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1、-摘要本论文根据中国城市小区的供水要求，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、工控机等构成。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与设定值比拟后进展PID运算，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：变
2、频调速，恒压供水，可编程控制器，组态软件z.-z.-ABSTRACTAccording to the requirement of Chinas urban water supply, this paper designs a set of water supply system of frequecey control of constant voltage based on PLC, and have developed good operation management interface using Supervision Control and Data Acquisition.Th
3、e system is made up of PLC, transducer,units of pumps,pressure sensor and control machine and so on. This system is formed by three pump generators,and they form the circulating run mode of frequency conversion. With general frequency converter realize for three phase pump generator soft start with
4、frequency control,operation switch adopts the principle ofstart first stop first. The detection signal of pressure sensor of hydraulic pressure,via PLC with set value by carry out PID parison operation,so,control frequency and the e*port voltage of frequency converter,and then the rotational speed t
5、hat changes pump generator e to change water supply quantity,eventually,it is nearby to maintain pipe net pressure to stabilize when set value. Through work control machine the connection with PLC,with group form software consummately systematic monitoring,have realized operation state development t
6、o show and data,report to the police inquiry.Keywords: variable frequency speed-regulating, constant-pressure water supply, Programmable logic Controller, supervision control and data acquisitionz.-目 录摘要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 课题的提出11.2 PLC概述11.2.1 可编程控制器的定义11.2.2 西门子S7-200PLC简介21.3 本课题的主要研究容3第2章 系统的理
7、论分析及控制方案确定42.1 变频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42.2 变频恒压供水系统控制方案确实定72.2.1 变频恒压供水系统的组成及原理图72.2.2 变频恒压供水系统控制流程112.2.3 水泵切换条件分析12第3章 系统的硬件设计143.1 系统主要设备的选型143.1.1 PLC及其扩展模块的选型153.2 系统主电路分析及其设计163.3 系统控制电路分析及其设计183.4 PLC的I/O端口分配及外围接线图20z.-第4章 系统的软件设计244.1 系统软件设计分析244.2 PLC程序设计254.2.1控制系统
8、主程序设计254.2.2 控制系统子程序设计294.3 PID控制器参数整定324.3.1 PID控制及其控制算法324.3.2 PID参数整定35第5章 监控系统的设计365.1 组态软件简介365.2 监控系统的设计365.2.1 组态王的通信参数设置365.2.2 新建工程与组态变量385.2.3 组态画面395.2.4 监控系统界面41结 论42参考文献43致 44附录 主程序梯形图45z.-第1章 绪论1.1 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。城市中各类小区建立开展十分迅速，同时也对小区的根底设施建立提出了更高的要求。小区供水系统的建立是其中的一个重要方面，供水的
9、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，也直接表达了小区物业管理水平的上下。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。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。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、现代控制技术
10、于一体。采用该系统进展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 PLC概述1.2.1 可编程控制器的定义可编程控制器，简称PLC(Programmable logic Controller)，是指以计算机技术为根底的新型工业控制装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统
11、形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。1.2.2 西门子S7-200PLC简介西门子公司具有品种非常丰富的PLC产品。S7系列是传统意义的PLC，S7-200属于小型PLC，在1998年升级为第二代产品，2004年升级为第三代产品，其特点如下6：(1) 功能强大。S7-200有5种CPU模块，最多可扩展7个扩展模块，扩展到248点数字量I/O或38路模拟量I/O，最多有30多KB的程序存储空间和数据存储空间；(2) 先进的程序构造，功能强大、使用方便的编程软件；(3) 灵活方便的寻址方法；(4) 强大的通信功能和品种丰富的配套人机界面；(5) 有竞争力的价格；(6) 完善的网上技术支持等。
12、1.3 本课题的主要研究容本设计是以小区供水系统为控制对象，采用PLC和变频技术相结合技术，设计一套城市小区恒压供水系统，并引用计算机对供水系统进展远程监控和管理保证整个系统运行可靠，平安节能，获得最正确的运行工况。PLC控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器和现场的水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，本设计中有3个贮水池，3台水泵，采用局部流量调节方法，即3台水泵中只有1台水泵在变频器控制下作变速运行，其余水泵做恒速运行。PLC根据管网压力自动控制各个水泵之间切换，并根据压力检测值和给定值之间偏差进展PID运算，输出给变频器控制其输出频率，调节流量，使供水管网压力恒定
13、。各水泵切换遵循先起先停、先停先起原则。根据以上控制要求，进展系统总体控制方案设计。硬件设备选型、PLC选型，估算所需I/O点数，进展I/O模块选型，绘制系统硬件连接图：包括系统硬件配置图、I/O连接图，分配I/O点数，列出I/O分配表，熟练使用相关软件，设计梯形图控制程序，对程序进展调试和修改并设计监控系统。z.-第2章 系统的理论分析及控制方案确定2.1 变频恒压供水系统的理论分析2.1.1 电动机的调速原理水泵电机多采用三相异步电动机，而其转速公式为： (2.1) 式中：f表示电源频率，p表示电动机极对数，s表示转差率。根据公式可知，当转差率变化不大时，异步电动机的转速n根本上与电源频率
14、f成正比。连续调节电源频率，就可以平滑地改变电动机的转速。但是，单一地调节电源频率，将导致电机运行性能恶化。随着电力电子技术的开展，已出现了各种性能良好、工作可靠的变频调速电源装置，它们促进了变频调速的广泛应用。2.1.2 变频恒压供水系统的节能原理供水系统的扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不变为前提，说明水泵在*一转速下扬程H与流量Q之间的关系曲线，如图2.1所示。由于在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量的大小主要取决于用户的用水情况，因此，扬程特性所反映的是扬程H与用水流量Qu间的关系H=f(Qu)。而管阻特性是以水泵的转速不变为前提，说明阀门在*一开度下扬程H与流量Q之间的关系曲
15、线，如图2.1所示。管阻特性反映了水泵的能量用来克制泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。由于阀门开度的改变，实际上是改变了在*一扬程下，供水系统向用户的供水能力。因此，管阻特性所反映的是扬程与供水流量Qc之间的关系H=f(Qc)。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图2.1中A点。在这一点，用户的用水流量Qu和供水系统的供水流量Qc处于平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。图2.1 恒压供水系统的根本特征变频恒压供水系统的供水局部主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一体，通过变频器调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。在供水系统中，通常以流量为控制目的，常用的控制方法为阀门控制法和转速控制法。阀门控制法是通过调节阀门开度来调节流量，水泵电机转速保持不变。其实质是通过改变水路中的阻力大小来改变流量，因此，管阻将随阀门开度的改变而改变，但扬程特性不变。由于实际用水中，需水量是变化的，假设阀门开度在一段时间保持不变，必然要造成超压
