基于PLC与触摸屏的恒压供水电气系统设计.doc
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1、学士学位论文(设计)题 目:基于PLC与触摸屏的恒压供水电气系 统设计 姓 名: 学 号: 2011015049 学 院: 工学院 专业/届别: 电气工程及其自动化专业/2015届 指导教师: 陈玉强 职 称: 副教授 表1 牡丹江师范学院学士学位论文(设计)选 题 论 证 报 告姓 名专 业/年 级电气工程及其自动化/2011题 目基于PLC与触摸屏的恒压供水电气系统设计选题的目的和意义恒压供水系统以其所特有的优点,如高效的适应性和高可靠性等,已经在人们生产和生活中占据了无法代替的作用。恒压供水的背景是传统人供水方式以及不能满足现代化的要求,达不到节能稳定的效果。因此,本次对恒压供水系统的研
2、究和设计很具有现实意义,同时也是为适应当今高科技发展的潮流,解决传统方式不能恒压供水的难题。研究内容与方法研究内容:本次论文研究的是基于PLC与触摸屏的恒压供水电气系统,主要研究变频器的变频调速方法,分析恒压供水的系统结构与组成,硬件系统采用的元件,软件系统采用的程序。 研究方法: 满足需要的控制特点及需求,需要结合可编程控制器的编程技术,设计方案的整体结构,确定技术方案,画出软件控制流程图,以及系统硬件的原理图,结合原理图和实际的需要,确定I/O接口的数量及配置方式,画出梯形图。研究进度安排11、选择论文题目:2014年6月20日;2、确定论文提纲,查阅资料:2014年10月5日;3、形成初
3、稿:2014年12月19日;4、形成修订稿:2014 年12月25日;5、形成论文定稿:2015年4月15日;6、论文答辩:2015年4月21日。指导教师意见:指导教师(签名): 年 月 日开题报告专家论证意见:专家组长(签名): 年 月 日牡丹江师范学院学士学位论文(设计)摘 要本论文通过分析变频恒压供水系统的工作原理及系统的组成结构,决定采用变频器和PLC实现恒压供水和数据传输,然后使用数字PID对系统中的恒压控制进行设计,最后通过触摸屏实现人机控制。论文的末尾详细的说明了的系统的软件设计和硬件设计,从多方面来介绍系统的总体设计与软件的实现,并详细地说明了系统措施的可靠性与稳定性。本论文的
4、变频恒压供水系统已经广泛应用到了很多国内外的供水系统中,而且得到了较好的经济效益与社会效益,一方面提高了供水质量,另一面还节省了能源。关键字:变频调速;恒压供水;PLC;触摸屏AbstractIn this paper, by analyzing the constant pressure water supply principle and system composition structure, decided to adopt the text converter and PLC constant pressure water supply and data transmission,
5、 and then use a digital PID control system design of constant pressure and finally realize people through the touch screen machine control. The end of the detailed software and hardware design paper describes the system. Specific about the overall design and implementation of the system software, an
6、d the reliability of the measures taken by the system are described.In this paper, constant pressure water supply system has been widely applied to many domestic and international water supply system, and get a better economic and social benefits, on the one hand to improve the water quality, the ot
7、her side also saves energy.Key Words: VF speed; constant pressure water supply; PLC; touch screen目 录1绪 论12恒压供水系统的概况22.1恒压供水系统概述22.2 变频恒压供水产生的背景和意义22.3 国内外研究概况33变频恒压供水的理论分析43.1变频调速技术的特点及应用43.2节能原理43.3设计思想54 系统的硬件设计74.1系统电路74.2元器件的介绍94.2.1可编程逻辑控制器(PLC)简介94.2.2 PLC的发展和应用104.2.3 可编程控制器的工作原理104.2.4触摸屏124
8、.2.5变频器134.2.6 水泵电机155系统的软件设计175.1 PLC程序控制175.2供水系统程序T型图195.3恒压供水系统PLC程序指令表205.4触摸屏的与PLC的联调21结束语22参考文献23致 谢24牡丹江师范学院学士学位论文(设计)1绪 论正如大家所知道的,我们的日常生活是不能离开水的,它是我们必不可少的能源之一。随着人们居住的地方越来越集中,这样就使得供水的需求越来越大。同时日常生活中用水是随着时间的变化而变化的,这就对我们供水提出了很大的要求。为了保障供水,这就需要一些辅助设备来实现了。在人们生活的周边一般有稳定的水源供应 ,居民只需要根据用水量来自行调节水源的供应。这
9、样,一方面充分利用了水资源,另一方面又保证了水资源的不浪费。本文根据某小区的实际供水需求,同时针对用户生活用水和消防用水的要求设置为恒压供水。下面我就对恒压供水的重要性进行一下说明。例如:在我们平时生活中,经常会出现短时断水,或者因为水压不足而无法供水而打断我们正常生活的情况。又如出现火灾的时候,我们必须要保证恒压供水,只有这样才能快速的消除火情,保证人民的财产安全和人身安全。日常的生活用水量随季节、昼夜、上下班的时间不同而有较大变化,这就导致了供水的不稳定,主要表现在水压上,当用水量较高而供水量低时则水压低,反之,当用水少而供水多则水压高。当生活小区的自来水管管网的水压较低时,水就很难到达较
10、高的楼层。在以前为了解决这个问题是通过利用高位水箱来解决的。主要步骤是,首先用蓄水池蓄水,接着通过水泵把水送到足够高的高位水箱,最后通过水箱给用户供水。而我们蓄水池中的水通常是市政自来水管网提供,这就使有压力的水进入水池变成了无压力,让资原无故的消耗了。同时在通过水池和水箱时无可避免地带来了二次污染,给居民带来了不健康的因素。 基于上述情况,我们对传统供水系统进行了改造,采用PLC作为主控单元,触摸屏为控制系统,并充分利用变频器的变频作用,根据实际情况可以很快地调整供水系统的供给需要,达到恒压供水的目的。改造后的供水系统提高其工作的稳定性,取得到了良好的控制效果。232恒压供水系统的概况2.1
11、恒压供水系统概述供水系统是国民生产生活中的重要组成部分。传统供水所需的土地面积比较大,导致基础建设投资也会比较高,同时水质也更容易受到污染,但其最主要的缺点是不能保证水压的恒定,导致部分设备不能正常运行。变频调速技术是一种新型但比较成熟的交流电机无极调速技术,其优异的控制性能被广泛应用在速度控制领域发中,特别是供水行业中。由于生产安全和水质的特殊要求,恒压供水有严格的要求,所以变频调速技术获得了进一步的发展。恒压供水具有技术先进,压力恒定,操作方便,可靠,节能,自动化程度高等优势。2.2 变频恒压供水产生的背景和意义泵站肩负着供应工农业和生活用水的重任,泵站供水需要电机将水增压从而驱动水的传送
12、,电机的运行需消耗大量能量。电机的恒速运行虽然能保证水压在泵站的恒定,但由于前端的用水需求不同会导致前端水压不恒定,这就降低了泵站能源浪费。因此提高泵站电机工作效率、降低能源消耗非常重要。我国泵站数量大、范围广、类型多、发展速度快,但基本都是采用传统的供水方式。我国用水需求量大,因此消耗在水泵、风机负载上,城乡居民用水设备上的电能消耗非常大。此外我国供水设备工作效率低,控制方式不够科学合理也造成了不必要的能量浪费。如何找到新型低能耗供水系统及研究出节能的控制策略方法是人们一直探索的问题。在这种情况下只有利用先进的科学技术才能解决这个问题,而我们利用变频技术和PLC相结合组成新的控制系统就可以了
13、。这个系统集合了各种现代科技,比如:电气技术、自动控制与变频技术。这样系统就具有了高效率、高抗扰、高平稳、高灵活等优点。只有这样我国才能由传统农业国家发展为先进农业国家,同时响应国家建设节约型社会的号召。2.3 国内外研究概况频恒压供水得益于变频调速技术的发展变频恒压供水逐渐发展起来。在变频技术发展初期,国外变频器主要应用定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、变压变频比控制及各种保护。而在变频恒压供水系统中,变频器仅作为执行机构。为了保证管网压力在水量变化时还是恒定的,我们就要在变频器外部加上压力控制器和传感器,实现闭环控制。国外早期设计的恒压供水系统是运用一台变频器只带一台水泵的
14、运行方式。到了上世纪七十年代初,变频技术得到了很大的发展,大家都认可了变频恒压供水系统的稳定、可靠和自动化程度高的优点。很多公司开发出了恒压供水基板,具备“变频泵固定方式”和“变频泵循环方式”。其功能原理是将将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上,通过指令代码的设置达到PLC和PID等电控系统的功能,仅需搭载相应的恒压供水单元,就能够控制多个内置的电磁接触器工作,这样的供水系统可以搭载七台以下的电机。这种系统的优点是电路结构得到了简化,设备投入得到了较少。但它的缺点是系统的输出接口的扩展功能不够灵活,动态性能和稳定性不高,难与别的监控系统和组态软件实现数据通信,限制了带
15、负载的容量,从而限制了其使用范围。目前我国也有很多企业在研究变频恒压供水的项目,但是基本是采用国外品牌的变频器控制水泵的转速,通过PLC和对应的软件达到水管的管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制。而且距离用户所追求的高稳定性、高抗扰性等多方面综合技术要求都还有一地距离。综上所述,现今无论国内、国外对变频恒压供水的研究,对于可以适应不同用水情况,并且把现代控制技术、网络和通讯技术结合还能够兼顾系统的电磁兼容性(EMC)的变频恒压供水系统还有待进一步的研究。3变频恒压供水的理论分析3.1变频调速技术的特点及应用在工业早期阶段,电机是不能调速的,一旦启动运行它就会以一个恒定的速度运行下去直到停止。
16、但是到了上世纪八十年代末,变频调速技术已经发展 成熟,它可以将电机的工频交流电源变成另一种频率可以调节的交流电源,让这种可调电源再驱动电机,这样电机就可以在变速或者负荷的情况下运行。相对传统电机从始至终以额定功率运行,可以调速的电机运行方面更加节约能源和经济成本。而变频调速技术在供水系统中运用的比较多。传统供水系统一般是使用多台水泵,当用水量增大时就开动多台水泵,用水量减少时就开两台或一台水泵。而运用变频调速技术,就是给每台水泵都配上一台变频器或者是用一台变频器调控所有水泵。通俗地讲就是一拖多或者一拖一方式。一拖一的方式电路比较简单,但是因为用的变频器比较多,导致成本比较高。而一拖多的方式的方
17、式在性能方面不比一拖一方式差,而成本却比一拖一低得多,但是对控制的程序要求比较高。一拖多的方式是未来的发展趋势。系统运用了变频调节之后,整个系统是软启动的方式,电机的启动电流是平缓升高的,这样的启动方使得电机的机械损伤降低了很多,电机得到了很好的保护。另外,变频调节和其他任何调节方法比较都具有显著的优势,它是目前世界上使用范围最广、效果最好、最具发展前景的调速技术。它与电力电子技术、控制技术相结合,在各种领域都能达到无极调速。 3.2节能原理水泵为平方转矩负载,也就是说水泵的负载转矩与转速的平方成正比关系,而轴功率和负载转矩与转速的乘积成正比,所以,水泵的轴功率与电机转速的立方成正比。 由此可
18、知,当需要出水量减少时,可以通过减少电机的转速,随着电机转速微量减少,功率将会大幅下降,节能效果非常明显。变频控制系统的优化设计,精心选择设备,合理编程,加上正确的信号给定,使电机始终运行在最好的状态,使得能源得到了最大的发挥。3.3设计思想恒压供水系统如图3-3 所示,由电机、热继电器、接触器、PLC、触摸屏等部分组成。控制面板包括启动、停止、每个电机的点动及停止按钮等;MT510T触摸屏提供友好的人机界面,不但能够完成控制面板功能,而且能监视系统的运行时间及运行状态。日本欧姆龙CP1H PLC是系统的控制中心;隔离板的作用是保护PLC先由PLC驱动24V的小继电器,然后驱动交流接触器;热继
19、电器的作用是过流保护。 本系统可以通过触摸屏进行操作,具有自动和手动操作,测试过程中,设恒压供水系统的拖动电机分别为:主泵M1、备用泵M2。设定启动时主泵M1顺序启动先工作100小时后停止,同时备用泵M2启动,运行100小时后M2停止;泵M1再启动,依次反复,设有停止按钮,并设有应急控制(急停)按钮,急停时切断控制回路的电源;还可以通过触摸屏监视系统的运行状态。接触器变频器热继电器电机触摸屏控制面板PLC图3-3 恒压供水系统图Figure 3-3 Water Supply System Figure4系统的硬件设计 本系统采用压力传感器、PLC和变频器作为中心控制装置,实现所需功能。 来源:
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- 基于 PLC 触摸屏 供水 电气 系统 设计