大学本科毕业设计基于PLC的变频调速恒压供水系统自动化等专业

1、摘要根据我国城市社区供水的需求，设计了一套基于PLC的变频调速恒压供水系统，并利用组态软件开发了良好的运行管理界面。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、工业控制计算机等组成。该系统包括三个水泵电机，形成变频循环运行模式。变频器用于实现三相水泵电机的软启动和变频调速，运行切换采用“先启动，后停止”的原则。压力传感器检测当前的水压信号，与设定值比较后送至可编程控制器进行PID计算，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。通过工业控制计算机与可编程控制器的连接，利用组态软件完成系统监控，实现运行状态的动态显示以及

2、数据和报警的查询。关键词：变频调速、恒压供水、可编程控制器、组态软件摘要摘要：根据我国城市供水的需求，设计了一套基于PLC的恒压变频控制供水系统，并利用监控和数据采集开发了良好的运行管理界面。该系统由PLC、变频器、泵机组、压力传感器和控制机等组成。该系统由三台水泵发电机组成，形成变频循环运行模式。用通用变频器实现对三相泵发电机的带频率控制的软启动，操作开关采用“先启动先停止”的原则。液压压力传感器的检测信号，通过与设定值的可编程控制器进行PID比较运算，从而控制变频器的频率和输出电压，进而改变水泵发电机的转速来改变供水量，最终在设定值附近保持管网压力稳定。通过工控机与PLC的连接，用组态王软

3、件完善系统监控，实现了运行状态的显示和数据显示，报警查询。关键词：变频调速、恒压供水、可编程控制器、监控和数据采集。目录导言11.1专题1的提议1.2国内外变频恒压供水系统的研究现状31.3可编程逻辑控制器概述51.4本课题的主要研究内容72系统的理论分析和控制方案的确定2.1变频恒压供水系统的理论分析82.2变频恒压供水系统控制方案的确定113系统的硬件设计193.1系统主要设备的选择193.2系统主电路分析与设计233.3系统控制电路分析和设计253.4可编程逻辑控制器输入/输出端口分配和外围设备接线图274系统的软件设计314.1系统软件设计和分析314.2可编程逻辑控制器编程334.3

4、 PID控制器参数整定405监控系统的设计465.1配置软件介绍465.2监控系统的设计466结束语51参考文献53致谢55附录56附录a英国文学56附录b中文译文65附录c主程序梯形图71介绍1.1项目建议书水和电是人类生活和生产中不可缺少的重要物质。在节水节能成为时代特征的现实条件下，我国水、电资源短缺，城市供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等技术长期相对落后，自动化程度低。然而，随着我国社会经济的发展，人民生活水平不断提高，随着住房制度改革的深入，城市中各种住宅小区的建设发展非常迅速，同时对住宅小区的基础设施建设提出了更高的要求。社区供水系统的建设是其中之一传统的住宅供水方式包括：恒速

5、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动离合器调速供水方式、单片机变频调速供水系统等方式，其优缺点如下1:(1)恒速泵压供水不能及时响应供水管网的压力。水泵的增减取决于手动操作。自动化程度低。为了保证供水，机组经常满负荷运行，不仅效率低、耗电量大，而且当用水量小时，电网长期处于超压运行状态，造成严重的爆炸破坏。电机的硬起动容易产生水锤效应，具有破坏性，目前很少使用。(2)气压罐供水具有体积小、工艺简单、不受高度限制的特点。但是，这种方法调节量小，泵电机启动困难，启动频繁，对电气设备要求高，系统维护工作量大。此外，为了减少泵的启动次数，泵的停止压力通常相对较高，导致泵在低效

6、段工作，出口压力的不必要增加也增加了浪费，从而限制了其发展。(3)水塔高位水箱具有控制方式简单、运行经济合理、无需停水即可进行短期维护或停电等优点。但是，它存在投资大、占地面积大、维护不方便、泵电机启动困难、启动电流大等缺点。频繁启动容易损坏联轴器，目前主要用于高层建筑。(4)液力偶合器和蓄电池滑动离合器调速的供水方式容易漏油，加热需要冷却，效率低，改造麻烦。它只能一对一驱动，需要定期维护。其优点是成本低，结构简单明了，维修方便。(5)单片机变频调速供水系统也可以实现变频调速，自动化程度优于上述四种供水方式。然而，系统开发周期相对较长，要求操作人员素质较高，可靠性较低，维护不便，不适合恶劣的工

7、业环境。综上所述，传统的供水方式普遍不同程度地浪费水和电资源。低效率；可靠性差；自动化程度低等缺点严重影响了居民和工业系统的用水量。目前，供水方式正朝着高效、节能、自动可靠的方向发展。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，广泛应用于风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备中。特别是在城乡工业用水的各级增压系统和生活用水的恒压供水系统中，变频调速泵的节能效果尤为突出，其优点有：一是节能显著；第二，它可以减少电流对电网的影响和供水压力在启动和关闭时对管网系统的影响。第三是减少水泵和电机的机械冲击损失2。基于PLC和变频技术的恒压供水系统集变频技术、电气技术和现代控制技术于一体。

8、使用该系统供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，并且该系统具有良好的节能性，这在能源日益稀缺的今天尤为重要。因此，该系统的研究和设计对于提高企业效率、人民生活水平、降低能耗等具有重要的现实意义。1.2国内外变频恒压供水系统的研究现状1.2.1国内外变频调速技术的发展及现状变频器的快速发展得益于电力电子技术、计算机技术、自动控制技术和电机控制理论的发展。1964年，德国第一个提出将通信技术中的脉宽调制技术应用于交流传动。20世纪80年代初，日本学者提出了一种基于磁通轨迹的磁通轨迹控制方法。自20世纪80年代后半期以来，美国、日本、德国和英国等发达国家基于VVVF的通用变频器已经商业化并广泛使用。

9、在我国，60%的发电量是由电动机消耗的。因此，如何利用电机调速技术来改变电机的运行方式以节约电能一直受到国家和行业的关注。目前，我国约有200家公司、工厂和科研机构从事变频调速技术的工作。然而，与国际市场上的同类产品相比，自主开发和生产的变频调速产品仍存在较大的技术差距。随着改革开放和经济的快速发展，我国要么直接从发达国家进口现成的变频调速设备，要么采取内外结合的方式，即采用国外进口的先进变频调速设备或合资企业自行设计制造成套设备，然后开发自己的应用软件，为国内重大工程项目的电气传动控制系统提供了很好的解决方案，满足了社会的需求。总之，虽然国内变频调速技术取得了良好的效果，但总体来看，国内开发

10、和生产相关设备的能力还比较薄弱，对国外公司的依赖还很严重。1.2.2国内外变频恒压供水系统的研究及现状变频恒压供水是在变频调速技术发展后逐步发展起来的。早期，国外生产的变频器的功能主要限于频率控制、升降速控制、正反转控制、起动控制、制动控制、电压频率比控制和各种保护功能。当应用于变频恒压供水系统时，变频器仅用作执行机构。为了满足不同的供水要求，保证管网压力恒定，变频器外应设置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在稳定性、可靠性、自动化程度高、节能效果显著等方面的优势被大家所发现和认可，许多国外变频器制造商已经开始重视和引进具有恒压供水功能的变频器，例

11、如日本的Samco公司就引进了恒压供水基板。配有“变频泵固定模式”和“变频泵循环模式”两种模式。在变频器的控制基板上集成了PID调节器、PLC可编程控制器等硬件，通过设置命令代码实现PLC、PID等电气控制系统的功能。只要配有配套的恒压供水装置，就能直接控制多个内置电磁接触器的运行，并能形成一个最多有7台电机(泵)的供水系统。虽然这种设备使电路结构小型化，降低了设备成本，但其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，难以实现与其他监控系统(如BA系统)和组态软件的数据通信，负载能力有限，因此在实际使用中其范围将受到限制3。目前，国内许多公司都在从事变频恒压供水项目。它们大多采用

12、国外变频器来控制水泵转速、水管网压力的闭环调节以及多台水泵的循环控制。其中一些使用可编程逻辑控制器和相应的软件来实现它们。其中一些是由单片机和相应的软件实现的。然而，从系统的动态性能、稳定性、抗干扰性能、开放性等综合技术指标来看，仍远远不能满足所有用户的要求。原深圳华为电气公司和成都希望集团也推出了恒压供水专用变频器(5.5千瓦 22千瓦)，可完成多达4台水泵的循环切换、定时启停和定时循环，无需外部可编程控制器和PID调节器。变频器集压力闭环调节和循环逻辑控制于一体，但其输出接口受负载限制，操作不便，不具备数据通信功能，因此仅适用于容量小、控制要求低的供水场所。可见，在国内外变频调速恒压供水控

13、制系统的研究和设计中，将现代控制技术、网络技术和通信技术相结合，同时考虑系统的电磁兼容性，能够适应不同用水场合的变频恒压供水系统的水压闭环控制研究还不够。因此，需要进一步研究提高变频恒压供水系统的性能，以便更好地应用于生活和生产实践4。1.3 PLC概述1.3.1可编程控制器的定义可编程控制器(PLC)是一种基于计算机技术的新型工业控制设备。在1987年国际电气委员会发布的可编程逻辑控制器标准草案中，可编程逻辑控制器的定义如下：“可编程逻辑控制器是专门为工业环境中的数字操作而设计的电子设备。它使用可编程存储器来存储指令，以执行逻辑操作、顺序操作世界上第一台可编程逻辑控制器是由美国数字设备公司于

14、1969年开发的。受当时元件条件和计算机发展水平的限制，早期的可编程逻辑控制器主要由分立元件和中小型集成电路组成，能够完成简单的逻辑控制、计时和计数功能。微处理器出现于20世纪70年代初。人们很快将其引入可编程控制器，使可编程控制器增加了计算、数据传输和处理等功能，完成了具有真正计算机特征的工业控制装置。为了便于熟悉继电器和接触器系统的工程师和技术人员使用，可编程逻辑控制器使用类似继电器电路图的梯形图作为主要编程语言5，并将参与操作和处理的所有计算机存储组件命名为继电器。此时，可编程控制器是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中后期，可编程控制器进入实用化发展阶段。计算机技术已经完全引入可编程控制器，使它们的功能实现了飞跃。更高的运行速度、超小的体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟运算、PID功能和极高的性价比在现代工业