毕业设计（论文）-基于PLC的恒压供水控制系统设计.doc

2015届湖北汽车工业学院科技学院毕业设计（论文）湖北汽车工业学院毕 业 设 计（论 文）毕业设计总论文课题名称基于PLC的恒压供水控制系统设计系 部 电气工程专 业自动化班 级T1123-5学 号2011XXXXXXX姓 名XXX指导教师XXX 2015年 6月4日 目录 第一章 课题的研究背景及意义 1 1.1 变频恒压供水概论 1 1.2 本课题产生的背景和意义 1 1.3 变频恒压供水现况 2 1.3.1变频恒压控制系统的应用范围 2 1.4 本文的主要内容 2第二章 变频恒压供水的理论分析 4 2.1水泵的工作原理4 2.2电动机的调速原理5 2.3变频恒压供水的能耗分析6 2.4变频恒压供水系统组成及原理图 6 2.4.1变频恒压供水系统的组成及原理图7 2.4.2水泵切换条件分析8第三章 系统的硬件设计9 3.1PLC的概述9 3.1.1可编程控制器9 3.1.2 PLC的特点10 3.1.3 PLC的工作过程10 3.2 变频器的概述11 3.2.1 变频器的构成 11 3.2.2变频器的特点 12 3.3 设备的选型 13 3.4系统主电路设计 14 3.5系统统控制电路设计 15 3.6 PLC的IO端口分配及外围接线图 16第四章 系统的软件设计 17 4.1 软件设计分析17 4.2 PLC程序设计 21 4.2.1控制系统主程序设计22 4.2.2控制系统子程序设计25第五章 总结与展望 26参考文献 27致谢 28附录(控制梯形图) 35 摘 要 众所周知,水是我们日常生活中不可缺少的能源之一,我们生活范围的高度集中使得水的供给需求增大,而日常生活中对水的需求也随着时间的变化而变化,为了保障对水的供给需求,也是时代的发展要求就必须有一些辅助装置来确保,在我们居住的环境有稳定的水源供应,根据需要的多少来自行调节水源的供给,从而,既充分利用了水源,又节约了相应的能源,本文是针对某生活小区实际供水需求情况，结合用户生活用水和消防用水的需要,拟定为社区恒压供水。随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。现将其中的改造情况介绍如下。恒压供水系统对于生活小区是非常重要的，例如在生活小区供水过程中，若自来水供水因故压力不够或间歇性时断水，可能影响居民生活。着火时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，会造成严重后果。所以，生活小区采用生活/消防双恒压供水系统，很有意义。日常的生活用水量随季节、昼夜、上下班的时间不同而有较大变化，因而经常出现供水用水的不平衡，主要表现在水压上，这里也需要本系统1。 基于上述情况，对某生活小区供水系统进行改造，采用西门子PLC作为主控单元。并充分利用变频器的变频作用，根据系统状态可快速调整供水系统的供给需要，达到恒压供水的目的2。改造提高了系统的工作稳定性，得到了良好的控制效本论文根据中国城市小区的供水要求，设计了一套基于PLC的变频调速恒压供水系统,变频恒压供水系统由可编程控制器、变频器、水泵机组、压力传感器等构成。 本系统包含三台水泵电机，它们组成变频循环运行方式。采用变频器实现对三相水泵电机的软启动和变频调速，运行切换采用“先启先停”的原则。压力传感器检测当前水压信号，送入PLC与设定值比较后进行PID运算，从而控制变频器的输出电压和频率，进而改变水泵电机的转速来改变供水量，最终保持管网压力稳定在设定值附近。关键词：恒压供水、PLC、变频调速。 ABSTRACT The community of life, thus to ensure that the requirements of the development of highly concentrated energy as we all know, water is our daily life indispensable one of our life makes the water supply and demand increased, and daily life of water demand along with the time change and change, in order to protect the water supply and demand, but also the eramust have some auxiliary device, in our living environment has a stable water supply, according to the need of self regulating water supply, not only make full use of the water, but also save the corresponding energy, this paper is aimed at a small living area of the actual water demand, combined with the user water and fire water, intended for the constant pressure water supply. Along with the rapid development of social economy, peoples increasing demands on the quality and reliability of water supply system, and currently the shortage of energy using advanced automation technology, control technology and communication technology, high performance, high energy saving design, adapt to different areas of constant pressure water supply system has become an inevitable trend. Now the transformation of the situation as follows. Constant pressure water supply system for residential living is very important, such as in the living area in the process of water supply, if insufficient water supply pressure is for some reason or intermittent water may affect the lives of the residents. When the water shortage or supply of water, can not quickly fire, will cause serious consequences. Therefore, the living area of residential use of life / fire dual constant pressure water supply system, very meaningful. Daily life water, with the seasons, day and night, commuting time different and has great changes, which often appear the imbalance of water supply and water, mainly in the water pressure, there is also need for the system. Based on the above situation, the water supply system of a residential district is transformed, using SIEMENS PLC as the main control unit. And take full advantage of frequency converter function, according to the system state can adjust the supply of water supply system quickly, and achieve the purpose of constant pressure water supply.According to the thesis of Chinese city community water supply requirements, design a set of PLC based frequency control constant pressure water supply system, variable frequency constant pressure water supply system by programmable controller. The system includes three sets of water pump motors, they are composed of variable frequency circulating operation. Using frequency converter to realize three-phase pump motor soft start with frequency control, operation switch adopts the start first stop first principle. The pressure sensor detects the pressure signal, into the PLC and compared with a predetermined value after PID operation, thereby controlling the inverter output voltage and frequency, and then change the pump motor speed to change the quantity of water supply pipe network pressure, ultimately to keep stable in a set value near.Key words: constant pressure water supply, PLC, variable frequency speed regulation第一章 课题的研究背景及意义 相对于很多企业，如何用最有性价比的方式供水是最重要的，而利用恒压供水系统进行整体控制，就是最好的解决方案。1.1变频恒压供水概论 图1.1 传统供水机示意图 图1.2 变频供水机示意图1.2本课题产生的背景和意义 我国长期以来在市政供水，循环性供水等方面技术一直比较落后，自动化程度不高。传统的方式，会影响设备寿命等多种患处，而变频调速恒压供水系统具有供水安全、节约能源、节省钢材、节省占地、节省投资、调节能力大、运行稳定可靠的优势，具有广阔的应用前景和明显的经济效益与社会效益。以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有编程较简单、高可靠性、组合较灵活、强抗干扰能力很强、维修方便和低成本等诸多特点;同时系统具有良好节能性，这在能量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。综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源；效率低；可靠性差；自动化程度不高等缺点。基于PLC和变频技术的恒压供水系统，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，对于环保和节约很重要，所以研究设计该系统，对于企业和个人都有有重要的现实意义。1.3变频恒压供水现况1.3.1变频恒压控制系统的应用范围PLC恒压供水系统在供水行业中的应用，按所使用的范围基本分为二类:(1) 加压泵站变频PLC恒压供水系统这种系统主要包含小区，建筑，乡村等加压站，变频控制的电机功率小是特色，大概在135kW以下。这一范围是目前国内研究和推广最多的方式。(2) 供水厂PLC恒压供水系统这类用于供水厂，这一类变频器、电机功率在135320kW之间，电网电压一般为220V或380V。目前主要采用国产通用的变频恒压供水变频器。 变频恒压供水的变频技术的发展逐渐发展后。在早期，逆变器的功能主要是在有限的频率控制，升降速控制，反控制，制动控制，变频转化率的控制和保护功能。在变频恒压供水系统中的应用，变频器作为执行机构，为了满足供水规模的需求和确保恒定的压力管道，压力传感器和变频器的外部控制器，压力闭环控制。从数据来看，国外的恒压供水工程的设计只有一个抽油机使用变频器，几乎没有一个逆变器驱动多台水泵的运行，因此，投资成本高。1968，丹麦丹麦丹佛斯发明第一逆变器（丹麦丹佛斯传输产品，五个核心的世界各地的供应商），我们发现和认可的变频技术优势，变频恒压供水系统的稳定发展，可靠性和自动化程度高，节能效果显著，许多国外生产的变频器厂商开始关注并推出与变频恒压供水的功能，如瑞典，瑞士ABB集团在空调推出的变频技术，法国施耐德公司推出了恒压供水基板，配备固定泵变频模式，“变频泵循环坏的方式”两种模式。PID控制器和PLC可编程控制器的硬件集成在变频器控制板，通过设置指令代码实现PLC和PID控制系统的功能，只要对恒压供水机组配套装备，多个内置电磁接触器工作的直接控制，多达七个电机（泵）供水系统可以构造。这种设备虽然是电路的微结构，降低设备成本，但其输出接口的扩展，缺乏灵活性，系统的动态响应性能和稳定性不高，和其他监测系统（如BA系统）和组态软件很难实现数据通信和极限荷载的能力，所以在实际使用的范围将受到限制。 目前，在变频恒压供水工程的许多公司，大多数变频器控制水泵的转速的外国品牌，管网压力闭环调节和多泵循环控制，一些可编程控制器（PLC）和相应的软件实现；实现了利用单片机和相应的软件。然而，在动态性能，稳定性，抗干扰和开放性和综合技术指标等方面，它是远离所有用户的要求。因此，恒压供水控制系统还需要一个成熟、可靠的技术。 采用变频调节后，系统实现了软启动，电机启动电流从零逐渐增加到额定电流，起动时间相应延长。对电网无大的影响，降低起动转矩的机械对电机机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命。这种方式为目的，控制水的压力，各种优化方案是基于母管（市政给水管道）进口压力保持恒定的条件下。事实上，出口压力泵站允许一定范围内的变化。因此，降低的最佳范围，和所得到的解是局部最优解，而泵站始终工作在最佳状态。1.4本次设计的主要工作 本课题主要通过研究PLC来控制变频器实现恒压供水，通过设计解并熟悉了PLC的工作原理，编程原理以及编程方法1。进行了控制系统的主电路设计、控制1.刘小春，恒压供水系统控制及组态监控系统设计。2013电路设计，系统的控制设备选用S7-200系列的PLC（CPU226），变频器选用西门子泵类专用的变频器MM440。进行了控制程序（梯形图）的设计。在控制过程中，电控系统由S7-200完成，PID控制由变频器完成。最后，对变频恒压供水系统进行调试，对该系统在供水中所取得的节约电耗、恒定压力、保护管网等进行了总结，指出变频技术在供水领域所取得的成果及局限性。第二章 变频恒压供水的理论分析2.1水泵的工作原理 供水所用水泵主要是离心泵，普通离心泵如图2.1所示，安装叶轮在泵2内，安在泵轴3上，电机带动泵轴，泵壳内有液体吸入口4与吸入管5连接，液体经过底阀6和吸入管进入泵内，液体排出口8与排出管9连接。启动前，液体注满泵壳:启动后，叶轮高速转动，叶片之间的液体也需随着旋转运动。从叶轮中心处注入液体且被抛向外缘且获得能量，以很高速离开叶轮外缘进入泵壳内。只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。图2.1普通离心泵2.2电动机的调速原理水泵电机一般采用三相异步电动机，转速公式为： (2.1)式中：f表示电源频率，p表示电动机极对数，s表示转差率。由此可知道，三相异步电动机调速方法有以下3法：(l) 改变电源的频率(2) 改变电机的极对数(3) 改变转差率根据经验，方法一最好，下面分析改变电源频率调速的特点和方法。2.3变频恒压供水的能耗分析 在所有的供水系统中，最基本的控制对象是水的流量。常见的方法有转速控制法和阀门控制法。传统上采用阀门调节实现对水压流量的控制。水泵的轴功率与转速的立方成正比，水泵用变频器来调节转速能实现压力或流量的自动控制，而且可获得较大节能。(1) 阀门控制法：通过控制大阀门来调节流量，而转速则保持不变。如图 2.2所显示，设流量QX为额定流量的60%。用关闭小阀门来实现，管阻特性会 改变为曲线，扬程特性则为曲线，在供水系统之内工作点移到E点，流量则为QE(=Qx)；扬程变成为HE；供水功率PC与面积ODEJ成为正比。 图2.2 调节流量的方法与比较(2) 恒压控制法：阀门的开度不变，改变水泵的转速调节用户流量。 以流量为60%Qn为例，供水功率PC与面积0DCK成正比，降低转速使得Qx=60%Qn时，扬程特性还是曲线，所以工作点移向C点。同时流量减为QE（=Qx），扬程特性减为Hc。 比较2种方法可见，供水能力与用水需求之间的矛盾基本具体的反映在流体压力的变化上。从就是说，压力成为了控制流量大小的参，变量保持供水系统中的压力的恒定，即保证了使该处的供水能力和用水流量在平衡状态，满足了用户所需的用水流量。2.4变频恒压供水系统组成及原理图2.4.1变频恒压供水系统的组成及原理图 PLC控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器和现场的水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，该系统的控制流程图如图2.3所示：图2.3变频恒压供水系统控制流程图 从图中可看出，系统可分为：执行机构、信号检测机构、控制机构三大部分。根据水泵机组中水泵被变频器拖动的情况不同，变频器有两种工作方式即变频固定式和变频循环式，本设计采用，变频循环式1。 变频恒压供水系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是一个常数，也可以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。所以，在某个特定时段内，恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上2。1河南科技，2014年 冯嵩变频恒压供水系统的结构框图如图2.4所示： 图2.4变频恒压供水系统框图 恒压供水系统通过安装在用户供水管道上的压力变送器实时地测量参考点的水压，检测管网出水压力，并将其转换为420mA的电信号，此检测信号是实现恒压供水的关键参数。由于电信号为模拟量，故必须通过PLC的A/D转换模块才能读入并与设定值进行比较，将比较后的偏差值进行PID运算，再将运算后的数字信号通过D/A转换模块转换成模拟信号作为变频器的输入信号，控制变频器的输出频率，从而控制电动机的转速，进而控制水泵的供水流量，最终使用户供水管道上的压力恒定，实现变频恒压供水。2.4.2水泵切换条件分析 以上过程，变频泵运行在上限频率，此时管网实际压力低于设定压力，需要增加水泵来满足供水要求，以达到恒压的目的；若变频泵和工频泵都在运行且变频泵运行在下限频率时，这是管网的实际压力仍高于设定压力，此时需要减少工频泵来减少供水流量，达到恒压的目的1。 因为电网的限制和变频器以及电机工作频率的限制，50HZ成为频率调节的上限频率。变频器的输出频率不能够为负值，最低为零。该频率在实际应用中其实就是是电机运行的下限频率。这个频率远大于0HZ，实际数值与水泵特性等因素有关，大概在20HZ左右。综上，50HZ和20HZ作为水泵机组切换的上下限频率最合适。一下是实际机组切换的条件：加泵条件： 且延时判别成立 (2.6)减泵条件： 且延时判别成立 (2.7)式中： ：上限频率 ：下限频率1.山西大学，周芳，学位论文，2011：设定压力 ：反馈压力。外部传感器的状态如下注:1）采集压力传感器反馈的信号，会将该传感器输出的模拟信号转换成PLC可以处理的数字信号。2）PLC根据变频输出以及压力的反馈值，会对模拟量进行数据处理。3）在PLC中数据被计算后，产生的控制信号来实现对驱动的控制。启动运行测量压力反馈值调节规律计算检测变频器输出输出控制驱动器一个过程结束图23 自动工作过程 第三章 系统的硬件设计3.1PLC的概述3.1.1可编程控制器 可编程控制器是60年代末在继电器系统上发展起来的，当时称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC。可编程控制器的产生和发展与继电器控制系统有很大的关系。继电器是一种用弱电信号控制强电信号的电磁开关，但在复杂的控制系统中，故障的查找和排除非常困难，不适应于工艺要求发生变化的场合。由此，产生了可编程控制器，它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术，用面向控制过程、面向用户的简单编程语句，适应工业环境，是简单易懂，操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制器，是当代工业自动化的主要支柱之一。可编程控制器具有丰富的输入/输出接口，并具有较强的驱动能力，但它的产品并不针对某一具体工业应用，其灵活标准的配置能够适应工业上的各种控制。在实际应用中，其硬件可根据实际需要选用配置，其软件则需要根据要求进行设计。图3.1 PLC的硬件结构框图3.1.2 PLC的特点 现代可编程控制器不仅能实现对开关量的逻辑控制，还具有数学运算、数学处理、运动控制、模拟量PID控制、通信网络等功能。在发达的工业化国家，可编程控制器已经广泛的应用在所有的工业部门，其应用已扩展到楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域。归纳可编程控制器主要有以下几方面的优点：1）编程方法简单易学2）功能强，性能价格比高3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强4）无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强5）系统的设计、安装、调试工作量少6）维修工作量小，维修方便 7）体积小，能耗低。3.1.3 PLC的工作过程图3.2 PLC的扫描工作过程图3.2 系统软件控制PLC，以循环顺序扫描的方式，工作方式分为输入采样、程序执行以及输出刷新三个阶段，如图3.2所示。3.2 变频器的概述3.2.1 变频器的构成图3.4 变频器的构成 整流器 平波回路 逆变器 制动回路图3.5 典型的电压型逆变器一例3.2.2变频器的特点这里主要说下变频恒压供水系统主要的几个特点:1）高效节能2）占地面积小，投人少，效率高3）配置灵活，功能齐全，自动化程度高。4）安全卫生5）管理简便3.3 设备的选型根据基于PLC的变频恒压供水系统的原理，系统的电气控制总框图如图3.6所示：图3.6 由以上系统电气总框图可以看出,该系统的主要硬件设备应包括以下几部分：(1) PLC及其扩展模块、(2) 变频器、(3) 水泵机组、(4) 压力变送器、(5) 液位变送器。主要设备选型如下表所示：表3.1系统的硬件设备主要设备型号及其生产厂家可编程控制器（PLC）Siemens CPU 226模拟量扩展模块Siemens EM 235变频器Siemens MM440水泵机组SFL系列水泵3台压力变送器及显示仪表压力表Y-100、XMT-1270数显仪3.4系统主电路设计 基于PLC的变频恒压供水系统主电路图如图3.7所示：三台电机分别为M1、M2、M3，它们分别带动水泵1#、2#、3#。接触器KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3的工频运行1；接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3的变频运行；FR1、FR2、FR3分别为三台水泵电机过载保护用的热继电器；QF1、QF2、QF3、QF4分别为变频器和三台水泵电机主电路的断路器；FU为主电路的熔断器。 系统采用三泵循环变频运行的方式，3台水泵中只有1台水泵在变频器控制下作变速运行，剩下的水泵在工频下做恒速的运行，在用水量小的情形下，若变频泵连续运行时间超过3h，则要换下一台水泵，应避免某一台水泵工作时间过长！所以在同一时间只能有一台水泵工作在变频下，但是不同时间段内三台水泵都可以轮流做变频泵。图3.73.5系统控制电路设计 系统实现恒压供水的主体控制设备是PLC，控制电路的合理性，程序的可靠性很重要。PLC主要完成以下功能：1.自动控制三台水泵的投入运行；2.能在三台水泵之间实现变频泵的切换；3.三台水泵在启动时要有软启动功能；4.对水泵的操作要有手动/自动控制功能，手动只在应急或检修时临时使用；5.系统要有完善的报警功能并能显示运行状况。如图3.8为电控系统控制电路图。图3.83.6 PLC的IO端口分配及外围接线图PLC的变频恒压供水系统设计的要求如下所示：(1)该设计采用白天供水和夜间供水两种模式，两种模式下给定水压值不同。白天，系统高恒压值运行；夜间，系统低恒压值运行。(2) 在水量较小的情行下，“倒泵功能”运行，从而可以避免某一台水泵工作时间过长。(3)各水泵之间切换遵守先启先停和先停先启的规则。(4) 软启动的功能用于三台水泵启动时，需要手动/自动的控制功能，手动在应急使用。 (5)报警功能是系统必不可少的。根据以上控制要求统计控制系统的输入输出信号的名称、代码及地址编号如下表所示。表3.2信息表名 称代 码地址编号输入信号供水信号(1-白天，0-夜间)SA1I0.0水量水位上下限信号SLHLI0.1报警信号SUI0.2灯光按钮SB7I0.3压力变送器输出模拟量电压值UpAIW0输出信号1#泵工频运行指示灯和接触器KM1、HL1Q0.01#泵工频运行指示灯和接触器KM2、HL2Q0.12#泵工频运行指示灯和接触器KM3、HL3Q0.22#泵工频运行指示灯和接触器KM4、HL4Q0.33#泵工频运行指示灯和接触器KM5、HL5Q0.43#泵工频运行指示灯和接触器KM6、HL6Q0.5输出信号水量水位上下限报警灯HL7Q1.1故障报警提示指示灯HL8Q1.2白天模式运行指示灯HL9Q1.3警铃HAQ1.4变频器频率复位控制KAQ1.5变频器输入电压信号UfAQW0PLC及扩展模块外围接线图，如下图所示： 图3.9PLC及扩展模块外围接线 变频恒压PLC供水系统一共有5个输入量，四个数字量和1个模拟量。压力变送器将测得的管网压力输入PLC的扩展模块EM235的模拟量输入端口作为模拟量输入；控制白天与夜间之间的开关是SA1；在窗口比较器内设定水量水位的上下限，若超出上下限，窗口比较其输出高电平1，送入I0.1液位变送器把测得的水池水位转换成标准电信号后送入窗口比较器，；变频器故障报警信号是由变频器的故障输出端与PLC的I0.2相连构成的；试灯信号是开关SB7与I0.3相连构成的，用于手动检测各指示灯的工作状态是不是正常。 该变频PLC恒压供水系统拥有一个模拟量输出信号和十一个个数字量输出信号。AQW0输出的模拟信号用于控制变频器的输出频率； Q0.0Q0.5分别输出的是三台水泵电机的工频/变频运行信号；Q1.1输出水位超限报警信号； Q1.2输出的变频器故障报警信号；Q1.3输出是白天模式运行信号；Q1.4输出报警铃声信号；Q1.5输出变频器复位控制信号。第四章 系统的软件设计4.1软件设计分析硬件连接确定之后,对泵站软件设计分析如下：(1) 由“恒压”要求出发的工作泵组数量管理为了恒定水压，需启动第二台水泵。判断需启动新水泵的标准是变频器的输出频率达到设定的上限值。这一功能可通过比较指令实现。(2) 多泵组泵站泵组管理规范在本从设计中，规定任何一台泵连续变频运行时间小于3h，新运行泵为变频泵是合理的。将现行运行的变频器从变频器上切除，接上工频电源运行，将变频器复位且用于新运行泵的启动。(3) 程序的结构及程序功能的实现系统初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，这样可以节省扫描时间。利用定时器中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。主程序的功能最多，如泵切换信号的生成、泵组接触器逻辑控制信号的综合及报警处理等都在主程序。白天、夜间模式的给定压力值不同，两个恒压值是采用数字方式直接在程序中设定的。白天模式系统设定值为满量程的90%，夜间模式系统设定值为满量程的70%。程序中使用的PLC元件及其功能如表4.1所示表4.1PLC元件及其功能器件地址功 能器件地址功 能VD 100过程变量的标准化值T37工频泵增泵滤波的时间控制VD 104压力给定的值T38工频泵减泵滤波的时间控制VD 108PID计算的值M0.0故障结束脉冲的信号VD 112比例系数 KcM0.1水泵变频启动的脉冲(增泵)VD 116采样时间 TsM0.2水泵变频启动的脉冲(减泵)VD120积分时间 TiM0.3倒泵的变频启动脉冲VD124微分时间TdM0.4复位当前变频的泵运行脉冲VD204变频运行频率的下限值M0.5当前泵工频运行的启动脉冲VD208变频运行频率的上限值M0.6新泵变频启动的脉冲VD250PID调节结果的存储单元M2.0泵工频/变频转换逻辑控制VB300变频工作泵的泵号M2.1泵工频/变频转换逻辑控制VB301工频运行泵的总台数M2.2泵工频/变频转换逻辑控制VD310变频运行时间的存储器M3.0故障信号总和T33工频/变频转换的逻辑控制M3.1水池水位越限的逻辑T34工频/变频转换的逻辑控制T35工频/变频转换的逻辑控制4.2 PLC程序设计 SIEMENS公司提供的STEP 7-MicroWIN-V40PLC是编辑控制程序的软件开发工具。该软件的SIMATIC指令集一共拥有三种语言，梯形图(LAD)语言、功能块图语言、语句表语言。PLC的控制程序是由一个若干子程序和主程序构成的，在计算机上完成程序的编制，在这之后通过PC/PPI 电缆把程序输入到PLC，通过在RUN模式下主机循环扫描并连续执行用户程序来实现控制任务。4.2.1控制系统主程序设计 (1)系统的初始化程序 第一开始要初始化整个系统，首先是对系统的每个部分当前的工作状态和情况进行检测，然后对PID控制的各参数和变频器变频运行的上下限频率、进行一次初始化的处理，赋予它一定的初值，最终应该在在初始化子程序的进行中断连接程序。在初始化后继续变频泵泵号和白天和夜间两种供水模式下的水压给定值和工频泵的数目的相应设定，增加和减少泵判断和相应的操作程序。(2)在PID调解的结果大于或等于变频运行上限频率而且水泵稳定运行的时候，定时器计时5min后执行工频泵台数加一（或减一）操作，而且产生敌营的泵变频启动脉冲信号。(3)水泵的软启动程序 序对连续运行时间进行判断，当只有一台变频泵长时间运行的时候，超过3h自动倒泵变频运行。软启动的准备是倒泵和增减泵的时候复位变频器，变频泵号加一，产生下一水泵变频启动脉冲信号和当前泵工频启动脉冲信号，在延时后启动运行。(4)各个水泵变频运行控制的逻辑程序 各个水泵变频运行控制逻辑基本相同。比如说1#水泵，系统未产生复位1#水泵变频运行信号并且第一次上电、故障消除或者产生1#泵变频启动脉冲信号、无故障产生时，Q0.1置1、1#泵未工作在工频状态，KM2常开触点闭合接通变频器，使1#水泵变频运行，与此同时KM2常闭触点打开防止KM1线圈得电，实现电气互锁，KM2的常开触点还能实现自锁功能。(5)各个水泵的工频运行控制的逻辑程序 水泵工频的运行其实取决于变频泵的泵号，还被工频泵的台数影响。因为各个水泵工频运行控制的逻辑大体上是大相径庭的，现在只以1#水泵为例进行说明。产生当前泵工频运行启动脉冲以后，假若2#泵处于变频运行状态且工频泵数大于零或者当前3#泵处于变频运行状态且工频泵数大于1，那么置1，KM1线圈得电，使得KM1常开触点闭合，1#水泵工频运行，同时KM1常闭触点打开防止KM2线圈得电，从而实现电气互锁，KM1的常开触点还能现自锁功能。(6)报警及故障处理程序 基于PLC恒压供水控制系统中变频器、池水位越限报警指示灯、故障报警指示灯白天模式运行指示灯以及警电铃。在故障信号产生以后，相对应的指示灯就会出现灯光闪烁的表象，于此同时报警铃声会响起。并且试灯按钮按下的时候，各个指示灯会一直不停的点亮起来。 如果故障发生，系统会重新设定变频泵号和工频泵运行台数，并且在故障结束以后会产生故障结束的脉冲信号。 因为变频恒压供水系统主程序梯形图相对比较复杂，全部都画出有很多不便，在此仅画出其控制过程的流程图。详细的主程序梯形图请参考附录C。主程序流程图如图4.1所示。因为在图4.1中并没有对各个台水泵的变频和工频运行控制做详细介绍，因此图4.2和图4.3是其完整的补充。其中图4.2是以2#泵为例的变频运行控制流程图，图4.3是以2#泵为例的工频运行控制流程图。1#、3#泵的运行控制情况与2#泵相似，在此就不再重复。如图4.1所示。本设计主程序大体包括以下几部分：(1)根据增、减泵条件确定工频泵运行数； (2)调用初始化子程序，设定各初始值；(3)根据增泵、倒泵情况确定变频泵号；(4)通过工频泵数和变频泵号对各泵运行情况进行控制；(5)报警和故障处理；图4.1 变频恒压供水系统主程序流程图图4.2 2#泵变频运行控制流程图 图4.3 2#泵工频运行控制流程4.2.2控制系统子程序设计 首先初始化变频运行的上下限频率，在第二章水泵切换分析中已说明水泵变频运行的上下限频率分别为50HZ和20HZ。假设所选变频器的输出频率范围为0100HZ，则上下限给定值分别为16000和6400。在初始化PID控制的各参数（Kc、Ts、Ti、Td），各参数的取值将在下一节中详细介绍。最后再设置定时中断和中断连接。具体程序梯形图如图4.4所示。图4.4 初始化子程序SBR_0梯形图 PID控制中断子程序首先将由AIW0输入的采样数据进行标准化转换，经过PID运算后，再将标准值转化成输出值，由AQW0输出模拟信号。具体程序梯形图如图4.5所示。图4.5 PID控制中断子程序INT_0梯形图第五章 总结与展望 此次设计是以小区的供水状况为设计课题，包括：恒压供水系统原理、恒压供水系统的电气实现、系统的硬件选型、系统的硬件电路设计和软件电路设计等，本设计一共包含四大章设计内容，其主体是由变频技术、压差恒压自动转换技术，是现阶段水处理行业较为先进的供水方法。 随着变频器技术的日益成熟，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，在小区供水和工厂供水控制中发挥了很大的作用。采用变频恒压供水，具有高效节能，压力稳定，运行可靠，操作简单，占地少，噪音低，无污染，投资低，效益高等优点。变频恒压供水系统是一种高效节能的解决方案，比传统的方法，它能够节能50%以上。根据特定的速度头和管阻力性能，和 电机的转速和电机频率之间的关系，可以实现变频调速恒压供水。根据文献，有一种恒压供水系统采用ABBACS510作为驱动器和控制器的。实际运行结果表明，所设计的系统实现了跟踪设定压力值，误差在允许范围内。工作8000小时，一年，该系统可以减少54.4%的能源消耗比阀门节流的方式。普通恒压供水在用水量变化较大时有高效、节能的优点，但在用水量很小的情况下，如晚上，变频器工作在出水频率附近时耗电量增大。而本系统通过压差恒压自动转换技术解决了这个难题。 恒压供水处理技术未来发展前景很大，它的供水方式和控制方式都符合供水发展方向，是现代人们生活所要求的并且前景光明。致 谢 经过十四周的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。岁月如歌，光阴似箭，回首求学历程，对那些引导我、帮助我、激励我的人，我心中充满了感激。在论文完成过程之中，除了我自己一年多来的潜心学习和研究之外，也凝聚了很多人的心血。所以在这里，我要对帮助我完成论文的所有人表示感谢。由此而始，第一十分感谢我的导师叶老师。老师平日里工作繁多，可是从我开始做毕业设计，无论从前期的资料收集，理论理解，基础构建等等多个方面，以及后期的论文撰写，叶老师都给了我极大的帮户。其次，我要感谢和我一起作毕业设计们同学，然后，我还要感谢大学所有的老师，为我们打下电气自动化专业知识的基础；同时我还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会得以顺利完成