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1、. 南京工程学院自动化学院 本科毕业设计（论文）开题报告 题目:基于PLC的恒压供水泵站控制系统设计 专 业： 自动化 班 级： 自动化093 学 号： 203090333 学生姓名： 贾瑞勇指导教师： 刘云霞 副 教 授 2013年3月本科毕业设计(论文)开题报告学生姓名 贾 瑞 勇学 号203090333专 业自动化 指导教师 云 霞职 称副 教 授所在院系自动化学院课题来源自拟课题课题性质工程设计课题名称 基于PLC的恒压供水泵站控制系统设计毕业设计的内容和意义毕业设计的内容和意义 本系统以一个供水系统作为被控对象，研究基于PLC的供水系统的设计，使系统获得较好的性能指标。 主要设计内容
2、为： 1.了解供水系统的运行工艺情况，设计恒压供水控制系统的硬件电路，并画出详细的原理图； 2.掌握PLC的编程及应用，画出PLC控制功能图，梯形图； 3.掌握变频器的工作原理和使用方法，研究恒压变频供水的控制方法，拟定变频器的各项参数，实现对系统的高性能控制； 4.进行程序的模拟调试，观察运行结果,并对结果进行分析验证。 目前，居民生活用水和工业用水日益增加。由于居民日常用水和工业用水会随季节、昼夜等变化而随之发生变化，如采取传统的供水方式不仅影响生活 也不利于资源的优化配置。传统的供水系统已经不能满足人们的需求，为了能更合理的分配资源，可采用变频恒压供水方式来代替传统的供水系统，以达到供水
3、稳定，满足人们需求，合理优化分配等目的。 这次毕业设计是关于变频恒压供水系统的设计，因为变频恒压供水系统有高效节能，恒压供水，安全卫生，自动运行，管理简便等优点，非常适合现在的国民需求。 变频恒压供水系统根据用水量的变化，自动调节运行参数，在水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求是当今先进、合理的节能型供水系统。变频调速是现在优于以往任何一种调速方式（如调压调速、变极调速、串级调速等）的技术，是当今国际上一项效益最高、性能最佳、应用广泛、最有 发展前途的电机调速技术。它采用了微机控制技术，电力电子技术和电机传动调速技术实现了工业交流电动机的无极调速，具有高效率、宽范围和高精度等特点。以变频器
4、为核心结合PLC组成的控制系统具有可靠性高，抗干扰能力强，组合灵活，编程简单，维修方便和低成本低能耗等诸多特点。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，方便实现供水系统的集中管理 和监控；同时系统具有良好的节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计系统，对于调高企业效率以及人民生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。文献综述围绕基于PLC的恒压供水泵站系统设计这一课题为中心，查阅相关书籍以及相关的学术论文和期刊杂志，对于设计到此课题的相关知识进行了仔细的阅读和研究，了解并掌握与课题相关的知识要点，现文献综述如下：供水系统在人们生活和工业应用当中是必不可少的。随着人们生
5、活水平的提高和现代工业的发展，人们对供水系统的质量和可靠性的要求越来越高。变频恒压供水系统能够很好的满足现代供水系统的要求。 在变频恒压供水系统出现以前，有以下供水方式： (1) 单台恒定转速泵的供水系统 ; (2) 恒定转速泵加水塔（或高位水箱）的供水系统 ; (3)恒定转速泵加气压罐的供水系统 。 以上三种供水方式存在诸多例如电能损耗严重，水压不稳，供水质量极差，电机易损坏等诸多弊端1 。文献综述 变频恒压供水系统不仅克服了过去供水系统的缺点，而且有其自身的优点。这种供水方式不仅提高了供水系统的稳定性和可靠性，而且实现水泵的无级调速，使供水压力能够跟踪系统所需水压，提高了供水质量。同时变频
6、器对水泵采取软启动，启动时冲击电流很小，启动能耗小。此系统采用了先进的S7200 PLC和变频器MM440，S7200具有低廉的价格和强大的指令，可以满足多种多的小规模的控制要求，变频器MM440具有很高的运行可靠性、功能的多样性和全面而完善的控制功能2。 S7-200系列PLC的基本构成包括PLC主机、编程设备、人机界面和根据实际需要增加的扩展模块。PLC本身包含一定数量的I/O端口，同时还可以扩展各种功能模块。故S7-200系列的PLC可以单机运行，也可以输入/输出扩展，还可以连接功能扩展模块 34。 本控制系统的原理是：采用PLC、PID控制器与变频调速装置构成控制系统进行优化控制泵组的
7、运行，根据实际设定水压，自动调节水泵的转速和水泵的数量，自动补偿因用水量的变化，引起的供水压力的变化，完成供水压力的闭环控制，以保证供水管网的压力始终保持在设定值上，满足基准测试水压要求，恒压供水系统 水泵工作时， 通过安装在总出水管网上的压力变送器，把出口压力信号变成420mA标准信号送入PID调节器，经PID运算与给定压力参数进行比较，得到420mA参数，420mA信号送至变频器5 6 。 控制系统由变频器控制水泵的转速以调节供水量，根据用水量的不同，变频器调节水泵的转速不同、工作频率也就不同，在变频器设置中设定一个上限频率和下限率检测，当用水量大时，变频器迅速上升到上限频率，此时，变频器
8、输出一个开关信号给PLC；当用水处于低峰时，变频器输出达到下限频率，变频器也输出一个开关信号给PLC；两个信号不会同时产生。当产生任何一个信号时，信号即反馈给PLC，PLC通过设定的内部序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组，以此协调投入工作的水泵电机台数，并完成电机的启停、变频与工频的切换。通过调整投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使系统管网的工作压力始终稳定，进而达到恒压供水的目的 78。 具体见图1文献综述 PI调节变频器 水泵设定压力+- 压力检测 图1. 变频恒压供水系统调节原理图 根据控制系统控制原理，要实现快速恒压并稳定压力，要经过PID运算调节水泵
9、的转速。由于变频器生产厂家针对风机泵类负载专门设计了具有PID功能的变频器，同时一般PLC也具有实现PID调节功能的指令，因此恒压供水系统的PID调节环节有两种方式：由PLC控制实现调节或由带PID调节功能的变频器实现调节9。 S7-200 PLC PID功能S7-200系列PLC中的CPU215 216提供了内置PID运算指令,应用中只需在PLC的内存中填写一张PID控制参数表,见表1。 文 献 综 述 执行指令PID Table, Loop即可完成PID运算。其中,操作数Table使用变量存储器VBx,用来指明控制参数表的表头字节;操作数Loop只可选择0 7的整数,表示本次PID闭环控制
10、所针对的环路编号。控制参数表中,编号为2, 4, 5, 6, 7的参数是固定不变的,可在PLC的主程序中设定;编号为1, 3, 8, 9的参数具有实时性,须在调用PID指令时才填入控制表格,另外编号为3, 8, 9的参数既是本次的输入(执行前),又是本次的输出(执行后),还是下次运算的输入。表中变量类型0栏的In/Out应理解为相对于PID控制器而言的输入或输出10。 变频器MM440的参数配置 ：变频器MM440主要使用的是模拟输入口ain1+和ain1，模拟电压信号输入后通过A/D转换器得到数字信号。由PLC模拟输出口输出模拟控制电压信号，输入到变频器的模拟口，变频器的频率和控制电压一一对
11、应。系统使用变频器的模拟端口，最高频率应该设置为50HZ，最低频率为30HZ411 。 应用西门子S7-200 PLC和变频器MM440调速控制恒压供水系统，高效节能，调速供水效果突出，抗干扰能力强。同时采用变频器对电机实行软起动，减少了设备损耗，延长了水泵、电机设备的使用寿命。以供水水压为控制对象的闭环控制，稳态误差小，动态响应快，运行稳定12。实验效果表明，采用 S7-200 PLC和变频器MM440构成的变频恒压供水系统，具有很强的实用性，体现了变频调速恒压供水的技术优势，为供水领域开辟了切实有效的途径 。 参考文献1冯仰新,冯仰敏,李志鸿.基于PLC的Fuzzy-PID控制恒压供水系统
12、J.电机与控制应用,2009,36(2):36-39.2任琪.基于PLC变频调速恒压供水控制系统设计J.信息系统工程,2009,(6):61-64.3王永华.现代电气控制及PLC应用技术（第二版）M .北京航空航天大学版社，2008.024 S7-200中文系统手册. M,西门子公司，2002.65汤顺斌. 西门子S7-300/400 PID 模块参数说明和使用方法J，机械与装备，2008，11（11）：43-45 6 Caixia Wang, “Study of fuzzy variable frequency control system for constant pressure”,Jo
13、urnal of Changchun University of Science and Technology, Vol.26,No.3,2003, pp.53-54. 7李明，刘永强 .基于PLC控制的变频恒压供水J.科技创新导报,工程技术 ,2010(13);132-133.8 Qishou Peng, Weiling Huang, “single_chip fuzzy control of a constant pressure water supply”, Techniques of Automation & Applications,2006,pp.77-78.文献综述 9汤顺斌.
14、西门子S7-300/400 PID 模块参数说明和使用方法J，机械与装备，2008,，11（11）：43-4510罗伟平 ，张成文 .基于PLC的PID控制恒压供水系统J.控 制 工 程,Vol. 15, S 2008年5月第15卷增刊 ;77-78.11 王红梅,方贵盛.基于PLC与变频器的恒压供水节能技术研究J.浙江水利水电专科学校学报,2009,21(4)：26-2812郑凤翼 .西门子S7-200系列PLC应用100例M. 电子工业出版社,2012.10研究容1.设计主要内容本次设计以一个供水系统作为被控对象，研究基于PLC的供水系统的设计，使系统获得较好的性能指标。主要设计内容为：了解供水系统的运行工艺状况，设计恒压供水控制系统的硬件电路，并画出详细的原理图；掌握PLC的编程及应用，画出PLC控制功能图，梯形图；掌握变频器的工作原理和使用方法，研究恒压变频供水的控制方法，拟定变频器的各项参数，实现对系统的高性能控制；进行程序的模拟调试，并观察
