PLC_控制的变频调速恒压供水毕业论文.docx

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1、P1C控制的变频调速恒压供水系统摘要由于传统供水方式的缺陷，本文设计了一套P1C控制的变频调速恒压供水系统。恒压供水是指在供水网系中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。系统由可编程控制器、变频器、水泵电机组、远传压力表等构成。共三台电机，其中由一台变频器拖动2台大功率电动机的起动、运行与调速，1台小容量电机备用。控制系统中采用德国SIMENS公司的S7-300可编程控制器来控制水泵电机的投入台数及运行方式；同时利用其中的数字PID控制器，由SFB41将压力给定值与测量值的偏差进行处理,实时控制变频器的输出电压和频率,进而改变水泵电动机的转速来改变水泵出水口流量,实现管网压力的自动调节

2、，使管网压力稳定在设定值附近。关键词：P1C；变频调速；恒压供水目录摘要错误!未定义书签。第一章引言错误!未定义书签。课题提出的背景错误!未定义书签。课题研究的目的和意义错误!未定义书签。国内外在该方向的研究现状及分析错误!未定义书签。变频恒压供水系统的国内外研究现状错误!未定义书签。可编程序控制器技术国内外开展现状错误!未定义书签。主要研究内容错误!未定义书签。第二章变频调速恒压供水系统简述错误!未定义书签。供水系统概述错误!未定义书签。供水系统的主要特性错误!未定义书签。供水系统的主要参数错误!未定义书签。供水系统的特性与工作点错误!未定义书签。变频调速的原理及节能原理错误!未定义书签。变

3、频调速的原理错误!未定义书签。变频调速运行的节能原理错误!未定义书签。转速控制法节能的3个方面错误!未定义书签。恒压供水的特点错误!未定义书签。本章小结错误!未定义书签。第三章恒压供水系统部件选择错误!未定义书签。系统概述错误!未定义书签。S7-300系列P1C简介错误!未定义书签。S7-300的概况错误!未定义书签。3.2.2 S7-300的组成部件错误!未定义书签。3.2.3 S7-300的系统结构错误!未定义书签。3.2.4 CPU模块的元件错误!未定义书签。3.2.5 S7-300的输入/输出模块错误!未定义书签。3.2.6 S7-300的编程语言错误!未定义书签。变频器的介绍错误!未

4、定义书签。变频器的根本结构错误!未定义书签。变频器的工作原理错误!未定义书签。选择变频器规格错误!未定义书签。变频器与P1C的连接错误!未定义书签。开关指令信号的输入错误!未定义书签。数字信号的输入错误!未定义书签。传感器错误!未定义书签。本章小结错误!未定义书签。第四章恒压供水电控系统设计错误!未定义书签。变频恒压供水系统的构成及工作原理错误!未定义书签。变频恒压供水系统控制方案的设计与选择错误!未定义书签。恒压供水系统构成错误!未定义书签。系统设计错误!未定义书签。系统主电路的设计错误!未定义书签。4.2.2 P1C控制电路设计错误!未定义书签。控制系统主程序设计错误!未定义书签。4.3P

5、ID控制在变频调速恒压供水系统中的应用错误!未定义书签。4.3.1 PID控制器错误!未定义书签。4.3.2 PID控制器的应用错误!未定义书签。本章小结错误!未定义书签。第五章总结错误!未定义书签。全文总结错误!未定义书签。研究展望错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。附录AP1C程序梯形图错误!未定义书签。附录B电气接线图错误!未定义书签。附录CP1C端子接线图错误!未定义书签。第一章引言1.1 课题提出的背景随着社会经济的飞速开展，城市建设规模的不断扩大，人口的增多以及人们生活水平的不断提高，对城市供水的数量、质量、稳定性提出了越来越高的要求。而我们国家是个水资源和电能短缺的国家，

6、长期以来在市政供水、小区供水，尤其县城、乡镇供水等方面技术一直比拟落后，自动化程度低。而其中的老水厂自动控制系统配置相对落后,机组的控制主要依赖值班人员的手工操作。控制过程繁琐，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响。在用水顶峰期，水的供应量常常低于需求量,出现水压降低水供不应求的现象。传统的解决方法是采用高位水箱、水塔和各种气压罐进行蓄水加压，依赖挡板和阀门的阻力调节水流量。这种靠水的势能或气压供水方式具有占地面积大、投资高、水泵电机启动频繁、耗电多、管网水压不稳、爆管现象频繁、漏失严重等缺点；不仅生活用水容易受到二次污染，而且水泵电机的频繁开启使设备故障率高，检修、维

7、护也存在困难，而且像水塔这样传统的供水系统，在维护和升级系统方面，是非常昂贵的。因此，如何利用有效的水源和电能保证各行各业正常供水，己是迫在眉睫。同时随着现代电力电子技术、交流变频调速技术、信息技术、计算机技术和智能控制技术的迅速开展并日趋完善，变频调速技术在供水领域得以运用，实现了水泵电机无级调速，能够极大地改善给水管网的供水环境。所有这些现代自动化控制技术的开展与应用，无疑为现代化高性能的生活供水提供了可能。利用P1C控制技术和变频调速技术开发的全自动恒供水系统,管道内水压恒定,既可以满足供水要求,防止出现供水事故,还可节约电能。1.2 课题研究的目的和意义随着我国工业建设的迅速开展和人们

8、生活水平的不断提高,城市供水的矛盾也越来越突出。传统的解决方法是采用高位水箱、水塔和各种气压罐进行蓄水加压，依赖挡板和阀门的阻力调节水流量。这种靠水的势能或气压供水方式有很多缺点。变频调速供水系统的原理是通过安装在系统中的压力传感器将采集到的系统压力信号与压力设定值作比拟，通过控制器调节变频器的输出，实时自动地调节水泵电机的转速和多台水泵电机的投入及退出，使管网主干出口端压力保持为恒定的压力设定值，有效地防止水路管网管路爆裂的现象。相比传统的恒速泵供水系统、水塔高位水箱供水系统和气压罐供水系统，变频恒压供水系统不仅具有供水质量高、灵活性强、电机起制动平稳、无水锤效应、占地面积小、设备投资少、噪

9、音低等优点，而且提高了供水系统的稳定性和可靠性，节水、节能效果显著，具有很好的社会效益和经济效益。1.2.1 变频恒压供水系统的国内外研究现状变频恒压供水是在变频调速技术的开展之后逐渐开展起来的。早期，变频器的功能主要是应用在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、及各种保护功能上。用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足需求不同时的供水量，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力变送器，对压力进行闭环控制。随着变频技术的开展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出

10、具有恒压供水功能的变频器，像日本Samc。公司，就推出了恒压供水基板，备有“变频泵固定方式，“变频泵循环方式两种模式。它将PID调节器和P1C可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上,通过设置指令代码实现P1C和P1D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7台电机（泵）的供水系统。此类设备简化了电路结构，降低了设备本钱，但其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能不高，与其它的监控系统和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，在实际的应用中受到限制。目前国内有很多公司在做变频恒压供水的工程，多数采用国外的变频器控制

11、水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器（P1C）及相应的软件予以实现，有的采用单片机及相应的软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗扰性能等多方面的综合技术指标方面，还未能到达所有用户的要求。艾默生电气公司和成都希望集团（森兰变频器）也推出了恒压供水专用变频器，无需外接P1C和P1D调节器，可完成最多4台水泵的循环切换、定时起、停和定时循环。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容量，同时操作不方便且不具有数据通信功能，因此只适用于小容量，控制要求不高的供水场所。可以看出，目前在国内外变频调速恒压供水控

12、制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术的大功率变频恒压供水系统的水压闭环控制及监控研究的不够。因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践。1.2.2 可编程序控制器技术国内外开展现状世界上公认的第一台P1C是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机开展水平，早期的P1C主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器，使P1C增加了运算、数据传送及处理等功能，变成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了便于使用，可编程控

13、制器采用梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的P1C为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化开展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。此时它的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末

14、期，可编程控制器的开展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期开展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的开展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了P1C的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控

15、制器。上海东屋电气生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比拟著名的P1C生产厂家。1.3 主要研究内容变频恒压供水系统是利用变频器、P1C等器件的有机结合，构成控制系统，调节水泵的输出流量，取代水塔、水箱、气压罐等，实现恒压供水。通过对水泵的智能变频调速控制不仅能实现节能降耗，而且有利于实现供水的自动控制，远程监测，实现生产的自动化。对供水系统进行的控制，归根结底是为了满足用户对水的压力的需求。本文介绍的恒压供水系统是采用可编程序控制器进行逻辑控制,采用变频器进行压力调节。变频器、可编程序控制器作为系统控制的核心部件,时刻跟踪管网压力与给定压力的偏差变化,经PID运算,通过可编程序控制器控制变频与工频切换,自动控制水泵投入的台数和电机转速,实现闭环自动调节恒压变量供水,在保持恒压下到达控制流量的目的。论文首先对水泵电机的调控技术进行分析和比拟，在此根底上，提出了本文的主要研究内容和研究方法。对变频调速恒压供水系统的构成和工作过程、控制系统的硬件设计进行研究，通过学习德国S1MENS公司的S7-300,的硬件及其编程语言，做出控制用的相关程序。第二章变频调速恒