基于plc控制的恒压供水系统设计毕业设计(论文)(编辑修改稿)

基于plc控制的恒压供水系统设计毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

第 12 页 综合以上因素：本设计选择淄博丹佛斯公司生产的型号为 DS26 分体式液位变送器，其量程为： 0m~200m，适用于水池、深井以及其他各种液位的测量；零点和满量程外部可调；供电电源： 24VDC；输出信号：两线制 4~20mADC； 精度等级： 级。 系统主电路分析及其设计 基于 PLC 的变频恒压供水系统主电路图如图 所示：三台电机分别为 M MM3，它们分别带动水泵 3。 接触器 KM KM KM5 分别控制 水泵机组 MM M3 工频运行；接触器 KM KM KM6 分别控制 水泵机组 M M M3 变频运行； FR FR FR3 为 过载保护用的热继电器； QS QS QS QS4 为主电路的隔离开关； FU 为主电路的熔断器。 NL 1L 2L 3F U变 频 器Q S 1RSTU VWQ S 2K M 2F R 1K M 1M 13 ~K M 3M 23 ~K M 5M 33 ~K M 4F R 2Q S 3 Q S 4K M 6F R 3 图 32 变频恒压供水系统主电路图 本设计采用三泵循环变频运行方式，即 3 台水泵中只有 1 台水泵在变频器控制下作变速运行，其余水泵 在工频下 运行 ，在用水量小的情况下，如果变频泵连续运行时间超 北京航空航天大学毕业设计 (论文 ) 第 13 页 3h，则 要切换下一台水泵，即系统具有“倒泵功能”，避免某一台水泵工作时间过长。 因此在同一时间内只能有一台水泵工作在变频下，但不同时间段内三台水泵都可轮流做变频泵。 三相电源经低压熔断器、隔离开关接至变频器的 R、 S、 T 端，变频器的输出端 U、V、 W 通过接触器的触点接至电机。 当电机工频运行时，应先断开变频器的隔离开关和其输出端的接触器，再把工频回路的接触器和隔离开关接通。 主电路中的低压熔断器除接通电源外，还可实现短路保护，每台水泵的过载保护由相应的热继电器 FR 实现。 变频和工频两个回路决不能同时接通，而且变频器的输出端绝不 能直接接电源，必须经过接触器的触点。 当电动机接通工频回路时，应先断开变频回路接触器的触点。 相应地从工频转换为变频时，工频接触器也应先断开，才可接通变频器输出端接触器，因此 KM1和 KM2， KM3 和 KM4， KM5 和 KM6 不允许同时动作，相互之间必须有可靠的互锁。 为监视电机负载运行情况，主回路的电流大小可以通过电流互感器和变送器将 4~20mA电流信号送至上位机来显示。 系统启动、运行和停止的操作不能直接断开主电路，而需通过变频器实现软启动和软停。 手动控制系统时，必须采用降压启动或软启动的方式以降低启动电流，本设计采 用软启动器。 系统控制电路分析及其设计 系统实现恒压供水的主体控制设备是 PLC，采用西门子公司 S7200 系列 PLC，它体积小，执行速度快，抗干扰能力强，性能优越。 PLC 用于实现变频恒压供水系统的自动控制，要实现以下功能：自动控制三台水泵的投入运行；能在三台水泵之间实现变频泵的切换；三台水泵在启动时要有软启动功能；对水泵的操作要有手动 /自动控制功能。 如图 为电控系统控制电路图。 图中 SA 为手动 /自动转换开关， SA 打在 1 的位置为手动控制状态；打在 2 的状态为自动控制状态。 手动运行时，可用按钮 SB1~SB6 控制三台水泵的启 /停；自动运行时，系统在 PLC 程序控制下运行。 北京航空航天大学毕业设计 (论文 ) 第 14 页 S B 1K M 1S B 2Q 0 . 0Q 0 . 1K M 2K M 1K M 1K M 2H L 1H L 2F R 1S B 5K M 5S B 6Q 0 . 4Q 0 . 5K M 6K M 5K M 5K M 6H L 5H L 6F R 3S B 3K M 3S B 4Q 0 . 2Q 0 . 3K M 4K M 3K M 3K M 4H L 3H L 4F R 2P L CNL 1F U 2S A12Q 1 . 1H L 7Q 1 . 3H L 9Q 1 . 2H L 8H L 1 0Q 1 . 4Q 1 . 5K AH AN 14681 01 21 41 61 82 02 22 4 图 33 变频恒压供水系统控制电路图 注： PLC 各 I/O 端口、各指示灯所代表含义在下一节 I/O 端口分配中将详细介绍。 图中的 HL10 为自动运行状态电源指示灯。 对变频器频率进行复位是只提供一个干触发点信号，本系统通过一个中间继电器 KA 的触点对变频器进行复频控制。 图中的~ 及 ~ 为 PLC 的输出继电器触点，他们旁边的 8 等数字为接线编号，可结合下节中图 34 一起读图。 本系统在手动 /自动控制下的运行过程如下： (1) 手动控制：手动控制只在检查故障原因时才会用到，便于电机故障的检测与维 北京航空航天大学毕业设计 (论文 ) 第 15 页 修。 单刀双掷开关 SA 打至 1 端时开启手动控制模式，此时可以通过开关分别控制三台水泵电机在工频下的运行和停止。 SB1 按下时由于 KM2 常闭触点接通电路使得 KM1的线圈得电， KM1 的常开触点闭合从而实现自锁功能，电机 M1 可以稳定的运行在工频下。 只有当 SB2 按下时才会切断电路， KM1 线圈失电，电机 M1 停止运行。 同理，可以通过按下 SB SB5 启动电机 M M3，通过按下 SB SB6 来使电机 M M3停机。 (2)自动控制：在正常情况下变频恒压供水系统工作在自动状态下。 单刀双掷开关SA 打至 2 端时开启自动控制模式，自动控制的工作状况由 PLC 程序控制。 输出1水泵工频运行信号， 输出 1水泵变频运行信号，当 输出 1 时， KM1 线圈得电， 1水泵工频运行指示灯 HL1 点亮，同时 KM1 的常闭触点断开，实现 KM KM2的电气互锁。 当 输出 1 时， KM2 线圈得电， 1水泵变频运行指示灯 HL2 点亮，同时 KM2 的常闭触点断开，实现 KM KM1 的电气互锁。 同理， 3水泵的控制原理也是如此。 当 输出 1 时，水池水位上下限报警指示灯 HL7 点亮；当 输出 1 时，变频器故障报警指示灯 HL8 点亮；当 输出 1 时，白天供水模式指示灯HL9 点亮；当 输出 1 时，报警电铃 HA 响起；当 输出 1 时，中间继电器 KA的线圈得电，常开触点 KA 闭合使得变频器的频率复位；处于自动控制状态下，自动运行状态电源指示灯 HL10 一直点亮。 PLC 的 I/O 端口分配及外围接线图 基于 PLC 的变频恒压供水系统设计的基本要求如下： (1) 由于白天和夜间小区用水量明显不同，本设计采用 白天供水和夜间供水两种模式，两种模式下设定的给定水压值不同。 白天，小区的用水量大，系统高恒压值运行；夜间，小区用水量小，系统低恒压值运行。 (2) 在用水量小的情况下，如果一台水泵连续变频运行时间超过 3h，则要切换下一台水泵，即系统具有“倒泵”功能，以防止某一台水泵工作时间过长。 倒泵只用于系统只有一台变频泵长时间工作的情况下。 (3) 考虑节能和水泵寿命的因素，各水泵切换遵循先启先停、先停先启原则。 (4) 三台水泵在启动时要有软启动功能，对水泵的操作要有手动 /自动控制功能， 北京航空航天大学毕业设计 (论文 ) 第 16 页 手动只在应急或检修时临时使用。 (5) 系统要有完善的报警功能。 根据以上控制要求统计控制系统的输入输出信号的名称、代码及地址如表 32所示。 表 32 输入输出点代码及地址编号 名 称 代 码 地址编号 输入信号 供水模式信号 (1白天， 0夜间 ) SA1 水池水位上下限信号 SLHL 变频器报警信号 SU 试灯按钮 SB7 压力变送器输出模拟量电流值 Ip AIW0 输出信号 1泵工频运行接触器及指示灯 KM HL1 1泵 变频运行接触器及指示灯 KM HL2 2泵工频运行接触器及指示灯 KM HL3 2泵变频运行接触器及指示灯 KM HL4 3泵工频运行接触器及指示灯 KM HL5 3泵变频运行接触器及指示灯 KM HL6 输出信号 水池水位上下限报警指示灯 HL7 变频器故障报警指示灯 HL8 白天模式运行指示灯 HL9 报警电铃 HA 变频器频率复位控制 KA 变频 器输入电压信号 Uf AQW0 结合系统控制电路图 和 PLC 的 I/O 端口分配表 32，画出 PLC 扩展模块外围接线图，如图 34 所示： 北京航空航天大学毕业设计 (论文 ) 第 17 页 1M0.00.11.00.70.60.50.40.30.22.72.62.52.42.32.22.12.01.71.62M1.51.41.31.21.11L0.0L+M1.51.41.31.21.13L1.00.70.60.52L0.40.30.20.1地1.71.6L1N。 AC。 C P U 2 2 6 C N2RS485MV0M0地L+RAA+I0BB+RBADD+RDCC+RC偏移配置增益E M 2 3 5I 0 I 1 I 2Q 0 Q 1S A 1窗 口比 较 器液 位变 送 器水 位 上 下限 信 号S US L H LS B 74 6 8 1 0 1 2 1 4 2 42 22 01 81 6 2N 1＋ －压 力 变 送 器 输出 压 力 信 号输 入 变 频 器 图 34 PLC 及扩展模块外围接线图 本变频恒压供水系统有五个输入量，其中包括 4 个数字量和 1 个模拟量。 压力变送器将测得的管网压力输入 PLC 的扩展模块 EM235 的模拟量输入端口作为模拟量输入；开关 SA1 用来控制白天 /夜间两种模式之间的切换，它作为开关量输入 ；液位变送器把测得的水池水位转换成标准电信 号后送入窗口比较器，在窗口比较器中设定水池水位的上下限，当超出上下限时，窗口比较其输出高电平 1，送入 ；变频器的故障输出端与 PLC 的 相连，作为变频器故障报警信号；开关 SB7 与 相连作为试灯信号，用于手动检测各指示灯是否正常工作。 本变频恒压供水系统有 11 个数字量输出信号和 1 个模拟量输出信号。 ~分别输出三台水泵电机的工频 /变频运行信号； 输出水位超限报警信号； 输出变频器故障报警信号； 输出白天模式运行信号； 输出报警电铃信号； 输出变频器复位 控制信号； AQW0 输出的模拟信号用于控制变频器的输出频率。 图 只是简单的表明 PLC 及扩展模块的外围接线情况，并不是严格意义上的外围接线情况。 北京航空航天。