基于PLC的恒压供水系统课程设计

课程设计说明书

目录

1引言 (1)

1.2本文的设计思想 (1)

2系统方案的确定 (2)

2.1控制系统方案 (2)

2.2供水系统的控制流程 (4)

3变频恒压供水系统的硬件设计 (6)

3.1 PLC简介 (6)

3.2 PLC的工作原理 (7)

3.3 PLC及压力传感器的选择 (7)

3.4 PLC的I/O接线图 (7)

3.5系统主电路设计 (8)

4系统软件设计 (9)

4.1 PLC程序设计 (9)

4.1.1手动运行 (9)

4.1.2自动运行 (9)

4.2系统程序梯形图设计 (10)

5总结 (18)

参考文献 (19)

1引言

1.1研究背景

在经济迅速迅速发展的今天，各种企业如雨后春笋般涌现。企业的供水系统的建设尤为重要，而且随着企业用水量不断增加，对供水系统的建设提出了更高的要求。供水的经济性、可靠性、稳定性直接影响到企业的经济效益。本系统是针对某化工企业用水而设计的一套由变频器、PLC、水泵机组等设备组成的自动变频恒压供水控制系统。该系统将PLC、变频器、相应的传感器和执行机构有机地结合起来，并发挥各自优势，能够最大程度满足需要，具有运行稳定、操作简单和高效节能等特点。本文首先介绍了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原理；其次，对水泵机组的各种供水状态及转换的条件、水泵由变频转工频运行方式的切换过程进行分析，着重研究并提出了基于PLC和变频器的恒压供水系统的方案，并给出了硬件设计和PLC控制程序设计。

1.2本文的设计思想

本设计针对恒压供水控制系统包括软硬件方面在工业实际应用中具体作用进行详细的介绍。系统将PLC、变频器（含PID）、相应的传感器和执行机构有机地结合起来，并发挥各自优势，这个操作方便的自动控制系统，以变频调速为核心，以智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命；可以消除起动和停机时的水锤效应。使得系统调试和使用都十分方便，而且大大简化了水厂在管理、数据统计和分析等方面的工作量。变频器为主体构成的恒压供水系统不仅能够最大程度满足需要，其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能，将使供水实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率优质运行，降低自来水的生产成本和提高生产管理水平的目的。

2系统方案的确定

2.1控制系统方案

该系统主要有压力传感器、变频器、恒压控制单元、水泵机组以及低压电器组成。系统主要的设计任务是利用恒压控制单元使变频器控制一台水泵或循环控制多台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软启动以及变频水泵与工频水泵的切换，同时还要能对运行数据进行传输。由于PLC+变频器组成的恒压控制方式灵活方便，便于数据传输的优点，又能达到系统稳定性及控制精度的要求。同时由于PLC的抗干扰能力强、可靠性高，根据系统的设计任务要求，结合系统的使用场所，本文采用PLC与变频调速装置构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，即根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速，自动补偿用水量的变化，以保证供水管网的压力保持在设定值,既可以满足生产供水要求，还可节约电能，使系统处于可靠工作状态，实现恒压供水。

整个系统由一台PLC，一台变频器，水泵机组（本系统设计为3台），一个压力传感器，低压电器及一些辅助部件构成。各部分功能如下：

（1）水泵用来提高水压以实现向高处供水；

（2）安装于供水管道上的远传压力表将管网水压力转换成电信号；

（3）变频调速器用于调节水泵转速以调节管网中水流量；

（4）PLC用于水泵的逻辑切换、控制等；

（5）外围辅助电路可以当自动控制系统出现故障时可以通过人工调节方式维持系统运行，以保障连续供水。

系统主要的设计任务是利用PLC控制系统使变频器循环控制3（2用1备）台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软起动以及变频水泵与工频水泵的切换，同时对运行过程中的数据信号进行传输，处理。

通过压力传感器检测管道压力信号不断反馈给变频器，有变频器自动调节所控制水泵的电机转速，当变频器所控制的水泵达到工频时还不能满足要求时由PLC自动把那台水泵切换到工频运行，把变频器自动切换到下一台水泵使其软启动运行，当供水量减少时在自动进行切换，减少水泵运行台数，实现自动控制。系统设计时考虑到水泵切换时电机的自感电动势现象，各种连锁保护及报警、应急措施。

系统总体框图如下：

图1 系统总体框图

(1)控制系统

控制系统包括PLC 系统、变频器和电控设备三个部分。

①PLC 系统:它是整个变频恒压供水控制系统的核心。供水控制器直接对系统中的工况、压力、报警信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构(即水泵)进行控制。

②变频器:它是对水泵进行转速控制的单元。变频器跟踪供水控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。

③电控设备:它是由一组接触器、保护继电器、转换开关等电气元件组成。用于在供水控制器的控制下完成对水泵的切换、手/自动切换等。

（2）信号检测

在系统控制过程中，需要检测水压信号反馈信息和系统报警信号。水压信号:反映了用户管网的水压值，是恒压供水系统保持恒压的关键反馈信号。

（3）执行机构

变频器PLC

用户 水 源

压力传感器控制信号电源KM1KM3KM5KM0KM2KM41#2#3#M

3～

M

3～

M

3～