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1、第一章 系统总体方案论证与设计1.1 工艺过程恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的，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，这就是恒压无塔供水系统。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双恒压系统。例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时缺水时，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社
2、会意义。在旧加压设备中，恒压供水一般采用起动或停止加压站的水泵和调节出口阀开度来实现。控制系统是采用继电接触器控制线路，这种系统线路复杂，维护困难，操作麻烦，工人要24小时值班看守，劳动强度大。所以有必要对之进行改造，提高自动化水平。图1-1为恒压供水系统的工艺流程图（已做过简化）。市网的进水通过两个水泵供给生活用水，生活用水的水压通过压力表检测后送至PLC后，按照一定的控制逻辑运行，当检测到的压力大于给定时，降低电机的频率，减少抽水量使压力到达给定；当检测到的压力小于给定时，提高电机的频率，增加抽水量使压力到达给定；使的水压维持在恒压供水状态。当检测到的压力等于给定时，由微分（I环节）作用保
3、持给定。所以系统能够实现无差的调节使它工作在恒压供水的状态下。 图1-1 恒压供水系统的工艺流程图1.2 系统控制要求对二泵生活、消防双恒压供水系统的基本要求是：(1)生活供水时，系统应低恒压值运行，消防供水时系统应高恒压值运行。(2)二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) 二台泵在启动时要有软启动功能。(5)要有完善的报警功能。(6)对泵的操作要有手动控制功能，手动只在应急或俭修时临时使用。1.3 控制系统的I/O点及地址的分配控制系统的输入
4、/输出信号的名称、代码及地址编号如表1-1 表1-1 输入输出信号的名称、代码及地址编号名称代码地址编号输入信号手动/自动控制信号SAI0.01#变频运行信号SB1I0.11#工频运行信号SB2I0.22#变频运行信号SB3I0.32#工频运行信号SB4I0.4变频故障信号SB5I0.5远程压力表模拟量电压值SPAIW0输出信号1#变频起动KA1Q0.01#工频起动KA2Q0.12#变频起动KA3Q0.22#工频起动KA4Q0.31#变频运行指示KA5Q0.41#工频运行指示KA6Q0.52#变频运行指示KA7Q0.62#工频运行指示KA8Q0.7变频故障指示KA9Q1.0控制变频器频率电压信
5、号VFAQW01.4 PLC系统选型从上面分析可以知道，系统共有开关量输入点6个、开关量输出点9个；模拟量输入点1个、模拟量输出点1个。如果选用CPU222PLC和一般的CPU224PLC的话，需要扩展单元；如果选用CPU226PLC，则价格更高，浪费较大。参照西门子S7-220产品目录及市场实际价格，选用主机为CPU224XP-CN（14开关量输入/10继电器输出，2模拟量输入/1模拟量输出）一台，加上触摸屏一块，用开关电源供给24V的外电源。整个PLC系统组成如图1-2所示。图1-2 PLC系统组成图第二章 硬件电路设计及描述2.1. 电气控制系统原理图电气控制系统原理图包括主电路图，控制
6、电路图及外围接线图。2.2.主电路图 以生活供水这一个系统的电气控制为例，其电气控制部分主电路原理图如图2-2所示：二台电机为M1、M2、.接触器KM1、KM3分别控制M1、M2的工频运行，接触器KM2、KM4分别控制M1、M2的变频运行，FR1、FR2分别为二台水泵电机过载保护用的热继电器，Q1、Q2、Q3分别为变频器和二台水泵电机主电路的隔离开关，主电路的熔断器，VVVF为简单的一般变频器。图2-2 主电路图2.3.控制电路图如图2-3所示为电控系统控制电路图。图中SA为手动/自动运行信号给定按钮，KA1为1号变频运行，KA2为1号工频运行，KA3为2号变频运行，KA4为2号工频运行，KA
7、5为1号变频运行的指示信号，KA6为1号工频运行的指示信号，KA7为2号变频运行的指示信号，KA8为2号工频运行的指示信号，KA9变频故障。 图2-3 电控系统控制电路2.4. PLC外围接线图图为PLC及扩展模块外围接线图第三章 软件设计流程及描述3.1 系统程序设计 本程序分为三部分：主程序，子程序和中断程序。 逻辑运算及报警处理等放在主程序。系统初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，这样可节省扫描时间。利用定时器中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。程序中使用的PLC器件及其功能如表3-1所示。表3-1 程序中使用的元器件及功能器件地址功能器件地址功能VD1000过程变量标准化值
8、T101故障延时控制VD1004压力给定值T102滤波时间控制VD1008PI计算值VD130变频器运行下限值VD1012比例系数值VD134变频器运行上限值VD1016采样时间M15.1自由停车位VD1020积分时间M15.2快速停车位VD1024微分时间M15.3驱动装置故障确认位VD60实际输出值M15.4电机运转方向控制位3.2 主程序 如图3-1所示图3-1 主程序图3.3 子程序子程序：PRESSURE图3-2 子程序：PRESSURE子程序：TEM图3-3 子程序：TEM子程序：INVERTOR图3-4子程序：INVERTOR工程算法子程序：图3-5 工程算法子程序第四章 调试结
9、果及性能分析 双恒压无塔供水系统具有节能、安全、高品质的供水质量等优点。采用PLC作为控制器，硬件结构简单，成本低，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。实现无人远程控制。系统经过试行检验，性能稳定，运行可靠，节能效果显著。该系统完全满足其设计要求，具有操作方便、可靠性强、数据完整、监控及时等突出优点，并大大地减轻了操作工人的劳动强度、缩短了操作时间，受到了操作人员、维护人员、管理人员的好评。它实现了恒压供水系统的自动监控，能显示和设定系统工作状态和参数，能对系统运行进行操作，具有实时报警等功能。可以说大大提高了自动化
10、水平。可以很好的服务于人们的日常生活。第五章 设计总结 我通过这次课程设计，我对PLC有了更深入的了解，初步掌握了PLC的简单功能。在这次课程设计过程中，遇到不懂的问题，老师们耐心地给我们指导讲解，使我们将所学理论知识与实际联系起来，提高了我们实际操作能力和加深理论知识。为期二周的这次PLC课程设计使我进一步巩固所学的专业理论，掌握PLC设计的基本技能和方法，真正做到了学有所获。对此特别感谢老师们这么多天来对我们的指导和帮助，还有同学们的团结互助！ 这是我第三次做课程设计，所以做起来不会像前几次那么生疏，不会觉得不知所措。我们依然坚持来实验楼做课程设计。十多天的PLC课程设计让我学到很多，让我对PLC又有新的理解。其实自己动手真的很有用，亲自接触了掌握的更深刻。在做课程设计期间老师们都非常热心的帮助我们解决所遇到的问题，他们天天都来指导我们，对此特别感谢老师们这么多天来对我们的指导和帮助，还有同学们的团结互助！二周的时间说长不长，说短也不短，在这二周里让我学会了PLC在实际生活中的用途，学会了小组之间的互助，学会了小组成员之间的团结，学会了怎样克服困难。在此 再次感谢 我们组的指导老师 肖清感谢每个老师细心耐心的指导 谢谢你们 没有你们的帮助我可能完成不了这是课程设计参考文献：西门子PLC课程设计指导书-肖清 王忠锋 编写电器与PLC控制技术-张万忠 刘明芹 主编
