無塔供水設(shè)計(jì)說明書

1、天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)電氣控制與PLC應(yīng)用課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)題目： 無 塔 供 水指導(dǎo)老師： 劉 朝 華姓 名： 馬偉、盛若竹、李琳陳潔、謝恒曇班 級(jí)： 機(jī)電1314 機(jī)械工程學(xué)院2016 07 15目錄1課題設(shè)計(jì)任務(wù)及要求41.1設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及要求41.2設(shè)計(jì)的主要工作42 PLC控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)分析42.1 結(jié)構(gòu)框圖42.2 無塔供水控制系統(tǒng)的操作面板52.3 PLC控制系統(tǒng)的選擇53 無塔供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)63.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案63.2 系統(tǒng)的工作原理73.3無塔供水系統(tǒng)的I/O分配73.3.1系統(tǒng)I/0接線圖73.4 無塔供水系統(tǒng)的梯形圖83.5 梯形圖所對(duì)應(yīng)的語句

2、表114 系統(tǒng)調(diào)試134.1程序設(shè)計(jì)134.2接線并檢查電器線路144.3運(yùn)行調(diào)試145總結(jié)與收獲146參考資料15天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 機(jī)械工程 學(xué)院 機(jī)電1314 班 學(xué)生 馬偉 課程設(shè)計(jì)課題： 無塔供水系統(tǒng)一、課程設(shè)計(jì)工作日自 2016 年 7 月 4 日至 2016 年 7 月 15 日二、同組學(xué)生： 李琳、盛若竹、謝恒曇、陳潔 三、課程設(shè)計(jì)任務(wù)要求（包括課題來源、類型、目的和意義、基本要求、完成時(shí)間、主要參考資料等）： 1.控制要求 (1)初始狀態(tài)變頻器與變送器的數(shù)碼顯示為00，變頻器控制的主電機(jī)與輔助電機(jī)M1、M2均為OFF。 (2)啟動(dòng)操作按下啟動(dòng)按鈕，

3、系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，根據(jù)程序設(shè)定的PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。最終達(dá)到用戶供水壓力保持在17MPa。即變送器輸出顯示17 啟動(dòng)時(shí)小泵先啟動(dòng)，大泵后啟動(dòng)，停止時(shí)大泵先停止，小泵后停止。 2.設(shè)計(jì)完成要求 （1）完成I/O分配圖，及PLC外圍電路圖的設(shè)計(jì)及連接。 （2）完成設(shè)計(jì)說明書 （3）完成PLC程序，并調(diào)試通過。 3.參考資料： （1）黃永紅，電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2015年7月。 （2）TVT90HC機(jī)電一體化試驗(yàn)臺(tái)說明書，天津源峰科技有限公司。指導(dǎo)教師簽字： 教研室主任簽字： 1課題設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及要求某小區(qū)內(nèi)生活采用無塔供水系統(tǒng)，要求用變頻調(diào)速變頻器控制，主要設(shè)

4、備由一臺(tái)主電機(jī)與兩臺(tái)輔助電機(jī)，電氣控制部分用PLC作為主控制器。其中，初始時(shí)變頻器與變送器的數(shù)碼顯示為00，變頻器控制的主電機(jī)與輔助電機(jī)M1、M2均為OFF。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，根據(jù)程序設(shè)定的PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。最終達(dá)到用戶供水壓力保持在17MPa。即變送器輸出顯示17。啟動(dòng)時(shí)小泵先啟動(dòng)，大泵后啟動(dòng)，停止時(shí)大泵先停止，小泵后停止。1.2設(shè)計(jì)的主要工作主要介紹變頻器在無塔供水系統(tǒng)中的工作原理，以及PID參數(shù)的調(diào)節(jié)。詳細(xì)敘述無塔供水系統(tǒng)的組成以及各個(gè)器件的作用，仔細(xì)分析設(shè)計(jì)方案。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求以及控制方式完成外部接線以及I/O表及地址分配表、設(shè)計(jì)梯形圖并調(diào)試，最后完成設(shè)計(jì)說明書。2 PL

5、C控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)分析2.1 結(jié)構(gòu)框圖原理圖是用來表明設(shè)備電氣的工作原理及各電氣元件的作用，相互之間的關(guān)系的一種表示方式。運(yùn)用電氣原理圖的方法和技巧，對(duì)于分析電氣線路，排除機(jī)床電路故障是十分有益的。電氣原理圖一般由主電路、控制電路、保護(hù)、配電電路等幾部分組成。2.2 無塔供水控制系統(tǒng)的操作面板2.3 PLC控制系統(tǒng)的選擇選擇PLC的容量。首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)分析，把所有的I/O點(diǎn)找出來，包括開關(guān)量I/O和模擬量I/O以及這些I/O點(diǎn)性質(zhì)。I/O點(diǎn)的性質(zhì)主要指它們的信號(hào)類型，電壓，輸出的類型。確定控制系統(tǒng)輸出點(diǎn)的類型，交流220V的接觸器、電磁閥，指示燈只留24V，選用的PLC的輸出點(diǎn)數(shù)大于

6、實(shí)際點(diǎn)數(shù)。因?yàn)镻LC的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組公用一個(gè)公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級(jí)。所以一旦它們被交流220V點(diǎn)的負(fù)載使用，則直流24V的負(fù)載只能使用其他組的輸出端了。這樣有可能造成輸出點(diǎn)數(shù)的浪費(fèi)，增加成本。所以要選擇相同等級(jí)和種類的負(fù)載，比如使用交流220V的指示燈等。繼電器輸出的PLC使用最多，但對(duì)于要求高速輸出的情況，比如運(yùn)動(dòng)控制的高速脈沖輸出，就要使用五觸電的晶體管輸出的PLC了。在編程語言上，用梯形圖編程還是用語句表編程或使用功能圖編程，這主要取決于以下幾點(diǎn)：（1）PLC使用梯形圖編程不方便則可用語句表編程；單梯形圖總比語句表直觀。（2）經(jīng)驗(yàn)豐富的人員可用語句表直接編程，

7、就像使用匯編語言一樣。（3）如果是清晰的單順序、選擇順序或并發(fā)順序的控制任務(wù)，則最好是用功能圖來設(shè)計(jì)程序。3 無塔供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案我們采用高性能、模塊化結(jié)構(gòu)、帶模擬量通道功能的西門子S7-200可編程控制器，配合變頻器，完成無塔供水自動(dòng)控制。恒壓供水泵站一般需要設(shè)多臺(tái)水泵及電機(jī)，這比設(shè)單臺(tái)水泵電機(jī)節(jié)能而可靠。配單臺(tái)電機(jī)及水泵時(shí)，它們的功率必須足夠大，在用水量少時(shí)來開一臺(tái)大電機(jī)肯定是浪費(fèi)的，電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水量則相應(yīng)的會(huì)不足。而恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化的，那么這就是要用變頻器為水泵電機(jī)供電。在此這里有兩種配置方案，一種

8、是為每一臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)相應(yīng)的變頻器，從解決問題方案這個(gè)比較簡(jiǎn)單和方便，電機(jī)與變頻器間不須切換，但是從經(jīng)費(fèi)的角度來看的話這樣比較昂貴。另一種方案則是數(shù)臺(tái)電機(jī)配一臺(tái)變頻器，變頻器與電機(jī)間可以切換的，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，一臺(tái)水泵工頻運(yùn)行，以滿足不同的水量要求。壓力傳感器用于檢測(cè)管網(wǎng)中的水壓，常裝在泵站的出水口。當(dāng)用水量大時(shí)，水壓降低；當(dāng)用水量小時(shí)，水壓升高。壓力傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的變化傳送給調(diào)節(jié)器。壓力變送器的輸出信號(hào)一般是模擬量信號(hào)，4-20mA變化的電流信號(hào)或0-10V間變化的電壓信號(hào)。3.2 系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)中的壓力傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)通過電壓調(diào)節(jié)器送給變頻

9、器，變頻器則根據(jù)傳感器的采樣值與變頻器的設(shè)定值進(jìn)行比較，通過內(nèi)置的PID功能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以頻率的形式輸出（0-50HZ之間變化）。壓力傳感器常裝設(shè)在泵站的出口?，F(xiàn)代的變頻器一般都具有PID調(diào)節(jié)功能。3.3無塔供水系統(tǒng)的I/O分配輸入端口輸出端口變送器輸出電流（正極）AI0(藍(lán))大泵M1Q0.0變送器輸出電流（負(fù)極）AI0(黑)小泵M2Q0.1變頻器輸入電流（正極）AQ0(綠)變頻器輸入電流（負(fù)極） AQ0（黑）3.3.1系統(tǒng)I/0接線圖3.4 無塔供水系統(tǒng)的梯形圖3.5 梯形圖所對(duì)應(yīng)的語句表主程序網(wǎng)絡(luò)1LD I0.0 /當(dāng)I0.0置1時(shí)，調(diào)用子程序CALL SBR-0 /子程

10、序啟用，并初始化網(wǎng)絡(luò)2LD M0.1AW<= ALW16 , 21000S Q0.1 , 1 /Q0.1接通，小泵啟動(dòng)，同時(shí)啟動(dòng)T37定時(shí)器TON T37 , 30A T37S Q0.0 , 1 /3s后Q0.0接通，大泵啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)3LD SM0.0AW>= ALW16 ，23000R Q0.0 , 1 /Q0.0復(fù)位，大泵停止，同時(shí)啟動(dòng)T38定時(shí)器TON T38 , 30A T38R Q0.1 , 1 /3s后Q0.0復(fù)位，小泵啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)4LD I0.0O M1.0= M1.0子程序網(wǎng)絡(luò)1LD SM0.0 /SM0.0總是1MOVR 0.87 , VD104 /將設(shè)定值0.87載入V

11、D104MOVR 10.0 , VD112MOVR 0.1 , VD116 /VD116裝入采樣時(shí)間0.1sMOVR 3.0 , VD120 /VD120裝入積分時(shí)間3minMOVR 0.0 , VD124 /關(guān)閉微分作用MOVB 20 , SMB34 /設(shè)置定時(shí)中斷0的時(shí)間間隔為20msATCH INT-0 , 10 /設(shè)置定時(shí)中斷，以定時(shí)執(zhí)行PID指令ENI /允許中斷中斷程序網(wǎng)絡(luò)1LD SM0.0 /SM0.0總是1ITD ALW16 , AC0 /把模擬輸入寄存器的值（單極性）轉(zhuǎn)換成雙整數(shù)存入AC0DTR AC0 , AC0 /雙整數(shù)轉(zhuǎn)換成實(shí)數(shù)/R 27648.0 , AC0 /標(biāo)準(zhǔn)化

12、AC0中的值MOVR AC0 , VD100 /將AC0中的值存入回路表VD100網(wǎng)絡(luò)2LD SM0.0PID VB100 , 0 /執(zhí)行PID回路指令網(wǎng)絡(luò)3LD SM0.0MOVR VD108 , AC0 /將輸出值刻度化*R 27648.0 , AC0ROUND AC0 , AC0 /將實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換成雙整數(shù)DIT AC0 , AC0 /將雙整數(shù)轉(zhuǎn)換成整數(shù)MOVW AC0 , AQW16 /將整數(shù)值寫入到模擬量輸出寄存器4 系統(tǒng)調(diào)試變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等有點(diǎn)。采用PLC作為控制器，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無極調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參

13、數(shù)，在用數(shù)量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求。通過采用變頻調(diào)速恒壓控制，可在不同季節(jié)、全天不同時(shí)段內(nèi)有效及時(shí)的調(diào)控水量，減少電耗。在設(shè)定壓力內(nèi)跟隨用水量供水，避免了傳統(tǒng)供水方式的損耗，降低噸水消耗。由于變量泵工作在變頻工作狀態(tài)，在其運(yùn)行過程中其轉(zhuǎn)速是由外供水量決定的，故系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可節(jié)約可觀的電能，其經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。正因?yàn)榇?，其產(chǎn)生的社會(huì)效益也是非常巨大。在實(shí)際應(yīng)用中，采用PLC控制恒壓供水，還容易的隨時(shí)修改控制程序，以改變各元件的工作時(shí)間和工作狀況，滿足不同情況要求。與繼電器或硬件邏輯電路控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)具有更大的靈活性和通用性。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也有些許的不足之處，電機(jī)

14、在進(jìn)行工頻、變頻轉(zhuǎn)換運(yùn)行時(shí)會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成波動(dòng)，所以需根據(jù)具體設(shè)計(jì)的小區(qū)需水要求來選取合適的電機(jī)與水泵?？梢灶A(yù)期，在不久的將來，變頻調(diào)速技術(shù)將有一個(gè)廣闊的發(fā)展前景。4.1程序設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)主程序，實(shí)現(xiàn)順序開啟、停止M1、M2的功能2、PID設(shè)計(jì)調(diào)試，參考電器控制與PLC應(yīng)用技術(shù)P180的程序完成PID設(shè)計(jì)，參數(shù)：給定值A(chǔ)Pn=0.87，增益Kc=10，采樣時(shí)間Ts=0.1s，積分時(shí)間Ti=3min，中斷時(shí)間為20ms3、設(shè)計(jì)完成后將程序經(jīng)行編譯檢查是否有錯(cuò)4.2接線并檢查電器線路根據(jù)I/O分配表及接線圖接好硬件連線并檢查4.3運(yùn)行調(diào)試1、將程序下載到PLC中，并開始運(yùn)行程序2、系統(tǒng)啟動(dòng)，主電機(jī)與小泵

15、M2同時(shí)啟動(dòng)，3s后大泵M1啟動(dòng)，供水系統(tǒng)持續(xù)增壓，變送器數(shù)值顯示不斷增大。當(dāng)變送器顯示16時(shí)，大泵M1停止，3s后小泵M2停止，主電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行將系統(tǒng)壓力增至17MP并保持不變，即變送器數(shù)值顯示17不變。5總結(jié)與收獲整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過程，主要分為三個(gè)部分：程序設(shè)計(jì)；接線設(shè)計(jì)完成試運(yùn)行；參數(shù)調(diào)整完成所有要求。在過程中主要的難點(diǎn)在于PID的程序設(shè)計(jì)及最終的參數(shù)調(diào)整，主程序按照任務(wù)書的控制要求結(jié)合平時(shí)的PLC知識(shí)可直接設(shè)計(jì)完成，PID的程序由于第一次接觸，花費(fèi)了三天時(shí)間去搜集資料，熟悉程序編輯，了解程序的結(jié)構(gòu)及各部分意義，最終完成PID程序的設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)調(diào)試試運(yùn)行的過程中也碰到了許多的難題，例如大小泵

16、按照要求運(yùn)行但主電機(jī)不運(yùn)行，大小泵不能按照控制要求順序停止，變頻器不顯示數(shù)值等問題，在解決問題的過程中采用了排除法來進(jìn)行檢查，首先利用儀器檢查各個(gè)插口是否有輸入輸出，排除硬件問題，然后找軟件的問題，是否是程序有問題，利用軟件自帶的監(jiān)控功能查找出錯(cuò)地方，最終確定所有問題主要引起的原因是在編輯程序時(shí)沒有選對(duì)模擬量的轉(zhuǎn)換對(duì)象及未對(duì)PLC 的組態(tài)進(jìn)行正確的設(shè)置，在對(duì)錯(cuò)誤的地方經(jīng)行糾正后系統(tǒng)按照要求開始運(yùn)行，最后在調(diào)整好PID的參數(shù)后完成了整個(gè)課程設(shè)計(jì)，系統(tǒng)完全按照設(shè)計(jì)要求自動(dòng)運(yùn)行。通過本次的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了PLC的基本編程方法，對(duì)PLC的工作原理和使用方法有了更深刻的理解，也初步了解了PID的使用方法。在理論運(yùn)用中，提高了我們的工程素質(zhì)在沒做課程設(shè)計(jì)之前，對(duì)一些細(xì)節(jié)不太重視，當(dāng)我們把自己想出來的過程運(yùn)行到PLC上的時(shí)候，問題出現(xiàn)了，不是不能運(yùn)行，就是運(yùn)行的結(jié)果與課程設(shè)計(jì)的要求不相符合。通過解決一個(gè)個(gè)在調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，我們對(duì)PLC理解與認(rèn)識(shí)得到加強(qiáng)，看到理論與實(shí)踐的差距，意識(shí)到有理論的知