基于PLC的生活热水控制系统修改版.docx

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基于PLC的生活热水控制系统修改版

摘要

近些年来我国城市建设发展十分迅速，同时也对基础设施建设提出了更高的要求。

小区、学校、营房等集体单位的恒压供热水系统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。

本次设计利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计出能适应小区、学校、营房等集体单位复杂环境的恒压供热水系统，该系统拥有自动注水、加热、供水和达到警戒水位自动报警等功能。

本课题主要针对生活用水控制系统进行研究，并制作控制系统以实现自动注水、自动加热、自动供水三个过程。

该系统以可编程逻辑控制器（PLC）为控制核心，以触摸屏为操作平台．利用各类传感器检测液位、压力、温度等信息，同时根据制定的控制策略来自动调节变频器的输出频率和定频水泵的启停，实现供水的自动化。

关键词：

可编程逻辑控制器，变频调速，设计

ABSTRACT

Inrecentyears,China'seconomicdevelopment,socialconstructionandurbanconstructionanddevelopmentisveryfast,butalsototheinfrastructureconstructionproposedhigherrequirements.Theconstructionofurbanheatingwatersystemisoneoftheimportantaspects,thereliability,thestabilityandtheeconomyofthewatersupplydirectlyaffecttheuser'snormalworkandlife..Withthepeoplecontinuouslyimprovethequalityandreliabilityofwatersupplysystem,usingadvancedautomationtechnology,controltechnologyandcommunicationtechnologydesignofhighperformance,highenergysaving,canadapttothewatersupplyfactorycomplexenvironmentofconstantpressurewatersupplysystemtobecomeaninevitabletrend.

Thisthesismainlystudiesthewatercontrolsystemofdomesticwater,andmakesthecontrolsystemtorealizeautomaticwaterinjection,automaticheating,automaticwatersupplythreeprocesses.Thesystemonaprogrammablelogiccontroller（PLC）forthecontrolofthecore,thetouchscreenastheoperatingplatform.Usingallkindsofsensortomeasureliquidlevel,pressure,temperatureandotherinformation,alsoaccordingtotheformulationofcontrolstrategyisusedtoautomaticallyadjusttheoutputfrequencyofafrequencyconverterandconstantfrequencyofthepumpstartandstop,toachievethewatersupplytotheautomation.

KEYWORDS：

PLC，Frequencyconversionspeedcontrol，Design

第一章绪论

1.1引言

近些年来我国经济发展，社会建设以及城市建设发展十分迅速，同时也对基础设施建设提出了更高的要求。

城市供热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。

随着人们对供水质量和供水系统可靠性要求的不断提高，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，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。

小区热水供应对于大部分小区供水具有重大意义，其供水特点与普通用水有所不同，具备时间性、集中性点特点，而且有水温的控制要求，温水系统控制方法多种多样，本文主要分析应用PLC控制时间、温度，恒压过程则采用变频器PID控制功能，实现小区热水供应。

小区热水供应系统涉及水温的控制，水压恒压控制等，在水压恒压控制方面，我们采用压力回差的方法进行恒压供水，先设定高压力回差，然后与压力传感器采集来的数据进行对比，从而完成恒压供水。

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。

采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便地实现供水系统的集中管理与监控;同时可达到良好的节能性，提高供水效率。

所以设计基于变频调速的恒定水压供水系统（简称变频恒压供水），对于提高企业效率以及人民的生活水平，同时降低能耗等方面具有重要的现实意义。

1.2系统功能设计

本次系统设计主要针对小区、学校、营房等集体单位的进行恒压供热水。

所以我们假设用水单位的用户有400人，经过查资料可以得到，每人每天用热水量大约为60L左右，所以总用水量大约为24000L，那么我们选择长宽高都为3米的水箱。

系统功能主要实现自动注水、加热、供水功以及达到警戒水位自动报警。

并可以设定供水时间和注水水位，根据峰谷电价设定加热时间等。

所以我们前期根据用水量设定主要检测参数，水箱最高液位2.7m，最低液位0.3m；水的温度为55℃，压力回差为0.5Kg/Cm2。

第二章生活热水控制系统的总体设计

本章主要介绍生活热水控制系统的总体设计方案研究。

根据现实生活的需求和实际条件以及系统的控制需求，设计完整的控制系统方案来实现控制要求，其中包括软件的设计和硬件的设计。

2.1生活热水控制系统构成方案

生活热水控制系统是由加热系统和变频恒压供水系统组成，包括储水箱、控制系统、连接管道、水泵、变频器、热泵机组、阀门等设备组成。

该系统的系统图如图2-1所示。

图2-1

该系统主要的设计任务是利用恒压控制单元使变频器控制水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的启动以及变频水泵与工频水泵的切换，同时还要能对运行数据进行传输。

根据系统的设计任务要求，结合系统的使用场所，本次设计采用通用变频器+PCL（包括变频控制、调节器控制）+人机界面+压力传感器的构成方案。

这种控制方式灵活方便。

具有良好的通信接口，可以方便地与其他的系统进行数据交换；通用性强，由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各规模和要求不同控制系统。

在硬件设计上，只需确定PLC的硬件配置和变频器的外部接线，当控制要求发生改变时，可以方便地通过PC机来改变存贮器中的控制程序，所以现场调试方便。

同时由于PLC的抗干扰能力强、可靠性高，因此系统的可靠性大大提高。

因此该系统能适用于各类不同要求的恒压供水场合。

2.2生活热水控制系统的控制方案

在生活热水控制系统中我们选用可编程逻辑控制器（PLC）作为程序处理。

数据采集以及检测和控制的核心器件，配合温度传感器、液位传感器、压力传感器、触摸屏等完成生活热水的控制过程。

控制系统的整体结构图如图2-2所示

图2-2

该控制系统的功能主要有一下几个方面：

1、实现对水箱内水的温度、水的液位和管壁内水的压力等数据信息的精确检测。

2、根据检测水箱内水的温度和液位，调节是否水箱补水和热泵机组是否启动对水加热。

3、根据检测到的管壁内水的压力，调节管网水压的恒定和水泵电机的启动以及变频水泵与工频水泵的切换，同时还要能对运行数据进行传输。

4、完成与触摸屏的数据传输与接收工作，提供丰富的人际界面环境。

2.3本章小结

本章主要介绍了系统的结构组成，并根据控制系统的要求和主要功能完成了系统整体方案的设计。

选择PLC作为该方案的控制核心．触摸屏作为工作人员操作平台。

由于本系统的控制实现多依赖于检测数据的准确性，故压力检测装置、液位检测装置、温度检测装置的选择将关系到本系统的实现与否，在本文的后续部分将重点阐述检测装置、液位检测装置、温度检测装置的选型以及系统硬件和软件的实现。

第三章系统的硬件原理设计

在本章中，主要介绍系统整体硬件设计、PLC的端口分配以及各个扩展模块的应用．并对系统硬件部分进行电气设计，绘制电气原理图。

3.1系统整体硬件设计

该控制系统以PLC为控制核心，以触摸屏为控制输入单元．来进行人工操作。

3.1.1控制器及各扩展插件设计

这是PLC应用设计中很重要的一步，目前，国内外生产的PLC种类很多，在选用PLC时应考虑以下几个方面。

（1）规模要适当；

（2）功能要相当，结构要合理；

（3）输入，输出功能及负载能力的选择要正确；

（4）要考虑环境条件。

根据以上原则，这次设计选择西门子S7-200系列的CPU226AC/DC。

本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。

可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。

13K字节程序和数据存储空间。

6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。

2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。

I/O端子排可很容易地整体拆卸。

用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。

可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。

模拟量输入输出模块采用EM231和EM232，模拟量扩展模块提供了模拟量输入/输出的功能，优点有：

最佳适应性，可是用于复杂的控制场合。

直接与传感器和执行器相连，12位的分辨率和多种输入/输出范围能够不用外加放大器而与传感器和执行器直接相连。

并且具有非常好的灵活性，当在应用过程中发生变化时，PLC可以进行相应的扩展，并可以非常容易的调整用户程序。

3.1.2触摸屏的选型

作为当前新代输入和显示界面的显示触摸屏．具有反应速度快、节省空间、

坚固耐用等优点，己被广泛应用到自动化控制设备，数码产品等领域。

根据系统需要我们采用西门子TD200显示器，功能如下：

（1）文本信息显示。

（2）用选择项确认方法可显示最多80条信息，每条信息最多可含4个变量。

（3）可设定实时始终。

（4）提供强制I/O点诊断功能。

（5）提供密码保护功能。

（6）过程参数的显示和修改，参数在显示器中显示并可用输入键进行修改，例如，进行温度设定。

（7）可编程的8个功能键可以代替普通的控制按钮，作为控制键，这样可以节省输入点。

（8）可选择通讯的速率。

（9）输入和输出的设定：

8个可编程功能键可以的每一个都分配了一个存储器位。

（10）可选择显示信息刷新时间。

并且提供的连接电缆可直接接到S7-200的PPI接口上，不需要单独的电源。

可直接用STEP7-Micro/WIN软件进行编程，无需其他的参数赋值软件。

3.1.3热泵机组选型

由于选用的