1、沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）I摘 要随着我国经济的发展，一幢幢高楼拔地而起，对供水系统要求也越来越高。为了满足人们日常生活的需要，本文设计了微机供水监控系统。该控制系统以西门子PLC 为控制中心，并在 PLC 的程序当中运用了 PID 指令。其原理主要是通过 PLC 模拟量模块对现场的水压信号进行采集，与水压的设定值进行比对，通过 PLC 的 PID调节，进而调整变频器的输出频率，调节水泵的转速，进而达到了恒压供水的目的。此外，该系统还设计了上位机监控部分，监控界面应用亚控组态王软件进行设计，通过该上位机软件可以有效的将供水现场的情况上传给控制中心或者某个值班室。使工作人员不必
2、深入供水现场就可以直观的了解到一个甚至多个供水现场的工作状况，工作人员的效率也就随之提高。通过多次深入供水设备现场实地考察。事实证明本次设计的微机供水监控系统可以达到恒压供水的目的，并将现实中的技术更提高了一步。关键词：恒压供水；PLC；组态；变频器 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）IIAbstractWith the development of our national economy, building, water supply for Mr Mootoo system requires more and more is also high. In order to mee
3、t the needs of Peoples Daily life, this paper designs a microcomputer monitoring system of water. This control system with Siemens PLC to control center, and in the process of PLC using PID instructions. Its principle is mainly through PLC analog module of the scene of hydraulic pressure signal, and
4、 the setting, through the PLC and inverter, adjust the PID frequency, adjust the output speed pump, and the constant pressure water supply to the purpose. In addition, this system is designed for PC monitor, monitor and control interface application software design kingview “, through the PC softwar
5、e can effectively will supply site on the condition to control center or a duty. Make work personnel are not deep water scene can intuitionistic knowledge to an even more water scene, the work efficiency of the working personnel will increase.Through many deep water equipment field investigation. Fa
6、cts prove the design of microcomputer monitoring system can achieve supply of constant pressure water supply, and the technology to improve the more realistic.Keywords: Constant pressure water supply, PLC, configuration , inverter沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）III目 录前 言 .11 绪 论 .21.1 课题背景 .21.2 课题研究意义 .31.3
7、课题分析与研究计划 .41.4 社会经济效益分析 .52 微机供水监控系统硬件设计 .62.1 硬件模型设计 .62.2 硬件清单 .92.3 硬件搭接 .102.4 变频器 .112.4.1 变频器硬件部分简介 .112.4.2 变频器参数设定部分 .133 程序设计 .163.1 PLC 的发展 .163.2 PLC 的特点及应用 .173.3 程序设计分析及流程图 .193.4 PID 指令 .203.4.1 PID 算法及 PLC 中的 PID 简介 .203.4.2 PID 指令 .203.4.3 PID 参数 .223.4.4 PLC 程序构造 .233.5 PLC 程序编辑 .2
8、43.5.1 I/O 分配表及地址说明 .243.5.2 PLC 程序分析 .254 上位机画面设计 .354.1 组态介绍 .354.2 监控画面设计 .365 通信 .415.1 PLC 与 PC 机通信 .415.2 PLC 与上位机界面的通信 .436 微机供水监控系统调试 .46沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）IV6.1 调试分析 .466.2 调试中的问题及解决方案 .466.3 调试结果 .47总 结 .48致 谢 .49参考文献 .50附 录 .51沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）1前 言水是人类生命的源泉。人们每天都需要大量的水来保证正常的生活。可想而
9、知，如果一天突然停水，将给人们的生活带来多大的不便。为了人们不会因为水的问题而烦恼，对供水系统的要求就显得尤为严格。而如今，在这个科技迅猛发展的时代，各个领域都要求自动化、智能化、信息化、网络化、标准化和社会化，那么供水系统又怎能没有时代性的变化呢！基于PLC 控制的恒压供水系统正是这个时代变化的一大标志，充分的体现了自动化和智能化；在此基础上衍生出来的上位机监控系统更会将供水控制系统提升到另一个高度，将信息化、网络化充分的体现出来。这必将是供水系统的一个阶段性的提升，更是将来发展的必然趋势。本文将对微机供水监控系统进行详尽的介绍，并配有个人设计的模型演示，形象生动。本文中对供水系统模型同样进
10、行了全面的介绍，完全实现了微机供水监控系统的大体构想，体现了新时代供水系统的信息化要求。随着国民经济的迅速发展，国家和地方政府更加关注民生问题。而在民生当中对于生命之源水的关注尤为突出。更是希望供水控制系统能够更加的稳定、实用。本文便提供了一个可行的控制办法，可供相关工作人员参考！由于时间仓促，水平有限，供水控制系统模型和本文中不妥之处在所难免，敬请各位老师批评指正。沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）21 绪 论1.1 课题背景水作为生命之源一直是人们关注的重要话题之一。水是人们生活、生产中不可或缺的物质，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
11、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。随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，以及住房制度的不断革新。大、中、小型城市建设的发展十分迅速，与此同时，人们对基础设施建设也提出了更高的要求。供水系统的建设就是其中的重要方面之一。供水系统的可靠性、稳定性、经济性直接影响到人们的正常工作和生活。传统的供水方式有：水塔高位水箱供水、恒速泵加压供水、气压罐供水、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式以及单片机变频调速供水系统等方式，这些控制方式都有其各自的优缺点，接下来进行一一说明：（1）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
12、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，起动电流大等缺点，频繁起动易损坏联轴器，目前主要应用于高层建筑。（2）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，电机硬起动易发生水锤效应，破坏性大，目前较少采用。（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，对电气设备要求较高、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
13、，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，从而限制其发展。沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）3（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可以做到变频调速，自动化程度优于上面 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利、电力资源，效率低，可靠性差，自动化程度不高等缺点。并且一旦发生故障，不能及时发现并采取有
14、力措施进行解决，严重影响居民和工业系统的用水。目前的供水方式正朝着高效节能、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、停机时能减少对电网的冲击以及供水水压对管网系统的冲击；三是能减少水泵、电机自身的机械冲击损耗。1.2 课题研究意义PLC 变频恒压供水系统集变频器技术、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
15、性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要。而微机供水监控系统能够更好的对被控对象进行实时监控，并将其记录下来，使工作人员可以更加精准的对每一个泵房现场进行远程监控。如不出现机械故障，工作人员不必再深入环境恶劣的泵房现场。更为重要的是一个微机监控系统可以同时监控多个现场，免去了工作人员对泵房进行一一巡查的麻烦，从而提高了工作人员的工作效率。沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）41.3 课题分析与研究计划关于微机供水监控系统设计重点和难点大体分以下三部分：（1）上位机控制关于组态王的程序设计。其中包括：上位机界面的设计，操作简单及可靠性的设计，以及历史记录与报警情况的设计。（2）PLC 程序的控
16、制设计主要是关于水泵的倒换问题的解决。为完成所期望的功能和效果，在 PLC 控制程序的设计方面就不得不运用多个逻辑关系来进行交替工作，此处较为复杂。（3）外部硬件的线路连接。为了能够更好的完成此次设计的模拟过程，外部硬件的搭接也是不可缺少的一部分。先是外部的电路设计，后是实际操作连接都必须做到胆大心细。微机供水监控系统是在以往供水系统的基础上建立起来的更加完善、更加人性化的新一代供水系统。它结合了以往供水控制系统的变频调速功能，又增加了上位机的监控功能。使得该供水系统的实用性又有了更高的提升。为了能够将该系统做到尽善尽美，我将以下四部分做到该系统设计当中：（1）针对供水系统的特殊性，我选择 P
17、LC 来作为控制系统的核心控制机构，其原因在于 PLC 工作的稳定性要比单片机好的多，并且可以在环境较恶劣的条件下进行工作。（2）为达到节能节水的最终目的，我选择变频器作为辅助控制手段，这样既对水泵电机起动和停止给予了更好的保护，又达到了节水节能的目的。（3）为使该系统方便检修，无需停止供水，我设计了外部硬件手动直起功能。（4）最重要的是为了使供水系统工作人员能够无需深入现场便可了解泵房现场的工作状态，我设计了基于组态王基础上的上位机监控画面，这样可以大大减轻工作人员的工作量，提高工作效率。通过以上的描述，可以用一幅简单的控制关系图来进行表达，如图 1.1 所示。沈阳航空航天大学北方科技学院毕
18、业设计（论文）5图 1.1 简易给水控制原理图1.4 社会经济效益分析在每一座城市中，供水系统都是至关重要的，所以对于控制系统的稳定性的要求也就极为严格。基于这一点，本次设计采用了 PLC 来进行控制，初看每一台控制柜的成本是有所增加，但是从长远的角度来看，却节省了很多资源。理由如下：（1）PLC 的稳定性很高，故障率很低，这就使供水控制系统的维修负担有所减轻；（2）供水系统采用了变频供水控制系统，使得水资源得以有效的利用，避免了水资源的浪费，与此同时对电能的消耗也大大的降低了；（3）在变频系统出现故障时，无需停止供水，维修方便。这就减少了由于供水系统某一小部分发生故障而导致停水情况的发生；（
19、4）本次设计当中使用上位机监控系统，减少了工作人员的投入，节省了人力，同时提高了效率。综上所述，本次设计的微机供水监控系统利处颇多。在很大程度上提高了供水系统的技术水准，增强了供水系统的可操作性，减少了水能电能的浪费。上位机监控系统PLC 控制部分自动控制回路变频器控制手动控制回路水泵水压信号沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）62 微机供水监控系统硬件设计2.1 硬件模型设计在该微机供水监控系统中，硬件部分设计是在实际现场中的微机给水控制柜基础上，进行设计开发的。硬件的搭接过程均本着安全、合理的原则来进行。本文所介绍的微机供水监控系统是以一拖二（即：有一台控制柜来带动两台水泵进行工作
20、）的工作方式为例进行设计的。在该控制系统中，共分为两大部分：一是手动部分；二是自动部分。其中由于手动部分是为了在变频器发生故障是仍可使控制柜正常工作，水泵正常运行而设计的。所以手动部分要与自动部分分开来进行控制。为了达到自动部分不能工作手动还可以工作的目的，硬件控制回路的设计就会相对比较繁琐。而相对于手动部分，自动部分的硬件配置就少了很多。因为自动部分的控制中心是 PLC，对泵的起、停都是由 PLC 来进行控制的。整体上来说自动控制部分主要分为三大块，即：PLC、变频器、上位机监控。对于该系统的手动、自动硬件部分设计，以下将进行详细的介绍。（1）主控制回路如下图 2.1 所示为电机主控制回路电
21、路图。图中共由四个交流接触器进行控制。其中 KM1、KM3 用于切换 1#水泵的变频控制与手动控制；KM2、KM4 用于切换 2#水泵的变频控制与手动控制。之所以运用如此多的交流接触器，就是为了可以自由的改变 1#、2#水泵的工作方式。在图中不难看出 KM1、KM2 的作用是用于 1#、2#水泵变频器切换，KM3、KM4 的作用是用于 1#、2#水泵的工频切换。为了水泵能够安全稳定的工作，所以必须注意的是在控制过程中一定要保证 KM1、KM3 两个交流接触器同一时间只能够有一个处于工作状态，KM2、KM4 也是如此。在该电路当中的保护装置是FR1 和 FR2，它们是两个热保护继电器，当电路中电流过大时可以及时切断电路，以保护设备。图中 PA1 和 PA2 只是两个电流表，用于测量 1#电机与 2#电机工作时的电流，以便直观的了解到整个系统的工作状态，及时发现问题。另外，在该图当中还有一个最为主要的部分便是变频器，本文在 2.4 节将做出详细的讲解。
