课程设计——楼宇恒压供水控制系统1

1、××大学××学院××系课程设计报告××大学××学院××课程设计楼宇恒压供水控制系统基于PLC及变频器 学生姓名学 号所 在 系专业名称班 级指导教师成 绩 ××大学××学院二0一一 年 六 月摘要：本设计课程设计主要由水泵、变频器、PLC以及线性远传压力传感器器件等组成。其中PLC、变频器和压力传感器组成闭环反馈控制系统。使用1台变频器带动3台常用泵，供水量大时，采用3台泵，供水量少时，采用1台泵。变频器内部PID调节器控制变频器对变频

2、泵进行速度调节，小范围上控制供水的流量。水泵的速度调节采用变频调速技术，利用变频器对水泵进行速度控制。水泵电机为执行装置，转速由变频器控制，实现变流量恒压供水。变频器接受控制发出的信号，实现对水泵的速度控制；控制器综合给定信号与反馈信号，经过PID调节，向变频器输出运转频率指令。压力传感器检测出管网实时出水压力，将其转变为控制器可接受的模拟信号，就构成了双闭环的实时恒压供水控制系统。关键字：水泵，变频器，PLC，压力传感器Abstract: This design course design mainly by the water pump, frequency converter, PLC

3、and linear remote transmission pressure sensor devices etc. One of PLC, frequency converter and pressure sensor integral loop feedback control system.We use one frequency converter drive three sets, water supply pump used, the big three pump, water supply for a little while and adopt one pump. Inver

4、ter internal PID adjustor control of variable frequency pump inverter speed regulation, in the small scope of water supply control flow. The speed of the pump is adjusted by the frequency conversion technology, using frequency converter to water pump to speed control. Pump motor actuators and its sp

5、eed for the inverter control variable flow, and realize the constant pressure water supply. Inverter accept control signal, realize the water pump speed control; Comprehensive given signal and feedback controller, through the adjustment of the PID signal to frequency converter, running frequency ins

6、tructions. Pressure sensors to detect the network of water pressure, and real-time, the changing controller acceptable analog signal, so they form a double closed loop real-time constant pressure water supply system.Key word: Water pump,Frequency converter, PLC, Pressure sensor目 录前言11.总体设计方案11.1 总体控

7、制结构框11.2 总体布局概况图11.3 系统硬件选型22.各单元电路设计22.1 主电路设计22.1.1 主电路电路图22.1.2 主电路电路说明32.2 继电器控制电路设计32.2.1 继电器控制电路图32.2.2 继电器电路说明42.3 PLC控制电路设计52.3.1 PLC控制电路的连接图52.3.2 PLC控制电路说明52.4 PID调节电路设计62.4.1 PID调节电路的接线图62.4.2 PID调节电路说明63.PLC程序设计63.1 PLC的程序设计流程图63.2 PLC输入输出引脚分配表73.3 PLC程序84.系统设备构成104.1 控制系统设备构成104.2 驱动设备与

8、压力设备114.3 驱动系统设备组态图115.经济效益分析126.设计总结127.参考文献13前言由于城市供水系统自动化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。随着人们对供水质量和供水系统可靠性要求的不断提高，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计出高性能、高节能、能适应供水厂复杂环境的恒压供水系统成为必然趋势。本文首先阐明了供水系统的变频调速节能原理；具体分析了变频恒水压供水的原理及系统的组成结构，通过研究和比较，得出结论:变频调速是当今国际上一项效益最高、性能最好、应用最广、最有发展前途的电机调速技术。因此本文以采用变频器和PLC组

9、合构成系统的方式，以某居民小区水泵电动机控制系统为对象，逐步阐明如何实现水压恒定供水。变频调速技术以其显著的节能效果和稳定可靠的控制方式，在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用。利用变频技术与自动控制技术相结合，在中小型供水企业实现恒压供水，不仅能达到比较明显的节能效果，提高供水企业的效率，更能有效保证从水系统的安全可靠运行.变频恒水压供水系统集变频技术、电气传动技术、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，方便地实现供水系统的集中管理与监控;同时可达到良好的节能性，提高供水效率。所以设计基于变频调速的恒定水压供水系统，对于提高企业效率以及人

10、民的生活水平，同时降低能耗等方面具有重要的现实意义。 13 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告1.总体设计方案1.1 总体控制结构框图 控制器水泵 电机变频器压力传感器出水压力检测运行指令频率指令反馈给定+用户图1-1 变频恒压供水控制结构图1.2 总体布局概况图图1-2 变频恒压供水结构布局图1.3 系统硬件选型水泵选型：跟据以上用户的流量，选择三台大功率水泵组的电机功率分别为30KW，三台大功率水泵组用于白天对用户的恒压供水，以达到恒定水压和节能的目的。.CPU选型：根据本次设计的通用变频器恒压供水系统的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-

11、200型PLC的主模块为CPU226型，其数字量输出（DQ）为16点，输出形式为DC24V继电器输出；数字量输入CPU226为24点，输入形式为24V直流输入。变频器选型：跟据实际设计需要，所选择变频器的富士型号是FRN5.5P11S-4，参数为适用的电动机容量为30KW输出电路MC2为SC-05,额定电流为20，主电路部和接地端子均为3.5。压力传感器选型：本设计选择YTT-150型号的远传压力传感器，由于选取的扬程为H=50m，所以待测压力值为0.6MPa2.各单元电路设计2.1 主电路设计2.1.1 主电路电路图 图2-1 变频器恒压供水主电路2.1.2 主电路电路说明该系统包括3台水泵

12、电动机M1、M2、M3，其中M1的功率为30kW，M2为30kW，M3为20kW。该系统为一台变频器依次控制每台水泵实现软启动及转速的调节，实现恒压控制。系统具有变频及工频两种运行状态，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状态切换为工频状态，并指示下一台泵为变频泵，其中接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3工频运行，KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3变频运行，KM0控制变频器的工作。2.2 继电器控制电路设计2.2.1 继电器控制电路图 图2-2 继电器控制线路图2.2.2 继电器电路说明其中接触器KM2、KM

13、4、KM6分别控制M1、M2、M3工频运行，KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3变频运行，KM0控制变频器的工作。KA0KA6为中间继电器，它们分别控制KM0KM6工作。HL0HL6为指示灯，其中HL0为电源指示灯，HL1HL3分别指示M1M3的工频运行，HL4HL6分别指示M1M3的变频运行。2.3 PLC控制电路设计2.3.1 PLC控制电路的连接图 图2-3 PLC控制电路的连线图2.3.2 PLC控制电路说明图中SA7为手动/自动控制转换开关，SA8为自动起/停控制转换开关，P1为压力上限，P2为压力下限，SA1为1#水泵手动起动开关，SA2为1#水泵手动停止开关，SA3为2

14、#水泵手动起动开关，SA4为2#水泵手动停止开关，SA5为3#水泵手动起动开关，SA6为3#水泵手动停止开关，KA0KA6为中间继电器，它们分别控制KM0KM6工作。2.4 PID调节电路设计2.4.1 PID调节电路的接线图 图2-4 PID调节电路的接线图 2.4.2 PID调节电路说明PID调节器电路如图2-4所示，PID调节器的引脚11、12为电流输出信号，接图2-1中的变频器的引脚3、4，PID调节器的引脚18接图2-3中的PLC输入端子X4，PID调节器的引脚19接图2-3中的PLC输入端子X5。PID调节器接受压力传感器送来的压力信号，自动调整变频器的频率给定输入，从而控制变频器

15、的输出电压，进而控制变频泵的转速，实现变频泵水流量的稳定控制。3.PLC程序设计3.1 PLC的程序设计流程图图3-1 PLC程序设计流程图3.2 PLC输入输出引脚分配表表3-1 输入引脚分配作 用名 称地 址变频器故障FAI0.0水泵1过载FR1I0.1水泵1停止KA1I0.2水泵2过载FR2I0.3水泵2停止KA2I0.4水泵3过载FR3I0.5水泵3 停止KA3I0.6启动变频器KA0I0.7水位上限P1I1.0水位下限P2I1.1反馈/I1.2表3-2 输出引脚分配作 用名 称地 址水泵1变频运行KM1Q0.0水泵1工频运行KM2Q0.1水泵2变频运行KM3Q0.2水泵2工频运行KM

16、4Q0.3水泵3变频运行KM5Q0.4水泵3工频运行KM6Q0.5变频器工作KM0Q0.6变频器复位RSTQ1.0变频器通信电缆屏蔽SDQ1.1变频器正转FWDQ1.2变频器自由旋转BXQ1.3接点公共输入端CMQ1.43.3 PLC程序 LD SM0.1 INCB VB301 CALL SBR0 Network7/ Network 2 / 启动变频器 LDD <= VD250,1000 LD I0.7 AN M0.2 S M0.7, 1 TON T38,30 AN I0.0 Network8/ = M0.7 LD T38 Network 3 AB > VB301,0LD M0.7

17、 EU S Q0.6, 1 = M0.2 AN I0.0 DECB VB301 = Q0.6 Network9/ Network 4 / LD M0.1 LD SM0.1 O Q0.3O I0.7 O Q0.1INCB VB300 = Q1.5Network 5 / Network11/LD M0.7 LD M2.0 AD>= VD250, VD208 TON T33,2AN M0.1 Network12/TON T37, 50 LD T33Network 6 / EU MOVB 1, VB300= M0.4 Network20/Network 13 / LDB = VB301,0LD

18、M0.4 A SM0.5S M2.1, 1 EUINCB VB300 INCD VD 310Network 14 Network21/LD M2.1 LDD = VD310,180TON T34, 2 EUNetwork 15 / = M0.3LD T34 MOVD +0, VD310EU Network22/= M0.5 LDB <> VB301,0R M2.1, 1 MOVD 0, VD310Network 16 / Network23/LD M0.5 LD SM0.1S M2.2, 1 O M0.0Network 17 O M0.6LD M2.2 AB = VB300,1 T

19、ON T39, 30 O Q0.5Network 18 / A I0.4LD T39 AN M0.3EU AN I1.1= M0.6 AN I1.0R M2.2, 1 AN M0.4R M2.0, 1 AN Q0.4Network 19 / = Q0.5LDB> VB300, 3 Network24/LD M0.6 AB > VB301,0AB= VB300, 2 ALD LDB = VB301,2O Q0.3 AN I1.0 AB > VB301,1A I0.5 AN I1.1 OLDAN M3.0 A I0.4 ALDAN I1.1 AN Q0.5 A I0.6AN I1

20、.0 = Q0.4 AN I1.1AN M0.4 A Q0.0 AN I1.0AN Q0.2 = Q0.1 AN Q0.1= Q0.3 Network27/ = Q0.0Network 25 / LD M0.5 AN I1.1LD M0.6 O Q0.2 AN I1.0AB= VB300, 3 LDB = VB300,3 AN Q0.4O Q0.1 AB > VB301,0 = Q0.5A I0.6 LDB = 301,1AN I1.1 AB > VB301,1AN I1.0 OLDAN M3.0 ALDAN M0.4 A I0.5AN Q0.0 AN I1.1= Q0.1 AN

21、I1.0Network 26 / AN Q0.3LD M0.5 = Q0.2O Q0.4 = Q0.3LDB= VB300, 2 Network28/AB> VB301, 0 LD M0.5LDB= VB300, 3 O Q0.0AB> VB301, 1 LDB = VB300,1 4.系统设备构成4.1 控制系统设备构成图4-1 控制系统设备图4.2 驱动设备与压力设备 图4-2 驱动器件设备图4.3 驱动系统设备组态图图4-3 驱动系统设备结构5.经济效益分析从流体力学原理知道，水泵供水流量与电动机转速及功率的关系为式中为供水流量，为扬程，为电动机轴功率，为电动机转速。本设计系

22、统共有3台30KW的水泵电动机，假设没天运行16h，其中4h为额定转速，其余12h为80%额定转速运行，一年365天节约电能为kW·h=64124 kW·h若每1 kW·h电价为0.60 元，一年可节约电费为0.60×64124元=38474.4元通过市场调查，本套恒压供水系统的成本约为5万元左右，两年即可收回投资，运行多年经济效益将十分可观。6.设计总结本课题主要设计的是关于某小区的恒压供水。为此设计了一套具有高性能的变频器控制系统来代替原有的手动启动、阀门控制系统。此系统重点是根据系统运行的需求，自动调节输出频率控制电动机的转速，从而保持系统工况压力的稳定。根据供水的要求，此装置属于一拖三闭环调速系统，且变频器带动的电机可实现无级调速。减少系统波动现象和对电源电网的冲击。此装置在变频器出现故障时，可自动关闭电动阀门，系统退出变频式运行，以避免中断供水。在工频方式运行下，系统带有降压启动装置，在工频启动时，由于启动电流过大，而避免对电网冲击的影响，并可延长电机的使用寿命。我们的课题是有关PL