应用PLC、变频器为核心组成的交流变频调速系统来实现消防和生活双恒.docx

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1、双恒压无塔供水的PLC电气控制摘 要以湖南机电职业技术学院的恒压供水系统为例，通过传统供水系统的控制方式与现代的相比较，根据现代社会的发展对供水系统所提出的新要求，详细介绍了应用PLC、变频器为核心组成的交流变频调速系统来实现消防和生活双恒压供水的方法。包括系统设计背景、系统工艺、工作原理、软件和硬件的选取与实现、PLC主要设计流程、运用组态软件进行人机界面（HMI）的设计等。该系统能够实现生活消防双恒压供水，能够进行人机对话，能够实现无人值守全自动运行，具有良好的经济价值和实用性。 关键词：PLC，变频器，组态软件目录第1章 绪论11.1 恒压供水概况11.1.1 恒压供水系统的产生背景11

2、.1.2 恒压供水的现状11.1.3 恒压供水的现实意义及发展21.2 毕业设计任务书3第2章 系统工作原理和总体方案设计52.1 系统介绍52.1.1 系统的组成52.1.2 系统的特点62.1.3 系统的工作原理62.1.4 系统的控制原理72.2 水泵机组的循环切换72.3 硬件的配置与选型82.3.1 PLC的配置与选型82.3.2 变频器的配置与选型92.3.3 软起动器的配置与选型102.3.4 压力变送器的配置与选型102.3.5 人机界面的配置与选型112.4 主电路设计122.5 控制电路设计142.6 变频器控制电路接线图和参数设定16第3章 软件设计173.1 软件的选取

3、173.2 程序设计173.3 程序功能图的设计17总 结19致 谢21参考文献22附录一 程序语句表23附录二 材料清单28附录三 变频器内部PID调节器构成图与控制电路接线图29第1章 绪论 1.1 恒压供水概况 1.1.1 恒压供水系统的产生背景水是人类最宝贵的资源，是人类生存的基本条件，又是国民经济的生命线，传统的供水方式是采用水塔或高位水箱以及气压供水，一般规定城市管网的水压只保证6层以下楼房的用水，其余上部各层均须 “提升”水压才能满足用水要求。而水塔、高位水箱，或气压罐式增压设备，它们都必须由水泵以高出实际用水高度的压力来“提升”水量，其结果增大了水泵的轴功率和能量损耗。在使用这

4、些传统的供水方式，不但容易造成水的二次污染，影响居民健康；而且供水的可靠性得不到确切的保障，影响居民的日常生活。在设备的投资以及运行上的费用都比较高。日常的生活用水量随季节、昼夜、上下班的时间不同而有较大变化，因而经常出现供水用水的不平衡，主要表现在水压上，用水多而供水少则水压低，用水少而供水多则水压高。这样造成大量能源的浪费，降低了效益。另外，随着安全意识的增强，国家在对各种建筑物的规划设计中，要求供水系统有消防控制功能，而消防用的水压与生活供水的压力不同，要求在出现火情时增大水压灭火。因此开发可靠性高，控制性能好的恒压供水自动控制系统具有现实应用价值。1.1.2 恒压供水的现状湖南机电职业

5、技术学院的1号和2号供水系统都是采用的恒压供水系统，实现了全自动运行，实时监控，以及友好的人机操作界面等。自系统投入使用以来，供水的可靠性和系统的稳定性都很高，节能显著，投资见效快。为我院师生的日常生活用水提供了保障。生活用水与人们息息相关，随着城市规划的完善，越来越多的居民小区供水采用恒压自动控制。另一方面，随着变频技术的推广，泵类专用变频器在恒压供水系统已有了广泛应用为了提高供水质量，保证充足的水量供应和稳定的水压，采用多台水泵构成恒压供水控制系统的应用场合越来越多，例如在大型商场、宾馆及城市化小区等地方。自从通用变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速恒压供水设备

6、以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着非常重要的意义。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，因PLC不仅可实现泵组、阀门的逻辑控制，可完成系统的数

7、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。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度、管理、监控几经济运行的手段。1.1.3 恒压供水的现实意义及发展近年来我国中小城市发展迅速，集中用水量急剧增加。据统计，从1990年到1998年，我国人均日生活用水量（包括城市公共设施等非生产用水）有175.7升增加到241.1升，增长了37.2%，与此同时我国城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。在用水量高峰期时供水量普遍不足，造成城市公用管网水

8、压浮动较大。由于每天不同时段用水对供水压力的要求变化较大，仅仅靠供水厂值班人员依据经验进行人工手动调节很难及时有效的达到目的。这种情况造成用水高峰期时供水压力不足，用水低峰期时供水压力过高，不仅十分浪费能源而且存在事故隐患（例如压力过高容易造成爆管事故）。供水厂希望通过对原有系统的技术改造，提高生产过程的自动化水平。并在此基础之上配备相应的系统管理软件，改变传统的落后管理方式，使管理工作规范化，提高水厂的业务管理水平。由于水厂原有的供水控制系统是一个完全依靠值班人员手动控制的系统，所以对该系统技术改造的要求是在原有系统的基础进行，设计一套取水和供水的自动控制系统，克服由于采用单纯手动控制系统进

9、行控制带来的控制不方便、控制系统对供水管网中压力和水位变化反应迟钝的问题，降低能源消耗和资源浪费，提高设备的可维护性和运行的可靠性，以达到降低自来水的生产成本和提高生产管理水平的目的。在相当比较大规模的工业生产供水系统，变频调速恒压供水有它自身的特点：1.供水量在短时间内（一天时间内）变化大，这种变化在几个小时内甚至是几倍或上十倍。2.对供水压力的要求比较严格，供水的压力随供水的流量的变化而变化，甚至少量的水消耗都需要一定的管道压力。3.一般情况下，供水系统的水流量受到水消耗量的控制，而水流量又是通过供水水泵的输出来提供的。从上即可结论：以变频器为主体构成的恒压供水系统不仅能够最大程度满足需要

10、，也提高整个系统的效率，延长系统寿命、节约能源、而且能够构成复杂的功能强大的供水系统。新型供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。恒压供水调速系统的这些优越性，引起国内几乎所有供水设备厂家的高度重视，并不断投入开发、生产这一高新技术产品。目前该产品正向着高可靠性、全数字微机控制，多品种系列化的方向发展。追求高度智能化，系列标准化是未来供水设备的适应城镇建设成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。1.2 毕业设计任务书湖南机电职业技术学院 毕业设计

11、（论文）任务书 系 专业班级 姓名 课题名称： 双恒压无塔供水的PLC电气控制 毕业设计（论文）起止日期 指导老师 孙圣志、杨翠明 毕业设计（论文）具体要求：本课题综合了PLC在多方面的应用，既有开关量I/O，也有模拟量I/O；既有PID调节的典型使用，又有复杂的逻辑控制。另外，本课题还使用了变频器和电动机软启动控制。设计要求的内容：1.工艺过程随着社会的发展和进步，城市高层建筑的供水问题日益突出，一方面要求提高供水质量，不要因为压力的波动造成供水障碍；另一方面要求保证供水的可靠性和安全性，在发生火灾时能够可靠地供水。针对这两方面的要求，新的供水方式和控制系统应运而生，这就是PLC控制的恒压无

12、塔供水系统。恒压供水包括生活用水的恒压控制和消防用水的恒压控制-即使双恒压系统。恒压供水保证了供水的质量，以PLC为主机的控制系统丰富了系统的控制功能，提高了系统的可靠性。下面以一个三泵，生活、消防双恒压无塔供水系统为例来说明其工艺过程（已做过简化）。如图1所示，市网来水，用高低水位控制器EQ来控制注水阀YV1，他们自动把水注满储水水池，只要水位低于高水位，则自动往水箱中注水。水池的高/低水位信号也接送给PLC，作为低水位报警用，为了保证供水的连续性，水位上下限传感器高低距离不是相差很大.生活用水和消防用水共用三台泵,平时电磁阀YV2处于失电状态,关闭消防管道网,三台泵根据生活用水的多少,按一

13、定的控制逻辑运行,使生活供水在恒压状态下进行；当有火灾发生时,电磁阀YV2得电,关闭生活供水管网,三台泵供消防用水使用,并根据用水量的大小,使消防供水也在恒压状态下进行。火灾结束后，三台泵再改为生活供水使用。 系统控制要求对三台生活/消防双恒压供水系统的基本要求是：1生活供水时系统低恒压值运行，消防用水时系统高恒压值运行；2三台泵根据恒压的需要，采取“先开先停”的原则接入和退出；3在用水量小的情况下，如果一台泵连续运行时间超过3h，则要切换到下一台泵，即系统具有“倒泵功能”，避免某一台泵工作时间过长；4三台泵在启动时要有软启动功能；5要具有完善的报警功能；6对泵的操作要有手动控制功能。手动只在

14、应急或检修时使用。毕业设计（论文）进度要求：第一周：完成系统电路的设计并用电脑绘制系统电原理图。 第二周：选择电路所需电子元器件型号并绘制PCB图。第三周、第四周：硬件初步设计与算法设计硬件电路图初步设计。第五周、第六周：硬件电路的确定与设计，软件程序的编写。第七周：对编写的程序进行调试。第八周：整理编写设计论文，准备答辩。系部审定意见： 系主任签名： 年 月 日注：任务书由指导老师填写，经系部审批以后，在毕业实习前一个月下达给学生。学生按毕业设计（论文）任务指导书或（论文）纲要认真进行。 本表一式三份。系部、指导老师、学生各一份。第2章 系统工作原理和总体方案设计 2.1 系统介绍2.1.1

15、 系统的组成双恒压无塔供水系统的构成框图如图2.1所示。它主要由PLC、变频器、软起动器、压力变送器、液位传感器、水泵机组和人机界面等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。图2.1 系统组成框图通过安装在总出水管网上的压力变送器，把出口压力信号变成420mA标准信号送入变频器内置的PID调节器，经PID运算与给定压力参数进行比较，得到420mA参数，420mA信号送至变频器。控制系统由变频器控制水泵的转速以调节供水量，根据用水量的不同，变频器调节水泵的转速不同、工作频率也就不同，在变频器设置中设定一个上限频率和下限频率检测，当用水量大时，变频器迅速上升到上限

16、频率，此时，变频器输出一个开关信号给PLC；当用水处于低峰时，变频器输出达到下限频率，变频器也输出一个开关信号给PLC；两个信号不会同时产生。当产生任何一个信号时，信号即反馈给PLC，PLC通过设定的内部程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组，以此协调投入工作的水泵电机台数，并完成电机的启停、变频与工频的切换。通过调整投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使系统管网的工作压力始终稳定，进而达到恒压供水的目的。通过人机界面可以实现人机对话，可以在线显示系统的相关参数并进行修改和设置，实现了实时监控。2.1.2 系统的特点节能，可以实现节电20%-30%，能实现绿色用电

17、。占地面积小，投入少，效率高。配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。运行合理，由于是软起和软停，不但可以消除水锤效应，而且电机轴上的平均扭矩和磨损减小，减少了维修量和维修费用，并且水泵的寿命大大提高。由于变频恒压供水直接从水源供水，减少了原有供水方式的二次污染，防止了很多传染疾病的传染源头。通过通信控制，可以实现无人值守，节约了人力物力。可以实现生活/消防双恒压供水。2.1.3 系统的工作原理该系统有手动和自动两种运行方式，以及停水模式。 手动方式时，按下按钮启动和停止水泵，可根据需要分别控制1#3#泵的启停，该方式主要供设备调试、自动有故障和检修时使用。 自动运行时，首先由1#水泵变频

18、运行，变频器输出频率从0HZ上升，同时PID调节器把接收的信号与给定压力比较运算后送给变频器控制。如压力不够，则频率上升到50HZ，变频器输出一个上限频率到达信号给PLC，PLC接收到信号后经延时，1泵变频迅速切换为工频，2泵变频启动，若压力仍达不到设定压力，则2泵由变频切换成工频，3泵变频启动；剩下的水泵启动依此类推，直到压力达到给定值为止。如用水量减少，PLC控制从先起动的泵开始切除，同时根据PID调节参数使系统平稳运行，始终保持管网压力。若有电源瞬时停电的情况，则系统停机，待电源恢复正常后，系统自动恢复到初始状态开始运行。变频自动功能是该系统最基本的功能，系统自动完成对多台泵的启动、停止

19、、循环变频的全部操作过程。2.1.4 系统的控制原理通过安装在总出水管网上的压力变送器，把出口压力信号变成420mA标准信号送入变频器内置的PID调节器，经PID运算与给定压力参数进行比较，得到420mA参数，420mA信号送至变频器。控制系统由变频器控制水泵的转速以调节供水量，根据用水量的不同，变频器调节水泵的转速不同、工作频率也就不同，在变频器设置中设定一个上限频率和下限频率检测，当用水量大时，变频器迅速上升到上限频率，此时，变频器输出一个开关信号给PLC；当用水处于低峰时，变频器输出达到下限频率，变频器也输出一个开关信号给PLC；两个信号不会同时产生。当产生任何一个信号时，信号即反馈给P

20、LC，PLC通过设定的内部程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组，以此协调投入工作的水泵电机台数，并完成电机的启停、变频与工频的切换。通过调整投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使系统管网的工作压力始终稳定，进而达到恒压供水的目的。2.2 水泵机组的循环切换开始工作时，1#泵变频启动，泵的转速随变频器输出频率的上升而逐渐升高，如变频器的频率达到50HZ而此时水压还未达到设定值，变频器检测到上限频率并输出一个开关信号给PLC，延时一段时间后， 1泵解除变频器运行信号，频率降为0HZ，并迅速切换至工频运行，然后2泵变频启动，若压力仍未达到，则2泵切换至工频，3泵变频启

21、动，在运行中始终保持一台泵变频运行，当压力达到设定值时变频输出将为0HZ，同时变频器输出一个下限频率信号至PLC，由PLC决定切除1工频泵，此时由一台工频泵和一台变频泵运行，如果此时压力达到设定值，变频器的输出为0HZ，同时输出下限信号给PLC，PLC解除2工频泵，只由3泵变频运行来维持管网压力。当压力下降，变频器频率升至50HZ输出信号，延时后3泵切换为工频，1泵变频启动，若压力仍不满足则1变切换为1工，2泵变频运行，如果压力仍达不到，2变切换为2工，启动3变，三台泵同时工作以保证供水要求。切换示意图如图2.2所示。这样的切换过程有效地减少泵的频繁起停，同时在实际管网对水压波动做出反应之前，

22、由变频器迅速调节，使水压平稳过渡，从而有效的避免了高楼用户短时间停水的情况发生。图2.2 泵组切换示意图2.3 硬件的配置与选型2.3.1 PLC的配置与选型SIMATIC S7-200 可编程序控制器是模块化中小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用；大范围的各种功能模块可以非常好的满足和适应自动控制任务，各种单独的模块之泛组合以用于扩展；简单实用的分散式结构和多界面网络能力，使得应用十分灵活；方便用户和简易的无风扇设计；当控制任务增加时，可以自由扩展；大范围的集成功能使得它的功能非常强劲。多种的性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适的

23、模块。当任务规模扩大，可随时使用附加模块对PLC进行扩展。 根据对该系统的分析，系统的开关量输入点8个，开关量输出点12个，如果选用西门子S7-200系列的PLC，CPU224（14个输入点/10个输出点）也需要拓展模块，根据我们的实际情况和当前市场报价，我们选用西门子S7-200系列CPU226的PLC。2.3.2 变频器的配置与选型选用ABB公司生产的ACS-510泵和风机类负载专用变频器，它的设计包含着尖端的能源优化技术，可明显减少因局部负载引起的电机损耗和噪音。此技术可用于多达7个并联泵用电机的调速控制，并实现低谐波，低辐射，和低噪音。主要性能完美匹配风机水泵： 增强的PFC应用：最多

24、可控制7（16）个泵；能切换更多的泵 SPFC：循环软起功能；可依次调节每个泵 多点U/F曲线：可自由定义5点U/F曲线；可灵活广泛的应用 超越模式：应用于隧道风机的火灾模式； 应用于紧急情况下 PID调节器：两个独立的内置PID控制器：PID1和PID2，PID1可设置两套参数；通过PID2可控制一个独立的外部阀门更经济： 直觉特性：噪音最优化，当传动温度降低时增加开关频率，可控的冷却风机，仅在需要时启动；可随机分布开关频率，从而降低噪音，极大改善了电机噪音，降低传动噪音并提高功效磁通优化：负载降低时自动降低电机磁通；极大地降低能耗和噪音连接性：简单安装，可并排安装，容易连接电缆，通过多种I

25、/O连接和即插式可选件方便地连接到现场总线系统上；减少安装时间，节约安装空间，可靠的电缆连接更环保：EMC：适用于第一及第二环境的RFI滤波器为标配；不需要额外的外部滤波器电抗器：变感电抗器：根据不同的负载匹配电感量，因此抑制和减少谐波；降低总谐波其它：高级控制盘：2个功能键，功能随状态不同而改变，内置帮助键，已修改的参数列表；容易配置和调试，快速启动，快速进入参数现场总线：内置RS485接口，使用Modbus协议，即插式现场总线模块作为可选件；降低了成本。2.3.3 软起动器的配置与选型为了防止手动启动时电流过大损坏电机和水锤效应，在控制系统中必须安装软起动器，根据实际情况，我们这里需用AB

26、B PSS系列的软起动器。ABB软起动器的主要控制功能ABB软起动器在使用中可以进行以下主要工作：1、起动时升压时间的设定和控制 PSS型软起动器的起动时升压时间设定范围为：130S；PSD型软起动器的起动时升压时间设定范围为0.560。2、起动时初始电压的设定和控制 PSS型软起动器的起动时初始电压设定范围为：3070电源电压（PSS型软起动器在运用限流功能后，起动时初始电压被固定在40%电源电压。3、限流功能的设定和控制 PSS型软起动器的限流设定范围：1.54倍电机额定电流。4、停止时降压时间的设定和控制 PSS型软起动器的停止时降压时间设定范围为：030S；ABB软起动器在得到停止 信

27、号后，按照设定的降压时间，输出端由电源电压降至初始电压，然后即刻降到零电压。2.3.4 压力变送器的配置与选型根据系统要求和市场报价，我们在这里选用YTZ150系列电位器式远程压力表。该系列压力表适用于一般压力表适用的工作环境场所，既可直观测出压力值，又可输出相应的电信号。将输出的电信号传至远端的二次仪表上，以实现集中检测和远程控制。技术参数： 电阻满量程:0400 起始电阻值:20 满上限电阻值:360 接线端外加电压:6V 2.3.5 人机界面的配置与选型根据实际情况，人机界面我们选择由深圳人机电子有限公司生产的MD204L。MD204L 是一个小型的人机界面，主要与各类PLC（或带通信口

28、的智能控制器）配合使用，以文字或指示灯等形式监视、修改PLC内部寄存器或继电器的数值及状态，从而使操作人员能够地控制机器设备。MD204L可编程文本显示器有以下特点： 通过编辑软件TP200在计算机上制作画面，自由输入汉字及设定PLC地址、使用串口通讯下载画面。通讯协议和画面数据一同下载到显示器，无须PLC编写通讯程序。对应机种广泛，包括西门子、三菱、欧姆龙、松下、施耐德、永宏、LG、AB、台达等主流PLC，包括Modbus RTU、自由通讯等通用协议，以及应用于KINCO伺服驱动的ECOSTEP协议。具有密码保护功能。具有报警列表功能，逐行实时显示当前报警信息。具有可选的具有时钟模块的型号，

29、可以提供实时时钟。20个按键可被定义成功能键，有数值输入小键盘，操作简单，可替代部分控制柜上机械按键。自由选择通讯方式，RS232/RS422/RS485任选。带背景光STN液晶显示，可显示24个英文字符*4行，即12个汉字*4行。显示器前表面符合IP65构造，防水、防油。2.4 主电路设计该系统包括3台水泵电动机M1、M2、M3，功率都为18.5KW。一台ABB ACS-510（1.1-110KW）的变频器，依次控制每台水泵实现循环软启动及转速的调节，实现恒压控制。一台ABB PSS系列的软启动器，在手动运行时，依次控制每台水泵的软起和软停，避免了大电流对系统的冲击，消除了水锤效应，延长了系

30、统的使用寿命。系统具有变频和工频两种运行状态，当变频泵达到水泵额定转速后，如水压在所设定的判断时间内还不能满足恒压值时，系统自动将当前变频泵切换为工频运行状态，并指示下一台为变频泵。主电路图如下所示：见图2.3其中交流接触器1KM2、2KM2、3KM2分别控制M1、M2、M3工频运行，1KM1、2KM1、3KM1变频运行，KM0控制变频器的工作，KM1控制软启动器的工作，并且工频与变频、变频器和软启动器是互锁的。FR1、FR2、FR3分别为三台水泵电机过载保护用的热继电器；QF1、QF2、QF3、QF4、QF5分别为软启动器、变频器和三台水泵电机主电路的隔离开关；FU1和FU2做变频器和软启动

31、器的保护。图2.3 主电路原理图2.5 控制电路设计控制电路（图2.4、图2.5）主要由PLC、继电器线圈和辅助触点、指示灯、转换开关、变频器控制电路等组成，它有手动和自动两种操作方式，其中手动主要用于调试、系统故障和维修时使用，两种操作方式不能同时运行，只能运行一种，它们通过转换开关和中间继电器互锁。由于PLC的输出电流最大为2A，不能直接用来驱动交流接触器，在PLC的每个输出点上接一个单极继电器，将输出信号放大后，再驱动交流接触器。为了防止PLC输出点短路时引起的大电流损坏PLC，在PLC的每个输出点上接一个熔断器，做它的输出短路保护。图中QF7为控制电路的隔离开关，FU3为控制电路的短路

32、保护，SA为手动/自动转换开关，SA打在位置时（和接通）为手动控制状态；打在位置时（和接通）为自动控制状态。手动运行时，可用按钮SB2SB7控制三台水泵电机的启/停和电磁阀YV2的通断；自动运行时，系统在PLC程序控制下运行。FU00FU10为PLC的输出短路保护熔断器，KA0KA10为PLC的输出继电器。HL1、HL3、HL5为水泵电机变频运行指示，HL2、HL4、HL6为水泵电机的工频运行指示，HL7、HL8分别为自动和手动运行指示，HL9、HL10分别为故障报警和火灾报警指示，HA为电铃。 PLC的I/O分配表 输入信号代 码名 称地址编号RO1变频器上限频率到达信号I0.0RO2变频器

33、下限频率到达信号I0.1FA变频器故障信号I0.2SH水池水位上限I0.3SL水池水位下限I0.4XF消防信号I0.5SB0紧急停止按钮I0.6FR1+FR2+FR3热继电器常闭触点I0.7SB1试灯按钮I1.0输出信号代 码 名 称地址编号 1KM1、HL11#泵变频运行接触器及指示灯Q0.01KM2、HL21#泵工频运行接触器及指示灯Q0.12KM1、HL32#泵变频运行接触器及指示灯Q0.22KM2、HL42#泵工频运行接触器及指示灯Q0.33KM1、HL53#泵变频运行接触器及指示灯Q0.43KM2、HL63#泵工频运行接触器及指示灯Q0.5DI1变频器启动Q0.6DI2变频器复位Q0

34、.7YV2生活/消防供水转换电磁阀Q1.0HL9、HA声光报警线圈Q1.1HL10火灾报警指示Q1.2图2.4 PLC的外部接线图图2.5 手动/自动控制电路图2.6 变频器控制电路接线图和参数设定 ABB ACS-510变频器的参数设定参数设定代 码功 能设定值代 码功 能设定值9901LANGUAGE11104REF1 MIN0.0HZ9902APPLIC MACRO11105REF1 MAX50.0HZ1003DIRECTION11610DISPLAY ARAMS01102EXT1/EXT262101STARTFUNCTION11103REF1 SELECT12102STOPFUNCTI

35、ON1ABB ACS-510变频器内部PID调节器构成图与控制电路接线图（见附录三）第3章 软件设计对于一个自动控制系统来说，硬件是基础，软件是灵魂。软件已经成为计算机系统的主体，在很大程度上决定了系统的先进性、可靠性、实用性以及实时性。信息管理及监控软件是一种特殊的软件，它具有如下特点：1要求可靠性特别高。可靠性不仅意味着系统工作的正确性，而且要求系统工作的连续性。例如控制过程不允许中断，系统中各种参数不允许丢失；2要求系统软件实时性强。实时性要求系统能够实时反映监测量并及时做出控制决策，即具有较快的响应速度。3要求软件的使用和维护方便。信息管理及监控软件主要由工程技术人员和操作人员使用，要

36、求系统的使用和维护都很方便。3.1 软件的选取系统程序必须有专门的应用软件来编写，在这里我们选用STEP7-MICRO/WIN32编程软件。STEP7-MICRO/WIN32编程软件的基本功能：编程软件STEP7-MICRO/WIN32的基本功能是协助用户完成PLC应用程序的开发，同时具有设置PLC参数、加密和运行监视等功能。STEP7-MICRO/WIN32编程软件在离线条件下，可以实现程序的输入、编辑、编译等功能。编程软件在联机工作方式（PLC与编程PC相连）可实现上、下载，通讯测试及实时监控等功能。3.2 程序设计本系统运行的关键是PLC程序的合理性、可行性问题。系统程序包括主程序和启动

37、子程序，主程序内包括参与调节程序和电机切换程序；电机切换程序又包括加电机程序和减电机程序。启动程序实际上是清零程序，在PLC上电时，初始化清零。由于采用了变频器内部的PID调节器，我们这里就不需要PLC的模拟量模块了。也不需要采用PLC的PID功能指令了，只需将PLC与变频器用通信电缆连接，实现通信。逻辑运算及变频器复位等放在主程序里。系统初始化的一系列放在子程序中完成，这样可以节省扫描时间。生活供水的给定值为70%，消防供水的给定值为90%。3.3 程序功能图的设计附：程序语句表（详见附录一）程序中使用的元器件列表器件地址功 能器件地址功 能VD104压力给定值M0.0故障结束脉冲信号VB3

38、00变频工作的泵的泵号M0.1泵变频启动脉冲VB301工频运行的泵的总台数M0.3倒泵变频启动脉冲VD310倒泵时间存储器M0.4复位当前变频运行泵脉冲T33工频/变频转换逻辑控制M0.5当前泵工频运行启动脉冲T34工频/变频转换逻辑控制M0.6新泵变频启动脉冲T37工频泵增泵滤波时间控制M2.0泵工频/变频转换逻辑控制T38工频泵减泵滤波时间控制M2.1泵工频/变频转换逻辑控制T39工频/变频转换逻辑控制M2.2泵工频/变频转换逻辑控制M3.0故障信号汇总M3.1水池水位下限故障逻辑总 结本文通过对现代的供水系统及控制方式与传统的相比较，结合现有的已经投入使用的运行系统，介绍了现代供水系统的

39、发展背景，目前的发展状况和今后的发展趋势。详细介绍了系统的组成、工作原理、PLC和变频器在综合系统中的实际应用等。在本次设计中有如下认识和一些体会：1、 在双恒压无塔供水系统中，采用PLC控制的变频调速方式。根据用水量的实际情况，用PLC控制投入电机的台数，用变频器控制水泵电机的转速；通过传感器采集实时信号，并通过屏蔽电缆送到变频器内部的PID调节器进行运算处理，最后调节变频器的输出或向PLC发出信号；通过编写程序实现优化控制，并自动调节泵组的运行台数，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。2、 水泵属于二次方律性质的负载，它的转矩（T）与转速（n）的平方成

40、正比，它的功率（P）与转速（n）的立方成正比。因此，改变水泵电机的转速，就可以改变它的功率。水泵工况的调节是通过变频器来改变电源的频率f来改变电机的转速n，从而改变水泵性能曲线得以实现的。可以看出利用变频调速实现恒压供水，当转速降低时，流量与转速成正比，与恒速泵供水方式中用闸，在一定程度上可以减少能量损耗，减少相关冲击，延长了系统的使用寿命，能够明显节能。但是，水泵转速的工况调节必须限制在一定范围之内，也就是不要使变频器频率下降得过低，避免水泵在低效率段运行。3、 通过对传统供水系统的分析对比，现代的变频调速供水系统有很多传统系统没有的优点和功能，并且实现了能源的优化控制。针对传统控制的缺陷和

41、不足，提出了改进和完善的方法，为进一步的设计改造控制系统提供依据。4、 毕业设计是对我们两年多来所学专业知识一次总结和综合运用，是对我们学习能力的一次综合检验，也是对我们自己的学习能力和综合素质的进一步提升。因此，我对本次毕业设计的定位是从先进性、科学性、可靠性和实用性四个方面出发的，在设计过程中也始终围绕这几个方面去展开。通过对已投入运行系统的现场参观，使我对系统有了深刻的感性认识，为自己的本次设计铺平了道路。在这个过程中，接触到了自己很多没有学过的东西，通过查阅资料和自学，学到了很多实际应用性很强的东西，为自己进一步提升打下了好的基础。5、 毕业设计是一个过程，在这个过程中困难和挫折是不可

42、避免的，在设计中我也遇到了不少困难，刚刚开始也有很多不懂的问题，有时候也搞的心烦，但是最终还是坚持下来了。首先端正自己的态度，以平静的心去面对，不要急于求成；其次，一定要自信，相信自己能够做完做好；再次，认认真真、踏踏实实的去做，只有自己动手去做，动脑去想，对自己的选择负责，才会有真正的收获与进步。6、 本次毕业设计虽然是以团队的形式开展的，但是并没有真正发挥我们的团队优势，没有体现出我们应有的团队精神。虽然我们按照要求完成了设计，但是还存在着一定的局限性。7、 通过设计我又一次体会到了理论和实践的差距。实践是检验理论唯一标准，只有理论联系实际，自己在实践中不断的学习、摸索和总结，才能取得成功

43、。致 谢我的大学学习和生活也快要结束了，在这毕业设计即将完成及走向社会之际，我想对所有关心过和支持过我的人说声感谢，真心的感谢你们！在本次设计过程中我得到了老师的精心指导，得到了同学朋友的积极支持和鼓励，尤其是我的指导老师孙圣志老师的指导和鼓励，在他们的细心指导和鼎力下支持下，我的毕业设计才得以顺利完成，在此一并表示衷心的感谢！ 回顾自己两年多来的学习和工作，感觉自己成长了不少，树立自己正确的人生观、价值观和世界观，使自己能够积极向上，追求进步。学习方面刻苦努力、积极主动，打下了较好的专业基础，工作上锻炼了自己认真负责的态度，吃苦耐劳的精神，提高了自己的综合能力。我能够取得一些成绩离不开院系领

44、导，老师和辅导员培养与指导，离不开同学朋友的支持、鼓励和帮助，也离不开自己的努力。再此，我再一次向他们表示衷心的感谢！ 在今后的人生道路上，我会继续努力，争取做出更好的成绩！参考文献1 石秋洁主编变频器应用基础北京：机械工业出版社，2002.122 孙平主编可编程控制器原理及应用北京：高等教育出版社，2003.13 王永华主编现代电气控制及PLC应用技术北京：北京航空航天大学出版社，2003.94 廖常初主编S7-200PLC编程及应用北京：机械工业出版社，20025 吴中俊，黄永红主编可编程控制器原理及应用北京：机械工业出版社，2004.46 万方（电子图书馆）数据资源系统电工技术期刊，200220047 ABB（中国）有限公司ACS510变频器用户手册20058 三菱FR-S500变频器用户手册.基本篇、详细篇，20009 张燕宾主编SPWM交流变频调速技术2002 10 张运波编著.工厂电气控制技术，北京：高等教育出版社，2001.711 西门子（中国）有限公司SIMATIC S7-200可编程序控制器系统手册，200212中国工控网13中国自动化信息网. 14周万珍，高鸿斌主编PLC分析与设计应用北京：电子工业出版社，200