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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：PLC 控制的变频调速恒压供水 系统 学生姓名：王小艳学 号：200440509126专 业：电气工程及其自动化班 级：电气2004-1班指导教师：李子剑 讲师40内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）PLC控制的变频调速恒压供水系统摘要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、远传压力表等构成。共三台电机，其中由一台变频器拖动2台大功率电动机的起动、运行与调速，1台小容量电机备用。控制系统中采用德国
2、SIMENS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SFB41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电压和频率，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。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）PLC control of the Frequency Control Water Supply SystemAbstractBecause the flaw of the tradition water supply system,
3、 I designed a PLC control of the Frequency Control Water Supply System.Constant pressure water-supply means that the water supply networks in the event of changeable water consumption, but the exports still remain the same pressure. The component of this system includes the PLC, Drives, pump motor g
4、roup, and the pressure sensor. This design uses one transducer drivers 2 Motors starting, running and speed control. Another small capacity motor is used to be reserved. The control system used S7-300 programmable controller which be made in Germany SIMENS corporation. Through the PID controllers, p
5、ressure will be given the fixed value and processing error of the measurement by SFB41. Using the controllers to control the voltage and frequency of the frequency converter in real-time and then change the pump motor Speed to change the pump outlet flow, the pressure on the pipe network to achieve
6、automatic adjustment so that the pressure pipeline network settings stability in the vicinity.Key words: PLC; constant pressure water-supply ; variable frequency speed-regulating目录摘要IAbstractII第一章 引言11.1 课题提出的背景11.2 课题研究的目的和意义11.3 国内外在该方向的研究现状及分析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 主要研
7、究内容4第二章 变频调速恒压供水系统简述52.1 供水系统概述52.2 供水系统的主要特性52.2.1 供水系统的主要参数52.2.2 供水系统的特性与工作点62.3 变频调速的原理及节能原理72.3.1 变频调速的原理72.3.2 变频调速运行的节能原理82.3.3 转速控制法节能的3个方面92.4 恒压供水的特点92.5 本章小结10第三章 恒压供水系统部件选择113.1 系统概述113.2 S7-300系列PLC简介113.2.1 S7-300的概况113.2.2 S7-300的组成部件133.2.3 S7-300的系统结构143.2.4 CPU模块的元件153.2.5 S7-300 的
8、输入/输出模块163.2.6 S7-300 的编程语言183.3 变频器的介绍193.3.1 变频器的基本结构193.3.2 变频器的工作原理223.3.3 选择变频器规格243.4 变频器与PLC的连接253.4.1 开关指令信号的输入253.4.2 数字信号的输入253.5 传感器263.6 本章小结28第四章 恒压供水电控系统设计304.1 变频恒压供水系统的构成及工作原理304.1.1 变频恒压供水系统控制方案的设计与选择304.1.2 恒压供水系统构成314.2 系统设计324.2.1 系统主电路的设计324.2.2 PLC控制电路设计344.2.3 控制系统主程序设计354.3 P
9、ID控制在变频调速恒压供水系统中的应用374.3.1 PID控制器374.3.2 PID控制器的应用384.4 本章小结38第五章 总结395.1 全文总结395.2 研究展望39参考文献40附录A PLC程序梯形图41附录B 电气接线图52附录C PLC端子接线图53致谢54内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 引言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，
10、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，出现水压降低水供不应求的现象。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
11、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随着我国工业建设的迅速发展和人们生活水平的不断提高,城市供水的矛盾也越来越突出。传统的解决办法是采用高位
12、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有很多缺点。变频调速供水系统的原理是通过安装在系统中的压力传感器将采集到的系统压力信号与压力设定值作比较，通过控制器调节变频器的输出，实时自动地调节水泵电机的转速和多台水泵电机的投入及退出，使管网主干出口端压力保持为恒定的压力设定值，有效地防止水路管网管路爆裂的现象。相比传统的恒速泵供水系统、水塔高位水箱供水系统和气压罐供水系统，变频恒压供水系统不仅具有供水质量高、灵活性强、电机起制动平稳、无水锤效应、占地面积小、设备投资少、噪音低等优点，而且提高了供水系统的稳定性和可靠性，节水、节能效果显著，具有
13、很好的社会效益和经济效益1。1.3 国内外在该方向的研究现状及分析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，对压力进行闭环控制。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，像日本
14、Samc。公司，就推出了恒压供水基板，备有“变频泵固定方式”，“变频泵循环方式”两种模式。它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多7台电机(泵)的供水系统。此类设备简化了电路结构，降低了设备成本，但其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性能不高，与其它的监控系统和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，在实际的应用中受到限制。2 目前国内有很多公司在做变频恒压供水的工程，多数采用国外的变频器控制水泵的转速，水管管网压力
15、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(PLC)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。但在系统的动态性能、稳定性能、抗扰性能等多方面的综合技术指标方面，还未能达到所有用户的要求。艾默生电气公司和成都希望集团(森兰变频器)也推出了恒压供水专用变频器，无需外接PLC和PID调节器，可完成最多4台水泵的循环切换、定时起、停和定时循环。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现，但其输出接口限制了带负载容量，同时操作不方便且不具有数据通信功能，因此只适用于小容量，控制要求不高的供水场所。 可以看出，目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术的大功率变频恒压供水系统的水压闭环控制及监控研究的不够。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。1.3.2 可编程序控制器技术国内外发展现状 世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。
