【正文】 ............................................... 40 5 監(jiān)控系統(tǒng)的設計 ....................................................................................... 47 組態(tài)軟件簡介 ...................................................................................... 47 監(jiān)控系統(tǒng)的設計 .................................................................................. 47 6 結束語 ......................................................................................................... 52 目錄 參考文獻 ......................................................................................................... 54 致謝 ................................................................................................................... 56 附錄 ................................................................................................................... 57 附錄 A 英文文獻 ....................................................................................... 57 附錄 B 中文翻譯 ....................................................................................... 66 附錄 C 主程序梯形圖 ............................................................................... 72 山東科技大學學士學位論文 緒論 1 1 緒論 課題的提出 水和電是人類生活、生產中不 可缺少的重要物質，在節(jié)水節(jié)能已成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能源短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產循環(huán)供水等方面技術一直比較落后，自動化程度較低，而隨著我國社會經濟的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，以及住房制度改革的不斷深入，城市中各類小區(qū)建設發(fā)展十分迅速，同時也對小區(qū)的基礎設施建設提出了更高的要求。 摘要 基于 PLC 的變頻調速恒壓供水系統(tǒng) 畢業(yè)設計論文 摘要 本論文根據中國城市小區(qū)的供水要求，設計了一套基于 PLC 的變頻調速恒壓供水系統(tǒng) , 并利用組態(tài)軟件開發(fā)良好的運行管理界面。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設是其中的一個重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經濟性直接影響到小區(qū)住戶的正常工作和生活，也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平的高低。 基于 PLC 和變頻技術的恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術、電氣技術、現(xiàn)代控制技術于一體。隨著改革開放和經濟的高速發(fā)展，我國采取要么直接從發(fā)達國家進口現(xiàn)成的變頻調速設備，要么內外結合，即在自行設計制造的成套裝置中采用外國進口或合資企業(yè)的先進變頻調速設備，然后自己開發(fā)應用軟件的辦法，很好地為國內重大工程項目提供了電氣傳動控制系統(tǒng)的解決辦法，適應了社會的需要。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。 PLC 及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、 PID 功能及極高的 性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 西門子 S7200PLC 簡介 西門子公司具有品種非常豐富的 PLC產品。硬件設備選型、 PLC選型，估算所需 I/O 點數，進行 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 點數，列出 I/O 分配表，熟練使用相關軟件，設計梯形圖控制程序，對程序進行調試和修改并設計監(jiān)控系統(tǒng) 。隨著電力電子技術的發(fā)展，已出現(xiàn)了各種性能良好、工作可靠的變頻調速電源裝置，它們促進了變頻調速的廣泛應用。在這一點，用戶的用水流量 Qu 和供水系統(tǒng)的供水流量Qc 處于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既滿足了揚程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。由于實際用水中，需水量是變化的，若閥門開度在一段時間內保持不變，必然要造成超壓或欠壓現(xiàn)象的出現(xiàn)。而揚程則從 H0上升到 H1，運行工況點從 E 點移到 F 點，此時水泵的輸出功率正比于 H1 Q2。其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，數據通信困難，并且限制了帶負載的容量，因此僅適用于要求不高的小容量場合。 通過對 以上這幾種方案的比較和分析，可以看出第三種控制方案更適合于本系統(tǒng)。此信號來自安裝于水池中的液位傳感器；報警信號反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異常，該信號為開關量信號。設定的供水壓力可以是一個常數，也可以是一個時間分段函數，在每一個時段內是一個常數。如果用水量繼續(xù)增加，滿足增加水泵的條件，將繼續(xù)發(fā)生如上轉換，將另一臺工頻泵 M3 投入運行，變頻器輸出頻率達 到上限頻率 50Hz 時，壓力仍未達到設定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出水壓超限報警。這個頻率在實際應用中就是電機運行的下限頻率。另外， 實際供水壓力超調的影響以及現(xiàn)場的干擾使實際壓力的測量值有尖峰，這兩種情況都可能使機組切換的判別條件在一個比較短的時間內滿足。 PLC 和上位機的通信采用 PC/PPI 電纜，支持點對點接口 (PPI)協(xié)議，PC/PPI 電纜可以方便實現(xiàn) PLC 的通信接口 RS485 到 PC 機的通信接口RS232 的轉換，用戶程序有 三級口令保護，可以對程序實施安全保護 [12]。根據控制功能不同，通用變頻器可分為三種類型：普通功能型 U/f 控制變頻器、具有轉矩控制功能的高功能型 U/ f 控制變頻器以及矢量控制高功能型變頻器。 水泵機組的選型 水泵機組的選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運行；二是要經常處于高效區(qū)運行，以求取得較好的節(jié)能效果。 壓力變送器的選型 壓力變送器用于檢測管網中的水壓，常裝設在泵站的出水口，壓力傳感器和壓力變送器是將水管中的水壓變化轉變?yōu)?1~5V或 4~20mA的模擬量信號，作為模擬輸入模塊 (A/D 模塊 )的輸入，在選擇時，為了防止傳輸過程中的干 擾與損耗，我們采用 4~20mA 輸出壓力變送器。接觸器 KM KMKM5 分別控制 M M M3 的工頻運行；接觸器 KM KM KM6 分別控制 M M M3 的變頻運行； FR FR FR3 分別為三臺水泵電機過載保護 用的熱繼電器； QS QS QS QS4 分別為變頻器和三臺水泵電機主電路的隔離開關； FU為主電路的熔斷器。同樣從工頻轉為變頻時，也必須先將工頻 接觸器斷開，才允許接通變頻器輸出端接觸器，所以 KM1 和 KM KM3 和 KM KM5 系統(tǒng)的硬件設計 25 和 KM6 絕對不能同時動作，相互之間必須設計可靠的互鎖。當采用手動控制時，必須采用自耦變壓器降壓啟動或軟啟動的方式以降低電流，本系統(tǒng)采用軟啟動器。對變頻器頻率進行復位是 系統(tǒng)的硬件設計 26 只提供一個干觸發(fā)點信號，本系統(tǒng)通過一個中間繼電器 KA 的觸點對變頻器進行復頻控 制。 （ 2）自動控制：在正常情況下變頻恒壓供水系統(tǒng)工作在自動狀態(tài)下。 (2) 在用水量小的情況下，如果一臺水泵連續(xù)運行時間超過 3h，則要切換下一 臺水泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺水泵工作時間過長。C P U 2 2 6 C N2RS485MV0M0地L+RAA+I0BB+RBADD+RDCC+RC偏移配置增益E M 2 3 5I 0 I 1 I 2Q 0 Q 1S A 1窗 口比 較 器液 位變 送 器水 位 上 下限 信 號S US L H LS B 74 6 8 1 0 1 2 1 4 2 42 22 01 81 6 2N 1＋ －壓 力 變 送 器 輸出 壓 力 信 號輸 入 變 頻 器圖 PLC 及擴展模 塊外圍接線圖 本變頻恒壓供水系統(tǒng)有五個輸入量，其中包括 4 個數字量和 1 個模擬 系統(tǒng)的硬件設計 30 量。這一功能可通過比較指令實現(xiàn)。利用定時器中斷功能實現(xiàn)PID 控制的定時采樣及輸出控制。白天、夜間模式的給定壓力值不同，兩個恒壓值是采用數字方式直接在程序中設定的。 (2) 多泵組泵站泵組管理規(guī)范 由于變頻器泵站希望每一次啟動電動機均為軟啟動，又規(guī)定各臺水泵必須交替使用，多泵組泵站泵組的投運要有個管理規(guī)范。 本變頻恒壓供水系統(tǒng)有 11 個數字量輸出信號和 1個模擬量輸出信號。 (3) 考慮節(jié)能和水泵壽命的因素，各水泵切換遵循先啟先停、先停先啟原則。 輸出 1水泵工頻運行信號， 輸出 1水泵變頻運行信號，當 輸出 1 時， KM1 線圈得電， 1水泵工頻運行指示燈HL1 點亮，同時 KM1 的常閉觸點斷開，實現(xiàn) KM KM2 的電氣互鎖。 S B 1K M 1S B 2Q 0 . 0Q 0 . 1K M 2K M 1K M 1K M 2H L 1H L 2F R 1S B 5K M 5S B 6Q 0 . 4Q 0 . 5K M 6K M 5K M 5K M 6H L 5H L 6F R 3S B 3K M 3S B 4Q 0 . 2Q 0 . 3K M 4K M 3K M 3K M 4H L 3H L 4F R 2P L CNL 1F U 2S A12Q 1 . 1H L 7Q 1 . 3H L 9Q 1 . 2H L 8H L 1 0Q 1 . 4Q 1 . 5K AH AN 14681 01 21 41 61 82 02 22 4 圖 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制電路圖 注： PLC 各 I/O 端口、各指示燈所代表含義在下一節(jié) I/O端口分配中將詳細介紹。本系統(tǒng)采用西門子公司S7200 系列 PLC，它體積小，執(zhí)行速度快，抗干擾能力強，性能優(yōu)越。同時可以通過通過轉換開關接電壓表顯示線電壓。因此 在同一時間內只 系統(tǒng)的硬件設計 24 能有一臺水泵工作在變頻下，但不同時間段內三臺水泵都可輪流做變頻泵。 根據以上的分析，本設計中選用普通 壓力表 Y100 和 XMT1270 數顯儀實 現(xiàn)壓力的檢測、顯示和變送。本設計的要求為：電動 系統(tǒng)的硬件設計 22 機額定功率 75KW，供水壓力控制在 177。 由于本設計中 PLC 選擇的西門子 S7200 型號，為了方便 PLC 和變頻器之間的通信，我們選擇西門子的 MicroMaster440 變頻器。由于實際中需要模擬量輸入點 1 個，模擬量輸出點 1 個，所以需要擴展，擴展模塊選擇的是 EM235， 該模塊有 4 個模擬輸入 (AIW)， 1 個模擬輸出 (AQW)信號通道。 實際的機組切換判別條件如下 [11]： 加泵條件： UPff? 2dfsPPP??? 且延時判別成立 () 減泵條件： LOWff? 2dfsPPP??? 且延時判別成立 () 式中： UPf ： 上限頻率 LOWf ： 下限頻率 sP ： 設定壓力 fP ： 反饋壓力 系統(tǒng)的硬件