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1、x毕 业 设 计 论 文PLC控制的恒压供水系统The Constant Pressure Water Supply Based On PLC Control学生姓名：指导教师： 信息工程学院本科毕业设计本 院 自动化 系 黄道义所提论文PLC控制的恒压供水系统The Constant Pressure Water Supply Based On PLC Control符合本科毕业设计论文要求、业经本委员会评审认可。答辩组成员：指导教师：院答辩委员会主任：教授PLC控制的恒压供水系统 摘 要本文主要针对当前供水系统中存在的自动化程度不高、能耗严重、可靠性低的缺点加以研究，开发出一种新型的并在这
2、三个方面都有所提高的PLC控制的恒压供水系统。全文共分为五章。第一章阐明了恒压供水系统的应用背景、选题意义及主要研究内容。第二章对本系统的总体方案进行了介绍，其中包括系统的工艺要求，系统的组成和基本工作原理以及主要元器件的选型。第三章着重写控制系统的软硬件部分的基本原理。第四章介绍了系统的开发工作，对PLC程序做了详细描述并介绍了过程控制中占据重要地位的PID调节原理及参数设置依据，方法。第五章是项目调试和小结部分，给出了调试结果。本论文综合运用了可编程控制器（PLC）、变频器、传感器等现代工业控制常用的控制部件及其相关程序设计方法。所做的研究对同类系统的研究和开发具有一定的参考价值。关键词：
3、可编程序控制器 变频器 PIDThe Constant Pressure Water Supply Based On PLC Control AbstractIn the thesis, the disadvantages and problems need to be resolved of current supporting water system are briefly analyzed, and a new system, which has great advance in automation, reliability and saving energy, is studied
4、 and described.This thesis consists of five chaptersChapter one clarifies the application background and significance of the supporting water system and main contents of research. Chapter two introduces the overall project of the new autocontrol system, including craft demand, constitution, work pri
5、nciple and the selection of the main electrical devicesChapter three emphasizes the principle of the software and hardware part in control system. Chapter four, we analyze the exploitation of control system, specifying on PLC programmer and introduces the principle, parameter installation of PID con
6、trol. The last chapter is the conclusion of the whole research and presents some debug result.The research collectively utilized some modern control devices, such as PLC, frequency conversion device, sensor, and their program control method, all of these are of some reference value to the study of r
7、elative control system. KEY WORDS： PLC Frequency conversion PID目 录中文摘要i英文摘要ii目录iii第一章 绪论1-11.1 课题的意义及应用背景1.2 本文研究的内容第二章 恒压供水原理及工艺2-12.1 任务2.2 工艺要求2.3 系统的组成和基本工作原理2.4 主要元器件选型第三章 软硬件的基本原理介绍3-13.1 PLC可编程控制器3.1.1 可编程控制器的特点3.1.2 可编程控制器的工作原理3.2 变频器的原理与特性3.2.1 变频器简介3.2.2 变频与变压(VVVF)原理3.2.3 变频调速的基本原理3.2.4 变
8、频调速的升速和启动3.2.5 变频调速的降速和制动3.2.6 变频后的电动机的机械特性3.2.7 水泵类平方律负载的机械特性3.2.8 V/F控制的概念3.2.9 矢量控制的概述3.2.10 ATV38的特性3.3 压力传感器简介第四章 系统开发4-14.1 PLC应用的开发步骤4.2 PID调节4.2.1 PID调节原理4.2.2 PID参数设置4.2.3 PID设定值的调整4.3 PLC程序4.3.1 基本步骤4.3.2 指令术语4.3.3 基本梯形图4.3.4 基本术语4.3.5 定时器的使用4.3.6 程序中使用的继电器4.3.7 程序流程4.3.8 PLC的运行和模拟调试第五章 现场
9、调试和小结5-15.1 硬件功能性测试5.1 系统总体调试5.3 小结致谢参考文献第一章 绪论1.1 课题的意义及应用背景在我国，节电节水的潜力非常大。据有关国际组织发表的资料显示:中国的单位国民经济总产值所消耗的电是美国、德国等的4倍左右，消耗的水是他们的2倍左右。我国的大量用电设备中，风机和泵类电机的耗电量占全国发电量的50%左右,若推广新型电机调速技术,可节电40%左右,即可以节约全国发电量的1/5.由于我国人均占有水、电资源相对于别国又少很多,因此,在我国一方面水电供应紧张,而另一方面,水电的浪费又十分惊人.节电节水,不仅潜力巨大,而且意义深远近十年来，变频技术的应用在我国有很大的发展
10、，并取得了良好的效果。可以说，变频技术已为大多数用户所接受。但是，不能不指出，我国在变频技术的应用方面，与发达国家的水平尚有很大差距。目前，我国在用的交流电动机使用变频调速运行的仅6%左右，而工业发达国家已达60% 70%；日本在风机、水泵上变频调速的采用率已达10%，而我国还不足0.01%；在日本，空调器的70%采用了变频调速，而我国才刚刚起步。从这个现实出发，变频技术尚有很大的发展空间，我们应该锲而不舍地做好推广应用工作。变频控制技术的进步不仅仅是异步电动机结构简单、坚固、易于维护等优点，更主要的是采用变频调速技术的异步电动机的机械特性达到了直流电动机调压调速的特性。由于计算机技术的介入，
11、使得变频器具有丰富的功能和方便好用的特点，因此人们才有可能按照实际要求，自行构成一个适用和可靠的调速系统。变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的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，是当今最先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着非常重要的意义。变频恒压供水控制系统主
12、要有：(1)带PID回路调节器和/或可编程序控制器(PLC)的控制系统在该系统中，变频器的作用是为电动机提供可变频率的电源，实现电动机的无级调速，从而使管网水压可控。传感器的任务是检测管网水压；压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值；压力设定信号和压力反馈信号输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID控制程序的计算，输给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入PID回路调节器，由后者进行运算后，输给变频器一个转速控制信号。由于变频器的转速控制信号是由可编程控制器或PID回路调节器给出的，所以对可编程控制器来讲，既要有模拟量输入接口，又要有模拟量输出接口。
13、由于带模拟量输入/输出接口的可编程控制器价格很高，这无形中就增加了供水设备的成本。若采用带有模拟量输入/数字量输出的可编程控制器，则要在可编程控制器的数字量输出口端另接一块PWM调制板，将可编程控制器输出的数字量信号转变为模拟量。这样，可编程控制器的成本没有降低，还增加了连线和附加设备，降低了整套设备的可靠性。如果采用一个开关量输入/输出的可编程控制器和一个PID回路调节器，其成本也和带模拟量输入/输出的可编程控制器差不多。所以，在变频调速恒压给水控制设备中，PID控制信号的产生和输出就成为降低给水设备成本的一个关键环节。(2)新型变频调速供水设备针对传统的变频调供水设备的不足之处，国内外不少
14、生产厂家近年来纷纷推出了一系列新产品，如华为的TD2100，施耐德公司的Altivar58泵切换卡，SANKEN的SAMCO-I系列，ABB公司的ACS600、ACS400系列，富士公司的G11S/P11S系列等。这些产品将PID调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用宏的新型变频器。由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存储容量的要求和对PID算法的编程，而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑、稳定。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不
15、失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试非常简单、方便。这类变频器的价格仅比通用变频器略高一点，但功能却强很多，所以采用带有内置PID功能的变频器生产出的恒压供水设备，降低了设备成本，提高了生产效率，节省了安装调试时间。在满足工艺要求的情况下应优先采用。(3)供水专用变频器供水专用变频器是将普通变频器和PLC控制器集成在一起，是集供水管控一体化的系统，内置供水专用PID调节器，只需加一只压力传感器，即可方便地组成供水闭环控制系统。传感器反馈的水压信号直接送入变频器自带的PID调节器输入口，而压力设定既可使用变频器的键盘设定，也可采用一只电位器以模拟量的形式送入。每日可设定多段压力运行，以适应供水压力的需要。也可设定指定日供水压力。面板可以直接显示压力反馈值(MPa)。系
