課程設(shè)計(jì)——樓宇恒壓供水控制系統(tǒng)

1、<p>　　××大學(xué)××學(xué)院××課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　××大學(xué)××學(xué)院</b></p><p>　　二0一一 年 六 月</p><p>　　摘要：本設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)主要由水泵、變頻器、PLC以及線性遠(yuǎn)傳壓力傳感器器件等組成

2、。其中PLC、變頻器和壓力傳感器組成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。使用1臺(tái)變頻器帶動(dòng)3臺(tái)常用泵，供水量大時(shí)，采用3臺(tái)泵，供水量少時(shí)，采用1臺(tái)泵。變頻器內(nèi)部PID調(diào)節(jié)器控制變頻器對(duì)變頻泵進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，小范圍上控制供水的流量。水泵的速度調(diào)節(jié)采用變頻調(diào)速技術(shù)，利用變頻器對(duì)水泵進(jìn)行速度控制。水泵電機(jī)為執(zhí)行裝置，轉(zhuǎn)速由變頻器控制，實(shí)現(xiàn)變流量恒壓供水。變頻器接受控制發(fā)出的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的速度控制；控制器綜合給定信號(hào)與反饋信號(hào)，經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)，向變頻器輸出運(yùn)轉(zhuǎn)

3、頻率指令。壓力傳感器檢測(cè)出管網(wǎng)實(shí)時(shí)出水壓力，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂破骺山邮艿哪M信號(hào)，就構(gòu)成了雙閉環(huán)的實(shí)時(shí)恒壓供水控制系統(tǒng)。</p><p>　　關(guān)鍵字：水泵，變頻器，PLC，壓力傳感器</p><p>　　Abstract: This design course design mainly by the water pump, frequency converter, PLC and linea

4、r remote transmission pressure sensor devices etc. One of PLC, frequency converter and pressure sensor integral loop feedback control system.We use one frequency converter drive three sets, water supply pump used, the bi

5、g three pump, water supply for a little while and adopt one pump. Inverter internal PID adjustor control of variable frequency pump inverter speed regulation, in the small scope of wat</p><p>　　Key word: Wat

6、er pump,Frequency converter, PLC, Pressure sensor</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　1.總體設(shè)計(jì)方案1</p><p>　　1.1 總體控制結(jié)構(gòu)框1</p&

7、gt;<p>　　1.2 總體布局概況圖1</p><p>　　1.3 系統(tǒng)硬件選型2</p><p>　　2.各單元電路設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.1 主電路設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.1.1 主電路電路圖2</p><p>　　2.1.2 主電路電路說(shuō)明3</p>&

8、lt;p>　　2.2 繼電器控制電路設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.2.1 繼電器控制電路圖3</p><p>　　2.2.2 繼電器電路說(shuō)明4</p><p>　　2.3 PLC控制電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.3.1 PLC控制電路的連接圖5</p><p>　　2.3.2 PLC控制電路說(shuō)明

9、5</p><p>　　2.4 PID調(diào)節(jié)電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.4.1 PID調(diào)節(jié)電路的接線圖6</p><p>　　2.4.2 PID調(diào)節(jié)電路說(shuō)明6</p><p>　　3.PLC程序設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1 PLC的程序設(shè)計(jì)流程圖6</p><p>　　3

10、.2 PLC輸入輸出引腳分配表7</p><p>　　3.3 PLC程序8</p><p>　　4.系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成10</p><p>　　4.1 控制系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成10</p><p>　　4.2 驅(qū)動(dòng)設(shè)備與壓力設(shè)備11</p><p>　　4.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備組態(tài)圖11</p><p&g

11、t;　　5.經(jīng)濟(jì)效益分析12</p><p><b>　　6.設(shè)計(jì)總結(jié)12</b></p><p><b>　　7.參考文獻(xiàn)13</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　由于城市供水系統(tǒng)自動(dòng)化的建設(shè)是其中的一個(gè)重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、

12、經(jīng)濟(jì)性直接影響到用戶的正常工作和生活。隨著人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性要求的不斷提高，利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)出高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)供水廠復(fù)雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)。</p><p>　　本文首先闡明了供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理；具體分析了變頻恒水壓供水的原理及系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，通過(guò)研究和比較，得出結(jié)論:變頻調(diào)速是當(dāng)今國(guó)際上一項(xiàng)效益最高、性能最好、應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的電機(jī)調(diào)速

13、技術(shù)。因此本文以采用變頻器和PLC組合構(gòu)成系統(tǒng)的方式，以某居民小區(qū)水泵電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)為對(duì)象，逐步闡明如何實(shí)現(xiàn)水壓恒定供水。</p><p>　　變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用。利用變頻技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，在中小型供水企業(yè)實(shí)現(xiàn)恒壓供水，不僅能達(dá)到比較明顯的節(jié)能效果，提高供水企業(yè)的效率，更能有效保證從水系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行.變頻恒水壓

14、供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣傳動(dòng)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控;同時(shí)可達(dá)到良好的節(jié)能性，提高供水效率。所以設(shè)計(jì)基于變頻調(diào)速的恒定水壓供水系統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平，同時(shí)降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p><b>　　1.總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　

15、1.1 總體控制結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　圖1-1 變頻恒壓供水控制結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1.2 總體布局概況圖</p><p>　　圖1-2 變頻恒壓供水結(jié)構(gòu)布局圖</p><p>　　1.3 系統(tǒng)硬件選型</p><p>　　▲水泵選型：跟據(jù)以上用戶的流量，選擇三臺(tái)大功率水泵組的電機(jī)功率分別為3

16、0KW，三臺(tái)大功率水泵組用于白天對(duì)用戶的恒壓供水，以達(dá)到恒定水壓和節(jié)能的目的。.</p><p>　　▲CPU選型：根據(jù)本次設(shè)計(jì)的通用變頻器恒壓供水系統(tǒng)的控制系統(tǒng)實(shí)際所需端子數(shù)目，考慮PLC端子數(shù)目要有一定的預(yù)留量，因此選用的S7-200型PLC的主模塊為CPU226型，其數(shù)字量輸出（DQ）為16點(diǎn)，輸出形式為DC24V繼電器輸出；數(shù)字量輸入CPU226為24點(diǎn)，輸入形式為＋24V直流輸入。</p>

17、<p>　　▲變頻器選型：跟據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要，所選擇變頻器的富士型號(hào)是FRN5.5P11S-4，參數(shù)為適用的電動(dòng)機(jī)容量為30KW輸出電路MC2為SC-05,額定電流為20，主電路部和接地端子均為3.5。</p><p>　　▲壓力傳感器選型：本設(shè)計(jì)選擇YTT-150型號(hào)的遠(yuǎn)傳壓力傳感器，由于選取的揚(yáng)程為H=50m，所以待測(cè)壓力值為0.6MPa</p><p><b>　

18、　2.各單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 主電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1.1 主電路電路圖</p><p>　　圖2-1 變頻器恒壓供水主電路</p><p>　　2.1.2 主電路電路說(shuō)明</p><p>　　該系統(tǒng)包括3臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3，其中M1的功率為30k

19、W，M2為30kW，M3為20kW。該系統(tǒng)為一臺(tái)變頻器依次控制每臺(tái)水泵實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)及轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)恒壓控制。系統(tǒng)具有變頻及工頻兩種運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)變頻泵達(dá)到水泵額定轉(zhuǎn)速后，如水壓在所設(shè)定的判斷時(shí)間內(nèi)還不能滿足恒壓值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將當(dāng)前變頻泵狀態(tài)切換為工頻狀態(tài)，并指示下一臺(tái)泵為變頻泵，其中接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3工頻運(yùn)行，KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3變頻運(yùn)行，KM0控制變頻器的工作。</p&g

20、t;<p>　　2.2 繼電器控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1 繼電器控制電路圖</p><p>　　圖2-2 繼電器控制線路圖</p><p>　　2.2.2 繼電器電路說(shuō)明</p><p>　　其中接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3工頻運(yùn)行，KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3

21、變頻運(yùn)行，KM0控制變頻器的工作。KA0～KA6為中間繼電器，它們分別控制KM0～KM6工作。HL0～HL6為指示燈，其中HL0為電源指示燈，HL1～HL3分別指示M1～M3的工頻運(yùn)行，HL4～HL6分別指示M1～M3的變頻運(yùn)行。</p><p>　　2.3 PLC控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.3.1 PLC控制電路的連接圖</p><p>　　圖2-3

22、 PLC控制電路的連線圖</p><p>　　2.3.2 PLC控制電路說(shuō)明</p><p>　　圖中SA7為手動(dòng)/自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA8為自動(dòng)起/?？刂妻D(zhuǎn)換開關(guān)，P1為壓力上限，P2為壓力下限，SA1為1#水泵手動(dòng)起動(dòng)開關(guān)，SA2為1#水泵手動(dòng)停止開關(guān)，SA3為2#水泵手動(dòng)起動(dòng)開關(guān)，SA4為2#水泵手動(dòng)停止開關(guān)，SA5為3#水泵手動(dòng)起動(dòng)開關(guān)，SA6為3#水泵手動(dòng)停止開關(guān)，KA0～K

23、A6為中間繼電器，它們分別控制KM0～KM6工作。</p><p>　　2.4 PID調(diào)節(jié)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.4.1 PID調(diào)節(jié)電路的接線圖</p><p>　　圖2-4 PID調(diào)節(jié)電路的接線圖</p><p>　　2.4.2 PID調(diào)節(jié)電路說(shuō)明</p><p>　　PID調(diào)節(jié)器電路如圖2-4所示

24、，PID調(diào)節(jié)器的引腳11、12為電流輸出信號(hào)，接圖2-1中的變頻器的引腳3、4，PID調(diào)節(jié)器的引腳18接圖2-3中的PLC輸入端子X4，PID調(diào)節(jié)器的引腳19接圖2-3中的PLC輸入端子X5。PID調(diào)節(jié)器接受壓力傳感器送來(lái)的壓力信號(hào)，自動(dòng)調(diào)整變頻器的頻率給定輸入，從而控制變頻器的輸出電壓，進(jìn)而控制變頻泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)變頻泵水流量的穩(wěn)定控制。</p><p><b>　　3.PLC程序設(shè)計(jì)</b>

25、;</p><p>　　3.1 PLC的程序設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　圖3-1 PLC程序設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　3.2 PLC輸入輸出引腳分配表</p><p>　　表3-1 輸入引腳分配</p><p>　　表3-2 輸出引腳分配</p><p><b>　

26、　3.3 PLC程序</b></p><p>　　LD SM0.1 INCB VB301 </p><p>　　CALL SBR0 Network7// </p><p>　　Network 2 // 啟動(dòng)變頻器 LDD <= VD25

27、0,1000 </p><p>　　LD I0.7 AN M0.2 </p><p>　　S M0.7, 1 TON T38,30 </p><p>　　AN I0.0 Network8// </p>

28、<p>　　= M0.7 LD T38 </p><p>　　Network 3 AB > VB301,0</p><p>　　LD M0.7 EU </p><p>　　S Q0.6

29、, 1 = M0.2 </p><p>　　AN I0.0 DECB VB301 </p><p>　　= Q0.6 Network9// </p><p>　　Network 4 //

30、 LD M0.1 </p><p>　　LD SM0.1 O Q0.3</p><p>　　O I0.7 O Q0.1</p><p>　　INCB VB300 = Q1.5</p>

31、<p>　　Network 5 // Network11//</p><p>　　LD M0.7 LD M2.0 </p><p>　　AD>= VD250, VD208 TON T33,2</p><p>　　AN

32、 M0.1 Network12//</p><p>　　TON T37, 50 LD T33</p><p>　　Network 6 // </p><p>　　EU

33、 MOVB 1, VB300</p><p>　　= M0.4 Network20//</p><p>　　Network 13 // LDB = VB301,0</p><p>　　LD M0.4

34、 A SM0.5</p><p>　　S M2.1, 1 EU</p><p>　　INCB VB300 INCD VD 310</p><p>　　Network 14 Net

35、work21//</p><p>　　LD M2.1 LDD = VD310,180</p><p>　　TON T34, 2 EU</p><p>　　Network 15 // = M0.3</p>

36、<p>　　LD T34 MOVD +0, VD310</p><p>　　EU Network22//</p><p>　　= M0.5 LDB <> VB301,0</p&g

37、t;<p>　　R M2.1, 1 MOVD 0, VD310</p><p>　　Network 16 // Network23//</p><p>　　LD M0.5 LD SM0.1</p><p&g

38、t;　　S M2.2, 1 O M0.0</p><p>　　Network 17 O M0.6</p><p>　　LD M2.2 AB = VB300,1 </p><p>　　TON T39,

39、 30 O Q0.5</p><p>　　Network 18 // A I0.4</p><p>　　LD T39 AN M0.3</p><p>　　EU

40、 AN I1.1</p><p>　　= M0.6 AN I1.0</p><p>　　R M2.2, 1 AN M0.4</p><p>　　R M2.0, 1 AN Q0.4</

41、p><p>　　Network 19 // = Q0.5</p><p>　　LDB> VB300, 3 Network24//</p><p>　　LD M0.6 AB > VB301,0</p>

42、<p>　　AB= VB300, 2 ALD LDB = VB301,2</p><p>　　O Q0.3 AN I1.0 AB > VB301,1</p><p>　　A I0.5 AN I1.1 OLD</p><p>

43、　　AN M3.0 A I0.4 ALD</p><p>　　AN I1.1 AN Q0.5 A I0.6</p><p>　　AN I1.0 = Q0.4 AN I1.1</p><p>　　AN M0.4

44、 A Q0.0 AN I1.0</p><p>　　AN Q0.2 = Q0.1 AN Q0.1</p><p>　　= Q0.3 Network27// = Q0.0</p><p>　　Net

45、work 25 // LD M0.5 AN I1.1</p><p>　　LD M0.6 O Q0.2 AN I1.0</p><p>　　AB= VB300, 3 LDB = VB300,3 AN Q0.4</p><

46、;p>　　O Q0.1 AB > VB301,0 = Q0.5</p><p>　　A I0.6 LDB = 301,1</p><p>　　AN I1.1 AB > VB301,1</p><p>　　AN

47、I1.0 OLD</p><p>　　AN M3.0 ALD</p><p>　　AN M0.4 A I0.5</p><p>　　AN Q0.0 AN I1.1</p><p>　　= Q0.1

48、 AN I1.0</p><p>　　Network 26 // AN Q0.3</p><p>　　LD M0.5 = Q0.2</p><p>　　O Q0.4 = Q0.3</p><p>　　LDB= VB300, 2

49、 Network28//</p><p>　　AB> VB301, 0 LD M0.5</p><p>　　LDB= VB300, 3 O Q0.0</p><p>　　AB> VB301, 1 LDB = VB300,1 </p><p

50、><b>　　4.系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成</b></p><p>　　4.1 控制系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成</p><p>　　圖4-1 控制系統(tǒng)設(shè)備圖</p><p>　　4.2 驅(qū)動(dòng)設(shè)備與壓力設(shè)備</p><p>　　圖4-2 驅(qū)動(dòng)器件設(shè)備圖</p><p>　　4.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備組態(tài)圖</p&

51、gt;<p>　　圖4-3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　5.經(jīng)濟(jì)效益分析</b></p><p>　　從流體力學(xué)原理知道，水泵供水流量與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及功率的關(guān)系為</p><p>　　式中為供水流量，為揚(yáng)程，為電動(dòng)機(jī)軸功率，為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。</p><p>　　本設(shè)計(jì)系統(tǒng)共有3臺(tái)30KW的水

52、泵電動(dòng)機(jī)，假設(shè)沒天運(yùn)行16h，其中4h為額定轉(zhuǎn)速，其余12h為80%額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，一年365天節(jié)約電能為</p><p>　　kW·h=64124 kW·h</p><p>　　若每1 kW·h電價(jià)為0.60 元，一年可節(jié)約電費(fèi)為</p><p>　　0.60×64124元=38474.4元</p><p&

53、gt;　　通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，本套恒壓供水系統(tǒng)的成本約為5萬(wàn)元左右，兩年即可收回投資，運(yùn)行多年經(jīng)濟(jì)效益將十分可觀。</p><p><b>　　6.設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　本課題主要設(shè)計(jì)的是關(guān)于某小區(qū)的恒壓供水。為此設(shè)計(jì)了一套具有高性能的變頻器控制系統(tǒng)來(lái)代替原有的手動(dòng)啟動(dòng)、閥門控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)重點(diǎn)是根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的需求，自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出頻率控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而保持

54、系統(tǒng)工況壓力的穩(wěn)定。</p><p>　　根據(jù)供水的要求，此裝置屬于一拖三閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，且變頻器帶動(dòng)的電機(jī)可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。減少系統(tǒng)波動(dòng)現(xiàn)象和對(duì)電源電網(wǎng)的沖擊。此裝置在變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可自動(dòng)關(guān)閉電動(dòng)閥門，系統(tǒng)退出變頻式運(yùn)行，以避免中斷供水。</p><p>　　在工頻方式運(yùn)行下，系統(tǒng)帶有降壓?jiǎn)?dòng)裝置，在工頻啟動(dòng)時(shí)，由于啟動(dòng)電流過(guò)大，而避免對(duì)電網(wǎng)沖擊的影響，并可延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命。</

55、p><p>　　我們的課題是有關(guān)PLC、變頻器在樓宇智能化恒壓供水控制系統(tǒng)的應(yīng)用。作為一名自動(dòng)化的學(xué)生，在過(guò)去的兩年中我們所接觸的大多都是些專業(yè)基礎(chǔ)課，所掌握的僅僅是理論知識(shí)，如何把我們所學(xué)到的專業(yè)理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐將是一個(gè)大大的突破。在通過(guò)指導(dǎo)老師的耐心講解和自己查閱大量專業(yè)資料以后，我們對(duì)本次課程設(shè)計(jì)有了比較清晰的思路。在課程設(shè)計(jì)中，我們集思廣益、共同商討、認(rèn)真分析并計(jì)算。在電路圖的設(shè)計(jì)中，我們所用的是prote

56、l99的軟件畫圖，使我再一次的熟悉該軟件；在電路的設(shè)計(jì)中，特別注重對(duì)通用變頻器的選擇與利用，要注意其各種參數(shù)是否符合電機(jī)的要求；而在電機(jī)的選擇中，要考慮其的功率，太小了就會(huì)使得其的供水量過(guò)小等各方面的因素?？傊?，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，讓我廣開眼界、獨(dú)立思考、動(dòng)手操作能力也得到了相應(yīng)的提高，并學(xué)會(huì)了很多書本上學(xué)不到的知識(shí)。從中也發(fā)現(xiàn)了自己的一些不足，便于在以后的學(xué)習(xí)中得到改進(jìn)。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用，是畢業(yè)設(shè)計(jì)的預(yù)演，也是我們邁向

57、社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程。在這我要感謝指導(dǎo)老師的辛勤指導(dǎo)和幫助，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘</p><p><b>　　7.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王延才 變頻器原理及應(yīng)用(第三版) 機(jī)械工業(yè)出版社，2009.1.101-115</p><p>　　[2]

58、王兆安 黃俊.電力電子技術(shù)（第4版）.機(jī)械工業(yè)出版社，2000.5.96-105</p><p>　　[3] 王永華 現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)（第二版）.機(jī)械工業(yè)出版社，2008.2.266-278</p><p>　　[4] 譚建成.傳感器原理及應(yīng)用(第三版). 機(jī)械工業(yè)出版社，2009.8.133-155</p><p>　　[5] 周定頤 電機(jī)及電力拖動(dòng)（