【正文】 , constantpressure water supply, PLC, supervision control and data acquisition.山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位 論文 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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ................................................ 3 PLC 概述 ................................................................................................. 5 本課題的主要研究?jī)?nèi)容 ........................................................................ 7 2 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 ...................................................11 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ....................................................................................... 19 系統(tǒng)主要設(shè)備的選型 .......................................................................... 19 系統(tǒng)主電路分 析及其設(shè)計(jì) .................................................................. 23 系統(tǒng)控制電路分析及其設(shè)計(jì) .............................................................. 25 PLC 的 I/O 端口分配及外圍接線圖 ................................................... 27 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ....................................................................................... 31 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析 .............................................................................. 31 PLC 程序設(shè)計(jì) ....................................................................................... 33 PID 控制器參數(shù)整定 ............................................................................ 40 5 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ....................................................................................... 46 組態(tài)軟件簡(jiǎn)介 ...................................................................................... 46 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .................................................................................. 46 6 結(jié)束語(yǔ) ......................................................................................................... 51 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位 論文 目錄 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................... 53 致謝 ................................................................................................................... 55 附錄 ................................................................................................................... 56 附錄 A 英文文獻(xiàn) ....................................................................................... 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(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 1 1 緒論 課題的提出 水和電是人類生活、生產(chǎn)中不可缺少的重要物質(zhì)，在節(jié)水節(jié)能已成為時(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下，我們這個(gè)水資源和電能源短缺的國(guó)家，長(zhǎng)期以來(lái)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)一直比較落后，自動(dòng)化程度 較 低，而隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)也對(duì)小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求?，F(xiàn)在，我國(guó)約有 200 家左右的公司、工廠和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的工作，但自行開發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品和國(guó)際市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品相比，還有比較大的技術(shù)差距。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 目前， PLC 在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、輕紡、交通運(yùn)輸、及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，被稱為現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱之一。但是，單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行性能惡化。其實(shí)質(zhì)是通過(guò)改變水路中的阻力大小來(lái)改變流量，因此，管阻將隨閥門開度的改變而改變，但揚(yáng)程特性不變。它雖然微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但在壓力設(shè)定和壓力反饋值的顯示方面比較麻煩，無(wú)法自動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段的不同恒壓要求，在調(diào) 試時(shí)， PID 調(diào)節(jié)參數(shù)尋優(yōu)困難，調(diào)節(jié)范圍小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能不易保證。信號(hào)有效時(shí)，控制系統(tǒng)要對(duì)系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)控制，以防止水泵空抽而損壞電 機(jī)和水泵。 (3) 當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達(dá)到上限頻率 50Hz 時(shí)，若此時(shí)用戶管網(wǎng)的實(shí)際壓力還未達(dá)到設(shè)定壓力，并且滿足增加水泵的條件 (在下 節(jié) 有詳細(xì)闡述 )時(shí)，在變頻 循環(huán) 式的控制方式下，系統(tǒng)將 在 PLC 的控制下自動(dòng)投入 水 泵 M2(變速 運(yùn)行 )， 同時(shí) 變頻泵 M1 做工頻運(yùn)行， 系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。這樣的工作狀態(tài)既無(wú)法提供穩(wěn)定可靠的供水壓力 ，也使得機(jī)組由于相互切換頻繁而增大磨損，減少運(yùn)行壽命 。本系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，所以變頻器 還 應(yīng)具有通訊功能 。 因此本設(shè)計(jì)中選擇電機(jī)功率為 75KW 的上海 熊貓機(jī)械有限公司生產(chǎn)的 SFL 系列水泵 3 臺(tái)。而且變頻器的輸出端絕對(duì)不允許直接接電源，故必須經(jīng)過(guò)接觸器的觸點(diǎn)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)接通工頻回路時(shí)，變頻回路接 觸器的觸點(diǎn)必須先行斷開。 圖中的 HL10 為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。白天，小區(qū)的用水量大，系統(tǒng)高 恒壓值運(yùn)行；夜間，小區(qū)用水量小，系統(tǒng)低恒壓值運(yùn)行。判斷需啟動(dòng)新水泵的標(biāo)準(zhǔn)是變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定的上限值。白天 模式系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的 90%， 夜間模式系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的 70%。~ 分別輸出三臺(tái)水泵電機(jī)的工頻 /變頻運(yùn)行信號(hào)； 輸出水位超限報(bào)警信號(hào)； 輸出變頻器故障報(bào)警信號(hào)； 輸出白天模式運(yùn)行信號(hào)； 輸出報(bào)警電鈴信號(hào)； 輸出變頻器復(fù)位控制信號(hào)； AQW0輸出的模擬信號(hào)用于控制變頻器的輸出頻率。當(dāng) 輸出 1 時(shí)， KM2 線圈得電， 1水泵變頻運(yùn)行指示燈 HL2 點(diǎn)亮，同時(shí) KM2 的常閉觸點(diǎn)斷開，實(shí)現(xiàn) KM KM1 的電氣互鎖。 PLC 主要是用于實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水系統(tǒng)的自動(dòng)控制，要完 成以下功能：自動(dòng)控制三臺(tái)水泵的投入運(yùn)行； 能在三臺(tái)水泵之間實(shí)現(xiàn)變頻泵的切換；三臺(tái)水泵在啟動(dòng)時(shí)要有軟啟動(dòng)功能；對(duì)水泵的操作要有手動(dòng) /自動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用；系統(tǒng)要有完善的報(bào)警功能并能顯示運(yùn)行狀況。 NL 1L 2L 3F U變 頻 器Q S 1RSTU VWQ S 2K M 2F R 1K M 1M 13 ~K M 3M 23 ~K M 5M 33 ~K M 4F R 2Q S 3 Q S 4K M 6F R 3 圖 變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖 三相電源經(jīng)低壓 熔 斷器、 隔離開關(guān) 接至變頻器的 R、 S、 T 端，變頻器的輸出端 U、 V、 W 通過(guò)接觸器的觸點(diǎn)接至電機(jī)。 。輸入輸出信號(hào) 接入端口時(shí)能夠自動(dòng)完成 A/D 的轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成一個(gè)字長(zhǎng) (16bit)的數(shù)字信號(hào) ； 輸出信號(hào)接出端口時(shí)能夠自動(dòng)完成 D/A 的轉(zhuǎn)換，一個(gè)字長(zhǎng)(16bit)的數(shù)字信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。 當(dāng) 輸出頻率達(dá)到上限頻率時(shí)，實(shí)際供水壓力在設(shè)定壓力上下波動(dòng)。由于電信號(hào)為模擬量，故必須通過(guò) PLC的 A/D轉(zhuǎn)換模塊才能讀入并與設(shè)定值進(jìn)行比較 ，將比較后的偏差值進(jìn)行 PID運(yùn)算，再將運(yùn)算后的數(shù)字信號(hào)通過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換 模塊 轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)作為變頻山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 16 器的輸入信號(hào)，控制變頻器的輸出頻率，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制水泵的供水 流量，最終使用戶供水管道上的壓力恒定，實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水。 (2) 信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu) ： 在系統(tǒng)控制過(guò)程中，需要檢測(cè)的信號(hào)包括 管網(wǎng)水壓信號(hào)、水池水 位信號(hào)和報(bào)警信號(hào)。 所以調(diào)速控制方式要比閥門控制方式供水功率要小得多，節(jié)能效果顯著 。因此，供水系統(tǒng)變頻的實(shí)質(zhì)是異 步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速為了保證其較大的調(diào)速范圍一般采用串級(jí)調(diào)速的方式，其最大優(yōu)點(diǎn)是它可以回收轉(zhuǎn)差功率，節(jié)能效果好，且調(diào)速性能也好，但由于線路過(guò)于復(fù)雜，增加了 中間環(huán)節(jié)的電能損耗 [7]，且成本高而影響它的推廣價(jià)值。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。可以看出，目前在國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對(duì)于能適應(yīng)不同的用水場(chǎng)合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性 (EMC)的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制研究山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 5 得不夠。 1964 年，最先提出把通信技術(shù)中的脈寬調(diào)制 PWM技術(shù)應(yīng)用到交流傳動(dòng)中的是德國(guó)人。采用變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)三相水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)和變頻調(diào)速，運(yùn)行切換采用 “先啟先停 ”的原則。 (4) 液力 耦 合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式易漏油，發(fā)熱需冷卻，效率低 ，改造麻煩，只能是一對(duì)一驅(qū)動(dòng)，需經(jīng)常檢修 ； 優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，維修方便。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 緒論 4 同時(shí)，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對(duì)壓力 進(jìn)行閉環(huán)控制。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC增加了