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1、LOGO指指导教师导教师：变频变频恒恒压压供水系供水系统设计统设计n班班级级：n学学生：生：n学号学号：汇报的论文结构汇报的论文结构u第一部分第一部分 课题目的与意义课题目的与意义u第二部分第二部分 系统总体方案设计系统总体方案设计u第三部分第三部分 系统硬件设计分析系统硬件设计分析u第四部分第四部分 系统软件设计分析系统软件设计分析u第五部分第五部分 监控界面介绍监控界面介绍课题介绍课题介绍 根据中国城市小区的供水要求，设计了一套基于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。的变频调速恒压供水系统。 通过通过PLC控制变频器的输出频率，进而改变水控制变频器的输出
2、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。定在设定值附近。 系统由可编程控制器、变频器、水泵机组、压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。力传感器、工控机等构成。n 背景 居民生活用水和工业用水要求日益增加。且用水和工业用水会随季节、昼夜等的变化而随之发生变化，传统的供水系统已经不能满足人们的需求。 n 意义 提高企业效率、成本以及人民生活水平、降低能耗等方面具有重要的意义。 一、概述一、概述二、总体方案的设计二、总体方案的设计u1 系统方案确定系统方案确定 根据系统要求选择：用变频器+PL
3、C(包括变频控制、调节器控制)+人机界面+压力传感器。u2 系统组成系统组成u(1) 执行机构执行机构u(2) 控制机构控制机构u(3) 信号检测机构信号检测机构变频恒压供水系统控制流程图变频恒压供水系统控制流程图 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。变频恒压供水系统的结构框图变频恒压供水系统的结构框图 检测来的电信号为模拟量，需通过检测来的电信号为模拟量，需通过PLC的的A/D转换模块，转换模块，读入并与设定值进行比较，将比较后的偏差值进行读入并与设定值进行比较，将比较后的偏差值进行PID运算，运算，再将运算后的数字
4、信号通过再将运算后的数字信号通过D/A转换模块转换成模拟信号作转换模块转换成模拟信号作为变频器的输入信号，控制变频器的输出频率，从而控制电动为变频器的输入信号，控制变频器的输出频率，从而控制电动机的转速，进而控制水泵的供水流量，最终使用户供水管道上机的转速，进而控制水泵的供水流量，最终使用户供水管道上的压力恒定，实现变频恒压供水。的压力恒定，实现变频恒压供水。三、变频恒压供水系统硬件设计三、变频恒压供水系统硬件设计u系统主电路分析与设计系统主电路分析与设计 电路图如图下所示：五台电机分别为电路图如图下所示：五台电机分别为M1、M2、M3、M4、M5。接触器。接触器KM1、KM3、KM5、KM7
5、、KM9分别分别控制控制M1、M2、M3、M4、M5的工频运行；接触器的工频运行；接触器KM2、KM4、KM6、KM8、KM10分别控制分别控制M1、M2、M3、M4、M5的变频运行；的变频运行；FR1、FR2、FR3、FR4、FR5分分别为三台水泵电机过载保护用的热继电器；别为三台水泵电机过载保护用的热继电器；SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6分别为变频器和三台水泵电机主分别为变频器和三台水泵电机主电路的隔离开关；电路的隔离开关；FU1、FU2、FU3为主电路的熔断器。为主电路的熔断器。 本系统采用五泵循环变频运行方式，即本系统采用五泵循环变频运行方式，即5台水泵中只有台水泵中只
6、有1台水泵在变频器控制下作变速运行，其余水泵在工频下做恒台水泵在变频器控制下作变速运行，其余水泵在工频下做恒速运行速运行 系统主电路图系统主电路图系统的电气控制总框图系统的电气控制总框图 系统的电气控制总框图如图下所示，变送器过来的信号经系统的电气控制总框图如图下所示，变送器过来的信号经过过A/D模块到模块到PLC中处理，然后给变频器，由变频器来控制中处理，然后给变频器，由变频器来控制电机的变频运转。电机的变频运转。PLC还通过通讯模块与上位机、组态软件等还通过通讯模块与上位机、组态软件等通讯，来实时监控系统的运行。还有一些故障检测信号处理，通讯，来实时监控系统的运行。还有一些故障检测信号处理
7、，和连接和连接PLC的人机控制界面等等。的人机控制界面等等。本系统主要硬件设备清单本系统主要硬件设备清单 输入输出点代码及地址编号输入输出点代码及地址编号 u输入点代码及地址编号输入点代码及地址编号 本变频恒压供水系统有本变频恒压供水系统有11个输入量，其中包括个输入量，其中包括10个数字个数字量和量和1个模拟量。个模拟量。输入输出点代码及地址编号输入输出点代码及地址编号u输出点代码及地址编号输出点代码及地址编号 本变频恒压供水系统有本变频恒压供水系统有15个数字量输出信号和个数字量输出信号和1个模拟量个模拟量输出信号。输出信号。 PLC I/O接口及外围接线图分析设计接口及外围接线图分析设计
8、 压力变送器将测得的管网压力输入压力变送器将测得的管网压力输入PLC模拟量输入端口作为模拟模拟量输入端口作为模拟量输入；开关量输入；开关SA1用来控制白天用来控制白天/夜间两种模式之间的切换，它作夜间两种模式之间的切换，它作为开关量输入为开关量输入I0.0；开关；开关SB1用于切换成手动控制，开关用于切换成手动控制，开关SB2SB6分别控制分别控制M1M5的工频手动控制。的工频手动控制。 变频器的故障输出端与变频器的故障输出端与PLC的的I0.2相连，作为变频器故障报警相连，作为变频器故障报警信号；开关信号；开关SB7与与I0.3相连作为试灯信号，用于手动检测各指示灯相连作为试灯信号，用于手动
9、检测各指示灯是否正常工作。是否正常工作。 Q0.0Q0.7，Q1.6Q1.7分别输出分别输出5台水泵电机的工频台水泵电机的工频/变变频运行信号；频运行信号；Q1.1输出水位超限报警信号；输出水位超限报警信号；Q1.2输出变频器故障输出变频器故障报警信号；报警信号；Q1.3输出白天模式运行信号；输出白天模式运行信号；Q1.4输出报警电铃信号输出报警电铃信号；Q1.5输出变频器复位控制信号；输出变频器复位控制信号；AQW0输出的模拟信号用于控输出的模拟信号用于控制变频器的输出频率。制变频器的输出频率。 PLC I/O接口及外围接线图接口及外围接线图四、变频恒压供水系统软件分析与设计四、变频恒压供水
10、系统软件分析与设计u系统主程序设计系统主程序设计 PLC主程序主要由系统初始化程序、水泵电机起动程序、主程序主要由系统初始化程序、水泵电机起动程序、水泵电机变频水泵电机变频/工频切换程序、模拟量工频切换程序、模拟量(压力、频率压力、频率)比较计算比较计算程序和报警程序等构成。程序和报警程序等构成。 本设计主程序大体包括以下几部分：本设计主程序大体包括以下几部分：u(1) 调用初始化子程序，设定各初始值；调用初始化子程序，设定各初始值；u(2) 根据增、减泵条件确定工频泵运行数；根据增、减泵条件确定工频泵运行数；u(3) 根据增泵、倒泵情况确定变频泵号；根据增泵、倒泵情况确定变频泵号；u(4)
11、通过工频泵数和变频泵号对各泵运行情况进行控制；通过工频泵数和变频泵号对各泵运行情况进行控制；u(5) 进行报警和故障处理。进行报警和故障处理。系统主程序流程图系统主程序流程图 程序中使用的程序中使用的PLC元件及其功能元件及其功能具体程序举例具体程序举例u增、减泵判断和相应操作程序增、减泵判断和相应操作程序 当当PID调节结果大于等于变频运行上限频率（或小于等于调节结果大于等于变频运行上限频率（或小于等于变频运行下限频率）且水泵稳定运行时，定时器计时变频运行下限频率）且水泵稳定运行时，定时器计时5min（以便消除水压波动的干扰）后执行工频泵台数加一（或减一）以便消除水压波动的干扰）后执行工频泵
12、台数加一（或减一）操作，并产生相应的泵变频启动脉冲信号，这里以增泵为例，操作，并产生相应的泵变频启动脉冲信号，这里以增泵为例，程序如下图所示：程序如下图所示：水泵的软启动程序水泵的软启动程序 增减泵或倒泵时复位变频器为软启动做准备，同时变频泵增减泵或倒泵时复位变频器为软启动做准备，同时变频泵号加一，及变频泵号转移。具体程序如下：号加一，及变频泵号转移。具体程序如下：水泵的软启动程序水泵的软启动程序 产生当前泵工频启动脉冲信号和下一台水泵变频启动脉冲产生当前泵工频启动脉冲信号和下一台水泵变频启动脉冲信号，延时后启动运行。具体程序如下图所示：信号，延时后启动运行。具体程序如下图所示：具体程序举例具
13、体程序举例u各水泵变频运行控制逻辑程序各水泵变频运行控制逻辑程序 以以1#水泵为例进行说明。当第一次上电、故障消除或者产水泵为例进行说明。当第一次上电、故障消除或者产生生1#泵变频启动脉冲信号并且系统无故障产生、未产生复位泵变频启动脉冲信号并且系统无故障产生、未产生复位1#水泵变频运行信号、水泵变频运行信号、1#泵未工作在工频状态时，泵未工作在工频状态时，Q0.1置置1，KM2常开触点闭合接通变频器，使常开触点闭合接通变频器，使1#水泵变频运行，同水泵变频运行，同时时KM2常闭触点打开防止常闭触点打开防止KM1线圈得电，从而在变频和工频线圈得电，从而在变频和工频之间实现良好的电气互锁，之间实现
14、良好的电气互锁，KM2的常开触点还可实现自锁功的常开触点还可实现自锁功能，具体程序如图所示：能，具体程序如图所示： 五、组态王监控系统五、组态王监控系统 本设计中用本设计中用S7-200的的PPI编程电缆实现计算机与编程电缆实现计算机与CPU模模块的通信。由于使用串行通信接口块的通信。由于使用串行通信接口1 及工程浏览器的设备文件及工程浏览器的设备文件夹中的夹中的“COM1”图标图标 。 选中选中“COM1”后，双击右侧工作区出现的后，双击右侧工作区出现的“新建新建”图标，在出现的对话框的图标，在出现的对话框的“PLC”文件夹中选择西门子的文件夹中选择西门子的S7-200系列，通信协议为系列，
15、通信协议为PPI见下图。设置好单击见下图。设置好单击“下一步下一步” 通信设置结束。通信设置结束。组态王监控系统组态王监控系统 点击工程浏览器中的点击工程浏览器中的“数据词典数据词典”图标，右面工作区会出图标，右面工作区会出现系统定义好的内存变量。双击最下面的现系统定义好的内存变量。双击最下面的“新建新建”图标，弹图标，弹出出“定义变量定义变量”对话框，开始定义输入输出变量。用同样的方对话框，开始定义输入输出变量。用同样的方法组态所有变量见下图法组态所有变量见下图 。组态王监控系统组态王监控系统 系统运行主监控界面如图下所示，主界面实时显示了当前系统运行主监控界面如图下所示，主界面实时显示了当前时间，设定的水压值和当前水压值，系统的自动时间，设定的水压值和当前水压值，系统的自动/手动运行情手动运行情况，这里显示了水泵变频况，这里显示了水泵变频/工频运行状态、转速、运行频率，工频运行状态、转速、运行频率，各设备的故障报警显示等。各设备的故障报警显示等。