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基于西门子1200PLC的双恒压供水控制系统设计

一、选题简介、意义

本文对基于PLC 的双恒压供水系统进行了细致的阐明，对于这一个系统来说，其主要是通过一台变频器拖动多台水泵电机变频运行。对于压力传感器，其管网压力信号通过 PID 进行相应的处理之后向变频器传送，然后变频器按照压力状况对电机转速进行调整，对水泵性能曲线进行改变，通过这种方式完成调节水泵的流量这一工作，从而使管网压力处于稳定状态之中。主要研究了变频调速恒压供水系统的基本要素以及运作步骤，并探讨了 PLC 程序以及控制系统的硬件等方面的设计。按照现场的具体要求，从总体上设计了上位机上的监控软件。 

二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）

1. 课题研究及主要研究内容

1）双恒压供水的工作流程分析。

2）双恒压供水的控制系统总体方案设计

3）双恒压供水的硬件设备选型

4）双恒压供水的软件流程设计

2. 预期目标

系统具有安装维护方便、运行稳定、可靠、功能齐全、人机界面友好和使用方便。 

3. 研究步骤

1）控制方案的确定； 

2）硬件设备的选型； 

3）软件程序的设计；

4. 研究方法、措施

查阅文献资料

绘制接线图

三、设计（论文）体系、结构（大纲）

1绪论

1.1论文研究意义

1.2水泵调控技术

1.3研究内容

2恒压供水系统的能耗分

2.1水泵理论与工况点确定

2.1.1水泵的工作参数简要介绍

2.1.2水泵理论工况点的确定

2.2水泵工况的有效调节

2.3变频调速恒压供水系统的能耗分析

2.3.1调节水泵工况的主要步骤

2.3.2确定调速范围

3控制系统的硬件设计

3.1供水系统控制方案

3.2主电路

3.3控制电路

3.4PLC配置研究

4恒压供水软件系统的实现

4.1PLC程序设计

4.1.1系统初始化程序

4.1.2水泵电机起动程序

4.1.3小功率水泵电机变频/工频切换程序

4.1.4水泵电机换机程序

4.1.5阀门开启关闭程序

4.1.6停机程序

4.1.7报警程序

4.2监测系统软件设计

4.2.1数据采集与通信模块

4.2.2设备状态控制模块

4.2.3数据管理模块

4.2.4用户界面模块

结论

 

第一章 绪论

1.1论文研究意义

近年来，随着经济和社会的不断发展，城市的规模逐渐扩大。随着永久居民人数的增加和人口的经济状况的改善，对于供水服务的日剧需求增加。根据国家有关部门的问卷调查结果,2003年至2008年的五年期间,中国人均日用水量大幅度增加，从180升逐年增加到240升,增幅约一般为40%,而我国各大城市居民家庭人均日用水量则逐年减少和增加特别值得注意的一点就是,32个特大城市中只有30个这类城市长期处于缺水，特别是在饮用水资源相对较差和严重不足地方，这也就是一种直接影响我国人民群众日常生活的主要矛盾。今天供水问题和给排放系统的不足已经成为对我国现代化和城市社会发展的潜力威胁。到目前为止，中国许多水厂的生产系统比较落后，工作是用交流接触器连接外部电力，而各机组的控制工作主要由人工完成。由于接触器控制步骤非常繁重，难以通过手动控制有效应对给水管网的水位和压力条件，如果通过机组耦合实现减压，电流可能对机组造成非常大的冲击；另一方面，为了确保有效供水，供水系统的各个单元往往需要充分运作，这种运作效率很低，同时又消耗了相当多的电力，这在很大程度上有助于长期维持城市供水系统的供电。

因此，为了提高中小型城市供水系统的性能，科学和合理地减少供水系统的用水，并最终有效地满足城市供水需求，必须优化旧的供水系统对供水公司来说，设备维修费用和水泵的电力消耗在生产费用中占很大比例；水泵马达是一种能源密集型设备，科学研究表明，它们消耗的能源占该国能源消耗的21 %以上，因此节能潜力很大。

1.2 水泵调控技术 

因为我们采用普通的恒速式供水系统是通过普遍的阀门来实现对供水的控制,同时主轴旋转功率和立方式旋转电机的功率之间也存在着正关系,使得阀门和主轴电机在以下状态下消耗了一-定 量的能源,因此,虽然监管文件非常容易但从节省能源和减少排放的方面进行分析是非常有效的。现阶段随着发动机调速技术的广泛运行和在实际工作中的深入研究和运用,为水泵发动机的节能提供了坚固基础。它可以通过自动调整发电机转速等来满足供给水压和用量变化，使发动机保持在有效区域内,大大降低水泵的能耗,科学有效地管理设备,在节能方面

发挥关键作用,增加收入。

对于水泵,开发负荷主要基于最不利环境下的每小时最大流量和最大升幅。但是,在特定的工作时间内,水泵每天最大一段时间内的流 量极其低其中外部水位随外部供给水的变化而.发生了变化,其升幅也会随着水位及流量的不同发生变化。因此,水泵不能总是保持稳定地运行状态，必须按照具体的情况对其进行控制。一般主要是由调速器控制或者阀门自动控制来实现。其中对于阀门的控制主要目标就是利用一种增加了管道阻抗的手段来对能源流量进行控制，使部分能源不可见地消耗;另-方面,对于发动机调速的控制,它们可以通过手动改变发动机和水泵的电机转速来调整或者改变水泵的工作地点,使其运动的行程和流量能够适应管内用水量的变化使其夹紧力保持恒定最终实现节能目标。

1.3 研究内容

对于同步交流电和异步降压电动机来说,其直接降压起动所需要形成的最大旋转矩以及直接受到的最大电流矩和冲击都需要能够在-定的最大程度上有效地达到限制其直接拖动以及从而保证交流供电电路系统正常工作运行,因此,通常情况下,对容量相对较大的异步电动机，往往通过软起动方案进行。通过变频器引发电机运行，一步步提高电压以及速度，到达它的额定转速为止，这个过程中，对于变频器来说，其主要进行了软启动。对于变频软起动来说，其存在的长处是因通过电压/频率根据比例进行控制的方法，因此将不会形成过电流，同时能够提供与额定转矩相等的起动力矩，所以，其在现实中对大功率水泵电机非常适合。 

多级单泵直流恒压变频供水系统为了大大增加恒压变频器的工作效率,降低了变频设备的开发投入和使用成本,一般建议采用多级单泵直流恒压变频供水系统。

一种可以将多个电机拖移到变频系统中运行。当-个变频器能够使得电机在额定的转速后，就会发出相应该把一台电动机切换到一台工频电网.上来进行-次供电操作,这样一台变频器便能够连接起来对别电动机进行起动。

关于变频器的输出切换，现阶段仍然没有引起高度重视，所以，该问题依旧具有许多错误观点:其一，把变频器视为普通交流电源，所以能够把电动机在供电。

电网和变频器相互间进行自由的切换;其二，因变频器存在的设计原理，是禁止变频器在运行过程中自由切换的。上述两个观点均存在一定失误，因此，对于变频器的切换问题，相关研究涉及到时候常常敷衍了事。仅仅局限于小功率电机方面，而对于大功率电机变频转工频并没有很好的结果。所以，怎样在不停电前提条件下，通过鉴频鉴相手段跟踪变频器的输出电压，当变频器输出电压的相位、幅值以及频率三者都和电网电压符合的时候，完成变频器和电网相互间的同步平稳切换，就成为供水系统里面的一个重要课题，同时属于该研究的创新点。

 

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