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PLC在恒压供水控制系统中的应用 目录前言1第1章恒压供水节能原理和器件介绍3第1 1节变频恒压供水的理论分析31 1 1电动机的调速方法介绍31 1 2变频恒压供水系统的节能原理31 1 3变频恒压供水系统的组成及原理图5第1 2节系统主要器件的介绍61 2 1PLC概述及工作原理61 2 2变频器简介和选型要点7第2章变频恒压供水的控制方案8第2 1节恒压供水的方案的确定和元件选择82 1 1恒压供水的控制方案的确定82 1 2供水设备的选择原则和基本环境的确定92 1 3系统各元件的选则10第2 2节系统中PLC的选型13第2 3节变频恒压供水系统主电路原理14第3章变频恒压供水控制系统编程16第3 1节常用编程方法介绍16第3 2节恒压供水系统梯形图17结论24参考文献25致谢26 毕业设计的主要内容 主要以高层建筑的供水系统为对象 对目前使用的多种供水系统的方式进行比较 阐明供水系统的变频调速节能原理 具体分析了变频恒压供水的原理及系统的组成结构 其次进行系统设备选型 编程 完成控制系统方案 前言 随着我国社会的发展和进步 人们生活水平的不断提高 城市建设发展十分迅速 同时也对基础设施建设提出了更高的要求 城市供水系统的建设是其中的一个重要方面 供水的可靠性 稳定性 经济性直接影响到用户的正常工作和生活 也直接体现了供水管理水平的高低 一 课题背景 人们对用水质量的要求不断提高 节水节能的观念逐渐增强 自动化控制技术的飞速发展 恒压供水系统不断发展 传统的小区供水方式 1 恒速泵加压供水方式 依赖人工进行手工操作 自动化程度低 2 气压罐供水具有体积小 对电器设备要求较高 系统维护工作量大水塔高位水箱供水基建投资大 水泵电机为硬起动 启动电流大等缺点 频繁起动易损坏联轴器 4 单片机变频调速供水系统对操作员的素质要求比较高 可靠性比较低 综上所述 传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力 电力资源 效率低 可靠性差 自动化程度不高等缺点 目前的供水方式朝向高效节能 自动可靠的方向发展 基于PLC和变频技术的恒压供水系统集变频技术 电气技术 现代控制技术于一体 采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性 同时系统具有良好的节能性 对于提高企业效率以及人民的生活水平 降低能耗等方面具有重要的现实意义 第1章恒压供水节能原理和器件介绍 第1 1节变频恒压供水的理论分析1 1 1电动机的调速方法介绍1 1 2变频恒压供水系统的节能原理1 1 3变频恒压供水系统的组成及原理图第1 2节系统主要器件的介绍1 2 1PLC概述及工作原理1 2 2变频器简介和选型要点 第1 1节变频恒压供水的理论分析 电动机的调速方法介绍 l 改变电源频率 2 改变电机极对数 3 改变转差率 异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的 根据电机学理论 交流电动机的转速公式为 其中 f为定子的电源或稳压器频率 p为极对数 n为转速 s为转差率 当极对数p不变时 电机转子转速与定子电源频率正比 因此连续调节异步电机供电电源的频率 就可以连续平滑地调节电机的同步转速 从而调节其转子的转速 1 1 2变频恒压供水系统的节能原理 扬程特性所反映的是扬程H与用水流量Q间的关系H f Q 管阻特性反映了水泵转动的能量用来克服系统的水位及压力差 液体在管道中流动阻力的变化规律 扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点 称为供水系统的工作点 对供水系统进行控制 是为了满足用户对流量的需求 所以 流量是系统的基本控制对象 管道中水压的大小与供水能力和用水需求之间的平衡关系有关 供水能力 用水需求 则压力上升 供水能力 用水需求 则压力下降 供水能力 用水需求 则压力不变 在供水系统中 通常以流量为控制目的 常用的控制方法为阀门控制法和转速控制法 阀门控制法是通过调节阀门开度来调节流量 水泵电机转速保持不变 其实质是通过改变水路中的阻力大小来改变流量 变频调速供水方式属于转速控制 其工作原理是根据用户用水量的变化自动地调整水泵电机的转速 使管网压力始终保持恒定 当用水量增大时电机加速 用水量减小时电机减速 调速控制方式要比阀门控制方式供水功率要小得多 节能效果显著 1 1 3变频恒压供水系统的组成及原理图 整个系统由一台PLC 一台变频器 水泵机组 一个压力传感器 低压电器及一些辅助部件构成 各部分功能如下 1 水泵用来提高水压以实现向高处供水 2 安装于供水管道上的压力表将管网水压力转换成电信号 3 变频调速器用于调节水泵转速以调节管网中水流量 4 PLC用于水泵的逻辑切换 控制等 系统主要的设计任务是利用PLC控制系统使变频器循环控制水泵 实现管网水压的恒定和水泵电机的软起动以及变频水泵与工频水泵的切换通过压力传感器检测管道压力信号不断反馈给变频器 有变频器自动调节所控制水泵的电机转速 当变频器所控制的水泵达到工频时还不能满足要求时由PLC自动把那台水泵切换到工频运行 把变频器自动切换到下一台水泵使其软启动运行 当供水量减少时在自动进行切换 减少水泵运行台数 实现自动控制 第1 2节系统主要器件的介绍 1 2 1PLC概述及工作原理 1 PLC的特点 2 丰富的I O接口模块 3 采用模块化结构 4 编程简单易学1 2 2变频器简介和选型要点 1 采用变频的目的 恒压控制或恒流控制等 2 变频器的负载类型 3 变频器与负载的匹配问题 第2章变频恒压供水的控制方案 第2 1节恒压供水的方案的确定和元件选择2 1 1恒压供水的控制方案的确定2 1 2供水设备的选择原则和基本环境的确定2 1 3系统各元件的选则第2 2节系统中PLC的选型第2 3节变频恒压供水系统主电路原理 2 1 1恒压供水的控制方案的确定 控制系统的工作原理如下 根据系统用水量的变化 控制系统控制2台水泵按1 2 3 4 1的顺序运行 以保证正常供水 供水设备的选择原则和基本环境的确定 供水系统时 应先选择水泵和电机 选择依据是供水流量 而供水流量和住宅类型以及用户数有关 系统确定还应遵循以下的原则 蓄水池容量应大于每小时最大供水量 水泵扬程应大于实际供水高度 水泵流量总和应大于实际最大供水量 设定供水压力经验数据 平方供水压力P 0 12MPa 楼房供水压力P 0 08 0 04 楼层数 MPa本设楼层数为15层楼 水泵实际扬程为60 m 每小时最大用水量为90m3 h 根据楼房供水设定供水压力经验数据 所以供水压力为0 68MP 系统各元件的选则 1 水泵机组的选择水泵功率计算公式如下 N Q H 367 g 0 6 0 85 2 2 式中 N 轴功率 单位是千瓦 kW Q 流量 单位是立方米每小时 m3 h H 扬程 单位是米 m 367 是常数 是一个固定值电机参数 Pe 15kwUe 380vIe 26 8ANe 1490rpm 2 变频器的选择选用18 5kw的变频器来拖动15kw的电机 本次设计采用西门子的MM430变频器 3 压力变送器的选择CYYB 120系列压力变送器为两线制4 20mA电流信号输出产品 4 其他低压电器的选择 断路器 接触器 第2 2节系统中PLC的选型 在选用PLC时应考虑以下几个方面 1 规模要适当 2 功能要相当 结构要合理 3 输入 输出功能及负载能力的选择要正确 4 要考虑环境条件 选择西门子S7 200系列的CPU224AC DC I O端口的分配 输入器件输出器件I0 0启动 SB0 Q0 0驱动KM6 启动变频器 I0 1停止 SB1 Q0 1驱动KM1 1 泵变频 I0 2液位传感器Q0 2驱动KM2 2 泵变频 I0 3电机频率达到上限Q0 3驱动KM3 1 泵工频 I0 4电机频率达到下限Q0 4驱动KM4 2 泵工频 I0 51 泵电机过载Q0 5驱动KM5 备用泵工频 I0 62 泵电机过载Q0 6L5灯亮 1 泵电机过载信号 I0 7变频器故障Q0 7L6灯亮 2 泵电机过载信号 变频恒压供水系统主电路 供水系统主电路采用了一台变频器同时连接两台电动机 在变频水泵出现问题或紧急情况下 可以起用备用水泵 三台电机分别为M1 M2 M3 它们分别带动水泵1 2 和备用泵 接触器KM3 KM4 KM5分别控制M1 M2 M3的工频运行 接触器KM1 KM2分别控制M1 M2的变频运行 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分别为变频器和三台水泵电机主电路的空气低压断路器 FU为主电路的熔断器 用作短路保护 变频恒压供水系统主电路原理 变频恒压供水系统主电路原理 当电机由变频切至工频运行时 应先将变频器停车 再将变频器输出端的接触器断开 避免变频器输出端接断路 再接通工频运行的接触器 变频和工频两个回路不允许同时接通 开关KM6控制变频器的启停 由PLC给出启动或停止信号 变频器启停 系统的控制电路 根据控制系统实际所需端子数目 考虑PLC端子数目要有一定的预留量 因此选用的S7 200型PLC的主模块为CPU224 其开关量输出为10点 输出形式为AC220V继电器输出 开关量输入CPU224为14点 输入形式为 24V直流输入 第3章变频恒压供水控制系统编程 第3 1节常用编程方法介绍第3 2节恒压供水系统梯形图 第3 1节常用编程方法介绍 1 经验设计法 确定输入 输出电器 确定输入 输出点数 选择PLC并编程 将各个环节编写的程序合理地联系起2 翻译设计法它是把继电器 接触器控制系统的电器原理图直接翻译成PLC梯形图 将检测元件 控制元件合理安排 接入PLC的输入口 将被控对象 如电磁阀线圈 接触器线圈等 接入PLC的输出口 把由继电器 接触器完成的控制功能由PLC的梯形图来完成 恒压供水的功能图 结论 通过本课题的学习 了解了变频恒压供水在供水系统中的优点 由变频器 PLC 压力变送器组成的PID闭环控制系统具有较高的自动化程度 良好的安全性和节能性 根据拟定工作情况 通过对其主电路 控制电路的设计 变频器参数的选定 以及对PLC控制程序的编写 证实这是一套具体可行的变频恒压供水方案 致谢 首先感谢各位老师的指导衷心的感谢我的毕设指导老师老师 在我做毕业设计的过程中得到了老师的悉心指导 从设计的开始到论文的定稿 整个过程处处凝结着老师的心血 在此向江老师表示最衷心的感谢 在这半年的毕业设计的过程中 我还得到了本组同学 本班同学给了我许多好的建议和无私的帮助 在此 对所有给予我帮助的同学表示衷心感谢