设计简介
摘 要
随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高;再加上目前能源紧缺，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然趋势。本论文结合我国中小城市多层住宅小区的用水现状，设计了一套基于PLC的变频调速恒压自动控制供水系统。
变频调速恒压供水自动控制系统由可编程控制器、内置PID变频器、水泵电机组、压力传感器、及控制柜等构成。系统采用一台变频器拖动2台电动机(30kw)的起动、运行与调速，2台分别采用循环使用的方式运行。
在变频调速恒压供水系统中，单台水泵工况的调节是通过变频器来改变电源的频率
来改变电机的转速
，从而改变水泵性能曲线得以实现的。分析水泵工况的能耗比较图，可以看出利用变频调速实现恒压供水，当转速降低时，流量与转速成正比，功率以转速的三次方下降，与传统供水方式中用阀门节流方式相比，在一定程度上可以减少能量损耗，能够明显节能。
本控制系统中采用了德国SIMENS公司的S7-200可编程控制器，同时选取了一个用于供水系统压力控制的内置PID算法的变频器。该变频器对压力给定值与测量值的偏差进行处理，实时控制变频器的输出电压和频率，进而改变水泵电动机的转速来改变水泵出水口流量，实现管网压力的自动调节，使管网压力稳定在设定值附近。
关键词: PLC 变频调速 恒压供水
Abstract
With the rapid development of social economy, it demands the better of water supply’s quality and reliability of water supply system. Meanwhile energy resources are seriously lack. So it is inevitable tendency to design water supply system which has high function and saves on energy well, with help of advanced technique of automation, control and communication. At the same time this system can adapt different water supply fields. On the basis of analyzing in quo of the waterworks in our country, this designs a suit of constant pressure water supply automatic system paper by using variable frequency speed-regulating technology based on PLC.
The system is made up of PLC, transducer, units of pumps and electromotors, pressure sensor, industrial control computer and console. The system is used a transducer to make four electromotors starting, running and timing. The two electromotors (30Kw) is partly circulated. To connect control computer with PLC and realize supervise, a real time supervise control software of water supply system is developed.
To tune up the frequency of power supply by the transducer in the system, this adjusting make the speed of electromotor and performance curve of pump change. At last, it makes the status of a pump alter. Through analyzing the figure of energy wasting of pump, the quality in pipes is direct proportion of the speed of pump if the speed of pump is reduced. The power of electromotor fells the cube of the speed of pump. So the energy wasting of constant pressure water supply based on variable frequency speed regulating technology is evidently less than the traditional mode is used throttle to supply water.
Through using S7-200 program software of SIMENS Company in German in the control system. The controller can compare the measure value and the value in advance of pressure. Through real-time controlling the output voltage and frequency of transducer, the output quality of pump is changed along with the changing of pump's speed. It makes the pressure of pipe self-regulating and steady in the scheduled value.
Key Words: PLC, variable frequency speed-regulating, constant pressure water-supply,
1.1 课题来源及研究意义 1
1.2 水泵调控技术 1
1.2.1 调速节能分析 1
1.2.2 常用的调速方式 2
1.3 主要研究内容 4
1.3.1 多泵恒压供水的关键问题 4
1.3.2 本文的主要研究内容 4
1.4 本章小结 5
第2章 变频调速恒压供水系统能耗机理分析 6
2.1 水泵理论及水泵工况点确定的研究 6
2.1.1 水泵的工作参数 6
2.1.2 水泵基本性能曲线 8
2.1.3 水泵理论工况点的确定 9
2.2 水泵工况的调节 10
2.3 变频调速恒压供水系统能耗机理分析 12
2.3.1 水泵工况的调节过程 12
2.3.2 水泵工况调节与传统节流调节能耗之比较 12
2.3.3 调速范围的确定 13
2.4 本章小结 14
第3章 内置PID变频频器 15
3.1 PID控制及其调节规律 15
3.1.1 经典PID控制及调节 15
3.1.2 数字PID控制 16
3.2 数字PID控制器的设计 17
3.3 本系统内置PID变频器选择 17
3.3.1 变频器输入输出接口 17
3.3.2 变频器的外围设备选择 17
3.4 变频调速恒压系统的基本特点 20
3.5 本章小结 21
第4章 可编程控制器PLC 22
4.1 PLC的定义 22
4.2 PLC的发展阶段及发展方向 22
4.3 PLC的特点与应用领域 23
4.3.1 可编程序控制器的特点 23
4.3.2 可编程序控制器与继电器控制系统的比较 24
4.3.3 可编程序控制器的应用领域 24
4.3.4 PLC在现代自动控制系统应用中所面临的问题 25
4.4 我国常用PLC的性能比较研究 25
4.4.1 PLC的一般结构 25
4.4.2 PLC基本工作原理 26
4.5 我国常用PLC的性能特点 27
4.5.1 SIMATIC S7系列PLC 27
4.5.2 S7-200系列可编程序控制器 27
4.5.3 PLC控制系统设计内容 28
4.5.4 PLC控制系统设计步骤 29
4.5.5 PLC控制系统的硬件设计 29
4.6 PLC控制系统的软件设计 31
4.6.1 PLC软件设计概述 31
4.6.2 软件设计 31
4.6.3 PLC程序设计的常用方法 32
4.6.4 PLC程序设计步骤 33
4.7 本章小节 35
第5章 变频调速恒压供水系统设计 36
5.1 系统的方案设计及工作过程 36
5.1.1 系统的方案设计 36
5.1.2 系统控制方案研究 36
5.2 控制系统硬件设计 37
5.2.1 主电路设计 37
5.2.2 控制电路设计 38
5.2.3 PLC配置 38
5.2.4 基于S7-200楼宇恒压供水系统的控制电路 39
5.3 本系统程序设计 40
5.3.1 PLC程序设计 40
5.3.2 设置切换延时时间 41
5.3.3 确保触点互锁 41
5.4 本章小节 41
参考文献 42
致谢 44
随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高;再加上目前能源紧缺，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然趋势。本论文结合我国中小城市多层住宅小区的用水现状，设计了一套基于PLC的变频调速恒压自动控制供水系统。
变频调速恒压供水自动控制系统由可编程控制器、内置PID变频器、水泵电机组、压力传感器、及控制柜等构成。系统采用一台变频器拖动2台电动机(30kw)的起动、运行与调速，2台分别采用循环使用的方式运行。
在变频调速恒压供水系统中，单台水泵工况的调节是通过变频器来改变电源的频率
来改变电机的转速，从而改变水泵性能曲线得以实现的。分析水泵工况的能耗比较图，可以看出利用变频调速实现恒压供水，当转速降低时，流量与转速成正比，功率以转速的三次方下降，与传统供水方式中用阀门节流方式相比，在一定程度上可以减少能量损耗，能够明显节能。本控制系统中采用了德国SIMENS公司的S7-200可编程控制器，同时选取了一个用于供水系统压力控制的内置PID算法的变频器。该变频器对压力给定值与测量值的偏差进行处理，实时控制变频器的输出电压和频率，进而改变水泵电动机的转速来改变水泵出水口流量，实现管网压力的自动调节，使管网压力稳定在设定值附近。
关键词: PLC 变频调速 恒压供水
Abstract
With the rapid development of social economy, it demands the better of water supply’s quality and reliability of water supply system. Meanwhile energy resources are seriously lack. So it is inevitable tendency to design water supply system which has high function and saves on energy well, with help of advanced technique of automation, control and communication. At the same time this system can adapt different water supply fields. On the basis of analyzing in quo of the waterworks in our country, this designs a suit of constant pressure water supply automatic system paper by using variable frequency speed-regulating technology based on PLC.
The system is made up of PLC, transducer, units of pumps and electromotors, pressure sensor, industrial control computer and console. The system is used a transducer to make four electromotors starting, running and timing. The two electromotors (30Kw) is partly circulated. To connect control computer with PLC and realize supervise, a real time supervise control software of water supply system is developed.
To tune up the frequency of power supply by the transducer in the system, this adjusting make the speed of electromotor and performance curve of pump change. At last, it makes the status of a pump alter. Through analyzing the figure of energy wasting of pump, the quality in pipes is direct proportion of the speed of pump if the speed of pump is reduced. The power of electromotor fells the cube of the speed of pump. So the energy wasting of constant pressure water supply based on variable frequency speed regulating technology is evidently less than the traditional mode is used throttle to supply water.
Through using S7-200 program software of SIMENS Company in German in the control system. The controller can compare the measure value and the value in advance of pressure. Through real-time controlling the output voltage and frequency of transducer, the output quality of pump is changed along with the changing of pump's speed. It makes the pressure of pipe self-regulating and steady in the scheduled value.
Key Words: PLC, variable frequency speed-regulating, constant pressure water-supply,
目录
第1章 绪论 11.1 课题来源及研究意义 1
1.2 水泵调控技术 1
1.2.1 调速节能分析 1
1.2.2 常用的调速方式 2
1.3 主要研究内容 4
1.3.1 多泵恒压供水的关键问题 4
1.3.2 本文的主要研究内容 4
1.4 本章小结 5
第2章 变频调速恒压供水系统能耗机理分析 6
2.1 水泵理论及水泵工况点确定的研究 6
2.1.1 水泵的工作参数 6
2.1.2 水泵基本性能曲线 8
2.1.3 水泵理论工况点的确定 9
2.2 水泵工况的调节 10
2.3 变频调速恒压供水系统能耗机理分析 12
2.3.1 水泵工况的调节过程 12
2.3.2 水泵工况调节与传统节流调节能耗之比较 12
2.3.3 调速范围的确定 13
2.4 本章小结 14
第3章 内置PID变频频器 15
3.1 PID控制及其调节规律 15
3.1.1 经典PID控制及调节 15
3.1.2 数字PID控制 16
3.2 数字PID控制器的设计 17
3.3 本系统内置PID变频器选择 17
3.3.1 变频器输入输出接口 17
3.3.2 变频器的外围设备选择 17
3.4 变频调速恒压系统的基本特点 20
3.5 本章小结 21
第4章 可编程控制器PLC 22
4.1 PLC的定义 22
4.2 PLC的发展阶段及发展方向 22
4.3 PLC的特点与应用领域 23
4.3.1 可编程序控制器的特点 23
4.3.2 可编程序控制器与继电器控制系统的比较 24
4.3.3 可编程序控制器的应用领域 24
4.3.4 PLC在现代自动控制系统应用中所面临的问题 25
4.4 我国常用PLC的性能比较研究 25
4.4.1 PLC的一般结构 25
4.4.2 PLC基本工作原理 26
4.5 我国常用PLC的性能特点 27
4.5.1 SIMATIC S7系列PLC 27
4.5.2 S7-200系列可编程序控制器 27
4.5.3 PLC控制系统设计内容 28
4.5.4 PLC控制系统设计步骤 29
4.5.5 PLC控制系统的硬件设计 29
4.6 PLC控制系统的软件设计 31
4.6.1 PLC软件设计概述 31
4.6.2 软件设计 31
4.6.3 PLC程序设计的常用方法 32
4.6.4 PLC程序设计步骤 33
4.7 本章小节 35
第5章 变频调速恒压供水系统设计 36
5.1 系统的方案设计及工作过程 36
5.1.1 系统的方案设计 36
5.1.2 系统控制方案研究 36
5.2 控制系统硬件设计 37
5.2.1 主电路设计 37
5.2.2 控制电路设计 38
5.2.3 PLC配置 38
5.2.4 基于S7-200楼宇恒压供水系统的控制电路 39
5.3 本系统程序设计 40
5.3.1 PLC程序设计 40
5.3.2 设置切换延时时间 41
5.3.3 确保触点互锁 41
5.4 本章小节 41
参考文献 42
致谢 44
