課程設(shè)計——樓宇恒壓供水控制系統(tǒng)

1、<p>　　××大學(xué)××學(xué)院××課程設(shè)計</p><p><b>　　××大學(xué)××學(xué)院</b></p><p>　　二0一一 年 六 月</p><p>　　摘要：本設(shè)計課程設(shè)計主要由水泵、變頻器、PLC以及線性遠(yuǎn)傳壓力傳感器器件等組成

2、。其中PLC、變頻器和壓力傳感器組成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。使用1臺變頻器帶動3臺常用泵，供水量大時，采用3臺泵，供水量少時，采用1臺泵。變頻器內(nèi)部PID調(diào)節(jié)器控制變頻器對變頻泵進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，小范圍上控制供水的流量。水泵的速度調(diào)節(jié)采用變頻調(diào)速技術(shù)，利用變頻器對水泵進(jìn)行速度控制。水泵電機(jī)為執(zhí)行裝置，轉(zhuǎn)速由變頻器控制，實現(xiàn)變流量恒壓供水。變頻器接受控制發(fā)出的信號，實現(xiàn)對水泵的速度控制；控制器綜合給定信號與反饋信號，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)，向變頻器輸出運轉(zhuǎn)

3、頻率指令。壓力傳感器檢測出管網(wǎng)實時出水壓力，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂破骺山邮艿哪M信號，就構(gòu)成了雙閉環(huán)的實時恒壓供水控制系統(tǒng)。</p><p>　　關(guān)鍵字：水泵，變頻器，PLC，壓力傳感器</p><p>　　Abstract: This design course design mainly by the water pump, frequency converter, PLC and linea

4、r 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 bi

5、g three pump, water supply for a little while and adopt one pump. Inverter internal PID adjustor control of variable frequency pump inverter speed regulation, in the small scope of wat</p><p>　　Key word: Wat

6、er pump,Frequency converter, PLC, Pressure sensor</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　1.總體設(shè)計方案1</p><p>　　1.1 總體控制結(jié)構(gòu)框1</p&

7、gt;<p>　　1.2 總體布局概況圖1</p><p>　　1.3 系統(tǒng)硬件選型2</p><p>　　2.各單元電路設(shè)計2</p><p>　　2.1 主電路設(shè)計2</p><p>　　2.1.1 主電路電路圖2</p><p>　　2.1.2 主電路電路說明3</p>&

8、lt;p>　　2.2 繼電器控制電路設(shè)計3</p><p>　　2.2.1 繼電器控制電路圖3</p><p>　　2.2.2 繼電器電路說明4</p><p>　　2.3 PLC控制電路設(shè)計5</p><p>　　2.3.1 PLC控制電路的連接圖5</p><p>　　2.3.2 PLC控制電路說明

9、5</p><p>　　2.4 PID調(diào)節(jié)電路設(shè)計6</p><p>　　2.4.1 PID調(diào)節(jié)電路的接線圖6</p><p>　　2.4.2 PID調(diào)節(jié)電路說明6</p><p>　　3.PLC程序設(shè)計6</p><p>　　3.1 PLC的程序設(shè)計流程圖6</p><p>　　3

10、.2 PLC輸入輸出引腳分配表7</p><p>　　3.3 PLC程序8</p><p>　　4.系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成10</p><p>　　4.1 控制系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成10</p><p>　　4.2 驅(qū)動設(shè)備與壓力設(shè)備11</p><p>　　4.3 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)備組態(tài)圖11</p><p&g

11、t;　　5.經(jīng)濟(jì)效益分析12</p><p><b>　　6.設(shè)計總結(jié)12</b></p><p><b>　　7.參考文獻(xiàn)13</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　由于城市供水系統(tǒng)自動化的建設(shè)是其中的一個重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、

12、經(jīng)濟(jì)性直接影響到用戶的正常工作和生活。隨著人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性要求的不斷提高，利用先進(jìn)的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計出高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)供水廠復(fù)雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。</p><p>　　本文首先闡明了供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理；具體分析了變頻恒水壓供水的原理及系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，通過研究和比較，得出結(jié)論:變頻調(diào)速是當(dāng)今國際上一項效益最高、性能最好、應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的電機(jī)調(diào)速

13、技術(shù)。因此本文以采用變頻器和PLC組合構(gòu)成系統(tǒng)的方式，以某居民小區(qū)水泵電動機(jī)控制系統(tǒng)為對象，逐步闡明如何實現(xiàn)水壓恒定供水。</p><p>　　變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用。利用變頻技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合，在中小型供水企業(yè)實現(xiàn)恒壓供水，不僅能達(dá)到比較明顯的節(jié)能效果，提高供水企業(yè)的效率，更能有效保證從水系統(tǒng)的安全可靠運行.變頻恒水壓

14、供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣傳動技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控;同時可達(dá)到良好的節(jié)能性，提高供水效率。所以設(shè)計基于變頻調(diào)速的恒定水壓供水系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平，同時降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。</p><p><b>　　1.總體設(shè)計方案</b></p><p>　　

15、1.1 總體控制結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　圖1-1 變頻恒壓供水控制結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1.2 總體布局概況圖</p><p>　　圖1-2 變頻恒壓供水結(jié)構(gòu)布局圖</p><p>　　1.3 系統(tǒng)硬件選型</p><p>　　▲水泵選型：跟據(jù)以上用戶的流量，選擇三臺大功率水泵組的電機(jī)功率分別為3

16、0KW，三臺大功率水泵組用于白天對用戶的恒壓供水，以達(dá)到恒定水壓和節(jié)能的目的。.</p><p>　　▲CPU選型：根據(jù)本次設(shè)計的通用變頻器恒壓供水系統(tǒng)的控制系統(tǒng)實際所需端子數(shù)目，考慮PLC端子數(shù)目要有一定的預(yù)留量，因此選用的S7-200型PLC的主模塊為CPU226型，其數(shù)字量輸出（DQ）為16點，輸出形式為DC24V繼電器輸出；數(shù)字量輸入CPU226為24點，輸入形式為＋24V直流輸入。</p>

17、<p>　　▲變頻器選型：跟據(jù)實際設(shè)計需要，所選擇變頻器的富士型號是FRN5.5P11S-4，參數(shù)為適用的電動機(jī)容量為30KW輸出電路MC2為SC-05,額定電流為20，主電路部和接地端子均為3.5。</p><p>　　▲壓力傳感器選型：本設(shè)計選擇YTT-150型號的遠(yuǎn)傳壓力傳感器，由于選取的揚程為H=50m，所以待測壓力值為0.6MPa</p><p><b>　

18、　2.各單元電路設(shè)計</b></p><p>　　2.1 主電路設(shè)計</p><p>　　2.1.1 主電路電路圖</p><p>　　圖2-1 變頻器恒壓供水主電路</p><p>　　2.1.2 主電路電路說明</p><p>　　該系統(tǒng)包括3臺水泵電動機(jī)M1、M2、M3，其中M1的功率為30k

19、W，M2為30kW，M3為20kW。該系統(tǒng)為一臺變頻器依次控制每臺水泵實現(xiàn)軟啟動及轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)恒壓控制。系統(tǒng)具有變頻及工頻兩種運行狀態(tài)，當(dāng)變頻泵達(dá)到水泵額定轉(zhuǎn)速后，如水壓在所設(shè)定的判斷時間內(nèi)還不能滿足恒壓值時，系統(tǒng)自動將當(dāng)前變頻泵狀態(tài)切換為工頻狀態(tài)，并指示下一臺泵為變頻泵，其中接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3工頻運行，KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3變頻運行，KM0控制變頻器的工作。</p&g

20、t;<p>　　2.2 繼電器控制電路設(shè)計</p><p>　　2.2.1 繼電器控制電路圖</p><p>　　圖2-2 繼電器控制線路圖</p><p>　　2.2.2 繼電器電路說明</p><p>　　其中接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3工頻運行，KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3

21、變頻運行，KM0控制變頻器的工作。KA0～KA6為中間繼電器，它們分別控制KM0～KM6工作。HL0～HL6為指示燈，其中HL0為電源指示燈，HL1～HL3分別指示M1～M3的工頻運行，HL4～HL6分別指示M1～M3的變頻運行。</p><p>　　2.3 PLC控制電路設(shè)計</p><p>　　2.3.1 PLC控制電路的連接圖</p><p>　　圖2-3

22、 PLC控制電路的連線圖</p><p>　　2.3.2 PLC控制電路說明</p><p>　　圖中SA7為手動/自動控制轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA8為自動起/停控制轉(zhuǎn)換開關(guān)，P1為壓力上限，P2為壓力下限，SA1為1#水泵手動起動開關(guān)，SA2為1#水泵手動停止開關(guān)，SA3為2#水泵手動起動開關(guān)，SA4為2#水泵手動停止開關(guān)，SA5為3#水泵手動起動開關(guān)，SA6為3#水泵手動停止開關(guān)，KA0～K

23、A6為中間繼電器，它們分別控制KM0～KM6工作。</p><p>　　2.4 PID調(diào)節(jié)電路設(shè)計</p><p>　　2.4.1 PID調(diào)節(jié)電路的接線圖</p><p>　　圖2-4 PID調(diào)節(jié)電路的接線圖</p><p>　　2.4.2 PID調(diào)節(jié)電路說明</p><p>　　PID調(diào)節(jié)器電路如圖2-4所示

24、，PID調(diào)節(jié)器的引腳11、12為電流輸出信號，接圖2-1中的變頻器的引腳3、4，PID調(diào)節(jié)器的引腳18接圖2-3中的PLC輸入端子X4，PID調(diào)節(jié)器的引腳19接圖2-3中的PLC輸入端子X5。PID調(diào)節(jié)器接受壓力傳感器送來的壓力信號，自動調(diào)整變頻器的頻率給定輸入，從而控制變頻器的輸出電壓，進(jìn)而控制變頻泵的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)變頻泵水流量的穩(wěn)定控制。</p><p><b>　　3.PLC程序設(shè)計</b>

25、;</p><p>　　3.1 PLC的程序設(shè)計流程圖</p><p>　　圖3-1 PLC程序設(shè)計流程圖</p><p>　　3.2 PLC輸入輸出引腳分配表</p><p>　　表3-1 輸入引腳分配</p><p>　　表3-2 輸出引腳分配</p><p><b>　

26、　3.3 PLC程序</b></p><p>　　LD SM0.1 INCB VB301 </p><p>　　CALL SBR0 Network7// </p><p>　　Network 2 // 啟動變頻器 LDD <= VD25

27、0,1000 </p><p>　　LD I0.7 AN M0.2 </p><p>　　S M0.7, 1 TON T38,30 </p><p>　　AN I0.0 Network8// </p>

28、<p>　　= M0.7 LD T38 </p><p>　　Network 3 AB > VB301,0</p><p>　　LD M0.7 EU </p><p>　　S Q0.6

29、, 1 = M0.2 </p><p>　　AN I0.0 DECB VB301 </p><p>　　= Q0.6 Network9// </p><p>　　Network 4 //

30、 LD M0.1 </p><p>　　LD SM0.1 O Q0.3</p><p>　　O I0.7 O Q0.1</p><p>　　INCB VB300 = Q1.5</p>

31、<p>　　Network 5 // Network11//</p><p>　　LD M0.7 LD M2.0 </p><p>　　AD>= VD250, VD208 TON T33,2</p><p>　　AN

32、 M0.1 Network12//</p><p>　　TON T37, 50 LD T33</p><p>　　Network 6 // </p><p>　　EU

33、 MOVB 1, VB300</p><p>　　= M0.4 Network20//</p><p>　　Network 13 // LDB = VB301,0</p><p>　　LD M0.4

34、 A SM0.5</p><p>　　S M2.1, 1 EU</p><p>　　INCB VB300 INCD VD 310</p><p>　　Network 14 Net

35、work21//</p><p>　　LD M2.1 LDD = VD310,180</p><p>　　TON T34, 2 EU</p><p>　　Network 15 // = M0.3</p>

36、<p>　　LD T34 MOVD +0, VD310</p><p>　　EU Network22//</p><p>　　= M0.5 LDB <> VB301,0</p&g

37、t;<p>　　R M2.1, 1 MOVD 0, VD310</p><p>　　Network 16 // Network23//</p><p>　　LD M0.5 LD SM0.1</p><p&g

38、t;　　S M2.2, 1 O M0.0</p><p>　　Network 17 O M0.6</p><p>　　LD M2.2 AB = VB300,1 </p><p>　　TON T39,

39、 30 O Q0.5</p><p>　　Network 18 // A I0.4</p><p>　　LD T39 AN M0.3</p><p>　　EU

40、 AN I1.1</p><p>　　= M0.6 AN I1.0</p><p>　　R M2.2, 1 AN M0.4</p><p>　　R M2.0, 1 AN Q0.4</

41、p><p>　　Network 19 // = Q0.5</p><p>　　LDB> VB300, 3 Network24//</p><p>　　LD M0.6 AB > VB301,0</p>

42、<p>　　AB= VB300, 2 ALD LDB = VB301,2</p><p>　　O Q0.3 AN I1.0 AB > VB301,1</p><p>　　A I0.5 AN I1.1 OLD</p><p>

43、　　AN M3.0 A I0.4 ALD</p><p>　　AN I1.1 AN Q0.5 A I0.6</p><p>　　AN I1.0 = Q0.4 AN I1.1</p><p>　　AN M0.4

44、 A Q0.0 AN I1.0</p><p>　　AN Q0.2 = Q0.1 AN Q0.1</p><p>　　= Q0.3 Network27// = Q0.0</p><p>　　Net

45、work 25 // LD M0.5 AN I1.1</p><p>　　LD M0.6 O Q0.2 AN I1.0</p><p>　　AB= VB300, 3 LDB = VB300,3 AN Q0.4</p><

46、;p>　　O Q0.1 AB > VB301,0 = Q0.5</p><p>　　A I0.6 LDB = 301,1</p><p>　　AN I1.1 AB > VB301,1</p><p>　　AN

47、I1.0 OLD</p><p>　　AN M3.0 ALD</p><p>　　AN M0.4 A I0.5</p><p>　　AN Q0.0 AN I1.1</p><p>　　= Q0.1

48、 AN I1.0</p><p>　　Network 26 // AN Q0.3</p><p>　　LD M0.5 = Q0.2</p><p>　　O Q0.4 = Q0.3</p><p>　　LDB= VB300, 2

49、 Network28//</p><p>　　AB> VB301, 0 LD M0.5</p><p>　　LDB= VB300, 3 O Q0.0</p><p>　　AB> VB301, 1 LDB = VB300,1 </p><p

50、><b>　　4.系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成</b></p><p>　　4.1 控制系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成</p><p>　　圖4-1 控制系統(tǒng)設(shè)備圖</p><p>　　4.2 驅(qū)動設(shè)備與壓力設(shè)備</p><p>　　圖4-2 驅(qū)動器件設(shè)備圖</p><p>　　4.3 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)備組態(tài)圖</p&

51、gt;<p>　　圖4-3 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　5.經(jīng)濟(jì)效益分析</b></p><p>　　從流體力學(xué)原理知道，水泵供水流量與電動機(jī)轉(zhuǎn)速及功率的關(guān)系為</p><p>　　式中為供水流量，為揚程，為電動機(jī)軸功率，為電動機(jī)轉(zhuǎn)速。</p><p>　　本設(shè)計系統(tǒng)共有3臺30KW的水

52、泵電動機(jī)，假設(shè)沒天運行16h，其中4h為額定轉(zhuǎn)速，其余12h為80%額定轉(zhuǎn)速運行，一年365天節(jié)約電能為</p><p>　　kW·h=64124 kW·h</p><p>　　若每1 kW·h電價為0.60 元，一年可節(jié)約電費為</p><p>　　0.60×64124元=38474.4元</p><p&

53、gt;　　通過市場調(diào)查，本套恒壓供水系統(tǒng)的成本約為5萬元左右，兩年即可收回投資，運行多年經(jīng)濟(jì)效益將十分可觀。</p><p><b>　　6.設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　本課題主要設(shè)計的是關(guān)于某小區(qū)的恒壓供水。為此設(shè)計了一套具有高性能的變頻器控制系統(tǒng)來代替原有的手動啟動、閥門控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)重點是根據(jù)系統(tǒng)運行的需求，自動調(diào)節(jié)輸出頻率控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而保持

54、系統(tǒng)工況壓力的穩(wěn)定。</p><p>　　根據(jù)供水的要求，此裝置屬于一拖三閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，且變頻器帶動的電機(jī)可實現(xiàn)無級調(diào)速。減少系統(tǒng)波動現(xiàn)象和對電源電網(wǎng)的沖擊。此裝置在變頻器出現(xiàn)故障時，可自動關(guān)閉電動閥門，系統(tǒng)退出變頻式運行，以避免中斷供水。</p><p>　　在工頻方式運行下，系統(tǒng)帶有降壓啟動裝置，在工頻啟動時，由于啟動電流過大，而避免對電網(wǎng)沖擊的影響，并可延長電機(jī)的使用壽命。</

55、p><p>　　我們的課題是有關(guān)PLC、變頻器在樓宇智能化恒壓供水控制系統(tǒng)的應(yīng)用。作為一名自動化的學(xué)生，在過去的兩年中我們所接觸的大多都是些專業(yè)基礎(chǔ)課，所掌握的僅僅是理論知識，如何把我們所學(xué)到的專業(yè)理論知識應(yīng)用于實踐將是一個大大的突破。在通過指導(dǎo)老師的耐心講解和自己查閱大量專業(yè)資料以后，我們對本次課程設(shè)計有了比較清晰的思路。在課程設(shè)計中，我們集思廣益、共同商討、認(rèn)真分析并計算。在電路圖的設(shè)計中，我們所用的是prote

56、l99的軟件畫圖，使我再一次的熟悉該軟件；在電路的設(shè)計中，特別注重對通用變頻器的選擇與利用，要注意其各種參數(shù)是否符合電機(jī)的要求；而在電機(jī)的選擇中，要考慮其的功率，太小了就會使得其的供水量過小等各方面的因素。總之，通過這次課程設(shè)計，讓我廣開眼界、獨立思考、動手操作能力也得到了相應(yīng)的提高，并學(xué)會了很多書本上學(xué)不到的知識。從中也發(fā)現(xiàn)了自己的一些不足，便于在以后的學(xué)習(xí)中得到改進(jìn)。課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用，是畢業(yè)設(shè)計的預(yù)演，也是我們邁向

57、社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程。在這我要感謝指導(dǎo)老師的辛勤指導(dǎo)和幫助，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘</p><p><b>　　7.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王延才 變頻器原理及應(yīng)用(第三版) 機(jī)械工業(yè)出版社，2009.1.101-115</p><p>　　[2]

58、王兆安 黃俊.電力電子技術(shù)（第4版）.機(jī)械工業(yè)出版社，2000.5.96-105</p><p>　　[3] 王永華 現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)（第二版）.機(jī)械工業(yè)出版社，2008.2.266-278</p><p>　　[4] 譚建成.傳感器原理及應(yīng)用(第三版). 機(jī)械工業(yè)出版社，2009.8.133-155</p><p>　　[5] 周定頤 電機(jī)及電力拖動（