基于PLC的变频调速恒压供水系统毕业设计论文Word文件下载.docx
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Abstract
Wateristhesourceoflife,waterisveryimportantintoday'
ssociety,peoplearenowlivingintheneighborhood,notacommunityhavemadepeopleforwatersupplysystemisveryconvenient,butthearearequiredforthewatersupplysystemalsoisverystrict,thisthesisisaccordingtotherequirementsofcurrentsocietycityonthewatersupplysystem,designasetofvariablefrequencyspeedregulationconstantspeedwatersupplysystembasedonPLC,thissystemconsistsofaprogrammablecontroller,pressuresensor,waterpumpunits,industrialcontrol,frequencyconverter,etc.Anduseconfigurationsoftwaredevelopmentmanagementinterface.
Pumpunitiscomposedofthreepumpsmotors,theyadoptfrequencyconversioncirculationwayofworking.Usefrequencyconvertertocontrolthewaterpumpmotorsoftstartandfrequencycontrolofmotorspeed.Usingpressuresensorstodetectpressure,sendtoPLC,andthencomparedwiththesetvalue,thePIDarithmetic,sotocontroltheoutputvoltageandfrequencyofthefrequencyconverter,finallychangetherotatingspeedofpumpunit,cancontrolthewatersupply.IndustrialcomputerisusedtoconnecttoPLC,configurationsoftwaremonitoringandcontrolsystem.
1引言
1.1本课题研究的意义
供水系统对于现代社会是极其重要的,无论生活和生产中我们都离不开水,例如在生产中,如果短时间的缺水就可能造成产品的不良;
生活中我们需要稳定的供水,以前我们的生活经常停水停电,这给我们的生活带来很多不便;
又如万一发生火警,用水量肯定极具增加,如果不能及时的供应水坑能造成严重的后果;
而且不合要求的供水系统还有可能造成水管爆裂、耗电严重等不良的现象。
所以本课题对于现代社会来说是很重要的。
以往常用的供水系统有一下几种:
恒速泵加压供水、气压罐供水、水塔高位水箱供水、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等方式,其优、缺点如下[1]:
(1)恒压泵加压供水系统是人工控制的系统,此系统可以满足大多数时间的供水需求,采用水泵一直在工频工作状态,所以本系统耗电严重而且容易发生爆水管,自动化程度低,所以已经被淘汰。
(2)气压罐供水系统没有什么技术可言、非常简单,而且不占空间。
但是水泵启动频繁,而且很耗电,水压高,不稳定。
(3)水塔高位水箱供水:
采用在较高的位置放置水塔,这样一来非常方便,而且不受停水的困扰,维修也方便,但是占地面积大,自动化水平低,每次抽水都要人工完成。
(4)夜里耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式:
此供水系统成本比较低,技术也很简单,但是便宜没好货,容易漏油,发热,效率低,要经常维护。
(5)单片机变频调速供水系统等方式:
此系统比上面四种都先进,自动化水平高,但是系统开发周期比较长,对操作员的素质要求比较高,可靠性比较低,维修不方便,且不适用于恶劣的工业环境。
综上所言,传统的供水方式普遍存在浪费,自动化水平低,维修不便,占地以及不稳定的缺点,所以这些供水系统都不符合现代社会的要求,所以要采用变频调速这种技术来设计,此技术被广泛应用;
日常生活中我们经常听到变频两个字,可见这种技术已经非常成熟。
基于PLC和变频技术的恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。
该系统供水可以提高供水系统的稳定性、可靠性和节能性。
1.2变频恒压供水系统介绍
1.2.1变频调速技术的国内外发展与现状
变频器的发展是在电力电子技术、计算机技术、自动控制技术和电机控制理论发展的基础上发展起来的。
1964,首先提出了将脉冲宽度调制技术的通讯技术应用到交流传动系统上的是德国。
十九年代初,日本学者提出了基于轨迹的磁通的磁通轨迹控制方法。
十九年代后半期以来,美国,日本,德国,英国等国的通用变频器的变频调速技术已经得到广泛应用并且被商业化。
在中国,电动机消耗了60%的电力,因此我国很重视节省电动机的用电量,而用变频调速技术是一个很好的方法。
现在,我国大约有200左右的研究机构在研究变频调速技术,但是研发出来的产品现对于国际社会上的产品还有相当大的差距。
所以我国采用两种方案:
(1)直接从国外进口现成的设备、
(2)在自己的成套设备中是用进口的变频调速设备,然后自己开发应用软件。
总之,虽然国内变频调速技术取得了良好的效果,但总体上的发展,生产能力还比较弱,还要严重的依赖于外国公司。
1.2.2变频恒压供水系统介绍
变频恒压供水系统是指在供水水网中用水量发生改变时,管网的检测压力值不变的供水系统。
近年来,由于变频调速技术的快速发展,它具有显著地节能效果而且控制非常可靠稳定,在很多方面也包括供水系统中得到了广泛的应用。
变频恒压供水系统对水泵电机采用的是无极调速,就是根据用户用水量以及水压的变化通过检测信号、运算自动改变水泵电机的转速来改变供水量,实现了保持水压稳定的要求,是现代社会中最先进的供水系统。
与传统的供水系统想比,无论从成本、实用性、自动化程度、稳定性都具有优势。
变频恒压供水系统具有以下优点:
自动化程度高、功能强大、配置灵活、节能效果显著、占地面积少、运行合理。
此供水系统相比传统供水方式可以节能30%~60%。
系统原理:
变频恒压供水系统以水管水压为参数,通过控制变频器的输出频率来自动调节水泵电机的转速,实现管网水压的恒定。
当用水量减小时,管网水压减小,变频器的频率降低,水泵的转速也降低,供水量也跟着减小;
反之,当用水量增大时,管网水压减小,变频器的频率增大,水泵的转速增大,供水量也会跟着增大,这样就能保证供水量和需求量之间的平衡,也使得管网的压力保持不变,同时也使电力得到了节省。
变频恒压供水系统是在变频调速技术发展的基础上发展起来的。
目前国内有很多研究所或者公司在进行变频恒压供水的研究和工程,但是大多都采用国外的变频器控制水泵,有些采用单片机控制系统以及相应的软件来实现,但是在很多方面的综合指标来看,在系统的稳定性、动态性、抗干扰性等都还达不到用户的需求。
原深圳华为电气公司和成都希望集团推出的恒压供水系统专用变频器,无需外接PLC和PID,但其输出端口限制了负载容量,而且操作不方便还不具有数据通信功能,所以不能适合所有的用户要求。
综上所述,国内的变频恒压供水系统还不成熟,不能够适合所有的用水场合,因此,还要依赖国外的变频恒压调速技术,国内的技术还有待提高变频恒压供水系统的性能。
1.3对PLC的简单介绍
1.3.1PLC的定义
PLC是ProgrammablelogicController的简称,中文名叫可编程控制器,是以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
PLC是一种专门为工业环境的应用而设计的一种数字运算操作的电子装置。
它利用可编程序的存储器,顺序运算、逻辑运算、计时、计数和算术运算等操作的指令在其内部存储执行,并能通过数字式或者模拟式的输出和输入,控制各种类型的机械或生产过程。
1.3.2PLC的基本概念
现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应,生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品,可编程控制器(PLC)正式顺应这一要求出现的,它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。
PLC的应用面广、功能强大、使用方便,应经广泛地应用在各种机械设备和生产过程中自动控制系统中。
PLC仍然处于不断的发展之中,其功能不断增强,更为开放,它不但是单机自动化中应用最广的控制设备,在大型工业网络控制系统中叶占有不可动摇的地位。
1.3.3传统上的PLC简介
S7-200是传统意义上的小型PLC,其特点有:
(1)功能齐全。
S7-200最多可以有7个CPU模块,能扩展到248点数字量I/O或38路模拟量I/O,最多有30多KB的程序存储空间和数据存储空间;
(2)程序结构很先进,具有强大的功能、编程软件使用方便;
(3)寻址方法灵活方便;
(4)通信功能很强大和配套人机界面品种很丰富;
(5)网上技术支持等。
2系统供水的原理介绍及运行方案
2.1变频恒压供水系统的理论分析
2.1.1水泵机组供水调节原理
水泵电机多属于三相异步电动机,下面是其转速公式:
(2.1)
式中:
f为电源频率,p为电动机极对数,s为转差率。
由上式可知,水泵电机的调速方法有:
(l)改变电源频率
(2)改变电机极对数
(3)改变转差率
相对来说,改变电源频率比另外两种方法要简单实际得多;
改变电机极对数需要专门的变机电机,只适用于特定转速的机器;
改变转差率线路过于复杂,增加了电能损耗,所以决定用改变电源频率的方法。
根据公式可知,当转差率不怎么变的时候,异步电动机的转速n基本上与电源频率f成正比。
只要使电源频率改变,就能改变电动机的转速。
但是,单一地调节电源频率,将导致电机运行性能恶化,必须使用性能良好、工作可靠的变频调速电源装置。
2.1.2控制方案
一开始在进行设计的时候想过三种控制方案他们分别是:
(1)有供水基板的变频器+水泵机组+压力传感器
(2)通用变频器+PLC(包括变频控制、调节器控制)+人机界面+压力传感器
(3)通用变频器+单片机(包括变频控制、调节器控制)+人机界面+压力传感器
第一种控制方案结构简单,它的电路结构虽然得到了微化,设备的成本也大大降低,但是因为它的显示压力信号方面比较麻烦,所以在不同时段的压力信
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