【正文】 signal of pressure sensor of hydraulic pressure,via PLC with set value by carry out PID parison operation,so,control frequency and the export voltage of frequency converter,and then the rotational speed that changes pump generator e 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 speedregulating, constantpressure water supply, PLC, supervision control and data acquisition. 目錄目錄1 緒論 1 課題的提出 1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內外研究現(xiàn)狀 3 PLC概述 5 本課題的主要研究內容 72 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 8 變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 8 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方案的確定 113 系統(tǒng)的硬件設計 19 系統(tǒng)主要設備的選型 19 系統(tǒng)主電路分析及其設計 23 系統(tǒng)控制電路分析及其設計 25 PLC的I/O端口分配及外圍接線圖 274 系統(tǒng)的軟件設計 31 系統(tǒng)軟件設計分析 31 PLC程序設計 33 PID控制器參數(shù)整定 405 監(jiān)控系統(tǒng)的設計 46 組態(tài)軟件簡介 46 監(jiān)控系統(tǒng)的設計 466 結束語 51參考文獻 53致謝 55附錄 56附錄A 英文文獻 56附錄B 中文翻譯 65附錄C 主程序梯形圖 71山東科技大學學士學位論文 緒論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(jīng)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(jù)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(jīng)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?；赑LC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(jīng)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(shù)，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(shù)，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H1Q2。其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，數(shù)據(jù)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(shù)，也可以是一個時間分段函數(shù)，在每一個時段內是一個常數(shù)。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(jù)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(jīng)常處于高效區(qū)運行，以求取得較好的節(jié)能效果。在運行過程中，當壓力傳感器和壓力變送器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)有可能開啟所有的水泵，而此時的用水量又達不到，這就使水管中的水壓上升，為了防止爆管和超高水壓損壞家中的用水設備(熱水器、抽水馬桶等)，本文中的供水系統(tǒng)使用電極點壓力表的壓力上限輸出，作為PLC的一個數(shù)字量輸入，當壓力超出上限時，關閉所有水泵并進行報警輸出[13]。本系統(tǒng)采用三泵循環(huán)變頻運行方式，即3臺水泵中只有1臺水泵在變頻器控制下作變速運行，其余水泵在工頻下做恒速運行，在用水量小的情況下，如果變頻泵連續(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。為監(jiān)控電機負載運行情況，主回路的電流大小可以通過電流互感器和變送器將4~20mA電流信號送至上位機來顯示。 系統(tǒng)控制電路分析及其設計系統(tǒng)實現(xiàn)恒壓供水的主體控制設備是PLC，控制電路的合理性，程序的可靠性直接關系到整個系統(tǒng)的運行性能。~~，他們旁邊的8等數(shù)字為接線編號。單刀雙擲開關SA打至2端時開啟自動控制模式，自動控制的工作狀況由PLC程序控制。倒泵只用于系統(tǒng)只有一臺變頻泵長時間工作的情況下。~；；；；；；AQW0輸出的模擬信號用于控制變頻器的輸出頻率。在本設計中，控制要求中規(guī)定任一臺泵連續(xù)變頻運行不得超過3h，因此每次需啟動新水泵或切換變頻泵時，以新運行泵為變頻泵是合理的。白天模式系統(tǒng)設定值為滿量程的90%，夜間模式系統(tǒng)設定值為滿量程的70%。PLC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電機起動程序、水泵電機變頻/工頻切換程序、水泵電機換機程序、模擬量(壓力、頻率)比較計算程序和報警程序等構成。當?shù)谝淮紊想?、故障消除或者產生1泵變頻啟動脈沖信號并且系統(tǒng)無故障產生、未產生復位1水泵變頻運行信號、1泵未工作在工頻狀態(tài)時，KM2常開觸點閉合接通變頻器，使1水泵變頻運行，同時KM2常閉觸點打開防止KM1線圈得電，從而在變頻和工頻之間實現(xiàn)良好的電氣互鎖，KM2的常開觸點還可實現(xiàn)自鎖功能。由于變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序梯形圖比較復雜，不方便全部畫出，在此僅畫出其控制過程的流程圖。假設所選變頻器的輸出頻率范圍為0~100HZ，則上下限給定值分別為16000和6400。PID控制器是一種線性控制器，它是對給定值r(t)和實際輸出值y(t)之間的偏差e(t)[15]： （）經(jīng)比例(P)、積分(I)和微分(D)運算后通過線性組合構成控制量u(t)，對被控對象進行控制，故稱PID控制器。(3) 微分環(huán)節(jié)：對偏差信號的變化趨勢做出反應，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調節(jié)時間。因此，恒壓供水系統(tǒng)的數(shù)學模型可以近似成一個帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，即可以寫成[16]： （）式中：K為系統(tǒng)的總增益，T為系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)，為系統(tǒng)滯后時間。s=feedback(sk,)。由于使用串行通信接口1，故雙擊工程瀏覽器的設備文件夾中的“COM1”圖標，在出現(xiàn)的對話框中設置波特率為19200bit/s。(4) 按鈕、指示燈組態(tài)設定按鈕或文字鏈接的對象，按鈕既可以用來執(zhí)行某些命令，還可以 數(shù)據(jù)詞典中的變量列表輸入數(shù)據(jù)給某些變量，當和外部的一些智能儀表、PLC等進行連接時，會大大增加其數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮啙嵭裕恢甘緹艚M態(tài)后用于顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。該系統(tǒng)不僅有效地保證了供水系統(tǒng)管網(wǎng)壓力恒定，而且具有工作可靠、施工簡單、節(jié)能效果顯著、全自動控制、無二次污染等優(yōu)點。在提高自己的同時，我也更加清楚的認識到自己的一些不足之處。在此謹向高老師表示最衷心的感謝。當我遇到困難時，他們給了我許多好的建議和無私的幫助。通過這半年的實踐和學習，我學到了很多課本中無法涉及到的知識，體會到了工程設計的復雜與困難，也感受到了親自做出成績的成功與喜悅，這些都為即將開始的研究生生活打下了堅實的基礎。系統(tǒng)采用PLC實現(xiàn)對多泵切換的控制。為了加強系統(tǒng)的安全性，系統(tǒng)還為不同的用戶設置了相應的權限。 通信協(xié)議的設置 新建工程與組態(tài)變量雙擊“”啟動工程管理器，新建一個工程，名為“恒壓供水系統(tǒng)”，雙擊新建工程打開工程瀏覽器，點擊工程瀏覽器中的“數(shù)據(jù)詞典”圖標，右面工作區(qū)會出現(xiàn)系統(tǒng)定義好的內存變量。 ， 恒壓供水系統(tǒng)階躍響應仿真波形圖。本系統(tǒng)是一個單閉環(huán)系統(tǒng)。自從計算機進入控制領域以來，用數(shù)字計算機代替模擬調節(jié)器來實現(xiàn)PID控制算法具有更大的靈活性和可靠性。 PID控制原理框圖PID控制規(guī)律為： （）式中：Kp為比例系數(shù)；Ti為積分時間常數(shù)；Td為微分時間常數(shù)。最后再設置定時中斷和中斷連接。由于各水泵工頻運行控制邏輯大體上是相同的，現(xiàn)在只以1水泵為例進行說明。系統(tǒng)進行初始化是在主程序中通過調用子程序來是實現(xiàn)的。 程序中使用的PLC元件及其功能器件地址功 能器件地址功 能VD100過程變量標準化值T37工頻泵增泵濾波時間控制VD104壓力給定值T38工頻泵減泵濾波時間控制VD108PID計算值故障結束脈沖信號VD112比例系數(shù)Kc水泵變頻啟動脈沖(增泵)VD116采樣時間Ts水泵變頻啟動脈沖(減泵)VD120積分時間Ti倒泵變頻啟動脈沖VD124微分時間Td復位當前變頻泵運行脈沖VD204變頻運行頻率下限值當前泵工頻運行啟動脈沖VD208變頻運行頻率上限值新泵變頻啟動脈沖VD250PID調節(jié)結果存儲單元泵工頻/變頻轉換邏輯控制VB300變頻工作泵的泵號泵工頻/變頻轉換邏輯控制VB301工頻運行泵的總臺數(shù)泵工頻/變頻轉換邏輯控制VD310變頻運行時間存儲器故障信號匯總T33工頻/變頻轉換邏輯控制水池水位越限邏輯T34工頻/變頻轉換邏輯控制T35工頻/變頻轉換邏輯控制 PLC程序設計PLC控制程序采用SIEMENS公司提供的STEP 7MicroWINV40編程軟件開發(fā)。除此之外，泵組管理還有一個問題就是泵的工作循環(huán)控制，本設計中使用泵號加1的方法實現(xiàn)變頻泵的循環(huán)控制，用工頻泵的總數(shù)結合泵號實現(xiàn)工頻泵的輪換工作。它忽略了以下因素：(1) 直流電源的容量；(2) 電源方面的抗干擾措施；(3) 輸出方面的保護措施；(4) 系統(tǒng)的保護措施等。(4) 三臺水泵在啟動時要有軟啟動功能，對水泵的操作要有手動/自動控制功能，手動只在應急或檢修時臨時使用。KM2線圈得電，1水泵變頻運行指示燈HL2點亮，同時KM2的常閉觸點斷開，實現(xiàn)KMKM1的電氣互鎖。本系統(tǒng)在手動/自動控制下的運行過程如下：(1) 手動控制：手動控制只在檢查故障原因時才會用到，便于電機故障的檢測與維修。PLC主要是用于實現(xiàn)變頻恒壓供水系統(tǒng)的自動控制，要完成以下功能：自動控制三臺水泵的投入運行；能在三臺水泵之間實現(xiàn)變頻泵的切換；三臺水泵在啟動時要有軟啟動功能；對水泵的操作要有手動/自動控制功能，手動只在應急或檢修時臨時使用；系統(tǒng)要有完善的報警功能并能顯示運