毕业设计论文-基于plc居民社区恒压供水变频控制系统设计

毕业设计论文-基于plc居民社区恒压供水变频控制系统设计内容摘要：

的熔断器，有短路及过电流保护作用。 四台水泵连接图如图31 所示。 图 31 四台水泵连接图 变频器电路设计 变频器选型及调速特点 变频调速技术依靠它自身的小型化、低成本和高可靠性等方面的优点，在现场工业中稳稳地占据了一片江山。 变频器是把工频电源变换成各种频率的交流电源，以实现电动机的变速运行的设备。 其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。 它改变了传统工业中电机启动后只能以额定功率、定转速的单一运行方式，依据负荷的不同改变功率和转速，达到节能的目的。 举个例子，现代变频调速技术常常会被应用在电力水泵供水系统中，颇为常见，与传统方式相比较，结果普遍会节约电能 40％～ 60％，节水 15％～ 30％。 变频调速器正如其名一样，调速特性好是它的显著特点，不同的变频器调速范围都不一样，但是普遍都具有调速范围广的优点，并且从调整曲线上来看，其调整特性曲线平滑，测试时无论是快调还是慢调曲线都非常平稳。 由于变频器是由整流、滤波等电子元件构成，因此体积小、维护简单。 尤其将它应用于大容量负载时，可以获 得极大的节能效果。 在供水行业应用变频调速设备是一次质的飞跃。 应用变频设备使恒压、恒水位供水调速系统实现水泵电机无级调速，不用分档位的任意调速。 依据现实生活用水系统中用水的变化来自动调节水位控制系统的运行参数，目的是在用水量随着不同时段发生变化时保持水压和水位恒定以满足客户用水要求。 相信随着科技的发展，变频器可以有更精彩的功能被挖掘出来。 变频器供水控制不仅设备投资少，运行成本低，并且系统稳定性能够保证，自动化水平也高，相继也会带来节能、环保等优点。 由于恒压供水调速系统的这些优越性，必然会引起国内各供水厂家的 高度重视，并不断地开发创新，努力使该产品向着高可靠性、全数字化控制、智能化方向发展。 变频调速特点简述如下表： 表 31 变频调速特点 1 采用多重化 PWM 方式控制 2 功率因数高，输入谐波小 3 模块化设计，结构紧凑，可更换能力强 4 直接高压输出，无需输出变压器 5 极低的 dv/dt 输出，杂波较低，不须过多滤波 6 采用光纤技术，提高了产品的抗干扰能力和可靠性 7 功率单元采用自动旁路，实现故障不停机待修理自保持功能 本文设计恒压供水调速系统可以实现水泵电机无级调速，跟据用水量的变化来调节系统的运行参数 ，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求。 变频器中常用的控制方式 1）非智能控制方式 在交流变频器中使用的非智能控制方式有 U/f 控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。 2）智能控制方式 主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统、学习控制等。 ABB 产品信息 ACS400 算得上是当今市场上体积最小的变频器之一。 其结构设计特别的有创意，充分地考虑到现场安装的便利以及有效的使用面积。 在材质上，它大量地使用铸铝件和塑料件，保证了足够的加工强度。 在 的功率范围内，节约 能源，控制准确 ,安全可靠 ,ACS400 预置了九种应用宏 .主电源： 230—500V， 50/60HZ；控制电源： 115—230V。 它采用全新的设计，随着时代电子的进步让这款变频器应用最新的半导体技术，较之前的一系列产品增加了更多的可靠性。 产品在软件结构设计上采用新颖的想法，站在使用者的角度让调试过程变得简单。 体积特别小巧，极大的为用户节省了空间。 其内部还包含磁场电抗器和熔断器。 这款产品由于使用了 IGBT技术应用在磁场单元中，所以没有必要再根据供电电压选用磁场变压器。 最后还要补充的是 ACS400 拥有多种调试工 具，使用时在调试向导下进行参数设定，加上全部的自优化调试过程， ACS400常常以 15分钟作为产品典型的调试时间。 ACS400 结构图如图32 所示。 图 32 ACS 结构图 PLC 电路设计 PLC 介绍及特点 可编程控制器是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。 PLC 自发明问世以来，随着技术的不断成熟，被越来越多的人所熟知，发展至今，已经成为各工业领域和实验室等各个场所必不可少的控制装置。 在 60 年代末美国最早出现了可编程逻辑控制器，其提出目的是为了代替继电器。 但是在 70年代以后随着 微处理器的问世，并被用于构建 PLC 领域作为其中央处理器， PLC的能力得到了极大的增强，并增加了运算、数据传输和处理等能力。 PLC 克服了继电接触控制系统中的接线复杂，可靠性不高，能耗严重，性差的缺点。 今日的工业控制领域许多都离不开PLC 的控制，因为其性能的优异性，已经发展为工业自动化的三大支柱之一。 PLC 作为工业专用控制计算机，有着许多优点： ① 可靠性强，运行稳定，有良好的抗干扰能力。 ② 编程简易直观。 ③ 适应性强，通用性强。 ④ 功能完善，接口功能强。 ⑤ 硬件配置方便，维修方便。 可编程控制器的控制策略 本系统的基本控制策略要求 :采用电动机变频调速装置与 PLC 构成控制系统。 PLC 内设数模、模数转换模块。 PLC 的 I/O 单元负责按扭、模拟信号和其它开关量信号的输入，以及发出信号去控制接触器、变频器等电气组件，进而控制水泵的运转及整个系统的正常运行。 其中 I/O 单元应具有以下功能： 1）获得信号具有可靠性，并对输入信号进行滤波、整形，转换成控制器可接受的电平信号 2）把控制器的输出信号转换成有较强驱动能力的信号，输出电路应与控制器隔离。 另外 PLC 还负责各种 异常情况的处理。 而变频器则控制当前电机转速，使转速的变化跟随用水量的变化，进行优化控制泵组的调速运行。 系统的控制目标是将泵站总管的压力稳定在设定的压力值上。 除此之外，要控制水管中水压力的大小，除了依靠 A/D 和 D/A两个模块之外，还需要用到内置的 PID 模块来切换水泵的电机，这三个模块是 PLC 的高级控制单元，是 PLC 控制的重要组成部分，也是恒压供水系统的核心。 此外还需要用到 PLC 的逻辑、定时、和计数等基本功能对系统进行控制。 对恒压供水系统需要加入特定并且适合的 A/D 和 D/A转换模块，可以在供水过程中得到模拟的电压量，利用 A/D 转换模块转换成数字量，然后 PLC 中的中央处理器即微处理器经过计算，再送到 D/A模块进行转换，最后变成模拟量去控制被控对象。 鉴于投资成本性价比和系统的安装难以程度问题，所以本系统所选择的 PLC 是日本欧姆龙公司的，机器型号为 CPM2A30CDRA和模拟量控制模块 CPM1AMAD01。 其性能特征如下： • 采用高速计数器快速的跟踪测量高速加工元件。 • 采用同步脉冲控制可避免异步脉冲带来的调整时间不利的缺点。 • 可直接地与 OMRON 的 PT相连接，为操作员机提供一个操作可视化界面。 • 通 过脉冲的输出特点可以进行多种位置控制。 • CPM2A的价值与性能几乎形成反比的趋势，性价比极高。 PLC 规格介绍如下： 表 32 PLC 规格 项目 40 点 CPU 单元 电源电压 交流电源 AC100~240V， 50/60Hz 直流电源 DC24V 允许电源电压 交流电源 AC85~264V 直流电源 ~ 消耗电力 交流电源 60VA以下 直流电源 20W以下 浪涌电流 交流电源 60A以下 直流电源 20A以下 外部供电源（仅交流型号） 供电电压 24VDC 供输出容量 300mA 绝缘阻抗 20MΩ以上（ DC500V）外部电源 AC 端子与所有端子之间 耐压 AC2300V， 50/60Hz， 1分钟 ,外部电源 AC 端子和所有端子之间， 漏电六： 10mA以下 抗干扰性 抗干扰性： 1500Vpp:脉冲宽度： ~1μs。 上升延 1ns(通过模拟干扰） 抗振 抗振： 10~57Hz。 振幅。 57~150Hz,加速度 ,在 X,Y,Z 方向各 80 分钟（每次振动 8分钟 实验次数 10 次 =合计 80 分钟） 耐冲击 147m/s2,在 X,Y,Z 方向各 3 次 环境温度 使用： 0℃ ~55℃ 保存： 20℃ ~75℃ 环境湿度 10%~90%（不结露） 气体环境 无腐蚀性气体 端子螺丝尺寸 M3 电源保持 交流电源： 最小 10ma直流电源： 最小 2ms CPU 单元重量 交流形式 800g以下 直流形式 700g以下 扩展 I/O 单元重量 20 点单元： 300g以下 8 点输入单元： 250g以下 8 点输出 单元： 200g以下 模拟量 I/O 单元： 200g以下 四台水泵自动控制系统 供水泵的自动控制采用的是日本欧姆龙公司的 PLC,机器型号为 CPM2A30CDRA和模拟量控制模块 CPM1AMAD02CH。 主要完成供水泵的工频、变频自动运行。 其控制包括 1—4号泵的工频、变频接触器、报警灯、报警器、变频器启停控制 图 33 PLC 的自动控制电路 在模拟量控制中 ,模拟量模块是由四路输入和一路输出组成 ,四路输入分别连接为 P1 小区供水管网压力（ 002CH 中的低八位）、 P2 市供水管网压力（ 002CH 中的高八位）、 F变频器的当前频率（ 003CH 中的低八位） ,一路输出为 P11（ 12CH 中的低八位 ,P11=P1）。 I/O 地址分配表如下 表 33 I/O 地址分配表如下 输入点： 序号 PLC 地址 电气符号 状态 原理说明 1 0 KA1 NO 1 号水泵手 /自转换 2 1 KA2 NO 2 号水泵手 /自转换 3 2 KA3 NO 3 号水泵手 /自转换 4 3 KA4 NO 4 号水泵手 /自转换 5 4 R02RF1 NO 1 号水泵过载 6 5 R02RF2 NO 2 号水泵过载 7 6 R02RF3 NO 3 号水泵过载 8 7 R02RF4 NO 4 号水泵过载 9 8 KM2 NO 1 号水泵工频运行 10 9 KM6 NO 2 号水泵工频运行 11 10 BJX NO 报警消除 12 11 KAP NO 低水压报警 13 100 KM4 NO 1 号水泵变频运行 14 101 KM8 NO 2 号水泵变频运行。