【正文】 ....................... 6 PLC 的工作過程 ................................................... 7 可編程控制器的基本組成 ............................................... 7 控制組件 ........................................................ 7 西門子 S7200PLC 簡介 ............................................. 9 第三章 恒壓供水系統(tǒng) ..................................................... 10 變頻恒壓供水系統(tǒng)分析 ................................................ 10 變頻器的特點 .................................................. 10 PID 調(diào)節(jié)器 ..................................................... 11 變頻恒壓供水系統(tǒng) ..................................................... 13 課題研究的對象 ....................................................... 14 變頻恒壓供水控制方式的選擇 ........................................... 14 變頻構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)的及工作原理 ..................................... 16 系統(tǒng)的構(gòu)成 ..................................................... 16 工作原理 ....................................................... 18 變頻恒壓供水系統(tǒng)中加減水泵的條件分析 ........................... 18 電氣控制系統(tǒng)原理圖 .............................................. 19 第 4 章 PLC 控制及編程 ................................................... 24 PLC 控制 ............................................................. 24 手動運行 ....................................................... 25 自動運行 ....................................................... 25 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ......................................................... 26 系統(tǒng)軟件設(shè)計分析 ................................................ 26 程序中使用的 PLC 內(nèi)部器件及功能 .................................. 26 控制系統(tǒng)及 I/O 點地址分配 ........................................ 27 結(jié)束語 ................................................................... 31 致 謝 ................................................................... 33 附 錄 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 1 第一章 緒論 城市供水要求 眾所周知，水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水節(jié)能己成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動化程度低。而且在使用過程中，如果該系統(tǒng)水塔的水位 監(jiān)控裝置損壞的話，水泵不能進行自動的開、停，這樣水泵的開、停，將完全由人操作，這時將會出現(xiàn)能量的嚴(yán)重浪費和供水質(zhì)量的嚴(yán)重下降。是將每日 24小時按用水曲線分成若干時段，計算出各個時段所需的水泵出口壓力，進行全日變壓，各時段恒壓控制。在運行效果上，氣壓罐方式與調(diào)速式相比也存在著一定差距。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控 。 采用變頻調(diào)節(jié)以后，系統(tǒng)實現(xiàn)了軟起動，電機起動電 流從零逐漸增至額定電流，起動時間相應(yīng)延長，對電網(wǎng)沒有較大的沖擊，減輕了起動機械轉(zhuǎn)矩對于電機的機械損傷，有效的延長了電機的使用壽命。 20 世紀(jì) 70 年代中末期， 可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。 CPU 一般由控制電路、運 算器和寄存器組成。 （ 2） I/O 擴展接口 可編程控制器利用 I/O 擴展接口使 I/O 擴展單元與 PLC 的基本單元實現(xiàn)連接，當(dāng)基本 I/O 單元的輸入或輸出點數(shù)不夠使用時，可以用 I/O 擴展單元來擴充開關(guān)量 I/O 點數(shù)和增加模擬量的 I/O 端子。 變頻器的特點 由 于采用變頻調(diào)速后，風(fēng)機、泵類負(fù)載的節(jié)能效果最明顯，節(jié)電率可達到 20%～ 60%，這是因為風(fēng)機水泵的耗用 功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，當(dāng)用戶需要的平均流量較小時，風(fēng)機、水泵的轉(zhuǎn)速較低，其節(jié)能效果也是十分可觀的。 僅用 P動作控制，不能完全消除偏差。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。在故障發(fā)生時，執(zhí)行專門的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進行供水。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號送入 PID回路調(diào)節(jié)器，由 PID回路調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)器內(nèi)部進行運算后，輸入給變頻器一個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號。三臺水泵中每臺泵的出水管均裝有手動閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，四臺泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要；變頻供水系統(tǒng)中檢測管路壓 力的壓力傳感器，一般采用電阻式傳感器 (反饋 0～ 5V電壓信號 )或壓力變送器 (反饋 4～ 20mA電流 )；變頻器是供水系統(tǒng)的核心，通過改變電機的頻率實現(xiàn)電機的無極調(diào)速、無波動穩(wěn)壓的效果和各項功能。 ③ 電控設(shè)備 :它是由一組接觸器、保護繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成。同時，為了保證水壓反饋信號值的準(zhǔn)確、不失值，可對該信號設(shè)置濾波時間常數(shù)，同時還可對反饋信號進行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡單、方便。 3．帶 PID回路調(diào)節(jié)器或可編程序控制器 (PLC)的控制方式 該方式變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源。 (2)用戶管網(wǎng)中因為有管阻、水錘等因素的影響，同時又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個線性系統(tǒng)。這種控制方式用于從 產(chǎn)生偏差到出現(xiàn)響應(yīng)需要一定時間的負(fù)載系統(tǒng) (即實時性要求不高，工業(yè)上的過程控制系統(tǒng)一般都是此類系統(tǒng)，本系統(tǒng)也比較適合 PID調(diào)節(jié) )效果比較好 。因為有誤差 ,積分調(diào)節(jié)就進行 ,直至無差 ,積分調(diào)節(jié)停止 ,積分調(diào)節(jié)輸出一常值。 根據(jù)公式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時，異步電動機的轉(zhuǎn)速 n 基本上與電源頻率 f 成正比。 3. I/O 單元及 I/O 擴展接口 （ 1） I/O 單元 PLC 內(nèi)部輸入電路作用是將 PLC 外部電路（如行程開關(guān)、按鈕、傳感器等）提供的符合 PLC 輸入電路要求的電 壓信號，通過光電耦合電路送至 PLC 內(nèi)部電路。 可編程控制器的基本組成 控制組件 可編程控制器主要由 CPU、存儲器、基本 I/O 接口電路、外設(shè)接口、編程裝置、電源等組成。 20 世紀(jì) 70 年代 初出現(xiàn)了微處理器。原深圳華為 (現(xiàn)己更名為艾默生 )電氣公司和成都希望集團〔森蘭牌變頻器 )也推出了恒壓供水專用變頻器 ()，無需外接 PLC和 PID調(diào)節(jié)器，可完成最多四臺水泵的循壞切換、定時起動、停止和定時循環(huán) (月麥丹佛斯公司的 VLT系列變 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 頻器可實現(xiàn)七臺水泵機組的切換 )。這一方面是由于我國居民多，用水量大，造成用電量大 :另一方面是因為我國供水設(shè)備工作效率低，控制方 式不夠科學(xué)合理。而變頻調(diào)速供水系統(tǒng)的變頻器是一臺由微機控制的電氣設(shè)備，不存在消耗多少鋼材的問題。使系統(tǒng)水壓無論流量如何變化始終穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi) .變頻調(diào)速水泵調(diào)速控制方式有三種 :水泵出口恒壓控制、水泵出口變壓控制、給水系統(tǒng)最不利點恒壓控制。這種方式顯然比前種節(jié)電，其節(jié)電率與水塔容量、水泵額定流量、用水不均勻系數(shù)、水泵的開、停時間比、開 /停頻率等有關(guān)。 constant pressure water supply。以變頻器為核心結(jié)合 PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本低能耗等諸多特點。因此，研究提水系統(tǒng)的能量模型，找出能夠節(jié)能的控制策略方法，這里大有潛力可挖，是減少能耗，保障供水的一個很有意義的工作。為了保障高層建筑和供水管線終端用戶能正常用水，需要針對實際情況對上述用戶的供 水系統(tǒng)增加壓力，恒壓供水系統(tǒng)可有效地解決高層建筑和供水管線終端的用戶水壓不足，而影響正常供水問題。 由于 PLC 應(yīng)用向智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展 。以變頻器為核心結(jié)合 PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本等諸多特點，變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、防雷避雷技術(shù)、現(xiàn)代控制、遠程監(jiān)控技術(shù)于一體。 參考文獻： [1]崔金貴 .變頻調(diào)速恒壓供水在建筑給水應(yīng)用的理論探討 [J],蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報 ,2021,1:8488 [2]張燕賓 .變頻調(diào)速應(yīng)用實踐 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,2021,135137 [3]金傳偉 ,毛宗源 .變頻調(diào)速技術(shù)在水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J],電子技術(shù)應(yīng)用 ,2021,2:3839 [4]張燕賓 .SPWM 變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù) [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,2021,244251 [5]陳伯時 .電力拖動自動控制系統(tǒng) .北京 :機械工業(yè)出版社， 1996 [6]屈有安 .變頻器 PID恒壓供水系統(tǒng) .江蘇電器， 2021(3)： 3335 [7]賀玲芳 .基于 PLC控制的全自動變頻恒壓供水系統(tǒng) .西安科技學(xué)院學(xué)報 ,2021 20(3) [8]劉潤華 .可編程序控制器在變頻調(diào)速供水系統(tǒng)中的應(yīng)用 .基礎(chǔ)自動化 1997 [9]李建勛 ,歐容華 .高壓變頻器在熱電廠鍋爐恒壓供水上的應(yīng)用 [J].變頻世界 ,2021 [10]李圣良 .九江學(xué)院供水系統(tǒng)變頻恒壓控制技術(shù)實現(xiàn)的研究 [J].CNKI,2021 [11]呂國芳，劉希濤 , 基于 PLC 的 PID 控制算法在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].自動化儀表 ,2021 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) [12]李建勛 ,歐容華 .高壓變頻器在熱電廠鍋爐恒壓供水上的應(yīng)用 [J].變頻世界 ,2021 [13]李圣良 .九江學(xué)院供水系統(tǒng)變頻恒壓控制技術(shù)實現(xiàn)的研究 [J].CNKI,2021 [14]呂國芳，劉希濤 , 基于 PLC 的 PID 控制算法在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].自動化儀表 ,2021 [15]李嬌 . 基于 MATLAB 的 輸送帶配料模糊 PID 控制的仿真研究 [J].煤礦機械 ,2021 [16]吳宏鑫 PID控制的應(yīng)用與理論依據(jù) 控制工程期刊 2021年第 1期 [17]王延才 .變頻調(diào)速設(shè)計與應(yīng)用 北京機械工業(yè)出版社 .2021 二、主要設(shè)計（研究）思想、解決的關(guān)鍵問題、 擬采用的技術(shù)方案 、設(shè)計（研究）工作步驟 1．設(shè)計內(nèi)容 采用電動機、變頻器與可編程控制器 (PLC)構(gòu)成控制系統(tǒng)，進行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運行，并自動調(diào)整泵組的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時達到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。 PLC。供水壓力比較穩(wěn)定。 ①出口恒壓控制 水泵出口恒壓控制是將壓力傳感器安裝在水泵出口處，使系統(tǒng)在運行過程中水泵出口水壓恒定。同時由于氣壓罐體積大，占地面積一般為幾十平米。造成不必要的能量浪費。 該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。 可編程控制器的結(jié)構(gòu)多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 )