基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計隨著社會的發(fā)展和進步，城市高層建筑的供水問題日益突出。一方面要求提高供水質(zhì) 量，不要因為壓力的波動造成供水障礙；另一方面要求保證供水的可靠性和安全性。針對 這兩方面的要求，這就要求一種新的供水方式，這里采用 PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)恒壓供水的主體控制設備是 PLC，控制電路的合理性，程序的可靠性直接關 系到整個系統(tǒng)的運行性能。本系統(tǒng)采用西門子公司S7-200系列PLC，它體積小，執(zhí)行速度 快，抗干擾能力強，性能優(yōu)越。對于自動化專業(yè)的學生學習可編程控制器是必不可少的。本設計是以恒壓供水系統(tǒng)為控制對象，采用 PLC和變頻技術(shù)相結(jié)合技術(shù)，設計一套恒壓 供水系統(tǒng)。為滿足城市需水量日益加大的要求，降低供水能耗，實現(xiàn)全自動、可靠、穩(wěn)定 的供水，需要利用變頻恒壓供水技術(shù)對原供水系統(tǒng)進行自動化改造，采用PLC空制并進行遠程監(jiān)控、管理及故障遠程報警。通過使用基于 PLC勺恒壓供水控制系統(tǒng)，有效地解決了 傳統(tǒng)供水方式中存在的問題，增強了系統(tǒng)的可靠性，并與計算機實現(xiàn)了有機的結(jié)合，提升 了系統(tǒng)的總體性能。關鍵詞：恒壓供水，PLC控制I沈陽工程學院課程設計目錄摘要I目錄II1弓丨言-1 -2設計內(nèi)容-2 -3工藝分析及控制要求 -3 -3.1工藝分析-3 -3.2控制要求-4 -4恒壓供水控制系統(tǒng)及硬件設計 -5 -4.1網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計-5 -4.2 PLC硬件設計-5 -4.3電氣原理圖-5 -4.4 I/O地址分配-6 -5PLC程序設計-8 -6總結(jié)-10 -7參考文獻-11 -#基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計1引言傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在浪費水力、電力資源；效率低；可靠性差；自動 化程度不高等缺點，嚴重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。目前的供水方式朝向高 效節(jié)能、自動可靠的方向發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式， 在風機、水泵、空氣壓縮機、制冷壓縮機等高能耗設備上廣泛應用，特別是在城鄉(xiāng)工業(yè)用 水的各級加壓系統(tǒng)，居民生活用水的恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速水泵節(jié)能效果尤為突出， 其優(yōu)越性表現(xiàn)在：一是節(jié)能顯著；二是在開、停機時能減小電流對電網(wǎng)的沖擊以及供水水 壓對管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊；三是能減小水泵、電機自身的機械沖擊損耗?；赑LC和變頻技術(shù)的恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。 采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性， 這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設計該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的 生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。此系統(tǒng)包含三臺水泵電機，它們組成變頻循環(huán)運行方式。采用變頻器實現(xiàn)對三相水泵 電機的軟啟動和變頻調(diào)速，運行切換采用先啟先?！钡脑瓌t。壓力傳感器檢測當前水壓信號，送入PLC與設定值比較后進行PID運算，從而控制變頻器的輸出電壓和頻率， 進而改變 水泵電機的轉(zhuǎn)速來改變供水量，最終保持管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設定值附近。-1 -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計2設計內(nèi)容本設計是以小區(qū)供水系統(tǒng)為控制對象，采用 PLC和變頻技術(shù)相結(jié)合技術(shù)，設計一套城 市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)，并引用計算機對供水系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控和管理保證整個系統(tǒng)運行可 靠，安全節(jié)能，獲得最佳的運行工況。PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器和現(xiàn)場的水泵 機組一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，本設計中有1個貯水池，3臺水泵，采用部分流量調(diào)節(jié)方法，即3臺水泵中只有1臺水泵在變頻器控制下作變速運行，其余水泵做恒速運 行。PLC根據(jù)管網(wǎng)壓力自動控制各個水泵之間切換，并根據(jù)壓力檢測值和給定值之間偏差 進行PID運算，輸出給變頻器控制其輸出頻率，調(diào)節(jié)流量，使供水管網(wǎng)壓力恒定。各水泵 切換遵循先起先停、先停先起原則。根據(jù)以上控制要求，進行系統(tǒng)總體控制方案設計。硬件設備選型、PLC選型，估算所需I/O點數(shù)，進行I/O模塊選型，繪制系統(tǒng)硬件連接圖：包括系統(tǒng)硬件配置圖、 I/O連接 圖，分配I/O點數(shù)，列出I/O分配表，設計梯形圖控制程序，對程序進行調(diào)試和修改。-# -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計3工藝分析及控制要求3.1工藝分析PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器和現(xiàn)場的水泵機組一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的控制流程圖如圖3.1所示：-3 -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計3.2變頻恒壓供水系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標，在控制上實現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實際 供水壓力跟隨設定的供水壓力。設定的供水壓力可以是一個常數(shù)，也可以是一個時間分段 函數(shù)，在每一個時段內(nèi)是一個常數(shù)。所以，在某個特定時段內(nèi)，恒壓控制的目標就是使出 口總管網(wǎng)的實際供水壓力維持在設定的供水壓力上。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示：*變頻器接觸水泵器機組管網(wǎng)壓力管道一壓力變送器*-# -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計-# -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計圖3.2變頻恒壓供水系統(tǒng)框圖-# -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計恒壓供水系統(tǒng)通過安裝在用戶供水管道上的壓力變送器實時地測量參考點的水壓，檢 測管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為 420mA的電信號，此檢測信號是實現(xiàn)恒壓供水的關鍵 參數(shù)。由于電信號為模擬量，故必須通過PLC的A/D轉(zhuǎn)換模塊才能讀入并與設定值進行比較，將比較后的偏差值進行PID運算，再將運算后的數(shù)字信號通過 D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成 模擬信號作為變頻器的輸入信號，控制變頻器的輸出頻率，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，進而 控制水泵的供水流量，最終使用戶供水管道上的壓力恒定，實現(xiàn)變頻恒壓供水。3.2控制要求基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)設計的基本要求如下：(1) 由于白天和夜間小區(qū)用水量明顯不同， 本設計采用白天供水和夜間供水兩種模式， 兩種模式下設定的給定水壓值不同。白天，小區(qū)的用水量大，系統(tǒng)高恒壓值運行；夜間， 小區(qū)用水量小，系統(tǒng)低恒壓值運行。(2) 在用水量小的情況下，如果一臺水泵連續(xù)運行時間超過 3h，則要切換下一臺水泵, 即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺水泵工作時間過長。倒泵只用于系統(tǒng)只有一臺變頻 泵長時間工作的情況下。(3) 考慮節(jié)能和水泵壽命的因素，各水泵切換遵循先啟先停、先停先啟原則。(4) 三臺水泵在啟動時要有軟啟動功能，對水泵的操作要有手動/自動控制功能，手動只在應急或檢修時臨時使用。系統(tǒng)要有完善的報警功能。-# -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計4恒壓供水控制系統(tǒng)及硬件設計4.1網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)采用環(huán)型拓撲型式，總體結(jié)構(gòu)采用三層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)模式，分別為調(diào)度指揮控制中 心以太網(wǎng)、1 000 M工業(yè)以太網(wǎng)及接入系統(tǒng)網(wǎng)絡。 系統(tǒng)由主干千兆光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、調(diào)度指揮控制中心骨干路由網(wǎng)關、工業(yè)以太網(wǎng)交換機以及連接用光纖、光配等組成。主干網(wǎng)絡的布置以調(diào)度室和水廠的交換機為核心，其它子系統(tǒng)交換機為系統(tǒng)以后的改 造、信號的上傳預留接口，所有交換機形成環(huán)網(wǎng)，并通過光纖彼此相連，從而使得各個子系統(tǒng) 的信號可以匯總傳送到調(diào)度室交換機上。交換機采用西門子SCALANCE X - 400工業(yè)交換機。工業(yè)以太網(wǎng)絡采用西門子的最新 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)PROFINET網(wǎng)絡化系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡的高可靠性、豐富的網(wǎng)絡管理功能、模 塊化結(jié)構(gòu)和較少的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。4.2 PLC硬件設計PLC是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心，它要完成對系統(tǒng)中所有輸入號的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實現(xiàn)以及對外的數(shù)據(jù)交換。因此我們在選擇PLC時，要考慮PLC的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內(nèi)存空間、通訊接口及協(xié)議、帶擴展模塊的能力和 編程軟件的方便與否等多方面因素。由于恒壓供水自動控制系統(tǒng)控制設備相對較少，因此 PLC選用德國SIEMENS公司的S7-200型。PLC和上位機的通信采用 PC/PPI電纜，支持 點對點接口 (PPI)協(xié)議，PC/PPI電纜可以方便實現(xiàn)PLC的通信接口 RS485到PC機的通信 接口 RS232的轉(zhuǎn)換，用戶程序有三級口令保護，可以對程序?qū)嵤┌踩Ｗo。根據(jù)控制系統(tǒng)實際所需端子數(shù)目，考慮 PLC端子數(shù)目要有一定的預留量，因此選用的 S7-200型PLC的主模塊為CPU226,其開關量輸出為16點，輸出形式為AC220V繼電器輸出； 開關量輸入CPU226為24點，輸入形式為+24V直流輸入。由于實際中需要模擬量輸入點1個，模擬量輸出點1個，所以需要擴展，擴展模塊選擇的是 EM235，該模塊有4個模擬輸入 (AIW)，1個模擬輸出(AQW)信號通道。輸入輸出信號接入端口時能夠自動完成 A/D的轉(zhuǎn)換， 標準輸入信號能夠轉(zhuǎn)換成一個字長(16bit)的數(shù)字信號；輸出信號接出端口時能夠自動完成 D/A的轉(zhuǎn)換，一個字長(16bit)的數(shù)字信號能夠轉(zhuǎn)換成標準輸出信號。EM235模塊可以針對不 同的標準輸入信號，通過DIP開關進行設置。4.3電氣原理圖基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖如圖 4.1所示：三臺電機分別為 M1、M2、M3，它們分別帶動水泵 1#、2#、3#。接觸器KM1、KM3、KM5分別控制 M1、M2、M3 的工頻運行；接觸器 KM2、KM4、KM6分別控制 M1、M2、M3的變頻運行；FR1、FR2、 FR3分別為三臺水泵電機過載保護用的熱繼電器； QS1、QS2、QS3、QS4分別為變頻器和 三臺水泵電機主電路的隔離開關；FU為主電路的熔斷器。本系統(tǒng)采用三泵循環(huán)變頻運行方式，即 3臺水泵中只有1臺水泵在變頻器控制下作變 速運行，其余水泵在工頻下做恒速運行，在用水量小的情況下，如果變頻泵連續(xù)運行時間 超過3h，則要切換下一臺水泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺水泵工作時間過長。 因此在同一時間內(nèi)只能有一臺水泵工作在變頻下，但不同時間段內(nèi)三臺水泵都可輪流做變 頻泵。4.4 I/O地址分配根據(jù)以上控制要求統(tǒng)計控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表4.1所示:表4.1輸入輸出點代碼及地址編號名稱代碼地址編號輸 入 信 號供水模式信號（1-白天，0-夜間）SA1I0.0水池水位上下限信號SLHLI0.1變頻器報警信號SUI0.2試燈按鈕SB7I0.3壓力變送器輸出模擬量電壓值UpAIWO輸 出 信 號1#泵工頻運行接觸器及指示燈KM1 HL1Q0.01#泵變頻運行接觸器及指示燈KM2 HL2Q0.12#泵工頻運行接觸器及指示燈KM3 HL3Q0.22#泵變頻運行接觸器及指示燈KM4 HL4Q0.33#泵工頻運行接觸器及指示燈KM5 HL5Q0.43#泵變頻運行接觸器及指示燈KM6 HL6Q0.5輸 出 信 號水池水位上下限報警指示燈HL7Q1.1變頻器故障報警指示燈HL8Q1.2白天模式運行指示燈HL9Q1.3報警電鈴HAQ1.4變頻器頻率復位控制KAQ1.5變頻器輸入電壓信號UfAQW0PLC及擴展模塊外圍接線圖，如圖4.2所示:L0123L457TV廠234 5711地FNA4 6 8 1012 1416 18 20 22 24N1 2Q0 - Q1CPU 226 CNM0 12 .6 7 0 112 3M 5 61 23 4 5 67 M/I1 +，1011I2水位上下 限信號SLHL窗口比較器變送器ML地07V下1移置T耳f輸入變頻器圖4.2 PLC及擴展模塊外圍接線圖本變頻恒壓供水系統(tǒng)有五個輸入量，其中包括4個數(shù)字量和1個模擬量。壓力變送器將測得的管網(wǎng)壓力輸入PLC的擴展模塊EM235的模擬量輸入端口作為模擬量輸入；開關 SA1用來控制白天/夜間兩種模式之間的切換，它作為開關量輸入I0.0；液位變送器把測得的水池水位轉(zhuǎn)換成標準電信號后送入窗口比較器，在窗口比較器中設定水池水位的上下 限，當超出上下限時，窗口比較其輸出高電平1,送入I0.1 ;變頻器的故障輸出端與 PLC的I0.2相連，作為變頻器故障報警信號；開關SB7與I0.3相連作為試燈信號，用于手動檢 測各指示燈是否正常工作。本變頻恒壓供水系統(tǒng)有11個數(shù)字量輸出信號和1個模擬量輸出信號。Q0.0Q0.5分別 輸出三臺水泵電機的工頻/變頻運行信號；Q1.1輸出水位超限報警信號；Q1.2輸出變頻器 故障報警信號；Q1.3輸出白天模式運行信號；Q1.4輸出報警電鈴信號；Q1.5輸出變頻器 復位控制信號；AQW0輸出的模擬信號用于控制變頻器的輸出頻率。-7 -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計-9 -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計5 PLC程序設計-# -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計-# -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計裡序注裡網(wǎng)豬I洪水圧比給空值設舌IOO1 1MOV_Fr t-.i| MFb1 1.7-IM OUTrVD1O4冋苗2増京腮獨IMTON1 OO m s50-rjMO.1T3710.0VD25OII1 "卜VD2QO-# -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計-# -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計冋誥3T37特合增杲親件時 工除泉這行敲力”VO301I1 <-EM0.1< ?-# -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計r kjINC_BENOX/1B3O1 -IMout-X/B3O1冋緒4IIMTON1 Oij-PT1 00 fgMO.2T3BVEJZ5O1 gp&4UU冋紡 吞輅藝:威瓊親件旳，丄藪泵：仝葉埶:咸1T33VB3O1-# -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計-# -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計1%, /7EN匚匚DIE NO21VEJ3O1 INqjt-# -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計-# -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計冋略 t>佗I京曰寸評 SteMZ.DM0.1M2.0IIC S1T33M2.D-# -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計冋絡0T33產(chǎn)生關觀當箭變頻泵際沖信號M0.45INTONI1 -PT10 ms-# -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計-# -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計冋絡9吏頻泵號加1M0.4M2.11X s匚施iINC_.Bitm nGINe. n uAVB300-INOUT-VB300-# -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計-# -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計M0.51號泵工頻運行控制邏輯M0.50QO.Q=E3M2.1R >VB30QVB300B |i211INTDNZ-尸T1D msM2-1產(chǎn)生當前工頻JB動脈沖信號y1VB3O1I >eQO.O網(wǎng)緇1 3 塢泵工頻運行控制邏擅M05VB300=BQ0.2VB：300=B |1VE301Q0.3I : I11 / VB3011Q0.2< >冋紹1彳竭泵工頻運行塩制邏輯M05VB3001 I11 =；B IQ04VB300I I1 =-12VB301I汨0VB301|汨|1Q0.1Q0_4-11 -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計6總結(jié)接觸PLC已經(jīng)有一段時間了，可是用 PLC設計東西的機會很少，基本沒有經(jīng)驗。通過 老師的講解，慢慢融入課題，一步一步完成課程設計的要求。在這個過程中，每完成一步 就相當有成就感，感覺自己課堂所學的東西都沒白學，從選課題、查找資料、程序設計到 每一步的調(diào)試，我們課堂所學的東西都得到了進一步的升華。通過本次課程設計，不僅使我鞏固了對原有知識的掌握，還拓寬了我的知識面。在提 高自己的同時，我也更加清楚的認識到自己的一些不足之處。比如：在硬件設備之間的連 接，I/O端口的分配，地址的分配這幾方面自己起初不是很了解，但經(jīng)過這半年的自學， 以及向老師、同學們請教，我對這些知識有了更深入的理解。通過這半年的實踐和學習， 我學到了很多課本中無法涉及到的知識，體會到了工程設計的復雜與困難，也感受到了親 自做出成績的成功與喜悅，這些都為即將開始的大學生活打下了堅實的基礎。在以后的學 習和生活中，我會不斷的提高、充實自己，爭取獲得更大的成績。-# -基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計7參考文獻1 鐘文能基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設計分析J.建筑熱能通風空調(diào) 2006(03)2 李麗敏,葉洪海，張玲玉.PLC恒壓供水系統(tǒng)的設計J.自動化與儀器儀表.2008(01)3 李巧紅.基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)研究J.中國科技信息.2008(20)4 李貴生.基于PLC的恒壓供水自動控制系統(tǒng)的設計J.山西建筑.2008(26) 李燕.基于PLC控制的變頻器恒壓供水系統(tǒng)J.中國高新技術(shù)企業(yè).2010(04)-13 -