plc的恒压供水自动控制系统的设计【字数：14213】
摘 要如今，城市居民对用水要求越来越高，故本系统是以PLC为基本核心的供水方案。该系统与传统方式不同，以前主要是水塔、水箱供水为主，而此系统主要是通过PLC控制变频器从而实现水泵的软启动，它是一个闭环控制的变频调速系统。它主要由四个部分组成可编程控制器（PLC）、水泵机组、变频器、变送器，其中三个水泵电机构成了水泵机组，从而实现变频循环控制。这种控制方式遵循“先启先停”的原则，供水管网的水压由一个压力变送器实时测得，通过转换将数据传入PLC中进行PID调节，与设定值进行比较得到的误差数据来控制变频器的输出频率，进而对电机的运行状态进行控制以及它的数量，使最终的水压维持在一个预期的范围。此外，在该系统中还用到了组态开发，目的是对系统能有更好监控和管理。
目 录
1 绪 论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内外供水技术的研究现状 2
2 供水系统的总体设计 4
2.1 供水系统的需求分析 4
2.1.1 水泵电机的调速原理 4
2.1.2 变频恒压供水的原理 5
2.2 供水系统方案的确定 6
2.2.1 控制方案的确定 6
2.2.2 系统的组成及原理 7
2.2.3 系统的功能设计 9
2.3 本章小结 10
3 系统硬件设计 11
3.1 系统的主电路设计 11
3.2 系统的控制电路设计 12
3.3 供水设备选型与I/O分配 12
3.3.1 PLC的选型 13
3.3.2 变频器的选型 14
3.3.3 传感器的选型 15
3.3.4 水泵机组的选型 16
3.4 PLC的I/O端口分配及外部接线图 16
3.5 本章小结 18
4 系统的软件设计 19
4.1 总体设计分析 19
4.2 PLC程序设计 20
4.2.1 主程序 20
4.2.2 子程序 21
4.2.3 中断程序 23
4.3 PID控制算法 24 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
4.3.1 PID控制分析 25
4.3.2 PID参数整定 25
4.4 本章小结 26
5 系统的实现与仿真 27
5.1 实验室的仿真与分析 27
5.2基于组态王的画面监控设计 27
5.2.1组态软件选择 27
5.2.2 组态王的通信参数 28
5.2.3 新建工程与组态变量 29
5.2.4 组态界面 29
5.3 本章小结 31
6总 结 32
参考文献 33
附录1 34
附录2 42
致 谢 43
1 绪 论
1.1 课题研究背景及意义
由于社会的进步、科学的发展，伴随着人口增多导致人们对水的需求越来越大，一方面要保证水量充足，另一方面也要保证高层居民的用水稳定。在当代城市中，我们通常要使至少六层一下的用户在稳定的水压下用水，6层以上则需要提高供水管网的压力。上世纪60年代，由于自动化水平的薄弱，当时的居住高层的人们通常采用水箱或水塔来满足用水需要，但是这种方法存在极大弊端，水泵电机供水无法根据实际情况来提供导致水资源的浪费，从而也会加大电机能耗对亲造成损害。不过当变频器诞生后，传统的供水方式逐渐被替代，各个工业领域纷纷倡导变频调速技术，由此诞生了变频恒压供水系统。这种方法不仅节能而且环保，尤其对高层供水具有稳定的效果，为我国的供水事业作出了巨大的贡献。
变频恒压供水系统主要运用PID闭环控制，通过实际用水量的情况测得管水网的压力，将其反馈给控制器来调节相关参数，使水压稳定在某个设定的范围驱动电机进行调速即采用无极调速，这也是目前最成熟最有效的供水系统。随着变频技术的研究深入，变频器的功能越来越强大，它的各种功能模块也越来越丰富，因此，科技人员便深入其各种功能模块来提高供水设备的性能，并且在效能满足的情况下，最大化的节约成本。
随着科技的进步，人们的生活水平也越来越提高，对居住环境的要求也显著提高，因此物业管理系统便是一个重大的考量指标，小区供水当然也是物业必不可少的一项工作，为了提高服务水平，很明显一些笨拙的传统方式已面临淘汰，例如：
恒速泵供水：它最大的缺陷就是不能对水管网的压力实时把控，控制方式过于机械，无法实现自动化控制需要全程人的参与和操控，极大的浪费人员成本，效果还不显著。
高层水塔供水系统：这种方式虽然操作简单，但是过于笨拙，很明显不符合当代科技发展水平，其次，这种方式投入的成本过高，如高层的防护设备，人员监督等，而且它的维护还比较麻烦，一旦出现故障便所有停下检修，不利于继续供水[1]。
单片机调速供水系统：和PLC控制相类似，但是却不利于整个系统的运行，由于单片机通常属于弱电控制，在恶劣的环境中难免会有各种干扰信号的产生，不利于系统的稳定运行，再一个，单片机开发的周期较长不利于维护，而且程序移植较差不利于现场修改。
通过以上三种方式的分析，很显然，基于PLC的恒压供水系统更具有优势，首先它能很好的结合变频器来进行变频调速，其次在工业控制中，它有较强的稳定性和适应性，体现了节能环保的优势，最后，它有效避免启动电流过高对电网带来的冲击，运行过程中还可以降低机械损耗，调高水泵利用率。
1.2 国内外供水技术的研究现状
其实，变频器的发展是一个阶段性的过程。在初始阶段，国内对变频器的研究还未深入，即便是在发达的西方方国家，他们对变频器的运用也仅停留在转速，频率等控制上，对于供水领域方面也并未完全发挥它的长处，只是通过简单的功能控制来实现恒压供水。现如今，通常在其外部加上压力控制器进行压力测量，再外接一个变送器将反馈送回控制器形成一个闭环控制。从资料调查表明，国外的供水系统几乎采用一拖一的方法，这种方式投资的成本较高。1968年，丹佛斯公司发明了首个变频器，随着变频器的深入研究，很快便使变频技术引入到工业控制，它的各方面强大的性能也得到各个公司的认可，在此基础上，许多国家也纷纷开始研发具有多功能模块的变频器[2]，使之运用到恒压供水系统中，因此，一种叫供水基板的变频模块应运而生。可以在基板上进行功能集成，可以通过参数代码的设置和相关的供水设备相配套就可以形成一个完善的供水系统，它主要是以集成电路设计有效节约成本。当然它也有一些不足，它的灵活度不是很高，并且有时不是太稳定，这就造成了很难与监控系统进行数据通信，给实际运用带来了许多不便。
目 录
1 绪 论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内外供水技术的研究现状 2
2 供水系统的总体设计 4
2.1 供水系统的需求分析 4
2.1.1 水泵电机的调速原理 4
2.1.2 变频恒压供水的原理 5
2.2 供水系统方案的确定 6
2.2.1 控制方案的确定 6
2.2.2 系统的组成及原理 7
2.2.3 系统的功能设计 9
2.3 本章小结 10
3 系统硬件设计 11
3.1 系统的主电路设计 11
3.2 系统的控制电路设计 12
3.3 供水设备选型与I/O分配 12
3.3.1 PLC的选型 13
3.3.2 变频器的选型 14
3.3.3 传感器的选型 15
3.3.4 水泵机组的选型 16
3.4 PLC的I/O端口分配及外部接线图 16
3.5 本章小结 18
4 系统的软件设计 19
4.1 总体设计分析 19
4.2 PLC程序设计 20
4.2.1 主程序 20
4.2.2 子程序 21
4.2.3 中断程序 23
4.3 PID控制算法 24 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
4.3.1 PID控制分析 25
4.3.2 PID参数整定 25
4.4 本章小结 26
5 系统的实现与仿真 27
5.1 实验室的仿真与分析 27
5.2基于组态王的画面监控设计 27
5.2.1组态软件选择 27
5.2.2 组态王的通信参数 28
5.2.3 新建工程与组态变量 29
5.2.4 组态界面 29
5.3 本章小结 31
6总 结 32
参考文献 33
附录1 34
附录2 42
致 谢 43
1 绪 论
1.1 课题研究背景及意义
由于社会的进步、科学的发展，伴随着人口增多导致人们对水的需求越来越大，一方面要保证水量充足，另一方面也要保证高层居民的用水稳定。在当代城市中，我们通常要使至少六层一下的用户在稳定的水压下用水，6层以上则需要提高供水管网的压力。上世纪60年代，由于自动化水平的薄弱，当时的居住高层的人们通常采用水箱或水塔来满足用水需要，但是这种方法存在极大弊端，水泵电机供水无法根据实际情况来提供导致水资源的浪费，从而也会加大电机能耗对亲造成损害。不过当变频器诞生后，传统的供水方式逐渐被替代，各个工业领域纷纷倡导变频调速技术，由此诞生了变频恒压供水系统。这种方法不仅节能而且环保，尤其对高层供水具有稳定的效果，为我国的供水事业作出了巨大的贡献。
变频恒压供水系统主要运用PID闭环控制，通过实际用水量的情况测得管水网的压力，将其反馈给控制器来调节相关参数，使水压稳定在某个设定的范围驱动电机进行调速即采用无极调速，这也是目前最成熟最有效的供水系统。随着变频技术的研究深入，变频器的功能越来越强大，它的各种功能模块也越来越丰富，因此，科技人员便深入其各种功能模块来提高供水设备的性能，并且在效能满足的情况下，最大化的节约成本。
随着科技的进步，人们的生活水平也越来越提高，对居住环境的要求也显著提高，因此物业管理系统便是一个重大的考量指标，小区供水当然也是物业必不可少的一项工作，为了提高服务水平，很明显一些笨拙的传统方式已面临淘汰，例如：
恒速泵供水：它最大的缺陷就是不能对水管网的压力实时把控，控制方式过于机械，无法实现自动化控制需要全程人的参与和操控，极大的浪费人员成本，效果还不显著。
高层水塔供水系统：这种方式虽然操作简单，但是过于笨拙，很明显不符合当代科技发展水平，其次，这种方式投入的成本过高，如高层的防护设备，人员监督等，而且它的维护还比较麻烦，一旦出现故障便所有停下检修，不利于继续供水[1]。
单片机调速供水系统：和PLC控制相类似，但是却不利于整个系统的运行，由于单片机通常属于弱电控制，在恶劣的环境中难免会有各种干扰信号的产生，不利于系统的稳定运行，再一个，单片机开发的周期较长不利于维护，而且程序移植较差不利于现场修改。
通过以上三种方式的分析，很显然，基于PLC的恒压供水系统更具有优势，首先它能很好的结合变频器来进行变频调速，其次在工业控制中，它有较强的稳定性和适应性，体现了节能环保的优势，最后，它有效避免启动电流过高对电网带来的冲击，运行过程中还可以降低机械损耗，调高水泵利用率。
1.2 国内外供水技术的研究现状
其实，变频器的发展是一个阶段性的过程。在初始阶段，国内对变频器的研究还未深入，即便是在发达的西方方国家，他们对变频器的运用也仅停留在转速，频率等控制上，对于供水领域方面也并未完全发挥它的长处，只是通过简单的功能控制来实现恒压供水。现如今，通常在其外部加上压力控制器进行压力测量，再外接一个变送器将反馈送回控制器形成一个闭环控制。从资料调查表明，国外的供水系统几乎采用一拖一的方法，这种方式投资的成本较高。1968年，丹佛斯公司发明了首个变频器，随着变频器的深入研究，很快便使变频技术引入到工业控制，它的各方面强大的性能也得到各个公司的认可，在此基础上，许多国家也纷纷开始研发具有多功能模块的变频器[2]，使之运用到恒压供水系统中，因此，一种叫供水基板的变频模块应运而生。可以在基板上进行功能集成，可以通过参数代码的设置和相关的供水设备相配套就可以形成一个完善的供水系统，它主要是以集成电路设计有效节约成本。当然它也有一些不足，它的灵活度不是很高，并且有时不是太稳定，这就造成了很难与监控系统进行数据通信，给实际运用带来了许多不便。
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