1、辽 宁 工 业 大 学课程设计（论文）题目： 院（系）： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： （签字）起止时间： 本科生课程设计（论文）I课程设计（论文）任务及评语院（系）： 教研室： 本科生课程设计（论文）II学 号 学生姓名 专业班级课程设计（论文）题目课程设计（论文）任务课题完成的功能：传统的几种供水系统,例如重力供水、气压供水等均不同程度的存上述缺点,严重影响了居民用水和工业用水。随着自动化技术的发展,采用 PLC 与交流变频调速技术相结合的变频调速恒压供水成为当前主流。本设计要求完成基于 S7-200 的小区恒压变频供水系统，并根据给定的参数合理的选取元器件。设计任务及要求
2、：1.按已知条件设计小区恒压变频供水系统，设计出调节器、变频器、水泵电机、水泵和供水管道的系统设计。2.画出频率闭环的异步电动机恒压变频调速系统方框图及各环节的电器线路图。技术参数：1、电机 Y200L1-2 型号，水泵型号 KQSN/J200-M9/196 型、40K、380V、9.8A、50HZ。2、管径在 DN250，所以进水管流速（m/s）1.01.2 m/s，出水管流速（m/s）1.52.0 m/s。进度计划1、熟悉课程设计题目，查找及收集相关书籍、资料。 （1 天） ；2、主电路设计。 （2 天） ；3、绘制基本结构图和自控制原理图。 （2 天） ；4、分析转矩调节和磁链调节原理，
3、选择电压状态。 （3 天） ；5、打印课程设计说明书。 （1 天） ；6、设计结果考核。 （1 天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日本科生课程设计（论文）III注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算本科生课程设计（论文）IV摘 要随着人民生活水平的日趋提高，新技术和先进设备的应用 ，使给供水设计得到了发展的机遇。于是选择一种符合各方面规范、卫生安全而又经济合理的供水方式，对我们给供水设计带来了新的挑战。本系统采用 PLC 进行逻辑控制，采用带 PID 功能的变频器进行压力调节，系统存在工作可靠，使用方便，压力稳定，无冲击
4、等优越性。本设计 基于 S7-200 的小区恒压变频供水系统，供水设备由 PLC、变频器、传感器、低压电气控制柜和水泵等组成。通过 PLC、变频器、继电器、接触器控制水泵机组运行状态，实现管网的恒压变流量供水要求。设备运行时，压力传感器不断将管网水压信号变换成电信号送入 PLC，经 PLC 运算处理后，获得最佳控制参数，通过变频器和继电器控制元件自动调整水泵机组高效率地运行。供水系统的监控主要包括水泵的自动启停控制、供水压力的测量与调节、系统主管道水压的；系统水处理设备运转的监视、控制；故障及异常状况的报警等。现场监控站内的控制器按预先编制的软件程序来满足自动控制的要求，即根据供水管的高/低水
5、压位信号来控制水泵的启/停及进水控制阀的开关，并且进行溢水和枯水的预警等。关键词：PLC ；变频调速；恒压供水；传感器本科生课程设计（论文）V目 录第 1 章 绪论 .1第 2 章 课程设计的方案 .32.1 概述 .32.2 系统组成总体结构 .3第 3 章 硬件设计 .63.1 PLC 的选择 .63.1.1 I/O 点数统计 .73.1.2 I/O 的分配 .83.2 变频器的选择 .83.2.1 MICROMASTER440 变频器外部接线端子 .93.2.2 MICROMASTER440 变频器操作面板 .93.3 压力传感器的选择 .113.4 液位传感器的选择 .123.5 电机
6、的选择 .133.6 低压电器的选择 .143.6.1 断路器的选择 .143.6.2 接触器的选择 .143.7 系统硬件连接 .143.7.1 主电路设计 .143.7.2 控制电路设计 .16第 4 章 软件设计 .174.1 程序流程图 .174.2 MICROMASTER440 变频器参数设置 .18第 5 章 系统测试与分析 .20第 6 章 课程设计总结 .22参考文献 .23附录 .24本科生课程设计（论文）1第 1 章 绪论水和电是人类生活、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源短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业
7、生产循环供水等方面技术一直比较落后，自动化程度较低，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。一、传统的小区供水方式传统的小区供水方式有：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) 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
8、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) 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。(3) 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
9、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。(4) 液力耦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。二、变频恒压供水系统的国内外研究与现状本科生课程设计（论文）2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
10、制、正反转控制、起动控制以及制动控制、压频比控制以及各种保护功能。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。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
11、 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、
12、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。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。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。本科生课程设计（论文）3第 2 章 课程设计的方案2.1 概述本次设计主要是综合应用所学知识，设计 基于 S7-200 的小区恒压变频供水系统。采用 PLC 和变频技术相结合技术，设计一套城市小区恒压供水系统，并引用计算机对供水系统进
13、行远程监控和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。PLC 控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器和现场的水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，本设计有 3 台水泵，1 号和 2号泵作为工作泵，3 号泵为备用泵。PLC 根据管网压力自动控制各个水泵之间切换，并根据压力检测值和给定值之间偏差进行 PID 运算，输出给变频器控制其输出频率，调节流量，使供水管网压力恒定。各水泵切换遵循先起先停、先停先起原则。根据以上控制要求，进行系统总体控制方案设计。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
14、图、I/O 连接图，分配 I/O 点数，列出 I/O 分配表，熟练使用相关软件，设计梯形图控制程序，对程序进行调试。2.2 系统组成总体结构变频恒压供水系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是一个常数，也可以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。所以，在某个特定时段内，恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上。供水示意图如图 2.1 所示。本科生课程设计（论文）4图 2.1 供水示意图恒压供水系统通过安装在用户供水管道上的压力变送器实时地测量参考点的水压，检测管网出水压力，并将其转换为 420mA 的电信号，此检测信号是实现恒压供水的关键参数。由于电信号为模拟量，故必须通过 PLC 的 A/D 转换模块才能读入并与设定值进行比较，将比较后的偏差值进行 PID 运算，再将运算后的数字信号通过 D/A 转换模块转换成模拟信号作为变频器的输入信号，控制变频器的输出频率，从而控制电动机的转速，进而控制水泵的供水流量，最终使用户供水管道上的压力恒定，实现变频恒压供水。变频恒压供水系统的结构框图如图2.2 所示。P I D D / A变频器接触器水泵机组管道压力变送器A / D给定管网压力P L C图 2.1 变频恒压供水系统的结构框图
