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1、变频恒压供水系统的毕业设计 摘要 本论文根据中国城市小区的供水要求，设计了一套基于PLC的变频调速恒压供水系统,并利用组态软件开发良好的运行管理界面。变频恒压供水系统由可编程控制器、变频器、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，它们组成变频循环运行方式。采用变频器实现对三相水泵电机的软启动和变频调速，运行切换采用“先启先停”的原则。压力传感器检测当前水压信号，送入PLC与设定值比较后进行PID运算，从而控制变频器的输出电压和频率，进而改变水泵电机的转速来改变供水量，最终保持管网压力稳定在设定值附近。通过工控机与PLC的连接，采用组态软件完成系统监控，实现了运行状态动态显
2、示及数据、报警的查询。 关键词：变频调速，恒压供水，可编程控制器，组态软件 ABSTRACT According to the requirement of Chinas urban water supply, 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 and Data A
3、cquisition.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,and they form the circulating run mode of frequency conversion. With general frequency converter realize for three phase pump generator sof
4、t start with frequency control,operation switch adopts 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
5、rotational speed that changes pump generator come to change water supply quantity,eventually,it is nearby to maintain pipe net pressure to stabilize when set value. Through work control machine the connection with PLC,with group form software consummately systematic monitoring,have realized operatio
6、n state development to show and data,report to the police inquiry. Keywords: variable frequency speed-regulating, constant-pressure water supply, Programmable logic Controller, supervision control and data acquisition 目录 摘要 . I ABSTRACT . I I 第1章绪论 (1) 1.1 课题的提出 (1) 1.2 PLC概述 (1) 1.2.1 可编程控制器的定义 (1)
7、 1.2.2 西门子S7-200PLC简介 (2) 1.3 本课题的主要研究内容 (3) 第2章系统的理论分析及控制方案确定 (4) 2.1 变频恒压供水系统的理论分析 (4) 2.1.1 电动机的调速原理 (4) 2.1.2 变频恒压供水系统的节能原理 (4) 2.2 变频恒压供水系统控制方案的确定 (7) 2.2.1 变频恒压供水系统的组成及原理图 (7) 2.2.2 变频恒压供水系统控制流程 (11) 2.2.3 水泵切换条件分析 (12) 第3章系统的硬件设计 (14) 3.1 系统主要设备的选型 (14) 3.1.1 PLC及其扩展模块的选型 (15) 3.2 系统主电路分析及其设计
8、 (16) 3.3 系统控制电路分析及其设计 (18) 3.4 PLC的I/O端口分配及外围接线图 (20) 第4章系统的软件设计 (24) 4.1 系统软件设计分析 (24) 4.2 PLC程序设计 (25) 4.2.1控制系统主程序设计 (25) 4.2.2 控制系统子程序设计 (29) 4.3 PID控制器参数整定 (32) 4.3.1 PID控制及其控制算法 (32) 4.3.2 PID参数整定 (35) 第5章监控系统的设计 (36) 5.1 组态软件简介 (36) 5.2 监控系统的设计 (36) 5.2.1 组态王的通信参数设置 (36) 5.2.2 新建工程与组态变量 (38)
9、 5.2.3 组态画面 (39) 5.2.4 监控系统界面 (41) 结论 (42) 参考文献 (43) 致谢 (44) 附录主程序梯形图 (45) 第1章绪论 1.1 课题的提出 水和电是人类生活、生产中不可缺少的重要物质。城市中各类小区建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活，也直接体现了小区物业管理水平的高低。 传统的小区供水方式有：恒速泵加压供水、气压罐供水、水塔高位水箱供水、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等。传统的供水方式普遍不
10、同程度的存在浪费水力、电力资源；效率低；可靠性差；自动化程度不高等缺点，严重影响了居民的用水和工业系统中的用水。变频调速水泵节能效果尤为突出，其优越性表现在：一是节能显著；二是在开、停机时能减小电流对电网的冲击以及供水水压对管网系统的冲击；三是能减小水泵、电机自身的机械冲击损耗2。 基于PLC和变频技术的恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。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，同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。 1.2 PLC概述 1.2.1 可编程
11、控制器的定义 可编程控制器，简称PLC(Programmable logic Controller)，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。它采用可以编制程序的存储器，用 来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。” 1.2.2 西门子S7-200PLC简介 西门子公司具有品种非常丰富的PLC产品。S7系列是传统意义的PLC，S7-200属于小型PLC，在1998年升级为第二代产品，2022年升级为第三代产
12、品，其特点如下6： (1) 功能强大。S7-200有5种CPU模块，最多可扩展7个扩展模块，扩展到248点数字量I/O或38路模拟量I/O，最多有30多KB的程序存储空间和数据存储空间； (2) 先进的程序结构，功能强大、使用方便的编程软件； (3) 灵活方便的寻址方法； (4) 强大的通信功能和品种丰富的配套人机界面； (5) 有竞争力的价格； (6) 完善的网上技术支持等。 1.3 本课题的主要研究内容 本设计是以小区供水系统为控制对象，采用PLC和变频技术相结合技术，设计一套城市小区恒压供水系统，并引用计算机对供水系统进行远程监控和管理保证整个系统运行可靠，安全节能，获得最佳的运行工况。
13、 PLC控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器和现场的水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，本设计中有3个贮水池，3台水泵，采用部分流量调节方法，即3台水泵中只有1台水泵在变频器控制下作变速运行，其余水泵做恒速运行。PLC根据管网压力自 动控制各个水泵之间切换，并根据压力检测值和给定值之间偏差进行PID 运算，输出给变频器控制其输出频率，调节流量，使供水管网压力恒定。各水泵切换遵循先起先停、先停先起原则。 根据以上控制要求，进行系统总体控制方案设计。硬件设备选型、PLC 选型，估算所需I/O点数，进行I/O模块选型，绘制系统硬件连接图：包括系统硬件配置图、I/O连接图，分配I/O点数，列出I/O分配表，熟练使用相关软件，设计梯形图控制程序，对程序进行调试和修改并设计监控系统。