论文总字数：19830字

摘 要

本论文根据现在国内恒压供水系统中存在的几个比较突出的自动化程度低、稳定性差以及耗能多等问题，设计了一个基于PLC的变频调速恒压供水系统。该系统采用西门子PLC300作为控制中心，完成PID闭环运算、多泵上下行切换、显示和报警功能；由变频器无极调速方式自动调节水泵转速，达到恒压供水的目的；使用WINCC7.0组态软件实现系统实时监控，确保运行状态显示及数据、报警的查询。

关键词：变频调速，恒压供水，PLC，组态软件，PID

PLC300 control design based on circulating water station

ABSTRACT

In this paper, under the current low level of domestic water supply systems in several of the more prominent presence of automation, poor stability and energy of many other issues, the design of a PLC-based frequency control water supply system. The system uses Siemens PLC300 as the control center, the completion of PID closed-loop operation, multi-pump down the line switch, display and alarm function. By the inverter automatically adjust the pump speed stepless manner to achieve the purpose of water supply. WINCC7.0 configuration software systems using real-time monitoring to ensure operational status and data display, alarm query.

Keywords: frequency control, water supply, PC, configuration software, PID

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 III

第一章 引言 1

1.1论文选题的背景与意义 1

1.2国内外现状和发展趋势 1

1.3 PLC概述 2

1.3.1 PLC的发展和应用 2

1.3.2 西门子S7-300PLC简介 3

1.4本文主要研究内容 4

第二章 恒压供水系统设计方案 5

2.1 变频恒压供水系统的理论分析 5

2.1.1 电动机的调速原理 5

2.1.2 变频恒压供水系统的节能原理 5

2.2 变频恒压供水系统控制方案的确定 6

2.2.1恒压供水系统控制流程 7

2.2.2 变频恒压供水系统的泵组工作过程 7

第三章 恒压供水系统硬件设计 8

3.1 主要设备的选型 8

3.1.1 PLC的选型 8

3.1.2 变频器的选型 8

3.1.3 水泵组的选型 8

3.1.4 液位变送器选型 9

3.2系统主电路设计 9

3.2.1 系统控制流程 10

3.3 PLC300的I/O端口分配及外围接线图 11

3.3.1 I/O端口的分配 11

3.3.2 恒压控制系统的外围接线图 14

第四章 恒压供水系统软件设计 15

4.1 系统软件设计及分析 15

4.2 PLC程序设计 16

4.3 PID控制及其算法 19

4.3.1 PID控制器简介 19

4.3.1 PID控制算法 20

第五章 WINCC监控系统的设计 21

5.1 组态软件简介 21

5.2 监控系统的设计 21

5.2.1 变量建立与组态 21

5.2.2 画面组态 23

5.2.3 在线仿真与调试 25

5.2.4 在WINCC中实现最终的仿真效果 26

第六章 总结 28

参考文献 29

致谢 30

附录一：wincc仿真图 31

附录二：主要功能梯形图 35

第一章 引言

1.1论文选题的背景与意义

水和电是人类生活、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源短缺的国家。但是，传统的供水方式都不同程度的存在浪费水资源、电力资源、效率低、稳定性差、自动化程度不高等缺点，严重影响了居民和工业用水。循环恒压供水控制系统存在的问题有：耦合度高，管网复杂，手动阀门难以保证冷却终端之间水力平衡，不能根据终端需求进行水量合理充分的输配；循环水泵一般是工频或恒压变频运行，现场通过手动阀门调节常造成阀门处在大阻尼工作点，使得管网能量消耗过大^[1]；没有根据现场工况变化、对循环水泵开机台数、运行效率和供水量进行节能优化控制，导致能耗增加。

目前的供水方式都向高效节能、自动可靠的方向发展，变频调速技术以其显着的节能效果和稳定可靠的控制方式，在风机、水泵等高能耗设备上广泛应用，特别是在城乡工业用水的各级加压系统，居民生活用水的恒压供水系统中，变频调速水泵节能效果尤为突出，其优越性表现在：一是节能显著，自动化程度高；二是在开、停机时能减小电流对电网的冲击以及供水水压对管网系统的冲击；三是能减小水泵、电机自身的机械冲击损耗^[2]。

所以，基于PLC和变频技术的恒压供水系统集变频技术、电气技术、可编程控制技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和实用性，同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能等方面具有重要的现实意义。

1.2国内外现状和发展趋势

自动变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的一门技术。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起动控制以及制动控制、压频比控制以及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制^[3]。随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器，像日本Samco公司，就推出了恒压供水基板，备有“变频泵固定方式”、“变频泵循环方式”两种模式它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多7台电机(泵)的供水系统。这类设备虽微化了电路结构，降低了设备成本，但其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，与别的监控系统(如BA系统)和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，因此在实际使用时其范围将会受到限制^[4]。

目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器(PLC)及相应的软件予以实现；有的采用单片机及相应的软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求。原深圳华为电气公司和成都希望集团也推出了恒压供水专用变频器(5.5kw~22kw)，可完成最多4台水泵的循环切换、定时起、停和定时循环。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现，但所有输出接口限制了带负载容量，同时操作不简便，因此只适用于小容量，控制要求不高的供水场所^[5]。可以看出，目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性(EMC)的变频恒压供水系统的水压闭环控制研究得不够。因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践。

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