【正文】 水泵變頻器PID調(diào)節(jié)設(shè)定壓力+ 壓力檢測(cè) 1泵2泵3泵輔助泵壓力傳感器 變頻器S7200 PLC 圖 ，整個(gè)系統(tǒng)由四臺(tái)水泵，一臺(tái)變頻調(diào)速器，一臺(tái)PLC和一個(gè)壓力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。完成硬件設(shè)備選型、PLC選型，估算所需I/O點(diǎn)數(shù)，進(jìn)行I/O模塊選型，繪制系統(tǒng)硬件連接圖：包括系統(tǒng)硬件配置圖、I/O連接圖，分配I/O點(diǎn)數(shù)，列出I/O分配表，熟練使用相關(guān)軟件，設(shè)計(jì)梯形圖控制程序，對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改。 本文的結(jié)構(gòu) 本文以普通城市小區(qū)恒壓供水作為應(yīng)用背景，對(duì)基于PLC的變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行研究。 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)正在經(jīng)歷一個(gè)逐步完善的發(fā)展過程，早期的單泵恒壓系統(tǒng)正在被多泵恒壓系統(tǒng)取代。這類設(shè)備雖說微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但是其輸出接口的擴(kuò)展功能缺少靈活性，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)(如BA系統(tǒng))和組態(tài)軟件很難實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，且限制了帶負(fù)載的容量所以在實(shí)際使用時(shí)其范圍將會(huì)受到局限[3]。 恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 變頻恒壓供水方式是在變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展以后逐漸發(fā)展起來的。氣壓罐供水的方式也存在著許多缺點(diǎn)，如氣壓罐方式的運(yùn)行不穩(wěn)定突出表現(xiàn)在它的頻繁啟動(dòng)，頻繁啟動(dòng)將產(chǎn)生較大的噪聲，同時(shí)由于啟動(dòng)過于頻繁，壓力不穩(wěn)，加之硬啟動(dòng)，電氣和機(jī)械沖擊較大，設(shè)備損壞很快。 (4) 恒速泵十高位水箱的供水方式 ：這種供水方式原理與水塔供水方式是相同的，區(qū)別僅在于水箱設(shè)在建筑物的頂層。這種供水方式 ，供水壓力相對(duì)穩(wěn)定。下面對(duì)幾種供水方式進(jìn)行介紹 (1) 一臺(tái)恒速泵直接供水系統(tǒng)：這種供水方式下，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶。日常的生產(chǎn)生活用水需求通常是隨時(shí)間變化的，因季節(jié)、晝夜相差很大，因此用水和供水的不平衡主要表現(xiàn)為在用水高峰期，水的供應(yīng)量往往低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象，而在用水低谷期，水的供給量往往高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，這將會(huì)造成能量的浪費(fèi)，同時(shí)有可能導(dǎo)致水管爆破和用水設(shè)備的損壞。 constant pressure water supply II 目 錄 第一章 緒論 1 引言 1 供水系統(tǒng)發(fā)展歷程 1 恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 本文的結(jié)構(gòu) 3第二章 恒壓供水系統(tǒng)控制方案確定 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 4 變頻恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 5 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程 7第三章 變頻恒壓供水系統(tǒng)原理分析 8 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理 8 變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理 9 變頻恒壓供水系統(tǒng)的變頻原理 11 變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用 11 變頻器頻率給定方式 12 控制系統(tǒng)PID原理及整定 12 PID控制原理 12 參數(shù)整定方法 13第四章 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 16 PLC及其擴(kuò)展模塊選型 16 PLC特點(diǎn)及性能指標(biāo) 16 可編程序控制器（PLC）的選型 17 擴(kuò)展模塊選型 18 變頻器的選型 19 變頻器的具體選型 19 變頻器與模擬量擴(kuò)展擴(kuò)展的連接 19 變頻器參數(shù)設(shè)定 20 水泵機(jī)組的選型 21 水泵機(jī)組的選型原則 21 水泵機(jī)組選型 22 供水壓力傳感器的選型 23 壓力傳感器的性能參數(shù) 23 壓力傳感器的選型 23 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)及分析 25 系統(tǒng)軟件的I/O口分配及外圍接線圖 26第五章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 29 恒壓供水系統(tǒng)軟件部分總體分析設(shè)計(jì) 29 系統(tǒng)軟件部分分析 29 系統(tǒng)軟件部分總體設(shè)計(jì) 29 恒壓供水系統(tǒng)程序流程圖 31 子程序和中斷程序 33 子程序的調(diào)用指令和返回指令 33 子程序調(diào)用過程的特點(diǎn) 33 中斷程序的調(diào)用原則 34 中斷調(diào)用指令 34 供水壓力采集程序 35 壓力采集的平移式平均值濾波法 35 壓力采集程序的編制 37 控制系統(tǒng)PID整定部分程序設(shè)計(jì) 39 PID回路指令及使用 39 PID指令在系統(tǒng)中的使用 39第六章 PLC程序仿真及調(diào)試 41 仿真軟件調(diào)試 41 實(shí)驗(yàn)室調(diào)試 45第七章 結(jié)論 48 論文總結(jié) 48 48 存在的問題 48 個(gè)人收獲 49致謝 50參考文獻(xiàn) 51附錄A：電氣接線圖 52附錄B：PLC外圍接線圖 53附錄C PLC梯形圖 54 IV第一章 緒論水是人類最寶貴的資源，是人類賴以生存的基本條件，也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的生命線。經(jīng)軟件仿真及實(shí)驗(yàn)室調(diào)試，證明系統(tǒng)基本可以滿足設(shè)計(jì)要求。自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 基于PLC的恒壓供水泵站系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 自動(dòng)化 摘 要本設(shè)計(jì)以一個(gè)城市小區(qū)供水系統(tǒng)作為被控對(duì)象，研究基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)，使系統(tǒng)獲得較好的性能指標(biāo)，力求做到使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，解決實(shí)際供水中問題，保證供水安全、快捷、可靠，目前變頻恒壓供水系統(tǒng)已在國(guó)內(nèi)外實(shí)際供水控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞： PLC；PID；變頻器；恒壓供水 ABSTRACTThe design of a city district water supply system as a controlled object, the study is based on the PLC constant pressure water supply system, allowing the system to obtain better performance indicators, and strive to make sure that the system is stable and easy to operate, to correct the problem that is the actual water supply to ensure water supply safe, fast, reliable, constant pressure water supply system has been widely used in domestic and foreign real water supply control system.Constant pressure water supply system consists of a pump unit, including a total of four pump motor, three conventional pumps, one for the auxiliary water pump, a variable frequency with a programmable logic controller, inverter, pressure sensors and other related devices cycle operation system. Realtime parison system pipe network pressure and pressure setpoint deviation changes, the PID operation by the PLC, the PLC controlled pump motor frequency, frequency switching, automatic control of the number of units put into operation the pump motor and the motor speed to achieve constant loop automatic adjustment pressure water supply. The software simulation and laboratory testing, proof system could meet the design requirements. Keywords: PLC。在節(jié)水節(jié)能己成為時(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下，我們這個(gè)水資源和電能短缺的國(guó)家，較長(zhǎng)階段以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直較為落后，自動(dòng)化程度不高，水資源浪費(fèi)現(xiàn)象十分嚴(yán)重，不能適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的需求。所以 保持供水壓力恒定可以實(shí)現(xiàn)供、用水的平衡[1]。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，但耗電、耗水嚴(yán)重、水壓不穩(wěn)、供水質(zhì)量不佳，電機(jī)硬起動(dòng)易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，破壞性大，目前較少采用。但這種供水方式基建設(shè)備投資最大，占地面積也最大，水壓不可調(diào)，不能兼顧近期與遠(yuǎn)期的需要，而且系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所需要壓力下降而下降，同時(shí)還存在一些能量損失和二次污染問題。 相對(duì)于水塔供水方式，高位水箱供水方式占地面積與設(shè)備投資都有所減少，但其必然提高建筑物的總體造價(jià)，且影響設(shè)計(jì)風(fēng)格對(duì)，同時(shí)水箱受到建筑物的限制，容積不能太大，所以供水的范圍必然較小。 以上幾種供水方式都曾經(jīng)在一定歷史階段和某些生產(chǎn)生活領(lǐng)域發(fā)揮了舉足輕重的作用，但是，隨著人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高，以上供水方式顯示出越來越多的弊病，再加上目前能源緊缺，供水方式必將朝著高效節(jié)能、自動(dòng)可靠的方向發(fā)展 。在早期，國(guó)外的恒壓供水工程在設(shè)計(jì)時(shí)均采用一臺(tái)變頻器帶動(dòng)一臺(tái)水泵機(jī)組的方式，幾乎沒有一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)水泵機(jī)組工作的情況，因而投資成本很高。 目前國(guó)內(nèi)很多公司在做變頻恒壓供水工程，大多數(shù)采用國(guó)外品牌的變頻器控制基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，水泵的轉(zhuǎn)速，供水管的管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)以及多臺(tái)水泵的循環(huán)控制，有的采用PLC（可編程控制器）及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)，有的采用單片機(jī)及相關(guān)軟件予以實(shí)現(xiàn)。雖然說單泵產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠，但由于單泵電機(jī)深度調(diào)速造成水泵、電機(jī)運(yùn)行效率偏低，而多泵型產(chǎn)品因投資更為節(jié)省，運(yùn)行效率更高，經(jīng)實(shí)際證明是最優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，必將快速發(fā)展成為供水的主導(dǎo)產(chǎn)品。全文共分為七章，各章的主要內(nèi)容如下： 第一章簡(jiǎn)略的介紹了供水系統(tǒng)的發(fā)展歷程，目前國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀以及相關(guān)背景； 第二章主要通過分析系統(tǒng)的控制要求，確定了系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析； 第三章對(duì)變頻恒壓供水進(jìn)行了原理性分析，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)； 第四章主要對(duì)控制系統(tǒng)硬件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)所需元件進(jìn)行選型，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的電氣原理圖與I/O口外圍接線圖； 第五章對(duì)系統(tǒng)軟件部分進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，介紹了各軟件程序部分設(shè)計(jì)過程，重點(diǎn)研究壓力采集程序與PID部分，并列舉典型程序； 第六章主要對(duì)PLC程序進(jìn)行仿真軟件調(diào)試和實(shí)驗(yàn)室調(diào)試，然后對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證分析，并總結(jié)不足之處； 第七章總結(jié)了全文的研究工作，給出了存在的問題和進(jìn)一步研究的方向。結(jié)合以上要求可知此次設(shè)計(jì)宜采用PLC控制變頻恒壓的供水系統(tǒng)，主要由變頻器、可編程控制器、壓力傳感器和現(xiàn)場(chǎng)的水泵機(jī)組一起組成一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)中有4臺(tái)水泵（3臺(tái)水泵為常規(guī)供水泵，1臺(tái)為輔助泵），采用部分流量調(diào)節(jié)方法，即3臺(tái)水泵中只有1臺(tái)水泵在變頻器控制下做變速運(yùn)行，其余水泵做恒速運(yùn)行。四臺(tái)水泵中每臺(tái)泵的出水管都安裝手動(dòng)閥，以方便維修和調(diào)節(jié)水量，三臺(tái)常規(guī)水泵協(xié)調(diào)工作以滿足實(shí)際供水需要，輔助泵僅在自動(dòng)狀態(tài)啟動(dòng)前處于啟動(dòng)狀態(tài)，在自動(dòng)狀態(tài)啟動(dòng)后關(guān)閉；在變頻供水系統(tǒng)中檢測(cè)管網(wǎng)壓力的壓力傳感器，通常采用電阻式傳感器(反饋0～5V電壓信號(hào))或壓力變送器(反饋4～20mA電流信號(hào))；變頻器作為供水系統(tǒng)的核心器件，通過改變電機(jī)的頻率來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無級(jí)調(diào)速、無波動(dòng)穩(wěn)壓的效果和各項(xiàng)功能。它們用于在用水量增大而調(diào)速泵的最大供水能力不足的情況下，對(duì)供水量進(jìn)行定量補(bǔ)充。(3) 控制系統(tǒng)供水控制系統(tǒng)通常安裝在供水控制柜中，共包括供水控制器 (PLC系統(tǒng)) 、變頻器和電控設(shè)備三部分。變頻器根據(jù)供水控制器送來的控制信號(hào)來改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。借助于人機(jī)界面，使用者可以完成更改設(shè)定壓力，修改系統(tǒng)設(shè)定等操作以滿足不同工藝的需求，同時(shí)使用者還可以從人機(jī)界面上了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況以及設(shè)備的工作狀態(tài)。由于本系統(tǒng)在不同的供水領(lǐng)域均可適用，所以為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠、平穩(wěn)、安全 的運(yùn)行，防止因?yàn)殡姍C(jī)過載、變頻器運(yùn)行報(bào)警、電網(wǎng)波動(dòng)過大、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等等原因造成的故障，因此系統(tǒng)需要對(duì)各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后通過PLC判斷報(bào)警類別，進(jìn)行報(bào)警顯示和保護(hù)動(dòng)作控制，以免造成本可避免的損失[5]。該系統(tǒng)最基本的功能是變頻自動(dòng)控制，系統(tǒng)可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的軟啟動(dòng)、循環(huán)變頻、停止等操作過程。 這樣保證系統(tǒng)的每臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)間接近，防止個(gè)別供水泵運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)損耗，而有的泵因長(zhǎng)時(shí)間不用而銹死，從而有效的延長(zhǎng)了設(shè)備的壽命。由于水泵功率較大，為了避免直接啟動(dòng)電流過大，需要采用軟啟動(dòng)方法，即用變頻器來啟動(dòng)水泵[9]。變轉(zhuǎn)差率調(diào)速中為確保其較大的調(diào)速范圍在一般情況下采用串級(jí)調(diào)速方式，它的最大優(yōu)點(diǎn)在于可回收轉(zhuǎn)差功率，具有良好的節(jié)能效果，且其調(diào)速性能好，但是其線路過復(fù)雜，中間環(huán)節(jié)的電能損耗增加，由于成本較高而影響了其推廣使用價(jià)值。但僅通過電源頻率調(diào)節(jié)，最終導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行性能的惡化。管阻特性則是以水泵的轉(zhuǎn)速恒定為前提的，表示揚(yáng)程H與流量Q之