plc的小型变频恒压供水控制系统设计(附件)【字数：12216】
摘 要随着现代社会各方面的快速发展与进步，人们生活水平也得到显著提高。相应的，对于生活品质，人们也提出了越来越高的要求，而住房建设更是关乎居民幸福感的重要指标。传统的高位水箱二次供水、加压直供、管网直供等方式，不仅自动化程度底下，并且暴露了在可靠性、安全性方面以及浪费等诸多问题，无法满足现代人们对于品质生活的追求。本篇论文论述了三泵并联恒压供水系统的优越性，通过科学的设计，使多台水泵联合工作，相互配合。通过系统的分析以及科学的设计，使用变频器对电机进行变频控制和PLC程序的设计与应用，达到对供水系统进行合理有效的改进，使其系统更加高效、稳定。利用上位机与下位之间通讯协议的学习与应用，完成了他们之间的通讯。通过在计算机中编写的PLC的程序与传感器测得的输入信号，对供水系统进行实时的监控与计算，再利用水泵完成恒压供水的全过程。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题简介 1
1.2恒压供水相关控制方法 3
1.3课题内容及主要难点 3
1.3.1课题主要内容 3
1.3.2课题难点 4
第二章 恒压供水系统的总体设计方案 5
2.1系统总体设计方案 5
2.2恒压供水系统原理 6
2.3恒压供水系统特性和供水安全性 7
2.4水泵特性及选型 8
2.5电动机调速原理及方式选择 9
2.5恒压供水电路设计 10
2.6变频器选型与设计 10
第三章 恒压系统程序设计 12
3.1 控制器的设计与选择 12
3.2 PLC优点 12
3.3恒压供水程序框图 13
3.4．程序块简述与应用 15
3.5恒压供水程序I/0分配 15
3.6恒压供水PLC主要程序设计 16
第四章 供水系统的硬件组态与监测 21
4.1基于西门子S7—300的硬件组态 21
4.2通信方式简介与设计 24
4.2.1 S7300常见通信方式 24
4.2.2仿真中的MPI通信设计 24
4.3利用W *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
inCC进行仿真 25
结束语 30
致 谢 31
参考文献 32
附录A 33
第一章 绪论
1.1课题简介
在我国，水电资源的浪费情况十分严重，据统计数据显示，中国单位国民经济产值所消耗的电量是欧美发达国家的4倍左右，耗水量则为2倍左右。除此之外，随着社会的发展，越来越多的高层建筑出现在城市中，而高层建筑的供水问题也日益凸显出来，传统的供水方式渐渐无法满足新的需求，如何在保证稳定的供水压力的同时，兼顾经济节能性和可靠性，成为人们无法避免的问题。由泵房、清水池、供水回路组成的恒压供水就是针对上述问题而设计的。泵房中由三台泵机和多个电动阀门共同调控各条回路的压力和流量。控制系统则是采用性能优良可靠性好的PLC为核心。
在[1]田勇、刘洋的《关于S7—200的变频调速恒压供水系统》论文中，主要运用的PLC控制整个供水系统，并详细介绍了PLC在应用于系统时的优越性。PLC（可编程逻辑控制器）自1968年被发明起，就开始在计算机、通讯以及工业自动化控制等领域被广泛应用。PLC由中央处理单元（CPU）、存储器、输入输出接口电路、通信模块以及其他功能模块共同组成，在一个扫描周期内，PLC会根据用户程序处理输入信号，从而执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数等指令，并将结果由A/D信号输入、输出到机械化设备来实现工业自动化。PLC的使用较为方便，编程方法对用户也比较友好，并且具有标准化、系列化、模块化的特点，硬件配套齐全，便于使用，能适应各种工作环境。
在参考文献[5]花秀銮的《PLC在恒压供水系统中的应用》也介绍了由PLC和电机调速装置共同组成水泵的控制系统，对控制泵组的调速运行进行优化，并将泵组的运行参数经过运算后进行自动调整。对供水压力进行闭环控制，使整个系统运行时更加节能，并在供水量变化时通过闭环反馈将数据传送至PLC的CPU模块进行计算，并得出相应的控制指令，从而保证水压的稳定。
在[4]张碧蝉《变频恒压供水控制系统的研究论文》和[7]胡蓉《浅析恒压供水系统控制技术的改进》中，指出了将变频器使用于供水系统时的优越性。变频器是通过对微电子技术与变频技术的灵活应用，从而改变电机工作频率的电力控制设备。主要由整流、逆变、滤波、制动单元、检测单元、制动单元、微处理单元等组成。通过内部IGBT的开断来调整输出电源的频率和电压，为电机提供其实际所需的电源电压，以此达到调速节能的目的。经过多年的研究与发展，变频器的性能不断得到提高，体积也越来越小，日益成为自动化工业生产的重要元件之一。在实际的自动化控制过程中，变频器大大改善了生产的可靠性，减少电能的浪费。尤其是在应用于风机、水泵上时，尤为显著。
在[2]姜宏《浅谈恒压供水系统》和[9]尤志强《变频恒压供水系统设计》中，他们通过变频器的PID或PI控制功能，实现对恒压供水系统的闭环控制。通过压力传感器等感测原件，在特定位置采集到水压信号（420mA）并输入到变频器中，将输入信号与预设的压力值进行比较，通过变频器内的微分、积分、比例运算分析信号，得到频率调节信号并输出，对水泵电机的电源和频率进行调节，从而保证供水系统的压力稳定。在整个过程中，水泵扬程应大于实际供水高度，水泵流量总和应大于实际最大供水量。
PID控制是一种经典的控制方法，在工程实际中，比例、积分、微分是其应用最为广泛的控制规律。比例控制作为其基础，通过积分控制消除误差，但由于积分控制可能会增加超调，所以通过微分控制加快大惯性系统响应速度并减小超调趋势。将PID控制应用到PLC控制器的程序中，可提高闭环系统的设计能力。通过线性方法设计变频器的功能，再根据PID算法计算所得的压力值，求出在不同情况下，水泵电机的运行频率从而控制电机在复杂情况下满足不同供水需求。另外供水管的流量有相应的阀门来控制，同时可以在前台界面中设置相应的模块，来设置阀门的工作状态，以及设置阀门的开度从而控制水管流量
在由[11]滕严婷、李佳达、莫镇华等人编写的《基于末端压力反馈恒压供水技术的叠压供水方式探讨》和[8]段业宽、刘海青所写的《恒压供水系统的控制结构设计》中，可以看出在实际的恒压供水站中常采用多台水泵和电机供水，相对于单台水泵而言更加稳定。若采用单台水泵和电机，则需两者的功率足够大，那么在用水低峰时，运转一台大电机必然是浪费的，电机选小功率，在用水高峰时则会出现水压过低供水量不足等问题。在水泵和电机进行维护检修时，也需要备用水泵。保持管道水压的稳定是恒压供水的主要目标。随着供水量的变化水泵电机的转速也要相应的变化，这就是在供水系统中加入变频器的主要原因。在此有两套方案。其一是每一台水泵和电机都单独配置一台变频器，这种方案较为简单方便易于操作，但缺点是成本较高。另一种方案是多台电机公用一台变频器，电机和变频器之间可以切换，在供水时，其中一台水泵变频运行，其他水平工频运作，从而满足不同情况下供水量的需求。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题简介 1
1.2恒压供水相关控制方法 3
1.3课题内容及主要难点 3
1.3.1课题主要内容 3
1.3.2课题难点 4
第二章 恒压供水系统的总体设计方案 5
2.1系统总体设计方案 5
2.2恒压供水系统原理 6
2.3恒压供水系统特性和供水安全性 7
2.4水泵特性及选型 8
2.5电动机调速原理及方式选择 9
2.5恒压供水电路设计 10
2.6变频器选型与设计 10
第三章 恒压系统程序设计 12
3.1 控制器的设计与选择 12
3.2 PLC优点 12
3.3恒压供水程序框图 13
3.4．程序块简述与应用 15
3.5恒压供水程序I/0分配 15
3.6恒压供水PLC主要程序设计 16
第四章 供水系统的硬件组态与监测 21
4.1基于西门子S7—300的硬件组态 21
4.2通信方式简介与设计 24
4.2.1 S7300常见通信方式 24
4.2.2仿真中的MPI通信设计 24
4.3利用W *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
inCC进行仿真 25
结束语 30
致 谢 31
参考文献 32
附录A 33
第一章 绪论
1.1课题简介
在我国，水电资源的浪费情况十分严重，据统计数据显示，中国单位国民经济产值所消耗的电量是欧美发达国家的4倍左右，耗水量则为2倍左右。除此之外，随着社会的发展，越来越多的高层建筑出现在城市中，而高层建筑的供水问题也日益凸显出来，传统的供水方式渐渐无法满足新的需求，如何在保证稳定的供水压力的同时，兼顾经济节能性和可靠性，成为人们无法避免的问题。由泵房、清水池、供水回路组成的恒压供水就是针对上述问题而设计的。泵房中由三台泵机和多个电动阀门共同调控各条回路的压力和流量。控制系统则是采用性能优良可靠性好的PLC为核心。
在[1]田勇、刘洋的《关于S7—200的变频调速恒压供水系统》论文中，主要运用的PLC控制整个供水系统，并详细介绍了PLC在应用于系统时的优越性。PLC（可编程逻辑控制器）自1968年被发明起，就开始在计算机、通讯以及工业自动化控制等领域被广泛应用。PLC由中央处理单元（CPU）、存储器、输入输出接口电路、通信模块以及其他功能模块共同组成，在一个扫描周期内，PLC会根据用户程序处理输入信号，从而执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数等指令，并将结果由A/D信号输入、输出到机械化设备来实现工业自动化。PLC的使用较为方便，编程方法对用户也比较友好，并且具有标准化、系列化、模块化的特点，硬件配套齐全，便于使用，能适应各种工作环境。
在参考文献[5]花秀銮的《PLC在恒压供水系统中的应用》也介绍了由PLC和电机调速装置共同组成水泵的控制系统，对控制泵组的调速运行进行优化，并将泵组的运行参数经过运算后进行自动调整。对供水压力进行闭环控制，使整个系统运行时更加节能，并在供水量变化时通过闭环反馈将数据传送至PLC的CPU模块进行计算，并得出相应的控制指令，从而保证水压的稳定。
在[4]张碧蝉《变频恒压供水控制系统的研究论文》和[7]胡蓉《浅析恒压供水系统控制技术的改进》中，指出了将变频器使用于供水系统时的优越性。变频器是通过对微电子技术与变频技术的灵活应用，从而改变电机工作频率的电力控制设备。主要由整流、逆变、滤波、制动单元、检测单元、制动单元、微处理单元等组成。通过内部IGBT的开断来调整输出电源的频率和电压，为电机提供其实际所需的电源电压，以此达到调速节能的目的。经过多年的研究与发展，变频器的性能不断得到提高，体积也越来越小，日益成为自动化工业生产的重要元件之一。在实际的自动化控制过程中，变频器大大改善了生产的可靠性，减少电能的浪费。尤其是在应用于风机、水泵上时，尤为显著。
在[2]姜宏《浅谈恒压供水系统》和[9]尤志强《变频恒压供水系统设计》中，他们通过变频器的PID或PI控制功能，实现对恒压供水系统的闭环控制。通过压力传感器等感测原件，在特定位置采集到水压信号（420mA）并输入到变频器中，将输入信号与预设的压力值进行比较，通过变频器内的微分、积分、比例运算分析信号，得到频率调节信号并输出，对水泵电机的电源和频率进行调节，从而保证供水系统的压力稳定。在整个过程中，水泵扬程应大于实际供水高度，水泵流量总和应大于实际最大供水量。
PID控制是一种经典的控制方法，在工程实际中，比例、积分、微分是其应用最为广泛的控制规律。比例控制作为其基础，通过积分控制消除误差，但由于积分控制可能会增加超调，所以通过微分控制加快大惯性系统响应速度并减小超调趋势。将PID控制应用到PLC控制器的程序中，可提高闭环系统的设计能力。通过线性方法设计变频器的功能，再根据PID算法计算所得的压力值，求出在不同情况下，水泵电机的运行频率从而控制电机在复杂情况下满足不同供水需求。另外供水管的流量有相应的阀门来控制，同时可以在前台界面中设置相应的模块，来设置阀门的工作状态，以及设置阀门的开度从而控制水管流量
在由[11]滕严婷、李佳达、莫镇华等人编写的《基于末端压力反馈恒压供水技术的叠压供水方式探讨》和[8]段业宽、刘海青所写的《恒压供水系统的控制结构设计》中，可以看出在实际的恒压供水站中常采用多台水泵和电机供水，相对于单台水泵而言更加稳定。若采用单台水泵和电机，则需两者的功率足够大，那么在用水低峰时，运转一台大电机必然是浪费的，电机选小功率，在用水高峰时则会出现水压过低供水量不足等问题。在水泵和电机进行维护检修时，也需要备用水泵。保持管道水压的稳定是恒压供水的主要目标。随着供水量的变化水泵电机的转速也要相应的变化，这就是在供水系统中加入变频器的主要原因。在此有两套方案。其一是每一台水泵和电机都单独配置一台变频器，这种方案较为简单方便易于操作，但缺点是成本较高。另一种方案是多台电机公用一台变频器，电机和变频器之间可以切换，在供水时，其中一台水泵变频运行，其他水平工频运作，从而满足不同情况下供水量的需求。
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