畢業(yè)論文--高層水壓的plc控制

1、<p>　　課　　題：高層水壓的PLC控制 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模發(fā)展迅速，面對土地資源日益緊缺的現(xiàn)狀，高層樓宇的建設(shè)具有很重要的意義。隨著人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高，傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足高層樓宇的供水需求。在國際社會倡導(dǎo)節(jié)能降耗，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的背

2、景下，利用先進(jìn)的自動控制技術(shù)、檢測與傳感器技術(shù)以及通信技術(shù)，設(shè)計高性能、低能耗、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。通過研究和比較本論文設(shè)計了一套高層樓宇基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)。</p><p>　　該系統(tǒng)是一種節(jié)能環(huán)保、系統(tǒng)穩(wěn)定安全、使用維護(hù)方便的供水控制系統(tǒng)，主要由可編程控制器、變頻器、水泵電機(jī)組、壓力傳感器等構(gòu)成，實現(xiàn)樓宇供水的自動化控制。該系統(tǒng)能通過不同的反饋壓力值，自行調(diào)整水泵輸出水量，這既

3、能節(jié)省傳統(tǒng)的采用調(diào)節(jié)閥門開度而消耗在管道阻力和截流損失的能量，也節(jié)省由于恒速泵的頻繁啟停對管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊能量和對電網(wǎng)電壓造成波動的影響，避免了電動機(jī)突然加速造成泵系統(tǒng)的喘振，能夠徹底消除水錘現(xiàn)象 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要II</b></p><p>&

4、lt;b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.3 高層樓宇常用供水模式1</p><p>　　1.4 本課題的總體方案2</p><p>　　1.4.1 供水系統(tǒng)的方案選取2</p><p>　　第二章 主電路圖設(shè)計5</p><p>　　4.2 電氣原理圖設(shè)計5

5、</p><p>　　4.2.1 主電路設(shè)計5</p><p>　　4.2.2 變頻器電路設(shè)計6</p><p>　　第三章 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件設(shè)計10</p><p>　　4.1 系統(tǒng)主要器件的選配10</p><p>　　4.1.1 供水泵的選型10</p><p>

6、;　　4.1.2 變頻器的選型10</p><p>　　4.1.3 PLC的選型11</p><p>　　4.1.4 壓力傳感器的選型11</p><p>　　4.2.5 PLC輸入輸出引腳分配12</p><p>　　第四章 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)研究15</p><p>　　3.1 變頻恒壓控制

7、的原理15</p><p>　　3.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)方案設(shè)計15</p><p>　　3.2.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成15</p><p>　　3.2.2 系統(tǒng)的控制方案的選擇和論證16</p><p>　　3.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)變頻控制方案16</p><p>　　3.4 系統(tǒng)工作原理概述

8、17</p><p>　　3.5 恒壓供水系統(tǒng)的工藝要求17</p><p>　　第五章 恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計18</p><p>　　5.1 系統(tǒng)工作流程圖18</p><p>　　第六章 PLC選型21</p><p>　　5.2 PLC的程序設(shè)計流程圖21</p><p&g

9、t;　　PLC控制電路接線設(shè)計22</p><p>　　第七章 PLC梯形圖23</p><p>　　第八章 指令語句表程序30</p><p>　　5.3.1 主程序30</p><p>　　5.3.2 子程序30</p><p>　　第九章 設(shè)計心得34</p><p>

10、　　第十章 參考文獻(xiàn)35</p><p><b>　　致 謝36</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.3 高層樓宇常用供水模式</p><p>　　示在深入研究發(fā)展變頻恒壓供水技術(shù)之前，對于高層樓宇的供水系統(tǒng)設(shè)計，供水方式一般采用以下

11、方式。</p><p>　　（1）恒速泵直接供水方式</p><p>　　在這種供水方式中，水泵直接從市政管網(wǎng)或蓄水池中抽水然后直接供給用戶使用。在這種供水方式下水泵往往需要日夜不停的運轉(zhuǎn)，以保證供水水壓。但是這種供水方式雖然簡單，投資成本低，但其能耗大，造成水資源的巨大浪費，供水質(zhì)量很差，會嚴(yán)重影響市政公用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定性。由于其適應(yīng)性差，目前將逐步面臨淘汰。</p>&l

12、t;p>　?。?）水塔的供水方式</p><p>　　這種供水方式首先是由水泵向水塔供水，再由水塔向用戶供水。當(dāng)水塔注滿水后，水泵停止運轉(zhuǎn)，但是水塔水位低于某一位置的時候水泵又將啟動。因此水泵的工作狀態(tài)是斷續(xù)的。由于水泵始終是工作在高效區(qū)，其節(jié)電率與水塔容量、水泵額定流量、水泵開停比等有關(guān)。所以比前一種的供水方式節(jié)電。供水水壓也比較穩(wěn)定。但是這種供水方式基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資大、占地面積大、存在能量的損失和二次污

13、染問題。如果出現(xiàn)故障不能自行開停水泵，將造成能量的嚴(yán)重浪費和供水質(zhì)量的嚴(yán)重下降。</p><p>　?。?）高位水箱供水方式</p><p>　　采用樓頂設(shè)高位水箱供水的方式，雖較為安全可靠，設(shè)備、技術(shù)等方面也較成熟。然而，在后期給水系統(tǒng)的運行、維護(hù)和管理過程中，此供水方式存在一些問題。存在水質(zhì)的二次污染問題，同時屋頂高位水箱的有效容積也受建筑負(fù)荷限制。高位水箱的供水系統(tǒng)，雖實際是一個壓力

14、大致恒定的系統(tǒng)，這個壓力就是水位的高度。而管道的阻力特性卻是變化的，當(dāng)水的用戶多時(也即打開閥門，放水的支路多時)，管道的阻力就相應(yīng)減少，反之則阻力增大，大大降低了生活供水質(zhì)量。</p><p>　　雖然高位水箱供水由于運行較為經(jīng)濟(jì)合理、適應(yīng)性強(qiáng)而被廣泛采用，目前國內(nèi)大部分高層建筑均采用此方式供水，但此方式存在著投資大、占用面積大二次污染等缺點。</p><p>　　（4）氣壓罐供水方式&

15、lt;/p><p>　　氣壓罐供水方式在工程主要用于消防供水。在消防工程中的用途主要用于調(diào)節(jié)水量可滿足十分鐘消防初期用水量，從而替代屋頂水箱、同時作為增壓設(shè)施，以彌補(bǔ)高位水箱設(shè)置高度之不足、作為消防系統(tǒng)穩(wěn)壓用，啟停穩(wěn)壓泵及啟動消防泵并發(fā)出火警訊號用。上述三種用途有一共同點，即均需貯存滿足規(guī)范要求的消防用水量。</p><p>　　氣壓供水由于體積小、技術(shù)簡單、不受高度限制等特點，近幾年來己在高

16、層建筑中采用，但由于此方式存在著調(diào)節(jié)量小、水泵啟動頻繁、對電器設(shè)備要求較高等缺點，因而使這種供水系統(tǒng)的發(fā)展受到限制。</p><p>　?。?）變頻恒壓供水方式</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)是由壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ǖ碾娏骰螂妷盒盘?，在某壓力下，?dāng)用水量增大時，管路壓力下降，產(chǎn)生偏差，該信號被送入控制器進(jìn)行處理，控制器產(chǎn)生一定的電信號控制變頻器升頻，水泵轉(zhuǎn)速升高，供水增加，

17、壓力恢復(fù)。反之，用水量減少，工作機(jī)理同上所述。由于整個過程壓力偏差較小，調(diào)節(jié)時間短，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒壓。</p><p>　　此系統(tǒng)隨著變頻器與PLC應(yīng)用技術(shù)的不斷推廣，已經(jīng)成為一種新型的供水系統(tǒng)。它在節(jié)能、保持水質(zhì)、水壓平穩(wěn)性及操作的方便性和穩(wěn)定的可靠性等方面大大優(yōu)于傳統(tǒng)的供水方式。它已經(jīng)成為現(xiàn)代高樓供水的主要方式。本設(shè)計原理圖如下圖1.1所。</p><p>　　圖1.1 變頻恒壓供水原

18、理圖</p><p>　　1.4 本課題的總體方案</p><p>　　1.4.1 供水系統(tǒng)的方案選取</p><p>　　通過對現(xiàn)有高層樓宇供水方式的分析和比較，可知變頻恒壓供水系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢，在供水質(zhì)量及控制技術(shù)等各方面都有很好的先進(jìn)性。其供水方式節(jié)約能源、節(jié)省占地、節(jié)約投資，調(diào)節(jié)能力大、系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。因

19、此本設(shè)計中采用變頻恒壓供水系統(tǒng)方案作為對高層樓宇的供水方式。</p><p>　　圖1.2 系統(tǒng)總布局圖</p><p>　　該系統(tǒng)是將水泵通過穩(wěn)流調(diào)節(jié)罐直接串聯(lián)在市政自來水公司的給水管網(wǎng)上，市政水管網(wǎng)的水直接進(jìn)入調(diào)節(jié)罐，罐內(nèi)的空氣從真空消除器內(nèi)排出，待水充滿后，真空消除器自動關(guān)閉。當(dāng)自來水管網(wǎng)能夠滿足用水壓力及水量要求時，水泵機(jī)組不工作，實行市政管網(wǎng)直接供水；當(dāng)自來水管網(wǎng)的壓力不能滿足

20、用水要求時，出水管網(wǎng)上的壓力變送器對水壓進(jìn)行采樣，將壓力信號轉(zhuǎn)變對應(yīng)的電信號，送入變頻器或可編程控制器（PLC）經(jīng)轉(zhuǎn)換與用戶給定的壓力值進(jìn)行比較算，將結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂谱冾l器輸出電源頻率的頻率調(diào)節(jié)信號，同時輸出控制泵啟停信號，通過調(diào)節(jié)運轉(zhuǎn)泵電源頻率，使用戶管網(wǎng)的水壓穩(wěn)定于預(yù)先設(shè)定好的壓力值，此時水泵充分得用了市政管網(wǎng)的余壓，達(dá)到疊壓恒壓供水的目的。水泵供水時，若自來水管網(wǎng)的水量大于水泵流量，系統(tǒng)保持正常供水；用水高峰期時，若自來水管網(wǎng)水量小

21、于水泵流量時，調(diào)節(jié)罐內(nèi)的水作為補(bǔ)充水源仍能正常供水，此時，空氣由真空消除器進(jìn)入調(diào)節(jié)罐，消除了自來水管網(wǎng)的負(fù)壓；而對出水管網(wǎng)，壓力變送器繼續(xù)對水壓進(jìn)行采樣，用水高峰期過后，系統(tǒng)恢復(fù)正常的狀態(tài)。若自來水管網(wǎng)停水而導(dǎo)致調(diào)節(jié)罐內(nèi)的水位不斷下降，液位探測器給出水泵停機(jī)信號以保護(hù)水泵機(jī)組。其控制原理如圖1.</p><p>　　圖1.3 系統(tǒng)的控制原理圖</p><p>　　第二章 主電路圖設(shè)計&l

22、t;/p><p>　　4.2 電氣原理圖設(shè)計</p><p>　　在硬件系統(tǒng)設(shè)計中，整個系統(tǒng)主要由信號檢測單元、控制單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)來組成。所采用的是一臺變頻器連接三臺電動機(jī)，都具有變頻和工頻兩種工作狀態(tài)，每臺電機(jī)都通過兩個接觸器與工頻電源和變頻器輸出的電源相聯(lián)；所選用的接觸器都是依據(jù)電動機(jī)的容量適當(dāng)?shù)倪x擇。</p><p>　　4.2.1 主電路設(shè)計</p&g

23、t;<p>　　系統(tǒng)的主電路采用六個接觸器的常開觸點的閉合、斷開來實現(xiàn)對電機(jī)的啟動和關(guān)閉，如圖4.1所示。在主電路圖中，KM1、KM12分別控制1號水泵的工頻與變頻運行，KM21、KM22分別控制2號水泵的工頻與變頻運行，KM31、KM32分別控制3號水泵的工頻與變頻運行.電路的主電路圖4.1所示。</p><p><b>　　圖4.1 主電路圖</b></p>

24、<p>　　4.2.2 變頻器電路設(shè)計</p><p>　　在系統(tǒng)中變頻器主要是控制三臺水泵電機(jī)的工頻和變頻運行狀態(tài)，其電路接線如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 變頻器接線圖</p><p>　　4.2.5 水泵電機(jī)控制原理圖設(shè)計</p><p>　　圖4.5水泵電機(jī)控制原理圖一</p><p&

25、gt;　　圖4.6 水泵電機(jī)控制原理圖二</p><p>　　第三章 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　4.1 系統(tǒng)主要器件的選配</p><p>　　4.1.1 供水泵的選型</p><p>　　根據(jù)課題設(shè)計需要，同時又能確保系統(tǒng)安全、可靠運行，并降低設(shè)備長期運行費用，其中水泵的運行參數(shù)按各區(qū)段全部住戶和最高層設(shè)計，設(shè)

26、計依據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB50015-2003）。如表4.1所示：</p><p>　　表4.1 水泵及電機(jī)選型表</p><p>　　4.1.2 變頻器的選型</p><p>　　根據(jù)工藝要求，并保留設(shè)備擴(kuò)展的余量，選配ABB ACS600系列變頻器。ACS600系列變頻器是ABB公司采用直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）技術(shù)，結(jié)合諸多先進(jìn)的生產(chǎn)制造工藝推出的高

27、性能變頻器。它具有很寬的功率范圍，優(yōu)良的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制特性，完整的保護(hù)功能以及靈活的編程功能，牢固的EMC(電磁兼容性)設(shè)計、較高的可靠性和較小的體積。控制軟件可以實現(xiàn)專用功能：多泵切換、手動/自動切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運行方式等。</p><p><b>　　主要技術(shù)數(shù)據(jù)：</b></p><p>　?。?）功率范圍：2.2-3000KW</

28、p><p>　?。?）電源電壓：380/400/415/460/480/500VAC 3相±10%</p><p>　　（3）電源頻率：48-63Hz</p><p>　?。?）控制連接：2個可編程的模擬量輸入（AI）；1個可編程的模擬量輸出（AO）；5個可編程的數(shù)字量輸入（DI）；2個可編程的數(shù)字量輸出(DO)</p><p>　?。?/p>

29、5）連續(xù)負(fù)載能力：150% In，每10分鐘允許1分鐘</p><p>　?。?）串行通信能力：標(biāo)準(zhǔn)的RS-485接口可使變頻器方便的與計算機(jī)連接</p><p>　　（7）保護(hù)特性：過流保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過熱保護(hù)、短路保護(hù)、接地保護(hù)、欠壓緩沖、電機(jī)欠/過載保護(hù)、串行通訊故障保護(hù)等。</p><p>　　ACS600變頻器獨特的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）功能是目

30、前最佳的電機(jī)控制方式，它可以對所有交流電機(jī)的核心變量進(jìn)行直接控制，無需速度反饋就可以實現(xiàn)電機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制。在其內(nèi)置的PID、FPC等八種應(yīng)用宏，只需選擇需要的應(yīng)用宏，相應(yīng)的所有參數(shù)都自動設(shè)置，輸入輸出端子也將自動配置，這些應(yīng)用宏的設(shè)置大大節(jié)約了調(diào)試時間，減少出錯。</p><p>　　4.1.3 PLC的選型</p><p>　　可編程控制器（Programmable Contr

31、oller）又簡稱為PC或PLC，是將邏輯運算、順序控制、時序、計數(shù)以及算術(shù)運算等控制程序，用一串指令形式存放到存儲器中，然后根據(jù)存儲的控制內(nèi)容，經(jīng)過模擬、數(shù)字等輸入輸出部件，對生產(chǎn)設(shè)備與生產(chǎn)過程進(jìn)行控制的裝置。它是基于計算機(jī)技術(shù)和自動控制理論而發(fā)展起來的，它既不同于普通的計算機(jī)，又不同于一般的計算機(jī)控制系統(tǒng)，作為一種特殊形式的計算機(jī)控制裝置，它在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件組成、軟件結(jié)構(gòu)以及I/O通道、用戶界面等諸多方面都有其特殊性。</p&

32、gt;<p>　　根據(jù)設(shè)計選用西門子S7-200型。SIMATIC S-700可編程控制器是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用；大范圍的各種功能模塊可以非常好的滿足和適應(yīng)自動化控制任務(wù)，各種單獨的模塊組合用以擴(kuò)展；簡單實用的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使之應(yīng)用十分靈活；方便用戶和簡易的無風(fēng)扇設(shè)計；當(dāng)控制任務(wù)增加時，可以自由擴(kuò)展。根據(jù)設(shè)計選用S7-200的CPU型號為CPU226型，其現(xiàn)有的端口能滿足系統(tǒng)設(shè)計的

33、需要并且具有模塊擴(kuò)展功能。</p><p>　　4.1.4 壓力傳感器的選型</p><p>　　在系統(tǒng)中需要對進(jìn)水管網(wǎng)壓力和用戶供水壓力進(jìn)行測定和采樣，將壓力信號轉(zhuǎn)換為4-20mA的電信號輸入到變頻器中，變頻器的輸出信號將直接控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計需要現(xiàn)選用羅斯蒙特的3051T型表壓與絕壓變送器。它集傳感器、電子技術(shù)與單隔離膜片設(shè)計與

34、一體，實現(xiàn)表壓和絕壓測量的校驗量程從0.3到10000psi。</p><p><b>　　（1）工作原理：</b></p><p>　　工作時，高、低壓側(cè)的隔離膜片和灌充液將過程壓力傳遞給灌充液，接著灌充液將壓力傳遞到傳感器中心的傳感膜片上。傳感膜片是一個張緊的彈性元件，其位移隨所受壓而變化（對于GP表壓變送器，大氣壓如同施加在傳感膜片的低壓側(cè)一樣）。AP絕壓變送器

35、，低壓側(cè)始終保持一個參考壓力。傳感膜片的最大位移量為0.004英寸（0.1毫米），且位移量與壓力成正比。兩側(cè)的電容極板檢測傳感膜片的位置。傳感膜片和電容極板之間電容的差值被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流，電壓或數(shù)字HART（高速可尋址遠(yuǎn)程發(fā)送器數(shù)據(jù)公路）輸出信號。</p><p>　　（2）主要技術(shù)參數(shù)：總體性能：±0.15%FS精度：±0.075%FS絕對壓力：校驗量程從0.3至10000psi

36、表壓：校驗量程從0.3至10000psi 不銹鋼與哈氏合金CR過程隔離膜片 單隔離膜片設(shè)計 灌充液：硅油與惰性油 </p><p><b>　?。?）主要特點：</b></p><p>　?、俑叻€(wěn)定性、高精度、寬的工作溫度范圍；</p><p>　?、诳箾_擊、耐震動、體積小、防水；</p><p>　?、蹣?biāo)準(zhǔn)信號輸

37、出、良好的互換性、抗干擾性強(qiáng)；</p><p>　　④最具有競爭力的價格。</p><p>　　4.2.5 PLC輸入輸出引腳分配</p><p>　　依據(jù)設(shè)計恒壓系統(tǒng)的輸入輸出如下表所示：</p><p>　　表4.2 輸入輸出引腳分配表</p><p>　　第四章 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)研究</p>

38、<p>　　3.1 變頻恒壓控制的原理</p><p>　　用變頻器調(diào)速來實現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來實現(xiàn)恒壓供水相比其具有十分顯著的節(jié)能效果，其優(yōu)點是：</p><p>　?。?）起動平衡，起動電流可以限制在額定電流范圍以內(nèi)，從而避免了起動是對電網(wǎng)的沖擊。</p><p>　?。?）由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低，從而可以延長水泵和閥門等的使用壽命。</

39、p><p>　　（3）可以消除起動和停機(jī)時的水錘效應(yīng)。</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制目標(biāo)就是通過壓力變化差值來改變水泵機(jī)組的運行狀態(tài)，從而實現(xiàn)用戶管網(wǎng)的出口水壓跟隨設(shè)定的供水水壓。變頻恒壓控制的原理如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 變頻恒壓控制的原理圖</p><p>　　從恒壓控制的原理圖中可知，系統(tǒng)中當(dāng)用水需求增

40、加時，實際供水壓力將低于設(shè)定壓力，系統(tǒng)將得到正壓力差，經(jīng)過計算和轉(zhuǎn)換，計算出變頻器輸出頻率的增加值，將這個增量和變頻器當(dāng)前的輸出值相加，得出的值即為變頻器當(dāng)前應(yīng)該輸出的頻率。該頻率使水泵機(jī)組轉(zhuǎn)速增大，從而使實際供水壓力提高，在運行過程中該過程將被重復(fù)，直到實際供水壓力和設(shè)定壓力相等為止。如果運行過程中實際供水壓力高于設(shè)定壓力，情況剛好相反，變頻器的輸出頻率將會降低，水泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速減小，實際供水壓力因此而減小。同樣，最后調(diào)節(jié)的結(jié)果是實際供

41、水壓力和設(shè)定壓力相等。</p><p>　　3.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)方案設(shè)計</p><p>　　3.2.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機(jī)組以及低壓電器組成。系統(tǒng)設(shè)計的主要任務(wù)就是利用恒壓控制單元使變頻器控制三臺水泵，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機(jī)的軟啟動以及水泵變頻和工頻的

42、切換等。</p><p>　　3.2.2 系統(tǒng)的控制方案的選擇和論證</p><p>　　在恒壓供水系統(tǒng)中有多種控制方案:</p><p>　　（1）變頻器+壓力傳感器+水泵機(jī)組</p><p>　　這種控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡單，將PID調(diào)節(jié)器和PLC等硬件集成在變頻器的供水基板上，雖然簡化了系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)，降低了投資成本，但是無法自動實現(xiàn)不同時段

43、的不同恒壓要求。因此僅適用于要求不高的小容量的場合。</p><p>　　（2）通用變頻器+單片機(jī)+人機(jī)界面+壓力傳感器</p><p>　　這種控制方式控制精度高、控制算法較靈活、參數(shù)調(diào)整方便等優(yōu)點。但是卻存在研發(fā)時間長，程序修改較困難等因素。同時在運行時變頻器的干擾很嚴(yán)重，必須采取相應(yīng)的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。所以改系統(tǒng)適用于特定的恒壓供水領(lǐng)域中。</p>

44、<p>　?。?）變頻器+PLC+人機(jī)控制界面+壓力傳感器</p><p>　　這種控制方式不僅靈活方便而且具有良好的通信接口，可以很方便的進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換、通用行較強(qiáng)。由于PLC的模塊化和系列化用戶可以靈活的組成不同的規(guī)模和靈活的控制系統(tǒng)。同時在硬件上只需確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時可以方便的通過PC機(jī)來實現(xiàn)控制程序的改變。在抗干擾方面PLC抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，能

45、適用于各種不同的恒壓供水場合。</p><p>　　通過對以上的幾種控制方案的分析和比較，可以看出第三種控制方案更合適于實際應(yīng)用。該控制方案既有擴(kuò)展功能靈活方便、也有便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點，同時能達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度的要求。控制方案的原理框圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 控制方案的原理框圖</p><p>　　3.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)變頻控制方

46、案</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案有多種，有一臺變頻器控制一臺水泵的簡單控制方案，也有一臺變頻器控制幾臺水泵的方案。利用單臺變頻器控制多臺水泵的控制方案適用于大多數(shù)供水系統(tǒng)，是目前應(yīng)用中比較先進(jìn)的一種方案。本設(shè)計中系統(tǒng)為一臺變頻器控制三臺水泵的方案。變頻控制方案原理圖如3.5所示。</p><p>　　3.4 系統(tǒng)工作原理概述</p><p>　　

47、該系統(tǒng)具有手動和自動兩種運行方式。在手動方式時，按下按鈕可以啟動和停止水泵，可根據(jù)需要分別控制1號~3號水泵的啟停，該方式主要是供設(shè)備的調(diào)試、自動發(fā)生故障和檢修時使用。</p><p>　　在自動運行時，PLC采集傳感器檢測到的管網(wǎng)出口壓力，與給定壓力相比較，如小于給定壓力，通過變頻調(diào)節(jié)1號泵，使1號泵轉(zhuǎn)速逐漸上升，若1號泵已達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，管網(wǎng)出口壓力還小于給定壓力，將1號泵接工頻，2號泵接變頻器，調(diào)節(jié)2號泵，使

48、2號泵轉(zhuǎn)速逐漸上升，若2號泵已達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，管網(wǎng)壓力仍然小于給定壓力，將2號泵接到工頻，3#泵接變頻器，調(diào)節(jié)3號泵，使3號泵轉(zhuǎn)速逐漸上升，這就是順序變頻升速的調(diào)節(jié)過程。反之，若此時傳感器檢測到的管網(wǎng)壓力大于給定壓力，調(diào)節(jié)3號泵，使3號泵轉(zhuǎn)速逐漸降低，若3號泵達(dá)到最低轉(zhuǎn)速，管網(wǎng)壓力還大于給定壓力 ，將3號泵與變頻器斷開。將變頻器升至50Hz，切斷2號泵工頻，同時2號泵接變頻器，逐漸下調(diào)，若2號泵達(dá)到最低轉(zhuǎn)速，管網(wǎng)壓力仍大于給定壓力，將2號

49、泵與變頻器斷開，頻率升至50Hz，切斷1號泵工頻，接變頻器，逐漸向下調(diào)節(jié)，直至管網(wǎng)水壓等于給定壓力。</p><p>　　3.5 恒壓供水系統(tǒng)的工藝要求</p><p>　　本設(shè)計中對三水泵恒壓供水系統(tǒng)的基本要求如下：</p><p>　?。?）在供水時要保持壓力的恒定運行，系統(tǒng)波動小。</p><p>　?。?）三臺水泵根據(jù)恒壓需要，采取

50、“先開先?！钡脑瓌t接入和退出。</p><p>　?。?）在用水量小的情況下，為防止一臺泵連續(xù)工作運行，需要設(shè)定切換時間，當(dāng)時間到則自動切換到下一臺水泵，以防止水泵長時間磨損和其他水泵不用而銹死。</p><p>　?。?）水泵啟動時具有軟啟動功能，同時具有報警功能。</p><p>　?。?）為了檢修和應(yīng)急應(yīng)設(shè)有手動操作功能。</p><p&g

51、t;　　第五章 恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　5.1 系統(tǒng)工作流程圖</p><p>　　在恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器根據(jù)壓力傳感器檢測轉(zhuǎn)換后的信號自動分析處理，將變頻信號輸入供水泵，覺得水泵的的運行狀態(tài)。同時在PLC的控制作用下將根據(jù)水壓自動增減水泵機(jī)組的數(shù)量。其整個工作流程圖如圖5.1所示。</p><p><b>　　圖5.1系統(tǒng)流程圖&

52、lt;/b></p><p><b>　　第六章 PLC選型</b></p><p>　　5.2 PLC的程序設(shè)計流程圖</p><p>　　圖5.2程序設(shè)計流程圖</p><p>　　PLC控制電路接線設(shè)計</p><p>　　西門子S7-200的CPU226型的接入電源為直流24V，適

53、用于中小型控制系統(tǒng)，可擴(kuò)展到248點數(shù)字量和35路模擬量，有兩個RS-485通信接口，在系統(tǒng)中PLC的接線如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 PLC接線圖</p><p>　　第七章 梯形圖程序</p><p>　　第八章 指令語句表程序</p><p>　　5.3.1 主程序</p><p><

54、;b>　　TITLE=</b></p><p>　　Network 1 </p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　CALL SBR5</p><p>　　CALL SBR0</p><p>　　CALL SBR4</p><p>　　5.3

55、.2 子程序</p><p>　　TITLE=子程序注釋</p><p>　　Network 1 </p><p><b>　　// 工程轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　CALL SBR2, AIW0, 50.0, 0.0, VD0</p

56、><p>　　CALL SBR2, AIW2, 16.0, 0.0, VD4</p><p>　　CALL SBR2, AIW4, 16.0, 0.0, VD8</p><p>　　CALL SBR3, VD12, 16.0, 0.0, AQW0</p><p>　　Network 2 </p><p><

57、;b>　　// 設(shè)定值下限</b></p><p>　　LDR< VD12, 2.0</p><p>　　MOVR 2.0, VD12</p><p>　　Network 3 </p><p><b>　　// 設(shè)定值上限</b></p><p>　　LDR>

58、 VD12, 8.5</p><p>　　MOVR 7.0, VD12</p><p>　　Network 4 </p><p><b>　　// 泵后壓力報警</b></p><p>　　LDR> VD4, 9.0</p><p>　　LDR< VD4, 6.0<

59、;/p><p><b>　　NOT</b></p><p>　　A M1.0</p><p><b>　　OLD</b></p><p>　　= M1.0</p><p>　　Network 5 </p><p><b>　　

60、// 防真空報警</b></p><p>　　LDR< VD8, 0.1</p><p>　　LDR> VD8, 0.2</p><p><b>　　NOT</b></p><p>　　A M1.1</p><p><b>　　OLD</b

61、></p><p>　　= M1.1</p><p>　　Network 6 </p><p>　　LD M1.0</p><p><b>　　EU</b></p><p>　　LD M1.1</p><p><b>　　EU<

62、;/b></p><p><b>　　OLD</b></p><p>　　LD I1.0</p><p><b>　　EU</b></p><p><b>　　OLD</b></p><p>　　INCW VW20</p>

63、<p>　　Network 7 </p><p><b>　　// 重復(fù)故障報警</b></p><p>　　LDW>= VW20, 3</p><p>　　= M1.3</p><p>　　Network 8 </p><p>　　LDW= VW20, 1<

64、;/p><p>　　OW= VW20, 2</p><p>　　TON T101, 1800</p><p>　　Network 9 </p><p>　　LD I0.1</p><p>　　MOVW +0, VW20</p><p>　　Network 10 </p&

65、gt;<p>　　// 泵前壓力啟動條件</p><p>　　LDR> VD8, 2.0</p><p>　　LDR< VD8, 0.5</p><p><b>　　NOT</b></p><p>　　A M1.2</p><p><b>　　

66、OLD</b></p><p>　　= M1.2</p><p>　　Network 11 </p><p><b>　　// 真空動作計時</b></p><p>　　LD M1.1</p><p><b>　　EU</b></p>

67、<p>　　TOF T102, 30</p><p>　　Network 12 </p><p>　　// 真空抑制器動作</p><p>　　LD T102</p><p>　　A I0.0</p><p>　　= Q1.1</p><p>　　

68、Network 13 </p><p><b>　　// 運行條件</b></p><p>　　LD I0.0</p><p>　　A M1.2</p><p>　　AN M1.0</p><p>　　AN M1.1</p><p>　　A

69、N M1.3</p><p>　　AN I0.5</p><p>　　= M0.0</p><p>　　Network 14 </p><p><b>　　// 加泵條件</b></p><p>　　LD I0.6</p><p>　　=

70、 M0.1</p><p>　　Network 15 </p><p><b>　　// 減泵條件</b></p><p>　　LDR> VD4, VD12</p><p>　　A I0.7</p><p>　　TOF T103, 20</p>&l

71、t;p>　　A T103</p><p>　　= M0.2</p><p>　　Network 16 </p><p><b>　　// 加泵計時器</b></p><p>　　LD M0.0</p><p>　　A M0.1</p>&l

72、t;p>　　A SM0.5</p><p><b>　　EU</b></p><p>　　INCW VW406</p><p>　　Network 17 </p><p><b>　　// 加泵計時復(fù)位</b></p><p>　　LD M0.0&

73、lt;/p><p>　　AW>= VW406, 180</p><p>　　LD M0.0</p><p>　　AN M0.1</p><p><b>　　OLD</b></p><p>　　ON M0.0</p><p>　　MOVW +

74、0, VW406</p><p>　　Network 18 </p><p><b>　　// 加泵脈沖</b></p><p>　　LDW= VW406, 60</p><p><b>　　EU</b></p><p>　　= M0.3</p>

75、<p>　　Network 19 </p><p><b>　　// 減泵計時器</b></p><p>　　LD M0.0</p><p>　　A M0.2</p><p>　　A SM0.5</p><p><b>　　EU</b>&

76、lt;/p><p>　　INCW VW408</p><p>　　Network 20 </p><p><b>　　// 減泵計時復(fù)位</b></p><p>　　LD M0.0</p><p>　　AW>= VW408, 3</p><p>　　LD

77、 M0.0</p><p>　　AN M0.2</p><p><b>　　OLD</b></p><p>　　ON M0.0</p><p>　　MOVW +0, VW408</p><p>　　Network 21 </p><p><b

78、>　　// 減泵脈沖</b></p><p>　　LDW= VW408, +2</p><p><b>　　EU</b></p><p>　　= M0.4</p><p>　　Network 22 </p><p>　　// 運行次數(shù)累計器</p>&

79、lt;p>　　LD M0.0</p><p><b>　　EU</b></p><p>　　INCW VW410</p><p>　　Network 23 </p><p>　　// 運行計數(shù)器復(fù)位</p><p>　　LD M0.0</p><p&g

80、t;　　AW>= VW410, +3</p><p>　　MOVW +0, VW410</p><p>　　Network 24 </p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　= L60.0</p><p>　　LD M0.0</p><p>

81、;　　= L63.7</p><p>　　LD M0.3</p><p>　　= L63.6</p><p>　　LD M0.4</p><p>　　= L63.5</p><p>　　LD I0.2</p><p>　　= L63

82、.4</p><p>　　LD I0.3</p><p>　　= L63.3</p><p>　　LD I0.4</p><p>　　= L63.2</p><p>　　LD L60.0</p><p>　　CALL SBR1, L63.7, L6

83、3.6, L63.5, L63.4, L63.3, L63.2, VB412, VW410</p><p>　　Network 25 </p><p><b>　　// 1變</b></p><p>　　LD M0.0</p><p>　　A V412.1</p><p>　　A

84、N V412.3</p><p>　　AN V412.5</p><p>　　AN V412.0</p><p>　　TON T130, 40</p><p>　　A T130</p><p>　　= Q0.1</p><p>　　Network

85、 26 </p><p><b>　　// 1工</b></p><p>　　LD M0.0</p><p>　　A V412.0</p><p>　　AN V412.1</p><p>　　TON T131, 2</p><p>　　A

86、 T131</p><p>　　= Q0.0</p><p>　　Network 27 </p><p><b>　　// 2變</b></p><p>　　LD M0.0</p><p>　　AN V412.1</p><p>　　A

87、 V412.3</p><p>　　AN V412.5</p><p>　　AN V412.2</p><p>　　TON T132, 40</p><p>　　A T132</p><p>　　= Q0.3</p><p>　　Network 28

88、 </p><p><b>　　// 2工</b></p><p>　　LD M0.0</p><p>　　A V412.2</p><p>　　AN V412.3</p><p>　　TON T133, 2</p><p>　　A

89、 T133</p><p>　　= Q0.2</p><p>　　Network 29 </p><p><b>　　// 3變</b></p><p>　　LD M0.0</p><p>　　AN V412.1</p><p>　　AN

90、V412.3</p><p>　　A V412.5</p><p>　　AN V412.4</p><p>　　TON T134, 40</p><p>　　A T134</p><p>　　= Q0.5</p><p>　　Network 30 &l

91、t;/p><p><b>　　// 3工</b></p><p>　　LD M0.0</p><p>　　A V412.4</p><p>　　AN V412.5</p><p>　　TON T135, 2</p><p>　　A T1

92、35</p><p>　　= Q0.4</p><p><b>　　第九章 設(shè)計心得</b></p><p>　　本課題主要研究的是高層樓宇的供水系統(tǒng)。為此設(shè)計了一套具有PLC和變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)來控制樓宇的供水問題。該系統(tǒng)采用PLC控制變頻器進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，按實際需要隨意設(shè)定壓力給定值，根據(jù)壓差調(diào)整水泵的工作情況，具有很好的

93、最優(yōu)控制和穩(wěn)定性控制，實現(xiàn)恒壓供水。</p><p>　　根據(jù)供水的要求，此系統(tǒng)為一拖三閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，且變頻器可以實現(xiàn)對電動機(jī)的無級調(diào)速，減少系統(tǒng)波動現(xiàn)象和對電網(wǎng)的沖擊。系統(tǒng)也實現(xiàn)了恒壓自動控制，不需要頻繁操作，提高了供水質(zhì)量。</p><p>　　目前在國內(nèi)外變頻恒壓供水控制系統(tǒng)在高層樓宇中的應(yīng)用研究也發(fā)展迅速。為了適應(yīng)不同樓宇的供水要求，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時又能兼顧系統(tǒng)

94、的電磁兼容性的供水系統(tǒng)也正在進(jìn)一步完善和發(fā)展。因此，有待于進(jìn)一步研究和改善高層樓宇供水系統(tǒng)的性能，使其滿足對供水質(zhì)量的要求。</p><p>　　第十章 參考文獻(xiàn)</p><p>　　[1]謝克明、夏路易編．可編程控制器原理與程序設(shè)計．電子工業(yè)出版社.2002</p><p>　　[2]原魁、劉偉強(qiáng)編．變頻器的基礎(chǔ)與應(yīng)用．冶金工業(yè)出版社.1998</p&

95、gt;<p>　　[3]袁任光編．可編程控制器（PC）應(yīng)用技術(shù)與實例．華南理工大學(xué)出版.2001</p><p>　　[4]孟憲章、羅曉梅編．樓宇自控系統(tǒng)電氣運行維修手冊．機(jī)械工業(yè)出版社. 2001</p><p>　　[5]朱紹祥等．可編程控制器原理與應(yīng)用．上海交通大學(xué)出版社. 1988</p><p>　　[6]佟純厚．近代交流調(diào)速．冶金工業(yè)出版社

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97、機(jī)械工業(yè)出版社.2003</p><p>　　[11]田建輝.PLC控制的變頻調(diào)速供水系統(tǒng)實力分析[J]..給水排水，2000</p><p>　　[12]SIEMENS Company,S7-200manual, 2001,3.</p><p>　　[13]張燕賓.變頻功能解析。變頻器世界講座（五）.2004</p><p>　　[14]L

98、eonhard W. Control of Electrical Drives. Spring-Verlag.1985</p><p>　　[15]吳仲陽.可編程控制器原理及應(yīng)用.高等教育出版社.2001</p><p>　　[16]張燕斌.變頻器的PID控制.電氣時代.2002</p><p>　　[17]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.上海：

99、華南理工大學(xué)，1999</p><p>　　[18]Raymond G,Jacquet.Modern control eyetem,1981</p><p>　　[19]周芝峰，張星.變頻器在供水系統(tǒng)中的節(jié)能分析.變頻器世界，2000</p><p>　　[20]T Ghabetler,D M Divan.control Steategies for Direct

100、Torque Control Using </p><p>　　Discrete Pulse Modulation.IEEE trasactions.on Industry Application,1991.5</p><p>　　[21]Szychta,Leszek.System for optimizing pump station control-PartII[J].World pu

101、mps.2004</p><p>　　[22]林俊贊，李雄松，尹元日.PLC在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)電電器技術(shù)，1999</p><p>　　[23]郁漢琪.電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].東南大學(xué)出版社，2003</p><p>　　[24]趙飛鵬，PLC控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)[J].自動化博覽，2003</p><p&g

102、t;　　[25]萬太福，唐賢禮.可編程序控制器及其應(yīng)用[M].重慶大學(xué)出版社，1996</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計，既是對大學(xué)三年所學(xué)知識的總結(jié)，也是對實際解決問題能力的鍛煉與培養(yǎng)。通過這次設(shè)計，我不僅學(xué)到了很多新的知識，而且使原有的知識進(jìn)一步得到了鞏固，加深了理解。</p><p>