樓宇恒壓供水plc控制系統(tǒng)設(shè)計【畢業(yè)論文】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(論文)</p><p>　　論文題目 樓宇恒壓供水PLC控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　(英文) Design of the constant pressure water </p><p>　　supply control system based on PLC</p><p>　　所在學(xué)院

2、 電子信息學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程及其自動化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 日

3、</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文設(shè)計了一個變頻恒壓供水系統(tǒng)，主要應(yīng)用于樓宇的供水，系統(tǒng)采用西門子PLC作為主控單元，進行優(yōu)化控制，在管網(wǎng)壓力發(fā)生變化時，通過壓力傳感器反饋給PLC，利用變頻器MM440根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)，自動控制調(diào)節(jié)2臺水泵的調(diào)速，從而達到恒壓供水這個目的。筆者從系統(tǒng)控制硬件的選擇和構(gòu)成，到軟件程序的輸入和調(diào)試，詳細

4、的闡述了該恒壓供水的整個運作過程。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 恒壓供水；PLC；變頻；自動控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper describes the design of a variable frequency constant pressure water suppl

5、y system, mainly used in building water supply, the system adopts Siemens PLC as main control unit, optimization control, the pressure in the pipe network changes, through the pressure sensor feedback to the PLC, the use

6、 of frequency converter MM440 according to the state of the system, automatic control and adjustment of the 2 pumps speed, so as to achieve constant pressure the purpose of water supply. The auth</p><p>　　Ke

7、y words: Constant pressure water supply; PLC; inverter; automatic control</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1課題研究背景和意義1</p><

8、;p><b>　　1.2研究現(xiàn)狀1</b></p><p>　　1.3 主要研究內(nèi)容2</p><p>　　1.4 論文內(nèi)容概述3</p><p>　　2 恒壓供水控制系統(tǒng)分析4</p><p>　　2.1恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)4</p><p><b>　　2.2供水水泵

9、4</b></p><p>　　2.3水壓檢測及壓力變送器的選型4</p><p>　　2.4 水壓控制策略6</p><p>　　3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計7</p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)組成7</p><p>　　3.2 主控制電路7</p><p>　　3.3 PL

10、C控制電路8</p><p>　　3.3.1 PLC選型10</p><p>　　3.3.2 變頻器的選擇10</p><p>　　3.3.3 PLC的I/O地址定義11</p><p>　　3.3.4 控制原理12</p><p>　　4 控制系統(tǒng)程序設(shè)計14</p><p>　　

11、4.1 編程軟件介紹14</p><p>　　4.2 編程指令介紹14</p><p>　　4.3 系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖16</p><p>　　4.4 系統(tǒng)控制程序梯形圖17</p><p><b>　　5 總結(jié)23</b></p><p><b>　　致 謝24</

12、b></p><p><b>　　參考文獻25</b></p><p>　　附錄 系統(tǒng)控制總梯形圖26</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1課題研究背景和意義</p><p>　　供水系統(tǒng)在各行各業(yè)的生產(chǎn)和生活中起著極為重要的作

13、用。保證供水系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定地運行是很多行業(yè)都關(guān)注的問題。把先進的PLC控制技術(shù)和變頻技術(shù)等自動化控制技術(shù)應(yīng)用到供水領(lǐng)域，成為對現(xiàn)行供水系統(tǒng)的要求。要保障供水網(wǎng)的末端工作壓力和供水始端壓力正常顯得尤其關(guān)鍵。通常，供水系統(tǒng)全天各時段用水量變化比較大，如果不及時對供水量及供水壓力進行調(diào)節(jié)，會使整個供水管網(wǎng)的壓力一直處于波動狀態(tài)，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致管網(wǎng)失壓，甚至是爆管事故，將對供水質(zhì)量造成極大不利影響[1]。</p><p

14、>　　在供水系統(tǒng)中，如果用戶用水量需要變化時，傳統(tǒng)的調(diào)整方法是利用改變閥門開度變化，這樣會造成供水壓力不足或過大情況，容易造成資源浪費和產(chǎn)生安全隱患。因此在一些用水量變化大、水壓控制高，并且流量完全由用戶確定的供水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術(shù)則顯得尤為必要。</p><p>　　當(dāng)前我國供水運行管理仍然比較落后，水資源浪費現(xiàn)象十分嚴(yán)重，不能適應(yīng)現(xiàn)代社會發(fā)展的要求。因此在供水網(wǎng)絡(luò)中需要采用供水優(yōu)化調(diào)整方案，引入計算機

15、、變頻器、可編程控制器等先進技術(shù)，使供水網(wǎng)絡(luò)在最佳狀態(tài)下運行，具有重大的現(xiàn)實意義。只有加強水資源的統(tǒng)一管理，進行合理開發(fā)，才能促進國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。</p><p><b>　　1.2研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　二十世紀(jì)60年代在計算機的推廣應(yīng)用帶動下，可編程控制器開始問世并被逐漸廣泛應(yīng)用于制造業(yè)的生產(chǎn)線繼電氣控制系統(tǒng)；隨著時間的推移，在二十世紀(jì)90年代

16、變頻器開始應(yīng)用在電氣傳動控制系統(tǒng)中，這種現(xiàn)代變頻器的應(yīng)用迅速成為國內(nèi)外電氣傳動界的關(guān)注熱點[2]。變頻器目前被國內(nèi)外廠家廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電力、汽車、鋼鐵、化工、輕工、環(huán)保及自動恒壓供水系統(tǒng)等領(lǐng)域。在同一時期，PLC構(gòu)成的PLC系統(tǒng)和變頻器有機結(jié)合的應(yīng)用飛躍式發(fā)展，使其日益成為現(xiàn)代工業(yè)首選的控制裝置，成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的重大支柱之一。</p><p>　　在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中，結(jié)合

17、現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼顧的變頻恒壓供水系統(tǒng)，越來越多的運用在生活和生產(chǎn)實踐中。在美國、日本、英國、德國等發(fā)達國家的VVVF變頻器在工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　考慮到傳統(tǒng)的供水設(shè)備的不足之處，諸多國外生產(chǎn)廠家近年來紛紛推出了一系列新產(chǎn)品，例如西門子公司的MM420/MM440系列；華為的TD2100；施耐德公司的Altivar58泵切換卡；富士公司的G11S/P11S

18、系列等等[3]。上述產(chǎn)品將PID調(diào)節(jié)器以簡易的可編程控制器的功能都綜合進變頻器內(nèi)，形成帶有各種新型變頻器。由于PID運算在變頻器內(nèi)部，這樣就省去對可編程控制器存儲容量的要求和對PID算法的編程，而且PID參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低成本，而且大大提高了工作效率。由于變頻器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分穩(wěn)定，還考慮到為了保證水壓反饋信號的準(zhǔn)確、不失真，又可以對該信號設(shè)置濾波時間常數(shù)，同時還可以對反饋信號進

19、行換算，保證了系統(tǒng)的調(diào)試非常簡單、方便。該類變頻器的價格相對通用變頻器高點，但是功能卻增強很多，所以采用帶有內(nèi)置PID功能的變頻器生產(chǎn)出來的恒壓供水設(shè)備，使設(shè)備成本大大降低。</p><p>　　在20世紀(jì)90年代初我國引進德國西門子公司的PLC技術(shù)，同時變頻器也開始起步應(yīng)用于我國，恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個逐步完善的發(fā)展過程，2008年至今中國變頻恒壓自動供水設(shè)備市場發(fā)展迅速，產(chǎn)品產(chǎn)出持續(xù)增長，國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵

20、變頻恒壓自動供水設(shè)備產(chǎn)品向高技術(shù)產(chǎn)品方向發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)新增投資項目投資逐漸增多[4]。投資者對變頻恒壓自動供水設(shè)備行業(yè)的關(guān)注越來越密切，這使得變頻恒壓自動供水設(shè)備行業(yè)的發(fā)展需求迅速增大。</p><p>　　1.3 主要研究內(nèi)容</p><p>　　本課題是針對樓宇住戶供水的設(shè)計合理的恒壓供水系統(tǒng)，控制系統(tǒng)是采用S7-200PLC和MM440變頻器來控制水泵的運行。為此需要了解S7-200

21、PLC的功能和作用，掌握變頻器的一些用途及其在電路中的作用，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計系統(tǒng)，由PLC和變頻器來進行控制2臺水泵來自動運行，通過PID運算處理發(fā)出控制指令至變頻器，自動調(diào)節(jié)水泵的運行時間及快慢，并且根據(jù)水網(wǎng)管中水壓的變化，自動調(diào)節(jié)水泵的工作頻率，從而滿足供水水壓恒定。</p><p>　　本設(shè)計主要完成的任務(wù)是： </p><p>　　1 研究基于PLC綜合應(yīng)用設(shè)計的自動恒壓供水控制系

22、統(tǒng)</p><p>　?。?）掌握變頻恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計中的水泵、變頻器和傳感器的機械結(jié)構(gòu)等一系列技術(shù)；</p><p>　?。?）掌握PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本方法，制定恒壓供水控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方案。</p><p>　　2 硬件設(shè)備和電路連接及軟件設(shè)計</p><p>　?。?）分析控制對象的電氣控制原理，選擇合適的PLC和變頻器型號；

23、</p><p>　?。?）完成控制對象主控電路和PLC輔控電路的設(shè)計，安裝硬件線路；</p><p>　?。?）完成恒壓供水系統(tǒng)監(jiān)控軟件主窗體，設(shè)計出能正常運行的系統(tǒng)軟件；</p><p>　?。?）完成PLC于上位機間的串行通信設(shè)計，能夠進行通信測試編寫PLC控制程序，下載程序測試，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的正常運行；</p><p>　　（5）編寫

24、PLC控制程序，下載程序測試，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的正常運行。</p><p>　　1.4 論文內(nèi)容概述</p><p>　　本論文共分6章，第一章緒論，概述恒壓供水系統(tǒng)的研究背景和意義以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，簡介了本課題的主要研究內(nèi)容。第二章介紹了恒壓供水控制系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)，以及供水水泵的選擇和水壓檢測方法，提出水壓控制策略。第三章是該控制系統(tǒng)硬件設(shè)計，具體到主控制電路以及PLC控制電路的組成、鋪設(shè)

25、和調(diào)試，以及PLC的選型和控制原理。第四章PLC軟件控制系統(tǒng)程序設(shè)計，設(shè)計的整個流程圖和梯形圖。第五章恒壓供水控制系統(tǒng)測試結(jié)果分析，控制器操作說明和系統(tǒng)運行結(jié)果。第六章，總結(jié)本課題的研究對象以及研究結(jié)果。</p><p>　　2 恒壓供水控制系統(tǒng)分析</p><p>　　2.1恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　系統(tǒng)具有兩臺泵機，通過PLC編程實現(xiàn)供水管內(nèi)水壓自

26、動調(diào)整的功能。利用S7-200PLC CPU224、MM440變頻器、壓力變送器、小型熔斷器、交流接觸器、直流電源、小型電磁繼電器以及主令器件組成電氣控制控制系統(tǒng)，利用變頻調(diào)速實現(xiàn)恒壓供水控制。具體結(jié)構(gòu)如圖2-1。</p><p>　　圖2-1 恒壓供水模型圖</p><p><b>　　2.2供水水泵</b></p><p>　　本設(shè)計使用

27、兩臺水泵供水，能夠?qū)崿F(xiàn)自動、手動控制。水泵的啟停切換方式是循環(huán)軟起。供水水泵采用的是三相電泵，型號為DB-25A，流量25升/分鐘，揚程4米，連續(xù)工作，E級絕緣120瓦，50赫茲，380伏，0.39安，2760轉(zhuǎn)/分。</p><p>　　2.3水壓檢測及壓力變送器的選型</p><p>　　水壓檢測的工作原理：通過裝置中的壓力變送器，被測水壓的壓力會直接作用于傳感器的膜片上，使膜片產(chǎn)生與

28、水壓成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，同時電子線路也會檢測到這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個相對應(yīng)壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號[5]。</p><p>　　恒壓供水的壓力變送器的選型按測量介質(zhì)及使用環(huán)境要求和性能指標(biāo)要求選用。根據(jù)用戶需求、量程、準(zhǔn)確度、溫度補償?shù)榷囗椩瓌t的綜合考慮，本設(shè)計將安裝KYB型壓力變送器。如下圖表2-1所示：</p><p>　　表2-1 KYB型供水壓力變送器技術(shù)參數(shù)&l

29、t;/p><p>　　圖2-2壓力傳送器實物</p><p>　　2.4 水壓控制策略</p><p>　　通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器，把出口壓力信號變成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號送入PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)運算與給定的壓力進行比較，得出一比較參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制電機的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的供水量，使供水管網(wǎng)上的壓力保持在給定的壓力上，當(dāng)用水量超過一臺泵的供水量時，通過P

30、LC控制切換器進行加泵。根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵的數(shù)量增減及變頻器對水泵的調(diào)速，實現(xiàn)恒壓供水[6]。</p><p>　　3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)組成</p><p>　　本系統(tǒng)采用的PLC作為控制器，變頻器為頻率調(diào)節(jié)器，交流接觸器和電動機作為執(zhí)行機構(gòu)，壓力傳感器作為控制的反饋元件，控制兩臺水泵的循環(huán)供水。具體模塊如圖3-

31、1。</p><p>　　圖3-1 控制系統(tǒng)模塊</p><p><b>　　3.2 主控制電路</b></p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)的主電路由電源開關(guān)、熔斷器、交流接觸器、熱繼電器等組成，采用了一臺變頻器切換控制兩臺水泵，1#水泵和2#水泵可以在工頻和變頻狀態(tài)下進行切換，交流接觸器的通斷由S7-200的輸出控制。</p>

32、<p>　　由圖3-2可知，該系統(tǒng)的兩臺電動機分別是M1、M2。M1、M2分別拖動1#、2#水泵，接觸器KM1、KM3分別控制M1、M2的變頻運行，KM2、KM4分別控制兩臺電機的工頻運行。</p><p>　　該系統(tǒng)有手動和自動運行的兩種方式，手動、自動的工作方式通過轉(zhuǎn)換開關(guān)來選擇。手動時，可根據(jù)需要分別用相應(yīng)的按鈕啟、停1#、2#泵，該方式主要是在設(shè)備調(diào)試、故障和檢修時使用；自動運行時，按下啟動按

33、鈕，1#泵變頻啟動，泵的轉(zhuǎn)速隨變頻器輸出頻率的上升而逐漸升高，如果變頻器的頻率達到50Hz而此時水壓還未達到設(shè)定值，變頻器檢測到上限頻率并輸出一個開關(guān)信號給PLC，延時一段時間后，1#泵切換至工頻運行，同時解除變頻器運行信號，然后2#泵變頻啟動，在運行中始終保持一臺泵變頻運行。當(dāng)壓力達到設(shè)定值時，此時由一臺工頻泵和一臺變頻泵運行，變頻器輸出一個開關(guān)信號至PLC，PLC解除1#工頻泵，只由2#泵變頻運行來維持管網(wǎng)壓力。這樣一來,泵組的運行

34、始終按照“先開先?！钡脑瓌t進行[7]。</p><p>　　圖3-2 主控制電路</p><p>　　3.3 PLC控制電路</p><p>　　PLC控制電路主要由S7-200 CPU224、變頻器MM440等組成，PLC外圍電路接線圖如圖3-3所示。SA1為轉(zhuǎn)換開關(guān)，閉合時為自動工作方式，斷開時為手動工作方式。SB7為常開按鈕開關(guān)，的那個系統(tǒng)出現(xiàn)故障報警時，按該

35、按鈕實現(xiàn)故障信息的復(fù)位。SB8是消防按鈕，起消防信號輸入控制作用。KM1~KM4分別是相應(yīng)交流接觸器的常開輔助點，用于水泵工作方式的檢測反饋信號輸入。Run和Fault為變頻器的狀態(tài)輸出繼電器點，在此選擇變頻器的輔助繼電器1和2，變頻器正常時為常開，變頻器運行或故障是分別閉合。</p><p>　　圖3-3 PLC外圍接線圖</p><p>　　3.3.1 PLC選型</p>

36、<p>　　設(shè)計中使用的PLC選型是系統(tǒng)運作的基礎(chǔ)，所以對PLC的正確選擇是非常重要的。本PLC系統(tǒng)共需要配置14個開關(guān)量輸入口、13個開關(guān)量輸出口、4個模擬量輸入口、1個模擬量輸出口，并且可以與TD400C通信連接。同時根據(jù)PLC輸出驅(qū)動的負載為交流接觸器，查閱選型樣本后，可以選擇CPU224或CPU226，選擇CPU226時，本機模塊開關(guān)量輸入/輸出即可滿足要求，還需要模擬量模塊EM235，系統(tǒng)成本較高，不宜采用。選擇C

37、PU224時，開關(guān)量輸出口數(shù)量不夠，因此還要擴展1個4路開關(guān)量輸出模塊EM222和1個模擬量模塊，經(jīng)過比較成本，這種方案相對前一種方式較經(jīng)濟[7]。</p><p>　　CPU 224具有6個高速計數(shù)器（30KHz），可編程并具有復(fù)位輸入，2個獨立的輸入端可同時作加、減計數(shù)，可連接兩個相位差為90°的A/B相增量編碼器。本機集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點?？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至16

38、8路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O 點。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸[8]。可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)，和本設(shè)計的要求很符合，根據(jù)系統(tǒng)控制要求，參照PLC產(chǎn)品目錄及市場實際價格，所以選用西門子S7—200主機為CPU224型PL

39、C，以及擴展模塊EM222和EM235。</p><p>　　3.3.2 變頻器的選擇</p><p>　　變頻器是對水泵進行轉(zhuǎn)速控制的單元，跟蹤PID控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。本系統(tǒng)的變頻器采用循環(huán)工作方式，當(dāng)變頻器拖動的調(diào)速泵運行在工頻狀態(tài)，其供水量仍達不到用水要求時，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵中切除，并將該泵切換為工頻，同時用變頻器去拖動另一臺水泵

40、電機運行[9]。</p><p>　　變頻器選用西門子的MM440，該變頻器的設(shè)計具有高效率和準(zhǔn)確控制，安裝靈活等特點。它除了具有第四代變頻器的特點以外，還具有應(yīng)用于風(fēng)機和泵類的硬件和軟件特征，尤其適合用于風(fēng)機和水泵負載的控制。使用此種型號的變頻器可以節(jié)約能源消耗，降低運行噪聲，對環(huán)境起到很好的保護作用。變頻器的上限頻率一般設(shè)置為49-50HZ，為防止水泵轉(zhuǎn)速較低，下限頻率一般設(shè)置為20-25HZ。變頻器的運行和

41、停止由PLC的Q0.7控制一個聯(lián)動開關(guān)來實現(xiàn)。</p><p>　　3.3.3 PLC的I/O地址定義</p><p>　　PLC要能夠識別和接受 描述現(xiàn)場設(shè)備的開關(guān)量，同時要能夠發(fā)出控制信號控制一些執(zhí)行設(shè)備，以便對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。PLC是通過I/O單元完成此工作的。I/O單元是PLC與外部設(shè)備相互聯(lián)系的通道，能輸入/輸出多種形式和驅(qū)動能力的信號，以實現(xiàn)被控設(shè)備與PLC的I/O接口之間的

42、電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串/并轉(zhuǎn)換、A/D與D/A轉(zhuǎn)換等功能。輸入單元接受現(xiàn)場設(shè)備向PLC提供信號，包括人為的控制信號和能描述現(xiàn)場狀態(tài)的開關(guān)量信號，例如由按鈕、限位開關(guān)、繼電器觸點、接近開關(guān)、撥碼器等提供的開關(guān)量[10]。這些信號經(jīng)過輸入電路進行濾波、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換等處理后，變成CPU能夠接受和處理的信號。輸出單元將經(jīng)過CPU處理的弱電信號通過光電隔離、功率放大等處理，轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備所需要的強電信號，以驅(qū)動各種執(zhí)行元器件，如接觸器、電磁

43、閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等。</p><p>　　本設(shè)計控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號具體如下表3-1。</p><p>　　表3-1 I/O地址分配表</p><p>　　3.3.4 控制原理</p><p>　　控制系統(tǒng)的工作原理是：通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出水口壓力信號變成4~20mA的電流信號送至變頻器，

44、再通過變頻器的A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬量變成數(shù)字量，同時變頻器的A/D轉(zhuǎn)換模塊也將壓力設(shè)定值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，兩個數(shù)據(jù)同時經(jīng)過PID控制模塊進行比較，PID根據(jù)變頻器的參數(shù)設(shè)置進行數(shù)據(jù)處理，并將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以運行頻率的形式進行輸出控制，這樣運行頻率的變化就可以改變水泵電機的轉(zhuǎn)速，進而可調(diào)節(jié)供水量。根據(jù)用水量的不同，變頻水泵的工作頻和率轉(zhuǎn)速也不同，在變頻器設(shè)置中設(shè)定一個上限頻率和下限頻率檢測，當(dāng)用水量大則供水壓力低于設(shè)定值時，變頻器頻率上升到上

45、限頻率，此時變頻器輸出一個開關(guān)信號給PLC；當(dāng)用水量處于低峰時，供水壓力升高，變頻器輸出頻率降低到下限頻率時，變頻器輸出一個開關(guān)信號給PLC，這兩個信號不會同時產(chǎn)生，但任何一個信號反饋到PLC都會影響PLC的輸出，以實現(xiàn)切換交流接觸器組，以此協(xié)調(diào)投入工作的水泵臺數(shù)，并完成電機的啟停和、變頻與工頻切換。通過調(diào)整投入工作的電機的臺數(shù)和控制電機組中一臺電機的變頻轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)管網(wǎng)的工作壓力始終穩(wěn)定，進而達到恒壓供水的目的。</p>

46、<p>　　4 控制系統(tǒng)程序設(shè)計</p><p>　　4.1 編程軟件介紹</p><p>　　STEP7-Micro/WIN32西門子編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，它是西門子公司專門為S7-200系列可編程控制器而設(shè)計開發(fā)，是西門子PLC用戶不可缺少的開發(fā)工具。</p><p>　　STEP7-Micro/WIN32的基本功能是協(xié)助用戶完成應(yīng)

47、用程序的開發(fā)，同時它具有設(shè)置PLC參數(shù)、加密和運行監(jiān)視等功能。編程軟件在聯(lián)機工作方式（PLC與計算機相連）可以實現(xiàn)用戶程序的輸入、編輯、上載、下載運行，通訊測試及實時監(jiān)視等功能。在離線條件下，也可以實現(xiàn)用戶程序的輸入、編輯、編譯等功能[11]。</p><p>　　4.2 編程指令介紹</p><p>　　西門子PLC編程指令包括基本指令、數(shù)值比較指令、字符串指令、轉(zhuǎn)換指令、計數(shù)器，定時器

48、指令、數(shù)字運算指令、中斷指令、邏輯操作指令、數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸指令、程序流控制指令和其他指令。</p><p>　　S7-200的SIMATIC基本指令如下表4-1：</p><p>　　表4-1 S7-200的基本指令表</p><p>　　4.3 系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖</p><p>　　如圖4-1所示，本設(shè)計分為手動模式和自動模式，各自模式下

49、運行原理如下：</p><p><b>　?。?）手動運行</b></p><p>　　按下按鈕啟動或停止水泵，可根據(jù)需要分別控制1#、2#泵的啟停。該方式主要供檢修及變頻器故障時用，正常情況下系統(tǒng)工作在自動模式。</p><p><b>　?。?）自動運行</b></p><p>　　合上自動開關(guān)

50、后，系統(tǒng)投入自動運行．首先起動1#泵并對其進行變頻操作，變頻器輸出頻率從0Hz上升，同時PID調(diào)節(jié)程序?qū)⒔邮艿阶詨毫鞲衅鞯臉?biāo)準(zhǔn)信號，經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，隨著用水量的不斷增加，變頻器的輸出頻率將不斷增大，直至到50Hz以后，壓力傳感器壓力還未達到設(shè)定壓力，此時系統(tǒng)將把1#泵切為工頻運行，并起動2#泵進行變頻操作。直至壓力傳感器達到設(shè)定壓力以后，變頻泵的工作頻率將不再增加。并根據(jù)用水量的大小按照PID算法進

51、行恒壓調(diào)節(jié)。當(dāng)用水量減少時，變頻泵的工作頻率將自動減小。當(dāng)減小到一定程度時，此時壓力傳感器壓力還高于設(shè)定壓力時，系統(tǒng)將依次停止最先起動的水泵，以待用水量增大到一定程度時再起動并進行變頻操作。以后系統(tǒng)將根據(jù)用水量的不斷變化，對2臺水泵進行不斷地起動、變頻、工頻、停止等循環(huán)操作，使系統(tǒng)的供水壓力將始終穩(wěn)定在所設(shè)定的壓力上。</p><p><b>　　（3）報警系統(tǒng)</b></p>

52、<p>　　當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時會自動停機。不論水泵過載還是水池沒水，都會做出相應(yīng)的保護并發(fā)出報警信號，不至于系統(tǒng)損壞。</p><p>　　4.4 系統(tǒng)控制程序梯形圖</p><p>　　（1）啟動按鈕，PID參數(shù)上電后初始化PLC，運行參數(shù)數(shù)據(jù)變換（2次/S）。</p><p>　　（2）設(shè)定運行壓力值，以此判斷是否具有可以投入變頻工作的水泵M0.0。&

53、lt;/p><p>　　（3）在自動運行方式下開始時，首先檢測水壓，若水壓符合設(shè)定水位要求，1#泵變頻交流接觸器吸合，水泵1#啟動供水，此時變頻器輸出頻率從0Hz開始上升，如果壓力不夠，則頻率上升至50Hz,延時一定時間后，將1#泵切換為工頻，2#泵變頻交流接觸器吸合，變頻啟動2#水泵，頻率逐漸上升，直至出水壓力達到設(shè)定值，依次類推增加水泵。</p><p>　?。?）根據(jù)水池水位高低，發(fā)出信

54、號，開關(guān)進水閥。</p><p>　?。?）變頻器運行控制，以及變頻器故障和1#2#泵故障時的報警指示。</p><p>　?。?）1#2#泵工頻運行時間計時，以及停止時間計時。</p><p><b>　　5 總結(jié)</b></p><p>　　樓宇恒壓供水PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計基本完成了，以PLC和變頻器為核心，借助于P

55、LC強大而靈活的控制功能和內(nèi)置PID的變頻器優(yōu)良的變頻調(diào)速性能，實現(xiàn)了恒壓供水，達到了預(yù)計的設(shè)定目標(biāo)，系統(tǒng)采用PLC控制變頻器進行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，實現(xiàn)恒壓供水。</p><p>　　通過這次設(shè)計，充分了解到了恒壓供水系統(tǒng)在日常生活中的重要性，基于PLC和變頻技術(shù)設(shè)計的生活恒壓供水系統(tǒng)可靠性高、效率高、節(jié)能效果顯著、動態(tài)響應(yīng)速度快。因?qū)崿F(xiàn)了恒壓自動控制，不需要操

56、作人員頻繁操作，節(jié)省了人力，提高了供水質(zhì)量，減輕了勞動強度，可實現(xiàn)無人值班，節(jié)約管理費用。這對我們?nèi)粘Ｉ钣辛撕艽蟮膸椭?lt;/p><p>　　在這次設(shè)計中，通過前期的準(zhǔn)備工作，翻閱資料，學(xué)習(xí)軟件編程，系統(tǒng)的接觸了PLC，變頻器以及A/D轉(zhuǎn)換器的操作，布置了電路的接線和編程軟件的輸入調(diào)試，結(jié)合實際情況，順利完成了該設(shè)計，收獲頗多。 </p><p><b>　　致 謝</

57、b></p><p>　　本論文是在我的導(dǎo)師洪老師的悉心指導(dǎo)下完成的，是洪老師將我領(lǐng)入一個全新的研究領(lǐng)域并給我提供了許多難得的學(xué)習(xí)和實踐機會，使我各方面的能力都得到很好的鍛煉和較大的提高。在兩年多的大學(xué)期間，洪老師無論是在學(xué)習(xí)和工作上，還是在生活上都給予了我無微不至的關(guān)懷；洪老師循循善誘、言傳身教和立身處世的方式深深影響著我，洪老師在教學(xué)和科研工作中表現(xiàn)出對知識的精益求精、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、寬以待人以及與人為

58、善的人生態(tài)度潛移默化著我。值此論文完成之際，向恩師致以最誠摯的敬意和感謝！</p><p>　　還有和我一起學(xué)習(xí)生活三載多的同學(xué)們，和師兄、師姐、師弟、師妹們! 同時，感謝電子信息學(xué)院電氣系的各位老師對我理論學(xué)習(xí)過程的指導(dǎo)！</p><p>　　最后，特別要感謝我的父母和親人，謝謝他們，是他們在我求學(xué)期間給了我精神上的鼓勵和物質(zhì)上的幫助，是他們一直在背后默默的支持，才得以使我順利完成學(xué)業(yè)，

59、他們所為我付出的一切，我將終生難以忘懷。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 肖峰等.PLC編程100例[M].北京：中國電力出版社，2009，5.</p><p>　　[2] Ostrirov,VN.experience of design and application of the complete

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61、香,蘇開才.電氣控制與可編程控制器[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社,2004.</p><p>　　[5] 何衍慶等.常用PLC應(yīng)用手冊[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008，3.</p><p>　　[6] Akavleh Ali. Water Pumping System with PLC and Frequency Control[J]. JJMIE, 2009(3): 216-22

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