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1、长沙学院毕业设计长沙学院 CHANGSHA UNIVERSITY本科生毕业设计设 计 题 目: 基于PLC的变频恒压供水 控制系统设计 系部: 电子信息与电气工程 专 业: 电气工程及其自动化 学 生 姓 名: 龙 程 班 级:11电气1 学号 2011024109 指导教师姓名: 熊幸明 职称 教授 长沙学院教务处 二一三年六月制40(20 15 届)本科生毕业设计说明书基于PLC的变频恒压供水控制系统设计系部: 电子信息与电气工程 专 业: 电气工程及其自动化 学 生 姓 名: 龙 程 班 级:11电气1 学号 2011024109 指导教师姓名: 熊幸明 职称 教授 最终评定成绩 201
2、5 年 5月摘 要本论文根据居民生活用水、消防用水的要求,设计出了一套基于PLC的变频调速恒压供水系统。变频恒压供水系统由PLC、变频器组成的控制系统、电动水泵机组、压力传感器、工控机等构成。本系统包含三台水泵电机,采用变频器实现对水泵电机的软启动和变频调速,组成变频循环运行方式。压力传感器能够检测当前水压信号,送入PLC与设定值比较后,再进行PID运算,控制变频器的输出电压和频率,然后通过改变水泵电机的转速来改变供水量,最终达到保持管网压力稳定在设定值附近的目的。通过工控机与PLC的连接,实现了运行状态动态的显示及数据、报警查询。该系统具有高度的可靠性和实效性,提高了供水的质量,节省了人力,
3、具有可观的经济效益和社会效益。关键词:变频调速,PLC,恒压供水,节能ABSTRACTAccording to the requirement of residents living water and Fire water, this paper designs a set of water supply system of frequecey control of constant voltage based on PLC, and have developed good operation management interface using Supervision Control an
4、d Data Acquisition.The system is made up of PLC, transducer,units of pumps,pressure sensor and control machine and so on. This system is formed by three pump generators. With general frequency converter realize for three phase pump generator soft start with frequency control,operation switch adopts
5、the principle of”start first stop first”. The detection signal of pressure sensor of hydraulic pressure,via PLC with set value by carry out PID comparison operation,so,control frequency and the export voltage of frequency converter,and then the rotational speed that changes pump generator come to ch
6、ange water supply quantity,eventually,it is nearby to maintain pipe net pressure to stabilize when set value. The system has high reliability and high effectiveness, improve water quality, save manpower, with considerable economic and social benefits.Keywords: Variable frequency speed-regulating, PL
7、C, Constant-pressure water supply , Energy saving 目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论- 1 -1.1课题的背景及目的- 1 -1.2 变频恒压供水系统的国内外的发展状况- 1 -1.3 PLC概述- 2 -第2章 系统的理论分析及控制方案确定- 4 -2.1 课题任务理论分析- 4 -2.1.1 课题介绍- 4 -2.1.2 变频恒压供水系统节能原理- 4 -2.2 变频恒压供水系统控制方案的确定- 5 -2.2.1控制方案的比较和确定- 5 -2.3 恒压供水系统的基本结构- 6 -2.3.1 变频恒压供水系统的组成及原理图- 9
8、 -2.3.2 变频恒压供水系统控制流程- 11 -2.3.3 水泵切换条件分析- 11 -第3章 系统的硬件设计- 13 -3.1 系统主要设备的选型- 13 -3.1.1 水泵机组的选型- 13 -3.1.2 PLC的选型- 14 -3.1.3 其它元件的选型- 15 -3.2主电路图- 16 -3.3 控制电路- 17 -3.3.1 PLC输入输出端子分配表- 18 -3.3.2 PLC的接线图- 20 -3.4 变频器- 21 -3.4.1 变频器的构成- 21 -3.4.2 变频器的特点- 23 -第4章 系统的软件设计- 24 -4.1 PLC控制及运行- 24 -4.1.1 手动
9、控制部分- 25 -4.1.2 自动控制部分- 25 -4.2 PLC编程及介绍- 26 -4.2.1 自动运行- 26 -4.2.2 手动部分- 27 -第5章 系统的模拟运行结果及分析- 29 -5.1 程序调试- 29 -5.1.1 自动部分调试- 29 -5.1.2 手动部分调试- 29 -结 论- 30 -参考文献- 31 -附 录- 32 -致 谢- 37 -IV第1章 绪论1.1课题的背景及目的目前,居民生活用水和工业用水日益增多。由于居民日常用水和工业用水会随季节、昼夜等变化而随之发生变化,如采取传统的供水方式不仅影响生活也不利于资源的优化配置。传统的供水系统已经不能满足人们的
10、需求,为了能更合理的分配资源,使能最大限的为人们所用,可采用变频恒压供水方式来代替传统的供水系统,以达到供水稳定,满足人们需求,合理优化分配等目的。本文介绍的是关于变频恒压供水系统的设计,因为变频恒压供水系统有高效节能,恒压供水,安全卫生,自动运行,管理简便等优点,非常适合现在的国民需求。变频恒压供水系统根据用水量的变化,自动调节运行参数,在水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求是当今先进、合理的节能型供水系统。变频调速是现在优于以往任何一种调速方式(如调压调速、变极调速、串级调速等)的技术,是当今国际上一项效益最高、性能最佳、应用广泛、最有发展前途的电机调速技术。它采用了微机控制技术,电力
11、电子技术和电机传动调速技术实现了工业交流电动机的无极调速,具有高效率、宽范围和高精度等特点。以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有可靠性高,抗干扰能力强,组合灵活,变成简单,维修方便和低成本低能耗等诸多特点。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性,方便实现供水系统的集中管理和监控;同时系统具有良好的节能性,这在能量日益紧缺的今天尤为重要,所以研究设计系统,对于调高企业效率以及人民生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。1.2 变频恒压供水系统的国内外的发展状况变频恒压供水是在变频调速技术发展之后逐渐发展起来的,在早期,由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、 升降速控
12、制、正反转控制、起制动控制、变压变频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中,变频器仅作为执行机构,为了满足供水量大小需求的不同时,保证管网压力恒定,需在变频器外部压力控制器和压力传感器,对压力进行闭环控制。从查阅的资料的情况来看,国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式,几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况,因而投资成本高。即1968年,丹麦的丹弗斯公司发明并首家生产变频器后,随着变频器技术的发展和变频恒压系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优先以及显著地节能效果被大家发现认可后,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,
13、像瑞士的ABB集团推出了HVAC变频技术,法国的施耐德公司推出了恒压供水基板,备有PID调节器和PLC可编程控制器等硬件继承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,可构成最多七台电机的供水系统。但是也有其缺点,就是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不高,与别的监控系统和组态软件难以实现数据的通信,并且限制了带负载的容量,因此适用范围受到限制1。目前国内有不少公司都在做变频恒压供水的工程,大多采用国外的变频器控制水泵的转速,水管的管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制,有的采用单片机及相应的软件予以实现;有的采用PLC及相应软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗干扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说,还远远没能达到所有用户的要求。原深圳华为电气公司(现已改名艾默生)和成都希望集团(森兰牌变频器)也推出了恒压供水专用变频器(5.5Kw-22kW),无需外接PLC盒PID调节器,可完成最多四台水泵的循环切换、定时起动、停止和定时循环(丹麦丹弗斯公司的VLT系列变频器可实现七台水泵机组的切换)。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