【正文】 配置非常靈活[5](6)脈寬調(diào)制的頻率高，因而電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪音低[5](7)詳細(xì)的變頻器狀態(tài)信息和信息集成功能[5](8)有多種可選件供用戶選用：用于與PC 通訊的通訊模塊，基本操作面板（BOP），高級(jí)操作面板（AOP），用于進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)總線通訊的PROFIBUS 通訊模塊[5](9)磁通電流控制（FCC），改善了動(dòng)態(tài)響應(yīng)和電動(dòng)機(jī)的控制特性[5](10)快速電流限制（FCL）功能，實(shí)現(xiàn)正常狀態(tài)下的無跳閘運(yùn)行[5](11)內(nèi)置的直流注入制動(dòng)[5](12)加速/減速斜坡特性具有可編程的平滑功能[5](13)具有比例，積分（PI）控制功能的閉環(huán)控制[5](14)多點(diǎn)V/f 特性[5](15)過電壓/欠電壓保護(hù)[5](16)變頻器過熱保護(hù)[5] 壓力傳感器選型設(shè)定供水壓力經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：平房供水壓力P=；樓房供水壓力[5]：P=（+樓層數(shù)）MPa根據(jù)45米樓層高度，樓層數(shù)為15，則P=（+15）= MPa。本變頻器由微處理器控制，具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是給眾多簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)供電的理想變頻驅(qū)動(dòng)裝置[5]。 EM235模塊接線圖 EM235的常用特性使用EM235擴(kuò)展模塊時(shí)，還需注意DIP開關(guān)的設(shè)置。對(duì)于沒有連接傳感器的通道，需要把X＋和X－進(jìn)行短接處理[3]。又因?yàn)楦邔咏ㄖ銐汗┧到y(tǒng)的輸入/輸出端口較少，但控制過程比較復(fù)雜，所以選擇CPU226作為控制系統(tǒng)的主機(jī)，： S7200系列PLC CPU226主要特性此外，還需用到模擬量輸入/輸出模塊EM235，該模塊內(nèi)含有A、B、C、D 4路模擬量輸入口和一路模擬量輸出口，對(duì)應(yīng)的功能是4路模擬量輸入和1路模擬量輸出。采用組態(tài)王軟件開發(fā)監(jiān)控項(xiàng)目，能夠極大限度地增強(qiáng)用戶生產(chǎn)控制能力、保證產(chǎn)品的質(zhì)量、降低成本和能耗。變頻器的輸出功率改變，便控制了水泵的轉(zhuǎn)速。（2）控制信號(hào)輸出數(shù)字量輸出：包括控制水泵工頻運(yùn)行、變頻運(yùn)行等交流接觸器的啟動(dòng)、停止信號(hào)。（1）信號(hào)輸入：開關(guān)量輸入：是手動(dòng)工作方式下的輸入檢測(cè)，包括啟動(dòng)按鈕、急停按鈕、水泵工頻運(yùn)行按鈕、水泵變頻運(yùn)行按鈕，方便系統(tǒng)的維修檢測(cè)。水壓變化是系統(tǒng)的控制輸入量，它的準(zhǔn)確度直接決定了系統(tǒng)的精度和可靠性，因此，壓力傳感器的選型至關(guān)重要。硬件電路的結(jié)構(gòu)、設(shè)備組成都比較固定，由壓力傳感器、供水管道、水泵、三相電機(jī)、變頻器及其他輔助設(shè)備組成；PLC電氣控制部分采用西門子S7200系列PLC CPU226；組態(tài)監(jiān)控界面采用組態(tài)王進(jìn)行設(shè)計(jì)，上位機(jī)通過RS485線與PLC進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)功能調(diào)試、實(shí)時(shí)監(jiān)控。(5)假如壓力傳感器檢測(cè)到的水壓持續(xù)大于設(shè)定值，那么需要考慮切除水泵運(yùn)行的梯形圖程序，不然會(huì)產(chǎn)生很大的管道維護(hù)費(fèi)用。(4)由于系統(tǒng)還需實(shí)現(xiàn)顯示和監(jiān)控等功能，所以水泵的電氣控制柜，應(yīng)該設(shè)計(jì)具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊接口，供水的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，然后與組態(tài)監(jiān)控軟件相連。(2)不同的用戶在用水量和用水揚(yáng)程等方面存在著較大的差異，在系統(tǒng)硬件選型、設(shè)計(jì)、制作時(shí)，需要考慮到最大用水量和用水揚(yáng)程。2％之內(nèi)；(3)在上位機(jī)上可以顯示系統(tǒng)供水壓力和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理與基本結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)以西門子S7200 PLC CPU226為核心，對(duì)于高層建筑實(shí)現(xiàn)恒壓供水。（2）充分利用圖書館的相關(guān)資料、中國知網(wǎng)的文獻(xiàn)以及通過網(wǎng)絡(luò)查詢，對(duì)本課題進(jìn)行足夠深的了解，積累了豐富的參考資料，為具體模塊的電路設(shè)計(jì)提供了充足的理論準(zhǔn)備。處理后，數(shù)據(jù)通過通訊傳給變頻器，控制主水泵電機(jī)的運(yùn)行頻率，從而調(diào)節(jié)供水量?？删幊炭刂破饔袃煞矫娴淖饔茫阂皇强刂谱冾l器和用水高峰期補(bǔ)水泵和消防緊急用水輔助泵的工作；二是把系統(tǒng)的輸入、輸出量、傳感器采集的數(shù)據(jù)等各種寄存器用RS485傳給上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。需要實(shí)現(xiàn)的功能是用戶用水量的發(fā)生變化時(shí)，控制系統(tǒng)隨之進(jìn)行水泵的工頻/變頻控制，須保持供水水壓恒定。設(shè)計(jì)了恒壓自動(dòng)控制模式，同時(shí)可以與上位機(jī)通訊，上位機(jī)可以實(shí)時(shí)顯示供水的壓力或液位，因此不需要操作人員頻繁在一線操作，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了人力管理成本。當(dāng)水泵工作在變頻模式，它的出口流量大于額定流量時(shí)，可以控制水泵降低轉(zhuǎn)速甚至，避免了水泵持續(xù)高負(fù)荷工作，降低了維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)了使用周期。據(jù)統(tǒng)計(jì)，如果把變頻調(diào)速技術(shù)用在供水行業(yè)中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)恒壓，而且節(jié)能效果相當(dāng)可觀，這也很好地響應(yīng)了國家“節(jié)能減排”的倡導(dǎo)。這種方式下，當(dāng)水泵電機(jī)直接工頻起動(dòng)或者制動(dòng)，就會(huì)帶來水錘效應(yīng)，對(duì)管網(wǎng)、閥門等也具有破壞性的影響。需要投入的工程面積大，水質(zhì)不能夠得到保證，投資多，水壓恒定也沒有辦法實(shí)現(xiàn)，極大地影響了居民的生活質(zhì)量。人們?cè)?jīng)嘗試過多種多樣的供水方式，直到恒壓供水技術(shù)出現(xiàn)以前。然而具有諷刺意味的是，長(zhǎng)期以來我們的市政供水、高層建筑供水等方面一直不太能夠滿足居民的需求，原因就是我們的技術(shù)跟不上時(shí)代的發(fā)展，自動(dòng)化程度比較低。高層建筑恒壓供水控制系統(tǒng)畢業(yè)論文目 錄第1章 前言 1 1 2 2第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理與基本結(jié)構(gòu) 3 3 3 3 4 4 PLC控制部分 4 5 5第3章 硬件設(shè)計(jì) 6 6 PLC及其擴(kuò)展模塊選型 6 變頻器選型 8 壓力傳感器選型 9 水泵選型 9 11 PLC的I/O分配 11 MICROMASTER變頻器參數(shù)分配 12 13第4章 軟件設(shè)計(jì) 16 16 16 PID運(yùn)算 24 各模塊梯形圖設(shè)計(jì) 24 25第5章組態(tài)監(jiān)控界面設(shè)計(jì) 26 King View組態(tài)王 26 26 28結(jié)論 28致謝 29參考文獻(xiàn) 30附錄 32附錄1：梯形圖程序 32附錄2：外文文獻(xiàn) 38附錄3：中文譯文 44第1章 前言水資源的供給在人類文明的延續(xù)里歷來是一個(gè)戰(zhàn)略性的話題。在我國，生活建筑逐漸高層化。在下班、節(jié)假日的時(shí)候，屬于用水高峰期，水的供給量需求更高；而在用水低峰期，用水供過于求，管壓對(duì)設(shè)備的維護(hù)的影響需要注意。恒速泵+水塔的供水方式曾經(jīng)被廣泛應(yīng)用。如果采取閥門控制調(diào)節(jié)流量來維持管壓，那么將會(huì)有大量的電能浪費(fèi)，這對(duì)于住戶也是一個(gè)不可取因素。近些年以來，出現(xiàn)了一種新型成熟的交流電機(jī)無極調(diào)速技術(shù)——變頻調(diào)速技術(shù)。變頻恒壓供水系統(tǒng)同其它供水方式相比較，除了具有顯著的節(jié)能效果外，還有以下的顯而易見的優(yōu)勢(shì)：通過設(shè)置變頻器參數(shù)，直接改變的是電動(dòng)機(jī)的變頻輸入電源頻率，間接則達(dá)到了調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，改變了水泵出口壓力，比靠調(diào)節(jié)閥門的控制方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。水泵電動(dòng)機(jī)采用軟啟動(dòng)方式，按設(shè)定的加速時(shí)間加速，避免電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊，對(duì)電網(wǎng)電壓造成波動(dòng)的影響，同時(shí)也避免了電動(dòng)機(jī)突然加速造成水泵系統(tǒng)的喘振，徹底消除水錘現(xiàn)象。任務(wù)是設(shè)計(jì)一套具有上位機(jī)監(jiān)控功能的高層建筑物恒壓供水系統(tǒng)的控制部分，主要針對(duì)高層建筑物。計(jì)算機(jī)監(jiān)控部分要主要實(shí)現(xiàn)的功能有：水泵工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示、供水水壓的監(jiān)控和發(fā)生火災(zāi)時(shí)的報(bào)警顯示。使用壓力傳感器對(duì)供水水壓進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，原理是壓電轉(zhuǎn)換，檢測(cè)到的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成0～10V電壓信號(hào)后送給可編程控制器（PLC），PLC通過PID運(yùn)算梯形圖程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。（1）通過大量實(shí)驗(yàn)，對(duì)西門子S7200系列PLC、MICROMASTER420變頻器的原理和功能有了一定的了解，為自己的設(shè)計(jì)提供了詳實(shí)有據(jù)的參考。（3）以本設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的功能出發(fā)，向指導(dǎo)老師請(qǐng)教，從已有的設(shè)計(jì)案例中，學(xué)習(xí)選擇，取人所長(zhǎng)，盡最大努力實(shí)現(xiàn)功能要求，同時(shí)發(fā)現(xiàn)有待開發(fā)的附加功能。系統(tǒng)需要的主要技術(shù)指標(biāo)如下：(1)實(shí)現(xiàn)45米高，180居民的住宅樓給水，包括生活、消防用水；(2)當(dāng)用戶用水量變化時(shí)，允許系統(tǒng)存在供水壓力波動(dòng)，但須在177。本次設(shè)計(jì)的高層建筑恒壓供水系統(tǒng)需要適用于生活用水以及消防用水的供水要求，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮以下因素:(1)供水系統(tǒng)的控制對(duì)象是用戶供水管網(wǎng)的水壓，它是一個(gè)過程控制量，對(duì)控制作用的響應(yīng)具有滯后性。(3)在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，如果單單采用一臺(tái)泵作常用泵，那么長(zhǎng)期高負(fù)荷的工作將會(huì)損壞設(shè)備，因此需要設(shè)計(jì)“倒泵”功能，即水壓持續(xù)過高時(shí)，斷開一臺(tái)常用泵，另一臺(tái)水泵變頻工作。為方便遠(yuǎn)程操作，PLC與變頻器最好用USS通訊。高層建筑恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要包括三個(gè)方面，硬件電路的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)、PLC電氣控制部分以及組態(tài)監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)。傳感器變頻器供水管系PLC電腦通過壓力傳感器，將水壓轉(zhuǎn)化為0~10V電信號(hào)，傳入EM235模擬量擴(kuò)展模塊，在PLC主機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，傳給MICROMASTER420變頻器控制三相電機(jī)。本系統(tǒng)中PLC控制部分主要涉及兩個(gè)方面：信號(hào)輸入和控制信號(hào)輸出。管道水壓輸入檢測(cè)：該輸入信號(hào)為模擬量輸入，當(dāng)壓力值偏低時(shí)，供水量不夠，需要增加水泵的轉(zhuǎn)速；當(dāng)壓力值偏高時(shí)，水量供大于求，需要降低水泵的轉(zhuǎn)速，同時(shí)工頻狀態(tài)的水泵延時(shí)工作一段時(shí)間；時(shí)間到，壓力值仍然偏高，那么停止這臺(tái)工頻水泵，最后使得供水管道內(nèi)的水壓趨于恒定。通信輸出：利用PLC的PID運(yùn)算指令，將采集到的水壓轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)值，該標(biāo)準(zhǔn)值作為控制信號(hào)輸入到MM420變頻器的通信端口。組態(tài)王軟件作為一個(gè)開放型的通用工業(yè)監(jiān)控軟件，支持與國內(nèi)外常見的PLC、智能模塊、智能儀表、變頻器、數(shù)據(jù)采集板卡等（如：西門子PLC、莫迪康PLC、歐姆龍PLC、三菱PLC、研華模塊等）通過常規(guī)通訊接口（如串口方式、USB接口方式、以太網(wǎng)、總線、GPRS等）進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊[2]。根據(jù)以上的功能分析和方案設(shè)計(jì)，可以得出，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如下：PLC操作面板水泵組變頻器壓力傳感器輸入模擬量輸入 系統(tǒng)總體框圖第3章 硬件設(shè)計(jì) PLC及其擴(kuò)展模塊選型根據(jù)高層建筑恒壓供水系統(tǒng)以上的功能需求，從可靠性、經(jīng)濟(jì)性、可開發(fā)性等方面考慮，選擇西門子S7200系列的PLC作為本系統(tǒng)的核心控制器。X表示的是4路模擬量輸入的任意一路，如果輸入的是電壓信號(hào)，那么需要把正極接入X＋端口、負(fù)極接入X－端口；如果輸入的是電流信號(hào)，需要將RX和X＋短接處理后接入電流輸入信號(hào)的“＋”端口[3]。[3]。 用DIP開關(guān)設(shè)置EM235擴(kuò)展模塊 變頻器選型在控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度的領(lǐng)域里，MICROMASTER系列變頻器是使用最多而且性價(jià)比最高的。因此，我們可以把它用于更高級(jí)的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，前提是設(shè)置電機(jī)的額定電壓、功率、轉(zhuǎn)速以及USS通訊部分的相關(guān)參數(shù)。壓力傳感器選用諾儀牌NYBPS308V010擴(kuò)散硅壓力傳感器，該壓力傳感器準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，體積小，重量輕，安裝、調(diào)試、維護(hù)方便，適用于測(cè)量無較強(qiáng)腐蝕性的液體、氣體、粘稠流體等。輸送流量直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行能力。揚(yáng)程一般要用放大5%——10%余量來選擇。，可以算出人均日生活用水量為：247。180戶居民，平均一戶4人，則一天總用水量為：1804=。由于居民生活用水存在高峰期，一般為12時(shí)到2時(shí)、19時(shí)到21時(shí)，總共5個(gè)小時(shí)，則水泵的最大流量為120247。根據(jù)樓高45米，可以選擇揚(yáng)程為60米的水泵。該款水泵的技術(shù)參數(shù)如下：流量：24/h； 揚(yáng)程：60m；功率：； 吸程：6m；轉(zhuǎn)速：2900r/min；工作壓力：≤。 數(shù)字量分配（2）模擬量輸入因?yàn)椴杉藟毫鞲衅鞣答伒臄?shù)據(jù)，所以模擬量從EM235模塊輸入。 數(shù)字量輸出分配輸出地址輸出設(shè)備輸出地址輸出設(shè)備1泵工頻接觸器2泵變頻接觸器1泵變頻接觸器3泵工頻接觸器2泵工頻接觸器3泵變頻接觸器 MICROMASTER變頻器參數(shù)分配在本控制系統(tǒng)中，PLC和MICROMASTER變頻器采用了USS通信方式，首先需要對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。KM KM KM5分別為電動(dòng)機(jī)M1 、M2 、M3工頻交流接觸器，KM0、 KM2 、KM4分別為電動(dòng)機(jī)MM M3 變頻變頻交流接觸器。熔斷器（FU）作為電路中的一種簡(jiǎn)單的短路保護(hù)裝置,在使用中，當(dāng)電流超過允許值時(shí)，產(chǎn)生的熱量會(huì)把和主電路串接的熔體熔化，這樣就可以切斷電路，防止電氣設(shè)備短路和嚴(yán)重過載。PLC控制程序設(shè)計(jì)具有一定的規(guī)律可循，對(duì)于一些特定的功能通常有相對(duì)固定的設(shè)計(jì)方法。PLC取代“繼電器接觸器”控制已是大勢(shì)所趨，然而原有的“繼電器接觸器”控制系統(tǒng)經(jīng)過了長(zhǎng)期的使用和考驗(yàn)，已被證明完全能夠完成系統(tǒng)的控制功能要求[3]。(2) 采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)：經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，即在一些典型的控制電路程序的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)功能要求，進(jìn)行選擇組合，并反復(fù)調(diào)試和修改梯形圖，有時(shí)需增加一些輔助觸點(diǎn)和中間編程環(huán)節(jié)，才能達(dá)到控制要求[3]。(3) 采用邏輯設(shè)計(jì)法的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)：邏輯設(shè)計(jì)法是以邏輯組合或邏輯時(shí)序的形式來設(shè)計(jì)梯形圖程序，可分為組合邏輯設(shè)計(jì)法和時(shí)序邏輯設(shè)計(jì)法兩種[3]。(4)采用控制功能圖設(shè)計(jì)法的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)：如果一個(gè)系統(tǒng)可分解為若干個(gè)獨(dú)立的控制動(dòng)作，且這些動(dòng)作必須嚴(yán)格按照一定的先后次序執(zhí)行才能保證生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行，這樣的控制系統(tǒng)為順序控制系統(tǒng)[3]。本系統(tǒng)的軟件開發(fā)采用順序功能圖設(shè)計(jì)法進(jìn)行，包括以下幾個(gè)程序模塊：(1)USS通訊協(xié)議程序；(2)控制按鍵、開關(guān)的識(shí)別與控制程序；(3)壓力傳感器的數(shù)據(jù)采集、處理程序；(4)PID回路控制程序。手動(dòng)模式下，每個(gè)設(shè)備能夠單獨(dú)運(yùn)行，便于設(shè)備性能的測(cè)試與設(shè)備維護(hù)。(1)系統(tǒng)上電后，按下自動(dòng)控制開關(guān)，進(jìn)入自動(dòng)模式。(3)管內(nèi)壓力小于設(shè)定值，變頻啟動(dòng)2泵，1泵工頻工作；大于設(shè)定值，水泵變頻調(diào)節(jié)。(5)管內(nèi)壓力仍大于設(shè)定值，斷開1泵；小于設(shè)定值，2泵變頻，1泵工頻。需要注意的是，1泵、2泵仍按照生活供水流程圖工作，即三臺(tái)泵共同保障供水。1泵的控制程序主要控制1泵的運(yùn)行、停止和變頻調(diào)速，；2泵的控制程序主要控制1