基于三菱PLC智能水压控制系统设计.docx
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基于三菱PLC智能水压控制系统设计.docx
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基于三菱PLC智能水压控制系统设计
毕业设计说明书
题目:
基于三菱PLC智能水压控制系统设计
学院:
机械工程学院
专业:
机械设计制造及其自动化
学号:
姓名:
指导教师:
完成日期:
2012年5月
湘潭大学
毕业论文(设计)任务书
论文(设计)题目基于三菱PLC智能水压控制系统设计
学号学生姓名专业机械设计制造及其自动化
指导教师姓名系主任周友行
一、主要内容及基本要求(含主要技术指标)
分析了变频恒压供水系统节能的原理,对系统提出了具体的设计要求;确定变频恒压供水系统的控制方案,给出了变频恒压供水的控制流程及工作原理;最后分析了在变频恒压供水中,水泵切换的条件。
论文就变频调速恒压供水控制系统的设计做了详细的分析和研究。
从用户的需求入手确定合适的设备选型;详细分析全自动变频恒压运行方式水泵运行的各种工况及其转换过程,讨论PLC的程序设计方法及程序执行特点,并在此基础上提出供水系统控制程序的功能模块和设计方案。
二、重点研究的问题
系统控制过程中电机的切换和特殊供水需求时辅助泵的投入运行和停运;实时监测程序的设计;电机软启动的设计。
三、进度安排
各阶段完成的内容
起止时间
1
收集资料
3月2号——3月9号
2
分析、确定总体方案
3月10号——3月20号
3
控制系统硬件选择及接线图
3月21号——4月10号
4
控制系统的软件设计
4月11号——5月4号
5
编写PLC程序
5月5号——5月20号
6
撰写设计说明书
5月21号——5月31号
7
整理完成、准备答辩
6月1号——6月5号
8
9
四、应收集的资料及主要参考文献
[1]关于PLC方面的外文文献并翻译.《VisualizationofPLCProgramsusingXML》
[2]李亚峰.建筑给水排水工程.北京*机械工业出版社,2006年8月版
[3]尹宏业主编.PLC可编程控制器编程.航空工业出版社,1997年版
[4]王阿根主编.电气可编程控制原理与应用.清华大学出版社,2007年4月第一版
[5]张万忠,刘明芹.电器与PLC控制技术.化学工业出版社,2003年8月版
[6]陈宇.可编程控制器基础及编程技巧.华南理工大学出版社,1999年1月
[7]林俊赞,李雄松,尹元日.PLC在恒压供水控制系统中的应用.电机电器技术,1999(3):
45-48
[8]吴浩烈.电机及电力拖动基础.重庆:
重庆大学出版社,1996p:
173-174
[9]彭巨光,谢勇.异步电机变频起动、切换的分析与研究.电机电器技术,2003
(1):
22-23
[10]低压交流传动ACS510-01变频器(1.1···110kw)使用手册.ABB中国公司提供,
湘潭大学
毕业论文(设计)鉴定意见
学号学生姓名专业机械设计制造及其自动化
毕业设计说明书页图张表张
设计题目
基于三菱PLC智能水压控制系统设计
内容提要:
本论文针对某住宅小区的供水要求,设计了一套由PLC、变频器、远传
压力表、多台水泵机组、计算机、通信模块等主要设备构成的全自动变频恒压供水系
统,具有全自动变频恒压运行、自动工频运行、现场手动控制等功能。
系统有效地解
决了传统供水方式中存在的问题,并具有多种辅助功能,增强了系统的可靠性。
系统通过对现有供水方式的分析,根据一般用户的需求,采用了PLC编程简单,
修改容易,可操作性强的特点,结合变频器以及其他的电气控制元件实现了供水系统
的自动化。
由于系统采用了电机分时段投入运行的方式,提高了水泵电机的使用寿命,
采用变频调速可以减少能源的浪费,系统具有实时监测的功能,可以很好的检测用户
用水量的变化从而改变供水量,也同时减少了水资源的浪费。
指导教师评语
该生在此次毕业设计过程中,学习较为认真,基本完成了所要求的毕业设计工作,具有一定的独立解决设计中所遇到的问题的能力,能够较好地综合运用所学专业知识解决问题,具有一定的外文检索和翻译和计算机应用能力。
指导教师姓名 职称
2009年6月日
答辩委员会意见
评定等级
答辩委员会主任:
2009年6月日
湘潭大学毕业论文(设计)评阅表
学院机械工程学院专业机械设计制造及其自动化学号2005500434姓名王鹏
论文(设计)题目:
基于三菱PLC智能水压控制系统设计
评阅人毛美姣职称讲师评阅日期:
2012.5.20
评价项目
评价内容
选题
1.是否符合培养目标,体现学科、专业特点和教学计划的基本要求,达到综合训练的目的;
2.难度、份量是否适当。
能力
1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力;
2.是否有综合运用知识的能力;
3.是否具备研究方案的实际能力、研究方法和手段的运用能力;
4.是否具备一定的外文与计算机应用能力;
5.工科是否有经济分析能力。
论文质量
1.立论是否正确,论述是否充分,结构是否严谨合理;实验是否正确,设计、计算、分析处理是否科学;技术用语是否准确,符号是否统一,图表是否完备、整洁、正确;引文是否规范;
2.文字是否通顺,有无观点提炼,综合概括能力如何;
3.有无理论价值或实际应用价值,有无创新之处。
工作量
工作量是否饱满,论文篇幅、图纸等是否达到规定要求。
综
合
评
价
评阅人:
2012年6月日
一、文献综述1
(一)论文背景及现实意义1
(二)该课题国内外的研究现状2
(三)本课题的主要研究内容3
(四)主要参考文献3
二、控制系统分析5
三、总体方案确定6
(一)不同方案的比较分析6
(二)工艺过程分析7
四、硬件的选择9
(一)水泵的型号选择9
(二)电机的选择9
(三)变频器的选择11
(四)PLC的选择11
(五)其他硬件的选择14
1、压力传感器的选用14
2、液位继电器的选用14
3、电磁阀的选用15
4、信号指示元件的选择15
5、联轴器的选择15
五、控制系统的设计17
(一)控制系统的I/O点及地址分配17
(二)系统控制调节原理18
(三)系统主电路20
(四)系统控制电路21
(五)系统元件外部接线图22
(六)变频器设置23
1、变频器接线图23
2、设置电动机参数:
23
3、设置控制参数:
24
六、结束语25
七、参考文献:
26
附录1 外文翻译28
附录2正常供水程序梯形图40
附录3正常供水程序语句表42
附录4特殊供水程序梯形图和语句表44
基于三菱plc智能水压控制系统设计
摘要:
本论文针对某住宅小区的供水要求,设计了一套由PLC、变频器、远传压力表、多台水泵机组、计算机、通信模块等主要设备构成的全自动变频恒压供水系统,具有全自动变频恒压运行、自动工频运行、现场手动控制等功能。
系统有效地解决了传统供水方式中存在的问题,并具有多种辅助功能,增强了系统的可靠性。
论文采取变频调速方式实现恒压供水相对于传统的阀门控制恒压供水方式的节能机理。
通过对变频器参数的预置,利用远传压力表的水压反馈量,构成闭环系统,根据用水量的变化,在全流量范围内利用变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合,实现恒压供水且有效节能。
关键词:
恒压供水;PLC;变频调速
TheDesignofVariableFrequencyConstantPressureWaterSupply
SystemBasedonPLC
Abstract:
Accordingtotherequirementofwatersupplyinaabidingplace,asetofautomaticsystemofconstantpressurewatersupplybyusingvariablefrequencyandcontrolling,whichiscomposedofPLC,transducer,pressuresensor,pumpsandelectro-motors,computeranddeviceofcommunicationisdesignedtothatend.Thissetofsystemhasthefunctionslikeautomaticconstantpressureoperationbyusingvariablefrequency,automaticworkfrequencyoperation,andtheon-the-spotcontrolbyhandetc.Thesystemhassolvedefficientlytheproblemexistinginthetraditionalwayofwatersupply,whichhasvarioussupplementaryfunctionstostrengthenthereliability.
Thepaperanalysesthemechanismofenergysavingthatthewayofwatersupplybyusingthemethodofvariablevelocityvariablefrequencyissuperiortothetraditionalwayofconstantpressurewatersupplycontrolledbyvalve.Settingupinadvancetheparameterofthemodularbuilt-inthetransducer,asystemofclosedcircuitusingthefeedbackofhydraulicpressureoffarbiographypressuretablehasformed.Accordingtothechangeofwaterconsumption,inthesphereofwholerateofflow,combiningtheconstantregulationofthepumpoffrequencyconversionwiththeworkfrequencypumpgraderegulation,thesystemofclosedcircuitcanrealizetheconstantpressurewatersupplyandsaveenergyefficiently.
Keywords:
:
Constantpressurewater-supply;PLC;VariablevelocityVariablefrequency
一、文献综述
(一)论文背景及现实意义
水是生命之源。
作为人类生活、生产中不可缺少的重要物质,在节水节能已成为时代特征的现实条件下,我们这个水资源和电能短缺的国家,长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后,自动化程度低,而随着我国社会经济的发展,人们生活水平的不断提高,以及住房制度改革的不断深入,城市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,供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活,也直接体现了小区物业管理水平的高低。
传统的小区供水方式有:
恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水、液力藕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、恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应,水泵的增减都依赖人工进行手工操作,自动化程度低,而且为保证供水,机组常处于满负荷运行,不但效率低、耗电量大,而且在用水量较少时,管网长期处于超压运行状态,爆损现象严重,电机硬起动易产生水锤效应,破坏性大,目前较少采用。
2、水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维修或停电可不停水等优点,但存在基建投资大,占地面积大,维护不方便,水泵电机为硬起动,启动电流大等缺点,频繁起动易损坏联轴器,目前主要应用于高层建筑。
3、气压罐供水具有体积小、技术简单、不受高度限制等特点,但此方式调节量小、水泵电机为硬起动且起动频繁,对电器设备要求较高、系统维护工作量大,而且为减少水泵起动次数,停泵压力往往比较高,致使水泵在低效段工作,而出水压力无谓的增高,也使浪费加大,从而限制了其发展。
4、液力祸合器和电池滑差离合器调速的供水方式易漏油,发热需冷却,效率低,改造麻烦,只能是一对一驱动,需经常检修;优点是价格低廉,结构简单明了,维修方便。
5、单片机变频调速供水系统也能做到变频调速,自动化程度要优于上面4种供水方式,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。
综上所述,传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源;效率低;可靠性差;自动化程度不高等缺点,严重影响了居民的用水和工业系统中的用水。
目前的供水方式朝向高效节能、自动可靠的方向发展,变频调速技术以其显著的节能效果和稳定可靠的控制方式,在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用,特别是在城乡工业用水的各级加压系统,居民生活用水的恒压供水系统中,变频调速水泵节能效果尤为突出,其优越性表现在:
一是节能显著;二是在开、停机时能减小电流对电网的冲击以及供水水压对管网系统的冲击;三是能减小水泵、电机自身的机械冲击损耗。
PLC变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、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,同时系统具有良好的节能性,这在能源日益紧缺的今天尤为重要,所以研究设计该系统,对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。
(二)该课题国内外的研究现状
变频恒压供水是在变频调速技术的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、起制动控制、压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不同时,保证管网压力恒定,需在变频器外部提供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。
随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后,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,像日本Samco公司,就推出了恒压供水基板,备有“变频泵固定方式”、“变频泵循环方式”两种模式,基于PLC的变频恒压供水系统的设计它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成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7台电机(泵)的供水系统。
这类设备虽微化了电路结构,降低了设备成本,但其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(如BA系统)和组态软件难以实现数据通信,并且限制了带负载的容量,因此在实际使用时其范围将会受到限制。
目前国内有不少公司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,水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制,有的采用可编程控制器(PLC)及相应的软件予以实现;有的采用单片机及相应的软件予以实现。
但在系统的动态性能、稳定性能、抗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(现己更名为艾默生)电气公司和成都希望集团(森兰变频器)也推出了厦压供水专用变频器(5.5kw-22kw),无需外接PLC和PID调节器,可完成最多4台水泵的循环切换、定时起、停和定时循环。
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控制系统的研究设计中,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(EMC),的变频恒压供水系统的水压闭环控制研究得不够。
因此,有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能,使其能被更好的应用于生活、生产实践。
(三)本课题的主要研究内容
本文主要通过对现有供水系统的调研和分析,依据用户对供水系统的要求,确定以可靠性高、使用简单、维护方便、编程灵活的工控设备变频器和PLC作为主要控制设备来设计变频调速恒压供水系统,并引入计算机对供水系统进行远程监控与管理,保证整个系统运行可靠,安全节能,获得最佳的运行工况。
具体而言,论文包括以下内容:
1、论文在对课题进行分析和研究的基础上,提出了具体系统的设计方案并通过对比选择确定最优方案,确定论文主要的研究内容和研究方法。
2、分析了变频恒压供水系统节能的原理,对系统提出了具体的设计要求;确定变频恒压供水系统的控制方案,给出了变频恒压供水的控制流程及工作原理;最后分析了在变频恒压供水中,水泵切换的条件。
3、论文就变频调速恒压供水控制系统的设计做了详细的分析和研究。
从用户的需求入手确定合适的设备选型;详细分析全自动变频恒压运行方式水泵运行的各种工况及其转换过程,讨论PLC的程序设计方法及程序执行特点,并在此基础上提出供水系统控制程序的功能模块和设计方案。
4、通过PLC的远程通信,实现对供水系统运行状态的实时远程监控。
保证了系统运行的远程控制要求。
(四)主要参考文献
[1]李亚峰.建筑给水排水工程.北京:
机械工业出版社,2006年8月:
5-12
[2]尹宏业.PLC可编程控制器编程.航空工业出版社,1997年
[3]王阿根.电气可编程控制原理与应用.清华大学出版社,2007年4月第一版
[4]李建兴.可编程序控制器应用技术.机械工业出版社,2004年7月(普通高等教育规划教材)
[5]张万忠,刘明芹.电器与PLC控制技术.化学工业出版社,2003年8月(高等学校教材)
[6]陈宇.可编程控制器基础及编程技巧.华南理工大学出版社,1999年1月
[7]林俊赞,李雄松,尹元日.PLC在恒压供水控制系统中的应用.电机电器技术,1999(3):
:
45-48
[8]吴浩烈.电机及电力拖动基础.重庆:
重庆大学出版社,1996:
173-174
[9]彭巨光,谢勇.异步电机变频起动、切换的分析与研究.电机电器技术,2003
(1):
22-23
[10]M.BaniYounisandG.Frey.VisualizationofPLCProgramsusingXML.JuniorprofessorshipAgentenbasedAutomationUniversityofKaiserslautem,P.0.Box3049,D-67653Kaiserslautem,Germany
[11]工业泵选用手册.标准分享网,
[12]低压交流传动ACS510-01变频器(1.1···110kw)使用手册.ABB中国公司提供,
[13]三菱微型可编程控制器FX1SFX1NFX2NFX2NC编程手册.FX1sFX1N可编程控制器规格补充版
[14]继电器系列使用手册.网络pdf版
二、控制系统分析
随着社会的发展和进步,人口数量的急剧膨胀,房地产业的持续过热开发,土地资源的短缺,建筑的高度也在无形中越来越高,尤其是城市高层建筑的供水问题凸显出来。
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,在发生火灾或者其他的特殊情况时能够可靠供水。
同时,我国的能源工业面临着经济增长与环境保护的双重压力,因此对电能的有效利用已经成为必然要求。
为了满足上述要求,本系统采用变频器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,完成供水压力的恒定控制,在网管流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。
恒压供水是指无论用户端用水量大小,总保持管网中水压基本稳定,这样既可满足各部位的用户对水的要求,又不使电动机空转,造成电能的浪费。
基于PLC的变频调速恒压供水系统的主要特点是:
高效节能;投入小,效率高;配置灵活,自动化程度高,功能齐全,安全可靠;运行合理;由于能对水泵实现软停和软启,可消除水锤效应;操作简单,省时省力。
系统的控制目标是泵站总管的出水压力,将系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值的差值输入变频器运算处理后,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。
智能水压控制系统需要达到的要求:
(1)供水分为正常供水和特殊供水。
正常供水保持较低恒压值运行;特殊供水可提供高压值(恒压要求)。
(2)节能环保。
(3)采样监测,定时反馈。
(10~15s刷新反馈)
(4)保持泵站最长寿命(每台泵工作8小时自动切换)。
(5)泵启动采用软启动。
(6)具有完善的报警功能。
(7)具有应急手动控制功能。
三、总体方案确定
(一)不同方案的比较分析
通过对系统的分析,确定了两套方案如下:
方案一:
不同功率电机配合使用
以三台电机为例,三台电及选用原则是:
一台大功率电机和两台小功率的电机。
如果以大功率电机为最低标准,要保证电机最长寿命,采用轮换投入使用的方案则行不通;以小功率电机为最低标准,可以轮换投入使用,但是当大功率电机投入使用时,违背节能的原则。
方案工艺流程图如下所示:
图3-1方案一工艺流程图
1——水池2——变速泵(大功率)3——恒速泵(小功率)4——压力变送器
5——调节器6——控制器
方案二:
相同功率电机轮换使用
采用相同功率的三台电机,轮换投入使用,每台电机的功率都能达到正常供水的最低要求,当出现特殊用水警报时,辅助电机同时投入使用,以保证特殊用水所需要的高压;采用这一方案可以使电机的寿命最长,也可以达到节能的效果。
方案工艺流程图如下所示:
图3-2方案二工艺流程图
通过两种方案的对比,第二种方案更好,性能更高,故选择第二种方案作为系统的最后总体方案。
(二)工艺过程分析
本文主要完成PLC、变频器实现的生活用水供水过程的恒压。
由于供水系统管道长、管径大,管网的充压比较慢,故系统是一个大滞后系统,
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- 基于 三菱 PLC 智能 水压 控制系统 设计