【正文】 結(jié)合，實現(xiàn)恒壓供水且有效節(jié)能。編號 xxx學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目： 信機 系 專業(yè) 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （職稱： 副教授 ） 2021 年 5 月 25 日xx 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） I 基于 PLC 變頻調(diào)速 恒壓供水 系統(tǒng)的設(shè)計 摘 要 隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。依據(jù)供水要求，設(shè)計了一套 由 PLC、變頻器、遠傳壓力表、多臺水泵機組等主要設(shè)備構(gòu)成的全自動變頻恒壓供水，具有全自動變頻恒壓運行、自動工頻運行和現(xiàn)場手動控制等功能。其中，采用變頻調(diào)速的主要目的是通過調(diào)速來恒定用水管道的壓力以達到節(jié)能的目的，恒壓供水則是為了滿足用戶對流量的要求。 應(yīng)用 PLC 技術(shù)是為了實現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動，減少手動操作或撫慰操作，同時替代部分繼電器減少機械觸點的故障，增強可靠性。 PLC 是集自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，已躍居工業(yè)自動化三大支柱（ PLC、 ROBOT、 CAD/CAM）的首位。 恒 壓供水系統(tǒng)的選型 該系統(tǒng) 是由儲 水系統(tǒng)、動力 系統(tǒng)、回水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)（手動控制、自動控制）組成，對象系統(tǒng)由三 臺不同功率的水泵機組組成，都為常規(guī)變頻循環(huán)泵，用于模擬正常模式下的生活供水動力系統(tǒng)，回水系統(tǒng)采用有機玻璃材料結(jié)構(gòu)，以使實驗系統(tǒng)具有可觀察性。 plc 的程序設(shè)計包括手動控制和自動控制的程序設(shè)計，手動部分是通過按鈕控制水泵在工頻下運行和停止，主要考慮系統(tǒng)調(diào)試或檢修時用。根據(jù)用水量的大小量的大小由 PLC 控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速，實現(xiàn)恒壓供 水。 隨著 PLC 功能的不斷完善和提高， PLC 幾乎可以完成工業(yè)領(lǐng)域的所以控制任務(wù)。 控制對象以及控制裝置確定后，還要進一步確定 PLC 的控制范圍。一方面是選擇多大容量的 PLC，另一方面是選擇什么公司的 PLC 以及外設(shè)。因為 PLC 的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組的輸出只能有一個電源的種類和等級。 2. 價格方面 不同廠家的 PLC 產(chǎn)品價格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、 I/O 點數(shù)相當(dāng)?shù)?PLC 的價格能相差 40%以上。 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 恒壓供水泵站一般需設(shè)多臺水泵及電機，這比設(shè)單臺水泵及電機節(jié)能而可靠。這也有兩種配置方式，一是為每臺水泵電機配一臺變頻器，這當(dāng)然方便，電機與變頻器間不需要切換，但是購買變頻器的費用較高。水壓傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰?電壓的變化送給調(diào)節(jié)器。 2. 接受傳感器送來的管網(wǎng)水壓的實測值。如果給定值大于實測值，說明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電機的轉(zhuǎn)速，如果水壓高于理想水壓，要降低水泵電機的轉(zhuǎn)速。 調(diào)節(jié)器的輸出信號一般式模擬信號， 4~20mA 變化的電流信號或 0~10V間變化的電壓信號。為了保障供水的持續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離不是相差很大。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計算機。而 PLC 可以通過它的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。 像 PLC 這樣，集豐富功能于一身，是別的電控器所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電器控制電路所無法比擬的。因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求 ，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。 3．控制功能的選擇 該選擇包括運算 功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。完成編程后，編程器切換到運行模式， CPU 對現(xiàn)場 設(shè)備進行控制，不能進行編程。 五種標(biāo)準(zhǔn)編程語言：順序功能圖（ SFC）、梯形圖（ LD）、功能模塊圖（ FBD）三種圖形化語言和語句表（ IL）、結(jié)構(gòu)文本（ ST）兩種文本語言。通過軟件對 PLC 內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。特別是 S7200CUP22*系列 PLC。模擬量擴展單元有單獨用于 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換的，單獨用于數(shù) /轉(zhuǎn)換的，也兼有模 /數(shù)和數(shù) /模兩種功能的，以下介紹 S7200 系列 PLC 的模擬量擴展模塊 EM235，它具有四路模擬量輸入及一路模擬量輸入，可以用于恒壓供水控制中。 校準(zhǔn)及配置 模擬量模塊在接入電路工作前需完成配置及校準(zhǔn)，配置指根據(jù)實際需接入的信號類型對模塊進行一些設(shè)定。 2. 完成硬件的接線工作。 3. 確定模塊安裝入系統(tǒng)時的位置，并由安裝位置確定模塊的編號。一般使用模擬量輸入 AIW 及模擬量輸出 AQW 單元安排由模擬量模塊送來的數(shù)字量及待入模塊轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量輸出的數(shù)字量。 2. 設(shè)置模塊檢測子程序。 S7200PLC 硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式和積木式，即主機包含一定數(shù)量的輸入 /輸出（ I/O）點，同時還可以擴展 I/O 模塊和各種功能的模塊。實際上它就是一個完整的控制系統(tǒng)，可以單獨完成一定的 控制任務(wù)。 （ 4）相關(guān)設(shè)備 相關(guān)設(shè)備是為了充分和方便地利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)和使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備、人機操作界面和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。對變頻器故障的檢測是只是由 PLC 讀取變頻器的故障報警觸點，只是知道變頻器出現(xiàn)故障，但具體什么故障并不清楚，需操作人員查詢變頻器報警信息后再閱讀變頻器說明書才知道，這對于一般值班人員來說太難了?？刂栖浖梢詫崿F(xiàn)xx 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 專用功能：多泵切換、手動 /自動切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運行方式等。 圖 24 恒壓供水的主電路 供水系統(tǒng)控制電路 如圖 22 所示， ～ 為 PLC 輸出軟電器觸點，其中 、 、xx 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 控制變頻運行電路； 、 、控制工頻運行電路。 1． 缺水保護 當(dāng)水池缺水或水位不足時，若不及時切斷電源就會損壞水泵，甚至發(fā)生事故。水池水位正常時，控制回路電源接通，系統(tǒng)正常工作。 硬件接線圖 系統(tǒng)的硬件連接圖即 PLC 和系統(tǒng)中各個硬件的連線。 xx 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 圖 26 PLC 接線圖 xx 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 27 變頻器接線圖 控制系統(tǒng)的 I/O 點及地址分配 PLC 要能夠識別和接受描述現(xiàn)場設(shè)備的開關(guān)量，同時要能夠發(fā)出控制信號控制一些執(zhí)行設(shè)備，以便對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。這些信號經(jīng)過輸入電路進行濾波、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換等處理后，變成 CUP 能夠接受和處理的信號。10 0～ 20 mA 輸入濾波衰減 3dB， 分辨率 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 隔離 否 分辨率，滿量程 電壓 電流 12 位 11 位 輸入類型 差分 輸入范圍 電壓單極性 0～ 10V， 0～ 5V 0～ 1V， 0～ 500mV 電壓 電流 32021～ +32021 0～ +32021 電壓雙極性 電流 0～ 100Mv,0～ 50mV 177。1V177。50mV, 177。2% 滿量程 177。12V 24VDC 電壓范圍 ～ 設(shè)置時間 ， 電壓輸出 ， 電流輸出 100? s 2ms 數(shù)據(jù)字格式 雙極性，滿量程 單極性，滿量程 32021～ +32021 0～ 32021 xx 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 第 3 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 PLC 梯形圖設(shè)計 梯形圖是使用的最多的圖形編程語言，被稱為 PLC 的第一編程語言。如果該存儲單元為“ 0”狀態(tài)，對應(yīng)軟繼電器的線圈和觸點的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“ 0”或“ OFF”狀態(tài)，使用中也常將 這些“軟繼電器”稱為編程元件。 xx 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 xx 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 xx 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 31 梯形圖的子程序 梯形圖指令 梯形圖 指令包括基本指令、數(shù)值比較指令、字符串指令、轉(zhuǎn)換指令、計數(shù)器，定時器指令、數(shù)字運算指令、中斷指 令、邏輯操作指令、數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸指令、程序流控制指令和其他指令 。 邏輯運算及報警處理等放在 主 程序。 程序中使用的 PLC 元器件及其功能如表 32 所示 。若系統(tǒng)只有一臺水泵變頻運行且連續(xù)一段時間頻率低于設(shè)定出水頻率。 故障處理 變頻故障從冗余設(shè)計原則考慮，在變頻器發(fā)生故障時也要不間斷供水。所有故障解決，恢 復(fù)正常后，自啟動前也要發(fā)出報警信號。調(diào)試時，輸入各種按鈕輸入信號，檢查 PLC 的輸出是否和預(yù)期的輸出相符， PLC 的輸出端子并不需要真正的連接執(zhí)行單元，我們只 需要根據(jù) PLC 上面的 I/O 指示燈來判斷正確與否。實現(xiàn)恒壓自動控制，不需要操作 人員頻繁操作，降低了人員的勞動強度，節(jié)省了人力。 在實際應(yīng)用中，采用 PLC 控制恒壓供水，還能容易地隨時修改控制程序，以改變各元件的工作時間和工作狀況，滿足 不同情況要求。您治學(xué)嚴(yán)謹，學(xué)識淵博，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。 D and Schneider Electric, provides a powerful highend controller family, regardless of PLC or industrial PC, and at the same time promoting the field of PLC and industrial PC development. The recent announcement by Siemens S7400 PLC series of significant performance increase, the CPU performance of the previous 3 times the munications capacity is 2 times the previous. Siemens is still the most highend of the S7400 series, an increase of another innovation: munications processor with integrated 4port Ether switch. The need for external switch, the Ether can be used for smallscale model of the economy. However, the munications processor real difference is that from now on it is a higher stage of development to middleclass, at a higher stage, Siemens will use highend PLC and integrated Profaned V3 switch external devices, can provide realtime control. Schneider Electric has developed a substantial highend CPU39。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué) 和 朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！ 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計中被我引用或參考的論著的作者 。 xx 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 謝 辭 三年的求學(xué)生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。 由于變量泵工作在變頻工作狀態(tài)，在其運行過程中其轉(zhuǎn)速是由外供水量決定的，故系統(tǒng)在運行過程中可節(jié)約可觀的電能，其經(jīng)濟效益是十分明顯的。 系統(tǒng)總體調(diào)試 功能測試完成后并檢查完線路后就可以開始系統(tǒng)總體調(diào)試了，內(nèi)容包括： 1. 手動方式下，能否正常啟動和停止各臺泵； 2. 自動方式下，給變頻器持續(xù)欠壓信號，系統(tǒng)能否實現(xiàn) 1 、 2 、 3的變頻和工頻投入，最后全部工作在工頻方式；給變頻器持續(xù)超壓信號，能否實現(xiàn)泵的工頻 /變頻順序切除； 3. 系統(tǒng)自動運行時，是否滿足先投先停，先停先投的既定原則； 4. 給外部故障信號時，系統(tǒng)能否停止運行； 5. 模擬器中一臺水泵發(fā)生 故障，系統(tǒng)能否繼續(xù)