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学历

课题名称

基于PLC的变频恒压供水控制系统

毕业设计（论文）类型（划√）

工程设计

应用研究

开发研究

基础研究

其他

一、 本课题的研究目的和意义：

    水是生命之源，人类生存和发展都离不开水。在通常的城市及乡镇供水中，基本上都是靠供水站的电动机带动离心水泵，产生压力使管网中的自来水流动，把供水管网中的自来水送给用户。但供水机泵供水的同时，也消耗大量的能量，如果能在提高供水机泵的效率、确保供水机泵的可靠稳定运行的同时，降低能耗，将具有重要经济意义。我国供水机泵的特点是数量大、范围广、类型多，在工程规模上也有一定水平，但在技术水平、工程标准以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比，还有一定的差距。

　　变频恒水压供水系统集变频技术、电气传动技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便地实现供水系统的集中管理与监控；同时可达到良好的节能性，提高供水效率。所以研究设计基于变频调速的恒定水压供水系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平，同时降低能耗等方面具有重要的现实意义。

    变频恒压供水系统在工业和生活中有很广阔的应用前景，除了具有明显的节能效果外，还具有操作方便、容易、维护量小的特点，变频器的软启动功能也减少了对电网的冲击，使设备运行方式更趋于合理，设备的自动化水平得到提高。总之，采用变频恒压供水系统是一种技术先进、经济实用的选择。

二、 文献综述（国内外研究情况及其发展）：

　　变频恒压供水是在变频调速技术发展之后逐渐发展起来的，在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、 升降速控制、正反转控制、起制动控制、变压变频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求的不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资成本高。即1968年，丹麦的丹弗斯公司发明并首家生产变频器后，随着变频器技术的发展和变频恒压系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优先以及显著地节能效果被大家发现认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器，像瑞士的ABB集团推出了HVAC变频技术，法国的施耐德公司推出了恒压供水基板，备有PID调节器和PLC可编程控制器等硬件继承在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多七台电机的供水系统。但是也有其缺点，就是输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，与别的监控系统和组态软件难以实现数据的通信，并且限制了带负载的容量，因此适用范围受到限制。

　　目前国内有不少公司都在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管的管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用单片机及相应的软件予以实现；有的采用PLC及相应软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗干扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求。原深圳华为电气公司（现已改名艾默生）和成都希望集团（森兰牌变频器）也推出了恒压供水专用变频器（5.5Kw-22kW），无需外接PLC盒PID调节器，坑完成最多四台水泵的循环切换、定时起动、停止和定时循环（丹麦丹弗斯公司的VLT系列变频器可实现七台水泵机组的切换）。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现，但其输出接口限制了带负载容量，同时操作不方便且不具有数据通信功能，因此只适用于小容量，控制要求不高的供水场所。

可以看出，目前在国内外变频调速恒压供水系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性的变频恒压供水系统的水压闭环控制的研究还是不够的，因此，有待于进一步淡淡的研究改善，使其能更好的应用于生活、生产实践中。

参考文献

[1]王兆义．可编程控制器原理及应用［M］．北京：机械工业出版社，1993．
[2]李世基．微机与可编程控制器［M］．北京：机械工业出版社，2001．
[3]西门子SIMATIC S7-200可编程控制器操作与编程指南［S］．重庆钢铁设计研究所，1998．
[4]SIMATICS7－200编程手册［S］．常州机床电器厂，1997． 

[5]谢仕宏. 恒压供水软启动节能控制系统设计[J].中国给排水，2004.

[6]张建奇.数字PID变频调速在PLC恒压供水系统中的应用[J].微计算机信息，2002

[7]陈建洪.PID控制程序在恒压供水系统中的应用[J].龙岩师专学报，2004

[8]屈有安.变频器PID恒压供水系统[J].江苏电器，2002.

[9]严盈富.恒压供水系统的控制与仿真[J].南昌航空工业学院学报，2004.

[10] S7-200中文系统手册 [M].西门子公司，2002.6 

[11] 廖常初主编.PLC编程及应用 [M].机械工业出版社，2002.4  

[12] 金以慧主编.过程控制 [M].清华大学出版社，1993.4  

[13] 王永华主编.现代电气控制及PLC应用技术 [M].北京航天航社，2003.5

[14] 王占奎主编.变频调速应用百例 [M].科学出版社，1999.4 

[15] 赵永键主编.单片机变频调速恒压供水系统 [M].1996.2 

[16] 常斗南主编.李全利.可编程序控制器原理、应用、实验 [M].1998.11

三、 本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式：

研究内容：

设计是以供水系统为设计对象，采用PLC和变频技术相结合技术，并引用计算机对供水系统进行远程监控和管理，保证供水系统安全可靠的运行。PLC控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器、和水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，本设计中有4台泵，大泵电动机功率均为220KW,小泵功率均为160KW;所有泵可设计成变频循环软启动的工作方式；采用PID算法实现水压的闭环控制；西门子S7-200型系列PLC控制变频及现场设备的运行；系统具有自动/手动操作功能；具有故障自诊和自处理能力，对过流，欠压，过压等变频器故障均能自行诊断，并发出报警信号。

根据以上控制要求，进行系统的总控制方案设计。硬件设备选型、PLC选型、估算所需I/O点数，进行I/O模块选型，绘制系统硬件连接图：包括系统硬件配置图、I/O连接图、分配I/O点数，列出I/O分配表，设计梯形图控制程序，对程序进行调试和修改并设计监控系统。

    成果形式：毕业论文一份、主程序梯形图及电路图

四、 拟解决的关键问题：

    为了保持供水管道的压力恒定， 就必须实时检测管道压力并回馈给供水控制器，使其构成压力闭环控制系统，我用的控制器是以PID凋节为主要手段。

五、 研究思路、方法和步骤：

　　　（1）系统主要设备选型；

　　　（2）PLC及其模块的选型；

　　　（3）变频器的选型；

　　　（4）系统主电路设计；

　　　（5）系统控制电路设计；

　　　（6）PLC的I/O端口分配及外围接线；

　　　（7）系统软件设计；

　　　（8）PLC程序设计；

　　　（9）PID参数整定；

六、 本课题的进度安排：

1 查阅资料，完成开题报告                                          第1周

2 搜集资料，了解恒压供水系统控制要求，学习变频器的结构、工作原理及使用方法。

                                                                第2周

3 学习并掌握s7-200PLC的PID控制方式，EM235模块原理及应用。

论证并确定设计改造方案。                                     第3周

4 对控制系统进行硬件设计，画出接线图。。                         第4周

5 对控制系统进行软件设计，画出梯形图                             第5周

6 整理设计说明书                                                 第6周

7 提交设计说明书。答辩                                            第7周

七、 参考文献：

[1]王兆义．可编程控制器原理及应用［M］．北京：机械工业出版社，1993．
[2]李世基．微机与可编程控制器［M］．北京：机械工业出版社，2001．
[3]西门子SIMATIC S7-200可编程控制器操作与编程指南［S］．重庆钢铁设计研究所，1998．
[4]SIMATICS7－200编程手册［S］．常州机床电器厂，1997． 

[5]谢仕宏. 恒压供水软启动节能控制系统设计[J].中国给排水，2004.

[6]张建奇.数字PID变频调速在PLC恒压供水系统中的应用[J].微计算机信息，2002

[7]陈建洪.PID控制程序在恒压供水系统中的应用[J].龙岩师专学报，2004

[8]屈有安.变频器PID恒压供水系统[J].江苏电器，2002.

[9]严盈富.恒压供水系统的控制与仿真[J].南昌航空工业学院学报，2004.

[10] S7-200中文系统手册 [M].西门子公司，2002.6 

[11] 廖常初主编.PLC编程及应用 [M].机械工业出版社，2002.4  

[12] 金以慧主编.过程控制 [M].清华大学出版社，1993.4  

[13] 王永华主编.现代电气控制及PLC应用技术 [M].北京航天航社，2003.5

[14] 王占奎主编.变频调速应用百例 [M].科学出版社，1999.4 

[15] 赵永键主编.单片机变频调速恒压供水系统 [M].1996.2 

[16] 常斗南主编.李全利.可编程序控制器原理、应用、实验 [M].1998.11

八、 指导老师意见：

                                                指导老师（签名）：

年    月    日