基于三菱PLC控制的恒压供水系统设计

摘要

本设计是专门对日常用水而设计的恒压供水控制系统。根据国内外的研究现状以及系统的控制要求，制定出了一套适合此系统的控制方案。控制方案中，硬件设计主要对可编程控制器（PLC）机型、变频器机型以及电机泵组的机型做出了选择，同时还对系统的输入输出点进行了规划和分配。在软件设计部分，针对控制要求画出了系统的流程图，并且还对每一部分的流程图进行了功能的解释，使读者能更加轻松的了解整个系统的软件设计情况。在此课题中，还采用了MCGS组态软件，对控制系统进行监视与模拟运行，很直观的再现了现场的实际情况。最后，还对整个系统进行了运行调试，运行结果表明该系统具有水压稳定、硬件组成简单、运行可靠和操作方便等优点。

关键词：恒压供水；可编程控制器；变频器；组态软件

Abstract

This design is specially designed for water constant pressure water supply control system. According to the requirements of the current research at home and abroad and the system control, develop a set of control scheme suitable for the system. In the control scheme, the hardware design is mainly to the programmable logic controller (PLC) model , frequency converter and motor pump set model made a choice, but also on the system input and output points of planning and allocation. In software design part, according to draw the flow chart of the system, and the required control and flow chart of every part of the function of explanation, so that readers can more easily understand the software design of the whole system. In this topic, also adopted the MCGS configuration software, to monitor and control system’s simulate, intuitive reproduce the actual situation of the scene. Finally, the debugging of the whole system running, the results on the surface of the system has stable pressure, simple structure, reliable operation and convenient operation.

Key words: Constant pressure water supply；Programmable logic Controller；Inverter；Configuration software

目录

摘要 ..................................................................................................... I Abstract .................................................................................................. II 目录....................................................................................................... III 第一章绪论.. (1)

1.1 本课题的目的及研究意义 (2)

1.2 恒压供水系统的国内外研究现状 (2)

1.3 恒压供水系统的控制要求 (3)

第二章恒压供水控制系统方案论证 (5)

2.1 恒压供水控制系统分析 (5)

2.2 恒压供水控制方案比较 (5)

2.3 供水方式与控制方案的选择 (6)

第三章恒压供水控制系统的硬件设计 (7)

3.1 恒压供水控制系统设备选型 (7)

3.1.1 PLC机型的选择 (7)

3.1.2 变频器机型的选择 (7)

3.1.3 电动机机型的选择 (9)

3.1.4 水泵机型的选择 (9)

3.2 PLC输入输出接点分配 (11)

3.3 PLC中内部触点的分配 (11)

3.4 PLC输入输出接线原理图设计 (12)

3.5 系统控制流程图的设计 (14)

第四章恒压供水系统程序设计 (16)

4.1 电机启动的介绍说明 (16)

4.1.1 程序的准备与启动 (16)

4.1.2 电动机工频与变频状态切换的流程图与梯形图 (17)

4.1.3 七段速度切换的流程图与梯形图 (19)

4.2 工变频电机的满载与防负压运行 (24)

4.3 电机过载报警 (24)

第五章MCGS组态软件的简介与运用 (25)

5.1 MCGS组态软件简介 (25)

5.2 MCGS组态软件界面模型的建立 (26)

5.3 MCGS数据库及设备窗口参数的建立 (27)

5.3.1 MCGS实时数据库的建立 (27)

5.3.2 MCGS设备窗口参数的建立 (29)

5.4 恒压供水系统的MCGS与PLC联机调试 (31)

第六章控制系统程序的调试 (33)

6.1 系统运行调试 (33)

6.2 程序调试中出现的故障与解决方案 (34)

小结 (35)

致谢 (36)

参考文献 (37)

附录 (38)

附录1 PLC源程序清单 (38)

附录2 元器件清单 (43)

第一章绪论

日常生活用水中水的品质要求越来越高，同时变频器也在不断的发展中，恒压变频供水控制系统因为它保护环境、节约能源、使用方便等特点，已经被广泛应用在了高层的居民住宅和大部分的城市水网供水之中。恒压变频供水系统使用的是变频调速，这是一种无极调速，整个系统通过水管中实时变化的水压，来不断反馈给控制器，这些数据经过处理之后，再反馈给变频器进行水压的自动调节。当用水量发生剧烈变化时，整个系统能迅速作出反应，使整个水管中的水压维持在一个相对稳定的值，以达到居民的日常用水要求，恒压变频供水系统是当今社会中比较先进和节能环保的供水系统。变频器的内置功能是十分强大的，如何更换的利用好它的功能，使其更简洁方便的实现控制要求，对合理使用整个系统的设备、减少初期投入和后期维护的费用、保证设备已经供水的质量等有着重要意义。恒压变频供水系统如今已经能适用于绝大部分的用水场合，并且相较于以往的供水方式，有诸多的优点，因此选择恒压变频的方式进行供水是非常好的。

1.1 本课题的目的及研究意义

水，是我们生活中必须的自然资源。如今我国大部分地区水严重缺乏，节水已经成为当今国家必须要做的一件事。在我国，饮用水和电能稀缺，长久以来在城市供水、高层住房供水、工业设备生产供水等方面水平一直比较低下，自动化程度低。集中表现在用水高峰期，水的供给量普遍低于使用量，出现管网压力下降，出现供不应求的状况，此时将会造成能源的浪费，同时还会使水管炸裂和用水设备的损坏。据相关统计，风机和泵累负载大概占了我国年总耗电量的80%，这很大程度上与我国工作效率低下、控制方式落后的供水设备有关。相关信息显示，目前水泵的效率不超过60%，大量的能量正在被浪费掉。因此，运用水泵供水节能技术，设计高可靠性、高运行效率的给水系统对于社会发展具有十分重要的现实意义。恒压变频供水系统自20世纪80年代以来，世界各国先后吧它变成工业应用，以显示出其强大的竞争能力。使用该供水系统，可以实现明显的节能效果，从而提高企业经济和社会效益，这在资源日益匮乏的今天显得更加突出。因此，研究恒压供水控制系统，对于提高供水能效，提高人民的生活状况，减少能源消耗，具有十分重大的历史意义。

1.2 恒压供水系统的国内外研究现状

随着科学技术的推进，变频调速技术的日益完备，以PLC来控制变频器调速为核心的现代供水系统代替了曾经的人工控制电机泵组的供水方式。早期，国外生产的变频器频率控制主要功能仅限于起重调速、电机正反转控制、电机启动和制动控制、VVVF 比控制和许多保护功能。在恒压供水控制系统的应用中，变频器只作为执行机构。为了达到供水需求不一致大小时，保证管网水压稳定，要求在外部为变频器提供压力控制器和压力继电器，对压力进行闭环控制。

总体上看，我国电力拖动的科研水平和国际先进水平比，仍然差距较大。国内几乎所有的产品都是普通的V/f控制，仅有少量的样机采用矢量控制，因此需要大量的从国外进口。所以研究变频调速恒压给水系统在学术界有很重要的意义。