plc在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用畢業(yè)論文

1、1 江蘇省無(wú)錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校江蘇省無(wú)錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文PLCPLC 在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用 系系 部：機(jī)電工程系部：機(jī)電工程系 專專 業(yè)：機(jī)電一體化業(yè)：機(jī)電一體化 班班 級(jí)：級(jí)： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 姓姓 名：名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：20132013 年年 3 3 月月江蘇省無(wú)錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校畢業(yè)論文1PLCPLC 在恒壓供水系統(tǒng)中應(yīng)用在恒壓供水系統(tǒng)中應(yīng)用摘摘 要要用 PLC 控制恒壓供水的方法, 通過(guò)設(shè)計(jì) PID 控制程序, 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的PID 控制,從而提高供水質(zhì)量和供水的可靠性。這種方法在任何需要流量控制的系統(tǒng)中,具有推廣意義。關(guān)鍵

2、詞：關(guān)鍵詞：PLC，恒壓供水系統(tǒng)，PID，控制江蘇省無(wú)錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校畢業(yè)論文2目目 錄錄第一章第一章 可編程控制器可編程控制器 .1 11.1 PLC 可編程控制器簡(jiǎn)介 .11.2 PLC 的應(yīng)用特點(diǎn) .11.3 可編程控制器與繼電器控制邏輯的比較 .21.4 小結(jié).2第二章第二章 PLCPLC 恒壓供水系統(tǒng)介紹恒壓供水系統(tǒng)介紹.3 32.1 PLC 恒壓供水控制系統(tǒng) .32.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能 .32.2.1 閉環(huán)恒壓供水 PID 調(diào)節(jié).32.2.2 恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能.42.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及原理 .42.3.1 供水過(guò)程.42.3.2 加氯過(guò)程.42.3.3 變頻柜開關(guān)過(guò)程

3、.42.3.4 遠(yuǎn)程監(jiān)控.52.3.5 高速歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢功能.52.3.6 分布式多媒體報(bào)警.52.3.7 系統(tǒng)概貌.52.3.8 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及框圖.62.3.9 控制方式.62.4 恒壓供水 PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .72.4.1 PLC 及輸入，輸出模塊的選擇 .72.4.2 整體工藝流程.82.4.3 控制系統(tǒng).102.5 小結(jié).11第三章第三章 全文總結(jié)全文總結(jié) .1212參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn) .1313致致 謝謝 .1414江蘇省無(wú)錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校畢業(yè)論文1第第 1 1 章章 可編程控制器可編程控制器1.11.1 PLCPLC 可編程控制器簡(jiǎn)介可編程控制器簡(jiǎn)介自

4、 60 年代末第一臺(tái) PLC 問(wèn)世以來(lái),已很快被應(yīng)用到機(jī)械制造,冶金,礦業(yè),輕工等各個(gè)領(lǐng)域,大大推進(jìn)了機(jī)電一體化進(jìn)程,被人們稱為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一.可編程序控制器(Programmable Logic Controller),簡(jiǎn)稱 PLC,是采用微電腦技術(shù)制造的通用的自動(dòng)控制設(shè)備,它具有高可靠性,能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的高溫,沖擊震動(dòng)等惡劣環(huán)境,廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備,生產(chǎn)流水線和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展和完善,PLC 的編程概念和控制思想已為廣大的自動(dòng)化行業(yè)人員所熟悉,可以說(shuō)在目前它已成為任何其他工業(yè)控制器都無(wú)法與之相提并論的巨大知識(shí)資源。PLC 主要具有邏輯運(yùn)行的功能,可以代替繼電器

5、進(jìn)行開關(guān)控制,具有定時(shí)控制功能,計(jì)數(shù)控制功能,步進(jìn)控制功能,A/D,D/A 轉(zhuǎn)換功能(對(duì)模擬量控制),數(shù)據(jù)處理功能,通信,聯(lián)網(wǎng)功能,并配置了較強(qiáng)的監(jiān)控功能.這些功能造就了 PLC 的旺盛生命力。1.21.2 PLCPLC 的應(yīng)用特點(diǎn)的應(yīng)用特點(diǎn)1 1、 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。使用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 帶有硬件故障自我檢

6、測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)將極高的可靠性。2 2、 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、CNC 等各種工業(yè)控制中。加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。

7、3 3、 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC 是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人從事工業(yè)控制打開了方便之門。4 4、 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，工作量小，維護(hù)方便，容易改造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)江蘇省無(wú)錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校畢業(yè)論文2計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)日常維護(hù)也變得容易起來(lái)，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序而改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這特別適合多

8、品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。1.31.3 可編程控制器與繼電器控制邏輯的比較可編程控制器與繼電器控制邏輯的比較最初的工廠自動(dòng)化控制主要是以繼電器回路控制占據(jù)主導(dǎo)地位,電氣控制人員常常抱怨這種控制系統(tǒng)體積大,耗電多,壽命短,可靠性差以及運(yùn)行速度慢等缺點(diǎn).而采用微電腦技術(shù)的可編程序控制器的出現(xiàn),使得繼電器控制邏輯更加遜色,它的出現(xiàn),在技術(shù)角度大大方便了電控設(shè)計(jì)人員,軟硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便,維護(hù)方便,在體積,可靠性,耗電量有很大程度的提高,從而帶動(dòng)成本的節(jié)約,而且可以通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和監(jiān)控,一系列的優(yōu)點(diǎn)使PLC 很快被接受并代替繼電器控制回路廣泛應(yīng)用于工廠自動(dòng)控制中.試比較如下:1 1、 控制邏輯控制邏

9、輯繼電器控制系統(tǒng)采用硬接線邏輯,連線復(fù)雜,體積大,功耗大,修改困難,靈活性和擴(kuò)展性較差;PLC 采用存儲(chǔ)邏輯,連線少,體積小,功耗小,修改簡(jiǎn)單,靈活性和擴(kuò)展性強(qiáng)。2 2、 控制速度控制速度繼電器控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作(閉合或斷開)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,工作頻率低,反應(yīng)速度慢,容易出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)問(wèn)題;PLC 是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的,速度相當(dāng)快,不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問(wèn)題。3 3、 限時(shí)控制限時(shí)控制繼電器控制邏輯利用時(shí)間繼電器的滯后動(dòng)作進(jìn)行限時(shí)控制,定時(shí)時(shí)間易受環(huán)境的濕度和溫度變化的影響,維護(hù)不便。PLC 使用半導(dǎo)體集成電路作為定時(shí)器,精度相當(dāng)高,定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境影響,一旦調(diào)好不會(huì)改變。PLC 還能完成

10、計(jì)數(shù)功能,而繼電器控制邏輯一般沒(méi)有計(jì)數(shù)功能。4 4、 設(shè)計(jì)與施工設(shè)計(jì)與施工繼電器控制邏輯完成一項(xiàng)控制工作,設(shè)計(jì)施工,調(diào)試必須順序進(jìn)行,周期長(zhǎng),而且修改困難;PLC 完成一項(xiàng)控制工程,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后,現(xiàn)場(chǎng)施工和控制邏輯的設(shè)計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行,周期短,調(diào)試,維修也很方便。5 5、 可靠性和可維護(hù)性可靠性和可維護(hù)性繼電器控制邏輯使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn),連線也多,觸點(diǎn)在開閉時(shí)會(huì)受到電弧的損壞,壽命短,因此可靠性和可維護(hù)性差;PLC 采用微電子技術(shù),體積小,功耗小,壽命長(zhǎng),可靠性高,還配備了自檢和監(jiān)控功能,能檢查出自身的故障,并隨時(shí)顯示給操作人員,還能動(dòng)態(tài)監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況,為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)提供了方便。

11、1.41.4 小結(jié)小結(jié) 本章主要介紹了可編程控制器的發(fā)展前景，它在現(xiàn)代的電氣控制系統(tǒng)中已經(jīng)變成一種主流的趨勢(shì)，它具有控制穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。還將可編程控制器與繼電器控制進(jìn)行了比較。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)復(fù)雜模型進(jìn)行控制時(shí)，可以借助上位機(jī) PC 來(lái)建立生產(chǎn)模型，通過(guò)構(gòu)建 SCC 監(jiān)督式控制系統(tǒng)，讓下位機(jī) PC 為一 DCC 直接數(shù)字控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的控制?？傊?，可編程控制器具有較好的前景與發(fā)展勢(shì)態(tài)。江蘇省無(wú)錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校畢業(yè)論文3第二章第二章 PLCPLC 恒壓供水系統(tǒng)介紹恒壓供水系統(tǒng)介紹2.12.1 PLCPLC 恒壓供水控制系統(tǒng)恒壓供水控制系統(tǒng) 該控制系統(tǒng)主要裝置包括：可編程控制器

12、（PLC） 、變頻器、壓力傳感器、PID 控制器、動(dòng)力控制線路以及相關(guān)軟件控制單元。用戶通過(guò)控制柜面板上的只是燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來(lái)了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。通過(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號(hào)變成 4-20mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入 PID 調(diào)節(jié)器，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出一調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上；當(dāng)用水量超過(guò)一臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過(guò) PLC 控制器加泵。根據(jù)用水量的大小由PLC 控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對(duì)水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力

13、為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。同時(shí)系統(tǒng)配備的時(shí)間控制器和 PID 控制器，使其具有定時(shí)換泵運(yùn)行功能（即鐘控功能，由時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)）和雙工作壓力設(shè)定功能（PID 控制器和時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)） 。此外，系統(tǒng)還設(shè)有多種保護(hù)功能，尤其是硬件/軟件備用水泵功能，充分保證了水泵的及時(shí)維修和系統(tǒng)的正常供水。2.22.2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能2.2.12.2.1 閉環(huán)恒壓供水閉環(huán)恒壓供水 PIDPID 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)在供水過(guò)程中，水泵轉(zhuǎn)速的變化可以調(diào)節(jié)水量,但是轉(zhuǎn)速降低,流量減小，為了保證流量并維持一定的供水壓力，最大限度地節(jié)約電能,我們必須建立閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在水泵的出口側(cè)，一旦偏離設(shè)定壓力，系統(tǒng)就自動(dòng)響應(yīng)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)

14、速，維持相應(yīng)壓力下的供水量。該閉環(huán)恒壓供水系統(tǒng),主要由變頻器、可編程序控制器及傳感器組成。設(shè)定值 E變頻器電機(jī)水泵水壓壓力傳感器圖2-1 PID調(diào)節(jié)原理圖江蘇省無(wú)錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校畢業(yè)論文4在供水系統(tǒng)中使用水泵的目的,是向各末端水龍頭連續(xù)穩(wěn)定地供給適當(dāng)水壓的水。因此,不論供水量多少,必須控制水泵的壓力恒定。使用變頻調(diào)速的水泵,其壓力控制常采用出口水壓一定控制。壓力傳感器裝在水泵附近的主出水管內(nèi),將感受到的壓力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)作為反饋信號(hào)。變頻器內(nèi)置PID 調(diào)節(jié)器作為壓力調(diào)節(jié)器。PID 調(diào)節(jié)器將來(lái)自壓力傳感器的壓力反饋信號(hào)與出口壓力給定值比較運(yùn)算,其結(jié)果作為頻率指令輸送給變頻器,調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速使

15、出口壓力保持一定。根據(jù)供水管網(wǎng)壓力的變化,通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤來(lái)控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速,使供水管網(wǎng)中保持恒定的壓力,以達(dá)到高效供水及高效節(jié)能目的。2.2.22.2.2 恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能本系統(tǒng)采用兩套電機(jī)水泵對(duì)水網(wǎng)進(jìn)行恒壓供水,每臺(tái)電機(jī)均可工作在變頻方式或工頻方式,但變頻調(diào)速器每次僅驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)。變頻調(diào)速器根據(jù)實(shí)際水壓的變化,不斷地調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速,通過(guò)調(diào)節(jié)流量達(dá)到恒定水壓的目的。另外,可編程序控制器根據(jù)當(dāng)前水泵的供水情況對(duì)其進(jìn)行合理切換,實(shí)現(xiàn)最佳匹配。本PLC變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)主要可以完成的功能有:手動(dòng)和自動(dòng)切換功能,水泵投入運(yùn)行方式任選功能,對(duì)電機(jī)水泵實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng),

16、定時(shí)倒泵功能。圖2-2 恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.32.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及原理2.3.12.3.1 供水過(guò)程供水過(guò)程a開機(jī)檢測(cè)水的壓力（入水） 。b當(dāng)入水壓力低于設(shè)定壓力時(shí)開啟電動(dòng)蝶閥1，關(guān)閉電動(dòng)蝶閥2。c當(dāng)入水壓力高于設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉電動(dòng)蝶閥1，開啟電動(dòng)蝶閥2，啟用超越管。d根據(jù)液位計(jì)測(cè)量的水位，控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開啟大小，使水池水位保持一定。2.3.22.3.2 加氯過(guò)程加氯過(guò)程a入水Clo2每10分鐘顯示。江蘇省無(wú)錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校畢業(yè)論文5b出水設(shè)置加氯值，如果余氯檢測(cè)計(jì)設(shè)計(jì)測(cè)得的值大于出水設(shè)置加氯值，則減少加氯量，否則增加投加量。2.3.32.3.3 變頻柜開關(guān)過(guò)程變頻柜

17、開關(guān)過(guò)程a當(dāng)1號(hào)變頻柜達(dá)到50Hz，等待5分鐘（可調(diào)）后兩個(gè)泵同時(shí)工作，并且變頻泵工作在50Hz，啟動(dòng)2號(hào)變頻柜。b當(dāng)2號(hào)變頻柜的第二臺(tái)泵不工作，第一臺(tái)泵頻率為0Hz，延時(shí)15分鐘（可調(diào)）關(guān)閉2號(hào)控制柜。c當(dāng)1號(hào)變頻柜工作72小時(shí)（可調(diào)）關(guān)閉1號(hào)變頻柜后，啟動(dòng)2號(hào)變頻柜，循環(huán)。d只要1號(hào)變頻柜有一臺(tái)負(fù)載有問(wèn)題，自動(dòng)轉(zhuǎn)換到2號(hào)變頻柜，循環(huán)。2.3.42.3.4 遠(yuǎn)程監(jiān)控遠(yuǎn)程監(jiān)控 本系統(tǒng)監(jiān)控站設(shè)操作員站和工程師站。工程師工作站、進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)軟件開發(fā)和警報(bào)順序事件記錄；工程師站將能夠作為操作員站完成相關(guān)控制監(jiān)測(cè)功能。工程師站。操作員站及PLC之間可以進(jìn)行互連通訊，操作員可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控機(jī)，通過(guò)選擇手動(dòng)

18、方式來(lái)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作。本系統(tǒng)要求在上位監(jiān)控工控機(jī)實(shí)時(shí)顯示各各變頻柜及水泵的開啟或關(guān)閉狀態(tài)，及各水泵是否出現(xiàn)故障；同時(shí)顯示水流量、官網(wǎng)壓力、水位、出水余氯值等參數(shù)。同時(shí)，本系統(tǒng)要求在上位監(jiān)控工控機(jī)通過(guò)點(diǎn)動(dòng)火手動(dòng)方式用鼠標(biāo)單擊界面圖標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制各變頻柜及水泵的開啟或關(guān)閉，以及兩個(gè)電動(dòng)蝶閥的開啟或關(guān)閉。2.3.52.3.5 高速歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢功能高速歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢功能本系統(tǒng)要求在上位監(jiān)控工控機(jī)對(duì)各變頻柜及各水泵的開啟或關(guān)閉，及各水泵是否出現(xiàn)故障等實(shí)時(shí)狀態(tài)，和水流量、官網(wǎng)壓力、水位、出水余氯量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的進(jìn)行存儲(chǔ)，并可進(jìn)行快速報(bào)表查詢，報(bào)表包括年報(bào)表、月報(bào)表、填報(bào)表，同時(shí)實(shí)現(xiàn)報(bào)表打印。2.3.

19、62.3.6 分布式多媒體報(bào)警分布式多媒體報(bào)警本系統(tǒng)要求對(duì)關(guān)鍵參數(shù)（各變頻柜及各水泵的開啟或關(guān)閉，及各水泵是否出現(xiàn)故障等實(shí)時(shí)狀態(tài)，和水流量、管網(wǎng)壓力、水位、出水余氯值等）進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，當(dāng)系統(tǒng)中某些量的值超過(guò)了所規(guī)定的界限時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生相應(yīng)警告信息，表明改量的值已經(jīng)超限，提醒操作人員。本系統(tǒng)采用視頻：即記錄現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程畫面，支持本地或遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)播放、保存、多畫面、回放、同時(shí)可以對(duì)云臺(tái)和攝像頭進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。2.3.72.3.7 系統(tǒng)概貌系統(tǒng)概貌恒壓供水是指用戶段不管用水量大小，總保持管網(wǎng)水壓基本恒定，這樣，既可滿足各部位的用戶對(duì)水的需求，又不使電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，造成電能的浪費(fèi)。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本系統(tǒng)

20、利用PLC和數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)給定壓力信號(hào)和反饋壓力信號(hào)，通過(guò)模糊PID控制算法控制變頻器調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制管網(wǎng)水壓的目的。同時(shí)，本文也討論了自整定模糊PID控制算法對(duì)PID參數(shù)的控制。本系統(tǒng)采用總線分布式控制模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)2臺(tái)變頻柜，4個(gè)水泵，Clo2投放器，絮凝劑投放器等的遠(yuǎn)程集中控制。江蘇省無(wú)錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校畢業(yè)論文6本系統(tǒng)最高層為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，它包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)，管理計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，集線器，通過(guò)英特網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)各計(jì)算機(jī)之間的通訊?？刂茖觾?nèi)的功能由一臺(tái)PLC來(lái)完成，PLC與EM235（模擬量采集模塊）負(fù)責(zé)水池水位，流量，用戶量和余氯等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，通過(guò)RS-485轉(zhuǎn)RS-232方

21、式，將采集數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控計(jì)算機(jī)，輸出模塊調(diào)解電動(dòng)蝶閥的開啟或關(guān)閉動(dòng)作和各變頻柜及水泵的開啟或關(guān)閉。2.3.82.3.8 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及框圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及框圖計(jì)采用UFLO2000超聲波流量計(jì)，它可以把正累計(jì)流量以O(shè)TC脈沖信號(hào)的形式輸出，此脈沖信號(hào)輸入到CPU224的I口后由CPU224中的程序進(jìn)行累加處理，處理后送上位機(jī)顯示，存儲(chǔ)幷形成報(bào)表。各泵的開關(guān)狀態(tài)由繼電器把高低電平送入CPU224的I口，同時(shí)CPU224再把各泵的開關(guān)狀態(tài)發(fā)送給上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)，操作者就可以獲知各泵的工作狀態(tài)。各泵的工作電流可以通過(guò)套裝在各泵電流輸入線路上的電流互感器和變送器把工作電流轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的4-20mA的信號(hào)送入

22、EM235的輸入接口，EM235內(nèi)部的DAC把輸入的4-20mA的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，幷通過(guò)I/O拓展線把數(shù)據(jù)送到CPU224中，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)CPU224中的程序處理發(fā)送給上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)，操作者就可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌握各泵的工作電流。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸出隔離的4-20mA閥位反饋信號(hào)給EM235模塊，EM235內(nèi)部的DAC把輸入的4-20mA的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，幷通過(guò)I/O拓展線把數(shù)據(jù)送到CPU224中。變頻恒壓供水就是采用PID控制原理，所謂的恒壓就是設(shè)定壓力為用戶所需要的壓力，反饋壓力為供水管網(wǎng)上實(shí)際測(cè)到的壓力，通過(guò)變頻器來(lái)調(diào)節(jié)水泵出口的管網(wǎng)壓力，圖2-3 設(shè)計(jì)總體原理框圖江蘇省無(wú)錫交通高等職業(yè)

23、技術(shù)學(xué)校畢業(yè)論文7通過(guò)變頻器來(lái)調(diào)節(jié)水泵出口的管網(wǎng)壓力，使管網(wǎng)壓力維持在設(shè)定壓力左右。本系統(tǒng)可在上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)輸入壓力設(shè)定值，利用上位機(jī)編程軟件建立模糊PID控制器，幷與變頻器進(jìn)行通信來(lái)控制水泵，實(shí)現(xiàn)全方位的自動(dòng)，節(jié)能運(yùn)行。2.3.92.3.9 控制方式控制方式1、 場(chǎng)手動(dòng)方式現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)方式為控制模式的最高級(jí)，任何情況下，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)控制箱上選擇現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作時(shí)，遠(yuǎn)程對(duì)此泵站的操作無(wú)效，此泵站只相應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)控制箱上操作按鈕的動(dòng)作，通過(guò)按下啟動(dòng)或停止按鈕來(lái)控制兩個(gè)電動(dòng)蝶閥的開啟或關(guān)閉和各變頻柜及各水泵的開啟或關(guān)閉。2、遠(yuǎn)程點(diǎn)方式現(xiàn)場(chǎng)控制模式選擇遠(yuǎn)程控制方式，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)選擇點(diǎn)動(dòng)操作，用鼠標(biāo)單擊界面圖標(biāo)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)調(diào)

24、節(jié)閥開度增大或減小。3、遠(yuǎn)程手動(dòng)方式 現(xiàn)場(chǎng)控制模式選擇遠(yuǎn)程控制方式，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)選擇手動(dòng)操作，用鼠標(biāo)單擊界面圖標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電功蝶閥的開啟或關(guān)閉和各變頻柜及各水泵的開啟或關(guān)閉，通過(guò)鍵盤輸入各項(xiàng)設(shè)置參數(shù)（管網(wǎng)壓力，報(bào)警水位，含氯設(shè)定值等）。4、泵站全自動(dòng)方式現(xiàn)場(chǎng)控制模式選擇遠(yuǎn)程控制方式，早監(jiān)控計(jì)算機(jī)上選擇自動(dòng)方式，通過(guò)鍵盤輸入各項(xiàng)設(shè)置參數(shù)（管網(wǎng)壓力，報(bào)警水位，含氯設(shè)定值等），鼠標(biāo)單擊自動(dòng)運(yùn)行后，泵站進(jìn)入由PLC控制的全自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。2.42.4 恒壓供水恒壓供水PLCPLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.4.12.4.1 PLCPLC 及輸入，輸出模塊的選擇及輸入，輸出模塊的選擇根據(jù)第2章

25、所述系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，確定本系統(tǒng)所需采集和控制的參數(shù)的I/O分配表如下表1-1、表1-2所示。 表 1-1離散量I/O分配表一泵工作I0.0一泵故障I0.1二泵工作I0.2二泵故障I0.3三泵工作I0.4三泵故障I0.5四泵工作I0.6四泵故障I0.7入水流量I1.0出水流量I1.1輸入信號(hào)變頻柜1開I1.2江蘇省無(wú)錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校畢業(yè)論文8變頻柜2開I1.3污水泵開I1.4污水泵關(guān)I1.5電動(dòng)蝶閥1的開啟Q0.0電動(dòng)蝶閥2的開啟Q0.1變頻柜1啟動(dòng)/停止Q0.3輸出信號(hào)變頻柜2啟動(dòng)/停止Q0.4在最大限度地地滿足本系統(tǒng)自動(dòng)控制要求的前提下，為了使系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、安全可靠;并考慮到今后工藝的

26、改進(jìn)，本系統(tǒng)選擇了西門子S7-224CPU以及HM235模塊(4模擬輸入1模擬輸出組合模塊)，其中S7-224CPU一塊，EM235四塊。表4-1中列有離散輸入量14個(gè)，分別接在S7-224CPU的10.0-11.5口上;離散輸出量4個(gè)，分別接在S7-224CPU的Q0.0- Q0.3上。表1-2 模擬量I/O分配表一泵電流A+（1#）二泵電流B+（1#）三泵電流C+（1#）四泵電流D+（1#）總電壓A+（2#）變頻柜1頻率輸入B+（2#）變頻柜2頻率輸入C+（2#）Clo2投加D+（2#）進(jìn)水濁度1A+（3#）出水濁度2B+（3#）進(jìn)水余氯分析C+（3#）出水余氯分析D+（3#）電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開

27、度A+（4#）液位B+（4#）入水壓力C+（4#）輸入模擬量出水壓力D+（4#）變頻柜1頻率輸出IO（1#）Clo2投加量VO（2#）變頻柜2頻率輸出IO（3#）輸出模擬量電動(dòng)閥門調(diào)節(jié)輸出VO（4#）2.4.22.4.2 整體工藝流程整體工藝流程整個(gè)泵站供水控制系統(tǒng)類似于自來(lái)水廠的供水系統(tǒng)，如圖4-1所示，上級(jí)水廠供水由入水江蘇省無(wú)錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校畢業(yè)論文9口進(jìn)入泵站，入水口處有壓力計(jì)檢測(cè)入水壓力，當(dāng)入水壓力低于設(shè)定壓力時(shí)開啟電動(dòng)蝶閥1，關(guān)閉電動(dòng)蝶閥2根據(jù)液位計(jì)測(cè)量，控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度，是水池水位保持一定。出水口處每10分鐘進(jìn)行余氛檢測(cè)，如果檢測(cè)值大于設(shè)定值，則減少0.10.2投加量，否

28、則增加CL02投加量。圖2-4 泵站工作工藝流程圖 流量計(jì)用來(lái)檢測(cè)用水量，如變頻拒1控制下的兩個(gè)泵都已工作，且頻率達(dá)到50Hz，等待5分鐘(可調(diào))后如兩個(gè)泵同時(shí)工作，啟動(dòng)變頻拒。當(dāng)變頻柜2第二臺(tái)泵不工作。第一臺(tái)泵頻率為0時(shí)，延時(shí)幾分鐘(可調(diào))關(guān)閉二號(hào)控制柜。濁度計(jì)檢測(cè)出水濁度，當(dāng)濁度達(dá)到一定值時(shí)，可通過(guò)精確計(jì)量泵將絮凝劑加投到循環(huán)泵前，絮凝劑可將水中的懸浮物凝結(jié)成塊，實(shí)現(xiàn)凈化水的目的。江蘇省無(wú)錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校畢業(yè)論文10供水循環(huán)主程序開始啟動(dòng)準(zhǔn)備自動(dòng)？手動(dòng)？子程序1子程序N圖2-5 PLC控制系統(tǒng)主程序框圖2.4.32.4.3 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)因?yàn)楸竟こ躺婕暗降牟杉亢涂刂屏枯^多，為了調(diào)

29、試方使，故PLC編程采用多子程序順序掃描方式.整個(gè)泵站供水系統(tǒng)按控制對(duì)象的功能來(lái)分，可分為下兒個(gè)部分:調(diào)節(jié)變頻器控制出水壓力部分、調(diào)節(jié)電動(dòng)蝶閥控制出水壓力部分、調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制液位部分、檢測(cè)出水余氛控制CL02投加部分、檢測(cè)濁度控制絮凝劑投加部分、兩臺(tái)變頻柜交替工作部分、檢測(cè)用水量部分等等。下面簡(jiǎn)述各部分的設(shè)計(jì)。1.變頻器控制出水壓力部分本 系統(tǒng) 壓 力拉制采用的是模妝PID控制，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為變頻器和水泵電機(jī)，這樣就可以把給定值預(yù)先設(shè)定后直接輸入到回路表中，過(guò)程變量值是來(lái)自壓力計(jì)的單極性模擬量(4- 20MA) ，回路輸出值也是一個(gè)單極性模擬量4-20MA) ，用來(lái)控制變頻器，并通過(guò)變頻器來(lái)控

30、制電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制管網(wǎng)壓力。S7- 200在本部分中的主要作用是把EM235模擬量輸入、模擬量輸出模塊)接收到的由壓力傳感器經(jīng)由互變器傳來(lái)的模擬信號(hào)(4- 20MA)傳遞到上位監(jiān)控計(jì)算機(jī);在上位機(jī)再換算成水位值與設(shè)定值進(jìn)行比較，進(jìn)行模糊PID運(yùn)算。2.調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制液位部分江蘇省無(wú)錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校畢業(yè)論文11檢測(cè)液位控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥子程序開始液位測(cè)量值液位設(shè)定值？加大電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度減小電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥子程序開始圖2-6 控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥子程序框圖 3.余氯檢測(cè)部分由于市政供水中的余氛含量在管道中會(huì)發(fā)生變化，所以泵站須對(duì)入水、出水進(jìn)行余氛檢測(cè)。同時(shí)，還要對(duì)貯水池中的水進(jìn)行加氯

31、。貯水池中的余氛計(jì)不停地對(duì)池水進(jìn)行檢測(cè)，由于水池較大，每次加氛后需一定時(shí)間進(jìn)行混勻，所以每隔十分鐘進(jìn)行一次取樣。然后與設(shè)定值進(jìn)行比較，來(lái)確定是增加CL02的投放，還是減小CL02的投放。2.5 小結(jié)小結(jié) 本章主要介紹了可編程控制器的結(jié)構(gòu)功能，及PLC在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用的設(shè)計(jì)要求與控制原理，列出了具體的設(shè)計(jì)程序及原理圖，對(duì)一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，如投入氯的控制等進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。還對(duì)泵站的具體制作工藝過(guò)程進(jìn)行了介紹。用PLC對(duì)恒壓供水系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控制比較合理，因?yàn)镻LC具有自動(dòng)化程度高，控制穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。第二章為核心內(nèi)容，對(duì)控制的原理及操作進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。江蘇省無(wú)錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校畢業(yè)論文12第三章第三章 全文總結(jié)全文總結(jié)3.13.1 主要結(jié)論主要結(jié)論 本文，采用了一種基于模糊PID控制理論的由PLC及組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)的模糊恒壓供水控制系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)PID拉制設(shè)計(jì)中的參數(shù)調(diào)整困難的問(wèn)題。本供水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中使用模糊PID控制方法，較好的解決了由于用戶較多并且用水時(shí)間不確定而造成的管網(wǎng)水壓波動(dòng)較大等問(wèn)題。同時(shí)，利用PLC以及目前成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)控。實(shí)踐證明，本系統(tǒng)能過(guò)滿足恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，具有維護(hù)簡(jiǎn)單、可靠性好、良好人機(jī)界面等優(yōu)點(diǎn).3.