基于PLC恒压供水控制系统毕业设计论文.docx
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基于PLC恒压供水控制系统毕业设计论文
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日期:
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日期:
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注意事项
1.设计(论文)的内容包括:
1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)
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3)中文摘要(300字左右)、关键词
4)外文摘要、关键词
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引言(或绪论)、正文、结论
7)参考文献
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9)附录(对论文支持必要时)
2.论文字数要求:
理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括:
任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。
4.文字、图表要求:
1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写
2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画
3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印
4)图表应绘制于无格子的页面上
5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
摘要
随着社会经济的迅速发展,人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高。
再加上能源紧缺,利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术,设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然趋势。
本论文依据供水要求,设计了一套由PLC、变频器、远传压力表、多台水泵机组等主要设备构成的全自动变频恒压供水,具有全自动变频恒压运行、自动工频运行和现场手动控制等功能。
系统有效地解决了传统供水方式中存在的问题,并具有多种辅助功能,增强了系统的可靠性。
论文分析了多泵供水方式的各种供水状态及转换条件,分析了电机由变频转工频运行方式的切换过程及存在的问题。
给出了实现有效状态循环转换控制的电气设计方案和PLC控制程序设计方案。
关键词:
可编程序控制器;变压变频调速;恒压供水;自动控制
Abstract
Withtherapiddevelopmentofsocialeconomy,peoplewaterqualityandwatersupplysystemreliabilityrequirementscontinuetoincrease.Coupledwithenergyshortages,theuseofadvancedautomationtechnology,controltechnologyandcommunicationtechnology,designhigh-performance,highenergy,abletoadapttodifferentareasofWaterSupplySystemhasbecomeaninevitabletrend.
Thisthesis,accordingtowaterrequirements,designasetbythePLC,inverter,remotepressuregauge,multiplepumpunitconsistingofmajorequipmentsuchasautomaticconstantpressurewatersupply,withautomaticconstantfrequencyoperation,automaticfrequencyoperationandFieldmanualcontrol.Systematicandeffectivewaytosolvethetraditionalproblemsofwatersupply,andhasavarietyofauxiliaryfunctions,enhancedsystemreliability.
Thispaperanalyzesavarietyofmulti-pumpwatersupplystatusandwaterconversionconditionofthemotorfrequencyfromthefrequencytransferprocessandtheoperationmodeswitchingproblems.GivenconversioncycletoachieveeffectivecontrolofthestateelectricaldesignandPLCcontrolprogramdesign.
Keywords:
ProgrammableLogicController;Variablefrequencycontrol;constantpressurewatersupply;Automaticcontrol
第1章绪论
研究恒压供水的意义
水是人类最宝贵的资源,是人类生存的基本条件,又是国民经济的生命线。
水工业是以城市及工业为对象,以水质为中心,从事水资源的可持续开发利用,以满足社会经济可持续发展所需求的水量作为生产目标的特殊工业。
它是随着水的商品化和产业化生产而逐步形成和完善的新兴工业,它是水的的开采、加工、输送、回收及利用的综合产业。
供水作为水工业中关键的一环,其品质的好坏直接影响到水工业的综合利用水平。
目前在一些新建建筑及改造项目中,变频恒压供水装置已经替代了原来的高位水箱,其节能性、方便性、卫生性是有目共睹的。
变频恒压供水的优点死不仅可以保证足够的水压,同时又不会因为室外空气和温度的变化影响水的质量。
不仅如此,恒压供水系统对于某些工业生产或特殊用户还起着非常重要的作用。
例如在某些生产过程中,若供水因压力不足或短时断水,就有可能影响产品质量,严重时使产品报废和设备损坏。
又如发生火灾时,若供水压力不足或无水供应,不能迅速灭火,可能引起重大经济损失和人员伤亡。
所以,确保恒压供水系统的无故障和自动运行,具有重大的经济意义和社会意义。
供水系统的发展
供水系统的发展趋势
变频供水系统目前正在向集成化、维护操作简单化方向发展。
在国内外,专门针对供水的变频器集成化越来越高,很多专用供水变频器集成了PLC或PID,甚至将压力传感器也融入变频组件。
同时维护操作也越来越简明显偏高,维护成本也高于国内产品。
目前国内不少公司在从事进行变频恒压供水的研制推广,国产变频器主要采用进口元件组装或直接进口国外变频器,结合PLC或PID调节器实现恒压供水,在小容量、控制要求的变频供水领域,国产变频器发展较快,并以其成本低廉的优势占领了相当部分小容量变频恒压供水市场。
但在大功率大容量变频器上,国产变频器有待于进一步改进和完善。
供水系统的分类
该系统主要有压力变送器、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起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。
根据系统的设计任务要求,结合系统的使用场所,有以下几种方案可供选择:
1)有供水基板的变频器+水泵机组+压力传感器。
这种控制系统结构简单,它将PTD调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器供水基板上,通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能。
它虽然微化了电路结构,降低了设备成本,但在压力设定和压力反馈值的显示比较麻烦,无法自动实现不同时段的不同恒压要求。
2)通用变频器+单片机(包括变频控制、调节器控制)+人机界面+压力传感器。
这种方式控制精度高、控制算法灵活、参数调整方便,具有较高的性能价格比,但开发周期长,程序一旦固化,修改较为麻烦,因此现场调试的灵活性差,同时变频器在运行时,将产生干扰,变频器的功率越大,产生的干扰越大。
3)通用变频器+PLC+人机界面+压力传感器。
这种控制方式灵活方便,具有良好的通信接口,可以方便地与其他的系统进行数据交换:
通用性强,由于PLC产品的系列化和模块化,用户可灵活组成各种规模和要求不同控制系统。
在硬件设计上,只需确定PLC的硬件配置和外部接线,当控制要求发生改变时,可以方便地通过Pc机来改变存贮器中的控制程序,所以现场调试方便。
同时由于PLC的抗干扰能力强、可靠性高,因此系统的可靠性大大提高。
因此该系统能适用于各类不同要求的恒压供水场合,并且与供水机组的容量大小无关。
通过对以上这几种方案的比较和分析,可看出“变频器主电路十PLC+人机界面十压力传感器”的控制方式更适合本系统。
系统设计内容及目标
本次设计的基于PLC的变频调速恒压供水系统设计系统是多台电动机联动进行变频调速来达到恒压供水的目的。
本课题设计内容:
用PLC做控制器,输入电源为三相380V电源,常规泵M1、M2、M3的功率为7.5kW,辅助泵的功率为4kW,压力设定分消防和生活两种,为保证每台泵不锈蚀,需要按照一定规律进行轮换,保证压力值控制精度在±2%。
设计目标:
用PLC组成控制系统,实现对4台电动机(含一个辅助泵的电动机)的控制,从而提高工业自动化程度。
第2章
系统总体设计
恒压供水系统的工作过程
恒压供水的供水流程如下。
(1)当一台水泵工作频率达到最高频率时,若管网水压仍达不到预设水压,则将此台泵切换到工频运行,变频器将自动启动第二台水泵,控制其变频运行。
此后,如压力仍然达不到要求,则将该泵又切换至工频,变频器软启动第三台泵,反复工作,直至满足设定压力要求为止。
(2)反之,若管网水压大于预设水压,控制器控制变频器频率降低,使变频泵转速降低,当频率低于下限时自动切掉一台工频泵或此变频泵,始终使管网水压保持恒定。
(3)辅助泵只在自动状态启动前处于开启状态,在自动状态启动后关闭。
系统控制方案论证及组成
系统控制方案论证
1、可编程控制器与接触器控制系统的比较
几十年来,接触器控制系统为工业控制的发展起到了巨大的作用,而且目前仍然在工业领域中大量地应用,然而其控制性能与自身的功能已无法满足与适应工业控制的要求和发展,接触器控制系统故障率高,大大降低了控制系统的可靠性和安全性,因此接触器控制系统与PLC相比较,存在着质的差别,表2.1给出可编程控制器与接触器控制系统功能与特点的比较。
表2.1可编程控制器与接触器控制功能与特点的比较
比较项目
可编程控制器
接触器控制
控制功能的实现
进行编程实现所需控制功能
进行硬件接线完成控制
生产工艺变化的适应性
对程序进行修改适应性强
需重新设计接线适应性差
可靠性
采用软接触器,可靠性高
元器件多触点多,易出现故障
续表2.1
柔韧性与灵活性
有种类齐全的扩展单元灵活
差
控制的实时性
微处理器控制,实时性非常好
机械动作时间常数大实时性差
占用空间与安装
体积小,重量轻
控制柜体积大、笨重
使用寿命
寿命长
易损、寿命短
复杂控制能力
很强
极差
价格
较高
较低
维护
工作量小
复杂、工作量大
2、可编程控制器与计算机控制系统的比较
通用计算机具有十分强大的计算与数据处理能力,同时数据的处理速度已经达到极高的水平,但是应用,在很多方面远远没有PLC功能强大,表2.2给出可编程控制器与计算机控制系统功能与特点的比较。
表2.2可编程控制器与计算机控制系统功能与特点的比较
比较项目
可编程控制器
通用计算机
工作方式
扫描式
中断式
编程语言
语句表、梯形图等
汇编、高级语言
工作环境
可在环境差工作
要求工作环境较高
对使用着要求
语言易学
专门语言培训
可靠性
工业级要求
商业级要求
系统软件
功能专用
功能强大
适用领域
工业控制
办公、管理,科学计算
从上面的论述和比较可以看出,PLC的硬件决定了它的可靠性和控制功能比接触器控制系统计算机控制系统高的多,它是专门为工业控制场合设计的,所以它的稳定性,而且它操作简单灵活,易于实现系统升级和功能扩展。
选用PLC控制机械手,其硬件接线少、线路设计合理、编程简单,参数修改简便,降低了维修率,提高了工作效率;具有较强的抗干扰能力,保证了系统运行的可靠性。
所以本设计的控制器采用可编程序控制器PLC作控制器。
系统的组成
本设计采用PLC进行变频恒压供水,其系统组成框图如图2.1所示。
图2.1系统组成框图
(1)PLC控制器
PLC控制器是变频调速恒压供水控制系统的核心设备,PLC根据输入的信号自动控制变频器从而控制水泵。
(2)压力传感器
压力传感器是由电阻应变片按照惠斯通电桥原理组成的。
本次毕业设计采用JYB-K型供水压力传感器。
(3)A/D转换
采用西门子EM235模块进行A/D转换,将采集到的模拟信号转换成数字信号送至PLC进行控制。
(4)变频器
变频器选用ABpowerflex70。
(5)水泵
本系统由1台辅助泵和3台主泵组成,当用水量很少或没有用水时,只开动辅佐泵即可,当检测到水压变低,系统自动增加泵或加快抽水速度,满足用水增大的需要;当压力变大或超高时,系统自动减泵或减低抽水速度。
第3章
系统硬件设计
可编程控制器
可编程控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术与自动化技术而开发的新一代工业控制器。
它具有可靠性高、适应工业现场的高温、冲击和振动等恶劣环境的特点,已成为解决自动控制问题的最有效工具,是当前先进工业自动化的三大支柱之一。
可编程控制器的概念
可编程控制器(ProgrammableLogicalController)简称PLC。
国际电工委员会(IEC)在1985年的PLC标准草案第3稿中,对PLC作了如下定义:
“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令。
并通过数字式、模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关设备,都应按易于使工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
”
可编程控制器的优点
现代工业生产过程是复杂多样的,它们对控制的要求也各不相同。
PLC一经出现就受到了广大工程技术人员的欢迎。
PLC具有如下特点:
(1)实现成本低
(2)范围广
(3)高速率
(4)永远在线
(5)结构灵活
可编程控制器的发展趋势
随着计算机科学的发展和工业自动化愈来愈高的需求,可编程控制技术得到了飞速的发展,其技术和产品日趋完善。
可编程控制器的应用领域
可编程控制器的初期由于其价格高于接触器控制装置,使得其应用受到限制。
但最近十年来,PLC的应用面越来越广,PLC的应用范围通常分成以下5种类型:
1、顺序控制;
2、运动控制;
3、过程控制;
4、数据控制;
5、通信控制。
可编程控制器的系统组成
PLC种类繁多,但其组成和工作原理基本相同。
用PLC实施控制,其实质是按一定算法进行输入/输出变换,并将这个变换给以物理实现,应用于工业现场应用而设计,采用了典型的计算机结构,它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。
1、中央处理单元(CPU)
单元(CPU)是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行。
2、存储器
PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。
3、输入/输出模块
输入(Input)模块和输出(Output)模块简称为I/O模块。
PLC的输入和输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。
输入/输出模块从广义上分包含两部分:
一是与控制设备相连接的接口电路;另一部分是输入和输出的映像寄存器。
输入模块用于接收来自用户设备的各种控制信号,如限位开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。
输出模块用于将这些信号转换成CPU能够识别和处理的信号,并存到输入映像寄存器。
4、电源模块
PLC一般使用220V的交流电源,内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、±12V、24V等直流电源,使PLC能正常工作。
5、接口模块
接口模块用于将扩展单元或功能模块与基本单元相连,使PLC的配置更加灵活,以满足不同控制系统的需要。
6、通信接口
为了实现“人─机”或“机─机”之间的对话,PLC配有多种通信接口。
7、编程器
过去的编程设备一般是编程器,其功能仅限于用户程序读写和调试。
8、其他部分
需要时,PLC可配有存储器卡、电池卡等。
可编程控制器的工作原理
PLC是一种工业控制计算机,故它的工作原理是建立在计算机工作原理之上,即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的,但是CPU是以分时操作方式来处理各项任务的,计算机在每一瞬间只能做一件事,所以程序的执行是按程序顺序依次完成相应各电器的动作,所以它属于串行工作方式。
概括而言,PLC是按集中输入、集中输出,周期性循环扫描的方式进行工作的。
系统的输入/输出信号
输入信号分析
输入设备用于产生输入控制信号,本设计中输入设备包括以下几种:
1、启动按钮和停止按钮
2、备用按钮
3、切换开关
根据系统控制要求,输入信号分析如下:
启动信号1个;
停止信号1个;
手动/自动切换信号1个;
备用输入信号1个;
手动辅助泵输入信号1个;
消防/生活切换
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