毕业设计（论文）-基于博途S7-1200PLC的恒压供水控制系统设计.docx

基于PLC的恒压供水控制系统设计摘要本课题以某小区供水系统的改造为背景，根据供水系统的特性和实际情况的要求,采用PLC实现供水过程的全自动控制，满足居民用水的需要。研究的主要内容包括:基于PLC自来水控制系统整体方案的设计、PLC控制系统原理、重点探讨PLC控制系统硬件、软件的设计，对PLC在实际现场控制过程中经常遇到的一些实际问题的解决,基于该项目的电气控制系统设计与实现展开的，采用可编程控制器PLC,完成了整个电气控制系统的软硬件的设计，基本达到了预期的目标,实现了小区供水的自动化。关键词：PLC；恒压供水；触摸屏DesignofconstantpressurewatersupplycontrolsystembasedonPLCAbstractBasedonthetransformationofaresidentialwatersupplysystemasthebackground,accordingtothecharacteristicsofthewatersupplysystemandtherequirementsoftheactualsituation,theuseofPLCtoachieveautomaticcontrolofwatersupplyprocess,tomeettheneedsofresidents.Themaincontentsoftheresearchinclude:basedontheoverallschemedesignofPLCtapwatercontrolsystem,PLCcontrolsystemprinciple,focusingonthePLCcontrolsystemhardwareandsoftwaredesign,thePLCintheactualfieldcontrolprocessoftenencounteredbysomepracticalproblemstosolve,basedontheelectricalcontrolsystemdesignandimplementationoftheproject,PLCisusedtocompletethedesignofthehardwareandsoftwareofthewholeelectricalcontrolsystem,whichbasicallyachievestheexpectedgoalandrealizestheautomationofwatersupplyinthecommunity.KeyWords:PLC;Constantpressurewatersupply;Touchscreen第1章绪论51.1 研究背景51.2 发展与现状61.3 论文主要研究内容7第2章供水系统的理论分析及方案的确定82.1 恒压供水系统原理82.2 系统方案确定82.3 系统实现功能及特点9第3章供水系统的硬件设计113.1 PLC简介113.1.1 结构特点错误!未定义书签。3.1.2 工作原理错误!未定义书签。3.1.3 PLC的编程语言错误!未定义书签。3.2 主要设备选择错误!未定义书签。3.3 系统主电路设计143.4 控制电路153.5 .1I/O分配表153.6 .2PLC周边控制电路设计16第4章恒压供水系统的软件设计184.1 软件配置181.1.1 程序开发环境181.1.2 项目创建以及硬件组态181.1.3 各模块软件程序设计194.2 系统程序控制工艺流程204.2.1 主程序控制工艺流程204.2.2 加减泵控制及其状态分析214.3 PlD功能设计234.4 梯形图设计234.5 4.1数据处理程序234.4.2增减泵程序244.4.3水泵轮询程序264.4.4报警程序27第5章供水系统的组态设计295.1上位机的设计过程295.1.1上位机简要介绍295.1.2上位机功能架构设计295.1.3HMl界面设计29结论37参考文献38谢辞40第1章绪论1 -1研究背景我们都知道,水是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在建设节约型时代特征的前提下,我们这个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低，而随着我国社会经济的发展,人们生活水平的不断提高，以及住房制度改革的不断深入，城市中各类小区建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面,供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活,也直接体现了小区物业管理水平的高低。本系统就是在这种背景下设计的。PLC供水系统集电气技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，同时系统具有良好的节能性,这在能源日益紧缺的今天尤为重要,所以研究设计该系统,对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。目前，常见二次供水的主要方式有：1 ,恒速泵直接供水使用排水系统从城市管网或水库抽水，以提高压力，并直接供应给用户。这种供水系统几乎全天都在运转，这浪费了大量能源。还会影响市政管道的水压，更容易引起管道开裂。这种供水方式结构简单，成本低，但用户水压不稳定，耗电较多，供水质量较差。2 .恒速泵和水塔供水在市政管网和小区用户之间在楼顶增加一定高度的水塔。先利用蓄水量将水抽入水塔,再利用高度的差异向用户供水。水积聚在供水塔内，当水位达到水塔的上限时，停止供水，当水位下降到水塔的下限时，水自动充满水塔。与恒速蓄能直接供水相比，这种供水方式更节能，水压也相对稳定，但水塔施工占地面积大，屋顶承重不同。一般只用于9层及以下的建筑，投资大，二次污染大，不能满足人们对水质的要求。3 .恒速泵和高位水箱供水用水箱代替水塔可以减少建设资金。这个水箱建在建筑的不同楼层，减少了占地面积。但受建筑限制，容量不能太大，供水范围有一定限制，二次污染严重。这种供水方式对建筑的承重结构影响很大，供水方式不灵活。4 .采用恒速泵与气压水箱供水给水是通过气体的压缩性来调节供水的水压。恒速泵的启动和停止是由内部的压力决定的。由于气压罐占地面积比较小，所以可以放置在地下室、停车场等开阔的地方。供水压力稳定，水质不受二次污染，施工周期短，节省资金。但是，这种供水方式没有蓄水功能，停电后紧接着就停水，气压箱内压力不稳定，运行效率不高。5 .变频恒压供水传统的二次供水方式耗电量大，水压不稳定，造成二次污染，不能满足人们对供水系统可靠性和质量的要求。变频恒压供水不同于传统供水。将先进的自动化控制技术和变频应用技术应用于恒压供水系统。根据用水的实际情况设置管网压力，保持供水压力恒定，从而保持供水和用水的平衡，从而提高供水的质量和稳定性，并在很大程度上避免电力的浪费，从而节约能源。这对社会的发展具有积极的意义。1.2 发展与现状随着异步电机变频调速技术的成熟，变频器广泛应用于以工频交流为主的电机拖动控制系统中，变频器恒压供水就是变频调速领域的典型应用。变频器不仅可以控制交流电机的无限调速运行，还可以控制电机的启停与加减速时间，从而减少电机启停对电网供电的影响，实现多种保护功能。在变频恒压供水系统中，变频器由系统控制器控制。变频器作为控制体和系统执行体之间的中间环节，保证水管内水压恒定，满足用户不同时间段的用水需求。压力变送器是用来将管道的水压转换成电信号，反馈给控制器，形成闭环供水控制系统。变频调速的恒压供水技术，可以防止因泵电机频繁启停而引起的来自电网的电流冲击,基本消除了传统供水阀在管道中的水锤效应，延长了泵和供水管道的寿命，实现供水管道的水压稳定，并应调整管道的水量，减少不必要的能源消耗，达到节能的目的。具有节能、高效、安全、水质好、维护方便等优点，是一种适合当前用水需求的节能供水系统。可编程序控制器，简称PLC,是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统。世界上第一台可编程控制器是美国数字设备公司（DEC）于1969年研制的。早期的可编程控制器由分离元件和中小规模集成电路组成，主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等，PLC将传统的继电器控制技术与新兴的计算机技术和通信技术融为一体,具有可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优点。70年代初期,体积小、功能强和价格便宜的微处理器被用于PLC,使得PLC的功能大大增强，具有了：可靠性高、具有丰富的I/O接口模块、采用模块化结构、编程简单易学安装简单，维修方便等特点。以及良好的工业环境工作性能和自动控制目标实现性能，在工业生产中得到了广泛的应用。PLC在物业供水方面也得到了广泛的应用。传统的小区供水方式有恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等。这些传统的供水方式或多或少都存在各自的缺点和不足，比如：恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应,水泵的增减都依赖人工进行手工操作水塔高位水箱供水基建投资大，占地面积大,维护不方便，水泵电机为硬起动，启动电流大、单片机变频调速供水系统开发周期比较长，对操作员的素质要求比较高,可靠性比较低,维修不方便，且不适用于恶劣的工业环境。综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源；效率低；可靠性差；自动化程度不高等缺点，在这种情况下人们想到了基于PLC的供水系统设计。目前国内外基于PLC的供水系统设计技术比较多，并且有些技术已经相当成熟,从简单的基于PLC的恒压供水系统设计到基于PLC的变频恒压供水系统设计，其中后者的变频技术是现在研究的核心，变频技术是在电力电子技术、计算机技术和自动控制技术及电机控制理论发展的基础上发展起来的。本文的基于PLC的物业供水系统设计属于恒压供水，由于PLC的可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等特点,与传统的供水系统相比本系统有很大的实用价值。1.3 论文主要研究内容研究了高层建筑供水系统的需求，分析了供水系统的变化特性，非线性问题，对供水控制系统进行硬件设计，选取合适可靠的可编程控制器与触摸屏，分别进行了控制系统主电路的设计、控制电路的设计、PLC周边电路的设计、变频器周边电路的设计以及参数的设置，最终完成了恒压供水系统整体方案设计并一仿真的形式呈现。第2章供水系统的理论分析及方案的确定2.1恒压供水系统原理恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水,并且把电机和水泵做成一体，通过调节电机机组工作电机的数量,从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此,恒压供水系统的实质是电机的工作控制。电动机的控制通常使用接触器，PLC通过控制接触器来实现自动控制电机机组的电机从而实现了恒压供水。2.2系统方案确定恒压供水的原理分析可知,该系统主要有压力传感器、压力变送器、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控制多台水泵，实现管网水压的恒定压力供水，可供选择的方案有：(1)人工控制+水泵机组+压力传感器，这种控制系统结构简单，实现起来也比较容易，就是派专人看着压力传感器传输过来的数据，人工选择哪台水泵工作和控制几台水泵机组工作。这种控制比较落后,可靠性不高。需要工作人员一直守在控制室里，实时控制，效率低。因此不选并用此方案。(2)单片机+水泵机组+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，同时在运行时