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1、攀枝花学院本科毕业设计（论文） 摘要摘 要高层楼宇恒压供水控制系统具有运行稳定可靠，占地面积小，节电节水，自动化程度高，操作控制方便等特点，这对于楼宇节能降耗、提高经济效益和保障设备安全、稳定运行具有现实意义。本论文通过分析恒压供水控制系统的原理，系统的组成结构及不同的控制方案，设计出更切合实际需要的恒压供水控制系统。通过研究和比较，本论文采用变频器和PLC实现恒压供水，对系统的硬件设计进行了详细的介绍，然后用数字PID对系统中的恒压控制进行设计。恒压供水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，完成供水压力的恒定控制，使管网流量变化达到稳定供水压力的目
2、的。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PLC运算处理后，发出控制指令，控制电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。 该系统能够对供水过程进行自动控制，能够有效地降低能耗，保证了供水系统维持在最佳运行状况，提高了生产管理水平。系统可靠性高、经济性强。关键词 变频调速，恒压供水，PLC攀枝花学院本科毕业设计（论文） ABSTRACTABSTRACTFrequency control water supply system has a stable and reliable operation, small footprint, power saving,
3、 high degree of automation, convenient control features, which improve the economic and security equipment for building energy saving, safe and stable operation withpractical significance.The paper through the analysis of the principle of frequency control water supply control system, the system str
4、ucture and different control schemes to design more in line with the actual needs of the constant pressure water supply control system. Through research and comparison, the paper inverter and PLC constant pressure water supply, carried out a detailed introduction to the hardware design of the system
5、, and then use the digital PID constant voltage control system design. The basic control strategy of constant pressure water supply control system: the use of a motor speed control device with programmable controller (PLC) control systems, constant water pressure control, the purpose of a stable wat
6、er supply pressure changes in the pipe network traffic. Explorer pressure of the water supply pressure and feedback system set actual value comparison, the difference between the input PLC operation processing, issue control instructions to control the speed of the motor, so as to achieve the water
7、mains pressure stabilized at the set pressure value.The system is capable of automatic control of the water supply process, which can effectively reduce power consumption, to ensure the water supply system is maintained at the optimum operating conditions to improve the production management level.
8、System reliability is high, the economy is strong.Key word Speed-frequency variable，Constant pressure water supply，PLCI攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目录目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1前景11.2 国内外研究概况11.3 恒压供水工艺图22 高层楼宇恒压供水系统整体设计32.1 变频恒压供水系统的组成及原理图32.2 变频恒压供水系统控制流程52.3 水泵切换条件分析53 系统的硬件设计73.1 系统主要设备的选型7 3.1.1 PLC及其扩展模块的选型7
9、3.2 系统主电路分析及其设计83.3 系统控制电路分析及其设计103.4 PLC的I/O端口分配及外围接线图124 系统的软件设计154.1 系统软件设计分析154.2 PLC程序设计16 4.2.1控制系统主程序设计16 4.2.2 控制系统子程序设计194.3 PID控制器参数整定22 4.3.1 PID控制及其控制算法22 4.3.2 PID的参数整定24结 论27致 谢29II攀枝花学院本科毕业设计（论文） 绪论1 绪论1.1前景随着社会经济的迅速发展，水对人民生活与工业生产的影响日益加强，人民对供水的质量和供水系统可靠性的要求也不断提高。目前最先进的自动化技术，控制技术，通信技术和
10、网络技术综合应用到供水领域，将成为供水系统的新发展方向。基于PLC的恒压供水控制系统更是的到了广泛的应用。1.2 国内外研究概况高层楼宇恒压供水控制系统的发展得益于变频调速技术的发展。随着科学技术的不断发展，恒压供水控制系统中的变频器作为执行机构，在供水量大小需求不同时，为了保证管网压力恒定，在管网终端配备压力控制器和压力传感器，从而实现对压力的闭环控制。在初期，由于国外生产的变频器的功能主要局限在频率控制、正反转控制、升降速控制、起制动控制、变压变频比控制及其它保护功能。从早期的相关资料显示情况来看，国外的恒压供水系统在设计之初都只采用了一台变频器带一台水泵机组的方式，因此投资成本较高，不利
11、于系统的大规模使用和发展。直至1968年，丹佛斯公司（丹麦）发明并首家生产了面向多台设备的变频器之后，变频技术的历史性革新发展及变频恒压供水控制系统体现出来的稳定性、可靠性、自动化程度高等优点以及显著的节能效果才被大家发现和认可。之后国外生产变频器的厂家开始推出能够同时服务于多台工作机组的变频器。像ABB集团（瑞士）推出了HVAC恒压供水基板，有“变频泵固定方式”，“变频泵循环方式”双模式。但这也体现出了这类产品的先天不足，这类设备虽说微化了电路结构，降低了设备投入，但其输出接口仍缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性能依然不高，与别的设备之间难以形成有效的数据通信，而且限制了带负载的容量。因此，
12、在实际使用时其范围依然受到诸多的限制。目前国内有不少公司在做变频恒压供水控制系统的工程，但主要设备如变频器，仍大多采用国外品牌。从系统的动态性、稳定性、抗干扰性以及开放性等多方面的综合技术指标来看，系统依然存在很多缺陷，还远远没能达到用户的要求。因此，有待于厂家进一步研究改善变频恒压供水控制系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践当中，给用户提供更方便，更简单的服务。即使目前变频调速还存在诸多短处，变频调速依然是目前优于以往任何一种调速方式(如调压调速、串级调速、变极调速等)的控制系统，变频调速已成为当今世界上一项性能最好、效益最高、应用最广、最有发展前途的电机调速技术。以变频器为核心结
13、合PLC组成的控制系统也具有诸多特点，如：高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本低能耗等。1.3 恒压供水工艺图图1.1 恒压供水工艺图28攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 高层楼宇恒压供水控制系统整体设计2 高层楼宇恒压供水系统整体设计2.1 变频恒压供水系统的组成及原理图变频恒压供水系统主要由变频器、PLC、压力变送器和终端水泵机组组成，形成一个完整的闭环调节系统，系统的控制流程图如图2.1所示：图2.1恒压供水控制系统控制流程图从图中可看出，系统可分为：执行机构、控制机构、信号检测机构三大部分，具体为：(l) 执行机构：执行机构是由一组水泵组成，包括一台变频泵和两
14、台工频泵，变频泵通过变频器发出控制信号对电机转速进行调整，使水量稳定在可控范围内；工频泵只有启停功能，当用户用水量很大时（变频泵已经达到额定功率，但仍无法满足用户需求），工频泵开始投入工作。(2) 信号检测机构：在系统运行时，需要检测相关信号来及时调整执行机构的工作状态，此时就需要检测管网水压信号、水池水位信号和报警信号。管网水压信号检测的是用户管网的水压值，他是整个系统的主要反馈信号。由于终端检测得到的是模拟信号，需要经过A/D转换。为了提高系统的可靠性，还需对供水的上下限压力进行检测，电接点压力表就能很好的完成这一任务，检测结果通过数字量传给PLC进行检测；水池水位信号是检测水源的充足性。
15、当信号有效时，控制系统会自动检测并对系统实施保护控制，以防止水泵空抽而损坏电机和水泵。液位传感器通常安装于水池中；报警信号是当工作组机构运行有错误时输出信号，系统进行相应的开关控制以此保护整个系统。(3) 控制机构：控制系统包括PLC、变频器和电控设备，一般整体安装于控制柜中。PLC是变频恒压供水控制系统的最核心部件。PLC直接处理系统中传来的各方数据，如压力信号、液位信号、报警信号等，对收集的数据和设定数据进行比较，再做出相应的控制操作；变频器是PLC的执行单元，PLC送来的控制信号作用于变频器，变频器通过改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。根据实时用水情况的不同，变频器可以有两种工作方式：变频固定式和变频循环式。变频固定式是
