毕业设计 PLC控制的恒压无塔供水系统.docx
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毕业设计PLC控制的恒压无塔供水系统
摘要
在以PLC控制为核心,变频调速技术为基础的恒压供水系统中,PLC将压力设定值与测量值的偏差经PID运算后得到的信号控制变频器,从而通过变频器控制水泵的转速调节管网的压力,实现恒压供水的目的.介绍了基于S7-200恒压供水系统PID调节器的实现.
关键词:
PLC变频调速PID恒压供水
Abstract
InaPLCcontrolasthecoretechnology-basedfrequencycontrolconstantpressurewatersupplysystems,PLCandmeasuringthepressuresettingvalueofthedeviationbythePIDcontrolalgorithmstothesignalconverter,whichcontrolthepumpspeedthroughtheinverterregulatingthepressureofpipenetworktoachieveconstantpressurewatersupplypurposes.introducedtheS7-200basedonconstantpressurewatersupplysystemPIDregulatorimplementation.
Keywords：
PLCfrequencycontrolPIDconstantpressurewatersupply
第1章绪论
1.1课题背景
随着社会的发展和进步，城市高层建筑的供水问题日益突出：
一方面要求提高供水质量，不要因为压力的波动造成供水障碍：
另一方面要求保证供水的可靠性和安全性，发生火灾时，能够可靠供水。
衡量供水质量的重要标准之一是供水压力是否恒定，因为水压恒定于某些工业或特殊用户是非常重要的，如当发生火灾时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，会造成更大的经济损失或人员伤亡，但是用户用水量是经常变动的，因此用水和供水之间的不平衡的现象时有发生，并且集中反映在供水的压力上。
随着我国社会经济的发展，住房制度改革的不断深入，人们生活水平的不断提高，城市建设发展十分迅速，同时也对基础建设提出了更高的要求。
城市供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到用户的正常工作和生活，也直接体现了供水管理水平的高低。
传统供水厂，特别是中小供水厂所普遍采用的恒速泵加压供水方式存在效率较低、可靠性不高。
自动化程度等缺点，难以满足当前经济生活的需要。
随着人们对供水质量和供水系统可靠性要求的不断提高，需要利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，要求设计出高性能、高节能、能适应供水厂复杂环境的恒压供水系统成为必然趋势。
1.2恒压供水发展概况
水是生命之源，人类生存和发展都离不开水。
在通常的城市及乡镇供水中，基本上都是靠供水站的电动机带动离心水泵，产生压力使管网中的自来水流动，把供水管网中的自来水送给用户。
但供水机泵供水的同时，也消耗大量的能量，如果能在提高供水机泵的效率、确保供水机泵的可靠稳定运行的同时，降低能耗将具有重要经济意义。
我国供水机泵的特点是数量大、范围大、类型多，在工程规模上也有一定水平，但在技术水平、工程标准以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比，还有一定差距。
对大多数供水企业来说，传统供水机泵存在日常运行费用太高，供水成本居高不下，单位供水的能耗偏大的问题，寻求与能耗之间的最佳性价比，是困扰企业的一个长期问题。
变频调速技术以其显著的节能效果和稳定可靠的控制方式，在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用。
随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质的不断提高，变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统。
目前不论是国内还是国外都在利用PLC过程控制功能，结合变频调速和触摸屏技术对原有的老旧系统进行改造，随着科技的发展，供水系统向着更智能化方向发展。
1.3变频恒压供水的现状
1.3.1国内外变频供水系统现状
变频恒压供水时在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。
目前国内外的恒压供水系统变频器成熟可靠，恒压控制技术先进。
国外变频供水系统在设计时主要采用一台变频器只带一台水泵机组的方式。
这种方式安全可靠，变压方式更灵活。
此方式的缺点必是电机数量和变频器的数量一样多，因而投资成本很高。
国外生产的变频器，特别是供水厂用变频器，相对国产变频器而言，价格明显偏高，维护成本也高于国内产品。
目前，国内有不少公司在从事进行变频恒压供水的研制推广，国产变频器主要采用进口元件组装或直接进口国外变频器，结合PLC或PID调节器实现恒压供水，在小容量、控制要求的变频供水领域，国产并且发展较快，并以其成本低廉的优势占领了相当部分小容量变频器恒压供水市场。
但在大功率容量变频器上，国产变频器有待于进一步改进和完善。
1.3.2变频供水系统应用范围
变频恒压供水系统在供水行业中的应用，按所使用的范围大致分为三类：
（1）小区变频供水系统主要用于包括工厂、小区供水、高层建筑供水、乡村加压站，特点是变频控制的电机功率小，一般在135kw一下，控制系统简单。
由于这一范围的用户群十分庞大，所以是目前国内研究和推广最多的方式。
（2）国内中小型供水厂变频恒压供水系统
这类变频供水系统主要用于中小型供水厂或大中型的辅助供水厂。
这类变频器电机功率在135km和320km之间，电网电压通常为220V或380V。
受中小型水厂规模和经济条件限制，目前主要是采用工厂通用的变频恒压供水变频器。
（3）大型供水厂的变频恒压供水系统
这类变频供水系统用于大中城市的主力供水厂，特点是功率大、机组多、多数采用高压变频系统。
这类系统一般变频器和控制器要求较高，多数采用了国外的进口变频器和控制系统。
第2章可编程控制器概述
可编程序控制器，英文称ProgrammableLogicalController，简称PLC。
它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的复杂接线、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。
用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。
2.1可编程控制器的基本结构
可编程控制器主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成（如下图所示）。
图2-1
2.1.1CPU模块
CPU模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微处理器（CPU）和存储器组成。
它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。
PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。
2.1.2I/O模块
I/O模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。
输入模块用来接收和采集输入信号。
输入信号有两类：
一类是从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟输入信号。
可编程序控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器，
可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。
2.1.3电源
可编程序控制器一般使用220V交流电源。
可编程序控制器内部的直流稳压电源为各模块内的元件提供直流电压。
2.1.4编程器
编程器是PLC的外部编程设备，用户可通过编程器输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。
也可以通过专用的编程电缆线将PLC与电脑联接起来，并利用编程软件进行电脑编程和监控。
2.1.5输入/输出扩展单元
I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。
2.1.6外部设备接口
此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。
本实验装置选用的主机型号为S7-200系列的主机。
2.2可编程控制器的工作原理
可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。
在运行状态，可编程序控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。
为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程序控制器停机或切换到STOP工作状态。
除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可编程序控制器还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段。
在内部处理阶段，可编程序控制器检查CPU，模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。
在通信服务阶段，可编程序控制器与带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。
在输入处理阶段，可编程序控制器把所有外部输入电路的接通/断开（ON/OFF）状态读入输入映像寄存器。
在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。
在输出处理阶段，CPU将输出映像寄存器的通/断状态传送到输出锁存器。
2.3可编程控制器的内存区域的分布及I/O配置
S7-200CPU224部分编程元件的编号范围与功能说明如下表所示
元件名称
编号
编号范围
功能说明
输入寄存器
I
I0.0～I1.5共14点
接受外部输入设备的信号
输出寄存器
Q
Q0.0～Q1.1共10点
输出程序执行结果并驱动外部设备
位存储器
M
M0.0～M31.7
在程序内部使用，不能提供外部输出
定时器
T
T0,T64
保持型通电延时1ms
T1～T4,T65～T68
保持型通电延时10ms
T5～T31,T69～T95
保持型通电延时100ms
T32,T96
ON/OFF延时,1ms
T33～T36,T97～T100
ON/OFF延时,10ms
T37～T63,T101～T255
ON/OFF延时,100ms
计数器
C
C0～C255
加法计数器，触点在程序内部使用
高速计数器
HC
HC0～HC5
用来累计比CPU扫描速率更快的事件
顺序控制继电器
S
S0.0～S31.7
提供控制程序的逻辑分段
变量存储器
V
VB0.0～VB5119.7
数据处理用的数值存储元件
局部存储器
L
LB0.0～LB63.7
使用临时的寄存器，作为暂时存储器
特殊存储器
SM
SM0.0～SM549.7
CPU与用户之间交换信息
特殊存储器（只读）
SM
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