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1、l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、能适应供水厂复杂环境的恒压供水系统成为必然趋势。本系统包含三台水泵电机，它们组成变频循环运行方式。采用变频器实现对三相水泵电机的软启动和变频调速，运行切换采用“先启先停”的原则。压力传感器检测当前水压信号，送入 PLC 与设定值比较后进行 PID 运算，从而控制变频器的输出电压和频率，进
2、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。通过工控机与 PLC 的连接，采用组态软件完成系统监控，实现了运行状态动态显示及数据、报警的查询。关键词关键词：变频调速，恒压供水，PLC，组态软件lABSTRACTAs Chinas social and economic development, urban construction and development very quickly, but also the construction of infrastructure facilities has put forward higher requirements.
3、 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 users normal work and life. As people on the water quality and water supply systems in the continuous improvement of reliability requirements, t
4、he 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 trendThis system is formed by three pump generator
5、s,and they form the circulating run mode of frequency conversion. With general frequency converter realize for three phase pump generator soft start with frequency control,operation switch adopts the principle of”start first stop first”. The detection signal of pressure sensor of hydraulic pressure,
6、via PLC with set value by carry out PID comparison operation,so,control frequency and the export voltage of frequency converter,and then the rotational speed that changes pump generator come to change water supply quantity,eventually,it is nearby to maintain pipe net pressure to stabilize when set v
7、alue. Through work control machine the connection with PLC,with group form software consummately systematic monitoring,have realized operation state development to show and data,report to the police inquiry.Keywords:Keywords: variable frequency speed-regulating, constant-pressure water supply, PLC,
8、supervision control and data acquisition.l目录目录1 绪论.11.1 课题的提出.51.2 变频恒压供水系统的国内外研究现状.61.2 .1 变频调速技术的国内外发展与现状61.2 .2 变频恒压供水系统的国内外研发与现状81.3 PLC 概述 .81.3 .1 可编程控制器的定义81.3 .2 PLC 的发展和应用 81.3 .3 西门子 S7-200PLC 简介.91.4 本课题的主要研究内容.92 系统的理论分析及控制方案确定102.1 变频恒压供水系统的理论分析.102.1.1 电动机的调速原理.102.1 .2 变频恒压供水系统的节能原理11
9、2.2 变频恒压供水系统控制方案的确定.132.2.1 控制方案的比较和确定.132.2.2 变频恒压供水系统的组成及原理图.142.2.3 变频恒压供水系统控制流程.162.2.4 水泵切换条件分析.173 系统的硬件设计.193.1 系统主要设备的选型.193.1.1 变频调速技术的国内外发展与现状.193.1.2 变频器的选型203.1.3 水泵机组的选型213.1.4 压力变送器的选型213.1.5 液位变送器的选型223.2 系统主电路分析及其设计.22l3.3 系统控制电路分析及其设计.243.4 PLC 的 I/O 端口分配及外围接线图264 系统的软件设计.284.1 系统软件
10、设计分析.284.2 PLC 程序设计 .304.2.1 控制系统主程序设计.304.2.2 控制系统子程序设计.344.3 PID 控制器参数整定 374.3.1 PID 控制及其控制算法.374.3.2 变频恒压供水系统的近数学模型.394.3.3 PID 参数整定.395 监控系统的设计.425.1 组态软件简介.425.2 监控系统的设计.425.2.1 WINCC 的通讯参数设置.425.2.2 新建组态与组态变量. 435.2.3 组态画面.446 总结与期望466.1总结 466.2 展望.477 结束语.47参考文献.48致谢50附录51附录 A 主程序梯形图56l1 1 绪论
11、绪论1.1 1 课题的提出课题的提出水和电是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，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，城市中各类小区建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。小区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、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活，也直接体现了小区物业管理水平的高低。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
12、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：(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。(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、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
13、增高，也使浪费加大，从而限制了其发展。(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。(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。l(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。综上
14、所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源；效率低；可靠性差；自动化程度不高等缺点，严重影响了居民的用水和工业系统中的用水。目前的供水方式朝向高效节能、自动可靠的方向发展，变频调速技术以其显着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，特别是在城乡工业用水的各级加压系统，居民生活用水的恒压供水系统中，变频调速水泵节能效果尤为突出，其优越性表现在：一是节能显著；二是在开、停机时能减小电流对电网的冲击以及供水水压对管网系统的冲击；三是能减小水泵、电机自身的机械冲击损耗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、现代控
15、制技术于一体。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，同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。1.2 变频恒压供水系统的国内外研究现状变频恒压供水系统的国内外研究现状1.2.1 变频调速技术的国内外发展与现状变频调速技术的国内外发展与现状变频器的快速发展得益于电力电子技术、计算机技术和自动控制技术及电机控制理论的发展。1964 年，最先提出把通信技术中的脉宽调制 PWM 技术应用到交流传动中的是德国人。20 世纪 80 年代初，日本学者提出了基于磁通轨迹的磁通轨迹控制方法。从
16、 20 世纪 80 年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的基于VVVF 技术的通用变频器已商品化并广泛应用。在我国，60%的发电量是通过电动机消耗掉的，因此如何利用电机调速技术进行电机运行方式的改造以节约电能，一直受到国家和业界人士的重视。现在，我国约有 200 家左右的公司、工厂和研究所从事变频调速技术的工作，但自行开发生产的变频调速产品和国际市场上的同类产品相比，还有比较大的技术差距。随着改革开放和经济的高速发展，我国采取要么直接从发达国家进口现成的变频调速设备，要么内外结合，即在自行设计制造的成套装置中采用外国进口或合资企业的先进变频调速设备，然后自己开发应用软件的l办法，很好地为国内重大工程项目提供了电气传动控制系统的解决办法，适应了社会的需要。总之，虽然国内变频调速技术取得了较好的成绩，但是总体上来说国内自行开发、生产相关设备的能力还比较弱，对国外公司的依赖还很严重。1.2.2 变频恒压供水系统的国内外研究与现状变频恒压供水系统的国内外研究与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。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要
