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1、目 录一、 绪论1.1研究背景11.2课题主要研究内容21.3恒压供水系统的国内外研究现状31.3.1变频调速技术的国内外发展与现状31.3.2变频恒压供水系统的国内外研究与现状3二、 系统理论分析及控制方案确定42.1恒压供水系统的理论分析42.1.1电动机的调速原理42.1.2变频恒压供水系统的节能原理52.2恒压供水系统控制方案的确定62.2.1控制方案的比较和确定72.2.2变频恒压供水系统的组成及原理图82.2.3变频恒压供水系统控制流程92.3基于PLC与变频器的恒压供水系统设计92.3.1多台水泵的切换102.3.2主电路说明102.4程序处理11三、系统的硬件设计123.1系统
2、主要设备的选型123.1.1PLC及其扩展模块的选型123.1.2变频器的选择133.1.3水泵机的选型133.1.4压力变送器的选择133.1.5液位变送器选型143.2系统主电路分析及其设计143.3系统控制电路分析及其设计14四、系统的软件设计154.1系统软件设计分析154.2 PLC程序设计174.2.1控制系统主程序设计174.3注意事项19五、结论19谢辞21参考文献22PLC恒压供水系统的应用摘要：针对传统供水系统压力不稳定、能源浪费严重、自动化程度低等缺点,基于PLC和变频器的恒压供水系统的设计。这个系统使用了频率转换器，PLC和PID调节器构造的闭环自动调节恒压供水系统。供
3、水系统的控制目标为总管道的出水压力,将给定压力值和反馈的出水压力值相比较,把偏差值送到 CPU中进行处理,从而发出控制指令来调整水泵电动机投入运行的台数和调节水泵电动机的转速,以保持总管道出水压力的稳定。PLC和逆变器自动调整的增加和泵的数量的减少和泵马达的速度，从而减少了能量的过度消耗。又防止了电动机启动时电流对供水设备的影响,实现了恒压供水。关键词： PLC；变频器；PID调节器；恒压供水Application of PLC Constant Pressure Water Supply SystemAbstract:Aiming at the disadvantages of unstab
4、le pressure, serious energy waste and low automation of traditional water supply system, the constant pressure water supply system based on PLC and frequency converter is designed. This system uses frequency converter, PLC and PID regulator to construct a closed-loop automatic regulation constant pr
5、essure water supply system. The control objective of the water supply system is the outlet pressure of the main pipe. Comparing the given pressure value with the feedback pressure value, the deviation value is sent to the CPU for processing, and the control instruction is issued to adjust the number
6、 of pumps and motors in operation and speed of water-saving pumps, so as to maintain the stability of the outlet pressure of the main pipe. The increase of automatic adjustment of PLC and inverters, the decrease of the number of pumps and the speed of pumps and motors reduce the excessive consumptio
7、n of energy. It also prevents the influence of the current on the water supply equipment when the motor starts, and realizes the constant pressure water supply.Keywords: PLC; frequency converter; PID regulator; constant pressure water supply一、绪论1.1研究背景供水系统是工业生产和生活中人们不可或缺的公共设施之一。如今，智能建筑科技快速发展,人们对供水系统
8、也提出了更高的要求，要求达到可靠性和稳定性。目前全球都展现资源匮乏的现状,所以设计节能、稳定、工作可靠的恒压供水系统是必然趋势。传统的供水系统采用水塔,高级水箱或压力罐进行升级,经济实惠,耗能大。而基于 PLC和变频器的恒压供水系统将电气控制技术与变频器技术融为一体,大大提高了供水系统的可靠性和稳定性。同时,供水系统节能效果明显,这在能源日渐紧缺的今天显得尤为重要。水和电是人类生活中不可缺少的重要组成部分。在节水节能成为时代流行被人们逐渐重视的现实条件下,我国水电短缺的情况长期以来一直都是在城市这一片区域,还有的就是在高层建筑供水和工业的使用中。我国生产循环供水系统技术还是相对落后的,而且系统
9、的自动化程度也比较低。我国社会经济的迅猛发展也致使人民对于生活水平的质量和要求也不断提高,国家对于人民的住房政策改革也在不断深入贯彻落实,我国对于城市各个社区的建设规划也正在迅速发展。与此同时,对社区的基础设施建设也提出了更高更严格的要求。建设好住宅供水系统是一个重要的方面,住宅供水的可靠性和稳定,以及其经济性,在不久的将来甚至于当前，就会很大程度上的直接影响人们的正常生活需求,这种情况也是会直接体现出该城市社区的物业管理质量和水平。目前我国传统化的区域供水方式有:恒速泵加压供水,压力罐供水,水塔高水箱供水,液压耦合器和电池滑动离合器调速这几种供水模式,是靠单片变频调速来实现供水的供水系统。因
10、此,本次研究在PLC和变频器的恒压供水系统的基础之上,表明了提高我国居民住宅的生活水平,工业生产效率和能源的节约使用,都具有十分重要的意义。因此,本文逆变器是用于控制泵电机的频率的,PLC用于控制变频-电源频率的切换。 PID调节器用于压力调节,设计闭环供水自动控制系统,从而来实现恒压的供水效率。1.2课题主要研究内容PLC主要是依靠变频器,可编程控制器,压力变送器和现场泵单元组成,从而来实现控制变频恒压供水系统,这样就形成了一个完整的,闭环调节系统。在本项设计中,一共设有3个水库,3个泵和一些其他的组成部件。所谓的流量调节法,也就是这三个泵中,只有一个泵在逆变器的控制下才能运行,其他泵都以恒
11、定的速度来运行。由于管网的压力,PLC会自动控制泵与泵之间进行的切换操作,并根据压力检测值与给定值之间的偏差对PID进行计算,然后将输出频率显示到变频器控制输出频率,调节流量,使供水管网之间的压力形成恒定。泵切换操作主要是在首先停止这一原理的基础进行的。目前我国的城市社区使用的供水系统,也都逐渐朝着高效,节能和自动化的方向发展。由于在变频调速技术十分显著的节能效果,和稳定的控制方式之下,已经很快被广泛应用于风机,水泵和制冷压缩机这之类的高能消耗的设备中,特别是在各个城乡工业用水压力系统以及住宅用水恒压供水系统中,变频调速泵功能中最为突出的就是他的节能效果,其优越性主要在:第一,节能效果十分显著
12、;第二,它具有开放性,在停止时,它可以减少电流对电网的影响和供水压力对管网系统的影响;第三,它可以减少泵和电动机在机械冲击当中造成的损失。1.3恒压供水系统的国内外研究现状1.3.1变频调速技术的国内外发展与现状电力电子技术使得变频器能够快速发展,这一点也在计算机技术中、自动控制技术和电机控制理论这些方面也都得到了相对较快的发展。20世纪80年代以来,在美国,德国和英国等发达国家,基于VVVF技术的使用,逆变器已经十分商业化,并且被广泛使用。可是放眼中国的情况,有60%的发电都是使用电机消耗的,因此国家和行业一直都十分重视如何利用电机调速技术改造电机运行模式,从而来达到能源的节约作用。时至今日
13、,我国也已经设立有200多家相关的工厂和研究所,都开始进行了变频调速技术的工作。但是目前与国际市场上的同行业相比,在技术上仍然存在很大的差距。改革开放以来,我国社会经济快速发展,中国也逐渐开始直接运用那些发达国家的转换变频调速设备,也洗去了内外结合的做法,就是说,采用外国进口或合资企业的先进的变频调速控制设备,再由其自行设计并制造出的整套设备,从而开发出自己的应用软件,为国内主要工程项目的电气传动控制系统提供解决方案,从而适应了当前社会的需求。总之,虽然国内变频调速技术可以说是取得了良好的效果,但总的来说,国内开发生产相关设备的能力与发达国家相还是比较弱的,而且对于国外企业的依赖程度也还是很高
14、。1.3.2变频恒压供水系统的国内外研究与现状变频调速技术的发展,也使得变频恒压供水技术开始崭露头角。早期,国外生产的逆变器的功能主要限于频率控制,加速控制,前进-后退控制,启动控制,制动控制,电压-频率比控制等功能,主要用于变频恒压供水系统。变频器仅仅是用于作为执行器。为了保证管网压力恒定,来满足不同供水量的要求,应在变频器外部设立一个压力控制器和传感器,从而达到控制闭环压力的作用。电磁接触器就用于形成多达七个电动机(泵)的供水系统。目前,中国已经有很多公司在做关于变频恒压供水的项目。但他们大多都是使用的国外逆变器来控制水泵的速度,水管网络压力的闭环调节和多个泵的循环控制,还有一些使用可编程
15、控制器(PLC),和相应的软件实现;有些则是使用微控制器和对应的软件来实现的。但是,在动态性能,稳定性能,抗干扰性能和系统开放性等综合技术指标方面,还是不能满足所有用户的需求。目前,国内外有关于变频调速恒压供水控制系统的研究中,变频恒压供水系统是可以适应各种各样的居民用水情况的,它主要是结合了现代控制技术,网络通讯技术,并考虑到系统的电磁兼容性。水压的闭环控制尚未得到充分研究。因此,我们在一段时间内还是需要对该系统进行进一步的深入研究,从而来提高变频恒压供水系统的性能,让该系统更好地在生产生活实践中被应用,对居民用水供水系统的使用起到很大的作用。系统理论分析及控制方案确定二、系统理论分析及控制
16、方案确定在供水系统中,水压的变化规律是无法预先确定的时间函数。恒压供水系统的任务是被控量能够以一定的精度跟随实际水压变化的控制系统。随着可编程序控制器功能模块的增加以及控制指令的完善,恒压供水系统在这种随动系统中得到了越来越广泛的应用。恒压供水系统是采用了压力传感器监测管道中的水压的基本控制策略的。在A / D进行了转换后,反馈的实际值输入到PLC数据寄存器,并与设定值进行比较;CPU进行PID计算处理后,进行D / A之间的转换,由变频器控制输出的结果,从而实现水泵电机之间的无级调速,达到设定压力下供水管压力的稳定性值。2.1恒压供水系统的理论分析2.1.1电动机的调速原理泵电机采用了三相异步电动机，他的转速公式为：n
