基于PLC控制的双恒压供水水泵站系统设计

南京理工大学紫金学院毕业设计说明书( 论文)作 者 :学 号：系 ： 电子工程与光电技术系专 业 : 电气工程及自动化 题 目 : 基于 PLC 控制的双恒压供水水泵站系统的设计指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务)2016 年 5 月王玉珏 讲师 南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院毕 业 设 计 （ 论 文 ） 评 语学生姓名： 班级、学号： 题 目：基 于 PLC 控 制 的 双 恒 压 供 水 水 泵 站 系 统 设 计 综合成绩： 指导者评语：课题工作进度计划完成毕业设计的每一步工作。该同学掌握了双恒压供水水泵系统的工作原理，利用 PLC 进行了软件的设计和调试，最后运用组态王完成了双恒压供水水泵系的界面和动画设计，实现了以组态王为上位机的实时监控运行状态的监控系统。该论文语句通顺，书写和图表符合论文书写规范，完成了毕业设计任务书的要求，可以提交答辩。建议评定成绩：良好指导者(签字) ： 年 月 日毕 业 设 计 （ 论 文 ） 评 语评阅者评语：评阅者( 签字)： 年 月 日答辩委员会（小组）评语：答辩委员会（小组）负责人( 签字)： 年 月 日毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 中 文 摘 要本设计是以 PLC 为核心的由三台水泵组成的基于生活、消防的双恒压无水塔供水水泵站控制系统。通过采集外部信号送入 PLC 中，并由 PLC 控制变频器，进而控制水泵电机来实现水泵站的恒压控制。系统具有报警功能，当水位低于水位下限时，水泵自动运行并发出欠水位报警。当水位高于水位上限时，过一段时间后发出过水位警报；当水位低于水位上限时，一段时间后过水位警报取消。同时利用组态软件设计了人机界面，实现了 PLC 与组态王的双向通信，可以实时监控现场状态，及时处理现场情况。关键词 PLC 组态王 变频调速 恒压供水 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 外 文 摘 要Title Double constant pressure water supply pumping station system design based on PLC control AbstractThe design is about a double constant pressure water pump station control system consists of three pumps with PLC as the core based on living and fire fighting without water towers supply. By sent the collected external signal to the PLC ,and the frequency converter is controlled by the PLC, and then control the Water pump motor to achieve constant pressure control of water pumping stations. The system has alarm function, when the water level below the water level lower limit, Water pump automatically run and low water level warning. When the water level is above the water level limit, it will arise the water level alarm over a period of time afterwards; When the water level below the water level limit, the water level alarm will be cancelled after a period of time. At the same time using the configuration software to design the man-machine interface, realized the two-way communication between PLC and the Kingview, can monitoring the scene at real-time, and timely processing the field.Keywords PLC KingView frequency control Constant pressure water supply 本科毕业设计说明书（论文） 第 I 页 共页目 次1 绪论 .11.1 课题背景及意义 .11.2 国内外变频调速技术的发展与现状 .21.3 变频恒压供水系统的国内外研究现状 .32 系统总体设计方案 .42.1 供水系统工作原理 .52.2 双恒压供水水泵站系统的工作原理 .63 系统硬件设计 .83.1 硬件的选型 .83.2 PLC 的硬件接线设计 .123.3 电机的外部接线设计 .133.4 变频器的外部接线图 .144. 系统的软件设计 .154.1 PLC 软件简介及设计方法.154.2 系统的软件设计 .155. 组态王监控基面的设计 .215.1 组态王软件简介 .215.2 组态王界面设计 .225.3 组态王与 PLC 的通信 .295.4 组态王与 PLC 的联调 .36结论 .38致 谢 .39参考文献 .40附录 A.41本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 1 页 共 48 页 1 绪论随着经济的不断发展，近年来国内很多高楼大厦林立的同时。城市高层建筑的供水问题变成了一个备受关注的话题。双恒压无塔供水水泵站系统的提出，迅速成为了这个话题的关注焦点，如何能建立一个完善的双恒压供水系统呢？这就是我们研究的课题。1.1 课题背景及意义我们都知道水在人类生活、生产中的重要意义。对于发展迅速的中国来说，如何更好地进行高楼供水已经成为了时代的主题，一个高度自动化的供水系统的出现更加迫切。特别是进入 21 世纪以来，随着各种经济迅速发展，住房小区多以高楼的形式出现，小区的供水方式，成了人们关注的话题。如何设计一个的可靠、稳定、经济的供水系统，成为了我们的工作重点。近年来，通过对传统的小区供水方式的分析发现，传统的供水方式大概分为以下几种：恒速泵加压供水、高位水塔供水、气压罐加压供水、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方式，其优、缺点如下 1：l、恒速泵加压供水方式不能对供水管压做出及时有效的反应，水泵的增减都需要人工进行手工操作，自动化水平低下。而且为保证持续稳定供水，水泵机组常处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大，而且在用水量较少时，管网长期处于超压运行状态，损坏现象严重，电机硬起动易产生水锤效应，破坏性大，目前较少采用。2、高位水塔供水具有控制方式简单、运行经济合理、维修方便，快捷或在停电情况下仍可继续供水等优点。但存在基础建设投资大，占地面积大，维护不方便，水泵电机为硬起动，启动电流过大等缺点，频繁起动易损坏联轴器，目前主要应用于高层建筑。3、气压罐加压供水有着简单，灵活，体积小等优点，但是这种方案可调节的用水量很小、而且水泵要具有适应频繁硬启动的能力，对其他设备的要求也比较高，而且维护工作不方便，浪费大量资源。不利于当前节能减排。4、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式易漏油，发热需冷却，效率低，改造麻烦，只能是一对一驱动，需经常检修；优点是价格低廉，结构简单明了，维修方便。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 2 页 共 48 页 5、单片机变频调速供水系统也是目前常用的变频调速方案之一，自动化程度等方面也都不错，但是系统开发周期比较长，而且不易于操作，必须专业人士才可以，浪费人力，而且可靠性比较低，维修不方便，且不适用于恶劣的工业环境。上述传统的供水方式，在人力、物力，都有不同程度的浪费。而且经济效果不好安全可靠性差；自动化程度低等缺点。对于目前节能减排的政策不相适应。但是，这些缺点在应用上 PLC 以后就可以大量的避免了。生活用水的恒压供水系统中，通过变频调速来控制水泵，维持恒压，节能效果很好，其优点主要体现在一下几个方面：一节约大量能源；二是使用软启动，减少系统对电机和电网的破坏；三是安全可靠，环保 2。 PLC 变频恒压供水系统将变频技术、电气技术、现代控制技术有机的结合到一起。该系统可以提高供水系统的稳定性、可靠性，同时系统具有良好的节能环保等性能，在这个节能环保的大环境下，更有利于它的发展和应用。因此，研发改进此系统，对于提高企业效率和改善人民的生活水平、提高人们生活质量。减小能耗等方面具有的不可忽视的现实意义。1.2 国内外变频调速技术的发展与现状变频器的快速发展得益于电力电子技术、计算机技术和自动控制技术及电机控制理论的发展。1964 年，最先提出把通信技术中的脉宽调制技术应用到交流传动中的是德国人。20 世纪 80 年代初，日本学者提出了基于磁通轨迹的磁通轨迹控制方法。从 20 世纪 80 年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的基于 VVVF 技术的通用变频器已商品化并广泛应用。1980 年，德国人在应用微处理器的矢量控制研究中取得了进展，促进了矢量控制的实用化。1985 年，德国人提出了基于六边形乃至圆形磁链轨迹的直接转矩控制理论(DSC)。1995 年，ABB 公司首先推出的直接转矩控制通用变频器，目前已成为其各系列通用变频器的核心技术。综上所述：国外在交流变频调速技术的发展方面特点主要包括以下几点：第一；市场需求量大；第二，各硬件发展迅速，特别是功率器的发展；第三相应的理论也发展迅速，主要是控制理论和微电子技术。变频器的发展水平是由电力电子技术、电机控制方式以及自动化控制水平三个方面决定的。在现代自动化控制领域中，以现代控制论为基础，融入模糊控制、专家控制、神经网络控制等新的控制理论，为高性能变频调速提供了理论基础；16 位、本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 3 页 共 48 页 32 位高速微处理器以及信号处理器(DSP)和专用集成电路(ASIC)技术的快速发展，则为实现变频调速的高精度、多功能提供了硬件手段 3。在我国，60的发电量是通过电动机消耗掉的，因此，如何利用电机调速技术进行电机运行方式的改造以节约电能，一直受到国家和业界人士的重视。我国电气传动产业始于 1954 年。现在，我国约有 200 家左右的公司、工厂和研究所从事变频调速技术的工作，但自行开发生产的变频调速产品和国际市场上的同类产品相比，还有比较大的技术差距。随着改革开放和经济的高速发展，我国采取要么直接从发达国家进口现成的变频调速设备，要么内外结合，即在自行设计制造的成套装置中采用外国进口或合资企业的先进变频调速设备，然后自己开发应用软件的办法，很好地为国内重大工程项目提供了电气传动控制系统的解决办法，适应了社会的需要。总之，虽然国内变频调速技术取得了较好的成绩，但是总体上来说国内自行开发、生产相关设备的能力还比较弱，对国外公司的依赖还很严重。国内交流变频调速技术产业状况表现如下 4：1)变频器的整体技术落后，国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力研究变频技术并开发新产品，但由于分散，所以并没有形成一定的技术和生产规模。2)变频器产品所用半导体功率器件的制造业几乎空白。3)相关配套产业及行业落后。4)产品可靠性及工艺水平低。1.3 变频恒压供水系统的国内外研究现状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、起制动控制、压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。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，像日本 Samco 公司，就推出了恒压供水基板，备有“变频泵固定方式” 、 “变频泵循环方式”-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，通过设置基于 PLC 的变频恒压供水系统的设计本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 4 页 共 48 页 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 7 台电机(泵)的供水系统 5。就目前而言，国内很多公司在做变频恒压供水的项目，大多数公司采用国外的变频器控制水泵的转速、水箱压力的形成的闭环调节系统。有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、抗干扰性能等多方面的综合技术指标来说，还远远达不到所有用户的需求。当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的供水需求的研究还远远不够。因此，还需要进一步研究改进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 6。2 系统总体设计方案根据设计要求，对整个系统的功能和性能进行了详细分析。对基于 PLC 的双恒压无塔供水水泵站系统涉及