城市供水系统设计

毕业论文(设计)

题目:城市恒压供水系统设计

作 者:杜善义

专业及班级:06级机械制造及自动化

指导老师:刘耀元

准考证号:[1**********]7

南昌理工学院光信息机电工程系

2009年10月31

摘 要

城市供水系统的主要在用水量不断变化的情况下,维持管内水压在一定范围内,即满足用户用水的要求,又能够最大程度节约能源、延长设备寿命。变频供水的控制器经历了从继电器-接触器,到单片机,再到PLC。而变频器也从多端速度控制、模拟量输入控制,发展到专用变频器。实现了城市供水系统简单、高效、低耗能的功能,并且实现自动化的控制过程,采用PLC作为核心控制是个较好的方案。

关键词: 恒压供水 PLC 变频器 程序设计

主编:杜善义

排版:徐振盼

审核:翟亚军

Abstract

Urban water supply system, mainly in the water changing circumstances, to maintain its water pressure within a certain range, that is, to meet the requirements of the user of water, but also to the greatest degree of energy conservation, to extend the service life. Frequency of water supply has gone from a controller relay - contactor, to the microcontroller, to the PLC. The inverter speed control from multiterminal analog input control, the

development of the special inverter. Implementation of urban water supply system is simple, efficient, low-power features, and

achieve automated control process, using PLC as a core control is a better solution.

Key words: constant pressure water supply inverter PLC program design.

目 录

绪论………………………………………………………………… 1

供水系统简介…………………………………………………… 1 供水系统功能要求…………………………………………… 1

第一章.系统的总体设计…………………………………………… 4

1.1 供水系统的结构………………………………………………… 4

1.2 供水系统的工作原理…………………………………………… 5

第二章 硬件系统配置……………………………………………… 7

2.1 PLC选型…………………………………………………………7

2.2 PLC的I/O资源分配…………………………………………… 8

2.3 其他资源配置…………………………………………………… 10

第三章.软件系统设计………………………………………………… 14

3.1 总体流程设计………………………………………………… 14

3.2 各个模块梯形图设计…………………………………………… 21

第四章.系统设计中问题及解决方法………………………………… 29

4.1 硬件方面问题………………………………………………… 29

4.2 软件方面问题………………………………………………… 30

第五章设计小结……………………………………………………… 30 致谢…………………………………………………………………… 31 参考资料……………………………………………………………… 32

绪 论

一、供水系统简介

对于高层用户来说,在白天或用水高峰时候,供水系统的电机负荷最大,常常满负荷或超负荷;而晚上或休闲时,所需水量减少,但是电机依然处于满负荷运行,这样浪费了大量资源,对电机损耗也很大,由于变频调速系统的运用有效的解决了以上问题,根据用水量的大小来控制水泵的转速,即用水量大时,提高变频,使水泵转速升高,增加供水量。当用水量减少时,降低变频,使水泵转速降低,或减少投入运行水泵数量,减少供水量。现在由于电子技术的发展如SCAD系统、DCS系统和PLC等系统逐渐应用到工业控制中。

SCADA系统是由一个主控站和若干个远程终端站组成,通过物理链路层或数据链路层进行通信联系。该系统最初用于通信系统,但终端站的扩展,也实现连续及顺序控制,所以较多应用于控制系统,但此类系统多侧重于连续监测的场所。

DC系统称为集散型控制系统,是由多台计算机和现场终端机组成的,共同完成分散控制和集中操作、管理的综合控制系统,多侧重于连续性生产过程管理。

PLC时可编程控制器的简称,它作为处理系统的控制器,实现控制系统的功能要求,也可利用计算机作为其上位机,通过网络连接PLC,对生产过程进行实时监控,具有编程方便、开发周期短、维护容易、通用性强、使用方便、控制功能强、模块化结构、扩展能力强等特点。

二、供水系统要求

城市供水系统的主要在用水量不断变化的情况下,维持管内水压在

一定范围内,即满足用户用水的要求,又能够最大程度节约能源、延长设备寿命。变频供水的控制器经历了从继电器-接触器,到单片机,再到PLC。而变频器也从多端速度控制、模拟量输入控制,发展到专用变频器。实现了城市供水系统简单、高效、低耗能的功能,并且实现自动化的控制过程,采用PLC作为核心控制是个较好的方案。

PLC具有体积小,设计周期短、数据处理和通信方便、易于操作与维护、明显降低成本等优点,可满足城市供水系统的要求。除此之外,PLC作为城市供水系统使设计过程变的更加简单。可实现功能变的更多。由于PLC和CPU强大的网络通信能力,使城市供水系统数据传输与通信变得可能,并且可实现远程监控。

利用PLC作为控制器的城市供水系统主要涉及两个方面:一是信号输入;二是控制输出信号。

其一、信号输入

城市供水系统信号输入检测主要涉及三类信号的检测,主要包括:按钮的输入检测、液位高低的输入检测,以及管内压力的输入检测。

1)、按钮输入检测。大多数为人工方式控制的输入检测,主要有手动按钮、自动按钮、水泵工频启动按钮、水泵变频启动按钮,以及变频加、减速按钮等。

2)、液位高低输入检测。检测水池液位的高低,用来控制整个供水系统的启动和停止。

3)、管内压力输入检测。按钮输入和液位高低输入检测到为数字量输入,管内压力输入为模拟量输入。通过将管内的压力传感器安置于适当位置上,将检测值反馈到PLC中,通过运算输出控制水泵信号。当压力值偏低时,供水量不足,导致用户无法正常用水,因此需要增加水泵的转速以增加供水量;当压力值偏高时,导致管内压力值过大,用户用

水较多,容易对管道造成损害,因此减少水泵转速减少供水量,最终使管内的水压力保持在一定范围内。

其二、控制信号与输出信号

信号输出部分主要包括两个方面;一个是数字输出,即各类设备的接触器;另外一个是通信输出,即通过RS-485来控制变频器。

1)、数字输出。控制各类设备的启动和停止,包括:所有水泵的工频运行和变频运行等接触器,以及进水阀门的开启与关闭。

2)、通信输出。通过PLC中PID运算的数据转换成标准值,该控制信号输入到变频器的通信端口上,改变变频器的输出频率,从而控制水泵的转速,最后达到控制水管中压力的要求。

第一章 系统的总体设计

一. 供水系统的结构

城市供水控制系统设计主要包括两个方面:一方面是机械结构设计;另一方面是PLC电气控制方面设计。机械结构是控制系统的基础,实现现控制功能的前提;PLC电气控制系统是实现控制功能的核心部分。机械部分的设计相对简单,电气结构、设备组成比较固定。

1、主要组成部分

城市供水系统的组成比较简单,主要是一些管道、水泵、变频器等,以及其他的辅助设备构成,电气结构主要组成部分的简单示意图。

如图1-1

1)、水压变化:作为系统的控制输入量,能否采集信号根据控制系统的精度及可靠性。

2)、控制器:是整个控制系统的核心,通过对外界输入状态进行检测,输出控制量;对外界输入数据进行运算处理后,输出相应的控制量。例如单片机、可编程逻辑控制器、计算机等。

3)、调速器:作为控制器的核心的后续控制单元,对终端设备进行控制,最终达到控制要求。例如多段调速、变频调速等。

4)、水泵:供水系统的执行机构,通过调速器控制器控制电机的转速,最后达到控制水泵流量大小的要求。

2、电气控制系统

电气控制系统主要包括操作面板、电气控制柜等单元。由于该系统中需要检测较多的数字输入量,并且还要检测模拟输入,然后根据设定的程序进行数据处理,输出控制信号,因此系统的控制逻辑与时序就需要严格按照检测信号的输入进行控制,其示意图如图1-2所示。

图1-2 系统电气图 二. 供水系统的工作原理图

1、控制系统总体框图

城市供水电气控制系统的总体框图如图1-3所示,PLC为核心控制器,通过检测操作面板按钮的输入、各类传感器输入,以及相关模拟量的输入,完成相关设备的运行、停止和调速按钮。

图1-3 城市供水电气控制系统总体框图

2、工作过程

城市供水系统在手动状态下,各类设备的控制根据操作面板上的按钮输入来控制,无逻辑限制,即不根据传感器的状态进行控制。在自动方式下进行闭环控制,系统根据检测到外部传感器的状态如下:

1)首先,测量水位的高低;

1-4 自动工作过程 2)其次,采集压力传感器反馈的信号,将该传感器输出的模拟信号转换成PLC可处理数字信号。 3)再次,PLC根据压力反馈值,以及变频输出,对模拟量进行数据处理。 4)最后,在PLC中数据经过计算后,产生控制信号来实现对驱动的控制。这就完成了一个工作过程。

第二章 硬件系统配置

一. PLC选型

根据工作原理和控制功能要求,因此设计出城市供水系统的电气控制系统框图如图2-1所示,在此控制系统中的核心处理器是PLC,其输入和输出主要为数字量,只有一组模拟量输入。

图2-1 电气控制系统框图

根据城市供水电气控制系统的功能要求,从经济性、可靠性等方面来考虑,选择西门子S7-200系列PLC作为城市供水电气控制系统的控制主机。由于城市供水电气控制子系统的输入/输出端口较少,而其控制过程相对复杂,因此采用 CPU224作为该控制系统的主机。在系统中,还需要采集模拟量的功能要求,因此需要再扩展一个模拟量输入/输出扩展模块。西门子公司专门为S7-200系列PLC配置了模拟量输入/输出模块EM235,该模块具有较高的分辨率和较强的输出驱动能力,可以满足控制系统的功能要求

EM23实例图

实例图CPU224

二. PLC的I/O资源配置

根据系统的功能要求,PLC的I/O进行配置,具体分配如下所示。 1、数字量输入部分

在此控制系统中,所有的输入量基本上属于数字量,主要包括各种控制按钮/旋钮等数字输入,共15个数字输入量,如表2.1所示。

2、数字量输出部分

在这个控制系统中,主要输出控制的设备有,各种接触器、阀门等,共7个输出点,其具体分配如表

2-2所示

3、模拟量输入部分

由于需要采集一个压力传感器所反馈数据,因此扩展了一个模拟量输入/输出模块,具体I/O分配如表2-3。

根据控制系统的功能要求、如表2-1、2-2和2-3所示的I/O分配情况,以及图2-6所示的城市供水系统的硬件连线图,设计出城市供水系统的硬件连线图,如图2-6所示,此图控制面板的手动控制部分主要在调试系统时使用,调试完成后基本处于闲置状态。

急停 手动启动 自动启动 水池高位 水池低位 1#

1#泵变频2#2#3#3#电动机加速电动机减速图2-6 系统硬件连线图

三. 其他资源配置

要完成系统的控制除了要PLC主机及扩展模块之外,还需要各种开关、接触器和变频器等仪器设备 1、接触器

在变频恒压供水系统中,其中所有设备的运行不是连续的,而是根据控制面板上的按钮情况或根据传感器的反馈值进行的,因此需要PLC根据当前的工作情况,以及按钮的情况来控制所有设备的启停,共6个接触器:1#泵工频接触器、2#泵工频接触器、3#泵工频接触器、1#泵变频接触器、2#泵变频接触器、3#泵变频接触器。

(1)1#泵工频接触器,1#泵工频接触器是连接1#到工频电网的接触器,通过PLC输出的指令控制泵的工频运行或停止。

(2)2#泵工频接触器,2#泵工频接触器是连接2#泵到工频电网的接

触器,通过PLC输出的指令控制泵的工频运行或停止。

(3)3#泵工频接触器,3#泵工频接触器是连接3#泵到工频电网的接触器,通过PLC输出的指令控制泵的工频运行或停止。

(4)1#泵变频接触器,1#泵变频接触器是连接1#泵到变频器的接触器,通过PLC输出的指令控制泵的变频运行或停止。

(5)2#泵变频接触器,2#泵变频接触器是连接2#泵到变频器的接触器,通过PLC输出的指令控制泵的变频运行或停止。

(6)3#泵变频接触器,3#泵变频接触器是连接3#泵到变频器的接触器,通过PLC输出的指令控制泵的变频运行或停止。

2、变频器

MM430变频器一种风机水泵负载专用变频器,能使用于各种变速驱动系统,尤其使用于工业部门的水泵和风机,主要优点有以下几个方面。

1).体积小,结构紧凑。 2).采用模块化结构,组织灵活。 3).具有完善的电机和变频保护功能。 4).具有较高的输出转矩。

5).具有旁路功能,可安全的将电机直接切换为电源供电。 6).具有节能功能,可最大限度节约能源。

7).如果对水泵进行驱动时可以无载空转状态进行检测。 8)组驱动数据,可使变频器在3组驱动数据下工作。 9).复合制动功能可实现快速制动。

10).可设置跳转频率,可在驱动系统出现谐振时将机械所受压力降到最低。

11).再启功能,可使变频器与正在转动的电机连接时所受冲击力最小。

12).变频器根据PTC/KTY的输入信号对电机进行过高温检测,保护电机。

13).可接入网络中使用。

14).集成的EMC滤波器能有效降低对安装工作的要求。 3、各类按钮

在这个控制系统的自动操作中,采用三种机械按钮,控制供水系统的调试和运行,手动/自动按钮使用按钮,即旋到一边接通,,旋到另一边关闭;自动启动按钮采用触点触发式按钮;急停按钮使用旋转复位按钮,按下后系统停止,旋转后自动弹起。

在手动控制状态时,对每个设备都对应一个按钮,采用触点触发式按钮,即按下接通,松开复位。

4、人机界面

该系统的显示系统采用西门子公司的TD200文本显示器,该显示器可适用所有S7-200系列的PLC,采用TD200主要完成以下功能: ①显示信息;②设定及修改控制系统的参数;③8个可由用户定义的功能键,可代替普通按钮;④提供强制I/O检测功能。

TD200的连接很简单,只需在所提供的连接电缆接到S7-200系列PLC的PPI接口上即可,在距离不超过其规定范围时,由PLC对其进行

供电。在编程时,可利用西门子公司提供的编程软件STEP 7-Micro/WIN32,由于在CPU中已经保留了一个专门的区域用于与TD200进行数据交换,所以只需要将显示及修改的中间继电器、寄存器等与文本显示器相应的数据区域进行连接即可。

5、传感器

传感器的作用是将压力、温度等非电量的物理信号转换成电量信号后,传送到PLC主机中进行数据处理后,再通过通信传给变频器控制电机。

第三章 软件系统设计

采用西门子公司为S7-200系列PLC开发的STEP 7-Micro/WIN32作为编程软件,就可以开始软件部分的设计,根据控制系统的控制要求和硬件部分的设计情况以及PLC控制系统I/O的分配情况,进行软件编程的设计。在软件设计中,首先按照需要实现的功能的要求做出流程框图,也便于调试。

一. 总体流程设计

根据系统的控制要求,控制过程可分为手动控制和自动控制功能。在手动控制模式下,每个设备可单独运行,以测试设备的性能,模式选择流程图如图3-1。

1、手动模式下

在手动模式下可单独调试每个设备的运行,手动操作模式工作流程图如图3-2。

图3-1 模式选择流程图

图3-2 手动操作模式工作流程图

2、自动模式

处于自动模式时,系统上电后,按下自动启动,确认后系统开始工作,其工作过程包括以下几个方面。

(1)系统上电后,按下自动启动按钮,检测水池水位。 (2)水位满足,变频启动1#泵,同时检测管内压力。

(3)管内压力大于设定值,水泵变频调节;小于设定值,启动2#水泵。

(4)管内压力大于设定值,维持现状不变;小于设定值,2#水泵工频启动,3#水泵变频运行。

(5)管内压力大于设定值,维持现状不变;小于设定值,3#水泵工频运行。

(6)管内压力大于设定值,以次减少投入运行水泵的数量。 自动操作工作模式流程图3-3所示。

在自动控制工作流程图中,调用了各个控制系统的程序,主要包括水池水位检测程序、1#泵控制程序、2#泵控制程序、3#泵控制程序,水池水位检测程序主要控制进水阀门的运行和停止,其中工作过程包括以下几个方面。

(1) 自动过程开始启动进水阀门,监测水位高低。 (2) 水位高于高位传感器,启动定时3s。

(3) 定时到,仍高于高位传感器,停止进水阀门运行。 (4) 水位处于高位和低位传感器之间,进水阀门正常运行。 (5) 水位低于低位传感器,启动定时1s。 (6) 定时到,启动进水阀门,监测水位高低。

(7) 进水阀门启动后,启动定时2s.

(8) 定时到,水位仍低于低位传感器,输出故障标志。

图3-3 自动操作模式工作流程图

水池水位监测工作流程如图3-4所示。

图3-4 水池水位检测工作流程图

1#泵控制程序主要控制1#泵的运行、停止和变频调速,其工作过程包括以下几个方面:

(1) 自动过程开始启动1#泵变频运行,监测管内压力大小。 (2) 反馈值小于设定值,启动定时5S。

(3) 定时到,仍小于设定值,监测变频器的输出频率。

(4) 变频器输出频率为50Hz,切换1#泵工频运行,启动2#泵控制程序。

1#泵控制程序如图3-5。

图3-5 1#泵控制流程图

2#控制程序主要控制2#泵的运行、停止和变频调速,其工作过程包括以下几个方面。

(1).起动2#泵变频运行,检测管内压力大小。 (2).反馈值小于设定值,启动定时5s。

(3).定时到,仍小于设定值,检测变频器的输出频率。

(4).变频器输出频率大于50Hz。切换2#泵工频运行,起动3#控制程序。

(5).管内压力反馈值大于设定值,切除1#泵工频运行,维持2#泵变频调速运行。

2#泵控制流程图如图3-6所示

3-6 2#控制流程图

图3-7 3#泵控制流程

切除工频运行程序主要控制3个泵在工频状态下的运行时,根据管 1) 切除1#泵工频运行,检测管内压力大小。 2) 反馈值小于设定值,启动定时5s。

3) 定时到,仍小于设定值,启动2#泵控制程序。

4) 若大于设定值,切除2#泵工频运行,检测管内压力大小。5) 管内压力反馈值大于设定值,启动3#泵控制程序。

内压力的反馈值,依次停止,其工作过程包括以下几个方面。(((( (

(6) 小于设定值,启动定时5s。

(7) 定时到。仍小于设定值,启动1#泵控制程序。 (8) 大于设定值,全部停机。

切除工频运行泵工作流程如图3-8所示。

图3-8

二. 各个模块梯形图设计

在设计程序过程中,会使用到许多寄存器、中间继电器、定时器等软件,为了便于编程及修改,在各个程序编写前列出了可能用到的软元件如表3-5。

表3-9 元件设置

1.手动控制程序

在系统上电后,控制方式选择手动方式时,可通过面板上的按钮控制每个设备的运行。手动控制系统主要是便于在系统完成后,进行调试,检测各个设备是否正常运行,手动控制梯形图程序如图3-15与图3-15

LD I0.1 手动按钮 O M0.1

AN M0.0 停止标志

AN M0.4 水池故障标志 = M0.1 手动控制标志 LD M0.1 LPS

LD I0.5 1#泵工频运行标志 O M0.5 ALD

AN I0.6 1#泵变频运行标志 = M0.5 1#泵工频运行标志 LDR

LD I0.6 1#泵变频运行标志 O M1.0 ALD AN I0.5

= M1.0 1#泵变频运行标志 LRD

LD I0.7 2#泵工频运行标志

O M0.6

ALD

AN I1.0 2#泵变频运行标志 = M0.6 2#泵工频运行标志 LRD

LD I1.0 2#泵变频运行标志 O M1.1 ALD

AN I0.7 2#泵工频运行标志 = M1.1 2#泵变频运行标志 LRD

LD I1.1 3#泵工频运行标志 O M0.7 ALD AN

I1.1 3#泵工频运行按钮 = M1.2 3#泵变频运行标志 LD M0.1 LD M1.0 O M1.1 O M1.2 ALD LPS

A I1.3 电动机加速按钮

图3-9 手动控制梯形图程序

所示的梯形图程序对应的语句表程序如图示。

手动模式的设置主要是为了方便系统的调试和维修工作,在调试时,可以对不同的设备进行调试,最后整个系统联合调试。在维修时,如果系统在运行过程中出现问题,也可采用手动方式进行检查,便于维修。

2、自动控制程序

在生产中,大多采用自动过程进行控制,系统通过传感器的反馈信号来控制设备的启动和停止,以及调速控制,如图3-10。与图3-10所示的梯形图程序对应的语句表程序如下:

LD I0.2 自动控制标志 O M0.2

AN M0.0 停止标志 AN 0.4 水池故障标志 = M0.2 自动控制标志 LD I0.0 停止按钮 = M0.0

1、功能程序

图3-10 自动控制梯形图程序

水位检测程序,完成对水池中水位的检测,控制系统的运行与停止,如图3-17。

LD SM0.1 O M0.3 AN T37 AN M0.0 AN M0.4 = M0.3 LD SM0.0

A I0.3 水池高位

TON T37,300 超过高位定时 LD SM0.0

AN I0.4 水池低位

TON T38,100 低于低位定时 LD

SM0.0

A T38

O M0.3 开启进水阀门 AN T37 AN M0.0 AN M0.4 = M0.3

TON T39,200 进水阀门开启后,定时

2s

LD M0.3 A T39 AN I0.4

= M0.4 定时到,输出故障标志

图3-17水位检测梯形图程序

图3-11 自动控制梯形图程序

1#泵控制程序,完成对1#的控制,其控制梯形图如图3-18, 与图3-18所示的梯形图程序对应的语句表程序如下:

LD M0.2 EU

O M1.0

CALL SBR_0 调用PID回路子程序 CALL SBR_1 调用产生中断子程序 AN M0.0 AN M0.4

AN M1.3 1#泵变频到工频切换标志 = M1.0 1#运行标志 LD

M0.2

A M1.0

AR

AR

= M1.3 定时到,输出1#泵切换至工频运行 LD M0.2 A M1.3 O M0.5 AN M0.0

AN M0.4AN M0.2

= M0.5 1#工频运行标志

图3-18 1#泵控制梯形图程序

2#泵控制程序,完成对2#的控制,其控制梯形图如图3-19, 与图3-19所示的梯形图程序所对应的语句表程序如下

LD M0.2 A M0.5 EU

O M1.1 AN M0.0 AN M0.4

AN M1.4

= M1.1 2#变频器运行标志 LD M0.2 A M1.1

AR

AR

AR= VD30,VD104 A T41 = M1.4 2#泵切换工频运行标志 LD M0.2 AM 1.4 O M0.6 AN M0.0 AN M0.4 AN M2.1

= M0.6 2#泵工频运行标志 LD M0.2 A M1.1 A M0.5

AR> VD102,VD100 = M2.0

图3-19 2#泵控制梯形图程序

3#泵控制程序,完成对3#泵的控制,如图3-20所示。

图3-20 3#泵控制梯形图程序

与图3-20所示的梯形图程序所对应的语句表程序如下:

LD M0.2 A M0.6 EU

O M1.2 AN M0.0 AN M0.4 AN M1.4

= M1.2 3#泵变频运行标志 LD M0.2 A M1.2

AR

AR

A M1.5 3#泵切换至工频运行标志 O M0.7

AN M0.0 AN M0.4 AN M2.2

= M0.7 3#泵工频运行标志 LD M0.2 A M1.2 A M0.6

AR> VD102,VD100 管内压力大于设定值 = M2.1 切断2#工频运行标志 LD M0.2 A M1.2

AR

= M2.2 切断3#泵工频运行标志

LD M0.2 A M2.2 O M10. AN M0.0 AN M0.4 AN M1.3

= 1.0 1#泵变频运行标志

第五章 系统设计中的问题及解决方法

由于系统的机械结构相对比较简单,因此在机械设计方面的问题较少,主要在控制方面的要求比较多,因此系统出现问题也主要集中在控制过程中。

一.硬件方面的问题

在城市供水控制系统中,主要的硬件问题在机械结构上和PLC的外围电路设计和接线处。

在城市供水控制系统中,集中在机械结构上的问题主要是,液位传感器的放置的位置,水泵的数量、型号、容量等。还需要考虑压力传感器的类型及安装位置,位置的选择可直接影响控制系统的精度。

在PLC的外围硬件连接方面,主要增加一些保护设备。由于PLC大多是和接触器等元件连接,接触器的突然断开和闭合会形成突波并对PLC的输出端子造成损坏,因此需要假装一些保护装置,延长触点的寿命。

二.软件方面的问题

软件方面主要在于,程序序编写完毕后,需要首先在电脑上对程序进行软件仿真,可利用西门子公司配套的仿真软件,主要工作是检查是否错误,例如逻辑错误、书写错误,然后通过硬件模拟的防水剂检查程序,主要检查程序时是否存在逻辑错误,对程序进行整体调试时,先根据功能模块分别调试、修改,最后进行总体调试和修改。

在该控制程序中,需要根据外界输入的状态来控制进水阀门的运行和停止,因此需要按照反馈回来的状态信息进行判断处理,后输出控制。

第六章设计小结

本设计主要介绍城市供水系统,此控制系统主要采用了西门子公司的S7-200系列PLC中的CPU224型作为核心控制设备。在该控制系统中,变频器的控制方式采用模拟量输入,通信输出控制,通过PID指令实现闭环控制,达到了城市供水系统的控制要求。

致谢

本文是在导师刘耀元的悉心指导下完成的,在大学的四年时间里导师严谨的治学态度、渊博的知识、活跃的学术思想、执着的科研精神及高尚的做人原则,都给我留下了终生难忘的印象。所有这一切都将成为我受益终生的宝贵财富!在此,学生谨向导师表示衷心的感谢! 毕业设计的同时我也参考了许多与本设计有关的书籍,在此对编写这些书籍的作者同志表示衷心的感谢!

参 考 文 献

1.《电器控制与可编程控制器》

2.《S7-200 PLC 原理与应用系统设计 》 3.《PLC应用技术 》 4.《电工电子技术》 参考网站

1.http://www.industrialcontrols.eet-china.com/CAT_2500005_I-O-driver.HTM?refer=baidu_cpc 西门子系统的软件编程 2.http://www.protel2004.com/ 电路设计网站

3.http://www.ebpq.cn/ 变频器的工作原理及应用 4.http://www.chinasensors.com/中国传感器信息网

5.http://www.gongkong.com/Forum/ForumTopic.aspx?Id=[***********]1 变频恒压供水系统 6.http://www.plcjs.com/ PLC技术网站

毕业论文(设计)

题目:城市恒压供水系统设计

作 者:杜善义

专业及班级:06级机械制造及自动化

指导老师:刘耀元

准考证号:[1**********]7

南昌理工学院光信息机电工程系

2009年10月31

摘 要

城市供水系统的主要在用水量不断变化的情况下,维持管内水压在一定范围内,即满足用户用水的要求,又能够最大程度节约能源、延长设备寿命。变频供水的控制器经历了从继电器-接触器,到单片机,再到PLC。而变频器也从多端速度控制、模拟量输入控制,发展到专用变频器。实现了城市供水系统简单、高效、低耗能的功能,并且实现自动化的控制过程,采用PLC作为核心控制是个较好的方案。

关键词: 恒压供水 PLC 变频器 程序设计

主编:杜善义

排版:徐振盼

审核:翟亚军

Abstract

Urban water supply system, mainly in the water changing circumstances, to maintain its water pressure within a certain range, that is, to meet the requirements of the user of water, but also to the greatest degree of energy conservation, to extend the service life. Frequency of water supply has gone from a controller relay - contactor, to the microcontroller, to the PLC. The inverter speed control from multiterminal analog input control, the

development of the special inverter. Implementation of urban water supply system is simple, efficient, low-power features, and

achieve automated control process, using PLC as a core control is a better solution.

Key words: constant pressure water supply inverter PLC program design.

目 录

绪论………………………………………………………………… 1

供水系统简介…………………………………………………… 1 供水系统功能要求…………………………………………… 1

第一章.系统的总体设计…………………………………………… 4

1.1 供水系统的结构………………………………………………… 4

1.2 供水系统的工作原理…………………………………………… 5

第二章 硬件系统配置……………………………………………… 7

2.1 PLC选型…………………………………………………………7

2.2 PLC的I/O资源分配…………………………………………… 8

2.3 其他资源配置…………………………………………………… 10

第三章.软件系统设计………………………………………………… 14

3.1 总体流程设计………………………………………………… 14

3.2 各个模块梯形图设计…………………………………………… 21

第四章.系统设计中问题及解决方法………………………………… 29

4.1 硬件方面问题………………………………………………… 29

4.2 软件方面问题………………………………………………… 30

第五章设计小结……………………………………………………… 30 致谢…………………………………………………………………… 31 参考资料……………………………………………………………… 32

绪 论

一、供水系统简介

对于高层用户来说,在白天或用水高峰时候,供水系统的电机负荷最大,常常满负荷或超负荷;而晚上或休闲时,所需水量减少,但是电机依然处于满负荷运行,这样浪费了大量资源,对电机损耗也很大,由于变频调速系统的运用有效的解决了以上问题,根据用水量的大小来控制水泵的转速,即用水量大时,提高变频,使水泵转速升高,增加供水量。当用水量减少时,降低变频,使水泵转速降低,或减少投入运行水泵数量,减少供水量。现在由于电子技术的发展如SCAD系统、DCS系统和PLC等系统逐渐应用到工业控制中。

SCADA系统是由一个主控站和若干个远程终端站组成,通过物理链路层或数据链路层进行通信联系。该系统最初用于通信系统,但终端站的扩展,也实现连续及顺序控制,所以较多应用于控制系统,但此类系统多侧重于连续监测的场所。

DC系统称为集散型控制系统,是由多台计算机和现场终端机组成的,共同完成分散控制和集中操作、管理的综合控制系统,多侧重于连续性生产过程管理。

PLC时可编程控制器的简称,它作为处理系统的控制器,实现控制系统的功能要求,也可利用计算机作为其上位机,通过网络连接PLC,对生产过程进行实时监控,具有编程方便、开发周期短、维护容易、通用性强、使用方便、控制功能强、模块化结构、扩展能力强等特点。

二、供水系统要求

城市供水系统的主要在用水量不断变化的情况下,维持管内水压在

一定范围内,即满足用户用水的要求,又能够最大程度节约能源、延长设备寿命。变频供水的控制器经历了从继电器-接触器,到单片机,再到PLC。而变频器也从多端速度控制、模拟量输入控制,发展到专用变频器。实现了城市供水系统简单、高效、低耗能的功能,并且实现自动化的控制过程,采用PLC作为核心控制是个较好的方案。

PLC具有体积小,设计周期短、数据处理和通信方便、易于操作与维护、明显降低成本等优点,可满足城市供水系统的要求。除此之外,PLC作为城市供水系统使设计过程变的更加简单。可实现功能变的更多。由于PLC和CPU强大的网络通信能力,使城市供水系统数据传输与通信变得可能,并且可实现远程监控。

利用PLC作为控制器的城市供水系统主要涉及两个方面:一是信号输入;二是控制输出信号。

其一、信号输入

城市供水系统信号输入检测主要涉及三类信号的检测,主要包括:按钮的输入检测、液位高低的输入检测,以及管内压力的输入检测。

1)、按钮输入检测。大多数为人工方式控制的输入检测,主要有手动按钮、自动按钮、水泵工频启动按钮、水泵变频启动按钮,以及变频加、减速按钮等。

2)、液位高低输入检测。检测水池液位的高低,用来控制整个供水系统的启动和停止。

3)、管内压力输入检测。按钮输入和液位高低输入检测到为数字量输入,管内压力输入为模拟量输入。通过将管内的压力传感器安置于适当位置上,将检测值反馈到PLC中,通过运算输出控制水泵信号。当压力值偏低时,供水量不足,导致用户无法正常用水,因此需要增加水泵的转速以增加供水量;当压力值偏高时,导致管内压力值过大,用户用

水较多,容易对管道造成损害,因此减少水泵转速减少供水量,最终使管内的水压力保持在一定范围内。

其二、控制信号与输出信号

信号输出部分主要包括两个方面;一个是数字输出,即各类设备的接触器;另外一个是通信输出,即通过RS-485来控制变频器。

1)、数字输出。控制各类设备的启动和停止,包括:所有水泵的工频运行和变频运行等接触器,以及进水阀门的开启与关闭。

2)、通信输出。通过PLC中PID运算的数据转换成标准值,该控制信号输入到变频器的通信端口上,改变变频器的输出频率,从而控制水泵的转速,最后达到控制水管中压力的要求。

第一章 系统的总体设计

一. 供水系统的结构

城市供水控制系统设计主要包括两个方面:一方面是机械结构设计;另一方面是PLC电气控制方面设计。机械结构是控制系统的基础,实现现控制功能的前提;PLC电气控制系统是实现控制功能的核心部分。机械部分的设计相对简单,电气结构、设备组成比较固定。

1、主要组成部分

城市供水系统的组成比较简单,主要是一些管道、水泵、变频器等,以及其他的辅助设备构成,电气结构主要组成部分的简单示意图。

如图1-1

1)、水压变化:作为系统的控制输入量,能否采集信号根据控制系统的精度及可靠性。

2)、控制器:是整个控制系统的核心,通过对外界输入状态进行检测,输出控制量;对外界输入数据进行运算处理后,输出相应的控制量。例如单片机、可编程逻辑控制器、计算机等。

3)、调速器:作为控制器的核心的后续控制单元,对终端设备进行控制,最终达到控制要求。例如多段调速、变频调速等。

4)、水泵:供水系统的执行机构,通过调速器控制器控制电机的转速,最后达到控制水泵流量大小的要求。

2、电气控制系统

电气控制系统主要包括操作面板、电气控制柜等单元。由于该系统中需要检测较多的数字输入量,并且还要检测模拟输入,然后根据设定的程序进行数据处理,输出控制信号,因此系统的控制逻辑与时序就需要严格按照检测信号的输入进行控制,其示意图如图1-2所示。

图1-2 系统电气图 二. 供水系统的工作原理图

1、控制系统总体框图

城市供水电气控制系统的总体框图如图1-3所示,PLC为核心控制器,通过检测操作面板按钮的输入、各类传感器输入,以及相关模拟量的输入,完成相关设备的运行、停止和调速按钮。

图1-3 城市供水电气控制系统总体框图

2、工作过程

城市供水系统在手动状态下,各类设备的控制根据操作面板上的按钮输入来控制,无逻辑限制,即不根据传感器的状态进行控制。在自动方式下进行闭环控制,系统根据检测到外部传感器的状态如下:

1)首先,测量水位的高低;

1-4 自动工作过程 2)其次,采集压力传感器反馈的信号,将该传感器输出的模拟信号转换成PLC可处理数字信号。 3)再次,PLC根据压力反馈值,以及变频输出,对模拟量进行数据处理。 4)最后,在PLC中数据经过计算后,产生控制信号来实现对驱动的控制。这就完成了一个工作过程。

第二章 硬件系统配置

一. PLC选型

根据工作原理和控制功能要求,因此设计出城市供水系统的电气控制系统框图如图2-1所示,在此控制系统中的核心处理器是PLC,其输入和输出主要为数字量,只有一组模拟量输入。

图2-1 电气控制系统框图

根据城市供水电气控制系统的功能要求,从经济性、可靠性等方面来考虑,选择西门子S7-200系列PLC作为城市供水电气控制系统的控制主机。由于城市供水电气控制子系统的输入/输出端口较少,而其控制过程相对复杂,因此采用 CPU224作为该控制系统的主机。在系统中,还需要采集模拟量的功能要求,因此需要再扩展一个模拟量输入/输出扩展模块。西门子公司专门为S7-200系列PLC配置了模拟量输入/输出模块EM235,该模块具有较高的分辨率和较强的输出驱动能力,可以满足控制系统的功能要求

EM23实例图

实例图CPU224

二. PLC的I/O资源配置

根据系统的功能要求,PLC的I/O进行配置,具体分配如下所示。 1、数字量输入部分

在此控制系统中,所有的输入量基本上属于数字量,主要包括各种控制按钮/旋钮等数字输入,共15个数字输入量,如表2.1所示。

2、数字量输出部分

在这个控制系统中,主要输出控制的设备有,各种接触器、阀门等,共7个输出点,其具体分配如表

2-2所示

3、模拟量输入部分

由于需要采集一个压力传感器所反馈数据,因此扩展了一个模拟量输入/输出模块,具体I/O分配如表2-3。

根据控制系统的功能要求、如表2-1、2-2和2-3所示的I/O分配情况,以及图2-6所示的城市供水系统的硬件连线图,设计出城市供水系统的硬件连线图,如图2-6所示,此图控制面板的手动控制部分主要在调试系统时使用,调试完成后基本处于闲置状态。

急停 手动启动 自动启动 水池高位 水池低位 1#

1#泵变频2#2#3#3#电动机加速电动机减速图2-6 系统硬件连线图

三. 其他资源配置

要完成系统的控制除了要PLC主机及扩展模块之外,还需要各种开关、接触器和变频器等仪器设备 1、接触器

在变频恒压供水系统中,其中所有设备的运行不是连续的,而是根据控制面板上的按钮情况或根据传感器的反馈值进行的,因此需要PLC根据当前的工作情况,以及按钮的情况来控制所有设备的启停,共6个接触器:1#泵工频接触器、2#泵工频接触器、3#泵工频接触器、1#泵变频接触器、2#泵变频接触器、3#泵变频接触器。

(1)1#泵工频接触器,1#泵工频接触器是连接1#到工频电网的接触器,通过PLC输出的指令控制泵的工频运行或停止。

(2)2#泵工频接触器,2#泵工频接触器是连接2#泵到工频电网的接

触器,通过PLC输出的指令控制泵的工频运行或停止。

(3)3#泵工频接触器,3#泵工频接触器是连接3#泵到工频电网的接触器,通过PLC输出的指令控制泵的工频运行或停止。

(4)1#泵变频接触器,1#泵变频接触器是连接1#泵到变频器的接触器,通过PLC输出的指令控制泵的变频运行或停止。

(5)2#泵变频接触器,2#泵变频接触器是连接2#泵到变频器的接触器,通过PLC输出的指令控制泵的变频运行或停止。

(6)3#泵变频接触器,3#泵变频接触器是连接3#泵到变频器的接触器,通过PLC输出的指令控制泵的变频运行或停止。

2、变频器

MM430变频器一种风机水泵负载专用变频器,能使用于各种变速驱动系统,尤其使用于工业部门的水泵和风机,主要优点有以下几个方面。

1).体积小,结构紧凑。 2).采用模块化结构,组织灵活。 3).具有完善的电机和变频保护功能。 4).具有较高的输出转矩。

5).具有旁路功能,可安全的将电机直接切换为电源供电。 6).具有节能功能,可最大限度节约能源。

7).如果对水泵进行驱动时可以无载空转状态进行检测。 8)组驱动数据,可使变频器在3组驱动数据下工作。 9).复合制动功能可实现快速制动。

10).可设置跳转频率,可在驱动系统出现谐振时将机械所受压力降到最低。

11).再启功能,可使变频器与正在转动的电机连接时所受冲击力最小。

12).变频器根据PTC/KTY的输入信号对电机进行过高温检测,保护电机。

13).可接入网络中使用。

14).集成的EMC滤波器能有效降低对安装工作的要求。 3、各类按钮

在这个控制系统的自动操作中,采用三种机械按钮,控制供水系统的调试和运行,手动/自动按钮使用按钮,即旋到一边接通,,旋到另一边关闭;自动启动按钮采用触点触发式按钮;急停按钮使用旋转复位按钮,按下后系统停止,旋转后自动弹起。

在手动控制状态时,对每个设备都对应一个按钮,采用触点触发式按钮,即按下接通,松开复位。

4、人机界面

该系统的显示系统采用西门子公司的TD200文本显示器,该显示器可适用所有S7-200系列的PLC,采用TD200主要完成以下功能: ①显示信息;②设定及修改控制系统的参数;③8个可由用户定义的功能键,可代替普通按钮;④提供强制I/O检测功能。

TD200的连接很简单,只需在所提供的连接电缆接到S7-200系列PLC的PPI接口上即可,在距离不超过其规定范围时,由PLC对其进行

供电。在编程时,可利用西门子公司提供的编程软件STEP 7-Micro/WIN32,由于在CPU中已经保留了一个专门的区域用于与TD200进行数据交换,所以只需要将显示及修改的中间继电器、寄存器等与文本显示器相应的数据区域进行连接即可。

5、传感器

传感器的作用是将压力、温度等非电量的物理信号转换成电量信号后,传送到PLC主机中进行数据处理后,再通过通信传给变频器控制电机。

第三章 软件系统设计

采用西门子公司为S7-200系列PLC开发的STEP 7-Micro/WIN32作为编程软件,就可以开始软件部分的设计,根据控制系统的控制要求和硬件部分的设计情况以及PLC控制系统I/O的分配情况,进行软件编程的设计。在软件设计中,首先按照需要实现的功能的要求做出流程框图,也便于调试。

一. 总体流程设计

根据系统的控制要求,控制过程可分为手动控制和自动控制功能。在手动控制模式下,每个设备可单独运行,以测试设备的性能,模式选择流程图如图3-1。

1、手动模式下

在手动模式下可单独调试每个设备的运行,手动操作模式工作流程图如图3-2。

图3-1 模式选择流程图

图3-2 手动操作模式工作流程图

2、自动模式

处于自动模式时,系统上电后,按下自动启动,确认后系统开始工作,其工作过程包括以下几个方面。

(1)系统上电后,按下自动启动按钮,检测水池水位。 (2)水位满足,变频启动1#泵,同时检测管内压力。

(3)管内压力大于设定值,水泵变频调节;小于设定值,启动2#水泵。

(4)管内压力大于设定值,维持现状不变;小于设定值,2#水泵工频启动,3#水泵变频运行。

(5)管内压力大于设定值,维持现状不变;小于设定值,3#水泵工频运行。

(6)管内压力大于设定值,以次减少投入运行水泵的数量。 自动操作工作模式流程图3-3所示。

在自动控制工作流程图中,调用了各个控制系统的程序,主要包括水池水位检测程序、1#泵控制程序、2#泵控制程序、3#泵控制程序,水池水位检测程序主要控制进水阀门的运行和停止,其中工作过程包括以下几个方面。

(1) 自动过程开始启动进水阀门,监测水位高低。 (2) 水位高于高位传感器,启动定时3s。

(3) 定时到,仍高于高位传感器,停止进水阀门运行。 (4) 水位处于高位和低位传感器之间,进水阀门正常运行。 (5) 水位低于低位传感器,启动定时1s。 (6) 定时到,启动进水阀门,监测水位高低。

(7) 进水阀门启动后,启动定时2s.

(8) 定时到,水位仍低于低位传感器,输出故障标志。

图3-3 自动操作模式工作流程图

水池水位监测工作流程如图3-4所示。

图3-4 水池水位检测工作流程图

1#泵控制程序主要控制1#泵的运行、停止和变频调速,其工作过程包括以下几个方面:

(1) 自动过程开始启动1#泵变频运行,监测管内压力大小。 (2) 反馈值小于设定值,启动定时5S。

(3) 定时到,仍小于设定值,监测变频器的输出频率。

(4) 变频器输出频率为50Hz,切换1#泵工频运行,启动2#泵控制程序。

1#泵控制程序如图3-5。

图3-5 1#泵控制流程图

2#控制程序主要控制2#泵的运行、停止和变频调速,其工作过程包括以下几个方面。

(1).起动2#泵变频运行,检测管内压力大小。 (2).反馈值小于设定值,启动定时5s。

(3).定时到,仍小于设定值,检测变频器的输出频率。

(4).变频器输出频率大于50Hz。切换2#泵工频运行,起动3#控制程序。

(5).管内压力反馈值大于设定值,切除1#泵工频运行,维持2#泵变频调速运行。

2#泵控制流程图如图3-6所示

3-6 2#控制流程图

图3-7 3#泵控制流程

切除工频运行程序主要控制3个泵在工频状态下的运行时,根据管 1) 切除1#泵工频运行,检测管内压力大小。 2) 反馈值小于设定值,启动定时5s。

3) 定时到,仍小于设定值,启动2#泵控制程序。

4) 若大于设定值,切除2#泵工频运行,检测管内压力大小。5) 管内压力反馈值大于设定值,启动3#泵控制程序。

内压力的反馈值,依次停止,其工作过程包括以下几个方面。(((( (

(6) 小于设定值,启动定时5s。

(7) 定时到。仍小于设定值,启动1#泵控制程序。 (8) 大于设定值,全部停机。

切除工频运行泵工作流程如图3-8所示。

图3-8

二. 各个模块梯形图设计

在设计程序过程中,会使用到许多寄存器、中间继电器、定时器等软件,为了便于编程及修改,在各个程序编写前列出了可能用到的软元件如表3-5。

表3-9 元件设置

1.手动控制程序

在系统上电后,控制方式选择手动方式时,可通过面板上的按钮控制每个设备的运行。手动控制系统主要是便于在系统完成后,进行调试,检测各个设备是否正常运行,手动控制梯形图程序如图3-15与图3-15

LD I0.1 手动按钮 O M0.1

AN M0.0 停止标志

AN M0.4 水池故障标志 = M0.1 手动控制标志 LD M0.1 LPS

LD I0.5 1#泵工频运行标志 O M0.5 ALD

AN I0.6 1#泵变频运行标志 = M0.5 1#泵工频运行标志 LDR

LD I0.6 1#泵变频运行标志 O M1.0 ALD AN I0.5

= M1.0 1#泵变频运行标志 LRD

LD I0.7 2#泵工频运行标志

O M0.6

ALD

AN I1.0 2#泵变频运行标志 = M0.6 2#泵工频运行标志 LRD

LD I1.0 2#泵变频运行标志 O M1.1 ALD

AN I0.7 2#泵工频运行标志 = M1.1 2#泵变频运行标志 LRD

LD I1.1 3#泵工频运行标志 O M0.7 ALD AN

I1.1 3#泵工频运行按钮 = M1.2 3#泵变频运行标志 LD M0.1 LD M1.0 O M1.1 O M1.2 ALD LPS

A I1.3 电动机加速按钮

图3-9 手动控制梯形图程序

所示的梯形图程序对应的语句表程序如图示。

手动模式的设置主要是为了方便系统的调试和维修工作,在调试时,可以对不同的设备进行调试,最后整个系统联合调试。在维修时,如果系统在运行过程中出现问题,也可采用手动方式进行检查,便于维修。

2、自动控制程序

在生产中,大多采用自动过程进行控制,系统通过传感器的反馈信号来控制设备的启动和停止,以及调速控制,如图3-10。与图3-10所示的梯形图程序对应的语句表程序如下:

LD I0.2 自动控制标志 O M0.2

AN M0.0 停止标志 AN 0.4 水池故障标志 = M0.2 自动控制标志 LD I0.0 停止按钮 = M0.0

1、功能程序

图3-10 自动控制梯形图程序

水位检测程序,完成对水池中水位的检测,控制系统的运行与停止,如图3-17。

LD SM0.1 O M0.3 AN T37 AN M0.0 AN M0.4 = M0.3 LD SM0.0

A I0.3 水池高位

TON T37,300 超过高位定时 LD SM0.0

AN I0.4 水池低位

TON T38,100 低于低位定时 LD

SM0.0

A T38

O M0.3 开启进水阀门 AN T37 AN M0.0 AN M0.4 = M0.3

TON T39,200 进水阀门开启后,定时

2s

LD M0.3 A T39 AN I0.4

= M0.4 定时到,输出故障标志

图3-17水位检测梯形图程序

图3-11 自动控制梯形图程序

1#泵控制程序,完成对1#的控制,其控制梯形图如图3-18, 与图3-18所示的梯形图程序对应的语句表程序如下:

LD M0.2 EU

O M1.0

CALL SBR_0 调用PID回路子程序 CALL SBR_1 调用产生中断子程序 AN M0.0 AN M0.4

AN M1.3 1#泵变频到工频切换标志 = M1.0 1#运行标志 LD

M0.2

A M1.0

AR

AR

= M1.3 定时到,输出1#泵切换至工频运行 LD M0.2 A M1.3 O M0.5 AN M0.0

AN M0.4AN M0.2

= M0.5 1#工频运行标志

图3-18 1#泵控制梯形图程序

2#泵控制程序,完成对2#的控制,其控制梯形图如图3-19, 与图3-19所示的梯形图程序所对应的语句表程序如下

LD M0.2 A M0.5 EU

O M1.1 AN M0.0 AN M0.4

AN M1.4

= M1.1 2#变频器运行标志 LD M0.2 A M1.1

AR

AR

AR= VD30,VD104 A T41 = M1.4 2#泵切换工频运行标志 LD M0.2 AM 1.4 O M0.6 AN M0.0 AN M0.4 AN M2.1

= M0.6 2#泵工频运行标志 LD M0.2 A M1.1 A M0.5

AR> VD102,VD100 = M2.0

图3-19 2#泵控制梯形图程序

3#泵控制程序,完成对3#泵的控制,如图3-20所示。

图3-20 3#泵控制梯形图程序

与图3-20所示的梯形图程序所对应的语句表程序如下:

LD M0.2 A M0.6 EU

O M1.2 AN M0.0 AN M0.4 AN M1.4

= M1.2 3#泵变频运行标志 LD M0.2 A M1.2

AR

AR

A M1.5 3#泵切换至工频运行标志 O M0.7

AN M0.0 AN M0.4 AN M2.2

= M0.7 3#泵工频运行标志 LD M0.2 A M1.2 A M0.6

AR> VD102,VD100 管内压力大于设定值 = M2.1 切断2#工频运行标志 LD M0.2 A M1.2

AR

= M2.2 切断3#泵工频运行标志

LD M0.2 A M2.2 O M10. AN M0.0 AN M0.4 AN M1.3

= 1.0 1#泵变频运行标志

第五章 系统设计中的问题及解决方法

由于系统的机械结构相对比较简单,因此在机械设计方面的问题较少,主要在控制方面的要求比较多,因此系统出现问题也主要集中在控制过程中。

一.硬件方面的问题

在城市供水控制系统中,主要的硬件问题在机械结构上和PLC的外围电路设计和接线处。

在城市供水控制系统中,集中在机械结构上的问题主要是,液位传感器的放置的位置,水泵的数量、型号、容量等。还需要考虑压力传感器的类型及安装位置,位置的选择可直接影响控制系统的精度。

在PLC的外围硬件连接方面,主要增加一些保护设备。由于PLC大多是和接触器等元件连接,接触器的突然断开和闭合会形成突波并对PLC的输出端子造成损坏,因此需要假装一些保护装置,延长触点的寿命。

二.软件方面的问题

软件方面主要在于,程序序编写完毕后,需要首先在电脑上对程序进行软件仿真,可利用西门子公司配套的仿真软件,主要工作是检查是否错误,例如逻辑错误、书写错误,然后通过硬件模拟的防水剂检查程序,主要检查程序时是否存在逻辑错误,对程序进行整体调试时,先根据功能模块分别调试、修改,最后进行总体调试和修改。

在该控制程序中,需要根据外界输入的状态来控制进水阀门的运行和停止,因此需要按照反馈回来的状态信息进行判断处理,后输出控制。

第六章设计小结

本设计主要介绍城市供水系统,此控制系统主要采用了西门子公司的S7-200系列PLC中的CPU224型作为核心控制设备。在该控制系统中,变频器的控制方式采用模拟量输入,通信输出控制,通过PID指令实现闭环控制,达到了城市供水系统的控制要求。

致谢

本文是在导师刘耀元的悉心指导下完成的,在大学的四年时间里导师严谨的治学态度、渊博的知识、活跃的学术思想、执着的科研精神及高尚的做人原则,都给我留下了终生难忘的印象。所有这一切都将成为我受益终生的宝贵财富!在此,学生谨向导师表示衷心的感谢! 毕业设计的同时我也参考了许多与本设计有关的书籍,在此对编写这些书籍的作者同志表示衷心的感谢!

参 考 文 献

1.《电器控制与可编程控制器》

2.《S7-200 PLC 原理与应用系统设计 》 3.《PLC应用技术 》 4.《电工电子技术》 参考网站

1.http://www.industrialcontrols.eet-china.com/CAT_2500005_I-O-driver.HTM?refer=baidu_cpc 西门子系统的软件编程 2.http://www.protel2004.com/ 电路设计网站

3.http://www.ebpq.cn/ 变频器的工作原理及应用 4.http://www.chinasensors.com/中国传感器信息网

5.http://www.gongkong.com/Forum/ForumTopic.aspx?Id=[***********]1 变频恒压供水系统 6.http://www.plcjs.com/ PLC技术网站


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