恒压供水毕业论文-(1)

烟台大学毕业论文 设计 摘要摘要 随着我国社会经济的发展 城市建设发展十分迅速 同时也对基础设施建设提 出了更高的要求 城市供水系统的建设是其中的一个重要方面 供水的可靠性 稳定性 经济性直接影响到用户的正常工作和生活 随着人们对供水质量和供水系统可靠性要求 的不断提高 利用先进的自动化技术 控制技术以及通讯技术 设计出高性能 高节能 能适应供水复杂环境的恒压供水系统成为必然趋势 基于 PLC 的变频恒压供水系统能够 根据用户量的多少来调节供水量 最大程度的解决了水资源和电资源的浪费 因此其是 供水方式的发展的必然方向 本文以某居民小区水泵电动机控制系统为对象 首先根据管网和水泵的运行特性曲 线 阐明了供水系统的变频调速节能原理 具体分析了变频恒压供水的原理及系统的组 成结构 采用变频器和 PLC 构成变频调速系统 通过选择合适的硬件设备和软件编程方 法及信号处理方式等阐明如何实现小区恒压供水 关键词关键词 恒压供水 变频调速 PLC 节能 烟台大学毕业论文 设计 Abstract As China s social and economic development urban construction and development very quickly but also the construction of infrastructure facilities has put forward higher requirements City water supply system construction is one of the important aspects of the water supply reliability and stability the economy of a direct impact on the user s normal work and life As people on the water quality and water supply systems in the continuous improvement of reliability requirements the use of advanced automation technology control technology and communication technology design a high performance high energy water supply plants to adapt to the complex environment of constant pressure water supply Systems become an inevitable trend based on PLC of constant pressure water supply system can adjust water supply according to the water consumption The greatest degree of waste water resources to solve so it is the necessary direction of water supply In this paper pipe network and pumps under the operation of the curve clarify the water supply system for energy saving Frequency Control Principle specific analysis of the frequency of the principle of constant pressure water supply system and the composition of the structure based on frequency and PLC constitute a variable speed control system by selecting the right hardware equipment and software design method expounds how to realize the village water supply Keywords Constant pressure Water Supply Variable velocity Variable frequency PLC energy conservation 烟台大学毕业论文 设计 目 录 1 绪论 1 1 1 引言 1 1 2 国内外变频供水系统现状 1 1 3 本文所做的工作 1 2 变频恒压供水系统设计要求 2 2 1 系统的工艺要求 2 2 2 系统控制要求 3 2 3 本章小结 3 3 变频恒压供水系统设计思路 4 3 1 拖动方式的选择 4 3 2 水泵的调节方式 4 3 3 调速方法选择 4 3 4 变频恒压供水系统的组成及原理图 5 3 5 小区变频恒压供水系统控制流程 6 3 6 本章小结 7 4 系统硬件设计 8 4 1 系统主要设备的选型 8 4 1 1 PLC 选型 8 4 1 2 水泵的选型 8 4 1 3 变频器的选择 8 4 1 4 熔断器选择 8 4 1 5 压力传感器的选择 9 4 1 6 水位传感器的选择 9 4 2 系统主电气原理图设计 9 4 3 启动电路图 10 4 4 制动电路图 11 4 5 I O 输入输出分配表 12 4 6 系统接线图 13 4 7 本章小结 14 5 系统软件设计 15 5 1 系统软件设计思想 15 5 2 PLC 部分程序分析 16 5 3 组态软件总体设计 17 5 4 组态软件详细设计 17 5 5 本章小结 21 6 系统实验室仿真 22 烟台大学毕业论文 设计 6 1 实验室环境 22 6 2 实验要求 23 6 3 系统调试与实现 23 6 4 本章小结 23 7 结论与展望 24 致谢 25 参考文献 26 烟台大学毕业论文 设计 1 1 绪论 1 1 引言 水是生命之源 人类生存和发展都离不开水 1 在节水节能已成为时代特征的现实条 件下 我们这个水资源和电能源短缺的国家 长期以来在市政供水 高层建筑供水 工 业生产循环供水等方面技术一直比较落后 自动化程度较低 而随着我国社会经济的发 展 人们生活水平的不断提高 以及住房制度改革的不断深入 城市中各类建设发展十 分迅速 同时也对城市的基础设施建设提出了更高的要求 2 其中 城市供水就是一个重 要方面 变频调速技术以其显著的节能效果和稳定可靠的控制方式 在风机 水泵 空气压 缩机 制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用 3 利用变频技术与自动控制技术相结合 在 城市供水实现恒压供水 不仅能达到比较明显的节能效果 提高城市供水的效率 更能 有效保证从水系统的安全可靠运行 变频恒压供水系统集变频技术 电气传动技术 现代 控制技术于一体 4 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 方便地实 现供水系统的集中管理与监控 同时可达到良好的节能性 提高供水效率 5 所以设计基 于变频调速的恒定水压供水系统 对于提高城市供水效率以及人民的生活水平 同时降 低能耗等方面具有重要的现实意义 1 2 国内外变频供水系统现状 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 目前国外的恒压供水 系统变频器成熟可靠 恒压控制技术先进 国外变频供水系统在设计时主要采用一台变 频器只带一台水泵机组的方式 这种方式运行安全可靠 变压方式更灵活 6 此方式的缺 点必是电机数量和变频的数量一样多 投资成本高 目前国内有不少公司在从事进行变频恒压供水的研制推广 国产变频器主要采用进 口元件组装或直接进口国外变频器 结合 PLC 或 PID 调节器实现恒压供水 在小容量 控制要求低的变频供水领域 国产变频器发展较快 并以其成本低廉的优势占领了相当 部分小容量变频恒压供水市场 但在大功率大容量变频器上 国产变频器有待于进一步 改进和完善 7 1 3 本文所做的工作 本文第二章提出变频恒压供水系统的设计要求 第三章讲述变频恒压供水系统的设 计思路 第四章讲述系统硬件设计 第五章讲述系统软件设计 第六章讲述系统实验室 仿真 随后提出系统的总结与展望 烟台大学毕业论文 设计 2 2 变频恒压供水系统设计要求 2 1 系统的工艺要求 本系统对小区面积为 3000 平米 楼层最高为 10 层 楼高为 35 米的 1000 户的小区 进行供水 根据表 2 1 和表 2 2 分别确定用水量标准为 0 19 人日 最大用水量为 175 00 h 根据供水压力公式 P 0 08 0 04 楼层数 MPa 得 10 层楼的供水压力应 3 m 该为 0 48MPa 表 2 1 不同住宅类型的用水标准 住宅 类型 给水卫生器具完善程度 用水标准 3 m 人日 系数 1 仅有给水龙头0 04 0 082 5 2 0 2 有给水卫生器具 但无淋浴设备0 085 0 132 5 2 0 3 有给水卫生器具 并有淋浴设备0 13 0 192 5 1 8 4 有给水卫生器具 但无淋浴设备 和集中热水供应 0 17 0 252 0 1 6 表 2 2 不同住宅类型的供水规模 用水标准 3 m 人日 户数 0 100 150 200 25 45039 4059 0078 7098 40 50043 8065 6087 50109 40 60052 5078 80105 00131 30 70061 3091 90122 50153 10 80070 00105 00140 00175 00 100087 50131 30175 00218 80 烟台大学毕业论文 设计 3 本系统的工艺要求还要遵循以下原则 1 蓄水池容量应大于每小时最大供水量 2 水泵扬程应大于实际供水高度 3 水泵流量总和应大于实际最大供水量 4 水泵的调速要平滑 水泵不能反转 5 系统的压强误差不能超过 0 1MP 2 2 系统控制要求 1 本系统通过压力传感器采集管网压力 送入 PLC 通过 PLC 的 PID 控制输出模拟量 给变频器 通过变频器让电动机变频运行从而实现管网的压力恒定 2 系统设有三台电动机 1 号 3 号按时间轮流变频运行 当 1 号或 3 号变频运行无 法保持管网压力恒定时 增加 2 号机工频运行 其中 1 号 3 号互为备用泵 同时 1 号 3 号也为 2 号备用泵 3 工频运行时电动机采用转子串频敏变阻器启动 和能耗制动的控制方式 4 系统设有生活和消防用水选择 同时具有手动和自动切换 5 有水位传感器 当水位过低时开启阀门向蓄水池蓄水 水位达到设定值时阀门自 动关闭 6 利用组态软件进行监控 实现系统的报警显示 及运行参数的修改等各种功能 2 3 本章小结 本章提出系统的控制对象 通过对不同住宅类型的用水标准及供水规模的分析提出 了相应的系统工艺和控制要求 烟台大学毕业论文 设计 4 3 变频恒压供水系统设计思路 3 1 拖动方式的选择 拖动方式有直流拖动和交流拖动 直流拖动具有优良的调速性能 但直流电动机结构上存在机械整流子 电刷维护困 难 造价高 寿命短 应用环境受到限制的缺点 交流拖动技术具有坚固耐用 经济可靠及动态响应好等优点 综上所述本系统采用交流拖动的方式 3 2 水泵的调节方式 水泵的调节方式可分为恒速调节与变速调节 8 详细划分如下 水泵的调节方式 调压调速 异步电机转子串电阻调速 异步电机的变极调速 异步电机的串极调速 变频调速 液力耦合器的变速调节 油膜转差离合器的变速调节 电磁转差离合器的变速调节 改变传动装置 改变原动机的转速 节流调节 混流式 轴流式泵的动叶调节 改变泵的运行台数调节 恒速调节 变速调节 水泵的调节方式对节能的影响至关重要 过去是通过改变阀门的开度来改变流量 这种控制方式不仅浪费了大量的能源而且控制方式也不是非常理想 相比较而言变频调 速却能够通过改变水泵机组的转速达到节能效果 符合要求 所以本系统采用变频调速 9 3 3 调速方法选择 传统的小区供水方式有 恒速泵加压供水 气压罐供水 水塔高位水箱供水 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 恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应 水泵的增减都依赖 人工进行手工操作 自动化程度低 而且为保证供水 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 爆损现象严重 电机硬起动易产生水锤效应 破坏性大 目前较少采用 10 2 气压罐供水具有体积小 技术简单 不受高度限制等特点 但此方式调节量小 烟台大学毕业论文 设计 5 水泵电机为硬起动且起动频繁 对电器设备要求较高 系统维护工作量大 而且为减少 水泵起动次数 停泵压力往往比较高 致使水泵在低效段工作 而出水压力无谓的增高 也使浪费加大 从而限制了其发展 11 3 水塔高位水箱供水具有控制方式简单 运行经济合理 短时间维修或停电可不停 水等优点 但存在基建投资大 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 12 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 13 5 单片机变频调速供水系统也能做到变频调速 自动化程度要优于上面 4 种供水方 式 但是系统开发周期比较长 对操作员的素质要求比较高 可靠性比较低 维修不方 便 且不适用于恶劣的工业环境 14 综合来看 以上四种控制方式都会造成不同水资源的浪费以及电能的浪费 并且其 效率比较低 可靠性差 维护麻烦 而基于 PLC 的变频恒压供水系统却能够将变频技术很好的与现代控制技术和电气技 术相结合 并且 PLC 的程序编写简单 易懂易学 采用该系统进行小区供水安全可靠 节水节电 这正是我们所期望的故采用基于 PLC 的变频恒压供水 15 3 4 变频恒压供水系统的组成及原理图 基于 PLC 的变频恒压供水系统主要由 PLC 变频器 压力传感器 液位传感器 水 泵机组等原件组成 该系统的控制流程图如图 3 1 变送器液位 PLC 变频器 M 水泵机组 压力传感器 报警信号 水位信号 压力信号 图 3 1 变频恒压供水系统控制流程图 用户 烟台大学毕业论文 设计 6 该系统由信号检测机构 控制机构和执行机构三大部分组成 各部分的具体功能 如下 1 信号检测机构 本系统的信号检测机构主要由压力传感器 液位传感器和报警 信号三部分组成 其中压力传感器主要用于采集管网压力 将管网压力转换为电信号 送入 PLC 液位传感器用于采集蓄水池的液位 当液位达到液位下限时 水阀打开 蓄 水池蓄水 当蓄水池液位达到设定值时水阀关闭 用该传感器是为了防止蓄水池水位 过低造成水泵空转从而对水泵造成损伤 信号检测机构还包括报警信号的采集 当有 报警时相应传感器会将报警信号送入 PLC 让 PLC 执行相应操作 从而使系统更加安全 稳定的运行 2 控制机构 本系统的控制机构主要由 PLC 和变频器组成 控制机构是整个系统 的核心机构 它的设计成功与否是该系统的关键 PLC 接收信号检测机构送来的信号 通过内部的相应运算将结果送入变频器或其他执行机构 变频器是水泵机组的控制单元 其接收 PLC 送来的信号 控制水泵机组进行变频运行 3 执行机构 执行机构主要由水泵机组构成 其中一台水泵为工频泵 另两台水 泵轮流变频运行并互为备用泵同时为工频泵的备用泵 该水泵机组通过变频器控制变频 运行向供水管网供水来保持管网的压力恒定 变频恒压供水系统的结构框图如图 3 2 PIDD A变 频器 接 触 器 水 泵 机 组 管道变频器 压力传感 器 A D PLC 给定值 图 3 2 变频恒压供水系统框图 基于 PLC 的恒压供水系统 通过安装在管网的压力传感器采集管网的压力并将其 转换为 4 20mA 的电流信号 通过 PLC 自带的 A D 模块将模拟量信号转换为数字量信 号与设定值进行比较 然后进行 PID 控制的输出值后经过 D A 转换模块转换为模拟量 控制变频器 变频器控制水泵进行变频运行向管网供水 从而实现管网的压力恒定 3 5 小区变频恒压供水系统控制流程 1 系统上电 PLC 自动进行初始化处理 利用组态界面的自动运行按钮启动系统 压力传感器采集供水管网的压力 输出 0 5V 的电流信号送人 PLC 的扩展模块 EM235 PLC 通过扩展模块采集到信号后与设定值进行比较 利用 PID 控制通过 EM235 烟台大学毕业论文 设计 7 模块输出 0 10V 的电压送入变频器 变频器控制电动机的转速 1 号泵和 3 号泵在变频 器的控制下每 5 小时互换一次 使两台电动机能够达到相同的磨损程度 2 当管网压力下降时 压力传感器采集的信号减小 系统偏差加大 PLC 输出值 变大 变频器输出的频率加大 电动机的转速增大 维持管网的压力恒定 同理 当 管网的压力增大时 进行相反的闭环控制方式 3 当变频器的频率以 49HZ 持续运行 5 分钟时 说明一台变频泵无法维持管网的 压力恒定 这时工频泵投入运行 变频泵继续运行 两台泵同时工作来维持管网的压 力恒定 当变频器以 5HZ 持续运行 5 分钟 说明一台变频器足以维持管网的压力恒定 这时切掉工频泵 一台变频泵维持管网压力恒定 4 当一台变频泵出现故障时 另一台变频泵持续变频运行 不需要按时间进行轮 换 当工频泵出现故障时 变频运行的变频泵继续变频运行 另一台变频泵按工频运 行 这就是所说的两台变频泵互为备用泵同时为工频泵的备用泵 5 本系统通过液位传感器采集液位信号当液位信号低于低限设定值时打开阀门向 蓄水池供水 当液位信号高于高限设定值时 阀门关闭停止蓄水 6 本系统通过组态软件对运行情况进行监控 可以通过组态查看运行情况 如 报警信息 故障情况 电动机的运行情况和管网的压力 液位等 和执行相应操作 如 自动运行 手动操作 和生活消防用水切换等 7 按下组态界面的相应泵的手动按钮 可以实现相应泵的手动控制 3 6 本章小结 本章通过对拖动方式 水泵的调节方式 调速方式等因素的对比选择出了系统的控 制方式 基于 PLC 的变频恒压供水 然后对系统的控制原理及结构进行了详细的说明 最后详细阐述了小区变频恒压供水系统的控制流程 烟台大学毕业论文 设计 8 4 系统硬件设计 4 1 系统主要设备的选型 通过对系统工艺要求 控制要求的分析和设计思路的要求 本系统主要由 PLC 变频 器 压力传感器 液位传感器 上位机 水泵机组等设备组成 4 1 1 PLC 选型 本系统的核心部件是 PLC 它要完成对整个系统的信号采集 数据处理等重要功能 所以 PLC 的选择十分重要 16 当我们选择 PLC 时要考虑 PLC 的指令执行速度 指令丰富程 度 内存空间 通讯接口及协议 带扩展模块的能力和编程软件的方便与否等多方面因 素 17 综合众多因素我选择的是德国 SIEMENS 公司的 S7 200 型 S7 200 型 PLC 的结构紧 凑 价格低廉 具有较高的性价比 广泛适用于一些小型控制系统 18 SIEMENS 公司的 PLC 具有可靠性高 可扩展性好 又有较丰富的通信指令 且通信协议简单等优点 PLC 可以上接工控计算机 对自动控制系统进行监测控制 19 PLC 和上位机的通信采用 PC PPI 电缆 支持点对点接口 PPI 协议 PC PPI 电缆可以方便实现 PLC 的通信接口 RS485 到 PC 机的通信接口 RS232 的转换 用户程序有三级口令保护 可以对程序实施安全保护 20 根据恒压供水系统所需的端子数和要求有一定的预留量 本系统选择 S7 200 型 PLC 的主模块为 CPU226 其开关量输出为 16 点 输入为 24 点 输出形式为 AC220V 继电器输 出 输入形式为 DC24V 输入 21 由于实际需要两路模拟量输入 一路模拟量输出 所以本 系统采用 EM235 扩展模块 该扩展模块共有 4 路模拟量输入和 1 路模拟量输出 22 输入端 口能够自动完成模拟量信号的 A D 转换 将模拟信号转换成 16 位的数字信号 同时输出 端口能够完成 D A 转换 将 16 位数字信号转换成 0 10V 的模拟量 EM235 模块可以针对 不同的标准输入信号 通过 DIP 开关进行设置 4 1 2 水泵的选型 根据工艺要求分析采用 SFL 系列水泵 3 台 上海熊猫机械有限公司 该水泵为额定 电压为交流 380V 额定电流为 105A 功率为 50KW h 扬程为 100m 的三相笼型异步电动机 其结构简单 坚固耐用价格便宜 维修方便 4 1 3 变频器的选择 选取西门子 MicroMaster430 风机水泵专业 变频器 具体的可以选择 MM430 110K 型号的变频器 他配接电机的容量是 60kw 额定电流为 130A 满足使用需求 可以选择 烟台大学毕业论文 设计 9 4 1 4 熔断器选择 为了避免误动作 熔断器的额定电流应选 NQN II 4 1 3 1 4 1 故选择断路器额定电流选择 210A 4 1 5 压力传感器的选择 CYYB 120 系列压力变送器为两线制 4 20mA 电流信号输出产品 它采用 CYYB 105 系 列压力传感器的压力敏感元件 23 经后续电路给电桥供电 并对输出信号进行放大 温度 补偿及非线性修正 V I 变换等处理 对供电电压要求宽松 具有 4 20mA 标准信号输出 24 一对导线同时用于电源供电及信号传输 输出信号与环路导线电阻无关 抗干扰性强 便于电缆铺设及远距离传输 与数字显示仪表 A D 转换器及计算机数据采集系统连接方 便 CYYB 120 系列压力变送器新增加了全密封结构带现场数字显示的隔爆型产品 可广 泛应用于航空航天 科学试验 石油化工 制冷设备 污水处理 工程机械等液压系统 产品及所有压力测控领域 25 主要特点 1 高稳定性 高精度 宽的工作温度范围 2 抗冲击 耐震动 体积小 防水 3 标准信号输出 良好的互换性 抗干扰性强 4 最具有竞争力的价格 4 1 6 水位传感器的选择 SL980 投入式液位变送器 广泛用于储水池 污水池 水井 水箱的水位测量 油 池 油罐的油位测量 江河湖海的深度测量 26 接受与液体深度成正比的液压信号 并将 其转换为开关量输出 送给计算机 记录仪 调节仪或变频调节系统以实现液位的全自 动控制 主要特点是 安装简单 精度高 可靠性高 性能稳定 能实现自身保护等 27 4 2 系统主电气原理图设计 系统主电气原理图如图 4 1 烟台大学毕业论文 设计 10 变频器 M1 M2 M3 FU QF1 QF2QF3 KM1 KM2KM3 KM4 KM5 图 4 1 系统主电气原理图 三相电源经熔断器与隔离开关后流经变频器 通过变频器的输出端 U V W 与接触 器相连后再与水泵相连 当 KM1 接通时 1 号水泵进行变频工作 当 KM2 接通后 2 号水泵 进行变频工作 KM3 接通时 1 号泵进行工频运行 KM4 接通后 2 号泵进行工频运行 KM5 接通 3 号泵进行工频运行 其中工频运行和变频运行不能同时执行 所以工频和变频运 行要由 PLC 进行互锁 系统通过熔断器进行过流保护 通过热继电器进行过热保护 为 了监控方便可以通过电流互感器将 4 20mA 的电流送至上位机进行监控 在初始运行时 要观察水泵的旋转方向 使其符合控制要求 当采用工频运行时 必须采用串电阻降压 启动或软启动的方式以降低电流 本系统采用转子串频敏变阻器启动 停止时采用能耗 制动 4 3 启动电路图 启动电路图如图 4 2 本系统采转子串频敏变阻器启动 启动时接触器 K 断开 水泵按照转子串频敏变阻 器启动 当启动完后 接触器 K 闭合 水泵正常运转 烟台大学毕业论文 设计 11 KM2 kk KM1 图 4 2 启动电路图 4 4 制动电路图 制动电路图如图 4 3 烟台大学毕业论文 设计 12 KM1 KM2 图 4 3 制动电路图 本系统采用能耗制动的方式 当电动机需要制动时 KM2 触电闭合接入直流电流产生 磁场 当线圈转动时切割磁力线而产生反作用力 使定子更快的停止转动 4 5 I O 输入输出分配表 I O 输入输出分配表如表 4 2 该系统共有 8 路数字量输入 2 路模拟量输入和 8 路 数字量输出 1 路模拟量输出 表 4 2 I O 输入输出分配表 名 称代 码地址编号 生活 消防 SA1I0 0 自动按钮 SB1I0 1 手动 1 按钮 SB2I0 2 手动 2 按钮 SB3I0 3 手动 3 按钮 SB4I0 4 故障 1 按钮 SB7I0 5 故障 2 按钮 SB8I0 6 故障 3 按钮 SB9I0 7 压力变送器输出模拟量 AIW0 输入 信号 液位传感器输出模拟量 AIW2 1 泵工频运行接触器及指示灯KM1 HL1 Q0 0 烟台大学毕业论文 设计 13 1 泵变频运行接触器及指示灯KM2 HL2 Q0 1 2 泵工频运行接触器及指示灯KM3 HL3 Q0 2 2 泵变频运行接触器及指示灯KM4 HL4 Q0 3 3 泵工频运行接触器及指示灯KM5 HL5 Q0 4 1 故障指示灯KM6 HL6 Q0 5 2 故障指示灯KM7 HL7 Q0 6 3 故障指示灯KM8 HL8 Q0 7 输出 信号 模拟量输出 AQW0 4 6 系统接线图 系统接线图如图 4 4 首先将 N1 和 L 端接入 220V 电源向 PLC 供电 然后将 1L L1 L2 L3 四端短接 再将各输入端与相应的输入按钮连接 将 M 1M 2M 三 个公共端短接 再将各输出端口与相应功能连接 分别将 CPU226 与 EM235 的 M 端与 L 端连接 使主机向扩展模块供应 24V 电源 压力传感器的输出信号由 AIW0 输入 液位 传感器的输出信号由 AIW2 输入 烟台大学毕业论文 设计 14 SB1 SB2 SB3 SB4 SB7 SB8 SB9 DC24 AC220 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6 KM7 KM8 P L C I0 0 I0 1 I0 2 I0 3 I0 4 I0 5 I0 6 I0 7 Q0 0 Q0 1 Q0 2 Q0 3 Q0 4 Q0 5 Q0 6 Q0 7 EM235 变频器 液位传感器 压力传感器 DC24 AIW2 AQW0AIW0 图 4 4 系统接线图 4 7 本章小结 本章主要讲述的是系统硬件的设计 通过对系统的分析选取合适的硬件设备 并对 系统的主电路图 启动电路图 制动电路图 控制电路图等进行了分析和解析 同时给 出了系统的输入输出分配表和系统接线图 SA1 烟台大学毕业论文 设计 15 5 系统软件设计 5 1 系统软件设计思想 设计流程图如图5 1 开始 初始化程序 生活消防切 换 计时 5 分滤 波 自动运行 压强上限 限 加工频泵 压强下限 限 计时 5 分滤 波 减工频泵 继续变频运 行 6 小时 变频泵轮换 继续运行 结束 N Y N N Y Y N Y 图5 1控制流程图 烟台大学毕业论文 设计 16 本系统通过PLC读取传感器送入的信号 经过PID控制 将输出信号送入变频器 然 后由变频器控制水泵的转速 从而实现管网的压力恒定 在这过程中首先要对输入信号 进行处理 防止外界的干扰 本系统采取了用PLC的滤波模块 主要方法为平均值滤波 进 行处理 其次要进行PID整定 本系统的PID整定的起始值是采用工程经验值 然后根据 控制特点不断调整P值和I值 当响应较慢时增加P值 相反减小P值 当系统误差较大时 增加I值 通过不断的调整P值和I值 能很快的响应系统的变化 并能够使系统稳定的运 行 拥有较小的误差 5 2 PLC 部分程序分析 1 1 泵和3 泵转换 用两个计时器来实现此功能如图5 2 图5 2 1 泵和3 泵转换 2 变频自动控制 在此部分中利用PID进行计算将输出值送给扩展模块的输出端 同时实现增减泵的控制如图5 3 烟台大学毕业论文 设计 17 图5 3 变频自动控制 5 3 组态软件总体设计 组态软件对系统的监控要全面 让更多的信息能够通过组态进行监控和控制 本系 统的组态包括系统的报警信息的显示 水泵机组运行的显示 压强 液位的显示 故障 信息的显示 并能够通过组态进行相应的操作如 生活用水和消防用水的切换 自动手 动的切换等功能 并且 考虑到系统的安全 系统应设置相应的密码保护功能 5 4 组态软件详细设计 1 要实现用组态软件对系统进行监控首先要实现通讯的连接 相应参数设置如图5 4 烟台大学毕业论文 设计 18 图5 4 通讯的连接 2 为了防止他人更改程序 程序的编写界面运用了密码如图5 5 图5 5 修改工程密码 3 为了防止他人控制系统 监控界面设置密码只有负责人可以控制系统如图5 6 烟台大学毕业论文 设计 19 图5 6 登录密码 4 组态实现监控的原理是在组态中建立变量 建立通道 然后将变量与通道连接并 与画面相连接 该组态的变量与通道及连接如图5 7 图5 8 图5 7 变量的建立 烟台大学毕业论文 设计 20 图5 8 通道的建立与连接 6 控制界面 该系统的控制界面如图5 9 在该界面中实现了故障报警 水泵机组的运行情况 液 位 压强显示 液位报警等监控功能 同时也能通过该界面对系统进行操作如 按下自 动按钮 系统会自动运行 按下消防按钮 系统会按消防方式运行等 烟台大学毕业论文 设计 21 图5 9 组态界面 5 5 本章小结 本章主要介绍了系统的软件部分 介绍了系统的设计思路 PID整定方法 系统流程 图等 并以截图的形式介绍了部分程序的功能 烟台大学毕业论文 设计 22 6 系统实验室仿真 6 1 实验室环境 该实验仿真所用设备型号为 DL HYGS01 变频恒压供水系统 实验设备如图 6 1 其 相关参数如下 1 输入电源为三相四线制 AC380 10 50HZ 10 2 环境温度为 3 45 3 装置容量 5KVA 4 压力变送器检测恒压水箱出口当前压力 可检测 0 200Kpa 压力 5 液位传感器检测水箱液位 可检测 0 10m 6 水位开关能增压水泵工作保护水位过低或水压过高时增压水泵应设置停止工作 7 终端水箱设置满水强行下排管路 最大限度对设备本身进行保护 8 手动手阀控制 实践结束完毕将全部水排干 9 PLC 为西门子 S7 200 扩展模块为西门子 EM235 变频器为西门子 MM420 10 电动机组为西门子 M13 额定电压 220V 额定功率 30KW 额定电流 1 6A 额定转 速 1450rpm 烟台大学毕业论文 设计 23 图6 1 实验设备 6 2 实验要求 1 1 号 3 号按时间轮流变频运行 当 1 号或 3 号变频运行无法保持管网压力恒定时 增加 2 号机工频运行 其中 1 号 3 号互为备用泵 同时 1 号 3 号也为 2 号备用泵 2 工频运行时电动机采用串电阻降压启动 和能耗制动的控制方式 3 系统设有生活和消防用水选择 同时具有手动和自动切换 4 有水位传感器 当水位过低时开启阀门向蓄水池蓄水 水位达到设定值时阀门自 动关闭 5 利用组态软件进行监控 实现系统的报警显示 及运行参数的修改等各种功能 6 3 系统调试与实现 通过改变出水阀的数目来模拟用户用水量的多少 通过压力传感器采集改变的压力 信号送入PLC PLC经过PID控制将运算输出给变频器和接触器控制水泵的增减泵和变频运 行来维持管网的压力 当通过改变出水阀的数目让管网压力改变后 系统会通过控制重 新回到设定值维持管网压力恒定 本模拟实验能够很好的通过组态进行监控和控制 并 能进行较好的报警显示和故障操作 6 4 本章小结 本章主要介绍了实验室仿真的环境 实验设备的控制要求和系统的调试与仿真 烟台大学毕业论文 设计 24 7 结论与展望 本系统利用小区恒压供水的特点 设计了一套基于PLC的恒压供水系统 其中自动控 制时利用变频器进行软启动 当工频和手动运行时利用转子串频敏电阻启动 制动时采 用能耗制动 并能够完美实现管网压力的恒定 系统的监控 报警数据的显示与处理及 相应的故障处理 能够达到工艺所要求的误差为0 1MP和其他所要求的功能 本系统具有 结构简单 维修方便 节能效果显著 全自动控制等优点 随着各方面技术的发展以及网络技术被广泛的应用 与此同时能量却日益紧缺 在 这种情况下 变频恒压供水系统的使用肯定会越来越普及 当然对恒压供水控制技术将 提出更高的要求 28 如对系统采用基于 GPRS 的无线方式进行数据的传输 通过网络对系 统进行远程诊断和维护等 29 所以变频恒压供水技术在逐渐走向成熟的过程中 仍然有必 要对其进行更深入的研究 烟台大学毕业论文 设计 25 致谢 时光如梭 四年的大学生活很快就要结束了 我也将踏上我人生的另一个征程 本 文可以看做是我大学四年学习的一点总结 所以 我要真心的感谢那些曾经授予我知识 的老师们 感谢那些曾经帮助过我的同学们 谢谢你们让我的大学生活如此的丰富多彩 在这次毕业设计中我遇到了很多困难 我之所以能够顺利完成自己的毕业设计离不开 张雅静张老师的悉心指导 她在学习上对我严格要求 在生活中对我的关怀无微不至 她总是尽其所能为我们提供最大限度的帮助 她利用她渊博的知识引导我一次又一次完 善自己的毕业设计 她对工作的精益求精 对我的认真负责让我十分的佩服 我还要感 谢杨老师 是他给我讲解了实验设备 并向我传授了一些控制方面的经验 让我对自己 的毕业设计有了深入的了解 为以后自己的设计奠定了基础 同时他