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1、基于变频器的智能恒压供水系统设计摘要 随着社会和变频调速技术发展和人们节水节能意识的不断增强,变频恒压供水系统的节能特性使得其越来越广泛用于工厂、住宅、高层建筑的生活及消防供水系统。引来了恒压供水技术的飞跃。产生了基于变频器的智能恒压供水系统。该系统以西门子S7-200系列PLC作为控制器,采用其扩展模拟输入输出模块EM235,利用其部的PID控制指令,配合MM420型号的变频器和电机,同时用KBY压力变送器来检测管网压力。构成闭环调速系统。使其能够节能、高效供水。关键词：恒压供水、PLC、拟输入输出模块EM235、PID控制、闭环调速系统、变频器目录第一章 引言41.1 基于变频器的智能恒压
2、供水系统的发展历程41.2 基于变频器的智能恒压供水系统研究的目的和意义51.3 基于变频器的智能恒压供水系统的应用5第二章 基于变频器的智能恒压供水系统的设计方案2.1 基于变频器的智能恒压供水系统设计总体方案设计 2.1.1方框图 2.1.2总体方案简介2.2 变频恒压供水原理第三章 基于变频器的智能恒压供水系统硬件设计3.1 系统中各元件及其简介3.1.1可编程控制器S7-200PLC 3.1.1.1可编程控制器S7-200PLC原理3.1.1.2可编程控制器S7-200PLC应用3.1.1.3可编程控制器S7-200PLC特点3.1.1.4可编程控制器S7-200PLC接线方式3.1.
3、1.5可编程控制器S7-200PLC通讯口的引脚分配3.1.2变频器 3.1.2.1变频器MM420工作原理 3.1.2.2变频器MM420参数表 3.1.2.3变频器MM420应用 3.1.2.4变频器MM420接线方式3.1.3 KYB压力变送器 3.1.3.2 KYB压力变送器工作原理 3.1.3.2 KYB压力变送器技术特点 3.1.3.2 KYB压力变送器接线方式3.1.4PLC 模拟量扩展模块EM2353.1.4.1 PLC模拟量扩展模块EM235的接线方式3.1.4.2 PLC模拟量扩展模块EM235的技术参数3.1.4.3 PLC模拟量扩展模块EM235输入数据字格式3.1.5
4、PID闭环控制模块3.1.5.1 PID闭环控制系统原理3.1.5.2 PLC实现PID控制的方式3.1.5.3 输入输出变量的转换3.1.5.4 PID指令及其回路表3.2PLC控制系统设计的基本原则3.3PLC型号选择和系统硬件配置3.3.1变频调速工作过程及控制要求 3.3.2 系统I/O确定 3.3.3 PLC型号选择 3.4 外部硬件电路设计 3.4.1 主电路图 3.4.2 控制电路图 3.4.3 PLC外围接线图第四章 基于变频器的智能恒压供水系统软件设计4.1 系统流程图4.2应用表格4.3软件设计4.3.1电机启动模块设计 4.3.2 PID控制模块软件设计 4.3.2.1
5、回路输入的转换 4.3.2.2 回路输出的转换 4.3.2.3 PID计算4.3.3 整体软件设计整体程序结论致词参考文献第一章 引言 变频恒压供水系统成为现在建筑中普遍采用的一种水处理系统。随着社会和变频调速技术发展和人们节水节能意识的不断增强,变频恒压供水系统的节能特性使得其越来越广泛用于工厂、住宅、高层建筑的生活及消防供水系统。恒压供水是指用户端在任何时候,不管用水量的大小,总能保持网管中水压的基本恒定。同时要保证供水的可靠性和安全性。基于变频器的智能恒压供水系统利用PLC、传感器、变频器及水泵组成闭环控制系统,代替传统的水塔供水控制系统,既保证了供水质量又丰富了系统的控制功能,提高系统
6、可靠性,达到节水节能的效果。1.1 基于变频器的智能恒压供水系统的发展历程恒压供水系统是指通过闭环控制,使供水的压力保持恒定。早期的恒压供水系统是通过阀门的凯断来控制。随着技术的发展,自动化越来越占据主要地位。出现了基于PLC的变频恒压供水系统,即基于变频器的智能恒压供水系统。在该系统中为了满足供水量大小需求不同时,保证管压力恒定,需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器,对压力进行闭环控制。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限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、变压变频比控制及各种保护功能。因此,当变频器应用在变频恒压供
7、水系统中时仅作为执行机构。从查阅的资料的情况来看,国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式,几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况,因而投资成本高。近年来,随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后,国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器国有不少公司在做变频恒压供水的工程时,大多采用国外品牌的变频器控制水泵的转速,水管的管压力的闭环调节及多台水泵的循环控制,有的采用可编程控制器及相应的软件予以实现;有的采用单片机及相应的软件予以实现。但随着社会发展和进步,这远远满足
8、不了所有用户的要求,逐步实现了基于PLC和变频器技术设计的生活恒压供水控制系统即基于变频器的智能恒压供水系统。目前在国外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中可以看出,随着社会的发展,对于能适应不同的用水场合,结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性的变频但压供水系统的水压闭环控制的研究还是不够的。因此,有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能,使其能被更好的应用于生活、生产实践中。1.2 基于变频器的智能恒压供水系统研究的目的和意义近年来我国中小城市发展迅速,集中用水量急剧增加。据统计,从1990年到1998年,我国人均日生活用水量包括城市公共设施等非生产用水有175.7升增
9、加到241.1升,增长了37.2%,与此同时我国城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。而在；现阶段我国在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术比较落后,自动化程度较低。这种情况容易造成用水高峰期时水位达不到要求,供水压力不足；用水低峰期时供水水位超标,压力过高,不仅十分浪费能源而且存在事故隐患例如压力过高容易造成爆管事故。变频器恒压供水系统可以实现水泵电机的无级调速,可以根据用水量的变化自动调节系统的运行参数,在水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求。变频器恒压供水系统被看做是今最先进、合理的节能型供水系统。与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比,不论是设备投资,运行的经济型
10、还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有很大优势。基于PLC和变频器技术设计的智能恒压供水控制系统可靠性高、效率高、节能效果显著、动态响应速度快。因实现了恒压自动控制。对整个供水过程来说,系统的可扩展性好,管理人员可根据每个季节的用水情况,选择不同的压力设定围,不但节约了用水,而且节约了电能,达到了更优的节能方式,实现供水的最优化控制和稳定性控制,具有广泛的应用前景。 1.3 基于变频器的智能恒压供水系统的应用基于PLC和变频器技术设计的智能恒压供水控制系统,是在原有系统的技术改造下,提高生产过程的自动化水平。使系统运行稳定,操作简便,解决实际中问题,保证供水安全、快捷、可靠。该系统广
11、泛应用于（1） 生产、生活用水,亦可用于热水供应,恒压喷淋等系统（2） 工业企业、生活、生产供水系统及企业自备并改造工程,自来水厂、生活小区及消防供水系统。（3） 各种场合的恒压、变压、冷却水和循环供水系统（4） 污水泵站、污水处理及污水提升系统。（5） 农业排灌、园林喷淋、水景和音乐喷泉系统（6） 宾馆、大型公共建筑供水及消防系统。另外,系统采用plc控制,容易随时修改程序,以改变工作状况,满足不同控制要求,有较大的灵活性和通用性,有一定的推广应用价值。第二章 基于变频器的智能恒压供水系统的设计方案2.1 基于变频器的智能恒压供水系统总体方案设计2.1.1 方框图整体方框图用户压力传感器水泵
12、变频器模拟输入模拟输出PLC给定反馈 图一 整体方框图控制部分方框图压力传感器模拟量输入EM235 PLC水泵变频器模拟量输出EM235 图二 控制部分方框图PID控制器是比例-积分-微分控制的简称PID控制部分方框图PLC用户电动机给定变频器NPINQID/APIDA/D反馈传感器 图三 PID控制部分方框图2.1.2 总体方案简介 基于变频器的智能恒压供水系统利用PLC、传感器、变频器及水泵组成闭环控制系统,实现供水恒压运行。其中变频器的作用是为电机提供可变频率,实现电机的无级调速,从而使管网水压连续变化,同时变频器还可作为电机软启动装置,限制电机的启动电流。压力变送器的作用是检测管网水压
13、。智能PID调节器实现管网水压的PID调节。PLC控制单元则是泵组管理的执行设备,同时还是变频器的驱动控制,根据用水量的实际变化,自觉调节输出模拟信号数值。改变输入变频器值,即实现其对水泵电机的无级调速。2.2变频恒压供水原理 在恒压供水系统中,当水量发生变化时,变频器根据管的压力设定值和变频器反馈的实际压力值之差,经过模拟输入、D/A转换、PID计算、A/D转换、模拟输出等对电动机的转速进行调节,当管所测压力值比实际压力值大时,需要自动控制PLC的模拟输出模块,控制变频器的输出频率降低但不能低于变频器的最低频率下限；当管所测压力值比实际压力值小时,需要自动控制PLC的模拟输出模块,控制变频器
14、的输出频率升高但不能高于变频器的最高频率上限。从而保证管网压力稳定,实现官网的恒压供水。第三章基于变频器的智能恒压供水系统硬件设计3.1 系统的硬件电路构成本设计论文包含的硬件主要有,PLC可编程控制器、变频器、压力传感器、电动机水泵、和PLC模拟量扩展模块EM2353.1.1可编程控制器PLCS7-200 3.1.1.1可编程控制器PLCS7-200原理可编程控制器PLC是一种数字运算操作的电子系统,专为工业环境下应用而设计,采用了可编程序的存储器,用来在其部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入输出,控制各种类型的机械和生产过程。采用了典型的计算机结构,主要有CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路组成。用PLC实施控制,其实质是按控制功能要求,通过程序按一定算法进行输入、输出变换,并将这个变换给以物理实现,并应用于工业现场。其主要结构为C
