plc變頻調速恒壓供水系統自動化等專業畢業論文(已修改)

　

【正文】 山東科技大學學士學位論文摘要本論文根據中國城市小區的供水要求，設計了一套基于PLC的變頻調速恒壓供水系統, 并利用組態軟件開發良好的運行管理界面。變頻恒壓供水系統由可編程控制器、變頻器、水泵機組、壓力傳感器、工控機等構成。本系統包含三臺水泵電機，它們組成變頻循環運行方式。采用變頻器實現對三相水泵電機的軟啟動和變頻調速，運行切換采用“先啟先停”的原則。壓力傳感器檢測當前水壓信號，送入PLC與設定值比較后進行PID運算，從而控制變頻器的輸出電壓和頻率，進而改變水泵電機的轉速來改變供水量，最終保持管網壓力穩定在設定值附近。通過工控機與PLC的連接，采用組態軟件完成系統監控，實現了運行狀態動態顯示及數據、報警的查詢。關鍵詞：變頻調速，恒壓供水，PLC，組態軟件山東科技大學學士學位論文 ABSTRACTABSTRACTAccording to the requirement of China39。s urban water supply, this paper designs a set of water supply system of frequecey control of constant voltage based on PLC, and have developed good operation management interface using Supervision Control and Data system is made up of PLC, transducer,units of pumps,pressure sensor and control machine and so on. This system is formed by three pump generators,and they form the circulating run mode of frequency conversion. With general frequency converter realize for three phase pump generator soft start with frequency control,operation switch adopts the principle of”start first stop first”. The detection signal of pressure sensor of hydraulic pressure,via PLC with set value by carry out PID parison operation,so,control frequency and the export voltage of frequency converter,and then the rotational speed that changes pump generator e to change water supply quantity,eventually,it is nearby to maintain pipe net pressure to stabilize when set value. Through work control machine the connection with PLC,with group form software consummately systematic monitoring,have realized operation state development to show and data,report to the police inquiry.Keywords: variable frequency speedregulating, constantpressure water supply, PLC, supervision control and data acquisition.山東科技大學學士學位論文 目錄畢業設計（論文）原創性聲明和使用授權說明原創性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業設計（論文）的規定，即：按照學校要求提交畢業設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內容。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學位論文原創性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日目錄1 緒論 1 課題的提出 1 變頻恒壓供水系統的國內外研究現狀 3 PLC概述 5 本課題的主要研究內容 72 系統的理論分析及控制方案確定 8 變頻恒壓供水系統的理論分析 8 變頻恒壓供水系統控制方案的確定 113 系統的硬件設計 19 系統主要設備的選型 19 系統主電路分析及其設計 23 系統控制電路分析及其設計 25 PLC的I/O端口分配及外圍接線圖 274 系統的軟件設計 31 系統軟件設計分析 31 PLC程序設計 33 PID控制器參數整定 405 監控系統的設計 46 組態軟件簡介 46 監控系統的設計 466 結束語 51參考文獻 53致謝 55附錄 56附錄A 英文文獻 56附錄B 中文翻譯 65附錄C 主程序梯形圖 71山東科技大學學士學位論文 緒論1 緒論 課題的提出水和電是人類生活、生產中不可缺少的重要物質，在節水節能已成為時代特征的現實條件下，我們這個水資源和電能源短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業生產循環供水等方面技術一直比較落后，自動化程度較低，而隨著我國社會經濟的發展，人們生活水平的不斷提高，以及住房制度改革的不斷深入，城市中各類小區建設發展十分迅速，同時也對小區的基礎設施建設提出了更高的要求。小區供水系統的建設是其中的一個重要方面，供水的可靠性、穩定性、經濟性直接影響到小區住戶的正常工作和生活，也直接體現了小區物業管理水平的高低。傳統的小區供水方式有：恒速泵加壓供水、氣壓罐供水、水塔高位水箱供水、液力耦合器和電池滑差離合器調速的供水方式、單片機變頻調速供水系統等方式，其優、缺點如下[1]：(1) 恒速泵加壓供水方式無法對供水管網的壓力做出及時的反應，水泵的增減都依賴人工進行手工操作，自動化程度低，而且為保證供水，機組常處于滿負荷運行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時，管網長期處于超壓運行狀態，爆損現象嚴重，電機硬起動易產生水錘效應，破壞性大，目前較少采用。(2) 氣壓罐供水具有體積小、技術簡單、不受高度限制等特點，但此方式調節量小、水泵電機為硬起動且起動頻繁，對電器設備要求較高、系統維護工作量大，而且為減少水泵起動次數，停泵壓力往往比較高，致使水泵在低效段工作，而出水壓力無謂的增高，也使浪費加大，從而限制了其發展。(3) 水塔高位水箱供水具有控制方式簡單、運行經濟合理、短時間維修或停電可不停水等優點，但存在基建投資大，占地面積大，維護不方便，水泵電機為硬起動，啟動電流大等缺點，頻繁起動易損壞聯軸器，目前主要應用于高層建筑。(4) 液力耦合器和電池滑差離合器調速的供水方式易漏油，發熱需冷卻，效率低，改造麻煩，只能是一對一驅動，需經常檢修；優點是價格低廉，結構簡單明了，維修方便。(5) 單片機變頻調速供水系統也能做到變頻調速，自動化程度要優于上面4種供水方式，但是系統開發周期比較長，對操作員的素質要求比較高，可靠性比較低，維修不方便，且不適用于惡劣的工業環境。綜上所述，傳統的供水方式普遍不同程度的存在浪費水力、電力資源；效率低；可靠性差；自動化程度不高等缺點，嚴重影響了居民的用水和工業系統中的用水。目前的供水方式朝向高效節能、自動可靠的方向發展，變頻調速技術以其顯著的節能效果和穩定可靠的控制方式，在風機、水泵、空氣壓縮機、制冷壓縮機等高能耗設備上廣泛應用，特別是在城鄉工業用水的各級加壓系統，居民生活用水的恒壓供水系統中，變頻調速水泵節能效果尤為突出，其優越性表現在：一是節能顯著；二是在開、停機時能減小電流對電網的沖擊以及供水水壓對管網系統的沖擊；三是能減小水泵、電機自身的機械沖擊損耗[2]。基于PLC和變頻技術的恒壓供水系統集變頻技術、電氣技術、現代控制技術于一體。采用該系統進行供水可以提高供水系統的穩定性和可靠性，同時系統具有良好的節能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設計該系統，對于提高企業效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現實意義。 變頻恒壓供水系統的國內外研究現狀 變頻調速技術的國內外發展與現狀變頻器的快速發展得益于電力電子技術、計算機技術和自動控制技術及電機控制理論的發展。1964年，最先提出把通信技術中的脈寬調制PWM技術應用到交流傳動中的是德國人。20世紀80年代初，日本學者提出了基于磁通軌跡的磁通軌跡控制方法。從20世紀80年代后半期開始，美、日、德、英等發達國家的基于VVVF技術的通用變頻器已商品化并廣泛應用。在我國，60%的發電量是通過電動機消耗掉的，因此如何利用電機調速技術進行電機運行方式的改造以節約電能，一直受到國家和業界人士的重視。現在，我國約有200家左右的公司、工廠和研究所從事變頻調速技術的工作，但自行開發生產的變頻調速產品和國際市場上的同類產品相比，還有比較大的技術差距。隨著改革開放和經濟的高速發展，我國采取要么直接從發達國家進口現成的變頻調速設備，要么內外結合，即在自行設計制造的成套裝置中采用外國進口或合資企業的先進變頻調速設備，然后自己開發應用軟件的辦法，很好地為國內重大工程項目提供了電氣傳動控制系統的解決辦法，適應了社會的需要。總之，雖然國內變頻調速技術取得了較好的成績，但是總體上來說國內自行開發、生產相關設備的能力還比較弱，對國外公司的依賴還很嚴重。 變頻恒壓供水系統的國內外研究與現狀變頻恒壓供水是在變頻調速技術的發展之后逐漸發展起來的。在早期，由于國外生產的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉控制、起動控制以及制動控制、壓頻比控制以及各種保護功能。應用在變頻恒壓供水系統中，變頻器僅作為執行機構，為了滿足供水量大小需求不同時，保證管網壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進行閉環控制。隨著變頻技術的發展和變頻恒壓供水系統的穩定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優點以及顯著的節能效果被大家發現和認可后，國外許多生產變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像日本Samco公司，就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”、“變頻泵循環方式”兩種模式它將PID調節器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設置指令代碼實現PLC和PID等電控系統的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個內置的電磁接觸器工作，可構成最多7臺電機(泵)的供水系統。這類設備雖微化了電路結構，降低了設備成本，但其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，系統的動態性能和穩定性不高，與別的監控系統(如BA系統)和組態軟件難以實現數據通信，并且限制了帶負載的容量，因此在實際使用時其范圍將會受到限制[3]。目前國內有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉速，水管管網壓力的閉環調節及多臺水泵的循環控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應的軟件予以實現；有的采用單片機及相應的軟件予以實現。但在系統的動態性能、穩定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。原深圳華為電氣公司和成都希望集團也推出了恒壓供水專用變頻器(~22kw)，無需外接PLC和PID調節器，可完成最多4臺水泵的循環切換、定時起、停和定時循環。該變頻器將壓力閉環調節與循環邏輯控制功能集成在變頻器內部實現，但其輸出接口限制了帶負載容量，同時操作不方便且不具有數據通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所。可以看出，目前在國內外變頻調速恒壓供水控制系統的研究設計中，對于能適應不同的用水場合，結合現代控制技術、網絡和通訊技術同時兼顧系統