变频器与PLC技术在恒压供水系统中的应用

毕业设计（论文）任务书系 部： 电气工程系 专 业： 自动化技术姓 名 : 学 号: 题 目： 变频器与 PLC 技术在恒压供水系统中的应用起迄日期: 设计(论文) 地点: 指 导 教 师: 专 业 负 责 人： 发任务书日期: 年 10 月 10 日毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的：市网来水用高低水位控制器来控制注水阀它们自动把水注满储水水池，只要水位低于高水位，则自动往水箱中注水。为了保证供水的连续性，水位上下限传感器高低距离不是相差很大。日常用水和消防用水共用三台泵，平时电磁阀处于失电状态，关闭消防管网，三台泵根据生活用水的多少，按一定的控制逻辑运行，使生活供水在恒压状态（生活用水低恒压值）下进行；当有水灾发生时，电磁阀得电，关闭生活用水管网，三台泵供消防用水使用，并根据用水量的大小，使消防供水也在恒压状态（消防用水高恒压值）下进行。火灾结束后，三台泵再改为生活供水使用。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：内容： 水泵电机是输出环节，转速由变频器控制实现边流量恒压控制。变频器接受控制器的信号对水泵进行速度控制，控制器综合给定信号与反馈信号后，向变频器输出运转频率指令。压力传感检测管网出水压力，并将其转为控制器可接受的模拟信号进行调节。要求： （1）生活供水时，系统应低恒压值运行，消防供水时系统应高恒压值运行；（2）三台泵根据恒压的需要，采取“先开先停”的原则接入和退出；（3）在用水量小的情况下，如果一台泵连续运行时间超过 3h,则要切换到下一台泵，即系统具有“倒泵功能” ，避免某一台泵工作时间过长；（4）三台泵在启动时要有软启动功能；（5）要有完善的报警功能；（6）对泵的操作要有手动控制功能，手动只在应急或检修时临时使用。毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括图表、实物等硬件要求：用变频技术及 PLC 技术来实现恒压供水。图表清晰易懂、事物连接端口可以从图表上看清。硬件需要实现兼容。4主要参考文献：1、 工厂电器控制技术 李振安 华中科技大学出版社 1999 年 4 月2、 三菱变频器用户指南 赵明 重庆大学出版社 2004 年 6 月3、 可编程控制器实用技术 张万忠 北京航空航天大学出版社 1992 年 4 月4、 PLC 在供求系统中的应用 李俊秀 西安电子科技大学出版社 2004 年 9 月毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期 工 作 内 容查阅资料、理论设计、设计结构框架软硬件设计程序调试、完善设计报告撰写、修改、成文毕业答辩所在专业教研室审查意见：负责人： 年 月 日系部意见：系部领导： 年 月 日摘 要该毕业设计对环保、节能、自动补压型给水设备作了介绍。以 PLC 电路控制方式，介绍了智能水压控制系统的工作原理及 PLC 控制系统。在分析水压控制的工作流程的基础上，给出了 PLC 控制系统的硬件和软件设计。智能水压控制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，进行优化控制,完成供水压力的恒定控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，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，其差值输入变频器运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。关键词: PLC、压力传感器、变频器 PID 运算、PLC 控制、恒压供水、软启动。AbstractBe graduation practices turn to have filled up pressure type water supply equipment work to environmental protection , energy conservation , automation introduce that. Introduced the intelligent hydraulic pressure control system principle of work and the PLC control system. In in the analysis hydraulic pressure control work flow foundation, has produced the PLC control system hardware and the software design. The intelligent hydraulic pressure control system basic control strategy is: Uses the electric motor speeder and the programmable controller (PLC) constitutes the control system, carries on the optimized control,Completes the water supply pressure the constant control, when pipe network current capacity change achieved the stable water supply pressure and saves the electrical energy the goal. The system control goal is the pumping station main pipe water leakage pressure, the system hypothesis carries on the comparison for the hydraulic pressure value and the feedback main pipe pressure actual value, after its interpolation inputs CPU operation processing, sends out the control command, the control pumps the electric motor to throw transports the Taiwan number and the movement variable displacement pump electric motor rotational speed, thus achieved stabilizes for thewater main pipe pressure in hypothesis Pressure.Keyword:PLC、Pressure sensor 、Frequency transformer PID arithmetic、PLC controlled 、The constant voltage supplies water、Softstart目录1 引言 42 可编程控制器（PLC）2.1 可编程控制器的基础知识 52.2 选用 PLC 系统的依据 72.3 本系统 PLC 的选型 82.4 节省 PLC 输入输出点数的方法 92.5 可 编 程 控 制 器 的 调 试 步 骤 123 系统总方案设计3.1 双恒压供水系统的主体结构 133.2 系统工作原理 133.3 系统硬件设计及控制系统软件设计方法 133.4 系统要实现的功能及其控制要求 144 系统设计4.1 分析评估 164.2 电气控制系统原理图165 双恒压供水系统 PLC 控制5.1 控制系统的 IO 点及地址分配 205.2 系统调试 215.3 系统程序设计 21结束语 27致谢 28参考文献书目 291 引言随着人民生活水平的日趋提高，新技术和先进设备的应用 ，使给供水设计得到了发展的机遇，当前住宅建筑的小区规划趋向于更具人性化的多层次住宅组合，不再仅仅追求立面和平面的美观和合理，而是追求空间上布局的流畅和设计中贯彻以人为本的理念，特别是在市场经济的浪潮中，力求土地使用效率的最大化。于是选择一种符合各方面规范、卫生安全而又经济合理的供水方式，对我们给供水设计带来了新的挑战 。 双恒压供水系统在供水管网中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。供水网网系出口压力值是根据用户需求确定的。传统的恒压供水方式是采用水塔、高位水池、气压罐等设施来实现。随着变频调速技术的日益成熟和广泛应用，利用变频器、PID调节器、传感器、PLC等器件的有机结合，构成控制系统，调节水泵的输出流量，实现恒压供水。该技术已在供水行业普及。我们的设计采用一台变频器和PLC来控制两台水泵的“单双、双单”切换运行，实现双恒压供水的稳定 。2 可编程控制器（PLC）可 编 程 逻 辑 控 制 器 （ Programmable Logical Controller） ,简 称 PLC。 它 是 20世 纪 70 年 代 以 来 以 微 机 处 理 器 为 核 心 ， 综 合 计 算 机 技 术 、 自 动 控 制 技 术 和 通 讯 技 术发 展 起 来 的 一 种 新 型 工 业 自 动 控 制 装 置 。 由 于 它 具 有 功 能 强 、 可 靠 性 高 、 配 制 灵 活 、使 用 方 便 以 及 体 积 小 、 重 量 轻 等 优 点 ， 被 广 泛 应 用 于 自 动 化 控 制 的 各 个 领 域 。2 1 可 编 程 控 制 器 的 基 础 知 识1.PLC 的起源PLC 是 从 早 期 的 继 电 器 逻 辑 控 制 系 统 发 展 而 来 的 。 自 1836 年 继 电 器 问 世 ， 人们 就 开 始 用 导 线 将 它 同 开 关 器 件 巧 妙 地 连 接 ， 构 成 用 途 各 异 的 逻 辑 控 制 或 顺 序 控 制 。上 世 纪 60 年 代 末 ， 它 不 断 吸 收 微 计 算 机 技 术 使 之 功 能 不 断 增 强 ， 逐 渐 适 合 复 杂 的 控制 任 务 。 随 着 微 电 子 技 术 、 计 算 机 技 术 和 数 据 通 信 技 术 的 飞 速 发 展 、 微 处 理 器 的 出现 ， 以 及 流 程 加 工 行 业 （ 如 汽 车 制 造 业 ） 对 生 产 流 程 迅 速 、 频 繁 变 更 的 需 求 ， PLC技 术 出 现 并 快 速 发 展 。目 前 ， PLC 在 小 型 化 、 大 型 化 、 大 容 量 、 强 功 能 等 方 面 有 了 质 的 飞 跃 ， 使 早 期的 PLC 从 最 初 的 逻 辑 控 制 、 顺 序 控 制 ， 发 展 成 为 具 有 逻 辑 判 断 、 定 时 、 计 数 、 记 忆和 算 术 运 算 、 数 据 处 理 、 联 网 通 信 及 PID 回 路 调 节 等 功 能 的 现 代 PLC。 但 是 ， 仍 然沿 用 着 顺 序 扫 描 、 程 序 控 制 等 基 本 模 式 及 CPU+通 信 +I/O 的 基 本 结 构 。PLC 之 所 以 有 生 命 力 ， 在 于 它 更 加 适 合 工 业 现 场 和 市 场 的 要 求 ： 高 可 靠 性 、 强抗 各 种 干 扰 的 能 力 、 编 程 安 装 使 用 简 便 、 低 价 格 长 寿 命 。 它 的 输 入 输 出 端 更 接 近 现场 设 备 ， 不 需 添 加 太 多 的 中 间 部 件 或 需 要 更 多 的 接 口 ， 这 样 节 省 了 用 户 时 间 和 成 本 。PLC 的 下 端 (输 入 端 )为 继 电 器 、 晶 体 管 和 晶 闸 管 等 控 制 部 件 ， 而 上 端 一 般 是 面 向 用户 的 微 型 计 算 机 。 人 们 在 应 用 它 时 ， 可 以 不 必 进 行 计 算 机 方 面 的 专 门 培 训 ， 就 能 对可 编 程 控 制 器 进 行 操 作 及 编 程 。2 特点可编程控制器之所以能够得到迅速发展和广泛应用，主要是由于它具有以下特点：（ 1） 可 靠 性 高 、 抗 干 扰 能 力 强（2） 编程简单、易于掌握（3） 功能完善、灵活方便（4） 体积小、质量轻、功耗低 3 分类通常，PLC 产品可按结构形式、控制规模等进行分类。（1） 按结构形式分类 按结构形式不同，可以分为整体式和模块式两类.整体式的 PLC 是将电源、CPU、存储器、输入/输出单元等各个功能部件集成在一个机壳里，从而具有结构紧凑、体积小、价格低等优点，许多小型 PLC 多采用这种结构。（2） 按控制规模分类 按控制规模大小，可以分为小型、中型和大型 PLC三种类型。1） 小型 PLC。小型 PLC 的 I/O 点数在 256 点以下，存储容量在 2k 步以内，其中输入输出点数小于 64 点的 PLC 又称超小型，具有逻辑运算、定时、计数、移位及自诊断、监控等基本功能。2） 中型 PLC。中型 PLC 的开关量 I/O 点数通常在 2562048 点之间，用户程序存储器的容量为 28k 步，除具有小型机的功能外，还具有较强的模拟量I/O、数字计算、过程参数调节等功能。3） 大型 PLC。又称高档 PLC，I/O 点数在 2048 点以上，用户程序存储器的容量为 8k 步以上，其中 I/O 点数大于 8192 点的又称为超大型 PLC，除具有中型机的功能外，和具有较强的数据处理、模拟调节、特殊功能函数运算、监视、纪录、打印等功能。4. PLC 的功能1) 数 据 采 集 与 输