论文总字数：20102字

摘 要

随着人们生活水平的提高,人们对于供水的要求也变得很高很高。本论文设计是依据社区的供水需求，设计了一套基于PLC的变频调速恒压供水系统。这个系统由变频器、水泵、可编程控制器(附带PID控制)、压力传感器等形成。

这个系统有四台水泵，这四台水泵组成变频循环方式。采取变频器对四个水泵电机的变频调速。水管的压力是用压力传感器来检测并传PLC与设定值,这两个值对比后来PID运算，从而控制变频器的输出电压和频。进而调节水泵电机转速来改变水泵的供水量，最后实现管网的压力稳定在设定值上。

关键词：变频调速 恒压供水 PLC

the constant pressure water supply system

design based on PLC

Abstract

As people living standard rise, people also put forward high demand to the requirement of water supply. Design is based on community water supply demand, this paper designed a set of frequency conversion velocity modulation constant pressure water supply system based on PLC. Variable frequency constant pressure water supply system by frequency converter, water pump, PLC, pressure sensor, etc.

This system has four pumps, four pumps of frequency conversion circulation way. Adopt inverter of four water pump motor frequency control of motor speed. The pressure of the pipe pressure sensor is used to detect and PLC and set data, contrast the two values then PID arithmetic, so as to control the inverter output voltage and frequency, and then adjust the water pump motor speed to change water pump of water supply, finally realizes the pipe network pressure stable on the set value.

Keywords: Variable frequency speed-regulating; Constant-pressure water supply; PLC

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1选题的目的和意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3几种常用供水系统的控制方案 2

1.4本设计特点及主要内容 3

第二章 系统的理论分析及控制方案确定 4

2.1电动机的理论分析 4

2.2 变频恒压供水的节能原理 4

2.3 变频恒压供水系统控制方案的确定 6

2.3.1变频恒压供水系统的组成 6

2.3.2变频恒压供水的工作原理 7

2.3.3变频恒压供水系统控制流程 8

2.3.4水泵切换条件分析 9

2.6本章小结 10

第三章 系统的硬件设计 11

3.1 系统主要设备的选型 11

3.1.1 PLC的概述 12

3.1.2西门子S7-200系列PLC简介 12

3.1.3 PLC及其扩展模块的选型 12

3.1.4 变频器的选型 13

3.1.5 水泵机组的选型 14

3.1.6 压力变送器的选型 14

3.1.7 液位变送器选型 14

3.2 系统主电路分析及其设计 15

3.3 系统控制电路分析及其设计 16

3.4 本章小结 18

第四章 系统软件设计 19

4.1 系统的I/0口地址及相关的元件功能设置 19

4.2 PID控制其控制算法 21

4.2.1 PID控制算法 21

4.2.2 PID参数整定 23

4.3系统的程序流程图 25

4.4本章小结 26

第五章 系统的程序 27

5.1 系统的程序 27

5.2 本章小结 30

第六章组态软件设计 31

6.1 组态王的参数设置 31

6.2 组态变量和画面 32

结束语 35

参考文献 36

致谢 38

附录 39

第一章 绪论

1.1选题的目的和意义

长期以来我们国家在供水系统方面的技术在外国的技术的后面.如小区的供水系统、工业的供水系统^[1]。表现在不能很好的控制水管的压力，在早上和夜晚5~6点时，人们的用水量很高，同时导致了水管的压力不够，供水量比需求量小。而在其他时间，人们的用水量低，水管压力高，但是水泵还在保持原来的工作状态，这样容易使得出现电能的浪费。以前用开启或关闭电机的方法和用水塔进行二次供水的方法。开启或关闭电机这种方法需要耗很多电，对于电机来说很容易坏。用水塔进行二次供水这种方法需要大的空间，容易出现污染。而智能恒压供水系统的不需要一直开启或关闭水泵电机，是用软启动的方法^[2]，同样的也需要很大的空间，不会导致第二次的污染。这种的系统凭借着低能耗、占地小、很可靠等被市场得到认可，有着广大的发展空间^[3]。

变频调速是国际上公认具有最高的效益、最有发展前景、超高的性能、广泛应用的调速技术。它也是一种比以往任何调速方法更加有优势的技术^[4]。该系统为了具有超高的效率、很大的范围和精确度超高等特征，选用了电机调节速度、微机进行控制和电力电子技术^[5]。该系统具有以变频器为核心同时加上PLC的控制系统，从而有组合简单、操作方便、抗干扰能力强等特点。用变频恒压供水系统能明显改善供水系统的可靠性和可稳定性，使供水的监控和管理变得简单^[6]。该系统根据水管的压力不断的变化来调节变频器的频率从而控制水泵中的电机转速，既能保证人们正常的生活和工业用水，同时也能节约资源，对于能源短缺的现在是非常好的一个方式^[7]。

1.2国内外研究现状

随着变频调速不断改善，智能恒压供水也发展了。很早时，由于以前变频器的作用非常有限如正反转控制。变频器只是一种执行机构，除此以外还有压力控制器以及压力传感器。这样能随时的监控管网的压力，同时这几个器件组成了一个闭环回路。从我查阅的资料来看，更早之前的变频器只能一个变频器控制一个水泵电机^[8]。但是在1968年，第一个变频器是由一家丹麦的公司发明出来的。而施耐德公司是来自法国发明了恒压供水基板，自带有PID调节器以及可编程控制器^[9]。

现在，国内很多公司也在做这个工程，有的结合了PLC和相应的软件，还有的是用单片机，同时很多的厂用的都是来自国外的变频器，但是在抗干扰性能、稳定性能方面还没有达到很好的地步。国内也有一些公司推出自己的变频器。这些变频器还没有达到像国外的变频器那样（1个变频器控制7台水泵电机），最多只能达到1对4。

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