恒压供水的PLC控制系统的设计毕业设计论文.doc
《恒压供水的PLC控制系统的设计毕业设计论文.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《恒压供水的PLC控制系统的设计毕业设计论文.doc(32页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、毕业设计(论文)恒压供水的PLC控制系统的设计Water Supply PLC control system design 摘 要 本文介绍恒压供水基本原理及系统构成,说明了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。PLC恒压供水的优点在于当管网流量变化时,能达到稳定供水压力和节能、安全、供水高品质等优点。 本文分析变频恒压供水的原理及系统的组成结构,提出不同的控制方案。通过研究和比较,采用变频器和PLC实现恒压供水和数据传输,然后用数字PID对系统中的恒压控制进行设计。最后对系统的软硬件设计进行了详细介绍。文章介绍了系统的总体设计与
2、软件的实现,并对系统采取的可靠性措施进行了说明。实践证明,该系统具有高度的可靠性和实时性,极大地提高了供水的质量,并且节省了人力,具有明显的经济效益和社会效益。关键词:变频器 PLC 恒压供水 PID1 Abstract This paper introduces the basic principle and system of constant pressure water supply, that the variable frequency speed constant pressure water supply automatic control system by programm
3、able controller, built-in PID frequency converter, motor pump group, a pressure sensor, and control cabinet. Advantages of PLC constant pressure water supply is that when the pipe flow changes, the advantages can achieve the stable water supply pressure and energy saving, safety, water quality This
4、paper analyzes the structure of VF speed regulating constant-pressure water supply, and proposes several control methods. By careful study and comparison, PLC and inverters method fits water supply system and data transmission very well. Finally the paper shows the design of constant pressure supply
5、 water controller according to PID data and detailed introduction of its software and hardware, and then illustrates its general design, software implement and the measures of preventable disturbance in details. The system can not only remarkably improve the quality of water supply, but also economi
6、ze on labor, which will surely bring us both economic and social benefits.Keywords: VF speed PLC constant pressure water supply PID目录摘 要1Abstract2第一章 绪论41.1课题的提出41.2恒压供水控制系统的基本控制策略41.3恒压供水系统特点41.4恒压供水的应用领域5第二章 恒压供水系统所需要的器件62.1可编程控制器62.1.2可编程控制器的组成62.1.3可编程控制器的工作原理72.1.4 可编程控制器的特点72.2变频器72.2.1变频器的简介7
7、2.2.2 变频器的基本组成82.2.4变频器的特点92.2.5 变频器关键参数的设定102.2.6 变频器的功能102.3PID调节及PID功能指令112.3.1 PID控制原理112.3.2 PID的调节功能122.3.3带PID回路调节器与PLC的控制方式12第三章 恒压供水系统的设计及编程133.1恒压供水系统的工艺过程及控制要求133.1.1 恒压供水系统的工艺过程133.1.2 控制要求133.2恒压供水系统的设计143.2.1控制系统的I/O信号分配143.2.2 电气控制系统原理图15第四章 恒压供水的系统调试及注意事项274.1系统调试274.2注意事项27第五章 总 结28
8、参考文献29致 谢30 第一章 绪论 1.1课题的提出 众所周知,水是生产生活中不可缺少的重要组成部分,生产和生活都离不开水。但如果水源离用水场所较远,就需要管道的运输。而将水送到较远或较高的地方,管道中是需要有一定水压的,水压高了,才能将水输送到远处或较高的楼层。产生水压的设备是水泵,水泵转动的越快,产生的水压越高。 传统的供水方式(包括水箱/水塔供水和气压供水)。水箱/水塔供水称为重力供水,具有供水压力比例恒定和储水的功能。它是由位置高度形成的压力来进行供水的,为此需要建造水塔或将水箱置于建筑物的顶上。但是常常不能满足供水要求,难以满足不断增加的用水需求。同时在屋顶上形成很大的负重,增加了
9、结构面积,也妨碍了美观。此外,屋顶水箱必须高出水面几米,建筑方面较难处理,而且投资周期长。但是,现在的恒压供水应以经济合理,技术先进,供水安全可靠为原则,利用交流变频器可以平滑连续的调节。交流变频器是改变交流电源频率的电力电子设备,输入三相工频交流电后,可以输出频率平滑变化的三相交流电。61.2恒压供水控制系统的基本控制策略 采用电动机调速装置与可编程控制器(PLC)构成控制系统,进行优化控制泵组的调速运行,并自动调整泵组的运行台数,完成供水压力的闭环控制,在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力,系统设 定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较
10、,其差值输入CPU运算处理后,发出控制指令,控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速,从而达到压力稳定在设定的压力值。目前自动恒压供水系统应用的电动机调速装置均采用交流变频技术,而系统的控制装置采用PLC控制器或专用的供水控制系统。因PLC不仅可实现泵组、阀门的逻辑控制,并可完成系统的数字PID调节功能,可对系统中的各种运行参数、控制点的实时监控,并完成系统运行工况的CRT画面显示、故障报警及打印报表等功能,所以在一些高标准控制系统中被广泛使用。8在市政供水管网中:自动恒压供水系统具有标准的通讯接口,可与城市供水系统的上位机联网,实现城区供水系统的优化控制,为城市供水系统提供了现代化的调
11、度、管理、监控及经济运行的手段。随着城市建设规模的不断扩大和生活水平的提高,加上居住小区推行一户一表供水以后,对市政管网供水的可靠性(压力、流量)要求越来越高,各种分散或集中加压设施也逐渐增多。11.3恒压供水系统特点 1、节电:优化的节能控制软件,使水泵实现最大限度地节能运行;2、节水:根据实际用水情况设定管网压力,自动控制水泵出水量,减少了水的跑、漏现象;3、 运行可靠:由变频器实现泵的软起动,使水泵实现由工频到变频的无冲击切换,防止管网冲击、避免管网压力超限,管道破裂。4、 联网功能:采用全中文工控组态软件,实时监控各个站点,如电机的电压、电流、工作频率、管网压力及流量等。并且能够累积每
12、个站点的用电量,累积每台泵的出水量,同时提供各种形式的打印报表,以便分析统计。5、 控制灵活:分段供水,定时供水,手动选择工作方式。46、 自我保护功能完善:如某台泵出现故障,主动向上位机发出报警信息,同时启动备用泵,以维持供水平衡。万一自控系统出现故障,用户可以直接操作手动系统,以保护供水。1.4恒压供水的应用领域 1、 自来水供水、生活小区及消防供水系统,亦可用于热水供应、恒压喷淋等系统。 2、 工业企业生活、生产供水系统及工厂其它需恒压控制领域(如空压机系统的恒压供气、恒压供风)。各种场合的恒压、变压控制,冷却水和循环供水系统。 3、 污水泵站、污水处理及污水提升系统。 4、 农业排灌、
13、园林喷淋、水景和音乐喷泉系统。 5、 宾馆、大型公共建筑供水及消防系统。 第2章 恒压供水系统所需要的器件2.1可编程控制器2.1.1 可编程控制器的定义 可编程控制器(Programmable logic Controller,简称PLC)是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会(International Electrical Committee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通
14、过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。2.1.2可编程控制器的组成 可编程控制器一般由微处理器(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出接口(I/O)、编码器及电源等部分组成。 图2-1可编程控制器的基本结构框图2.1.3可编程控制器的工作原理1. PLC的工作方式PLC采用反复循环的顺序扫描工作方式,整个扫描过程可分为上电处理、自诊断处理、通信服务和程序扫描四个环节。2.PLC的工作过程PLC的工作过程可以分为三个阶段,即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。2 输入采样
15、阶段 在程序执行之前,PLC将所有输入信号的状态(开或关、即1或0)读入到输入映像寄存器中,这称为对输入信号的采样,即输入刷新。接着转入程序执行阶段,在程序执行期间,即使输入信号的变化,输入映像寄存器的内容也不会改变,输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重心读入。 程序执行阶段 PLC在程序执行阶段,总是按从左到右,自上而下的顺序对每条指令进行扫描。每执行一条指令时,所需要的输入元件状态或其他元件的状态分别由输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出,而将程序执行结果随时写入到元件映像寄存器中,所以元件映像寄存器中的内容是随程序执行的过程变化的。 输出刷新阶段 整个程序执行完毕,将元
16、件映像寄存器中所有输出元件的ON/OFF状态转存到输出锁存寄存器,再驱动用户输出设备(负载),这才是PLC的实际输出。注意,输入映像寄存器在采样时刷新;元件映像寄存器进行实行刷新;输出端子的通/断由输出锁存器决定。 2.1.4 可编程控制器的特点1. 可靠性高,抗干扰能力强2. 通用性强,使用方便3. 功能强,适用面广4. 编程简单,容易掌握5. 体积小、重量轻、功耗小2.2变频器 2.2.1变频器的简介变频器(Variable-frequency Drive,缩写:VFD),也称为变频驱动器或驱动控制器,可译作Inverter(和逆变器的英文相同)。变频器是可调速驱动系统的一种,是应用变频驱
17、动技术改变交流电动机工作电压的频率和幅度,来平滑控制交流电动机速度及转矩,最常见的是输入及输出都是交流电的交流/交流转换器。 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置,能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。 变频器的应用范围很广,从小型家电到大型的矿场研磨机及压缩机。全球约1/3的能量是消耗在驱动定速离心泵、风扇及压缩机的电动机上,而变频器的市场渗透率仍不算高。能源效率的显著提升是使用变频器的主要原因之一。 变频器技术和电力电子有密切关系,包括半导体切换元件、变频器拓扑、控制及模拟技术、以及控制硬件及固
18、件的进步等。 2.2.2 变频器的基本组成变频器通常分为4部分:整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。整流单元:将工作频率固定的交流电转换为直流电。 高容量电容:存储转换后的电能。 逆变器:由大功率开关晶体管阵列组成电子开关,将直流电转化成不同频率、宽 度、幅度的方波。 控制器:按设定的程序工作,控制输出方波的幅度与脉宽,使叠加为近似正弦波的交流电,驱动交流电动机。2.2.3 变频器的工作原理 主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分,变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器,直流回路的滤波是电容。11电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器,其直流回
19、路滤波是电感。 它由三部分构成,将工频电源变换为直流功率的“整流器”,吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”,以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。 图22变频器工作原理图水泵电机多采用三相异步电动机,而其转速公式为: 式 (2.1) 式中:f表示电源频率,p表示电动机极对数,s表示转差率。从上式可知,三相异步电动机的调速方法有:(l) 改变电源频率(2) 改变电机极对数(3) 改变转差率 由式 (2.1) 可知,转速 n 与频率 f 成正比,只要改变频率 f 即可改变电动机的转速,当频率 f 在 0 50Hz 的范围内变化时,电动机转速调节范围非常宽。连续调节电源频率,就可以平
20、滑地改变电动机的转速。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的,是一种理想的高效率、高性能的调速手段。但是,单一地调节电源频率,将导致电机运行性能恶化。随着电力电子技术的发展,已出现了各种性能良好、工作可靠的变频调速电源装置,它们促进了变频调速的广泛应用。 改变电机极对数调速的调控方式控制简单,投资省,节能效果显著,效率高,但需要专门的变极电机,是有级调速,而且级差比较大,即变速时转速变化较大,转矩也变化大,因此只适用于特定转速的生产机器。改变转差率调速为了保证其较大的调速范围一般采用串级调速的方式,其最大优点是它可以回收转差功率,节能效果好,且调速性能也好,但由于线路过于复杂,增加了中
21、间环节的电能损耗,且成本高而影响它的推广价值。2.2.4变频器的特点变频器具有过压、欠压、过流、过载、短路、失速等自动保护功能。能实现电机软起动,减小电气和机械冲击噪音,延长设备使用寿命。变频恒压供水系统主要有以下几个特点:(1)节能:变频调速恒压供水设备使整个供水系统始终保持最优工作状态节电率可达35%60% ,这一特点已被广大用户所认识并带来效益(2)占地面积小,投人少,效率高:设备结构紧凑占地面积少维护方便维护费用低投资省安装快如仅供几栋居民楼生活用水的小型供水设备在楼梯间楼梯下几平方米的地方即可安装。(3)配置灵活,功能齐全,自动化程度高。(4)由于变频恒压调速直接从水源供水,减少了原
22、有供水方式的二次污染,大大降低水质污染的可能性:众所周知南方气候炎热潮湿细菌和微生物极易繁殖和滋生尤其是高位水箱很容易生红虫必须定期清洗改用变频调速恒压供水设备后只需一个低位水箱原来也有将水质污染降到最低限度。(5)通过通信控制,可以实现无人值守,节省了人力物力。2.2.5 变频器关键参数的设定Pr.79是操作模式选择,变频器的操作模式可以用外部信号操作,也可以用PU(旋钮、RUN键)操作。任何一种操作模式都可固定或组合使用。我们恒压系统采用了“2”只能执行外部操作。Pr.1 上限频率设置成50Hz。Pr.2 下限频率设置成25Hz。Pr.7 加速时间设置成3s。Pr.8 减速时间设置成3s。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 供水 PLC 控制系统 设计 毕业设计 论文
链接地址:https://www.31doc.com/p-2067898.html