基于S7-200PLC控制的变频恒压供水控制系统设计-毕业设计论文.docx

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1、基于S7-200PLC控制的变频恒压供水控制系统设计摘要近年来，随着我国国民经济的迅速发展，能源紧缺问题日益明显，因此应用变频调速技术来提高供水质量，降低能耗,在供水领域已得到越来越广泛的重视。变频恒压供水控制系统采用先进的变频调速、PLC等技术组成一闭环控制系统，用于民用建筑、生产用水，可使水泵出口压力保持恒定。恒压供水的基本控制策略是:采用可编程控制器（PLC）与变频调速装置构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，即根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速和水泵的数量，自动补偿用水量的变化，以保证供水管网的压力保持在设定值,既可以满足生产供

2、水要求，还可节约电能,使系统处于可靠工作状态，实现恒压供水。关键字：水泵、变频器、恒压控制、PLCAbstractInrecentyears,withtherapiddevelopmentofChinasnationaleconomy,theenergyshortageproblemisbecomingincreasinglyapparent,sotheapplicationofVWFtechnologytoimprovewaterquality,reduceenergyconsumption,inthefieldofwatersupplyhasbeenmoreandmoreattention

3、.InvertercontrolconstantpressurewatersupplysystemusingadvancedFrequencyControl,PLCandothertechnicalcomponentsofaclosed-loopcontrolsystemforcivilconstruction,productionwater,canmaintainaconstantoutletpressurepumps.Constantpressurewatersupplyisthebasiccontrolstrategy:theuseofprogrammablelogiccontrolle

4、r(PLC)andconstitutesafrequencyconvertercontrolsystem,optimizedcontrolofthegovernortorunpumps,andautomaticallyadjuststhenumberofrunningpumpstocompletethewatersupplyclosed-loopcontrolofpressure,thatis,accordingtotheactualsettingsautomaticallyadjustwaterpressurepumpmotorspeedandthenumberofpumps,automat

5、iccompensationforchangesinwaterconsumptiontoensurethatthepressureofthewatersupplynetworktomaintainthesetvalue,boththewatersupplytomeettheproductionrequirements,butalsotosavepower,thesystemisinreliableworkingcondition,toachieveconstantpressurewatersupply.Keywords：waterpump;inverterconstantpressurecon

6、trol;energysavingeffects目录摘要IAbstract3目录5第一章前言71.l供水系统简介71.2目前国内的四类供水控制方式81.2.1 逻辑电子电路控制方式81.2.2 单片微机电路控制方式81.2.3 带PID回路调节器和/或可编程序控制器(PLC)的控制方式81.2.4 新型变频调速供水设备913变频调速技术发展历程及展望91.4 变频恒压供水的原理IO1.5 变频恒压供水的意义12第二章方案的确定132.1 设计内容和要求132.2 方案的选择132.2.1 调速调节流量的方法132.2.2 压力控制点设在水泵出口处132.2.3 VVVF调速的优点142.2.4

7、 选用PLC的优点152.2.5 单闭环控制系统的优点162.2.6 采用PlD调节器的优点162.2.7 水泵和变频器的选择以及切换的原则162.2.8 各种按钮以及显示172.3 方案的设计172.4 .工作原理192.5 系统优点20第三章系统论述223.1 系统的组成223.2 系统各部分的介绍223.2.1 水泵电机223.2.2 变频器233.2.3 可控制编程器(PLC)243.2.4 压力变送器253.2.5 PlD调节器253.2.6 控制信号253.2.7 保护部分263.2.8 显示部分和故障报警26第四章系统设计284.1 主电路图的设计284.2 控制电路的设计294

8、.2.1 控制电路的设计294.3 软件梯形图的设计314.4 元器件的选择364.4.1 水泵的选择364.4.2 变频器的选择374.4.3 接触器的选择404.4.4 热继电器的选择414.4.5 低压断路器的选择424.4.6 PlD调节器的选择434.4.7 压力变送器的选择434.4.8 按钮开关的选择434.4.9 其它元器件的选择444.5 布置图454.5.1 面板的布置454.5.2 控制柜的布置454. 6接线图45第五章系统分析465.1 工况分析465.2 程序调试465.2.1 自动工作方式调试475.2.2 手动工作方式调试475.2.3 故障部分调试48结束语4

9、9致谢50参考文献51附录A:使用说明书52附录B:指令语言：53附录3：元器件清单58第一章前言11供水系统简介我国的传统供水方式一般有三种：恒速泵供水，水塔及高低位水箱供水，气压罐供水。恒速泵供水在用户的用水量变化时，供水管路上水压也会随着变化，这个变化较大，效率也变化很大，无论从管路设计还是从能耗角度讲都不合理。这种供水方式只适用于供水量不大及供水量稳定的场合，而供水量大，变化频繁的场合是不适用的。为了改善上述系统，人们首先采用了水塔和高低位水箱的办法解决供水的矛盾，这种方式的优点是水泵充分工作在额定点，耗能十分合理，管路上压力恒定，供水稳定，不足之处是投资大，占地大，建造周期长，在当前

10、对供水设备的小型化，经济化，灵活化的要求下，人们想出了一种气压供水的方法。气压供水设备利用气压罐做调节容器来调节供水量，这种方式供水能使水泵工作在最大效率附近，耗能比恒速泵更合理，管路上压力变化不大，比水塔，高低位水箱投资少，制造简单，占地少，周期短。但气压罐供水不足之处也很明显,当供水量比较大时（50n?以上），占地面积也较大，消耗钢材也很多，而且由气压供水本身构造决定必然是差压供水，这就多消耗了电能，比例一般占总电能的10%30%,积累下来也造成了巨大的电能浪费。随着变频器技术的日益成熟，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。由于交流电动机变频调速系统具有高效节能，控制灵活，通用性强等诸

11、多优点，因此越来越被广泛地应用到现代生产，生活中。尤其在当前资源紧张的大环境中，对节能的要求更为紧迫。近年来，随着我国国民经济的迅速发展，能源紧缺问题日益明显，因此应用变频调速技术来提高供水质量，降低能耗，在供水领域已得到越来越广泛的重视。随着变频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（如水泵），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，

12、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。1.2 目前国内的四类供水控制方式1.2.1 逻辑电子电路控制方式这类控制电路难以实现水泵机组全部软启动、全流量变频调节。往往采用一台泵固定于变频状态，其余泵均为工频状态的方式。因此控制精度较低、水泵切换时水压波动大、调试比较麻烦、工频泵起动有冲击、抗干扰能力较弱。但成本较低。1.2.2 单片微机电路控制方式这类控制电路优于逻辑电路，但在应付不同管网、不同供水情况时调试较麻烦，追加功能时往往要对电路进行修改，不灵活也不方便。电路的可靠性和抗干扰能力都不是很高。

13、1.2.3 带PID回路调节器和/或可编程序控制器（PLC）的控制方式该方式变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化。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在输入可编程控制器后，经PlD调节器的控制，输出给变频器一个转速控制信号。由PlD回路调节器输入给变频器一个转速调节信号。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说，既要有模拟量输入接口，又要有模拟量输出接口。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。

14、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标准信号，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控制信号的输入和输出确定就成为降低给水设备成本的一个关键环节。1.2.4 新型变频调速供水设备针对传统的变频调速供水设备的不足之处，国内外不少生产厂家近年来纷纷推出了一系列新型产品，如华为的TD2100；施耐德公司的Al

15、tiVar58泵切换卡；SANKEN的SAMCe)-I系歹U;ABB公司的ACS600、ACS400系列产品；富士公司的G11S/P11S系列产品；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贮器内部，这就省去了对可编程控制器存贮容量的要求和对PlD算法的编程，而且PlD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PlD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微高一点，但功能却强很多，所以采用带有内置PlD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。1.3 变频调速技术发展历程及展望作为高性能的调速传动，直流发电机一电动机调速控制方法长期以来一直被广泛应用。但是直流电动机由于换向器和电刷维护保养很麻烦，价格也昂贵。使用异步电机实现性能好的调速一直是人们的理想。异步电机的调速方法很多，例如变极调速、有极调