plc的变频调速恒压控制自动供水系统设计(附件)
随经济不断的发展和社会技术的不断提高，学习的PLC的使用能力已经成了生活中每个领域，不可或缺的部分，生活里各方面生产到制造的使用，慢慢的成了以PLC为核心的系统。在恒压供水系统中把PLC应用到其中，就能够实现其自动控制方面运行，能够将其整套的费用和其维修费用降低，并将其安全性和它的可靠性得到提高。PLC在其恒压供水系统里的使用，是具有很大的经济与社会价值。本文用PLC作为系统的核心，系统里采用了SIMATIC S7-300系列的PLC，来自德国西门子公司出产的，通过这方面的技术结合了传感器的相关技术，此阐述了系统里的软硬件相关的方案设计与控制原理，能够实现在恒压供水系统中的生活供水时的低恒压运行，并且在消防供水时的高恒压运行，这两个状态之间的自动转换，在工作人员手动控制情况下，就可以用来检修和紧急状态下的使用。在电脑上通过一些软件的仿真，可以实现运行状态，就能满足实际的恒压供水系统的设计师可靠的。 关键词 PLC应用,核心,恒压供水,WINCC,运行转换
目 录
1 绪论 1
1.1 变频恒压供水产生的背景和意义 1
1.2 设计任务及要求 1
2 变频恒压供水系统的模型设计 2
2.1 变频恒压控制理论及PID调节原理 2
2.2 变频恒压供水系统概述及方案选择 3
2.3 恒压供水系统的应用特点 4
3 变频恒压供水系统的硬件设计 4
3.1 可编程控制器的定义及S7300PLC简介 4
3.2 PLC的发展和应用 5
3.3 供水设备的选择原则 5
3.4 变频器的基本结构 7
3.5 变频器的分类及控制方式 8
3.6 变频器的选型 9
3.7 变频器的接线示意图 10
3.8 压力传感器的选型 11
3.9 液位传感器概述及选型 12
4 PLC软硬件配置 13
4.1 I/O地址表 13
4.2 PLC的硬件配置 14
4.3 系统硬件线路设计 16
4.4 变频恒压供水系统的控制流程 17 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
4.5 手动运行模式 19
4.6 低恒压值自动运行（生活供水） 19
5 监控组态 24
5.1 监控组态软件简介 24
5.2 上位机监控画面的组态 24
结 论 28
致 谢 29
参考文献 30
附 录：PLC梯形图 31
1 绪论
1.1 变频恒压供水产生的背景和意义
在泵站中，工农业和生活用水的重要任务是很重要的，运行中需要消耗大量能量的，泵站效率的提高会降低能耗，对我国国民经济发展具有重大意义。在我国的一些居民在生活用水方面和工业实施中的用水等方面，其供水系统的技术方面相比国外而言确实都处于落后的水平。虽然在我国的一些工程规模上的水平，却有一定的水平，在我国泵站的特点：数量庞大、类型巨多、范围广泛，它的发展速度我们不可小觑。一是我国的人口相比很多国家很多，用水的需求量会比较大，这种恒速水泵效率方式一直较低，这样的水质量也比较差，水压力值的波动会很大，这样就会产生极大浪费，在城乡居民方面，用水的设备跟不上，设备用电量比较大，所以在供水方面，有着极大的研究和探索，也就成为了生活里与工业中一个重要的课题，其设计能够改变经济的状况，一个很有意义的工作。
随着通信技术的飞速发展和计算机的普及，我们就以plc为核心，将其应用到此领域，在工业领域plc以它的可靠性、抗干扰性和简单编程、成本低等优点，满足了计算机控制的需求。它的应用非常广泛，其功能强大，在变频恒压供水系统中能够稳定、有效的进行集中管理和实时监控；这也让它成为近时期工业生产和民用的一些自动化设备上必不可少身影。这样可以提高人民生活水平和企业效率有着极其重要的意义。
1.2 设计任务及要求
1.对于其恒压供水控制系统，熟悉工作原理，及5台水泵组成的供水系统内容。
2.在供水控制系统中，生活低恒压供水与消防高恒压供水时，各自的运行状态。
3.根据五台水泵运行的状态，采取“先开先停”的原则，进行接入和退出。
4.用户们在用水量小的情况下，如果一台泵3h连续运行，则就要切换下一个水泵，防止一台水泵运行时间过长，即“倒泵功能”。?
5.完善的报警功能要在这五台水泵启动时必备。
6.在此操作中要具有手动模式，手动控制下只能检修或应急使用。
2 变频恒压供水系统的模型设计
2.1 变频恒压控制理论及PID调节原理
在本次的恒压系统设计中，主要以控制各个出口管的水压为目标，理论上，需要让自己设定的供水压力（可随机设定）值与总的出口管实际水压相等。我们若任意的把一个常数设定为一个任意值，或我们在一定的时间段里放一个分段函数，或个常数的话。在某个特定时段内，就能实现恒压控制把用户管网的出口实际供水压力值一直维持在事先设定的供水压力值的上面。就可以得出变频调速恒压供水就是个随时间变换和非线性的对象在图21中，因而，采取了PID闭环控制调节。PID控制是比例（P）、积分（I）、微风（D）的控制方法，该简单的控制算法应用到现代工业控制系统中，在各个领域得到了广泛的使用，同时让其技术越来越成熟，PID控制在供水系统里是必不可少的重要环节。其中预先设置的参数都可以相互协调的，在调节中，需要根据实际的情况下而定详细的调节，当被控制的相关物理量，在目标值处振荡，首先需要加大积分时间(I),如果持续有振荡，可以适当的减小比例增益(P)。若被控物理量子恢复时较缓慢，可以加大(P)，也可适当的减小I或者加大些微分时间(D)。
在供水系统中，闭环控制系统由压力变送器、PID控制器、变频水泵组成，实时地对用户管网的压力进行调节，以便恒压供水，满足小区用户的需求。通过用户管网的水压为目标，实现出口的总水压跟随自己设定的供水水压，由下图可知根据设定的值，可以得到一个压力差（正值或负值），通过计算该差值，就能得出变频器的输出频率的减值或增加值，为减值时，实际的供水量比较设定的值较大，此时的水泵的转速就会减低，当时增加值时，情况相反，水泵的转速增大，在某个时间点，出口管网的实际水压和设定的供水水压相等。变频恒压控制原理如图所示：
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图21 变频恒压控制原理图
2.2 变频恒压供水系统概述及方案选择
根据我们选择的一个小区为例的实际供水的需求，设计的系统主要由PLC、变频器、压力传感器（内置变送器）、水泵、异步电机、水泵和相应管路相互组成而成。在设计的系统里，主要用变频器去控制很多台的水泵，其中控制器能够控制变频器，负责采集实际出口设定水压和用户管网的水压值，调节量是通过变频器内置PID调节器，通过这两者得出，并且要有上位机来实时监控供水的运行状态。异步电机来驱动水泵供水，二者做成一个整体，电机的速度根据调节量而定，从而实现改变水泵的出水量的增减的恒压供水，最后通过方案的论证和分析，最终选择PLC为主要的控制器。水泵出口恒压控制的供水方式能够最好的效果，成本低等特点，能够比较适应该系统，并要求系统保持平时生活时的低恒压值运行，和消防供水时系统应保持高恒压值运行状态。系统的构成框图如图22所示：
目 录
1 绪论 1
1.1 变频恒压供水产生的背景和意义 1
1.2 设计任务及要求 1
2 变频恒压供水系统的模型设计 2
2.1 变频恒压控制理论及PID调节原理 2
2.2 变频恒压供水系统概述及方案选择 3
2.3 恒压供水系统的应用特点 4
3 变频恒压供水系统的硬件设计 4
3.1 可编程控制器的定义及S7300PLC简介 4
3.2 PLC的发展和应用 5
3.3 供水设备的选择原则 5
3.4 变频器的基本结构 7
3.5 变频器的分类及控制方式 8
3.6 变频器的选型 9
3.7 变频器的接线示意图 10
3.8 压力传感器的选型 11
3.9 液位传感器概述及选型 12
4 PLC软硬件配置 13
4.1 I/O地址表 13
4.2 PLC的硬件配置 14
4.3 系统硬件线路设计 16
4.4 变频恒压供水系统的控制流程 17 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
4.5 手动运行模式 19
4.6 低恒压值自动运行（生活供水） 19
5 监控组态 24
5.1 监控组态软件简介 24
5.2 上位机监控画面的组态 24
结 论 28
致 谢 29
参考文献 30
附 录：PLC梯形图 31
1 绪论
1.1 变频恒压供水产生的背景和意义
在泵站中，工农业和生活用水的重要任务是很重要的，运行中需要消耗大量能量的，泵站效率的提高会降低能耗，对我国国民经济发展具有重大意义。在我国的一些居民在生活用水方面和工业实施中的用水等方面，其供水系统的技术方面相比国外而言确实都处于落后的水平。虽然在我国的一些工程规模上的水平，却有一定的水平，在我国泵站的特点：数量庞大、类型巨多、范围广泛，它的发展速度我们不可小觑。一是我国的人口相比很多国家很多，用水的需求量会比较大，这种恒速水泵效率方式一直较低，这样的水质量也比较差，水压力值的波动会很大，这样就会产生极大浪费，在城乡居民方面，用水的设备跟不上，设备用电量比较大，所以在供水方面，有着极大的研究和探索，也就成为了生活里与工业中一个重要的课题，其设计能够改变经济的状况，一个很有意义的工作。
随着通信技术的飞速发展和计算机的普及，我们就以plc为核心，将其应用到此领域，在工业领域plc以它的可靠性、抗干扰性和简单编程、成本低等优点，满足了计算机控制的需求。它的应用非常广泛，其功能强大，在变频恒压供水系统中能够稳定、有效的进行集中管理和实时监控；这也让它成为近时期工业生产和民用的一些自动化设备上必不可少身影。这样可以提高人民生活水平和企业效率有着极其重要的意义。
1.2 设计任务及要求
1.对于其恒压供水控制系统，熟悉工作原理，及5台水泵组成的供水系统内容。
2.在供水控制系统中，生活低恒压供水与消防高恒压供水时，各自的运行状态。
3.根据五台水泵运行的状态，采取“先开先停”的原则，进行接入和退出。
4.用户们在用水量小的情况下，如果一台泵3h连续运行，则就要切换下一个水泵，防止一台水泵运行时间过长，即“倒泵功能”。?
5.完善的报警功能要在这五台水泵启动时必备。
6.在此操作中要具有手动模式，手动控制下只能检修或应急使用。
2 变频恒压供水系统的模型设计
2.1 变频恒压控制理论及PID调节原理
在本次的恒压系统设计中，主要以控制各个出口管的水压为目标，理论上，需要让自己设定的供水压力（可随机设定）值与总的出口管实际水压相等。我们若任意的把一个常数设定为一个任意值，或我们在一定的时间段里放一个分段函数，或个常数的话。在某个特定时段内，就能实现恒压控制把用户管网的出口实际供水压力值一直维持在事先设定的供水压力值的上面。就可以得出变频调速恒压供水就是个随时间变换和非线性的对象在图21中，因而，采取了PID闭环控制调节。PID控制是比例（P）、积分（I）、微风（D）的控制方法，该简单的控制算法应用到现代工业控制系统中，在各个领域得到了广泛的使用，同时让其技术越来越成熟，PID控制在供水系统里是必不可少的重要环节。其中预先设置的参数都可以相互协调的，在调节中，需要根据实际的情况下而定详细的调节，当被控制的相关物理量，在目标值处振荡，首先需要加大积分时间(I),如果持续有振荡，可以适当的减小比例增益(P)。若被控物理量子恢复时较缓慢，可以加大(P)，也可适当的减小I或者加大些微分时间(D)。
在供水系统中，闭环控制系统由压力变送器、PID控制器、变频水泵组成，实时地对用户管网的压力进行调节，以便恒压供水，满足小区用户的需求。通过用户管网的水压为目标，实现出口的总水压跟随自己设定的供水水压，由下图可知根据设定的值，可以得到一个压力差（正值或负值），通过计算该差值，就能得出变频器的输出频率的减值或增加值，为减值时，实际的供水量比较设定的值较大，此时的水泵的转速就会减低，当时增加值时，情况相反，水泵的转速增大，在某个时间点，出口管网的实际水压和设定的供水水压相等。变频恒压控制原理如图所示：
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图21 变频恒压控制原理图
2.2 变频恒压供水系统概述及方案选择
根据我们选择的一个小区为例的实际供水的需求，设计的系统主要由PLC、变频器、压力传感器（内置变送器）、水泵、异步电机、水泵和相应管路相互组成而成。在设计的系统里，主要用变频器去控制很多台的水泵，其中控制器能够控制变频器，负责采集实际出口设定水压和用户管网的水压值，调节量是通过变频器内置PID调节器，通过这两者得出，并且要有上位机来实时监控供水的运行状态。异步电机来驱动水泵供水，二者做成一个整体，电机的速度根据调节量而定，从而实现改变水泵的出水量的增减的恒压供水，最后通过方案的论证和分析，最终选择PLC为主要的控制器。水泵出口恒压控制的供水方式能够最好的效果，成本低等特点，能够比较适应该系统，并要求系统保持平时生活时的低恒压值运行，和消防供水时系统应保持高恒压值运行状态。系统的构成框图如图22所示：
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