无塔供水设计说明书

1、天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学电气控制与PLC应用课程设计说明书课程设计题目： 无 塔 供 水指导老师： 刘 朝 华姓 名： 马伟、盛若竹、李琳陈洁、谢恒昙班 级： 机电1314 机械工程学院2016 07 15目录1课题设计任务及要求41.1设计主要内容及要求41.2设计的主要工作42 PLC控制系统原理结构分析42.1 结构框图42.2 无塔供水控制系统的操作面板52.3 PLC控制系统的选择53 无塔供水系统的设计63.1 系统的设计方案63.2 系统的工作原理73.3无塔供水系统的I/O分配73.3.1系统I/0接线图73.4 无塔供水系统的梯形图83.5 梯形图所对应的语句

2、表114 系统调试134.1程序设计134.2接线并检查电器线路144.3运行调试145总结与收获146参考资料15天津职业技术师范大学课 程 设 计 任 务 书 机械工程 学院 机电1314 班 学生 马伟 课程设计课题： 无塔供水系统一、课程设计工作日自 2016 年 7 月 4 日至 2016 年 7 月 15 日二、同组学生： 李琳、盛若竹、谢恒昙、陈洁 三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时间、主要参考资料等）： 1.控制要求 (1)初始状态变频器与变送器的数码显示为00，变频器控制的主电机与辅助电机M1、M2均为OFF。 (2)启动操作按下启动按钮，

3、系统自动运行，根据程序设定的PID参数进行调节。最终达到用户供水压力保持在17MPa。即变送器输出显示17 启动时小泵先启动，大泵后启动，停止时大泵先停止，小泵后停止。 2.设计完成要求 （1）完成I/O分配图，及PLC外围电路图的设计及连接。 （2）完成设计说明书 （3）完成PLC程序，并调试通过。 3.参考资料： （1）黄永红，电气控制与PLC应用技术，机械工业出版社，2015年7月。 （2）TVT90HC机电一体化试验台说明书，天津源峰科技有限公司。指导教师签字： 教研室主任签字： 1课题设计任务及要求1.1设计主要内容及要求某小区内生活采用无塔供水系统，要求用变频调速变频器控制，主要设

4、备由一台主电机与两台辅助电机，电气控制部分用PLC作为主控制器。其中，初始时变频器与变送器的数码显示为00，变频器控制的主电机与辅助电机M1、M2均为OFF。当按下启动按钮，系统自动运行，根据程序设定的PID参数进行调节。最终达到用户供水压力保持在17MPa。即变送器输出显示17。启动时小泵先启动，大泵后启动，停止时大泵先停止，小泵后停止。1.2设计的主要工作主要介绍变频器在无塔供水系统中的工作原理，以及PID参数的调节。详细叙述无塔供水系统的组成以及各个器件的作用，仔细分析设计方案。根据设计的要求以及控制方式完成外部接线以及I/O表及地址分配表、设计梯形图并调试，最后完成设计说明书。2 PL

5、C控制系统原理结构分析2.1 结构框图原理图是用来表明设备电气的工作原理及各电气元件的作用，相互之间的关系的一种表示方式。运用电气原理图的方法和技巧，对于分析电气线路，排除机床电路故障是十分有益的。电气原理图一般由主电路、控制电路、保护、配电电路等几部分组成。2.2 无塔供水控制系统的操作面板2.3 PLC控制系统的选择选择PLC的容量。首先要对控制任务进行详细分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O以及这些I/O点性质。I/O点的性质主要指它们的信号类型，电压，输出的类型。确定控制系统输出点的类型，交流220V的接触器、电磁阀，指示灯只留24V，选用的PLC的输出点数大于

6、实际点数。因为PLC的输出点一般是几个一组公用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。所以一旦它们被交流220V点的负载使用，则直流24V的负载只能使用其他组的输出端了。这样有可能造成输出点数的浪费，增加成本。所以要选择相同等级和种类的负载，比如使用交流220V的指示灯等。继电器输出的PLC使用最多，但对于要求高速输出的情况，比如运动控制的高速脉冲输出，就要使用五触电的晶体管输出的PLC了。在编程语言上，用梯形图编程还是用语句表编程或使用功能图编程，这主要取决于以下几点：（1）PLC使用梯形图编程不方便则可用语句表编程；单梯形图总比语句表直观。（2）经验丰富的人员可用语句表直接编程，

7、就像使用汇编语言一样。（3）如果是清晰的单顺序、选择顺序或并发顺序的控制任务，则最好是用功能图来设计程序。3 无塔供水系统的设计3.1 系统的设计方案我们采用高性能、模块化结构、带模拟量通道功能的西门子S7-200可编程控制器，配合变频器，完成无塔供水自动控制。恒压供水泵站一般需要设多台水泵及电机，这比设单台水泵电机节能而可靠。配单台电机及水泵时，它们的功率必须足够大，在用水量少时来开一台大电机肯定是浪费的，电机选小了用水量大时供水量则相应的会不足。而恒压供水的主要目标是保持管网水压恒定，水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化的，那么这就是要用变频器为水泵电机供电。在此这里有两种配置方案，一种

8、是为每一台水泵电机配一台相应的变频器，从解决问题方案这个比较简单和方便，电机与变频器间不须切换，但是从经费的角度来看的话这样比较昂贵。另一种方案则是数台电机配一台变频器，变频器与电机间可以切换的，供水运行时，一台水泵变频运行，一台水泵工频运行，以满足不同的水量要求。压力传感器用于检测管网中的水压，常装在泵站的出水口。当用水量大时，水压降低；当用水量小时，水压升高。压力传感器将水压的变化转变为电信号的变化传送给调节器。压力变送器的输出信号一般是模拟量信号，4-20mA变化的电流信号或0-10V间变化的电压信号。3.2 系统的工作原理系统中的压力传感器将水压的变化转换为电信号通过电压调节器送给变频

9、器，变频器则根据传感器的采样值与变频器的设定值进行比较，通过内置的PID功能进行数据处理，将数据处理的结果以频率的形式输出（0-50HZ之间变化）。压力传感器常装设在泵站的出口。现代的变频器一般都具有PID调节功能。3.3无塔供水系统的I/O分配输入端口输出端口变送器输出电流（正极）AI0(蓝)大泵M1Q0.0变送器输出电流（负极）AI0(黑)小泵M2Q0.1变频器输入电流（正极）AQ0(绿)变频器输入电流（负极） AQ0（黑）3.3.1系统I/0接线图3.4 无塔供水系统的梯形图3.5 梯形图所对应的语句表主程序网络1LD I0.0 /当I0.0置1时，调用子程序CALL SBR-0 /子程

10、序启用，并初始化网络2LD M0.1AW<= ALW16 , 21000S Q0.1 , 1 /Q0.1接通，小泵启动，同时启动T37定时器TON T37 , 30A T37S Q0.0 , 1 /3s后Q0.0接通，大泵启动网络3LD SM0.0AW>= ALW16 ，23000R Q0.0 , 1 /Q0.0复位，大泵停止，同时启动T38定时器TON T38 , 30A T38R Q0.1 , 1 /3s后Q0.0复位，小泵启动网络4LD I0.0O M1.0= M1.0子程序网络1LD SM0.0 /SM0.0总是1MOVR 0.87 , VD104 /将设定值0.87载入V

11、D104MOVR 10.0 , VD112MOVR 0.1 , VD116 /VD116装入采样时间0.1sMOVR 3.0 , VD120 /VD120装入积分时间3minMOVR 0.0 , VD124 /关闭微分作用MOVB 20 , SMB34 /设置定时中断0的时间间隔为20msATCH INT-0 , 10 /设置定时中断，以定时执行PID指令ENI /允许中断中断程序网络1LD SM0.0 /SM0.0总是1ITD ALW16 , AC0 /把模拟输入寄存器的值（单极性）转换成双整数存入AC0DTR AC0 , AC0 /双整数转换成实数/R 27648.0 , AC0 /标准化

12、AC0中的值MOVR AC0 , VD100 /将AC0中的值存入回路表VD100网络2LD SM0.0PID VB100 , 0 /执行PID回路指令网络3LD SM0.0MOVR VD108 , AC0 /将输出值刻度化*R 27648.0 , AC0ROUND AC0 , AC0 /将实数转换成双整数DIT AC0 , AC0 /将双整数转换成整数MOVW AC0 , AQW16 /将整数值写入到模拟量输出寄存器4 系统调试变频调速恒压供水系统具有节能、安全、高品质的供水质量等有点。采用PLC作为控制器，硬件结构简单，成本低，系统实现水泵电机无极调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参

13、数，在用数量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求。通过采用变频调速恒压控制，可在不同季节、全天不同时段内有效及时的调控水量，减少电耗。在设定压力内跟随用水量供水，避免了传统供水方式的损耗，降低吨水消耗。由于变量泵工作在变频工作状态，在其运行过程中其转速是由外供水量决定的，故系统在运行过程中可节约可观的电能，其经济效益是十分明显的。正因为此，其产生的社会效益也是非常巨大。在实际应用中，采用PLC控制恒压供水，还容易的随时修改控制程序，以改变各元件的工作时间和工作状况，满足不同情况要求。与继电器或硬件逻辑电路控制系统相比，PLC控制系统具有更大的灵活性和通用性。本系统的设计也有些许的不足之处，电机

14、在进行工频、变频转换运行时会对电网造成波动，所以需根据具体设计的小区需水要求来选取合适的电机与水泵。可以预期，在不久的将来，变频调速技术将有一个广阔的发展前景。4.1程序设计1、设计主程序，实现顺序开启、停止M1、M2的功能2、PID设计调试，参考电器控制与PLC应用技术P180的程序完成PID设计，参数：给定值APn=0.87，增益Kc=10，采样时间Ts=0.1s，积分时间Ti=3min，中断时间为20ms3、设计完成后将程序经行编译检查是否有错4.2接线并检查电器线路根据I/O分配表及接线图接好硬件连线并检查4.3运行调试1、将程序下载到PLC中，并开始运行程序2、系统启动，主电机与小泵

15、M2同时启动，3s后大泵M1启动，供水系统持续增压，变送器数值显示不断增大。当变送器显示16时，大泵M1停止，3s后小泵M2停止，主电机继续运行将系统压力增至17MP并保持不变，即变送器数值显示17不变。5总结与收获整个课程设计的过程，主要分为三个部分：程序设计；接线设计完成试运行；参数调整完成所有要求。在过程中主要的难点在于PID的程序设计及最终的参数调整，主程序按照任务书的控制要求结合平时的PLC知识可直接设计完成，PID的程序由于第一次接触，花费了三天时间去搜集资料，熟悉程序编辑，了解程序的结构及各部分意义，最终完成PID程序的设计。在系统调试试运行的过程中也碰到了许多的难题，例如大小泵

16、按照要求运行但主电机不运行，大小泵不能按照控制要求顺序停止，变频器不显示数值等问题，在解决问题的过程中采用了排除法来进行检查，首先利用仪器检查各个插口是否有输入输出，排除硬件问题，然后找软件的问题，是否是程序有问题，利用软件自带的监控功能查找出错地方，最终确定所有问题主要引起的原因是在编辑程序时没有选对模拟量的转换对象及未对PLC 的组态进行正确的设置，在对错误的地方经行纠正后系统按照要求开始运行，最后在调整好PID的参数后完成了整个课程设计，系统完全按照设计要求自动运行。通过本次的课程设计，我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法有了更深刻的理解，也初步了解了PID的使用方法。在理论运用中，提高了我们的工程素质在没做课程设计之前，对一些细节不太重视，当我们把自己想出来的过程运行到PLC上的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果与课程设计的要求不相符合。通过解决一个个在调试过程中出现的问题，我们对PLC理解与认识得到加强，看到理论与实践的差距，意识到有理论的知