基于PLC变频恒压供水控制系统设计

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摘 要

本论文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。变频恒压供水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。

本系统包含四台水泵电机，它们组成变频循环运行方式。采用变频器实现对四相水泵电机的软启动和变频调速。压力传感器检测当前水压信号，送入PLC与设定值比较后进行PID运算，从而控制变频器的输出电压和频率，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定在设定值附近。通过工控机与PLC的连接，采用组态软件完成系统监控，实现了运行状态动态显示及数据、报警的查询。 关键词：变频调速 恒压供水 PLC

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ABSTRACT

According to the requirement of China's urban water supply, this paper designs a set of water supply system of frequecey control of constant voltage based on PLC, and have developed good operation management interface using Supervision Control and Data Acquisition.The system is made up of PLC, transducer,units of pumps,pressure sensor and control machine and so on.

This system is formed by three pump generators,and they form the circulating run mode of frequency conversion. With general frequency converter realize for three phase pump generator soft start with frequency control,operation switch adopts the principle of”start first stop first”. The detection signal of pressure sensor of hydraulic pressure,via PLC with set value by carry out PID comparison operation,so,control frequency and the export voltage of frequency converter,and then the rotational speed that changes pump generator come to change water supply quantity,eventually,it is nearby to maintain pipe net pressure to stabilize when set value. Through work control machine the connection with PLC,with group form software consummately systematic monitoring,have realized operation state development to show and data,report to the police inquiry.

Keywords: Variable frequency speed-regulating Constant-pressure water supply PLC

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目录

第一章 绪论.........................................................1

1.1课题的提出...................................................1 1.2变频恒压供水系统的国内外研究现状.............................2 1.3本课题的主要研究内容.........................................3 第二章 系统的理论分析及控制方案确定.................................4

2.1变频恒压供水系统的理论分析...................................4

2.1.1 电动机的调速原理.......................................4 2.1.2 变频恒压供水系统的节能原理.............................4 2.2变频恒压供水系统的理论分析...................................5

2.2.1 控制方案的比较和确定...................................5 2.2.2 变频概述...............................................6 2.2.3 变频恒压供水系统的组成和原理图.........................7 2.2.4 变频恒压供水系统控制流程...............................9 2.2.5 水泵切换条件...........................................9

第三章 系统的硬件设计..............................................11

3.1系统主要设备的选型..........................................11

3.1.1 控制方案的比较和确定..................................11 3.1.2 西门子S7-200PLC简介..................................13 3.1.3 PLC 及其模块的选型....................................14 3.1.4 变频器的选型..........................................14 3.1.5 水泵机组的选型........................................15 3.1.6 压力变送器的选型......................................15 3.1.7 液位变送器的选型......................................16 3.2系统主电路分析及其设计......................................16 3.3系统控制电路分析及其设计....................................17 3.4 PLC的I/O端口分配及外围接线图..............................19 第四章 系统的软件设计..............................................22

4.1系统软件设计分析............................................22 4.2 PLC程序设计................................................23

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4.2.1 控制系统主程序程序设计................................23 4.2.2 控制系统子程序设计....................................26 4.3 PID控制器参数整定..........................................35

4.3.1 PID 控制及其控制算法..................................35 4.3.2 PID 参数整定..........................................36

第五章 结束语......................................................38 参考文献...........................................................39 致谢...............................................................40 附录...............................................................41 附录图1主电路图................................................41 附录图2控制电路图..............................................42 附录图3主程序流程图............................................43 附录图4主程序梯形图............................................44

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第一章 绪论

1.1课题的提出

目前，居民生活用水和工业用水日益增加。由于居民日常用水和工业用水会随季节、昼夜等变化而随之发生变化，如采取传统的供水方式不仅影响生活也不利于资源的优化配置。传统的供水系统已经不能满足人们的需求，为了能更合理的分配资源，使能最大限的为人们所用，可采用变频恒压供水方式来代替传统的供水系统，以达到供水稳定，满足人们需求，合理优化分配等目的。

本文介绍的是关于变频恒压供水系统的设计，因为变频恒压供水系统有高效节能，恒压供水，安全卫生，自动运行，管理简便等优点，非常适合现在的国民需求。变频恒压供水系统根据用水量的变化，自动调节运行参数，在水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求是当今先进、合理的节能型供水系统。变频调速是现在优于以往任何一种调速方式（如调压调速、变极调速、串级调速等）的技术，是当今国际上一项效益最高、性能最佳、应用广泛、最有发展前途的电机调速技术。它采用了微机控制技术，电力电子技术和电机传动调速技术实现了工业交流电动机的无极调速，具有高效率、宽范围和高精度等特点。以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有可靠性高，抗干扰能力强，组合灵活，变成简单，维修方便和低成本低能耗等诸多特点。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便实现供水系统的集中管理和监控；同时系统具有良好的节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计系统，对于调高企业效率以及人民生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。

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