目 录第一章 绪论1.1 现代城市供水的现状及缺陷1.2 变频恒压供水的优点1.3 PLC变频技术的发展现状1.4 PLC变频恒压供水的可行性分析第二章 恒压供水系统的基本构成2.1 系统工艺，设备简介2.2 系统电气控制要求2.3 系统设计2.4 控制思想第三章 硬件设备选型3.1 PLC的选择3.2 变频器的选型3.2.1 变频器容量的确定3.2.2 变频控制器的选型3.2.3 第一水厂变频器其它参数的确定3.3 PID调节器3.4 电机的选型3.5 外围设备的选型3.5.1 电磁阀的选型3.5.2 接触器的选型3.5.3 热继电器的选型3.5.4 液位传感器的选型3.5.5 压力传感器的接线图第四章 PLC程序设计4.1 PLC及其网络概述4.1.1 PLC的特性4.2 PLC网络4.2.1 系统说明4.3 西门子PLC S7-300功能概述4.3.1 S7-300系列PLC简介4.3.2 S7-300PLC的组成4.3.3 S7-300的系统结构4.4 4.4.1 S7-300 CPU315-2DP模块4.4.2 S7-300 CPU SM321数字量输入模块4.4.3 S7-300CPU SM322数字量输出模块4.4.4 S7-300CPU SM331模拟量输入模块4.4.5 S7-300 PS307电源模块4.5 STEP7的程序结构和编程语言4.5.1 STEP7的程序结构4.5.2 STEP7的编程语言4.6 PROFIBUS现场总线技术4.6.1 PROFIBUS现场总线简述4.6.2 PROFIBUS的组成4.6.3 PROFIBUS的介质存取协议4.7 PLC控制4.7.1 手动运行4.7.2 自动运行4.8 编程及介绍4.8.1 总程序的顺序功能图4.8.2 自动运行顺序功能图4.8.3 手动模式顺序功能图4.8.4 程序说明第五章 系统调试5.1 变频器关键参数设定5.2 PLC的变频调速恒压供水系统调试第六章 结束语致谢参考文献基于PLC的变频恒压供水系统的设计第一章 绪论1.1 现代城市供水的现状及缺陷在现代城市及乡镇供水中，基本上都是靠供水站的电动机带动离心水泵，产生压力使管网中的自来水流动，把供水管网中的水送给用户。但供水泵供水的同时，也消耗大量的能量，如果能在提高供水机泵的效率、确保供水机泵的可靠稳定运行的同时，降低能耗，将具有重要经济意义。我国供水机泵的特点是数量大、范围广、类型多，在工程规模上也有一定水平，但在技术水平、工程标准以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比，还有一定的差距。随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统的可靠性要求不断提高，需要利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，要求设计出高性能、高节能、能适应供水厂复杂的恒压供水系统。传统的小区供水方式有：恒压泵加压供水、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方式，器优缺点如下：1、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，自动化程度低，而且为保证供水，机组长处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大而且在用水量较少是，管网长期处于超压运行状态，爆损现象严重，电机硬起动易产生水锤效应，破坏性大，目前较少采用。2、水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维修或停电可不停水等优点，但存在基建投资大。占地面积打，维护不方便，水泵电机为硬启动，启动电流大等缺点，频繁起动易损坏联轴器，目前主要应用于高层建筑。3、气压罐供水具有体积小、技术简单、不受高度限制等特点，但此方式调节量小、水泵电机为硬起动且气动频繁，对电气设备要求较高、系统维护工作量大，而且为减少水泵起动次数，停泵压力往往比较高，致使水泵再低效段工作，而出水压力无谓的增高，也使浪费加大，从而限制了其发展。4、液力耦合器和电池滑差离合器调速调速的供水方式易漏油，发热需冷却，效率低，改造麻烦，只能是一对一驱动，需经常检修；优点是价格低廉，结构简单明了，维修方便。5、单片机变频调速供水系统也能做到变频调速，自动化程度要优于上面4种供水方式，但是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。1.2 变频恒压供水的优点通常变频恒业供水存在以下6个特点特点：1、节能，可以实现节点20%-40%，能实现绿色用电；2、占地面积小，投入少，效率高；3、配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠；4、运行合理，由于是软起和软停，不但可以消除水锤效应，而且电机轴上的平均扭矩和磨损减小，减少了维修量和维修费用，并且水泵的寿命大大提高；5、由于变频恒压调速直接从水源供水，减少了原有供水方式的二次污染，防止了很多传染疾病的传染源头；6、通过通信控制，可以实现无人值守，节约了人力物力。1.3 PLC变频器技术的发展现状变频恒压供水时在变频调速技术发展之后逐渐发展起来的。20世纪80年代初，日本学者提出了基于刺痛轨迹控制方法。此方法一三相波形的整体生成效果为基础，一逼近电机气息的理想圆形旋转磁场为目的，一次生成两相调制波形，使变压变频VVVF成为变频调速技术的核心。从20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的基于VVVF技术的通用变频器已商品化并广泛应用。1980年德国人在应用微处理器的矢量控制研究中取得了进展，促进了矢量控制的实用化。1992年开始德国西门子公司相继开发了6SE70系列通用变频器，通过FC、VC、SC板可以分别实现频率控制、矢量控制、伺服控制等；至1994年该系列通用变频器的容量就扩展到315kw以上。1985年，德国人提出了基于六边形乃至圆形磁链轨迹的直接转矩控制理论（DSC）。1995年，ABB公司首先推出的直接转矩控制通用变频器，目前已成为其个系列通用变频器的核心技术。本设计主要针对小区供水系统的运行工艺情况，设计恒压供水控制的硬件电路。研究恒压变频供水的控制方法，完成系统监控调试，实现对系统的高性能控制。解决如何选择变频恒压供水控制方式，如何用变频器构成恒压供水系统及其工作原理，完成可编程逻辑控制器及变频器的选型，对PID调节器进行参数整理，完成PLC的编程。采用PLC控制的变频器调速供水系统，有PLC进行逻辑控制，有变频器进行压力调节，在经过PID运算，通过PLC控制变频与工频切换，实现闭环自动调节恒压供水。1.4 PLC变频恒压供水的可行性分析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，严重影响了居民的用水和工业系统中用水。目前的供水方式朝向高效节能、自动可靠的方向发展，变频调速技术以其显著的节能效果和稳定可靠的控制方式，在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用，特别是城乡工业用水的各级加压系统，居民生活用水的恒压供水系统中，变频调速水泵节能效果尤为突出，其优越性表现在： 一是节能显著；二是在开、停机时能减少电流对电网的冲击以及供水对管网系统的冲击；三是能减少水泵、电机自身的机械冲击损耗。变频恒压供水系统在工业和生活中有很广阔的应用前景，除了具有明显的节能效果外，还具有操作方便、容易维护量小的特点。变频器的软启动功能叶减少了对电网的冲击，使设备运行方式更趋于合理，设备的自动化水平得到提高。在国内外，专门针对供水的变频器集成了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。目前国内有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。随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方便的优点以及显著地节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器，但是国外变频调速恒压供水控制系统的水压闭环控制的研究还是不够的，因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践中。目前变频供水系统正在向集成化、维护操作简单化方向发展。第2章 恒压供水系统的基本构成2.1 系统工艺，设备简介系统原理2.1如图2.1，整个系统由三台水泵，一台变频调速器，一台PLC和一个压力传感器及若干辅助部件构成。三台水泵中每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，三台水泵协调工作以满足供水需要；变频供水系统中检测管路压力的压力传感器，一般采用电阻式传感器（反馈05V电压信号）或压力变送器（反馈420mA）；变频器室供水系统的核心，通过改变电机的频率实现点击的无极调速、五波动稳压的效果和各项功能。2.2 系统电气控制要求 变频恒压供水构成图2.2 从原理框图2.2，我们可以看出变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检测、控制系统、人及界面、以及报警装置等部分组成。（1）执行机构执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入用户管网.通常这些水泵包括:调速泵:是由变频调速器控制、可以进行变频调整的水泵，用以根据用水量的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定。恒速泵:水泵运行只在工频状态，速度恒定，它们用以在用水量增大而调速泵的最大供水能力不足时，对供水量进行定量的补充. 此外，通常一些变频系统还会增设附属小泵，它只运行于启、停两种工作状态，用以在用水量很小的情况下(例如:夜间)对管网用水量进行少量的补充（2）信号检测在系统控制过程中，需要检测的信号包括自来水出水水压信号和报警信号：水压信号：它反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号。报警信号：它反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有异常，该信号为开关量信号。（3）控制系统供水控制系统一般安装在供水系统柜中，包括供水控制器（PLC系统）、变频器和电控设备三个部分。供水控制器：它是整个变频恒压控制系统的核心。供水控制器直接对系统中的工况、压力、报警信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构（即水泵）进行控制。变频器：它是对水泵进行转速控制单元。变频器跟踪供水控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。电控设备：它是由一组接触器、保护继电器、转换开关等电气元件组成。用于在供水控制器的控制下完成对水泵的切换、手/自动切换等。(4)人机界面人机界面是人与机器进行信息交流的场所。通过人机界面，使用者可以更改设定压力，修改一些系统设定以满足不同工艺的需求，同时使用者也可以从人机界面上得知系统的一些运行情况及设备的工作状态。人机界面还可以对系统的运行过程进行监视，对报警进行显示。（5）通讯接口通讯接