变频器在恒压供水控制系统中的应用

论文编号:ZD142   附开题报告,外文翻译,调研报告,电路原理图,程序清单,论文字数:32007,页数:52

西门子S7-200PLC  3台电机 

摘    要
随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，城市建设发展十分迅速，同时也对基础设施建设提出了更高的要求。城市供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到用户的正常工作和生活，也直接体现了供水管理水平的高低。
针对供水系统需降低水泵的能耗和维护成本等问题，本设计以生活小区的恒压供水系统为例，设计了一种基于变频器、PLC和压力传感器的恒压供水系统。在此系统中， PLC 将压力设定值与测量值的偏差经PID 运算后得到的控制量作用到变频器， 从而通过变频器控制水泵的转速调节管网的压力，实现恒压供水的目的。本文首先阐明了供水系统的变频调速节能原理；分析了变频恒水压供水的工作原理及系统的组成结构，提出了合理的控制方案。然后详细介绍了变频器和PLC的选型、 I/O口的分配，设计了主电路、控制电路以及PLC外部硬件接线图。在系统软件设计方面，设计了系统主程序、PID算法中断子程序、压力显示子程序等。
该系统取代了传统的水塔和水泵直接加压供水方式, 提高了供水质量，具有明显的节能效果和经济效益，极具推广、应用价值。

关键词：变频器；恒压供水；PLC；PID算法

主要内容：1）系统硬件结构原理的设计；
2）多台水泵工作机制的设计；
3）系统工作方式及完善的报警、显示功能设计；
4）系统输入、输出信号的确定以及I/O分配表的设计；
5）中心控制单元PLC和变频器型号的选择；
6）PLC外部接线图、控制电路图、变频调速电路图的设计；
7）系统抗干扰性能的设计；
8）系统程序流程图和梯形图的设计；
其创新之处：1）根据恒压的需要，对于水泵管理采取无主次切换，即按“先开先停”的原则接入和退出。在PLC的程序中，通过设置变频泵的工作号和工频泵的台数来实现泵的轮换工作，根据给定频率是否达到上限频率或下限频率来判断增泵或减泵。为了避免一台泵长期工作，任一泵不能连续变频运行超过3小时。当工频泵台数为零，且有一台泵运行于变频状态时，启动计时器，当达到3小时时，变频泵的泵号改变，即切换到另一台泵。当有泵运行于工频状态时，计时器停止计时并清零。
2）系统具有自动声光报警和压力显示功能,实现了生活/消防双重供水模式.

目  录
摘　　要 …………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract…………………………………………………………………………………Ⅱ
第１章  绪论…………………………………………………………………………………1
1.1 引言…………………………………………………………………………………1
  1.2 变频恒压供水产生的背景和意义…………………………………………………2
  1.3 变频恒压供水系统的现状与发展…………………………………………………3
    1.3.1国内外变频供水系统的现状…………………………………………………3
    1.3.2 变频供水系统的发展趋势……………………………………………………3
  1.4 课题研究内容………………………………………………………………………4
第2章  变频恒压供水系统的理论分析……………………………………………………5
2.1 水泵的调节方式……………………………………………………………………5
2.2 供水压力与变频器输出频率的关系………………………………………………5
2.3 变频恒压供水系统能耗分析………………………………………………………6
2.3.1 调节流量的方法及比较………………………………………………………6
2.3.2 从水泵的工作效率分析节能………………………………………………8
2.3.3 从电动机的效率分析节能…………………………………………………8
2.3.4 系统经济效益分析…………………………………………………………9
2.4 变频恒压供水系统安全问题的解决………………………………………………9
2.4.1 水锤效应的产生与消除……………………………………………………9
2.4.2供水电机及电网的保护…………………………………………………10
第3章  系统硬件构成、控制方案及其原理………………………………………………11
3.1 系统硬件构成方案选择…………………………………………………………11
3.2 系统变频控制方案选择……………………………………………………………13
3.3 系统工作原理………………………………………………………………………14
3.4 PLC的基本结构、工作过程及特点…………………………………………15 
3.5 变频器的结构、调速原理及功能设置……………………………………………19  
第4章  系统硬件设计……………………………………………………………………23
4.1 系统主电路设计……………………………………………………………………23
4.2系统控制电路设计…………………………………………………………………23
4.3 PLC外围电路设计………………………………………………………………25
 4.3.1 系统I/O点数统计……………………………………………………………25
 4.3.2 PLC的选型…………………………………………………………………26
4.3.3 系统I/O分配表………………………………………………………………29
 4.3.4 PLC外围接线图……………………………………………………………30
4.4 压力变送器选型……………………………………………………………………31
4.5 压力显示电路设计…………………………………………………………………32
4.6 变频器选型与配置…………………………………………………………………33
4.5.1变频器的选型………………………………………………………………33
 4.5.2 MM420变频器技术参数………………………………………………33
 4.5.3 MM420变频器参数设置………………………………………………34
 4.5.4 MM420变频器I/O接线图………………………………………………35
4.7 系统抗干扰设计……………………………………………………………………36
第5章  系统软件设计……………………………………………………………………38
5.1 水泵切换流程设计………………………………………………………………38
5.2 初始化子程序设计…………………………………………………………………40
5.3压力显示子程序设计………………………………………………………………40
5.4 PID调节中断子程序设计………………………………………………………42
5.4.1 PID控制的原理和特点……………………………………………………42
5.4.2 PID控制规律的离散化……………………………………………………42
5.4.3 PID算法在PLC中的实现…………………………………………………44
5.5系统主程序设计……………………………………………………………………45
5.6小流量停机休眠程序设计……………………………………………………48
5.7故障报警处理程序设计………………………………………………………48
结    论……………………………………………………………………………………51
参考文献……………………………………………………………………………………52
致    谢……………………………………………………………………………………53
附录A(系统电路图)………………………………………………………………54
附录B(梯形图)……………………………………………………………………55

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