1、北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院PLC在恒压供水控制系统中的应用在恒压供水控制系统中的应用 北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院目 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 61.2.1 PLC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
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北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院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。完成控制系统方案北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育
3、学院前 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。北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院一.课题背景经济快速发展人们对用水质量的要求不断提高节水节能的观节水节能的观念逐渐增强念逐渐增强 自动化控制技术自动化控制技术的飞速发展的飞速发展恒压供水系统不断发展北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院 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
4、)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，北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院综上所述，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
5、平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院第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 1.2.1 PLC概述及工作原理 1.2.2变频器简介和选型要点 北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院第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 北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院 异步电动机
6、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(60spfn北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院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，
7、称为供水系统的工作点北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院 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。北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院 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
8、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。北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院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；北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院 系统主要的设计任务是利
9、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。北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院第1.2节 系统主要器件的介绍 1.2.1 PLC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
10、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；北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院第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 北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院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控制系统的工作原理如下:根据系统用水量的变化，根据系统用水量的变化，控制系统
11、控制控制系统控制2台水泵按台水泵按12341的顺序运行，的顺序运行，以保证正常供水以保证正常供水北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院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
12、压力经验数据：所以供水压力为0.68MP。北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院系统各元件的选则(1)水泵机组的选择水泵功率计算公式如下：N=QH/367/g(0.60.85)(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=15kw Ue=380v Ie=26.8A Ne=1490rpm 北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院(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
13、列压力变送器为两线制420mA电流信号输出产品(4)其他低压电器的选择 断路器 接触器北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院第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/北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院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
14、#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）北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院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
15、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。北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院变频恒压供水系统主电路原理北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院变频恒压供水系统主电路原理1.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，2.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。北
16、京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院系统的控制电路 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。北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院第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北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院 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
17、；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 的梯形图来完成北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院恒压供水的功能图北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院结 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。北京化工大学成人教育学院北京化工大学成人教育学院致 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.
