PLC在变频调速恒压供水系统中的应用b5Word格式文档下载.doc

1、第一章 绪论41.1 本课题设计的背景41.2 本课题设计的内容51.2.1 恒压供水系统的选型51.2.2 系统的硬件设计51.2.3 系统的软件设计51.3 本课设计的目的和意义6第二章 系统控制方案的确定82.1 变频调速82.1.1变频调速的工作原理82.2.2 变频器的技术特点及应用82.2 系统控制方案9第三章 系统硬件设计133.1 可编程控制器（PLC）的选型133.1.1 PLC概述133.1.2 PLC的选型143.2 变频器的选型153.3 水泵的选型163.4 压力传感器的选型173.5 PLC及变频器控制电路173.5.1 供水系统主电路173.5.2 供水系统控制电

2、路183.5.3 缺水保护电路193.5.4 缺相相序保护电路203.6 硬件接线图203.7 I/O分配表23第四章系统软件设计244.1 PLC-三菱-梯形图244.2 系统程序清单324.3 系统工作过程分析364.4 控制系统程序设计374.4.1启动程序374.4.2水泵切换程序374.4.3逐台停泵程序374.4.4 故障处理38第五章 结论39致 谢42参考文献40前 言随着变频调速技术的发展和人们节能意识的不断增强，变频恒压供水系统的节能特性被广泛地应用于住宅小区、高层建筑的生活及消防供水系统。在智能建筑教学领域，恒压供水系统已成为一个研究的重要课题，其典型结构是由压力传感器、

3、可编程控制器（PLC）、变频器、供水泵组等组成。随着社会的飞速发展和城市建设规模的扩大，人口的增多以及人们生活水平的提高，对城市供水的质量、数量、稳定性等问题提出了越来越高的要求，机组的控制主要依靠值班人员的手操作，控制过程烦琐，而且手动控制无法对供水管网的压力和水位变化及时做出恰当的反应。为了保证供水，机组常保持在超压的状态下运行，爆损现象也挺严重。本论文结合现状，设计了一套基于PLC的变频调速恒压供水系统。 本课题满足了变频恒压供水系统中的基本要求，是由储水系统、动力系统，回水系统和控制系统（手动控制、自动控制）组成。第一章 绪论1.1 本课题设计的背景随着变频器调速技术的发展和人们对生活

4、饮用水品质要求的不断提高, 变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统, 广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统, 然而, 由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备（水泵） , 在对原有供水系统进行变频改造的实践中,往往会出现一些在理论上意想不到的问题. 本课题介绍的变频控制恒压供水系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题,既体现了变频控制恒压供水的技术优势,同时有效的实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率的运行目的。PLC是继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。继电器在控制系统中主要起两种作用：（1）逻辑运算（2）弱电控制强电。PLC是集自动控制技术，

5、计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。可编程控制器，简称PLC。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的的一中新型工业控制设备。 具有1.可靠性高、抗干扰能力强 2.设计、安装容易，维护工作量少 3.功能强、通用性好 4.开发周期短，成功率高 5.体积小，重量轻、功耗底等优点，已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。与继电接触器系统相比系统更加可靠；占位空间比继电接触器控制系统小；价格上能与继电接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀、触器

6、与于之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传输数据等。因此，进行变频恒压供水系统的PLC控制系统的设计，可以推动变频恒压供水系统行业的发展，扩大PLC在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。1.2 本课题设计的内容本设计将在以下几个方面对恒压供水控制系统进行研究和论证。1.2.1 恒压供水系统的选型该系统是由储水系统、动力系统，回水系统和控制系统（手动控制、自动控制）组成。对象系统由四台不同功率的水泵机组组成，都为常规变频循环泵，用于模拟正常模式下的生活供水动力系统；回水系统采用有机玻璃材料结构，以使实验系统具有可观察性。1.2.2 系统的硬件设计PLC变频

7、恒压供水控制系统由4台水泵，一台智能型电控柜（包括变频器、PLC、交流接触器、继电器等），一套压力传感器、缺水保护器、断相相序保护装置以及供电主回路等构成。1.2.3 系统的软件设计系统的软件设计包括PLC的程序设计和变频器的功能参数设定。这里主要讨论PLC的程序设计。PLC的程序设计包括手动控制和自动控制的程序设计，手动部分是通过按钮控制水泵在工频下运行和停止，主要考虑系统调试或检修时用。当选择开关打到自动时，系统能够进入自动工作状态，由PLC和变频器联合控制各台电机的投入或切除、工频或变频运行方式。供水系统共有4台泵组电机，在根据水压决定投入泵组台数后，只有最初投入的电机进行变频调速，其它

8、后投入的电机则在工频下全速运行，泵组电机的切换过程由逻辑控制单元PLC实现。1.3 本课设计的目的和意义随着电力技术的发展，以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命；可以消除起动和停机时的水锤效应。其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能，将使供水实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率的运行目的。用户用水的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水

9、多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水的质量。PLC恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的。例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以，某些用水区采用PLC恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。PLC是面向工业生产过程控制的，特别是中小容量PLC成功地取代了传统的继电器接触器控制系统，使控制装置的可靠性大为提高，在改造传统

10、工业控制设备和开发研制机电一体化高新技术产品中发挥了巨大作用。而变频器能节能和调速，并能实现自动控制程高精度控制，还能在恒压恒温控制应用实现了智能控制等。本课程的基本要求是在了解PLC一般性硬软件基本构成和工作原理的基础上，并和变频器综合利用，根据系统状态可快速调整供水系统的工作压力，达到恒压供水的目的。改造提高了系统的工作稳定性，得到了良好的控制效果。第二章 系统控制方案的确定2.1 变频调速2.1.1变频调速的工作原理变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。变频器的电路一般由整流环节、中间直流环节、逆变环节和控制环节4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控

11、整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，

12、电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。2.1.2 变频器的技术特点及应用变频器的主要技术特点有减少功耗降低成本和简化机构提高性能。所以它在现代工业中起着重要的作用，广泛应用于航空航天，基础工业，自动控制等行业。2.2 系统控制方案PLC变频恒压供水控制系统是以PLC为控制核心，由PLC控制器、变频调速器、压力传感器、等其他电控设备以及4台水泵组成，如图2-1所示。 图2-1 变频调速恒压供水控制系统的原理图其工作过程：设定一个水压值后，根据变频恒压供水原理，利用安装在供水管网上的压力传感器，连续采集供水管网中的水压及水压变化

13、率信号，并将水压信号转换为电信号（模拟量）通过PLC中的I/O模块儿转换为数字量送入PLC，PLC根据实际水压值与设定水压值进行比较和经PID运算，并将运算结果转换为电信号，输出送到变频器的信号给定端，变频器根据给定信号，调节水泵的电源频率，从而调整水泵的转速，以维持供水管网中水压值在设定的水压范围内，当变频器频率到达最大最小时，由PLC控制加泵或减泵实现恒压供水，从而达到恒压供水的目的。这样也就形成了一个闭环控制的恒压供水系统。其中变频器的作用是为水泵电机提供可变频率的电源，实现水泵电机的无级调速，从而使管网水压连续变化，同时变频器还可作为电机软启动装置，限制电机的启动电流。压力变送器的作用是检测管网水压。智能PID调节器实现管网水压的PID调节。PLC控制单元则是泵组管理的执行设备，同时还是变频器的驱动控制，根据用水量的实际变化，自动调整其它工频泵的运行台数。变频器和PLC的应用为水泵转速的平滑性连续性调节提供了方便。实现了水泵电机的变频