供暖气水恒压补水控制系统大学论文

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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：供暖气水恒压补水控制系统学生姓名：学 号：专 业：自动化班 级：自05-3指导教师：内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）供暖气水恒压补水控制系统摘 要工业锅炉属于高温、高压设备,其安全性必须放在首位。在锅炉运行时,必须保证补水压力保持在给定恒压点附近，以及把锅炉的热量及时的传送出去。本文对系统采用了PLC控制的变频调速控制方式。传感器实时的把管网的压力和锅炉的出入口温度传送给PLC,经过PLC内部的PID运算然后控制补水部分和循环部分的变频器，实时的控制管网的压力和锅炉的温度。设计利用PLC和变频器实现自动恒压补水的控制系统。采用PLC

2、内置的PID调节器，选用两台变频器分别控制补水部分的水泵和循环部分的水泵。补水部分用两个水泵，一备一用。循环部分用也用两个水泵，一备一用。基于PLC和变频器技术的恒压供水系统的组成和工作原理，给出了控制系统的硬件组成和软件设计方案。由于系统采用了可编程控制器与变频调速技术，因此具有很高的可靠性，抗干扰能力强，节能效果明显。关键词：PLC；变频器；恒压补水；PID；锅炉；Constant pressure for water supplied control system used for HeatingAbstractIndustrial boiler is classified to hig

3、h temperature and high pressure equipment, so its safety must be put prime consideration. When the boiler runs, water supplied pressure should be maintained in the vicinity of a given constant pressure, moreover, the thermal energy generated in the boiler should be sent away as soon as possible. Thi

4、s dissertation adopts PLC control frequency conversion to drag motors, The sensor transfers the temperature of the boiler and the pressure of the tunnel to the internal PLC in a real-time way, after PID calculation by PLC, PLC controls the frequency convertor contained in water supplied system and w

5、ater circulation system , which controls the pressure of the tunnel and the temperature of the boiler. This design utilizes PLC and frequency convertor automatic to actualize the automatic constant pressure water controlled system. The system adopts the PLC built-in PID adjustor and chooses two freq

6、uency convertor to control the pump of the water supplied part and the pump of water circulation part respectively. The water supplied part comprises two water pumps, one for utilization and the other for accident.The dissertation based on PLC and frequency convertor technology and introduced the co

7、mposition and the theory of constant pressure water supplied system, it also introduced the hardware and software design proposal.Since the system uses a programmable logic controller with VVVF technology, the system possesses high reliability, strong anti-interference ability and remarkable energy-

8、saving function.Keywords: PLC; Frequency convertor; Constant pressure water supplied system; PID; Boiler;目录摘 要IAbstractII目录III第一章 引言11.1设计背景11.2 系统的工艺流程及工作原理21.2.1系统的工艺流程21.3 本章小结3第二章 系统设计42.1系统设计中的PLC概述42.2系统设计中PID概述42.2.1 PID介绍42.2.2PID控制器的改进92.2.3经验凑试法整定PID参数102.3系统组成112.4本章小结12第三章 硬件设计133.1 PLC介

9、绍143.1.1 PLC简介143.1.2 PLC的基本结构143.1.3 PLC的特点163.1.4 PLC的功能173.2 PLC的选型193.3变频器介绍223.3.1变频器的分类233.3.2变频器的构成253.3.3变频器的控制方式283.4变频器选型303.4.1变频器内部功能参数设置313.5检测装置设备选型323.5.1温度传感器选型323.5.2压力传感器选型343.6 电源设计353.7电路设计363.6.1 主电路设计393.6.2控制电路的实现413.7 本章小结45第四章 软件设计464.1主要控制功能464.2 软件的实现464.3 程序流程图484.4本章小结48

10、结束语49参考文献50附录52致谢69I第一章 引言1.1设计背景目前，我国北方地区冬季生活供暖仍然以锅炉供暖为主，锅炉房自动控制系统配置相对落后，电机的控制主要依赖值班人员的手工操作，采用独立的电机对锅炉的循环及补水部分进行手动控制，对于循环泵和补水泵电机，不是让电机实时的根据系统的需要进行动态调节，只是对电机开关进行简单的开或关动作，控制过程繁琐，耗电耗煤，手动控制无法对锅炉供水温度和管网压力变化及时做出适当的反应。锅炉内部产生的热量是在时刻变化，这样，当锅炉内部产生热量多的时候也因为循环泵的问题不能有效地传递出去，造成了很大的资源浪费，同时，由于没有对管道内部的压力进行控制，使管道的压力

11、产生震荡，对设备在一定程度上造成了很大的损坏。针对这一系列的问题，采用PLC控制的变频调速系统对其进行改造，对循环泵、补水泵进行自动控制，稳定性得到大大的提高，节能效果显著；减少了对电器和机械的冲击，延长了其使用寿命，有效的减少了维护量。因此，采用PLC控制的变频调速系统不仅可大大节约能源，促进环保，而且可以提高生产自动化水平，具有显著的经济效益和社会效益恒压补水是指在小区供暖系统中用水量发生变化时，始终保持回水压力不变，这样既保证了供水能力，使系统管网压力稳定，又使供暖质量大大提高。用变频调速来实现恒压供水，与用调节阀门来实现恒压供水相比较，节能效果十分显著。其优点是：起动平稳,起动电流可限

12、制在额定电流以内,从而避免了起动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了,从而可延长水泵的使用寿命；可以消除起动和停机时的水锤效应；在锅炉和其它燃烧重油的场合，恒压供油可使油的燃烧更加充分，大大地减少了对环境的污染。变频技术的迅猛发展使变频调速在各个领域得到了广泛的应用。变频调速恒压供水系统具有节能、安全、高品质的供水质量等优点，为人民生产、生活带来极大的方便，也为企业带来巨大的经济效益。交流变频器的诞生和PLC及PID控制的综合运用为水泵转速的平滑性连续恒定调节提供了方便。PID控制恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据设定量与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

13、恒定以满足用水要求，是当前先进、合理的节能型供水系统。在我们日常工作实践中，采用PID调节变频调速恒压供水系统主要选用两种方式：1、利用PLC自身的PID调节指令完成变频调速恒压供水控制。2、利用变频器内置的PID功能配合PLC完成变频调速恒压供水控制。1.2 系统的工艺流程及工作原理1.2.1系统的工艺流程锅炉设备是一个复杂的控制对象，在保证锅炉运行安全性和稳定性和经济性方面，采用变频器控制电动机从而实现锅炉系统的恒压补水和循环系统的稳定性。水由锅炉加热后经过管道输送到用户，然后循环流动回到锅炉进行再加热，如此循环，此过程中循环遇到的管道压力由循环电机提供。循环水泵的作用是将锅炉中的热水抽送

14、到任意高度的热用户，并促使热水克服系统阻力不断循环运行。同时，在循环过程中，由于水的汽化，管道渗漏，或者用户的不合理使用等造成循环系统总水量发生变化，需要及时的对系统进行补水。锅炉管网压力的控制采用水泵变频恒压供水，通过安装在管网上的压力变送器，把管网压力信号变成420mA的标准信号送入PLC（可编程控制器），PLC通过PID程序运算后，输出转速信号送给变频器，由变频器控制水泵电机的转速，调节水泵的供水量，使供水管网上的压力保持在给定的压力值上。当用水量超过或少于运行泵的供水量时，通过PLC控制切换进行加泵或减泵，即根据用水量的多少由PLC控制工作泵的数量增减以及变频器对运行泵的转速调节，实现

15、恒压供水的目的。温度传感器采集到信号，作为循环系统PID的反馈信号，同时，系统内部程序给出循环泵控制部分的给定，在PLC内部进行PID运算，然后系统将结果输出到PLC模拟扩展EM235的输出端口，输出420mA电流信号，信号然后送到循环泵变频器，作为变频器模拟量控制的输入，系统启动后,当温度反馈大于温度给定时，循环泵变频调速运行，PLC 对出、回水温度差进行PID运算，如果该台水泵在最高运行频率下运行，PLC 准备发出换泵指令，该状态由PLC 定时，维持一段时间后，系统开始换泵操作。PLC 对变频器发出复位信号，断开当前水泵变频接触器，经过短暂延时后闭合当前水泵工频接触器，使该循环泵投入工频运行；然后再闭合备用水泵变频接触器，撤除复位信号，再向变频器发出运行指令，使备用泵变频调速运行；直到满足温差动态恒定。.循环泵投入工频运行后,由热继电器进行过载保护. 每台泵的变频回路接触器和工频回路接触器之间在内部软件互锁的基础上加入外部电气互锁,以防止PLC 故障或其它原因造成的工频回路接触器和变频回路接触器的同时吸合,导致工频电源与变频器输出端相接而损坏变频器。系统的工艺流程示意图如图1.1。