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1、河南工业职业技术学院毕业设计班级: 姓名: 系别 : 机电工程系 设计题目 :家用自动供水及水位自动控制 辅导老师 : 目 录摘要前言第一章 绪论一、可编程控制器的定义二、PLC的特点 三、PLC的产生计发展 四、PLC与继电器的区别第二章、水泵及变频及液位控制器器一、水泵的控制及节能分析二、变频器的调节原理三 液位控制器四 供水保护电路 第三章、变频器恒压供水系统一、系统介绍二、工作原理 .三、PLC控制统四、注意事项五、结论致谢参考文献 摘 要随着社会的飞速发展和城市建设规模的扩大，人口的增多以及人们生活水平的提高，对城市供水的质量、数量、稳定性等问题提出了越来越高的要求，我国中小城市供水
2、的自动化配置相对落后，机组的控制主要依靠值班人员的手操作，控制过程烦琐，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。为了保证供水，机组常保持在超压的状态下运行，爆损象也挺严重。本论文结合现状，设计了一套基于PLC的变频调速恒压供水系统。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，起动，调速。其中两台大机（220kW）和两台小机（160kW）采用循环使用的方式运行。通过工控机和PLC连接，简单的设计了用于工控机的集数据采集和通讯，设备的状态控制和数据管理的监控程序，实现监测控制。在变频调
3、速恒压供水系统中，单台水泵工况的调节是通过变频器来改变电源的频率f来改变电机的转速n,从而改变水泵的性能曲线来实现的。分析水泵的能耗比较图，可以看出利用变频器实现调速恒压供水，当转速降低时，流量与转速成正比，功率以转速的三次方下降，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，能够明显节能。该系统能够对供水系统进行自动控制，有效的降低能耗，保持系统维持在最佳运行状态，提高生产管理水平。前言我这次毕业设计课题是基于PLC变频恒压供水系统, 系统采用变频调速方式自动调节水泵电机转速或加、减泵. 改变以往 先启后停方式,自动完成泵组软启动及无冲击切换,使水压平稳过渡. 变频器故障时系
4、统让可运行, 保证不断供水. 系统断电恢复后可自动启动. 采用硬件/软件备用及,使各泵进行轮休, 延长了设备的机械使用寿命.前 言我这次毕业设计课题是基于PLC变频恒压供水系统, 系统采用变频调速方式自动调节水泵电机转速或加、减泵. 改变以往 先启后停方式,自动完成泵组软启动及无冲击切换,使水压平稳过渡. 变频器故障时系统让可运行, 保证不断供水. 系统断电恢复后可自动启动. 采用硬件/软件备用及,使各泵进行轮休, 延长了设备的机械使用寿命.第一章 绪论随着变压器调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高, 变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统, 广泛应用于多层住宅小区生活消防
5、供水系统, 然而, 由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备(水泵) , 在对原有供水系统进行变频改造的实践中,往往会出现一些在理论上意想不到的问题. 本文介绍的变频控制恒压供水系统是在对一个典型的水塔供水系统的技术改造实践中,根据尽量保留原有设备的原则设计的, 该系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题,既体现了变频控制恒压供水的技术优势,同时有效的节省了资金.一 可编程控制器的定义可编程控制器是一种带有指令存储器和数字或模拟I/O接口,以位运算为主,能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能,用于控制机械或生产过程的自动控制装置二 PLC的特点1 编程简单 PLC的的基本指令不多,常用于
6、编程的梯形图与传统的继电器接触控制线路图有许多相似之处,编程的使用简便, 对程序进行增减、修改和运行监视很方便. 2 可靠性高 PLC是专门为工业控制而设计的, 在设计与制造过程中均采用了诸如屏蔽、滤波、隔离、无触点、精选元器件等多层次有效的抗干扰措施, 因此可靠性高. 3 通用性好 4 功能强 PLC具有很强的功能,能进行逻辑、定时、计数和步进等控制, 能完成A/D与D/A转换、数据处理和通信联网等功能.5 使用方便 PLC体积小, 重量轻, 便于安装.6 设计、施工和调试周期短三 PLC的产生及发展随着社会的发展, 科技的进步, 新的控制器件及其控制系统不断涌现. 1968年美国通用汽车公
7、司公开招标研制功能更强, 使用更方便, 价格便宜, 可靠性更高的新型控制器. 一年后美国数字设备公司根据GM 公司的招标要求, 研制成功世界上第一台可编程控制器, 型号为PDP-14, 并在GM公司汽车生产线上首次应用成功. 这就较好的把继电接触控制简单易懂, 使用方便、价格低等优点与计算机功能完善、 灵活性强、 通用性好的优点结合起来, 并将继电接触控制的硬连线逻辑转变为计算机的软件逻辑编程的设想逐渐变成现实. 当时人们把这第一台可编程控制器叫做逻辑控制器PLC, 只是用来取代继电接触控制, 仅有执行继电器逻辑、 定时、计数等较少功能. 20世纪70年代中期出现可微处理器和微型计算机, 人们
8、把微机技术应用到可编程序控制器中, 使得它兼有计算机的一些功能, 不但用逻辑编程取代了硬连线逻辑, 还增加了运算、数据传输与处理及对模拟量进行控制等功能,使之真正成为一种电子计算机工业控制设备1980年美国电器制造协会把这种新的控制设备正式命名为可编程序控制器简称为PLC. 自从美国研制出世界上第一台PLC以后, 日本、德国、法国等工业发达国家相继研制出各自的PLC.20世纪70年代中期在PLC中引入了微机技术、使PLC功能不断增强, 质量不断提高, 应用日益广泛. 目前PLC广泛应用于汽车制造、石油、化工、冶金、机械、电力等领域. 目前PLC发展方向主要是朝着小型化、廉价化、标准化、系列化、
9、智能化、高速化、大容量化、网络化方向发展, 这将使PLC功能更强, 可靠性更高, 使用更方便,适用面更广.四 PLC与继电器的区别首先价格上PLC比继电器要贵, 第二PLC 在可靠性方面不如继电器比如继电器保护方面, PLC内部继电器是虚拟的, 传统继电器是实在的东西, 抗干扰能力传统的继电器不如PLC, 第三 PLC的作用实际上应该是可以代替复杂的继电器逻辑回路的控制功能,继电器不仅用于电气逻辑回路,更多的是用作中间继电器 即信号隔离,另外PLC的负载能力比继电器要强.第二章 水泵及变频器一水泵控制节能分析目前, 广泛应用的变频调速恒压供水方式较恒速供水节能效果明显, 但恒压变频大于变频调速
10、供水的节能尚有潜力可挖, 首先其供水压力是按满足最不利供水点的压力要求来设定的, 而实际的供水系统因远离最不利点而导致压头损失很大; 其次, 恒压供水不能保证水泵始终在高效区运行. 1变频调速原理变频调速供水的原理如图所示. 由图可见, 当流量从Q0减为Q1时, 如采用恒速泵则扬长升至HB, 此时BB段的扬程是多余的; 如采用恒压变频,恒压变频调速则其转速将由原来的n0下降为n1以维持恒压HA(对应的扬程为B点),此时BB段的扬程是多余的,但B大于BB,显见恒压调速比恒速供水节能.为了进一步节能可根据需水量的变化来设定供水压力,即当流量由Q0降至为Q1时,若供水压力设定为HB则管道工作特性曲线
11、恰好相交于B(其转速为n2), 此时水泵的扬程完全被利用,节能效果最好. 由上述分析可知,通过智能压力设定以使压力随所需供水流量变化就可获得很好的节能效果二 变频器的调接原理恒压供水的控制原理SAMI STAR变频器具有REMOTE和LOCAL两种操作方式。LOCAL操作方式下，通过LOCAL START/STOP开关启停变频器，通过f REF LOCAL INPUT0 输入端口的电位开关人工调节变频器工作频率；通过LOCAL/REMOTE输入点可以将变频器切换到REMOTE操作方式下，在REMOTE方式下，通过REMOTESTART/STOP输入点进行PLC远程启停变频器，通过f REF R
12、EMOTE INPUT0端口输入频率控制信号（百分比）控制变频器工作频率。根据供水量情况，我们把变频器的工作频率上限设定为水泵基频，即频率变化范围控制在050Hz，在此范围内水泵运行频率和定子相压成正比（及与变频器输入频率成正比），这使得变频器输入、水泵运行频率和泵的输出压力成较好的线形关系，可得到较好的控制效果。SAMI STAR变频器对用户开放的I/0接口位于TERMINAL BLOCK CARD上，主要使用的有：X11-1（REMOTE START/STOP）；X11-4（LOCAL/REMOTE）；X11-13/14（f REF REMOTE INPUT0 、420mA信号 输入）；X
13、11-15/16（输出420mA变频器运行频率信号）；X11-17/18（输出420mA变频泵运行电流信号）。变频器由PLC远程控制时，启动是由PLC向X11-4输出信号，使变频器切换到外部设备控制方式（REMOTE方式），再向X11-1输出信号，启动变频器。在恒压调节时，PLC处理器把检测到的压力信号作为反馈值，与PID运算的压力设定值（由调度人员根据情况在REView上设定）进行比较，再经过PID运算得到调节后的修正值，通过模拟量输出模板（1771-OFE）输出到X11-13/14，作为REMOTE方式下变频器的频率控制信号，由于该信号是相对变频器工作频率上限的百分比，所以变频器将输入信号
14、进行内部运算后转为真实工作频率。为了使三期变频恒压供水自动控制系统与全厂自动控制网络有机地结合起来，全面实现对恒压供水系统的运行情况和设备运行进行监视和远程控制，更加安全可靠地实现恒压供水，我们使用PLC进行PID运算和监控。PLC的PID运算调节通过该型处理器专用PID指令完成，通过设置各参数即可由PLC完成PID运算调节。PID程序段流程如图4。PID指令必须以相同的时间间隔周期性地执行，可采用计时器，定时中断或实时采样的等方法，此处选用了定时方法；PV是PID指令采样的压力控制反馈值，SP是PID指令的压力控制设定值，KP为PID的比例增益，KI为PID的积分增益，KD为PID的微分增益，
