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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）恒压供水系统设计摘要建设节约型社会，合理开发、节约利用和有效保护水资源是一项艰巨任务。由于传统供水方式的缺陷，本文设计了一套PLC控制的变频调速恒压供水系统。恒压供水是指在供水网系中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。系统由可编程控制器、变频器、水泵电机组、压力变送器等构成。共三台电机，其中由一台变频器拖动2台电动机的起动、运行与调速，1台电机备用。控制系统中采用德国SIEMENS公司的S7-300可编程控制器来控制水泵电机的投入台数及运行方式；同时利用其中的数字PID控制器，由FB41将压力给定值与测量值的偏差进行处理，实时控制变频器的输出频
2、率，进而改变水泵电动机的转速来改变水泵出水口流量，实现管网压力的自动调节，使管网压力稳定在设定值附近。此方法具有短路保护、过载保护功能，工作稳定可靠，大大延长了电机的使用寿命。关键词： PLC；变频调速；恒压供水内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）The Constant Pressure Water Supply System DesignAbstractBuilding the conservation-oriented society, the reasonable development, saves and the effective protecting water resou
3、rces is an arduous task. As a result of the flaw of the tradition water supply system, a set of PLC controls frequency conversion velocity modulation constant pressure water supply system is designed. Constant pressure water-supply means that the water supply networks in the event of changeable wate
4、r consumption, but the exports still remain the same pressure. The component of this system includes the PLC, tranducer, pump motor group, and the pressure sensor. This design uses one transducer drivers 2 Motors starting, running and speed control. Another motor is used to be reserved. The control
5、system used S7-300 programmable controller which be made in Germany SIMENS corporation. Through the PID controllers, pressure will be given the fixed value and processing error of the measurement by FB41. Using the controllers to control the voltage and frequency of the frequency converter in real-t
6、ime and then change the pump motor Speed to change the pump outlet flow, the pressure on the pipe network to achieve automatic adjustment so that the pressure pipeline network settings stability in the vicinity. the auxiliary pump soft start, has the short circuit protection, the overflow protection
7、 function stably, the work reliable, lengthened electrical machinerys service life greatly.Key words: PLC; constant pressure water-supply ; variable frequency speed-regulating目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 课题提出的背景11.2 课题研究的目的和意义11.3 国内外在变频恒压供水系统研究现状及分析21.3.1 变频恒压供水系统的国内外研究现状21.3.2 可编程序控制器技术国内外发展现状31.4 设计
8、主要内容4第二章 恒压供水基本原理62.1 供水系统简介62.2 恒压供水基本原理62.2.1 恒压供水原理62.2.2 系统结构框图设计62.3 恒压供水的优点82.4 本章小结9第三章 恒压供水系统部件选择103.1 变频恒压供水系统的构成103.1.1 变频恒压供水系统硬件结构103.1.2 恒压供水系统构成113.2 S7-300系列PLC简介123.2.1 S7-300的概况123.2.2 S7-300 的模拟量输入/输出模块143.2.3 S7-300 的PID模块FB41173.3 变频器的介绍173.3.1 选择变频器规格173.3.2 开关指令信号的输入183.3.3 变频器
9、与PLC的连接193.4 传感器193.5 本章小结21第四章 恒压供水系统软件设计224.1 系统设计224.1.1 系统主电路的设计224.1.2 PLC控制电路设计234.2 程序设计244.2.1 控制系统主程序设计244.2.2 水泵电机切换程序254.2.3 西门子S7300系列PLC通信程序设计274.2.4 量程转换程序设计294.3 PID设计294.3.1 PID控制294.3.2 恒压供水PID调节过程分析314.3.3 PID控制器的应用314.4 本章小结32第五章 总结335.1 全文总结335.2 研究展望33参 考 文 献35附录A PLC与变频器接线图37附录
10、B 控制系统主电路图与控制电路图38附录C PLC程序梯形图39致谢51内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 绪论1.1 课题提出的背景随着社会经济的飞速发展，城市建设规模的不断扩大，人口的增多以及人们生活水平的不断提高，对城市供水的数量、质量、稳定性提出了越来越高的要求。而我们国家是个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、小区供水，尤其县城、乡镇供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低。而其中的老水厂自动控制系统配置相对落后，机组的控制主要依赖值班人员的手工操作。控制过程繁琐，而且手动控制无法对供水管网的压力和水位变化及时做出恰当的反应。在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量
11、，出现水压降低供不应求的现象。传统的解决办法是采用高位水箱、水塔和各种气压罐进行蓄水加压，依赖挡板和阀门的阻力调节水流量。这种靠水的势能或气压供水方式具有占地面积大、投资高、水泵电机启动频繁、耗电多、管网水压不稳、爆管现象频繁、漏失严重等缺点；不仅生活用水容易受到二次污染，而且水泵电机的频繁开启使设备故障率高，检修、维护也存在困难，而且像水塔这样传统的供水系统，在维护和升级系统方面，是非常昂贵的。因此，如何利用有效的水源和电能保证各行各业正常供水，己是迫在眉睫。同时随着现代电力电子技术、交流变频调速技术、信息技术、计算机技术和智能控制技术的迅速发展并日趋完善，变频调速技术在供水领域得以运用，实
12、现了水泵电机无级调速，能够极大地改善给水管网的供水环境。所有这些现代自动化控制技术的发展与应用，无疑为现代化高性能的生活供水提供了可能。利用PLC控制技术和变频调速技术开发的全自动恒供水系统,管道内水压恒定,既可以满足供水要求,避免出现供水事故,还可节约电能。1.2 课题研究的目的和意义众所周知，水是人类生活、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
13、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、水塔高位水箱供水、气压罐供水、液力藕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、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，
14、破坏性大，目前较少采用。 2、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。 3、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，而出水压力无谓的增高，也使浪费加大，从而限制了其发展。 4、液力涡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
15、经常检修;优点是价格低廉，结构简单明了，维修方便。 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。综上所述，传统的供水方式普遍存在不同程度的浪费水力、电力资源;效率变频调速恒压供水技术其节能、安全、供水高品质等优点，在供水行业得到了广泛应用。恒压供水调速系统实现水泵电动机无级调速，依据用水量的变化（实际上为供水管网的压力变化）自动调节系统的运行参数，在用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。在实际应用中如何充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频器调速恒压供水设备，降低成本、保证产品质量等具有重要的现实意义。1.3 国内外在变频恒压供水系统研究现状及分析1.3.1 变频恒压供水系统的国内外研究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。早期，变频器的功能主要是应用在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、及各种保护功能上。用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足需求不同时的供水量，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力变送器，
