【正文】 般的控制裝置比較，PLC具有以下特點。第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 PLC的概述 可編程控制器定義及原理 1980年，美國電氣制造協(xié)會把可編程控制器定義為：可編程控制器是一種數(shù)字式的電子儀器，可以邏輯、定序、定時、計數(shù)和四則運算等特殊功能指令，用以控制機械和生產(chǎn)過程。所以，在本次設(shè)計中引入了回滯環(huán)的概念及延時的方法[8]。當(dāng)機組頻繁處于切換狀態(tài)時必將增大磨損而影響壽命。那么50Hz和20Hz作為水泵機組切換的上下限頻率。另外，變頻器的輸出頻率不能為負值，最低為0Hz，然而實際情況是0Hz也不可能達到。當(dāng)變頻泵和工頻泵都出去工作狀態(tài)且變頻泵已經(jīng)運行在下限頻率，此時管網(wǎng)的壓力值高于給定值，需要進行減少工頻泵來減少供水流量，達到恒壓供水。整個過程中以先啟先停為原則，并且變頻泵不連讀變頻工作3h以上。（4）用水量下降。變頻器輸出信號到達50Hz時，此時用戶管網(wǎng)水壓值還未達到給定值，在變頻循環(huán)控制模式下，系統(tǒng)在PLC控制下將變頻器切換至M2水泵使得M2處于變頻運轉(zhuǎn)，而M1直接從變頻運轉(zhuǎn)直接接入工頻電而工作于工頻運轉(zhuǎn)。反之，用水量減少時減小水泵轉(zhuǎn)速從而達到合適的轉(zhuǎn)速。（2）用水量增加或減少。 恒壓供水的過程 恒壓供水的過程分為以下幾步：（1）系統(tǒng)通電。將白天運行時設(shè)置為白天模式，給定水壓值也相應(yīng)大一些，當(dāng)?shù)揭雇頃r切換到夜晚模式，適當(dāng)降低給定水壓值。 變頻恒壓供水實際就是控制用戶管網(wǎng)出水口的壓力值，實現(xiàn)出水可用水達到平衡。為了加強可靠性，我在這次設(shè)計中加入了水位信號，這個水位可以檢測進水水源是否足夠。用戶管網(wǎng)信號通過壓力變送器來檢測，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。（3） 信號檢測機構(gòu)。變頻泵是在變頻器控制下可以變頻調(diào)速的水泵，工頻泵只運行在啟、停兩種工作狀態(tài)。（2） 執(zhí)行機構(gòu)。變頻循環(huán)式就是一臺變頻器分布式控制三臺水泵，首先一臺水泵在變頻器控制下變頻運轉(zhuǎn)，當(dāng)該水泵運行在50Hz時，其供水量仍然不能滿足供水要求時，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機上脫去，將該變頻器切換為工頻運轉(zhuǎn)同時用變頻器去拖動另外一臺水泵。變頻器控制有兩種工作方式即變頻循環(huán)式和變頻固定式。而變頻器是在PLC的控制下再對水泵機組進行直接控制，由于水泵機組在變頻和工頻運轉(zhuǎn)之間轉(zhuǎn)換，而變頻器則控制的是水泵在變頻運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)速?？刂葡到y(tǒng)由可編程控制器、變頻器和電控設(shè)備組成。，系統(tǒng)可以分為：控制機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)、和信號檢測機構(gòu)大哥部分組成。PLC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電機啟動程序、水泵電機變頻/工頻切換程序、模擬量比較計算程序和 報警程序[15]。壓力變送器將測得的管網(wǎng)壓力輸出PLC擴展模塊EM235的模擬量輸入端口作為模擬量輸入[14]。第四，PLC的I/O端口分配及外圍接線。第三，控制電路的設(shè)計。本系統(tǒng)采用三泵循環(huán)變頻運行方式，即只有1臺水泵在變頻器控制下作變速運行，變頻和工頻良好轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)短路保護、過載保護。需用到壓力變送器，首先是出水口管網(wǎng)的壓力監(jiān)測，經(jīng)閉環(huán)控制電路和A/D轉(zhuǎn)換后，得到PLC或變頻器能夠識別的信號[13]。在控制過程中，電控系統(tǒng)由S7200完成，PID控制由變頻器和PLC完成。 恒壓供水系統(tǒng)的技術(shù)方案本設(shè)計主要通過研究PLC來控制變頻器達到恒壓供水，通過學(xué)習(xí)并熟悉了PLC的工作原理，編程原理以及編程方法。（2） 積分環(huán)節(jié)，即為滯后校正，可以利用滯后校正的這一低通濾波所造成的高頻衰減特性，降低系統(tǒng)的截止頻率，提高系統(tǒng)的相位裕度，改善系統(tǒng)的暫態(tài)性能。PID控制是一種負反饋，將檢測到量與給定值進行比較之后的量比例、積分、微分后用來控制被控對象[7]。完成這個過程的控制就是PID控制器。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速得到廣泛運用，變頻調(diào)速在本次畢業(yè)設(shè)計中得到充分運用。改變電源頻率。改變轉(zhuǎn)差率在鼠籠式電機中采用降壓在繞線式電機中采用回路串電阻都可以達到調(diào)速的目的。三相異步電動機的調(diào)速方法很多，主要方法分為以下幾種：（1）改變電源頻率（2）改變電機極對數(shù)（3）改變轉(zhuǎn)差率。在電機學(xué)中，由同步電動機、變頻器和檢測磁極位置的檢測器組成的電機系統(tǒng)，普遍稱之自控式同步電機，改變定子電壓就可以調(diào)節(jié)速度，并具有類似直流電機的調(diào)速特性。交流電機包括同步電動機和異步電動機。異步電機運行的時候，定子繞組接到交流電源上，轉(zhuǎn)子繞組自身短路，又由于電磁感應(yīng)的關(guān)系，在轉(zhuǎn)子繞組中 產(chǎn)生電動勢、電流，因此產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，異步電機又有感應(yīng)電機一說[6]。異步電動機的優(yōu)點很明顯，有結(jié)構(gòu)簡單、價格適宜、可靠性高、堅固耐磨、適用性強，而缺點 是功率因數(shù)較差。三臺水泵都可以在手動和自動環(huán)境下運行，手動主要在故障及維護時采用，本系統(tǒng)的核心是PLC和變頻器，通過PID控制改變電機的頻率實現(xiàn)無極調(diào)速以及相應(yīng)的輔助功能。通過水泵加壓后，必須恒壓供給每一個用戶。是這棟小樓的供水流程。 供水流程簡圖此次設(shè)計研究的對象是一棟居民樓的供水系統(tǒng)。目前國內(nèi)有許多公司在做變頻恒壓供水系統(tǒng)的工程，大多數(shù)采用國外品牌的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，部分采用PLC及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)；部分采用單片機及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動控制、變壓變頻比控制及各種保護功能。 恒壓供水的基本控制策略是：采取運用可編程控制器（PLC）與變頻調(diào)速裝置構(gòu)成控制系統(tǒng)，通過優(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)，達到供水壓力的閉環(huán)控制，也就是根據(jù)實際設(shè)定水壓自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速和水泵的數(shù)量，自動補償用水量的變化，從而保證供水管網(wǎng)的壓力保持在設(shè)定值，既滿足生產(chǎn)供水要求，同時可節(jié)約電能，使得系統(tǒng)處于可靠工作狀態(tài)，實現(xiàn)恒壓供水。 采用變頻器調(diào)節(jié)以后系統(tǒng)實現(xiàn)了軟啟動，電機啟動時電流從零逐漸增至額定電流，啟動時間相應(yīng)延長，而且對電網(wǎng)沒有較大的沖擊，減輕起動機械轉(zhuǎn)矩對于電機的機械損傷，從而有效的延長了電機的使用壽命[4]。 隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，變頻器調(diào)速技術(shù)已經(jīng)在各大行業(yè)成熟運用，特別是風(fēng)機、水泵、制冷壓縮機、空氣壓縮機等高耗能設(shè)備上，而且運用變頻器調(diào)速在恒壓供水中可以起到節(jié)能高品質(zhì)的供水，所以這次設(shè)計運用到了變頻器控制[3]。供水系統(tǒng)中對水壓流量的控制，傳統(tǒng)的采用閥門調(diào)節(jié)實現(xiàn)[2]。 在供水系統(tǒng)中，其根本的控制對象是水的流量。 在小區(qū)供水和工廠供水中，通過水泵直接對供水，由于用戶端用水量在不同時間段會有所改變，導(dǎo)致供水過量或不夠，造成了很大的水資源浪費和電能浪費，并且水泵的壽命維護以及產(chǎn)生的各類噪音、污染都很難達到最優(yōu)化[1]。基于PLC的恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文目錄第1章 緒論 1 1 1 2 本文設(shè)計內(nèi)容及目標(biāo) 2第2章 恒壓供水系統(tǒng)總體設(shè)計 4 電機的調(diào)速原理 4 PID控制原理 5 恒壓供水系統(tǒng)的技術(shù)方案 5 恒壓供水的過程 7第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 9 PLC的概述 9 可編程控制器定義及原理 9 PLC選型及PLC工作方式 10 變頻器的概述 11 變頻器的基本原理及構(gòu)成 11 變頻器的選型及特點 12 MM440變頻器的使用 12 其他設(shè)備的選型 14 系統(tǒng)的主電路設(shè)計 15 系統(tǒng)的控制電路設(shè)計 16 PLC的I/O端口分配及外圍電路 17 PLC的I/O分配 17 PLC及變頻器的外圍接線 18第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 21 系統(tǒng)程序流程圖設(shè)計 21 軟件設(shè)計PLC內(nèi)部元件分配 25 PLC梯形圖程序設(shè)計 25 力控組態(tài)模擬供水過程 29 力控組態(tài)概述 29 模擬供水過程 30第5章 總結(jié)與展望 33參考文獻 34致謝 35附錄A 系統(tǒng)電路圖 36附錄B 主程序梯形圖 39武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第1章 緒論 本次設(shè)計論文題目“基于PLC的恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計”，即以PLC為基礎(chǔ)，通過控制變頻器來控制水泵的轉(zhuǎn)速，最終達到恒壓供水的目的。本篇論文將從課題背景開始介紹，涉及目的和意義，重點介紹系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，在論文的最后將作出總結(jié)。因此，如何解決供水與用水的不平衡，尋找提高供水效率的整體解決方案，是我們關(guān)注的焦點問題。常見的方法有閥門控制法及轉(zhuǎn)速控制法兩種。閥門控制閥是通過關(guān)小或開大閥門來調(diào)節(jié)流量，而轉(zhuǎn)速保持不變，實質(zhì)是水泵本身的供水能力不變，而改變水路中的阻力大小強行改變流量，以適應(yīng)用戶對水量的要求；恒壓控制法是通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度保持不變，實質(zhì)是通過改變水泵的供水能力來適應(yīng)用戶對流量的要求。變頻恒壓供水系統(tǒng)集電氣傳動技術(shù)、變頻技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。這樣的調(diào)節(jié)方式以穩(wěn)定水壓為目的，以母管進口壓力保持恒定為條件。變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況，因而投資成本高。不過在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠不及所有用戶的要求，所以恒壓供水控制系統(tǒng)還需要一個成熟的技術(shù)[5]。這棟樓有16層，由于高層樓對水壓的要求高，在水壓低時，高層用戶將無法正常用水甚至出現(xiàn)無水的情況，水壓高時將造成能源的浪費。自來水廠送來的水先儲存的水池中再通過水泵加壓送給用戶。 本文設(shè)計內(nèi)容及目標(biāo)基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)主要有可編程控制器（PLC）、變頻器、水泵機組、壓力變送器組成的一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，： 如圖所示，在本次系統(tǒng)設(shè)計中，電機M由三臺水泵機組組成，用一臺變頻器分布式控制三臺水泵，再由一臺PLC和一個壓力變送器組成。第2章 恒壓供水系統(tǒng)總體設(shè)計 電機的調(diào)速原理 目前市場上的水泵一般為三相異步電機，我們學(xué)習(xí)的異步電機用作電動機，來拖動各種機械組合。大家都知道，異步電機運行時，必須從電網(wǎng)里吸收滯后性的無功功率，所以它的功率因素總是小于1，不過電網(wǎng)的功率因數(shù)可以用別的辦法進行補償。 三相異步電機有啟動、運