高層水壓的plc控制本科論文

論文PAGEIIPAGEI滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計課題：高層水壓的PLC控制設(shè)計時間：2016年11月19日系別：機電工程系班級：14級機電2班學(xué)號：6姓名：指導(dǎo)教師：2016年11月19日摘要隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模發(fā)展迅速，面對土地資源日益緊缺的現(xiàn)狀，高層樓宇的建設(shè)具有很重要的意義。隨著人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高，傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足高層樓宇的供水需求。在國際社會倡導(dǎo)節(jié)能降耗，發(fā)展低碳經(jīng)濟的背景下，利用先進的自動控制技術(shù)、檢測與傳感器技術(shù)以及通信技術(shù)，設(shè)計高性能、低能耗、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。通過研究和比較本論文設(shè)計了一套高層樓宇基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種節(jié)能環(huán)保、系統(tǒng)穩(wěn)定安全、使用維護方便的供水控制系統(tǒng)，主要由可編程控制器、變頻器、水泵電機組、壓力傳感器等構(gòu)成，實現(xiàn)樓宇供水的自動化控制。該系統(tǒng)能通過不同的反饋壓力值，自行調(diào)整水泵輸出水量，這既能節(jié)省傳統(tǒng)的采用調(diào)節(jié)閥門開度而消耗在管道阻力和截流損失的能量，也節(jié)省由于恒速泵的頻繁啟停對管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊能量和對電網(wǎng)電壓造成波動的影響，避免了電動機突然加速造成泵系統(tǒng)的喘振，能夠徹底消除水錘現(xiàn)象目錄13375摘要 II27454第一章緒論 1229091.3高層樓宇常用供水模式 1283501.4本課題的總體方案 24911.4.1供水系統(tǒng)的方案選取 214020第二章主電路圖設(shè)計 5224104.2電氣原理圖設(shè)計 5225194.2.1主電路設(shè)計 531714.2.2變頻器電路設(shè)計 629749第三章變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 10314744.1系統(tǒng)主要器件的選配 109804.1.1供水泵的選型 10191534.1.2變頻器的選型 10261434.1.3PLC的選型 11173664.1.4壓力傳感器的選型 11231694.2.5PLC輸入輸出引腳分配 122814第四章變頻恒壓供水控制系統(tǒng)研究 15205383.1變頻恒壓控制的原理 1581583.2變頻恒壓供水系統(tǒng)方案設(shè)計 15103913.2.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成 15262263.2.2系統(tǒng)的控制方案的選擇和論證 16102363.3變頻恒壓供水系統(tǒng)變頻控制方案 16103653.4系統(tǒng)工作原理概述 17297713.5恒壓供水系統(tǒng)的工藝要求 174829第五章恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計 18131605.1系統(tǒng)工作流程圖 185751第六章PLC選型 21130305.2PLC的程序設(shè)計流程圖 214533PLC控制電路接線設(shè)計 22第七章PLC梯形圖 232599第八章指令語句表程序 3037455.3.1主程序 30293015.3.2子程序 30801第九章設(shè)計心得 3411481第十章參考文獻 3511240致謝 36PAGE35第一章緒論1.3高層樓宇常用供水模式示在深入研究發(fā)展變頻恒壓供水技術(shù)之前，對于高層樓宇的供水系統(tǒng)設(shè)計，供水方式一般采用以下方式。（1）恒速泵直接供水方式在這種供水方式中，水泵直接從市政管網(wǎng)或蓄水池中抽水然后直接供給用戶使用。在這種供水方式下水泵往往需要日夜不停的運轉(zhuǎn)，以保證供水水壓。但是這種供水方式雖然簡單，投資成本低，但其能耗大，造成水資源的巨大浪費，供水質(zhì)量很差，會嚴重影響市政公用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定性。由于其適應(yīng)性差，目前將逐步面臨淘汰。（2）水塔的供水方式這種供水方式首先是由水泵向水塔供水，再由水塔向用戶供水。當(dāng)水塔注滿水后，水泵停止運轉(zhuǎn)，但是水塔水位低于某一位置的時候水泵又將啟動。因此水泵的工作狀態(tài)是斷續(xù)的。由于水泵始終是工作在高效區(qū)，其節(jié)電率與水塔容量、水泵額定流量、水泵開停比等有關(guān)。所以比前一種的供水方式節(jié)電。供水水壓也比較穩(wěn)定。但是這種供水方式基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資大、占地面積大、存在能量的損失和二次污染問題。如果出現(xiàn)故障不能自行開停水泵，將造成能量的嚴重浪費和供水質(zhì)量的嚴重下降。（3）高位水箱供水方式采用樓頂設(shè)高位水箱供水的方式，雖較為安全可靠，設(shè)備、技術(shù)等方面也較成熟。然而，在后期給水系統(tǒng)的運行、維護和管理過程中，此供水方式存在一些問題。存在水質(zhì)的二次污染問題，同時屋頂高位水箱的有效容積也受建筑負荷限制。高位水箱的供水系統(tǒng)，雖實際是一個壓力大致恒定的系統(tǒng)，這個壓力就是水位的高度。而管道的阻力特性卻是變化的，當(dāng)水的用戶多時(也即打開閥門，放水的支路多時)，管道的阻力就相應(yīng)減少，反之則阻力增大，大大降低了生活供水質(zhì)量。雖然高位水箱供水由于運行較為經(jīng)濟合理、適應(yīng)性強而被廣泛采用，目前國內(nèi)大部分高層建筑均采用此方式供水，但此方式存在著投資大、占用面積大二次污染等缺點。（4）氣壓罐供水方式氣壓罐供水方式在工程主要用于消防供水。在消防工程中的用途主要用于調(diào)節(jié)水量可滿足十分鐘消防初期用水量，從而替代屋頂水箱、同時作為增壓設(shè)施，以彌補高位水箱設(shè)置高度之不足、作為消防系統(tǒng)穩(wěn)壓用，啟停穩(wěn)壓泵及啟動消防泵并發(fā)出火警訊號用。上述三種用途有一共同點，即均需貯存滿足規(guī)范要求的消防用水量。氣壓供水由于體積小、技術(shù)簡單、不受高度限制等特點，近幾年來己在高層建筑中采用，但由于此方式存在著調(diào)節(jié)量小、水泵啟動頻繁、對電器設(shè)備要求較高等缺點，因而使這種供水系統(tǒng)的發(fā)展受到限制。（5）變頻恒壓供水方式變頻恒壓供水系統(tǒng)是由壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ǖ碾娏骰螂妷盒盘?，在某壓力下，?dāng)用水量增大時，管路壓力下降，產(chǎn)生偏差，該信號被送入控制器進行處理，控制器產(chǎn)生一定的電信號控制變頻器升頻，水泵轉(zhuǎn)速升高，供水增加，壓力恢復(fù)。反之，用水量減少，工作機理同上所述。由于整個過程壓力偏差較小，調(diào)節(jié)時間短，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒壓。此系統(tǒng)隨著變頻器與PLC應(yīng)用技術(shù)的不斷推廣，已經(jīng)成為一種新型的供水系統(tǒng)。它在節(jié)能、保持水質(zhì)、水壓平穩(wěn)性及操作的方便性和穩(wěn)定的可靠性等方面大大優(yōu)于傳統(tǒng)的供水方式。它已經(jīng)成為現(xiàn)代高樓供水的主要方式。本設(shè)計原理圖如下圖1.1所。電控設(shè)備電控設(shè)備變頻器供水泵自動/手動PLC控制信號液位檢測工作報警指示壓力傳感器用戶管網(wǎng)圖1.1變頻恒壓供水原理圖1.4本課題的總體方案1.4.1供水系統(tǒng)的方案選取通過對現(xiàn)有高層樓宇供水方式的分析和比較，可知變頻恒壓供水系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢，在供水質(zhì)量及控制技術(shù)等各方面都有很好的先進性。其供水方式節(jié)約能源、節(jié)省占地、節(jié)約投資，調(diào)節(jié)能力大、系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。因此本設(shè)計中采用變頻恒壓供水系統(tǒng)方案作為對高層樓宇的供水方式。調(diào)節(jié)水罐調(diào)節(jié)水罐壓力傳感器穩(wěn)流補償器真空抑制器手動蝶閥水泵止回閥壓力傳感器液位檢測傳感器用戶管網(wǎng)市政水網(wǎng)進口旁通管路圖1.2系統(tǒng)總布局圖該系統(tǒng)是將水泵通過穩(wěn)流調(diào)節(jié)罐直接串聯(lián)在市政自來水公司的給水管網(wǎng)上，市政水管網(wǎng)的水直接進入調(diào)節(jié)罐，罐內(nèi)的空氣從真空消除器內(nèi)排出，待水充滿后，真空消除器自動關(guān)閉。當(dāng)自來水管網(wǎng)能夠滿足用水壓力及水量要求時，水泵機組不工作，實行市政管網(wǎng)直接供水；當(dāng)自來水管網(wǎng)的壓力不能滿足用水要求時，出水管網(wǎng)上的壓力變送器對水壓進行采樣，將壓力信號轉(zhuǎn)變對應(yīng)的電信號，送入變頻器或可編程控制器（PLC）經(jīng)轉(zhuǎn)換與用戶給定的壓力值進行比較算，將結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂谱冾l器輸出電源頻率的頻率調(diào)節(jié)信號，同時輸出控制泵啟停信號，通過調(diào)節(jié)運轉(zhuǎn)泵電源頻率，使用戶管網(wǎng)的水壓穩(wěn)定于預(yù)先設(shè)定好的壓力值，此時水泵充分得用了市政管網(wǎng)的余壓，達到疊壓恒壓供水的目的。水泵供水時，若自來水管網(wǎng)的水量大于水泵流量，系統(tǒng)保持正常供水；用水高峰期時，若自來水管網(wǎng)水量小于水泵流量時，調(diào)節(jié)罐內(nèi)的水作為補充水源仍能正常供水，此時，空氣由真空消除器進入調(diào)節(jié)罐，消除了自來水管網(wǎng)的負壓；而對出水管網(wǎng)，壓力變送器繼續(xù)對水壓進行采樣，用水高峰期過后，系統(tǒng)恢復(fù)正常的狀態(tài)。若自來水管網(wǎng)停水而導(dǎo)致調(diào)節(jié)罐內(nèi)的水位不斷下降，液位探測器給出水泵停機信號以保護水泵機組。其控制原理如圖1.3所示：PLCPLC設(shè)定壓力水泵電機變頻器管網(wǎng)用戶反饋壓力負壓控制負壓反饋負壓檢測圖1.3系統(tǒng)的控制原理圖第二章主電路圖設(shè)計4.2電氣原理圖設(shè)計在硬件系統(tǒng)設(shè)計中，整個系統(tǒng)主要由信號檢測單元、控制單元、執(zhí)行機構(gòu)來組成。所采用的是一臺變頻器連接三臺電動機，都具有變頻和工頻兩種工作狀態(tài)，每臺電機都通過兩個接觸器與工頻電源和變頻器輸出的電源相聯(lián)；所選用的接觸器都是依據(jù)電動機的容量適當(dāng)?shù)倪x擇。4.2.1主電路設(shè)計系統(tǒng)的主電路采用六個接觸器的常開觸點的閉合、斷開來實現(xiàn)對電機的啟動和關(guān)閉，如圖4.1所示。在主電路圖中，KM1、KM12分別控制1號水泵的工頻與變頻運行，KM21、KM22分別控制2號水泵的工頻與變頻運行，KM31、KM32分別控制3號水泵的工頻與變頻運行.電路的主電路圖4.1所示。圖4.1主電路圖4.2.2變頻器電路設(shè)計在系統(tǒng)中變頻器主要是控制三臺水泵電機的工頻和變頻運行狀態(tài)，其電路接線如圖4.2所示。圖4.2變頻器接線圖4.2.5水泵電機控制原理圖設(shè)計圖4.5水泵電機控制原理圖一圖4.6水泵電機控制原理圖二第三章變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1系統(tǒng)主要器件的選配4.1.1供水泵的選型根據(jù)課題設(shè)計需要，同時又能確保系統(tǒng)安全、可靠運行，并降低設(shè)備長期運行費用，其中水泵的運行參數(shù)按各區(qū)段全部住戶和最高層設(shè)計，設(shè)計依據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB50015-2003）。如表4.1所示：供水設(shè)計要求最高日用水量：280L/（p.d）平均每戶用水人數(shù)：3.5人/戶小時變化系統(tǒng)：2.5用水制度：24小時連續(xù)供水住戶總數(shù)：150戶（每層5戶，共30層）水泵水泵生產(chǎn)廠商：杭州南方特種泵業(yè)有限公司水泵型號：CDLF12-12三臺兩用一備工作參數(shù)：Q＝12、H＝121m、N＝7.5KW電機所配電機廠商：浙江凱利達防爆機電有限公司電機型號：Y2-160M2-2防護等級：IP55。絕緣等級：F級表4.1水泵及電機選型表4.1.2變頻器的選型根據(jù)工藝要求，并保留設(shè)備擴展的余量，選配ABBACS600系列變頻器。ACS600系列變頻器是ABB公司采用直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）技術(shù)，結(jié)合諸多先進的生產(chǎn)制造工藝推出的高性能變頻器。它具有很寬的功率范圍，優(yōu)良的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制特性，完整的保護功能以及靈活的編程功能，牢固的EMC(電磁兼容性)設(shè)計、較高的可靠性和較小的體積。控制軟件可以實現(xiàn)專用功能：多泵切換、手動/自動切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運行方式等。主要技術(shù)數(shù)據(jù)：（1）功率范圍：2.2-3000KW（2）電源電壓：380/400/415/460/480/500VAC3相±10%（3）電源頻率：48-63Hz（4）控制連接：2個可編程的模擬量輸入（AI）；1個可編程的模擬量輸出（AO）；5個可編程的數(shù)字量輸入（DI）；2個可編程的數(shù)字量輸出(DO)（5）連續(xù)負載能力：150%In，每10分鐘允許1分鐘（6）串行通信能力：標準的RS-485接口可使變頻器方便的與計算機連接（7）保護特性：過流保護、過壓保護、欠壓保護、過熱保護、短路保護、接地保護、欠壓緩沖、電機欠/過載保護、串行通訊故障保護等。ACS600變頻器獨特的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）功能是目前最佳的電機控制方式，它可以對所有交流電機的核心變量進行直接控制，無需速度反饋就可以實現(xiàn)電機速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制。在其內(nèi)置的PID、FPC等八種應(yīng)用宏，只需選擇需要的應(yīng)用宏，相應(yīng)的所有參數(shù)都自動設(shè)置，輸入輸出端子也將自動配置，這些應(yīng)用宏的設(shè)置大大節(jié)約了調(diào)試時間，減少出錯。4.1.3PLC的選型可編程控制器（ProgrammableController）又簡稱為PC或PLC，是將邏輯運算、順序控制、時序、計數(shù)以及算術(shù)運算等控制程序，用一串指令形式存放到存儲器中，然后根據(jù)存儲的控制內(nèi)容，經(jīng)過模擬、數(shù)字等輸入輸出部件，對生產(chǎn)設(shè)備與生產(chǎn)過程進行控制的裝置。它是基于計算機技術(shù)和自動控制理論而發(fā)展起來的，它既不同于普通的計算機，又不同于一般的計算機控制系統(tǒng)，作為一種特殊形式的計算機控制裝置，它在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件組成、軟件結(jié)構(gòu)以及I/O通道、用戶界面等諸多方面都有其特殊性。根據(jù)設(shè)計選用西門子S7-200型。SIMATICS-700可編程控制器是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用；大范圍的各種功能模塊可以非常好的滿足和適應(yīng)自動化控制任務(wù)，各種單獨的模塊組合用以擴展；簡單實用的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使之應(yīng)用十分靈活；方便用戶和簡易的無風(fēng)扇設(shè)計；當(dāng)控制任務(wù)增加時，可以自由擴展。根據(jù)設(shè)計選用S7-200的CPU型號為CPU226型，其現(xiàn)有的端口能滿足系統(tǒng)設(shè)計的需要并且具有模塊擴展功能。4.1.4壓力傳感器的選型在系統(tǒng)中需要對進水管網(wǎng)壓力和用戶供水壓力進行測定和采樣，將壓力信號轉(zhuǎn)換為4-20mA的電信號輸入到變頻器中，變頻器的輸出信號將直接控制水泵電機的轉(zhuǎn)速。根據(jù)設(shè)計需要現(xiàn)選用羅斯蒙特的3051T型表壓與絕壓變送器。它集傳感器、電子技術(shù)與單隔離膜片設(shè)計與一體，實現(xiàn)表壓和絕壓測量的校驗量程從0.3到10000psi。（1）工作原理：工作時，高、低壓側(cè)的隔離膜片和灌充液將過程壓力傳遞給灌充液，接著灌充液將壓力傳遞到傳感器中心的傳感膜片上。傳感膜片是一個張緊的彈性元件，其位移隨所受壓而變化（對于GP表壓變送器，大氣壓如同施加在傳感膜片的低壓側(cè)一樣）。AP絕壓變送器，低壓側(cè)始終保持一個參考壓力。傳感膜片的最大位移量為0.004英寸（0.1毫米），且位移量與壓力成正比。兩側(cè)的電容極板檢測傳感膜片的位置。傳感膜片和電容極板之間電容的差值被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流，電壓或數(shù)字HART（高速可尋址遠程發(fā)送器數(shù)據(jù)公路）輸出信號。（2）主要技術(shù)參數(shù)：

總體性能：±0.15%FS

精度：±0.075%FS

絕對壓力：校驗量程從0.3至10000psi

表壓：校驗量程從0.3至10000psi

不銹鋼與哈氏合金CR過程隔離膜片

單隔離膜片設(shè)計

灌充液：硅油與惰性油（3）主要特點：①高穩(wěn)定性、高精度、寬的工作溫度范圍；②抗沖擊、耐震動、體積小、防水；③標準信號輸出、良好的互換性、抗干擾性強；④最具有競爭力的價格。4.2.5PLC輸入輸出引腳分配依據(jù)設(shè)計恒壓系統(tǒng)的輸入輸出如下表所示：表4.2輸入輸出引腳分配表輸入引腳輸出引腳地址名稱功能地址名稱功能I0.0SA1系統(tǒng)選擇自動Q0.0KQ11#水泵工頻I0.1SA21選1#水泵為主泵Q0.1KQ21#水泵變頻I0.2SA22選2#水泵為主泵Q0.2KQ32#水泵工頻I0.3SA23選3#水泵為主泵Q0.3KQ42#水泵變頻I0.4FR11#水泵故障Q0.4KQ53#水泵工頻I0.5FR22#水泵故障Q0.5KQ63#水泵變頻I0.6FR33#水泵故障Q0.6KQ7變頻器啟/停I0.7KA3變頻故障Q0.7KQ8變頻器故障復(fù)位I1.0SF系統(tǒng)啟動Q1.0KQ9開真空抑制器I1.1SR系統(tǒng)停止Q1.1KQ10系統(tǒng)故障報警第四章變頻恒壓供水控制系統(tǒng)研究3.1變頻恒壓控制的原理用變頻器調(diào)速來實現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來實現(xiàn)恒壓供水相比其具有十分顯著的節(jié)能效果，其優(yōu)點是：（1）起動平衡，起動電流可以限制在額定電流范圍以內(nèi)，從而避免了起動是對電網(wǎng)的沖擊。（2）由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低，從而可以延長水泵和閥門等的使用壽命。（3）可以消除起動和停機時的水錘效應(yīng)。變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制目標就是通過壓力變化差值來改變水泵機組的運行狀態(tài)，從而實現(xiàn)用戶管網(wǎng)的出口水壓跟隨設(shè)定的供水水壓。變頻恒壓控制的原理如圖3.1所示。PPfPfff’ΔPPs壓力比較控制算法變頻器水泵機組壓力檢測儀表圖3.1變頻恒壓控制的原理圖從恒壓控制的原理圖中可知，系統(tǒng)中當(dāng)用水需求增加時，實際供水壓力將低于設(shè)定壓力，系統(tǒng)將得到正壓力差，經(jīng)過計算和轉(zhuǎn)換，計算出變頻器輸出頻率的增加值，將這個增量和變頻器當(dāng)前的輸出值相加，得出的值即為變頻器當(dāng)前應(yīng)該輸出的頻率。該頻率使水泵機組轉(zhuǎn)速增大，從而使實際供水壓力提高，在運行過程中該過程將被重復(fù)，直到實際供水壓力和設(shè)定壓力相等為止。如果運行過程中實際供水壓力高于設(shè)定壓力，情況剛好相反，變頻器的輸出頻率將會降低，水泵機組的轉(zhuǎn)速減小，實際供水壓力因此而減小。同樣，最后調(diào)節(jié)的結(jié)果是實際供水壓力和設(shè)定壓力相等。3.2變頻恒壓供水系統(tǒng)方案設(shè)計3.2.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機組以及低壓電器組成。系統(tǒng)設(shè)計的主要任務(wù)就是利用恒壓控制單元使變頻器控制三臺水泵，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機的軟啟動以及水泵變頻和工頻的切換等。3.2.2系統(tǒng)的控制方案的選擇和論證在恒壓供水系統(tǒng)中有多種控制方案:（1）變頻器+壓力傳感器+水泵機組這種控制系統(tǒng)機構(gòu)簡單，將PID調(diào)節(jié)器和PLC等硬件集成在變頻器的供水基板上，雖然簡化了系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)，降低了投資成本，但是無法自動實現(xiàn)不同時段的不同恒壓要求。因此僅適用于要求不高的小容量的場合。（2）通用變頻器+單片機+人機界面+壓力傳感器這種控制方式控制精度高、控制算法較靈活、參數(shù)調(diào)整方便等優(yōu)點。但是卻存在研發(fā)時間長，程序修改較困難等因素。同時在運行時變頻器的干擾很嚴重，必須采取相應(yīng)的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。所以改系統(tǒng)適用于特定的恒壓供水領(lǐng)域中。（3）變頻器+PLC+人機控制界面+壓力傳感器這種控制方式不僅靈活方便而且具有良好的通信接口，可以很方便的進行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換、通用行較強。由于PLC的模塊化和系列化用戶可以靈活的組成不同的規(guī)模和靈活的控制系統(tǒng)。同時在硬件上只需確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時可以方便的通過PC機來實現(xiàn)控制程序的改變。在抗干擾方面PLC抗干擾能力強、可靠性高，能適用于各種不同的恒壓供水場合。通過對以上的幾種控制方案的分析和比較，可以看出第三種控制方案更合適于實際應(yīng)用。該控制方案既有擴展功能靈活方便、也有便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點，同時能達到系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度的要求?？刂品桨傅脑砜驁D如圖3.2所示。壓力指令壓力指令變頻器電氣開關(guān)柜M~PLC壓力傳感器圖3.2控制方案的原理框圖3.3變頻恒壓供水系統(tǒng)變頻控制方案變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案有多種，有一臺變頻器控制一臺水泵的簡單控制方案，也有一臺變頻器控制幾臺水泵的方案。利用單臺變頻器控制多臺水泵的控制方案適用于大多數(shù)供水系統(tǒng)，是目前應(yīng)用中比較先進的一種方案。本設(shè)計中系統(tǒng)為一臺變頻器控制三臺水泵的方案。變頻控制方案原理圖如3.5所示。3.4系統(tǒng)工作原理概述該系統(tǒng)具有手動和自動兩種運行方式。在手動方式時，按下按鈕可以啟動和停止水泵，可根據(jù)需要分別控制1號~3號水泵的啟停，該方式主要是供設(shè)備的調(diào)試、自動發(fā)生故障和檢修時使用。在自動運行時，PLC采集傳感器檢測到的管網(wǎng)出口壓力，與給定壓力相比較，如小于給定壓力，通過變頻調(diào)節(jié)1號泵，使1號泵轉(zhuǎn)速逐漸上升，若1號泵已達到額定轉(zhuǎn)速，管網(wǎng)出口壓力還小于給定壓力，將1號泵接工頻，2號泵接變頻器，調(diào)節(jié)2號泵，使2號泵轉(zhuǎn)速逐漸上升，若2號泵已達到額定轉(zhuǎn)速，管網(wǎng)壓力仍然小于給定壓力，將2號泵接到工頻，3#泵接變頻器，調(diào)節(jié)3號泵，使3號泵轉(zhuǎn)速逐漸上升，這就是順序變頻升速的調(diào)節(jié)過程。反之，若此時傳感器檢測到的管網(wǎng)壓力大于給定壓力，調(diào)節(jié)3號泵，使3號泵轉(zhuǎn)速逐漸降低，若3號泵達到最低轉(zhuǎn)速，管網(wǎng)壓力還大于給定壓力，將3號泵與變頻器斷開。將變頻器升至50Hz，切斷2號泵工頻，同時2號泵接變頻器，逐漸下調(diào)，若2號泵達到最低轉(zhuǎn)速，管網(wǎng)壓力仍大于給定壓力，將2號泵與變頻器斷開，頻率升至50Hz，切斷1號泵工頻，接變頻器，逐漸向下調(diào)節(jié)，直至管網(wǎng)水壓等于給定壓力。3.5恒壓供水系統(tǒng)的工藝要求本設(shè)計中對三水泵恒壓供水系統(tǒng)的基本要求如下：（1）在供水時要保持壓力的恒定運行，系統(tǒng)波動小。（2）三臺水泵根據(jù)恒壓需要，采取“先開先?！钡脑瓌t接入和退出。（3）在用水量小的情況下，為防止一臺泵連續(xù)工作運行，需要設(shè)定切換時間，當(dāng)時間到則自動切換到下一臺水泵，以防止水泵長時間磨損和其他水泵不用而銹死。（4）水泵啟動時具有軟啟動功能，同時具有報警功能。（5）為了檢修和應(yīng)急應(yīng)設(shè)有手動操作功能。第五章恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1系統(tǒng)工作流程圖在恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器根據(jù)壓力傳感器檢測轉(zhuǎn)換后的信號自動分析處理，將變頻信號輸入供水泵，覺得水泵的的運行狀態(tài)。同時在PLC的控制作用下將根據(jù)水壓自動增減水泵機組的數(shù)量。其整個工作流程圖如圖5.1所示。啟動啟動開總進水閥、出水閥水位檢測水位到？開啟1#進水閥、出水閥1#水泵變頻運行水位處理、水壓檢測PID調(diào)節(jié)，送出壓力值水壓足夠？YNYN開啟2#進水閥、出水閥開啟2#進水閥、出水閥PID調(diào)節(jié)，送出壓力值水位處理、水壓檢測水壓正常？開啟3#進水閥、出水閥1#2#水泵工頻運行3#水泵變頻運行水位處理，水壓檢測PID調(diào)節(jié)送出壓力值水壓正常？故障處理1#水泵工頻運行2#水泵變頻運行N不足YY不足過大圖5.1系統(tǒng)流程圖第六章PLC選型5.2PLC的程序設(shè)計流程圖開始開始上電初始化啟動變頻器/保持頻率上限壓力低/增加水泵變頻器復(fù)位關(guān)閉當(dāng)前變頻信號水泵加一產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻信號產(chǎn)生下臺泵變頻運行信號頻率下限壓力高/減少水泵變頻器復(fù)位關(guān)閉當(dāng)前變頻信號水泵減一產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻信號產(chǎn)生上臺泵變頻運行信號NYYN圖5.2程序設(shè)計流程圖PLC控制電路接線設(shè)計024V直流電源變頻器024V直流電源變頻器A+--+壓力傳感器西門子S7-200的CPU226型的接入電源為直流24V，適用于中小型控制系統(tǒng)，可擴展到248點數(shù)字量和35路模擬量，有兩個RS-485通信接口，在系統(tǒng)中PLC的接線如圖4.4所示。圖4.4PLC接線圖第七章梯形圖程序第八章指令語句表程序5.3.1主程序TITLE=Network1LDSM0.0CALLSBR5CALLSBR0CALLSBR45.3.2子程序TITLE=子程序注釋Network1//工程轉(zhuǎn)換LDSM0.0CALLSBR2,AIW0,50.0,0.0,VD0CALLSBR2,AIW2,16.0,0.0,VD4CALLSBR2,AIW4,16.0,0.0,VD8CALLSBR3,VD12,16.0,0.0,AQW0Network2//設(shè)定值下限LDR<VD12,2.0MOVR2.0,VD12Network3//設(shè)定值上限LDR>VD12,8.5MOVR7.0,VD12Network4//泵后壓力報警LDR>VD4,9.0LDR<VD4,6.0NOTAM1.0OLD=M1.0Network5//防真空報警LDR<VD8,0.1LDR>VD8,0.2NOTAM1.1OLD=M1.1Network6LDM1.0EULDM1.1EUOLDLDI1.0EUOLDINCWVW20Network7//重復(fù)故障報警LDW>=VW20,3=M1.3Network8LDW=VW20,1OW=VW20,2TONT101,1800Network9LDI0.1MOVW+0,VW20Network10//泵前壓力啟動條件LDR>VD8,2.0LDR<VD8,0.5NOTAM1.2OLD=M1.2Network11//真空動作計時LDM1.1EUTOFT102,30Network12//真空抑制器動作LDT102AI0.0=Q1.1Network13//運行條件LDI0.0AM1.2ANM1.0ANM1.1ANM1.3ANI0.5=M0.0Network14//加泵條件LDI0.6=M0.1Network15//減泵條件LDR>VD4,VD12AI0.7TOFT103,20AT103=M0.2Network16//加泵計時器LDM0.0AM0.1ASM0.5EUINCWVW406Network17//加泵計時復(fù)位LDM0.0AW>=VW406,180LDM0.0ANM0.1OLDONM0.0MOVW+0,VW406Network18//加泵脈沖LDW=VW406,60EU=M0.3Network19//減泵計時器LDM0.0AM0.2ASM0.5EUINCWVW408Network20//減泵計時復(fù)位LDM0.0AW>=VW408,3LDM0.0ANM0.2OLDONM0.0MOVW+0,VW408Network21//減泵脈沖LDW=VW408,+2EU=M0.4Network22//運行次數(shù)累計器LDM0.0EUINCWVW410Network23//運行計數(shù)器復(fù)位LDM0.0AW>=VW410,+3MOVW+0,VW410Network24LDSM0.0=L60.0LDM0.0=L63.7LDM0.3=L63.6LDM0.4=L63.5LDI0.2=L63.4LDI0.3=L63.3LDI0.4=L63.2LDL60.0CALLSBR1,L63.7,L63.6,L63.5,L63.4,L63.3,L63.2,VB412,VW410Network25//1變LDM0.0AV412.1ANV412.3ANV412.5ANV412.0TONT130,40AT130=Q0.1Network26//1工LDM0.0AV412.0ANV412.1TONT131,2AT131=Q0.0Network27//2變LDM0.0ANV412.1AV412.3ANV412.5ANV412.2TONT132,40AT132=Q0.3Network28//2工LDM0.0AV412.2ANV412.3TONT133,2AT133=Q0.2Network29//3變LDM0.0ANV412.1ANV412.3AV412.5ANV412.4TONT134,40AT134=Q0.5Network30//3工LDM0.0AV412.4ANV412.5TONT135,2AT135=Q0.4

第九章設(shè)計心得本課題主要研究的是高層樓宇的供水系統(tǒng)。為此設(shè)計了一套具有PLC和變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)來控制樓宇的供水問題。該系統(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，具有很好的最優(yōu)控制和穩(wěn)定性控制，實現(xiàn)恒壓供水。根據(jù)供水的要求，此系統(tǒng)為一拖三閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，且變頻器可以實現(xiàn)對電動機的無級調(diào)速，減少系統(tǒng)波動現(xiàn)象和對電網(wǎng)的沖擊。系統(tǒng)也實現(xiàn)了恒壓自動控制，不需要頻繁操作，提高了供水質(zhì)量。目前在國內(nèi)外變頻恒壓供水控制系統(tǒng)在高層樓宇中的應(yīng)用研究也發(fā)展迅速。為了適應(yīng)不同樓宇的供水要求，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同