全自动恒压供水系统简介要点演示教学
任务4：全自动恒压供水系统
该任务（课题）来自2006年校企合作单位宜兴金燕自动化有限公司和我院合作设计中水处理恒压供水系统。该系统投入运行后，该企业典型先进可操作项目就成为本课程的教学内容，并且聘该公司负责人周其华工程师担任该项目的现场教学指导教师。该任务由上位机组态MCGS监控，下位机为PLC，由PLC 采集压力传感器信号，驱动变频器按照要求进行工作。
任务目的：
1．全自动恒压供水控制工程的要求
2．掌握全自动恒压供水控制工程的动画连接及数据库操作
3．掌握全自动恒压供水控制流程的编写及功能调试
4．掌握全自动恒压供水控制工程数据处理的方法
5．掌握全自动恒压供水设备组态方法
6．全自动恒压供水控制工程总体报告（实训报告）
1 全自动变频恒压供水电气控制系统介绍
虽着社会的发展和进步，城市高层建筑的供水问题日益突出、一方面要求提高供水质量，不要因为压力的波动造成供水障碍；另一方面要求保证供水的可靠性和安全性在发生火灾时，能够可靠供水。
对供水系统进行控制，是为了满足用户对流量的需求，所以流量是供水系统的基本控制对象。但流量的测量比较复杂，考虑到在动态情况下，管道中某一点水压p的大小与供水能力和用水流量之间的平衡情况有关。如果以安装压力表的位置作为分界点，把压力表之前的流量称为供水流量（Q1 ），压力表之后的流量称为用水流量（Q2 ）。则：如Q1>Q2，则p>0 ；如Q1 全自动变频恒压无塔供水系统示意，如图1-1所示： 图1-1 全自动变频恒压无塔供水结构示意图 在该供水示意图中共装设离心式水泵3台，其扬程、流量、电动机功率等参数由供水主管部门选定，储水池水源由自来水公司的管网供给，在进水管上安装了一只电磁阀，用水位传感器来控制进水电磁阀，它们自动把水注满储水。另一只管通过逆止阀与该小区供水总管相接。生活用水和消防用水共用三台泵，平时关闭消防管网，三台水泵通过安装在出水管网上的压力传感器检测生活用水的多少，控制三台水泵的运行状态，使生活供水在恒压状态下进行。 随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统。然后，由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备（如水泵），在对原有供水系统进行变频改造的实践中，往往会出现一些在理论上意想不到的问题。本文介绍的变频控制恒压供水系统，是在对一个典型的水塔供水系统的技术改造实践中，根据尽量保留原有设备的原则设计的，主要完成恒压供水系统的电气控制电路和PLC控制程序的设计并用MCGS软件对其进行仿真。该系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题，既体现了PLC控制变频控制恒压供水的技术优势，同时有效的节省了资金。 2 设计思想 通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号变成4-20mA的标准信号送入显示控制器端口，经运算与给定压力参数进行比较，得出一调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供 水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制切换器进行加减泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。当供水负载变化时，输入电机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。此外，系统还设有多种保护功能，尤其是硬件/软件备用水泵功能，充分保证了水泵的及时维修和系统的正常供水。图2-1是全自动变频恒压无塔供水控制系统框图。 图2-1是全自动变频恒压无塔供水控制系统 该系统采用的是三菱可编程控制器FX1N-40MR-001, I/0点数为40点,PLC编程采用三菱FX-PCS/WIN-E/C编程软件包,该软件包专门开发用于为FX系列PLC生成程序。该系统使用WINDOWS操作系统,这对于调试操作和维护操作来说,可以提高工作效率。可进行在线连接和调试,并能实现梯形图与语句表的相互转换。FX1N-2AD模拟量输入模块,FX1N-2DA模拟量输出模块(两个模块软件PID调节时选用)。RS232接口用以PLC与计算机连接。 传感器采用P30N-E22R压力传感器输出4-20MA电流信号；L30M2-20C22B22投入式液位传感器输出 4-20MA电流信号。两种传感都是基于陶瓷电容技术，当液位（或压力）增加时，加在陶瓷电容上的压力增大，使得电容值增大，电容值正比于液位（或压力）高低。该传感器过载能力强，稳定性好，抗干扰能力强。 变频器采用三菱FR-A540通用变频器,该产品具有过流,过压,欠压,瞬时停电,制动晶体报警,失速防止, PLC错误等多种保护。变频器基本参数设置如下，其余参数请参考三菱变频调速器FR-A540使用手册根据现场条件设置。Pr.0（ 3% ）， Pr.1 （15Hz ）， Pr.2 （50Hz ），Pr.7 （10s） Pr.8 （10s）。 3 系统运行方式 该系统设计有手动和自动及消防三种运行方式： 手动运行：按下按钮启动或停止水泵，可根据需要分别控制1#—3#泵的变频、工频运行及启停。该方式主要检修变频器故障时用。 自动运行：合上自动开关后，1#泵电机通电，变频器输出频率从0Hz上升，同时显示控制器接受自压力传感器的标准信号，进行PID运算与给定压力参数进行比较，如压力不够，变频器（PLC将经运算后的信号转给变频器或显示控制器将经运算后的信号转给变频器）频率上升到50Hz，1#泵由变频切换为工频，启动2#变频，变频器频率逐渐上升至给定值，加泵依次类推；如用水量减小，从先启的泵开始减，同时经PID调节使系统平稳运行。若有电源瞬时停电的情况，则系统停机；待电源恢复正常后，系统自动恢复运行，然后按自动运行方式启动1#泵变频运行，直至在给定水压值上稳定运行。变频自动功能是该系统最基本功能，系统自动完成对多台泵软启动、停止、循环变频的全部操作过程。 消防运行：1#.2#.3#水泵均投入运行,不受SA1档位和水压高低的限制,直到再次旋动“消防”按钮。按下电控门上的红色“消防”蘑菇形自锁按钮SB10后.红色消防指示灯HL20亮,1#.2#.3#水泵均投入运行,不受SA1档位和水压高低的限制,直到再次旋动“消防”按钮,解除自锁状态为止HL20熄灭,供水系统恢复正常的运行状态。 通常情况下深夜时段用水量很小,而此时城镇供水管网的压力较高,在这种情况下可以将水泵全部停止,公共供水管道通过另外一支管的逆止阀接通该小区供水总管直接供水，当控制柜遇到突然停电时也是如此,对提高小区供水可靠性有所帮助。 4 自动控制方式流程图 用软件实现PID整定的自动控制方式，其流程图如下4-1： 图4-1 PID控制流程图 5PLC控制电路图接线端子表 表5-1 接线端子表 6 MCGS监控系统设计 用MCGS组态软件制作界面显示电动机运行情况及变频器当前的运行频率，并可以上位机设定各项参数，参考界面如下。PLC与变频器的连接采用RS422接口，与上位机连接采用RS232接口，通信接口数量不够时可扩展。 图6-1 全自动变频恒压供水系统参考图 实训学期 实训名称 学生姓名学号 本实训项目共4页，请核对实训项目页数，请写上班级、姓名等信息，否则实训项目无效。 一、项目任务：全自动变频恒压供水系统 二、任务内容 1、界面设计要求 界面参考图如上图所示，实训学生也可以根据下面提出的要求，自行设计界面及动画效果。 1)用MCGS组态软件制作界面显示电动机运行情况及变频器当前的运行频率，并可以上 位机设定各项参数。 2)PLC与变频器的连接采用RS422接口，与上位机连接采用RS232接口，通信接口数量 不够时可扩展。 3)设计报警记录，进行用户权限分配及工程密码设定。 2、控制要求 在该供水系统中共装设离心式水泵3台，其扬程、流量、电动机功率等参数由供水主管部门选定，储水池水源由自来水公司的管网供给，在进水管上安装了一只电磁阀，用水位传感器来控制进水电磁阀，它们自动把水注满储水。另一只管通过逆止阀与该小区供水总管相接。生活用水和消防用水共用三台泵，平时关闭消防管网，三台水泵通过安装在出水管网上的压力传感器检测生活用水的多少，控制三台水泵的运行状态，使生活供水在恒压状态下进行。 三、任务要求： 1、每个学生应先在计算机的E盘根目录下考核专用文件夹，名称为MCGS+计算机号+班级 名称+ 学生名称，例如MCGS/A1/纺电0631/王一凡，需将自己设计的数据库文件存储在该文件夹。 2、任务时间：120分钟 四、任务所需工具及材料清单 五、输入输出变量设定 六、任务步骤 任务计划表 七、调试过程 调试过程表 八、评分表 变频调速恒压供水系统，该系统能够根据运行负荷的变化自动调节供水系统水泵的数量和转速，使整个系统始终保持高效节能的最佳状态。 本文主要针对当前供水系统中存在的自动化程度不高、能耗严重、可靠性低的缺点加以研究，开发出一种新型的并在这三个方面都有所提高的变频式恒压供水自动控制系统。全文共分为四章。第一章阐明了供水系统的应用背景、选题意义及主要研究内容。第二章阐明了供水系统的变频调速节能原理。第三章详细介绍了系统硬件的工作原理以及硬件的选择。第四章详细阐述了系统软件开发并对程序进行解释。 关键词：变频器；恒压供水系统； PLC Frequency conversion constant pressure water supply system, the system is capable of automatically adjusting water supply system based on load changes of quantity and speed of the pump, always maintain the high efficiency and energy saving the best state of the This article primarily for current there is a high degree of automation in the water supply system, serious disadvantages, reliability, low energy consumption study developed a new and increased in these three areas of automatic control system of frequency conversion constant pressure water supply. The text is divided into four chapters. Chapter I sets out the water supply system of main research topics on background, meaning and content. Chapter II sets out the principle of variable frequency speed adjusting energy saving of water supply systems. Chapter III details the working principle of system hardware and hardware choices. The fourth chapter elaborates system software development and to explain the procedures Key words：Cam、high deputy、automation 任务4：全自动恒压供水系统 该任务（课题）来自2006年校企合作单位宜兴金燕自动化有限公司和我院合作设计中水处理恒压供水系统。该系统投入运行后，该企业典型先进可操作项目就成为本课程的教学内容，并且聘该公司负责人周其华工程师担任该项目的现场教学指导教师。该任务由上位机组态MCGS监控，下位机为PLC，由PLC 采集压力传感器信号，驱动变频器按照要求进行工作。 任务目的： 1．全自动恒压供水控制工程的要求 2．掌握全自动恒压供水控制工程的动画连接及数据库操作 3．掌握全自动恒压供水控制流程的编写及功能调试 4．掌握全自动恒压供水控制工程数据处理的方法 5．掌握全自动恒压供水设备组态方法 6．全自动恒压供水控制工程总体报告（实训报告） 1全自动变频恒压供水电气控制系统介绍 虽着社会的发展和进步，城市高层建筑的供水问题日益突出、一方面要求提高供水质量，不要因为压力的波动造成供水障碍；另一方面要求保证供水的可靠性和安全性在发生 火灾时，能够可靠供水。 对供水系统进行控制，是为了满足用户对流量的需求，所以流量是供水系统的基本控制对象。但流量的测量比较复杂，考虑到在动态情况下，管道中某一点水压p的大小与供水能力和用水流量之间的平衡情况有关。如果以安装压力表的位置作为分界点，把压力表之前的流量称为供水流量（Q1），压力表之后的流量称为用水流量（Q2 ）。则：如Q1>Q2，则p>0 ；如Q1 目录 1 给排水系统 (1) 1.1 智能化楼宇给排水系统特点 (1) 1.2 供水系统 (1) 1.2.1 重力给水系统 (1) 1.2.2 恒压给水系统 (1) 2 水泵直接给水系统 (2) 2.1 水泵直接给水系统的组成 (2) 2.2 水泵直接给水系统硬件介绍 (2) 2.2.1 水泵 (2) 2.2.2 欧姆龙可编程逻辑控制器（PLC）---CP1H (2) 2.2.3 变频器（VFD） (3) 2.2.4 压力变送器 (3) 2.2.5 变频恒压供水系统监控平台 (4) 3 水泵直接给水系统的工作方法 (5) 3.1 系统8种运行状态下的工作原理 (5) 3.2 系统8种运行状态下的系统接线 (5) 3.2 实训内容与步骤 (5) 3.2.1 系统投运前测试 (5) 3.2.2 单泵控制变频恒压供水实训 (6) 3.2.3 双泵切换变频恒压供水实训 (6) 3.2.4 生活水系统静态压力控制实训 (7) 3.2.5 生活水系统动态压力控制实训 (7) 3.2.6 生活水系统的分时控制实训 (8) 3.2.7 夜间休眠模式下的供水实训 (8) 3.2.8 消防状态控制实训 (9) 3.2.9 综合控制系统实训 (10) 4 心得体会 (12) 1 给排水系统 1.1智能化楼宇给排水系统特点 1、高层建筑给水管道内的静压力较大，过高的水压力不但影响使用、耗能，而且增加维修工作量，为此给水管道系统、热水管道系统及消防给水系统必须进行竖向分区。 2、高层建筑设置独立的消防供水体系。 3、高层建筑内设备复杂，各种管道错综复杂，必须做好综合布置，要求不渗不漏。 1.2 供水系统 1.2.1 重力给水系统 这种系统的特点是以水泵将水提升到楼层的最高处水箱中，以重力向给水管网配水。 重力给水系统供水压力比较稳定，且水箱储水，供水较为安全。但水箱重量很大，增加建筑负担，占用楼层建筑面积，且有产生噪音振动之弊，对于地震区的供水尤为不利。同时由于水箱的滞水作用可能使水质下降。 1.2.2 恒压给水系统 1、并联气压给水系统，是一种常见的增压稳压设备，包括气压水罐、稳压泵和一些附件。按气压水罐工作形式分为补气式、胶囊式消防气压给水设备，按是否设有消防泵组分为设有消防泵组的普通消防气压给水设备和不设消防泵组的应急消防气压给水设备。气压给水设备具有供水压力充沛，保管水质好；易污染，装置灵活机动等特色，在室外给水管网的水压常常或周期性缺乏的场合，对压力需求较高蛋用水量不高的修建或居住小区；施工现场暂时供水等场合较为适用。 2、水泵直接给水系统，无论是用高为水箱还是气压水箱，均为装有水箱装置的系统。设水箱的优点是预储一定水量，供水直接可靠，尤其是对消防系统是必要的。但存在很多缺点，因此有必要设立无水箱的水泵直接供水系统。水泵直接供水，最简单的方法是采用调速水泵供水系统，即根据水泵的出水量和转速成正比关系的特性，调节水泵转速而满足用水量的变化。水泵调速的方法有：水泵电动机可调速的联轴器、变频调速电动机啊、控制水泵叶片角度。 基于 PLC 和变频器控制的恒压供水系统设计 赵华军钟波 （广州铁路职业技术学院） 摘要：文章介绍一种基于三菱PLC 和变频器控制恒压供水系统，详细地介绍了硬件的构成和控制流程。系 统较好地解决高层建筑、工业等恒压供水需求。系统具有节能、工作可靠、自动控制程度高、经济易配置等优点。 关键词：变频器；PID；PLC；恒压供水 1 引言 目前，在城市供水系统中，还有很多高楼、生活 小区、边郊企业等采用高位水塔供水方式。这样，由 于用水量具有很大随机性，常常出现在用水高峰时供 水量很小甚至没有水用的问题；且采用高位水塔，很 容易造成自来水的二次污染问题。针对这一情况，本 文设计了一套基于变频器内置PID 功能的恒压供水 系统，采用了PLC 控制及交流变频调速技术对传统 水塔供水系统的技术改造。该系统根据用水量的变 化，经过压力传感器将水压变化情况反馈给系统，使 得系统能自动调节变频器输出频率，从而控制水泵转 速，调节输出数量，使得水量变化时可保持水压恒定； 可取代高位水塔或直接水泵加压供水方式，为城市供 水系统的建设提出了一条极具推广、应用的新途径[1]。 2 工作原理 本文采用的变频器是三菱FR-A540，该变频器内 置PID 控制功能；供水系统方案如图1 所示。 将通往用户供水管中的压力变化经传感器采集 到变频器，与变频器中的设定值进行比 较，根据变频器内置的PID 功能，进行数 据处理，将数据处理的结果以运行频率的 形式进行输出[2]。 当供水的压力低于设定压力，变频器 就会将运行频率升高，反之则降低，且可 根据压力变化的快慢进行差分调节。由于 本系统采取了负反馈，当压力在上升到接 近设定值时，反馈值接近设定值，偏差减小，PID 运算会自动减小执行量，从而降低变频器输 出频率的波动，进而稳定压力。 在水网中的用水量增大时，会出现“变频泵” 效率不够的情况，这时就需要增加水泵参与供水，通 过PLC 控制的交流接触器组负责水泵的切换工作； PLC 是通过检测变频器频率输出的上下限信号，来判 断变频器的工作频率，从而控制接触器组是否应该增 加或减小水泵的工作数量。 变频恒压供水控制系统 发表时间：2019-01-08T16:21:17.107Z 来源：《电力设备》2018年第24期作者：蒋正锋[导读] （四川理工技师学院四川成都 611130） 1、系统构成 整个系统由一台PLC，一台变频器，水泵机组（3台），一个压力传感器，低压电器及一些辅助部件构成。 2、系统硬件设计 2.1.1 PLC选型 本系统选用FX2N-32MR型PLC。 2.1.2 接线及I/O分配 2.3 变频器选型及接线 2.3.1 变频器选型 根据设计的要求，本系统选用FR-A740系列变频器。 2.3.2变频器的接线 变频器端子 PLC端子功能 STF Y7 电机正转 FU X2 增泵、减泵 OL X3 增泵、减泵 2.6系统主电路设计 系统主电路接线 3 系统的软件设计 （1）自动运行部分 LD M8002 SET M0 LD X015 CJ P0 LD M0 AND X000 RST M0 SET M2 SET M7 SET M8 1）启动1#泵 按下启动按钮，系统检测采用那种运行模式。如果按钮SB7没按，则使用自动运行模式。变频启动1#水泵。 LD M2 AND X002 RST M2 SET M1 SET M4 2）启动1#，2#泵： 接收到变频器上限信号，PLC通过这个上限信号后将1#水泵由变频运行转为工频运行，KM1断开KM0吸合，同时KM3吸合变频启动第2#水泵。 LD M1 AND M4 AND X003 RST M1 RST M4 SET M2 3）启动1#泵： 接到下限信号就关闭KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵变频运行。 LD M1 AND M3 AND M6 AND X003 RST M6 RST M3 SET M4 4）启动1#，2#泵： 输出的下限信号使PLC关闭KM5、KM2，开启KM3，2#水泵变频启动。 LD M1 AND M4 AND X003 RST M4 RST M1 SET M2 5）启动1#泵： 接到下限信号关闭KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵变频运行。 PLC 控制恒压供水系统 国家职业资格全省统一鉴定 维修电工技师 （国家职业资格二级） 所在省市：江苏省常州市 摘要：本设计是针对居民生活用水 /消防用水而设计的。由变 频器、 PLC 控制系统，调节水泵的输出流量。电动机泵组由三 台水泵并联而成，由变频器或工频电网供电，根据供水 系统出口水压和流量来控制变频器电动机泵组之间的切换 及速度，使系统运行在最合理的状态，保证按需供水。采用 PLC 控制的变频调速供水系统，由PLC 进行逻辑控制，由 变频器进行压力调节。通过PLC控制变频与工频切换，实现闭环自动调节恒压供水。运行结果表明，该系统具有压力稳 定，结构简单，工作可靠操作方便等优点。 关 第一章概 述??????????????????????（1）1-1常的供水方式及恒 的??????????（1） 二、水的一般性原 ????????????????（1） 1-2PLC 、器控制的恒供水系方 案?????????（3） 二、方案特 点??????????????????????（3）四、型及目 的???????????????????（4） 硬件 ??????????????????????（6）二、器介 ?????????????????????（7）二、方 式??????????????????????（7）机速方案的比 ????????????????（9） 二、模供水系的 定?????????????????（10 ） 一、路介 ??????????????????????（11 ）三、入出元件与 PLC 地址照 表????????????（ 15） 程序????????????????????（17）???????????????????????? ?（ 20） 致 ???????????????????????? ?（ 21） 参考文 献???????????????????????（ 22 ）第一章概述 供水的一种典型方式是恒供水。恒供水使用器的速 功能通供水的水的速，以持供水始端力，使之保持相 的恒定，故又称恒供水。在供水以逐步渗透到各种行，品 种也从一的恒供水向多功能和高的、供水及能化控 制的方向展。 基于触摸屏和PLC 作控制器作速的恒供 课题一、三相异步电动机Y/Δ换接启动及正反转控制 一、实验目的 在电机进行正反向的转、换接时，有可能因为电动机容量较大或操作不当等原因使接触器主触头产生较为严重的起弧现象，如果在电弧还未完全熄灭时，反转的接触器就闭合，则会造成电源相间短路。用PLC来控制电机起停则可避免这一问题。 二、实验要求 1、掌握自锁、互锁、定时等常用电路的编程 2、利用基本顺序指令编写电机正反转和Y/△启动控制程序。 3、掌握电机星/三角换接启动主回路的接线。 学会用可编程控制器实现电机星/三角换接降压启动过程的编程方法。 课题二、十字路口交通灯控制 一、实验目的 本实验作为综合性设计实验，要求学生观察某十字路口的交通灯运行状态，自行设计十字路口交通灯控制的实际动作，并根据动作要求设计I/O接口，可连接指示灯模拟交通灯动作。也可以在实验箱的十字路口交通灯控制实验区完成本 实验。以下给出参考方案。 二、实验要求 熟练使用各基本指令，根据控制要求，掌握PLC的编程方法和程序调试方法，使学生了解用PLC解决一个实际问题的全过程。 课题三、电梯控制系统 三层楼电梯工作示意图 说明：本实验作为综合性实验，要求学生自行设计电梯运行的实际动作，并根据动作要求设计I/O接口，可连接指示灯模拟电梯动作。也可以在实验箱的电梯控制系统实验区完成本实验。以下给出参考方案。 一、实验目的 1、通过对工程实例的模拟，熟练的掌握PLC的编程和程序测试方法。 2、进一步熟悉PLC的I/O连接。 3、熟悉三层楼电梯自动控制的编程方法。 二、控制要求 实验内容 完成对三层楼电梯的自动控制，电梯上、下由一台电动机驱动：电机正转则电梯上升；电机反转则电梯下降。 每层楼设有呼叫按钮SB1、SB2、SB3，呼叫指示灯HL1、HL2、HL3和到位行程开关LS1,LS2和LS3。 电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向呼叫均无效。 响应呼叫时呼叫楼层的呼叫指示灯亮，电梯到达呼叫楼层时指示灯熄灭；呼叫无效时，呼叫楼层的指示灯不亮。三层楼电梯的自动控制要求如下：（1）当电梯停于1F或2F时，如果按3F按钮呼叫，则电梯上升到3F，由 课程设计 课题名称变频恒压供水控制系统设计学院(部) 专业 班级 学生姓名 学号 指导教师(签字) 14 / - 1 - 一、设计概述 变频器是一种新型技术，将变频调速技术用于供水控制系统中，具有高效节能、水压恒定等优点。本课程设计为实现恒压供水功能而按照设计任务书要求完成设计任务。最终实现控制系统的自动稳定运行。 根据设计要求本系统采用西门子PLC300控制系统对变频器进行调速控制和系统输入输出信号的采集以及系统报警功能的实现。本系统内的电机调速由变频器来实现，通过PLC控制变频器和现场压力仪表检测的反馈信号来实现对电机的自动恒压控制功能。 二、设计任务 例如一楼宇供水系统，正常供水20m3/小时，最大供水量35m3/小时，扬程45m。采用变频调速技术组成一闭环调节系统，控制水泵的运行，保证用户水压恒定。当用水量增大或减小时，水泵电动机速度发生变化，改变流量，以保证水压恒定。本恒压供水系统，要求以1.0Mpa的恒定压力对用户进行供水。水泵有2台，由一台变频器驱动。PLC按照压力变送器（PIT）的信号，调节 变频器的输出，使水泵的转速变化，从而保证供水压力的恒定。两台水泵互为备份，可任意选择一台水泵处于变频模式或工频模式。控制系统原理如图1所示： 14 / - 2 - PLC 变频PIT 恒压供水变频控制系统原理图图1 系统设备选型三、 主要电气元件参数指标1，三相异步电动机水泵：35KW1.0Mpa 恒压设定点：，两线制，4-20mA电流输出压力变送器：0-1.6Mpa VVVF变频器变频器： 1）水泵（小时，35m3/根据设计要求水泵正常供水20m3/小时，最大供水量50 ，流量扬程45m扬程。参考相关资料选择型号为IS50-32-125(50m 的水泵即可满足要求。m3/小时) (2)远传压力表结合具体有数据读取表盘等优点，由于远传压力表具有价格低、14 / - 3 - 实际设计，故在此处选择其作为反馈信号。 四、系统控制要求 1、设两台水泵。一台工作，一台备用。正常工作时，始终有 一台水泵供水。当工作泵出现故障时，备用泵自投。 2、两台泵可以互换。 3、给定压力可调，压力控制点设在水泵处。 4、具有自动，手动工作方式，各种保护、报警装置。 5、用PLC为主要器件完成控制系统的设计。 课题名称变频恒压供水控制系统设计 学院(部) 电子与控制工程学院 专业电气工程及其自动化 班级 2011320401 学生阿不都热扎克·阿不都拉 _ 学号 06 月 23 日至 06 月 27 日共 1 周 指导教师(签字) 2011年 06 月 7 日 目录 摘要 (3) 一、设计容 (4) 二、设计要求 (4) 三、设计容 1、方案的确定 (5) 2、变频调速恒压供水系统简介及工作原理 (6) 3、水泵的容量计算 (8) 4、水泵/变频器/PLC的选择 (9) 5、变频器参数设定 (10) 6、PID控制器参数选择 (10) 7、PLC外部接线图的设计 (11) 8、主电路的设计 (12) 9、系统的工作原理 (12) 四、设计图纸 (13) 五、操作使用说明书 (14) 六、设计体会 (15) 七、主要参考资料 (16) 附录一/附录二 (17) 附录三 (18) 附录四 (19) 摘要 随着我国社会经济的不断发展，住房制度改革的不断深入，人民生活水平的不断提高，城区中各类小区建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的经济性、可靠性、稳定性直接影响到小区住户的正常生活与工作，也直接体现了小区物业水平的高低。传统的恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水灯供水方式普遍不通话程度的存在效率低、可靠性差、自动化不高等缺点，难以满足当前经济生活的需要。 论文分析了采用变频调速方式实现恒压供水的工作机理，通过对PID模块的参数预置，利用远传压力表的水压反馈量，构成闭环调节系统，利用变频器与水泵的配合作用实现恒压供水且有效节能。 论文论述了多种供水方案的合理性，同时也指出各种方案存在的问题，通过对比比较给出了比较适合该系统的方案——PLC控制变频恒压供水。 关键字：恒压供水变频调速 PLC PLC与变频器控制的自动恒压供水系统 1 系统简介 为改善生产环境，沱牌公司投资清洁水技改工程并建成一座日产水2.5万顿的供水系统，分别建设了抽水泵系统、加压泵系统和高位水池。根据公司用水需求特点，从抽水泵系统过来的水一部分直接供给生产用水部门，一部分则需通过加压泵输送到高位水池，而供给生产用水部门的水压与供给高位水池的水压相差较大。同时高位水池距抽水泵房较远达十多公里，高位水池的液位高低和加压泵系统的设计以及如何与抽水泵系统“联动”也是较难解决的。 鉴于以上特点，从技术可靠 和>'https://www.360docs.net/doc/2e15039597.html,/jingjilunwen/' target='_blank' class='infotextkey'>经济实用角度综合考虑，我们设计了用PLC控制与变频器控制相结合的自动恒压控制供水系统，同时通过主水管线压力传递 较>'https://www.360docs.net/doc/2e15039597.html,/jingjilunwen/' target='_blank' class='infotextkey'>经济地实现了加压泵系统与抽水泵系统“远程联动”的控制目的。 2 系统方案 系统主要由三菱公司的PLC控制器、ABB公司的变频器、施耐德公司的软启动器、电机保护器、数据采集及其辅助设备组成（见图1）。 2.1 抽水泵系统 整个抽水泵系统有150KW深井泵电机四台，90KW深井泵电机两台，采用变频器循环工作方式，六台电机均可设置在变频方式下工作。采用一台 150KW和一台90KW的软起动150KW和90KW的电机。当变频器工作在50HZ，管网压力仍然低于系统设定的下限时，软起动器便自动起动一台电机投入到工频运行，当压力达到高限时，自动停掉工频运行电机。一次主电路接线示意图见图2所示。 PLC 基于 plc 的恒压供水系统的设计 （恒压供水系统的原理及电气控制要求。Plc 在机电系统中的应用和工作原理。西门子变频 器的工作原理 MM440。Plc 编程原理及程序设计方法。电器原理图，接线图。） 一．恒压供水系统的原理 1．系统介绍 生产生活中的用水量常随时间而变化，季节、昼夜相差很大。用水和供水的不平衡集 中体砚在水压上，用水多而供水少则水压低，用水少而供水多则水压高。以前大多采用传 统的水塔、高位水箱 或气压罐式增压设备 容易造成二次污染，同时也增大了水泵的轴功 率和能量损耗。随着电力电子技术的发展 变频调速技术广泛应用于送水泵站、加压站、工 业给水、小区和高楼供水等供水等领域。相对于传统的技术而言，它具有节能效益明显、 保护功能完善 、控制灵活方便等优点 。 恒压供水控制系统的基本控制策略是:采用电动机调速装置与可编程控制器(PLC)构成 控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的 闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是总 管的出水压力及系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入 CPU 运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速， 从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。 恒压供水系统由 PLC 控制器，变频器，触摸屏显示器，压力变送器，水位变送器，软 启动器，水泵电机组，电机保护装置以及其他电控设备等构成，如图 1 所示。 水 压 水 位 压力变送器 水位变送器 变频器 触摸屏显示器 软启动器 控制回路 水泵电机 图 1 恒压供水系统示意图 电机保护装置 2．系统构成 系统采用了 S7-200 型 PLC (14 个输人点，10 个输出点)、MM440 型变频器、压力传 项目四恒压供水系统调试与运行 恒压供水系统一般由水箱、水泵、电动机、压力传感器、控制器、变频器等组成。采用多台水泵及电机比单台水泵及电机节能而可靠。恒压供水的 主要目标是保持管网水压的恒定，水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化，这就需要用变频器为水泵电机供电。数台电机配一台变频器，变频器与电机间可以切换，供水运行时，一台水泵变频运行，其余水泵工频运行，以满足不同用水量的需求。如图4-1所示。 图4-1 恒压供水控制系统 学习完本项目后，你将能够： ●了解恒压供水系统的组成及各部分的作用； ●掌握恒压供水基本原理，控制器的闭环工作过程； ●熟悉模拟量模块EM235的性能指标、接线、校准及配置； ●掌握变送器的选择与应用； ●掌握模拟量地址设置、采集、变换及滤波； ●理解PID控制各部分的作用，熟悉PID指令； ●熟悉PID控制各参数的工业常用范围； ●掌握变频器通信控制的接线与参数设置； ●熟练应用USS协议控制西门子MM420变频器； ●熟练搭建西门子触摸屏组态环境； ●熟练应用西门子触摸屏建立项目、组态元件、下载调试； ●掌握系统选型、图纸绘制、系统接线； ●熟练编制手动子程序，配合触摸屏调试硬件系统； ●熟练编制自动子程序，实现恒压控制； ●熟练组态触摸屏，进行界面切换、参数设置、操作控制。 4.1 恒压供水系统认知 4.1.1 实训的目的和要求 1. 实训的目的 （1）了解恒压供水系统的组成。 （2）理解各组成部分在作用。 2. 实训的要求 （1）观察系统，说明各部分作用。 （2）打开控制柜，说明每个器件的作用，说明每根接线的作用。 （3）拆卸控制柜。 4.1.2 基本原理 恒压供水系统可分为控制柜和执行机构两大部分。控制柜有电源、显示仪表、控制器、中间继电器、接触器、变频器、压力传感器、变送器、互感器、按钮、转换开关、触摸屏等组成，执行机构一般由水箱、水泵、止回阀、电动机、阀门等组成。如图4-2所示。 水泵 水箱 图4-2 变频恒压供水系统的基本构成 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 供水系统方案图 变频恒压供水系统构成及工作原理 1系统的构成 图3-1 系统原理图 如图3-1所示，整个系统由三台水泵，一台变频调速器，一台PLC和一个压力传感器及若干辅助部件构成。三台水泵中每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，三台泵协调工作以满足供水需要；变频供水系统中检测管路压力的压力传感器， 一般采用电阻式传感器(反馈0～5V电压信号)或压力变送器(反馈4～20mA电流)；变频器是供水系统的核心，通过改变电机的频率实现电机的无极调速、无波动稳压的效果和各项功能。 从原理框图，我们可以看出变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检测、控制系统、人机界面、以及报警装置等部分组成。 (1)执行机构 执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入用户管网，图2.3中的3个水泵分为二种类型: 调速泵:是由变频调速器控制、可以进行变频调整的水泵，用以根据用水量的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定。 恒速泵:水泵运行只在工频状态，速度恒定。它们用于在用水量增大而调速泵的最大供水能力不足时，对供水量进行定量的补充。 (2)信号检测 在系统控制过程中，需要检测的信号包括自来水出水水压信号和报警信号: ①水压信号:它反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号。 ②报警信号:它反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有异常。该信号为开关量信号。 (3)控制系统 供水控制系统一般安装在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系统)、变频器和电控设备三个部分。 ①供水控制器:它是整个变频恒压供水控制系统的核心。供水控制器直接对系统中的工况、压力、报警信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构(即水 目录 第一章绪论1 第二章 PID调节概念及基本原理3 2.1 PID调节概述3 2.1.1自动控制系统的分类3 2.2 PID控制的原理和特点4 2.2.1 PID控制的原理和特点的概念4 2.2.2 PID控制的分类5 2.3 PID控制器的参数整定6 第三章三菱FX2N型PLC的恒压变频供水系统设计实例8 3.1系统的主要控制要求9 3.2系统的硬件选型9 3.2.1 系统的控制器------- FX2n—32MR10 3.2.2 系统的模拟量输入、输出模块10 3.2.3 变频器FR—A50010 3.2.4 压力传感器TPT50311 3.3控制系统的I/O点及地址分配11 3.3.1 PLC系统的选型13 3.4 恒压供水系统的电气控制系统13 3.4.1 主电路图13 3.4.2控制电路图14 3.4.3 PLC系统外部接线图15 第四章恒压供水系统的程序设计17 4.1 系统的程序结构说明及流程图17 4.1.1初始化子程序17 4.1.2 定时中断程序18 4.1.3 主程序19 4.2程序中使用的编程组件及其含义21 第五章总结23 参考文献24 谢辞25 附录：控制系统的梯形图程序26 第一章绪论 近年来我国中小城市发展迅速，集中用水量急剧增加。据统计，从1990年到1998年，我国人均日生活用水量<包括城市公共设施等非生产用水）有175.7升增加到241.1升，增长了37.2%，与此同时我国城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。在用水量高峰期时供水量普遍不足，造成城市公用管网水压浮动较大。因为每天不同时段用水对供水的水位要求变化较大，仅仅靠供水厂值班人员依据经验进行人工手动调节很难及时有效的达到目的。这种情况造成用水高峰期时水位达不到要求,供水压力不足，用水低峰期时供水水位超标,压力过高，不仅十分浪费能源而且存在事故隐患<例如压力过高容易造成爆管事故）。要解决这些问题，用基于PLC控制变频调速恒压供水能实现。变频调速恒压供水系统由变频器、泵组电机、供水管网、储水箱、智能PID调节器、压力变送器、PLC控制单元等部分组成，控制系统原理图如图1.1所示。 图1.1 控制系统原理图 其中变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化，同时变频器还可作为电机软启动装置，限制电机的启动电流。压力变送器的作用是检测管网水压。智能PID调节器实现管网水压的PID调节。PLC控制单元则是泵组管理的执行设备，同时还是变频器的驱动控制，根据用水量的实际变化，自动调整其它工频泵的运行台数。变频器和PLC的应用为水泵转速的平滑性连续调节提供了方便。水泵电机实现变频软启动, 消除了对电网、电气设备和机械设备的冲击，延长机电设备的使用寿命。 第二章 PID调节概念及基本原理 1.1恒压供水PLC控制系统 一、实验目的 1.学习西门子PLC的使用； 2.掌握闭环调速原理； 3.掌握变频器的使用方法； 4.了解PLC控制变频恒压供水原理。 二、实验容 1.变频器参数设置 端子号参数的设定值缺省的操作V/F曲线选择/ C003=‘1’ 最高电压设定/ C004=‘380’ 基准频率设定/ C005=‘50’ 最大频率设定/ C010=‘50’ 运行控制选择/ C012=‘1’ 2.控制要求 1）单泵控制恒压供水，当需水量不是很大，用一个泵通过PID控制进行恒压供水； 2）双泵控制恒压供水，当需水量大时，当一个泵满足不了用水需求时，进行双泵切 换恒压供水； 3）PLC模拟量控制变频开环控制； 4）分时控制，定时轮换，可以有效地防止水泵长期不用而发生的锈死现象，提高了 设备的综合利用率，降低了维护费用。 三、实验步骤 1.单泵控制恒压供水 1）按照接线图接好线路，确保接线无误，以免损坏变频器和PLC的各个模块。 2）接好总电源，打开漏电保护器，此时电压表显示电压。按下启动按钮，电压指示灯亮起。 3）把模式选择开关打到手动位置，此时手动状态指示灯亮起。检查各水泵的运行情况，确定水泵能能正常运行。 4）把模式选择开关打到自动位置。 5）打开S7-200软件把程序写到PLC中，关闭软件。 6）把PLC的开关达到RUN位置。 7）打开组态王软件，运行变频恒压供水监控程序。在主画面中选择“闭环控制”打开闭环控制画面。 8）在闭环控制模式下单击单泵运行，并单击PID设定，设定给定压力SP，进行PID参数整定。 9）单击实时曲线可观察各参数的变化。 2.双泵控制恒压供水 1）打开组态王软件，运行变频恒压供水监控程序。在主画面中选择闭环控制打开闭环控制画面。 一、系统概述 VC-3200系列微电脑变频供水/补水控制器是专为变频恒压供水系统和锅炉及换热系统补水而设计的微电脑控制器，可与各种品牌的变频器配套使用。具有压力控制精度高、压力稳定、第二消防压力（动压）设定、系统超压泄水自动控制、设定参数密码锁定等多项功能。 二、主要性能指标 1.可编程设定多种泵工作方式，最多可拖五台泵（1变频+4工频）； 2.具有压力测量值防抖动补偿控制功能； 3.参数调整和设定具有密码锁定及保护功能； 4.采用人工智能模糊控制算法，设定参数少，控制精度高，带看门狗电路，采用数字滤波及多项抗干扰措施。 5.可接无源远传压力表、有源电压及电流型压力变送器； 6. D/A输出控制频率电压为DC 0-10V, 也可设定为DC 0-5V; 7.具有压力传感器零点和满度补偿功能； 8.具有定时自动倒泵功能； 9.具有第二压力（消防压力）设定和控制功能； 10.具有缺水自动检测保护功能和外部输入停机保护功 能； 11.系统补水控制时，具有超压自动泄水控制功能； 12.具有供水附属小泵控制功能，可设定小泵变频或工频 模式； 13.具有可选的定时自动开、关机控制功能； 14.具有小流量水泵睡眠控制功能； 15.具有手操器功能，可手动调节输出电压来控制变频器的频率； 16.可代替电接点压力表进行上、下限压力控制； 17.具有可选分时分压供水控制功能，最多有六段时间控制； 三、安装和配线端子说明 1.控制器外形尺寸: 160mm×80mm×80mm（AC-3200） 160mm×80mm×90mm （AC-3200） 2.控制柜面板开口尺寸152mm×76mm，面板卡入式安装。 3.使用环境为:无水滴、蒸汽、腐蚀、易燃、灰尘及金属微粒的场所； 4.使用环境温度:-20℃～50℃ 5.相对湿度:<95%; 6.额定工作电压:AC220V±10%; 7.控制器额定功耗:<=AC 5W; 8.控制器接线端子输出容量：3A/ AC220V 9.面板及配线端子说明： 一、绪论 (一) 课题的意义及应用背景 近十年来，变频技术的应用在我国有很大的发展，并取得了良好的效果。采用变频器和可编程控制器等现代控制设备和技术实现恒定水压供水，是供水领域技术革新的必然趋势，以往采用的水塔供水既不卫生又不经济，更重要的是浪费了大量的能源，本文介绍的变频调速恒压供水系统以其有效的实用性，彻底解决了上述问题，是一项颇有实用价值的调速系统，为已有的供水系统技术改造提供了切实可行的途径。 变频控制技术的进步不仅仅是异步电动机结构简单、坚固、易于维护等优点，更主要的是采用变频调速技术的异步电动机的机械特性达到了直流电动机调压调速的特性。由于计算机技术的介入，使得变频器具有丰富的功能和方便好用的特点，因此人们才有可能按照实际要求，自行构成一个适用和可靠的调速系统。 变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，充分利用变频器内置的各种功能对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着非常重要的意义。 变频恒压供水控制系统主要有： (1)带PID回路调节器和/或可编程序控制器(PLC)的控制系统 在该系统中，变频器的作用是为电动机提供可变频率的电源，实现电动机的无级调速，从而使管网水压可控。传感器的任务是检测管网水压；压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值；压力设定信号和压力反馈信号输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID控制程序的计算，输给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入PID回路调节器，由后者进行运算后，输给变频器一个转速控制信号。 由于变频器的转速控制信号是由可编程控制器或PID回路调节器给出的，所 随着越来越多的场合正向自动化无人职守迈进，尤其在安全、监控等领域。为了进一步降低成本，减少人力的投资，以及更集中、更方便的掌握现场情况，许多场合都采用了电子监控设备，如办公室，发电站，机场，海关等等领域。而这些电子设备的设计无疑涉及到这些领域的安全性，这就对监控设备的成本，稳定性，以及性能三方面都提出了更高的要求。 本系统的研究背景主要是根据现有视频监控系统的不足，旨在降低系统的成本和提高系统的性能。它采用了价格低廉的三星应用处理器S3C2410，并使用软件音、视频编解码器，能实现以250Kbps和350Kbps的编码位流速进行网络传输，并以160*128和320*240两种显示分辩率，可以进行良好的视频监控。同时，它的一个最大的特点是可以在终端上进行录像，而不需要通过PC机，这样既适合低功耗的场合，又可以减少的系统的复杂性。 图像采集终端则采用性价比很高的USB型摄像头，在市场上很容易买到，同时，USB型摄像头具有很好的通用性，驱动程序丰富，可以减少代码的编写。由于本系统使用标准的以太网进行传输，因此系统支持无限个终端进行级联，监控区域可以很轻易的进行扩大。 综上所述，本系统采用ARM９处理器，USB摄像头，标准以太网传输，实现了一个性能良好的视频监控系统。 关键词：嵌入式；Linux；ARM；CODEC；视频监控 As more and more occasions no positive duty towards automation, especially in security, monitoring, and other fields. To further reduce costs and reduce manpower investment and more focused, more convenient to grasp the situation on many occasions used the electronic monitoring equipment, such as offices, power stations, airports, customs and so on the field. These electronic devices undoubtedly related to the design of these areas of security, which the monitoring equipment, the cost, stability and performance of all three areas a higher demand. The system of background are mainly based on existing video surveillance system inadequate, aimed at reducing the cost and improve system performance. It uses the low price of Samsung's application processor S3C2410, the use of software and audio and video codecs, to achieve 250 Kbps to 350 Kbps encoding and digital transmission network velocity, and 160 *128 and 320 * 240 two display resolution, Can be a good video surveillance. At the same time, one of its greatest feature is the terminal on the video, rather than through a PC, this is suitable for low power consumption of the occasion, can also reduce the complexity of the system. Image Collection Terminal is a high cost-effective use of the USB-based camera, in the market is readily available, at the same time, USB-based camera has a good GM, driver rich, can reduce the preparation of the code. Since this system uses standard Ethernet transmission, the system supports an unlimited number of terminal cascade, the region can easily monitor the conduct of expansion. In a word, this system uses ARM9 processor, USB camera, standard Ethernet transmission, to achieve a good performance of the video surveillance system. Keyword:Embedded;Linux;ARM;CODEC;Video Surveillance恒压供水系统自动控制设计要点
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