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1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书毕业论文题 目：基于PLC和变频器的恒压供水自动控制系统设计学生姓名：杨蓉学 号：200440503237专 业：测控技术与仪器班 级：测控2004-2班指导教师：李忠虎 副教授基于PLC和变频器的恒压供水自动控制系统设计摘 要随着社会的开展，对生产和生活供水的质量要求也越来越高。而供水质量的重要指标之一就是供水压力的相对稳定。为此，本论文紧密结合当前供水现状，设计了一套基于PLC和变频器的恒压供水系统。变频调速恒压自动控制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、及控制柜等组成。系统采用一台变频器拖动四台电机的运行、启动、调速。其中，三台
2、大电机和一台小电机采用循环使用的方式运行。在变频调速恒压供水系统中，水泵的启停和工作方式的切换是由PLC来控制的。单台水泵工况的调节是通过变频器实现的。分析水泵的能耗比拟图，可以看出，在利用变频器实现调速恒压供水时，当转速降低，流量与转速成正比，功率以转速的三次方下降，这与传统供水方式阀门节流控制相比，在一定程度上可以减少能量损耗，节能效果明显。该系统能够对供水系统进行自动控制，并有效的降低能耗，可使系统维持在最正确运行状态，并提高生产管理水平。关键词：恒压供水；变频调速；可编程控制器；自动控制；节能Automatic control system of constant press wate
3、r supply based on converter and PLCAbstractWith the developement of society,it demands higher and higher water supply quality,both in producing and living. However,one of the important guide lines of the water supply quality is offer the relatively steady water supply hydraulic pressure.Therefor, th
4、e paper closely combines actuality of water supply and designs a suit of constant pressure water supply automatic control system based on variable frequency speed-regulating technology and PLC.The constant pressure water supply automatic control system is made up of PLC,transducer,pump assembling un
5、it,pressure sensor,industrial control computer and console.The system used a transducer to make four electromotors starting,running,and timing. The three high-power electromotors and one low-power electromotors are circulated running.In the system, water pumps start & stop and workings switch are co
6、ntroled by PLC.Single water pums working condition is adjusted by transducer.After analyzing the figure of energy wasting of pump ,we know when using transducer timing constant water supply, rotate speed lower,flux and rotate speed is direct proportion,the power of electromotor drop three cube of ro
7、tate speed. So the energy wasting of constant pressure water supply based on variable frequency speed regulation technology is evident less than the traditional mode is used throttle to supply water.This water supply system can control automationally,reduce the energy consumption effectively,keep th
8、e system in optimum state and improve the standards of production management.Key words: constant presssure water supply; frequency control;PLC; Automatic control; energy saving目 录摘 要IAbstractII第一章 引 言4 变频恒压供水产生的背景及研究意义4 变频恒压供水系统的国内外研究现状8 变频恒压供水系统的开展前景9 课题来源及本文的主要研究内容10 课题来源10 主要研究内容10第二章 变频恒压供水自动控制系
9、统简介12 供水系统的根本特性12 恒压供水系统的根本构成与原理简介13 变频调速的节能原理14 变频节能14 功率因素补偿节能19 软启动节能19 多泵并联恒压供水节能19 水泵运行方式的选择21 变频循环方式切换21 变频固定方式切换22 多泵并联变频恒压供水系统相关问题研究23 变频泵与固定泵容量配比问题23 多泵并联供水系统中电机的供电源切换问题研究24 变频恒压供水系统的特点26 本章小结27第三章 变频恒压供水自动控制系统的总体方案设计28 变频恒压供水自动控制系统工作原理简述28 变频恒压供水常用实现方法介绍29 PID控制法29 模糊控制法29 自适应控制法29 变频恒压供水系
10、统控制方式简介30 全自动变频恒压控制方式30 全自开工频运行方式31 恒压供水系统总体概况介绍32 本章小结34第四章 变频调速恒压供水系统硬件设计35 功能设定35 总体结构关系和工作流程的简单介绍36 总体结构关系介绍36 工作流程简介37 系统硬件设计38 主电路设计38 控制电路设计39 信号检测40 系统工作过程详细分析41 主要设备选取424.4.1 PLC的选取42 变频器的选取43 变送器的选取43 本章小节44第五章 变频调速恒压供水系统软件设计45 变频恒压供水系统中的PID调节455.1.1 PID控制算法及特点465.1.2 PID参数整定的相关原那么49 变频器参数
11、设置及原理分析505.2 PLC配置585.2.1 S7-200型PLC的特点585.2.2 PLC的开关量输入输出点58 PLC在该系统中的功用595.2.4 PLC程序设计60 本章小节61总结62参考文献65附录67致谢72第一章 引 言随着社会经济的迅速开展，水对人民生活与工业生产的影响日益加强，人民对供水的质量和供水系统可靠性的要求不断提高。把先进的自动化技术、控制技术、通讯及网络技术等应用到供水领域，成为对供水系统的新要求。变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体，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，方便地实现供水系统的集中管理与监控，同时系统具有良
12、好的节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效益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。1.1 变频恒压供水产生的背景及研究意义众所周知，水是生产生活中不可缺少的重要组成局部，在节水节能己成为时代特征的现实条件下，我们这个水资源和电能短缺的国家，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的技术一直比拟落后，自动化程度低。主要表现在用水顶峰期，水的供应量常常低于需求量，出现水压降低、供不应求的现象，而在用水低峰期，水的供应量常常高于需求量，出现水压升高、供过于求的情况，此时将会造成能量的浪费，同时有可能使水管爆破和用水设备损坏。在恒压供
13、水技术出现以前，出现过许多供水方式，以下将逐一分析1。1.单台泵的直接供水系统在这种供水方式中，水泵从蓄水池中抽水加压后直接送往用户，有的甚至连蓄水池也没有，直接从城市公用水网中抽水，严重影响城市公用水网压力的稳定。这种供水方式，水泵整日不停运转，有的可能在夜间用水低谷时段停止运行。这种系统形式简单、造价最低，但耗电、耗水严重，水压不稳，供水质量极差。2.恒速泵加水塔的供水方式这种方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。水塔的合理高度是使水塔最低水位略高于系统所需压力。水塔注满后水泵停止，水塔水位低于某一位置时再启动水泵。水泵处于断续工作状态中。这种供水方式的水泵工作在额定流量、额定扬程的
14、条件下，水泵效率处于高效区。这种方式显然比前一种节电，其节电率与水塔容量、水泵额定流量、用水不均匀系数、水泵的开停时间比、开停频率等有关，供水压力比拟稳定。但这种供水方式基建设备投资最大，占地面积也最大，水压不可调，不能兼顾近期与远期的需要。而且系统水压不能随系统所需流量和系统所需要压力下降而下降，故还存在一些能量损失和二次污染问题。而且在使用过程中，如果该系统水塔的水位监控装置损坏，泵不能进行自动地开、停，这样泵的开、停将完全由人工操作，这样将会出现能量的严重浪费和供水质量的严重下降。3.恒速泵加高水位箱的供水方式这种供水方式的原理与恒速泵加水塔的供水方式原理是相同的，差异只是水箱设在建筑物
15、的顶层，占地面积与设备投资都有所减少。对于高层建筑，还可分层设水箱。但这种供水方式对建筑物的造价与设计都有影响，同时水箱受建筑物的限制，容积不能过大，所以供水范围较小。水箱的水位监控装置也容易损坏，这样系统的开停将全靠人来操作，使系统的供水质量下降和能耗急剧增加。4.恒速泵加气压罐的供水方式这种方式是利用封闭的气压罐代替高位水箱蓄水，通过监测罐内压力来控制泵的开停。罐的占地面积与水塔水箱供水方式相比拟小，而且可以放在地上，设备的本钱比水塔要低得多。由于气压罐是密封的，所以大大减少了水质因异物进入而被污染的可能性。因此很受欢送，应用十分广泛。但气压罐供水方式也存在着许多缺点，这在介绍完变频调速供水方式后，再将二者作一比拟。5.变频调速供水方式这种系统的原理是通过设在系统中的压力传感器将系统压力信号与设定值作比拟，再通过控制器调节变频器的输出，无级调节水泵转速。使系统水压无论流量如何变化始终稳定在一定的范围内。变频调速供水的水泵调速控制方式有三种即水泵出口恒压控制、水泵出口变压控制、给水系统最不利点的恒压控制。 水泵出口恒压控制水泵
