恒压供水控制系统设计毕业论文.docx

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1、恒压供水控制系统设计毕业论文 毕业论文声明 本人郑重声明： 1此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 2本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。本人授权大学学院可以将此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文。 3若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现

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5、1 水泵供水的主要参数 (5) 2.1.1 流量 (5) 2.1.2 扬程 (5) 2.1.3 全扬程 (5) 2.1.4 实际扬程 (5) 2.1.5 损失扬程 (5) 2.1.6 管阻 (5) 2.2供水系统的基本特性 (5) 2.3水泵调速运行的节能原理 (6) 2.4 变频恒压供水系统特点 (8) 2.5 变频恒压供水控制方式的选择 (9) 2.6 变频构成恒压供水系统的构成及工作原理 (9) 2.6.1系统的构成 (9) 2.6.2工作原理 (11) 2.7变频调速原理 (11) 第3章硬件选型及介绍 (13) 3.1 PLC简介 (13) 3.1.1 PLC的特点 (14) 3.1

6、.2 PLC的工作过程 (14) 3.2 S7-200简介 (15) 3.3 EM235简介 (18) 3.4调节阀 (19) 3.5 液位计 (20) 3.6 电机水泵 (21) 3.7变频器 (22) 3.7.1 变频器的型式选择 (22) 3.7.2 变频器容量选择 (23) 3.7.3 变频器箱体结构的选用 (23) 3.8 电磁阀 (26) 3.9 逆止阀 (26) 3.10 远传压力表 (26) 3.11原件表 (27) 3.12恒压供水配电电路图 (28) 3.13 系统电气控制主电路图 (29) 第4章数字PID及系统编程 (30) 4.1 PID调节原理 (30) 4.2 P

7、ID参数设置 (31) 4.3 PID设定值的调整 (32) 4.4 STEP7-Micro/Win32简介 (33) 4.5 系统程序 (34) 4.5.1 主程序 (34) 4.5.2 初始化程序 (35) 4.5.3 控制程序 (36) 4.5.4 自动程序 (37) 4.5.5 手动程序 (39) 第5章总结 (41) 参考文献 (42) 致谢 (43) 恒压供水控制系统设计 摘要 本论文分析变频恒压供水的原理及系统的组成结构，提出不同的控制方案，通过研究和比较，本论文采用变频器和PLC实现恒压供水，对系统的硬件设计进行了详细的介绍，然后用数字PID对系统中的恒压控制进行设计。恒压供水

8、系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置与可编程控制器（PLC）构成控制系统，完成供水压力的恒定控制，使管网流量变化达到稳定供水压力的目的。系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入PLC运算处理后，发出控制指令，控制电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。 关键字：变频调速；恒压供水；PLC Constant pressure water supply system Abstract This paper analyzes the structure of VF speed regulating constant-pressure water supply

9、 and proposes several control methods. By careful study and comparison, PLC and inverters method fits water supply system very well. Finally the paper shows the design of constant pressure supply water controller according to PID data and detailed introduction of its software and hardware. In this p

10、aper, Water Supply System of the basic control strategy is: The motor drive device and the programmable logic controller (PLC) control system constitute a complete water pressure constant control to achieve stable flow change pipe water pressure purposes. Water supply system set pressure, and the fe

11、edback of the mains pressure to compare the actual value, the difference between the input transducer operation processing, the issue control instructions to control the motor speed, so as to achieve stable water supply mains pressure to the pressure value on the set. Key word: Speed-frequency varia

12、ble，Constant pressure water supply，PLC 第1章工艺描述 1.1前景 随着社会经济的迅速发展，水对人民生活与工业生产的影响日益加强，人民对供水的质量和供水系统可靠性的要求不断提高。把先进的自动化技术、控制技术、通讯及网络技术等应用到供水领域，成为对供水系统的新要求。 1.2 国内外研究概况 变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、变压变频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需

13、在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资成本高。即1968年，丹麦的丹佛斯公司发明并首家生产变频器(丹佛斯是传动产品全球五大核心供应商之一)后，随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器，像瑞士的ABB集团推出了HVAC变频技术，法国的施耐德公司推出了恒压供水基板，备有“变频泵固定方式”，“变频

14、泵循坏方式”两种模式。它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多七台电机(泵)的供水系统。这类设备虽然说是微化了电路结构，降低了设备成本，但其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，与别的监控系统(如BA系统)和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，因此在实际使用时其范围将会受到限制。 目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外品牌的变频器控制水泵的转速，水管的管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有

15、的采用可编程控制器(PLC)及相应的软件予以实现;有的采用单片机及相应的软件予以 实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗干扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求。原深圳华为(现已更名为艾默生)电气公司和成都希望集团（森兰牌变频器）也推出了恒压供水专用变频器(2.2kw-30kw)，无需外接PLC和PID调节器，可完成最多四台水泵的循坏切换、定时起动、停止和定时循环(丹麦丹佛斯公司的VLT系列变频器可实现七台水泵机组的切换)。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现，但其输出接口限制了带负载容量，同时操作不方便且不具有数据通信功能，因此只适用

16、于小容量，控制要求不高的供水场所。 可以看出，目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性(EMC)的变频恒压供水系统的水压闭环控制的研究还是不够的。因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践中。 采用变频调节以后，系统实现了软起动，电机起动电流从零逐渐增至额定电流，起动时间相应延长，对电网没有较大的冲击，减轻了起动机械转矩对于电机的机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命。这种调控方式以稳定水压为目的，各种优化方案都是以母管(市政来水管)进口压力保持恒定为条件，实际上

17、给水泵站的出口压力允许在一定范围内变化。因此这种调控方式缩小了优化范围，所得到的解为局部最优解，不能完全保证泵站始终工作在最优状态。 变频调速是优于以往任何一种调速方式(如调压调速、变极调速、串级调速等)，是当今国际上一项效益最高、性能最好、应用最广、最有发展前途的电机调速技术.它采用微机控制技术;电力电子技术和电机传动技术实现了工业交流电动机的无级调速，具有高效率、宽范围和高精度等特点。以变频器为核心结合PLC 组成的控制系统具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本低能耗等诸多特点。 1.3 总体策略和知识点 恒压供水控制系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置与可编

18、程控制器（PLC）构成控制系统，进行对水泵电机的调速运行，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力的目的。系统设定的给水压力与反馈的 总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的转速，从而达到压力稳定在设定的压力值上。本设计中自动恒压供水系统应用的电动机调速装置均采用交流变频技术，而系统的控制装置采用PLC 控制器。因PLC不仅可实现泵组、阀门的逻辑控制，并可完成系统的数字PID 调节功能，可对系统中的各种运行参数、控制点的实时监控，并完成系统运行工况的CRT画面显示、故障报警等功能，所以在一些高标准控制系统中被广泛使用。在市政供水管网中：自

19、动恒压供水系统具有标准的通讯接口，可与城市供水系统的上位机联网，实现城区供水系统的优化控制，为城市供水系统提供了现代化的调度、管理、监控及经济运行的手段。随着城市建设规模的不断扩大和生活水平的提高，加上居住小区推行一户一表供水以后，对市政管网供水的可靠性（压力、流量）要求越来越高，各种分散或集中加压设施也逐渐增多。在这些加压设施中，采用调节水池加上变频调速恒压供水系统变量供水方式已显现出极大的优越性。 本设计主要用到以下硬件：调节阀、投入式液位计、浮球式液位计、电机水泵、电磁阀、逆止阀、远程压力表等。主要涉及的知识点有：S7-200PLC的模拟模块EM235，CPU226编程软件，PID数字化

20、算法，调节阀，电磁阀，压力变送器，等。 1.4 恒压供水工艺图 图1.1恒压供水工艺图 上图中（1）为调节阀、（2）为投入式液位计、（3）为浮球式液位计、（4）为电机水泵、（5）为电磁阀、（6）为逆止阀、（7）为远程压力表。 1.5 工艺描述总结 变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一体，通过变频器调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。 PLC变频恒压供水系统集变频技术、电

21、气技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，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。 第2章变频调速恒压供水系统简介 2.1 水泵供水的主要参数 2.1.1 流量 流量是单位时间内流过管道内某一截面的水量，符号是Q，常用单位是m3/s、m3/min、m3/h等.供水系统的基本任务是满足用户的流量需求。 2.1.2 扬程 扬程是单位质量的水被上扬时所获得的能量，符号是H，常用单位是m。扬程主要包括三个方面：第一是提高水位所需的能量；第二是克服水在管网中流

22、动时所需的能量；第三是使水流具有一定流速所需的能量。由于在同一管路中，上述的第二和第三是基本不变的，在数值上也相对较小。可以认为，提高水位所需的能量是扬程的主体部分。因此，在同一管路内进行分析时，常简略地把水从一个位置“上扬”到另一位置时，用水位的变化量(即水位差)代表扬程。 2.1.3 全扬程 全扬程也称为总扬程或水泵扬程，全扬程是说明水泵的泵水能力的物理量。包括把水从水池的水面上扬到最高水位所需的能量，以及克服管阻所需的能量和保持流速所需的能量，符号是H T。 2.1.4 实际扬程 实际扬程即通过水泵提高的水位所需的能量，符号是H A 。 2.1.5 损失扬程 全扬程与实际扬程之差，即损失扬程，符号是H L，H T、H A和H L之间的 关系是: H T = H A + H L （2-1） 2.1.6 管阻 管阻是管道系统包括水管、阀门等对水流阻力的物理量，符号是R。通常用扬程与流量间的关系曲线来描述。 2.2供水系统的基本特性 供水系统的基本特性和工作点扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不