件设计包括plc的程序设计和变频器的功能参数设定。这里主要讨论plc的程序设计。plc的程序设计包括手动控制和自动控制的程序设计，手动部分是通过按钮控制水泵在工频下运行和停止，主要考虑系统调试或检修时用。当选择开

14、关打到“自动”时，系统能够进入自动工作状态，由plc和变频器联合控制各台电机的投入或切除、工频或变频运行方式。供水系统共有3台泵组电机，在根据水压决定投入泵组台数后，只有最初投入的电机进行变频调速，其它后投入的电机则在工频下全速运行，泵组电机的切换过程由逻辑控制单元PLC实现。 1.3 系统控制的原理 通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号变成4-20mA 的标准信号送入PLC的端口进行PID调节，经运算与给定压力参数进行比 较，得出一调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制切换

15、器进行加减泵。根据用水量的大小量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。当供水负载变化时，输入电机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。此外，系统还设有多种保护功能，尤其是硬件/软件备用水泵功能，充分保证了水泵的及时维修和系统的正常供水。 第2章系统的硬件设计 学习PLC的硬件系统、指令系统和编程方法以后，对于设计一个较大的PLC控制系统时，要全面考虑多种因素，不管所设计的控制系统的大小，一般都要用以下设计步骤来进行系统设计。 随着PLC功能的不断完善和提高，PLC几乎可以完成工业领域的所以控制任务。但是PLC还是有最适合它的应用场合

16、，所以接到一个控制任务以后，要分析被控对象的控制过程和要求，看看用什么控制设备来完成该任务最合适。其实现在的可编程不仅处理开关量，而且对模拟量的处理能力也很强。所以在很多情况下也可以取代工业控制计算机（IPC）作为主控器。 控制对象以及控制装置确定后，还要进一步确定PLC的控制范围。一般来说，能够反映生产过程的运行情况，能用传感器直接测量的参数，控制逻辑复杂的部分都由PLC控制来完成。 当某一个控制任务决定由PLC来完成后。选择PLC就成为最重要的事情。一方面是选择多大容量的PLC，另一方面是选择什么公司的PLC以及外设。 对第一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，

17、包括开关量I/O模拟量I/O以及这些I/O点的性质。I/O点是性质主要是指他们是直流信号还是交流信号，它们的电源电压。控制系统输出点的类型非常关键，如果它们之中既有交流220V的接触器、电磁阀，又有直流24V的指示灯，则最后选用的PLC的输出点有可能大于实际点数。因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组的输出只能有一个电源的种类和等级。 对于第二个问题，则有以下几个方面要考虑： 1. 功能方面所有PLC一般都具有常规的功能，但是对于某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力完成控制任务。如对PLC与PLC、PLC与智能仪表以及上位机之间灵活方便的通讯要求；或对PLC的计算速度

18、、用户程序容量有特殊要求的；或对PLC的位置控制有特殊要求等。这 就要求用户对市场上流行的PLC品种有一个详细的了解，以便做出正确的选择。 2. 价格方面不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、I/O点数相当的PLC的价格能相差40%以上。在使用PLC较多的情况下，这样的差价必须是需要考虑的。 输入/输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对软件设计来说，I/O地址分配以后才可以进行编程；对控制柜和PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人员根据线路图和安装图安装控制柜。 2.1 恒压供水系统的基本构成 恒

19、压供水泵站一般需设多台水泵及电机，这比设单台水泵及电机节能而可靠。配单台电机和水泵时，它们的功率必须足够的大，在用水量少时开一台大电机肯定是浪费，电机选小了用水量大时供水不足。而且水泵和电机都有维修的时候，备用泵是必要的。恒压供水的主要目标是保持管网水压的恒定，水泵电机的转速套跟随用水量的变化而变化，这就要用变频器为水泵供电。这也有两种配置方式，一是为每台水泵电机配一台变频器，这当然方便，电机与变频器间不需要切换，但是购买变频器的费用较高。另一种方案是数台电机配一台变频器，变频器与电机见可以切换，供水运行时，一台水泵变频运行，其余水泵工频运行，以满足不同用水量的需求。 恒压供水泵站的示意图，如

20、图2-1所示，图中压力传感器用于检测管网中的水压，常装设在泵站的出水口。当用水量大时，水压降低；用水量小时，水压升高。水压传感器将水压的变化转变为电流或电压的变化送给调节器。 压力传感器 图2-1 变频恒压供水站的基本组成 调节器是一种电子装备,在系统中完成以下几种功能: 1. 设定水管压力的给定值，恒压供水水压的高低依需要设定。供水距离越远，用水地点越高，系统所需供水压力越大。给定值即是系统正常工作时的恒压值，另外有些供水系统可能有多种供水目的，如将生活用水与消防用水共用一个泵站，水压的设定值可能不只一个，一般消防用水的水压要高一些，调节器具有给定值设定功能，可以以数字量进行设定，也有的调节器以模拟量方式设定。 2. 接受传感器送来的管网水压的实测值。管网实测水压回送到泵站控制装置称为反馈，调节器实反馈的接受点。 3. 根据给定值和实测值的综合，依一定的调节规律发出系统调节信号。调节器接受了实测水压的反馈信号后，将它与给定值比较，得到给定值与实测值之差。如果给定值大于实测值，说明系统水压低于理想水压，要加大水泵电机的转速，如果水压高于理想水压，要降低水泵电机的转速。这些都是由调节器的输出信号控制。为了实现调节的快速性与系统的稳定性，调节工作中还有个调节规律的问题，传统调节器的调节规律多是比例-积分-微分调节，俗称PID调节。调节器的调节参数，如P、I、D参数均是