毕业设计(论文)-基于S7-200PLC的变频调速恒压供水控制系统设计.doc
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1、毕业设计毕业设计 恒压供水系统设计恒压供水系统设计 系系 部:部: 专专 业:业: 班班 级:级: 姓姓 名:名: 学学 号:号: 联系电话:联系电话: 指导老师:指导老师: - 1 - 目目 录录 摘摘 要要.- 3 - 第一章第一章 绪绪 论论.- 4 - 1.1 课题设计背景 .- 4 - 1.2 课题研究的目的和意义 .- 4 - 第二章第二章 恒压供水基本原理恒压供水基本原理.- 7 - 2.1 供水系统简介 .- 7 - 2.2 恒压供水基本原理 .- 7 - 2.2.1 恒压供水原理- 7 - 2.2.2 系统结构框图设计- 8 - 2.2.3 恒压供水的优点- 9 - 第三章第
2、三章 恒压供水系统元件选择恒压供水系统元件选择.- 11 - 3.1 变频恒压供水系统的组成 .- 11 - 3.1.1 变频恒压供水系统硬件结构- 11 - 3.1.2 变频恒压供水系统的控制方案- 12 - 3.1.3 系统主要设备的选型- 13 - 3.2 PLC 及其扩展模块的选型- 14 - 3.3 变频器的介绍 .- 15 - 3.3.1 选择变频器规格- 15 - 3.3.2 开关指令信号的输入- 17 - 3.3.3 变频器与 PLC 的连接.- 17 - 3.4 传感器 .- 19 - 第四章第四章 恒压供水系统电路设计恒压供水系统电路设计.- 21 - 4.1 系统主电路分
3、析及其设计 .- 21 - - 2 - 4.2 系统控制电路分析及其设计 .- 22 - 4.3 PLC 的 I/O 端口分配及外围接线图.- 24 - 4.4 PLC 程序设计- 27 - 4.4.1 控制系统主程序设计- 27 - 4.4.2 控制系统子程序设计- 31 - 4.5 PID 设计.- 34 - 4.5.1 PID 控制- 34 - 4.5.2 恒压供水 PID 调节过程分析- 35 - 4.5.3 PID 控制器的应用- 36 - 第五章第五章 总总 结结.- 38 - 5.1 全文总结 .- 38 - 5.2 研究展望 .- 38 - 致致 谢谢.- 39 - 参参 考考
4、 文文 献献.- 40 - - 3 - 摘摘 要要 建设节约型社会,合理开发、节约利用和有效保护水资源是一项艰巨任务。 由于传统供水方式的缺陷,本文设计了一套 PLC 控制的变频调速恒压供水系统。 恒压供水是指在供水网系中用水量发生变化时,出口压力保持不变的供水 方式。系统由可编程控制器、变频器、水泵电机组、压力变送器等构成。共三 台电机,其中由一台变频器拖动两台电动机的起动、运行与调速,一台电机备 用。控制系统中采用德国 SIEMENS 公司的 S7-200 可编程控制器来控制水泵电 机的投入台数及运行方式;同时利用其中的数字 PID 控制器,由 FB41 将压力 给定值与测量值的偏差进行处
5、理,实时控制变频器的输出频率,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。此方法具有短路保护、过载保护功能,工作稳定可靠,大 大延长了电机的使用寿命。 - 4 - 第一章第一章 绪绪 论论 1.1 课题设计背景课题设计背景 随着社会经济的飞速发展,城市建设规模的不断扩大,人口的增多以及人 们生活水平的不断提高,对城市供水的数量、质量、稳定性提出了越来越高的 要求。而我们国家是个水资源和电能短缺的国家,长期以来在市政供水、小区 供水,尤其县城、乡镇供水等方面技术一直比较落后,自动化程度低。而其中 的老水厂自动控制系统配置相对落后,机组的控
6、制主要依赖值班人员的手工操 作。控制过程繁琐,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。在用水高峰期,水的供给量常常低于需求量,出现水压降低供不 应求的现象。传统的解决办法是采用高位水箱、水塔和各种气压罐进行蓄水加 压,依赖挡板和阀门的阻力调节水流量。这种靠水的势能或气压供水方式具有 占地面积大、投资高、水泵电机启动频繁、耗电多、管网水压不稳、爆管现象 频繁、漏失严重等缺点;不仅生活用水容易受到二次污染,而且水泵电机的频 繁开启使设备故障率高,检修、维护也存在困难,而且像水塔这样传统的供水 系统,在维护和升级系统方面,是非常昂贵的。因此,如何利用有效的水源和 电能保证各行
7、各业正常供水,己是迫在眉睫。 同时随着现代电力电子技术、交流变频调速技术、信息技术、计算机技术 和智能控制技术的迅速发展并日趋完善,变频调速技术在供水领域得以运用, 实现了水泵电机无级调速,能够极大地改善给水管网的供水环境。所有这些现 代自动化控制技术的发展与应用,无疑为现代化高性能的生活供水提供了可能。 利用 PLC 控制技术和变频调速技术开发的全自动恒供水系统,管道内水压恒定, 既可以满足供水要求,避免出现供水事故,还可节约电能。 1.2 课题研究的目的和意义课题研究的目的和意义 众所周知,水是人类生活、生产中不可缺少的重要物质,在节水节能已成 为时代特征的现实条件下,我们这个水资源和电能
8、短缺的国家,长期以来在市 政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后,自动化 - 5 - 程度低,而随着我国社会经济的发展,人们生活水平的不断提高,以及住房制 度改革的不断深入,城市中各类小区建设发展十分迅速,同时也对小区的基础 设施建设提出了更高的要求。小区供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、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活,也直接 体现了小区物业管理水平的高低。 传统的小区供水方式有:恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水、 液力藕合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等方 式,其优缺点如下: 1、恒速泵加压供水方
9、式无法对供水管网的压力做出及时的反应,水泵的 增减都依赖人工进行手工操作,自动化程度低,而且为保证供水,机组常处于 满负荷运行,不但效率低、耗电量大,而且在用水量较少时,管网长期处于超 压运行状态,爆损现象严重,电机硬起动易产生水锤效应,破坏性大,目前较 少采用。 2、水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维修或 停电可不停水等优点,但存在基建投资大,占地面积大,维护不方便,水泵电 机为硬起动,启动电流大等缺点,频繁起动易损坏联轴器,目前主要应用于高 层建筑。 3、气压罐供水具有体积小、技术简单、不受高度限制等特点,但此方式 调节量小、水泵电机为硬起动且起动频繁,对电器设备要求
10、较高、系统维护工 作量大,而且为减少水泵起动次数,停泵压力往往比较高,致使水泵在低效段 工作,而出水压力无谓的增高,也使浪费加大,从而限制了其发展。 4、液力涡合器和电池滑差离合器调速的供水方式易漏油,发热需冷却, 效率低,改造麻烦,只能是一对一驱动,需经常检修;优点是价格低廉,结构简 单明了,维修方便。 5、单片机变频调速供水系统也能做到变频调速,自动化程度要优于上面 几种供水方式,但是系统开发周期比较长,对操作员的素质要求比较高,可靠 性比较低,维修不方便,且不适用于恶劣的工业环境。 综上所述,传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源;效 率低;可靠性差;自动化程度不高等缺点,严
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