华北理工大学本科毕业设计说明书格式示例.docx
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华北理工大学本科毕业设计说明书格式示例
学号:
201214240326
毕业设计说明书
GRADUATEDESIGN
设计题目:
基于三菱PLC的恒压供水系统设计
学生姓名:
王城佳
专业班级:
12机械3班
学院:
机械工程学院
指导教师:
玄兆燕教授
XXXX年XX月XX日
摘要
伴着中国经济腾飞,科学技术发展,居民住房制度改革不断加强,居民生活水平不断加强,各种类型的建筑在城市的建设发展十分迅速,紧接着也突显出了对基础设施单元更高的要求。
居民供水系统建设一个重要方面,可靠性和稳定性直接作用于小区居民的生活和工作,也反映了社区的物业管理水平。
过去普遍适用的的高的水塔水箱供水,气压罐供水等供水方式在各个方面存在着诸如安全性能较低,自动化程度不高,需要不少人工参与片段,工作生产效率较低,所需时间较长等不足之处,无法为当前的经济生活需求提供充足的服务。
按照本文供水需求,以PLC,变频器,压力变送器构成的供水系统,包括多台泵等其他设备,拥有以恒定频率下运转,自动频率操作和人工控制等特点。
有效解决供水问题,并包括多种辅助功效,并且提高了系统的安全性。
根据水流量和泵的转动速度成一定线性的立方体分析,以调节水泵频率,即改变频率来实现调整转动速的的方式。
变频器通过对压力变送器反馈的水压值,构成一个封闭的循环系统。
并且对PID参数模块的预设,依照需求量的变化,使用PID使变频泵调节和连续的渐变调整相结合。
在整个工作流程内,一方面完成对压力的稳定控制并实现对居民的供水,另一方面减少排放降低能耗的效果。
本文对供水的多种方案进行探讨研究,利用多个泵进行调节,讨论了电动机从变频运动向工频工作的转换流程以及涉及的相关问题,最后选择了最适合的方式来实现恒压供水
关键词:
恒压供水;PLC;变频调速
Abstract
AccompaniedChina'seconomictakeoff,thedevelopmentofscienceandtechnology,continuetostrengthenthereformofthesystemofresidentialhousing,livingstandardscontinuetostrengthen,inalltypesofbuildingconstructionanddevelopmentofthecityveryquickly,followedalsohighlightsthehigherinfrastructureunitrequirements.Animportantaspectofthesupplywatersystemconstruction,reliabilityandstabilityofthedirecteffectonthedistrictresidentsliveandwork,butalsoreflectsthelevelofpropertymanagementcommunity.Allaspectsofhighwaterinthepastgenerallyapplicablewatertowerwatertank,pressuretankwatersupplyandotherproblemssuchaslowsafetyperformance,highdegreeofautomation,peopleneedalotofhumaninterventionfragment,lowerworkproductivity,timewasneededandothershortcomings,cannotprovideadequateservicestothecurrentneedsofeconomiclife.
Inthispaper,accordingtothewaterdemand,PLC,inverter,pressuretransmitterconsistingofwatersupplysystems,includingothermultiplepumpsandotherequipment,havetooperateataconstantfrequency,frequencyautomaticoperationandmanualcontrol.Effectivelysolvetheproblemofwatersupply,andincludesavarietyofsecondaryeffects,andimprovethesecurityofthesystem.
Accordingtotherotationalspeedofthewaterflowandpumpintoacertainlinearcubeanalysistoadjustthepumpfrequency,thatistochangethefrequencytoachievetheadjustmentoftherotationspeedoftheway.Drivebyhydrostaticpressuretransmitterfeedbackvalue,constitutesaclosedloopsystem.AndthepresetparametersofthePIDmodule,inaccordancewithchangesindemand,theuseofPIDregulationandtopump-continuousgradationadjustmentcombined.Throughouttheworkflow,ontheonehandcompletecontrolofthestablepressureandwatersupplytotheresidentstoachieve,ontheotherhandtheeffectofreducingenergyconsumptiontoreduceemissions.Inthispaper,avarietyofprogramstoexplorewatersupplystudy,usingapluralityofpumpadjustmentdiscussedmotormovementfrequencyinverterfromworktoworktransitionprocessandtherelatedissuesinvolved,thefinalchoiceofthemostappropriatewaytoachieveconstantpressurewatersupply
Keywords:
Constantpressurewater-supply;PLC;VariablevelocityVariablefrequency
第1章绪论
1.1课题的来源及背景
众所周知,城市用水水资源相对匮乏,供水技术很长一段时间也一直处于落后的位置。
自动化程度不高,而且随着社会和经济的发展,城市化进程中,供水系统已经需要更高要求。
所以,在管网优化中要通过改变方案,加入变频器,PLC等技术,在良好状态下的管网中工作,具有十分现实作用。
传统供水有下列几种方式1.使用恒速泵2.高位水塔水箱3.使用气压罐4.SCM(单片机)变频调速恒压供水系统。
上述几种方式所含有亮点以及存在的不足之处如下:
恒速泵加压供水方式采用人工手动方式控制水泵的启停,无法对供水管网的压力变化做出快速响应,效率低,可靠性差,在用水量较小时,管网长期处于高压状态,爆损现象严重,目前已较少采用。
(2)高的水塔水箱供水控制简单,经济,但由于存在着大量的基础设施投资,大,维修不便,泵电动机的起动电流,频繁启动容易造成电机损坏,水优质的二次污染等不利因素的影响,利用率低。
(3)气压罐供水具有体积小,技术易懂的优点,可是调整小而硬的泵电机工作的数量和工作的次数,对设备有很高的要求。
人为控制的方式,不仅效率低,而且自动化程度低。
(4)SCM(SingleChipMicrocomputer)变频恒压供水系统已经能够实现对泵的变频控制。
由于这种控制方式的自动化的程度比其他方案有着显著提高,不足之处是要很长的发展时期,对经营者的质量要求高,设备的可靠性相对较低,维修不方便,不适合于恶劣的工作环境。
供水系统是居民生活中不可缺少的重要构成成分。
城市建设的迅速发展,对供水需求的增大,产生了更高层次的要求。
然而过去的供水方式存在的不足以及缺陷已经无法满足当今社会发展的需求。
恒压供水是结合先进的PLC技术,采用变频控制对水泵进行控制,改变水的压力,将改变完压力并且调整合适之后的水通进管网,直到每个用户需水点。
依照压力变送器检测到的管道水压的变化,将变化信号传接到PLC中,并且用PLC自动控制,改变水泵电机转动速度用来保持稳定的压强。
目前,供水系统已被利用在全国各地,并取得了良好的经营业绩和一定的节能环保功能。
供水系统具有以下优点:
(1)节能效率高;
(2)可靠和稳定;
(3)结构简单,操作方便;
(4)自动化程度高,维修量小。
随着当今社会经济的发展的进步,居民生活水平的不断提升,人们对这些基建的要求越来越高,为了满足人们的需求,供水、供热、污水处理等市政行业都要把握这种珍贵的机会,特别是要增加跟得上发展的恒压供水的建设。
新的建筑设施和改造老建筑将为供水系统的发展提供很多机会。
系统使用率会逐步提高,具有良好的发展前景。
1.2变频恒压供水系统的发展状况
PLC具有以下特点:
(1)可靠性高,抗干扰能力强,抗干扰能力;
(2)功能强大,编程简单,使用方便;
(3)体积小,重量轻,能耗低,成本高;
(4)控制系统很容易实现,开发周期短,易维护,易改造。
三菱系列PLC由于价格便宜,质量可靠,良好的运动控制,从而在国内中小型企业和民用设施中得到广泛应用。
变频器是一种依靠电力半导体部件的得电状况把工频转化为以灵位的频率工作的电能控制的设备,能够完成对异步电动机的软起动,变频调速,改变功率因数,过流、过压保护、过载保护等功能。
另外,根据负载的特点,它的目标由此产生了特定设计的变频器,电动机的负载可以降低成本。
如水泵专用变频器,起重机专用变频器,电梯等专用变频器控制。
总之,发展趋势是朝着智能驱动,操作简单,可靠,环保低噪音,低成本和小型化的方向发展。
依靠电脑功能的加强,自动控制技术的迅速发展,各领域的使用变频技术越来越成熟,应用控制系统由电脑,PLC,变频器,控制系统等组成的,有中央空调等国家重大工业应用成功的案例,并获得了巨大的成功,从而为普遍运用居民生产生活中打下了一定基础。
由于他所含有的高效率,高稳定性,经济,节能降耗的特点,已逐渐取代了传统的供水,它已成为城市供水的重要组成部分。
1.3PLC特点及应用
PLC(可编程逻辑控制器)是一种为了适应工业工作环境专门设计的一种由数字运算组成的电子系统。
这是一种以微处理为基础,并且加入计算机技术,将计算机技术与其相结合,制造成的一种以自动控制技术为重点的新型的工业控制的设备装置。
这种设备装置在当今国家工业化发展进程中起着至关重要的一部分,是工业建设中标准化生产中自动控制方法中的一种方式。
在组成PLC的部分中包括计算机、各种仪表以及相关的电器控制,这三个部分组成PLC关键部分,使得PLC的安全性,抗干扰的能力得到加强,并且由于他的灵活,简单的编程环境,即使产生故障维修成本也不高且方便修理的特点,使得他与其他传统的控制器而言有巨大的优势,更符合当今社会发展对控制器的要求,在产业化,标准化PLC产品的开发过程既满足了工业环境的需求,还满足市场的需求。
使得PLC从早期的控制过程,迅速地扩展到了当今的连续控制,,并快速的占据了工业自动化中至关重要的地位,并成为设备的核心部分。
目前,PLC已经在小规模和大规模,大容量,高功能等都产生了质的飞跃。
较早之前的PLC,主要是替代继电器的作用来构成逻辑,对设备进行控制。
随着经济的发展,社会的进步,为计算机技术、通讯技术提供了发展的基础,以此相关技术得到了迅速的发展进步。
而PLC则是将串通的可编程控制器和循序发展起来的计算机技术及其他技术融为一体,相互结合在一起,使得他的安全性得到提升,功能得到加强,使用变得更加方便快捷,编程环境也得到了改善,使程序变得简单快捷。
以及他在工业实际环境中表现出来的良好性能和高度的自动控制能力,在设备生产制造使用的各个过程中都得到了广泛的运用,并且取得了良好的经济效益。
世界上第一台可控制编辑器实在1969年在美国由美国数字设备公司,即DEC公司研制而成的。
早期的PLC只要是替换继电器在顺序控制、定时等方面的作用。
由一些分离元件和规模较小的集成电路构成,到了1970年之后,微处理机以其占地面积小,价格低廉并且功能强大的特点被广泛运用到PLC当中,大大提高了PLC的性能。
在发展过程中,还增加了模拟量模块以及I/O控制模块,还增加了其他各种特殊功能的模块,而其原有的开关量则得到保持沿用。
在软件方面,可编程控制器使用了简单通俗的,容易被一般工作人员的接受的梯形图编程语言,简化了编程环境,在沿用之前的逻辑运算等功能之外,还添加了有关数据的处理以及运算的功能。
在1980年之后,集成电路的发展为PLC的发展提供了新的契机。
微处理器价格降低,降低了成本,使得PLC能够有更多的资金使用性能更好的的处理器。
各个制造商也通过技术革新,相继开发出专门用于逻辑运算处理的特殊芯片,在满足客户的特殊要求的同时,更进一步的提高了PLC的能力。
在当今世界,随着经济全球化,世界各国的相互交流,使得PLC被运用到各个国家各个行业上。
根据相关报道。
20世纪90年代,全世界PLC的市场规模已经扩大到了50亿美元左右,而且这个数字还在持续不断的增加。
通过各国的技术交流,PLC的功能的取得了十足的进步,获得的成效显著下面列举部分特点:
(1)可靠。
得益于PLC硬件和软件的在一系列抗干扰措施及其独特的扫描周期的方式。
(2)具有丰富的I/O接口模块。
PLC信号对于不同的工业领域中,有一个相应的I/O
设备或设备组件,提高运算性能。
(3)除了一部分的特殊需要,很大一部分的PLC都使用结构化的模块,这种设计,昂变了用户使用,能够使PLC适应工业现场设置的需求。
PLC的模块化主要包括对CPU、电源、输入输出点的设计等。
用户可以根据自己的需求和所希望达成的目的进行自由组合以达到工作需求,具有更大的灵活性能。
(4)与其他编程语言不同,PLC只需要使用简单的梯形图,不需要具备一定的专业知识才能进行操作,PLC以其简单优化的编程环境,简单的逻辑语言被广大工作人员熟练掌握。
(5)安装PLC的过程中,不需要特定工业环境,可以在现场环境中,进行工作,并且稳定可靠,体积小占地面积小。
最为重要的一点是在PLC的设备上包含着各种故障的指示灯,一旦发生故障,操作人员可以直接通过指示灯,来进行故障判断,而且由于模块化的关系,一部分故障时,不需要拆卸全部部件来达到维修的目的,只需要将故障的某块进行拆卸更换。
正因为以上种种的有点,PLC以其卓越的工作效率,良好的稳定可靠性,被广泛的运用到社会各个层面的生活生产。
可编程控制器实质上是一种把微处理器作为核心部件为的控制机。
计算机的硬件和软件配置非常类似的,不同之处在于它比电脑更多访问接口,更适合工业过程对应于该编程语言的控制要求。
PLC的硬件一般包括下面几个部分:
(1)中央处理单元:
即CPU,他的功能与其他一般的微处理器的功能相似,作为核心组成部件的一种。
他的工作原理是先通过输入装置对外部的信号进行检测,然后在根据用户自行编制的程序,得到相对应的处理,随后将处理的结果反馈到输出装置上,获得相应的动作通用CPU诸如MOTOROLA6800,目前,小型PLC单个CPU系统,而中型和大型的PLC是双CPU或多个CPU的系统。
字处理器是CPU核心的核心,通常由一个通用的8位,16位或32位微处理器持有,也称为布尔处理器。
它使PLC增加了一些特性功能,提高速度,也提升了安全性能。
(2)存储器:
主要是对存储系统程序,用户程序和数据进行存放。
厂家把指令在EPROM存储器或EEPROM存储器机器出厂前是把相应的指令存储到相应部分。
用户可以访问并修改用户存储器的这一部分的存储器中的内容。
所谓用户程序,根据的制造方法和工艺要求,项目现场写的控制程序引导用户。
用户程序也可以存储在EEPROM中。
以保证PLC控制系统的可靠性,CMOSRAM存储器具有径电池保护措施,以防止停电对其存储器内容破坏的损失。
由于在控制器应用程序的数据是不断变化的,为了满足随机接入的要求。
常使用CMOSRAM。
(3)输入以及输出模块:
输入和输出模块连接着控制器和生产设备或者生产流程中的过程接口。
输入的信号,如开关按钮开关和传感器输出等,经过相应的模块将信号传入PLC。
由于PLC只能获取或处理数字信号,其他信号无法获取处理,所以在工作的过程中,需要将其他信号电平转换成可编程控制器能识别的和接受,并能进行下几步运算的标准信号。
因而相应的输出模块的作用是则是将PLC内部的标准电平信号通过中央处理单元的处理后,将这些信号输出,再次转化成外部部件所能接受和处理的信号,例如灯的显示,完成了从外部输入到处理器信号的转换,再从处理器到外部输出部件的转换这一流程。
可编程控制器具有多种输入/输出模块,该种数字输入/输出模块和模拟输入/输出模块。
由于不同的电平拥有着不同的参数设置,分成了包括输入和输出在内的数字量和模拟量
部件具有输入端子,以便过滤噪音信号和促进PLC内部信号处理,数字输出继电器输出,晶体管输出和三种方式SCR输出。
模拟量输入/输出模块主要用于实现A/D转换的金额或D/A转换之间的数字模拟转换。
PLC软件可分为系统软件和用户程序分为两部分:
(1)系统软件:
也称为居民操作系统软件。
它包括基本控制单元的软件和编程软件。
此外,一些特殊功能与自己的操作系统软件模块相适应。
PLC机架只能容纳一定数量的插件模块,其中包含主模块机架和部分I/O模块叫基本控制单元。
控制单元软件被固化在EPROM主机模块上,他起到的作用包括以下几点:
首先是PLC实现对自己的管理和监督,然后当部件在工作是对电池电压进行实时检测;第三点是对用户编辑要求执行的程序进行周期性的解释;;当用户程序已经装入PLC存储器中,程序员可以分离,基本控制单元将自动进入用户程序的执行状态。
由于PLC的内部设计结构的相对比较复杂,用户随意改变数据花花=话,会造成软件的崩溃,因此相关专业技术人员在编辑程序时,要加入用户访问权限,用来防止一些非专业的人员由于个人原因对内部数据进行破坏,造成系统软件的破坏甚至崩溃。
(2)用户程序:
这是需要准备的应用PLC程序控制。
目前,普遍使用在PLC梯形图编程。
这种编程方法是形成在传统的梯形图依据上的一定进化,突出每个原始节目之间的逻辑关系。
与硬连线不同,PLC梯形逻辑在软件中实现,因此容易编写和易于扩展和修改功能。
1.4本课题主要研究内容
本课题是将居民生活的小区当作系统控制的对象。
为城市小区的供水设计一套基于可编程控制器和变频器技术相互结合使用的供水系统,主要是包括下列几方面的内容:
1.主要内容和研究方案设计问题的分析和研究,设计理念和解决方案的基础。
2.通过对供水流程的分析论证,给出了变频供水的流程和相关的工作原理,从诸多的方案中进行选择分析以确定供水系统的控制方案,并对相应的水泵切换进行工作状态的分析。
3.设计系统控制程序。
硬件,PLC选择的选择,确定输入和输出点,硬件配置图,I/O连接图,分配I/O,在表中列出,编辑相应的程序,该程序相应的调试和修改。
第2章系统的理论分析及控制方案确定
2.1.变频恒压供水控制方案的确定
2.1.1控制方案的比较和确定
目前在全国范围内关于变频器恒压供水设备的控制方式主要有下面几种
1.逻辑电子电路控制方式
这种控制方式主要是将其中一台水泵设定始终以变频工作,而将其他几台水泵设置成工频工作状态,通过改变一台水泵的频率来实现恒压供水的功能。
这种控制方法虽然在一定程度上能实现恒压供水,但是他的调节局限性很大,只能通过调节一台泵进行控制,系统的控制精度态度,不能进行有效的调控,并且该系统容易受外界干扰,抗干扰能力不强。
2.单片微机电路控制方式
单片机微机电路控制方式与逻辑电路相比,他的工作能力更加强大,更加灵活,但他也具有一定的局限性。
与逻辑电子电路控制方式一样,他也存在着抗干扰能力弱的不足,对外界的适应性较差。
单片微机电路控制方式有一显著的不足之处,那就是在改变程序或者添加新功能的时候,需要对电路进行重新绘制和修改,不仅维修不方便,而且对于不同形式、不同情况的用水情况,他的调试能力也比较麻烦。
3.含有PID回路调节器的控制方式或PLC的控制方式(未改)
这种恒压供水的控制方式是通过变频器提供给水泵电机不同频率的电源,根据电源频率的变换,改变电机对外输出大小,从而改变外部管网内水压。
该系统中起着信号检测装置作用的传感器通过实时检测管网内的水压,将采集到的水压信号反馈带可编程控制器之中,并将实时检测到的压力值与系统设定的能满足的水压进行比较,经过内部的PID运算,计算出某个值,并将这个值对外输出,变频器接受这个信号,并对电机进行转速控制,调节水泵电机的工作频率,改变电机对外输出,从而实现对水压的调节。
这种控制方式中,能够使电机进行转速调节的信号来源有2个方面,一种是来源是通过可编程控制器给出的。
还有另外一种就是通过PID回路调节器转化给出的,这种方式由于对输出端口的要求,造成成本增加,花费成本数量较高。
如果使用不仅具有模拟量输入,而且还包含数字量输出的可编程控制器,在这种情况下,则需要在可编程控制器的数字量输出的端口外接一块调制板,通过这个调制板的作用,系统可以将输出端口输出的数字量转换成模拟量。
由于新加了设备,导致系统的,成本增加,在增加设备进入系统的同时,也增加了系统接线和维护的复杂程度,使得整个系统的可靠性下降,不利于系统稳定可靠的运行工作。
如果采用一个开关量输入,输出的可编程控制器和一个PID回路调节器,其成本也和带模拟量输入,输出的可编程控制器差不多。
所以,在变频调速恒压给水控制设备中,PID控制信号的产生和输出就成为降低给水设备成本的一个关键环节。
4.新型变频调速供水设备
为了改变过去传统的变频供水设备所存在的不足之处,国内许多生产厂家将PID调节器综合到了变频器内部,扩大了变频器的功能范围以及增加了新的功能领域。
将PID内置在了变频器当中,这为变频器省去了不少对算法编程的任务量。
还有重要的一点就是PID的参数能通过变频器进行在线调节,使得对PID的参数调变得十分方便容易。
这种新型的供水设备在大大提高工作效率的同时,还降低了生产成本,为普及使用提供了物质基础保证。
这种新型的供水设备不仅能将水压调节的平稳,而且调试方便,可靠性强。
因此,综合考虑上述几种方式,本说明书选取第四种方式,也就是将PID内置于变频器中的新型供水设备。
2.1.2恒压供水系统的组成及原理图
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