现场总线的恒压供水自动控制系(附件)
本课题根据某供水管网改造工程设计了一套由PLC、变频器、压力表、多台水泵机组和现场总线等主要设备构成的全自动变频恒压供水及其远程监控系统，具有自动工频/变频恒压运行、可实现远程自动控制和现场手动控制等功能。本课题设计了一主二从的构架，一个主站两个从站，采用PROFIBUS通信方式，主站主要负责两个从站的数据采集以及与WinCC系统实现数据交互，从站负责子系统正常运行。以S7-300 PLC作为控制系统的控制核心，压力变送器作为压力反馈器件。系统正常运行时，压力变送器采集管网的压力，反馈至输入端获得偏差，进行PID运算控制，接着PLC控制调节变频器继而控制泵组的转速最终实现水压调节。关键词 恒压供水，现场总线，plc，pid
目录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景及意义 1
1.2 国内外研究现状及发展趋势 2
1.3 课题研究的内容 3
2 系统总体方案设计 3
2.1 系统总体结构设计 3
2.2 PID控制算法 5
2.3 PID闭环控制设计 8
2.4 PID参数整定 9
3 系统硬件设计 10
3.1 可编程控制器（PLC）选型 10
3.2 变频器选型 14
3.3 水泵选型 15
3.4 压力变送器 16
3.5 液位变送器 17
3.6 流量变送器 18
3.7 硬件系统主接线图 18
4 软件设计 21
4.1 编程环境 21
4.2 网络组态 23
4.3 主程序设计 24
4.4 上位机WiCC设计 31
5 系统调试 32
5.1 PLC模拟调试 32
5.2 系统联调 33
结论 37
致谢 38
参考文献 39
附录A：系统主接线图 41
附录B：主站PLC接线图 42
附录C：从站1 PLC接线图 43
附录D：从站2 PLC接线图 44
附录E：PLC部分程序 45 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
1 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
现在追求节水节能已经成为时代特征，我国在建筑高层供水、市政供水、还有一些比较特别的场合供水以及工业供水等地方运用的供水技术还比较落后，影响正常的生产生活，迫切需要改变此状态。在日常的生产生活中用水量会随着时间变化而变化，昼夜相差相对比较大。如果供水系统不完善，有可能在供水需求量比较大的时候出现供应不足，影响正常生产生活。也有可能在供水需求量比较小的时候出现供水太多，此时不仅对供应管道和电机等设备的损坏也比较严重而且这样会造成能量的浪费，增加维修成本。传统的供水方式，一般都通过水泵电机的频繁启动与停止控制来实现，这样的话就会对电机造成严重的损坏，能量损失比较大，对电网的冲击也比较大，利用率比较低。我国的经济正在不断的发展，我国各区域的小区建设也正在飞速的发展中，与此同时人们对小区的基础建设的要求也随着变得越来越高。小区的供水质量直接影响着小区人民的生活水平，因此必须保证供水的可靠性、稳定性和经济性。
传统小区的供水方式主要有水塔高位水箱供水、恒速泵加压供水、气压罐供水等方式，这些供水方式在用水需求量小的时候可以满足供水需求，但是在供水需求量比较大的时候常常不能满足供水需求。对于恒速泵加压供水的方式，在这种方式下水泵经常处于满负荷运行，水泵的利用率相对比较低，耗电量相对比较大，而且如果水泵一直都处在满负荷状态运行时，此时水泵就会容易出问题，对水泵的损害比较大，也会增加维修成本。水泵的增加与减少都需要依靠于人工操作来完成，同时也无法及时的对供水管网的压力做出反应，而且水泵的硬起动比较容易引起水锤效应，破坏性比较高，后期维护成本比较高。对于水塔高位水箱供水，这种供水方式占地面积与其他方式相比较大，建设投资相对比较高，后期维护相对比较困难，水泵电机启动为硬启动，这种启动的起动电流比其他方式启动电流较大，因此该方式启动对水泵电机的损坏也比较大。这种控制方式具有控制方法相对简单，短时间内维修或停电可实现继续供水，运行经济合理等特点。对于气压罐供水方式，这种供水方式水泵电机为硬起动并且启动相对比较频繁，对设备的要求相对比较高，后期维护相对比较困难。这种供水方式的供水技术相对比较简单、对高度限制不用考虑太多等特点。根据上面不同供水方式的叙述可以知道，传统的供水方式存在一定的弊端，比如都会造成一定程度的资源浪费、管道及电器设备的不同程度的损坏、可靠性低、效率低、自动化程度低的特点，当供水出现问题时会严重影响小区人民的日常生活。
1.2 国内外研究现状及发展趋势
目前，我国国内的大部分城市供水系统采用的供水方式都是采用传统的人工控制方式。虽然有少部分供水系统已经加入了恒压控制的功能，但对恒压供水系统的供水实时情况的监测系统并没有完善。现在我国国内有不少公司在做有关变频器恒压供水的工程，许多恒压供水系统工程都采用了国外的变频器控制水泵电机的转速，水管管网压力的闭环调节以及多台水泵电机的循环控制。有一部分公司采用的是利用单片机以及相应的软件实现恒压供水，有一部分公司采用的是利用可编程控制器（PLC）以及相关软件来实现。但是还有许多控制系统存在不足的地方，在一些技术方面还没有达到客户的要求，需要继续提高完善。
为了能够更好更节能的实现供水，国内很多技术团队正在不断的从各个方面研究完善供水系统，例如从系统的构建和系统器件设备的研究升级等方面。在器件设备方面，在器件设备内部添加PID调节功能，采用该设备不需要再在控制器内部编写PID程序，只需在器件设备内设定相关PID参数就可以投入运行，但这种器件也存在一些不足，该器件只可以带一定容量的负载，若实际负载超过了负载允许范围，那么会对器件设备造成一定的损坏。
国外的恒压供水控制系统在设计时一般采用的方法是利用一台变频器来控制一个水泵进行工作，采用这种方式的一个比较突出的不足之处就是投入的成本相对比较高，很少有利用一台变频器来控制多个水泵进行工作。随着变频技术的不断研究发展与完善，利用变频实现恒压供水控制的方式以其可靠性比较高、稳定性相对较高、节能比较明显等优点逐渐成为恒压供水控制的主流技术，很多供水系统都采用了这种方法，同时也不断推动了技术的发展。日本的一家公司研究推出了一种恒压供水基板，这种器件设备的研究生产成本相对比较低，在设备成本方面具有很大的优势，它将可编程控制器和PID调节器合理的结合在变频器的控制基板上，当需要实现恒压供水时，你只需要搭载合适的恒压供水单元即可，通过该套基板可以实现最多7台水泵的供水系统。但是该基板的抗干扰和稳定性不是太高，在与其他设备和监控系统之间的通信并不理想，缺乏灵活性，所带负载范围也有限，也是其一大不足之处。
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1 绪论 1
1.1 课题研究的背景及意义 1
1.2 国内外研究现状及发展趋势 2
1.3 课题研究的内容 3
2 系统总体方案设计 3
2.1 系统总体结构设计 3
2.2 PID控制算法 5
2.3 PID闭环控制设计 8
2.4 PID参数整定 9
3 系统硬件设计 10
3.1 可编程控制器（PLC）选型 10
3.2 变频器选型 14
3.3 水泵选型 15
3.4 压力变送器 16
3.5 液位变送器 17
3.6 流量变送器 18
3.7 硬件系统主接线图 18
4 软件设计 21
4.1 编程环境 21
4.2 网络组态 23
4.3 主程序设计 24
4.4 上位机WiCC设计 31
5 系统调试 32
5.1 PLC模拟调试 32
5.2 系统联调 33
结论 37
致谢 38
参考文献 39
附录A：系统主接线图 41
附录B：主站PLC接线图 42
附录C：从站1 PLC接线图 43
附录D：从站2 PLC接线图 44
附录E：PLC部分程序 45 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
1 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
现在追求节水节能已经成为时代特征，我国在建筑高层供水、市政供水、还有一些比较特别的场合供水以及工业供水等地方运用的供水技术还比较落后，影响正常的生产生活，迫切需要改变此状态。在日常的生产生活中用水量会随着时间变化而变化，昼夜相差相对比较大。如果供水系统不完善，有可能在供水需求量比较大的时候出现供应不足，影响正常生产生活。也有可能在供水需求量比较小的时候出现供水太多，此时不仅对供应管道和电机等设备的损坏也比较严重而且这样会造成能量的浪费，增加维修成本。传统的供水方式，一般都通过水泵电机的频繁启动与停止控制来实现，这样的话就会对电机造成严重的损坏，能量损失比较大，对电网的冲击也比较大，利用率比较低。我国的经济正在不断的发展，我国各区域的小区建设也正在飞速的发展中，与此同时人们对小区的基础建设的要求也随着变得越来越高。小区的供水质量直接影响着小区人民的生活水平，因此必须保证供水的可靠性、稳定性和经济性。
传统小区的供水方式主要有水塔高位水箱供水、恒速泵加压供水、气压罐供水等方式，这些供水方式在用水需求量小的时候可以满足供水需求，但是在供水需求量比较大的时候常常不能满足供水需求。对于恒速泵加压供水的方式，在这种方式下水泵经常处于满负荷运行，水泵的利用率相对比较低，耗电量相对比较大，而且如果水泵一直都处在满负荷状态运行时，此时水泵就会容易出问题，对水泵的损害比较大，也会增加维修成本。水泵的增加与减少都需要依靠于人工操作来完成，同时也无法及时的对供水管网的压力做出反应，而且水泵的硬起动比较容易引起水锤效应，破坏性比较高，后期维护成本比较高。对于水塔高位水箱供水，这种供水方式占地面积与其他方式相比较大，建设投资相对比较高，后期维护相对比较困难，水泵电机启动为硬启动，这种启动的起动电流比其他方式启动电流较大，因此该方式启动对水泵电机的损坏也比较大。这种控制方式具有控制方法相对简单，短时间内维修或停电可实现继续供水，运行经济合理等特点。对于气压罐供水方式，这种供水方式水泵电机为硬起动并且启动相对比较频繁，对设备的要求相对比较高，后期维护相对比较困难。这种供水方式的供水技术相对比较简单、对高度限制不用考虑太多等特点。根据上面不同供水方式的叙述可以知道，传统的供水方式存在一定的弊端，比如都会造成一定程度的资源浪费、管道及电器设备的不同程度的损坏、可靠性低、效率低、自动化程度低的特点，当供水出现问题时会严重影响小区人民的日常生活。
1.2 国内外研究现状及发展趋势
目前，我国国内的大部分城市供水系统采用的供水方式都是采用传统的人工控制方式。虽然有少部分供水系统已经加入了恒压控制的功能，但对恒压供水系统的供水实时情况的监测系统并没有完善。现在我国国内有不少公司在做有关变频器恒压供水的工程，许多恒压供水系统工程都采用了国外的变频器控制水泵电机的转速，水管管网压力的闭环调节以及多台水泵电机的循环控制。有一部分公司采用的是利用单片机以及相应的软件实现恒压供水，有一部分公司采用的是利用可编程控制器（PLC）以及相关软件来实现。但是还有许多控制系统存在不足的地方，在一些技术方面还没有达到客户的要求，需要继续提高完善。
为了能够更好更节能的实现供水，国内很多技术团队正在不断的从各个方面研究完善供水系统，例如从系统的构建和系统器件设备的研究升级等方面。在器件设备方面，在器件设备内部添加PID调节功能，采用该设备不需要再在控制器内部编写PID程序，只需在器件设备内设定相关PID参数就可以投入运行，但这种器件也存在一些不足，该器件只可以带一定容量的负载，若实际负载超过了负载允许范围，那么会对器件设备造成一定的损坏。
国外的恒压供水控制系统在设计时一般采用的方法是利用一台变频器来控制一个水泵进行工作，采用这种方式的一个比较突出的不足之处就是投入的成本相对比较高，很少有利用一台变频器来控制多个水泵进行工作。随着变频技术的不断研究发展与完善，利用变频实现恒压供水控制的方式以其可靠性比较高、稳定性相对较高、节能比较明显等优点逐渐成为恒压供水控制的主流技术，很多供水系统都采用了这种方法，同时也不断推动了技术的发展。日本的一家公司研究推出了一种恒压供水基板，这种器件设备的研究生产成本相对比较低，在设备成本方面具有很大的优势，它将可编程控制器和PID调节器合理的结合在变频器的控制基板上，当需要实现恒压供水时，你只需要搭载合适的恒压供水单元即可，通过该套基板可以实现最多7台水泵的供水系统。但是该基板的抗干扰和稳定性不是太高，在与其他设备和监控系统之间的通信并不理想，缺乏灵活性，所带负载范围也有限，也是其一大不足之处。
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