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1、 PLC恒壓供水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的論文 一、項目選題背景及研究內(nèi)容 變頻技術(shù)不僅僅是異步電動機，結(jié)構(gòu)堅固，易于維護，更重要的是由于采用變頻技術(shù)的異步電動機的機械性可以達到了直流電動 機調(diào)壓調(diào)速的功能。 這樣子可以很好的解決國內(nèi)供水的很多問題。 從而人們可以按照序曲自行研發(fā)一個合適的而且比較方便環(huán)保的調(diào)速 控水系統(tǒng)。恒壓供水系統(tǒng)改變原有的調(diào)速方式， 實現(xiàn)了無極控制恒壓供水，依據(jù)用水量的變化自動控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)運行的參數(shù)， 保證了供水的安全可靠。隨著電子技術(shù)的不斷深入，恒壓變頻器的日益完善，功能越來越強，即可利用恒壓變頻的各種功能對其變頻調(diào)速恒壓供

2、水系統(tǒng)提供更多的服務(wù)， 從而保證恒壓供水系統(tǒng)的更多功能， 供水的更穩(wěn)定，更好的為人類服務(wù)。 二、項目介紹 恒溫恒壓供水控制系統(tǒng)由可編程控制器、 可視化觸摸屏顯示器、變頻器、交流電動機、壓差傳感器、液位變送器、溫度變送器、板式換熱器、繼電器、輔助加熱器、以太網(wǎng)線及相應(yīng)模塊、等其它電控設(shè)備、以及 5 臺循環(huán)水泵和一臺小流量隔膜泵等構(gòu)成。在整個系統(tǒng)中，可編程控制器與可視化顯示器安裝在中控室， 遠程可使用以太網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控現(xiàn)場模塊。在水箱入空和出口安裝壓差傳感器，檢測水壓。在水箱底部安裝液位變送器。 在水箱里安裝溫度變送器。 可編程控制器中的模擬量模塊采集液位變送器、溫度變送器送來的 4

3、-20mA信號電流。將測量信號與 PLC設(shè)置的信號進行比較，經(jīng)過 PID 模糊運算后，由 PLC控制變頻器輸出的頻率來調(diào)節(jié)交流電動機的轉(zhuǎn)速，改變循環(huán)泵的流量，來保證供水水壓恒定。箱體水溫溫度由板式換熱器供給。溫度控制閥來調(diào)節(jié)溫度。 輔助加熱器用來保證溫度的恒定。 這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力溫度為基準(zhǔn)的恒壓恒溫閉環(huán)系統(tǒng)。 觸摸屏顯示器用于顯示供電電壓、工作電流、變頻器實際頻率、供水壓力及各循環(huán)泵的工作狀態(tài)等；可以通過觸摸屏以太網(wǎng)絡(luò)在線修改供水壓力和溫度控制恒溫供水系統(tǒng)的運行。 三、程序設(shè)計原理 3.1 整套熱水供給系統(tǒng)采用西門子 CPU226PLC控制

4、 軟件使用西門子 S7-200 進行控制程序?？梢暬姘迨褂梦鏖T子 Smart1000 顯示屏，軟件使用 WinCCflexible 。同一公司系列產(chǎn)品，兼容性好，協(xié)議一致利于通訊。 STEP7是用于 SIMATIC可編程控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件。 它是 SIMATIC工業(yè)軟件的組成部分。 為功能模板和通訊處理器賦值參數(shù)、強制和多處理器模式、全局數(shù)據(jù)通訊、 使用通訊功能塊的事件驅(qū)動數(shù)據(jù)傳輸、組態(tài)連接。 WinCCflexible 項 目包括能讓系統(tǒng)接受操作和監(jiān)視的所有組態(tài)數(shù)據(jù)。在 WinCCflexible 中，組態(tài)數(shù)據(jù)根據(jù)主題類別進行編譯。 每個類別都

5、在單獨的器中進行 處理。器的可用性取決于所用的 WinCCflexible 版本和要組態(tài)的 HMI 設(shè)備。 WinCCflexible 的工作環(huán)境只顯示當(dāng)前使用的 HMI設(shè)備所支持 的器。也就是說，組態(tài)工作非常簡單且易于進行。 3.2 穩(wěn)定運動狀態(tài)的自動控制系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)為了解決水壓波動，流量變化對供水系統(tǒng)的擾動。采集管 網(wǎng)壓力、溫度、電流等信號。參考傳統(tǒng)的 PID 調(diào)節(jié)器算法，即： U(T)=Kp[e(t)++T] 關(guān)于 P 值， I 值， D值的設(shè)定可采用測試法 最短短時間內(nèi)完成參數(shù)設(shè)

6、定， 避免造成不良影響。 設(shè)定的依據(jù)： 增益 P 值大，有利于減少供水管網(wǎng)的實際壓力與恒壓給定值的差值， 但是 P 值過大，系統(tǒng)將產(chǎn)生振蕩，穩(wěn)定性變差。積分 I 值越小振蕩作 用越強烈，適當(dāng)增大 I 值，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但是時間長又會發(fā)生難 以迅速恢復(fù)的情況，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)變差。微分 D 愈短，微分作用越 弱。P,I,D 經(jīng)驗值和參數(shù)設(shè)定依據(jù)，在測試過程中依照先比例后積分 的原則對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。 在程序控制中使用比較指令函數(shù)運算等先關(guān) 算法更精準(zhǔn)的計算調(diào)整相關(guān)參數(shù)， 實時精確的控制恒溫恒壓供水系統(tǒng)。 3.3 變送器

7、的安裝、電氣連接、調(diào)試和維護必須由通過培訓(xùn)、 有資格的專業(yè)人員操作 如果在管系上需要進行焊接工作，不要將焊接設(shè)備的接地接在 本測量設(shè)備上。 安裝者必須保證儀表根據(jù)接線圖正確接線。 如果電源 不隔離，變送器必須接地。 在打開和修理電氣設(shè)備時請遵守當(dāng)?shù)厮? 相關(guān)規(guī)定。 四、工作流程介紹 該系統(tǒng)具有手動操作模式和自動工作模式兩種運行方式 4.1 手動操作模式 選擇手動模式時，操作可視畫界面?？蓪崿F(xiàn)單獨設(shè)備的啟動和 停止，這種方式用于檢修或控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時使用。 4.2 自動

8、運行模式 4.2.1 系統(tǒng)補水 4.2.1.1 地下儲水池由一臺 7.5KW的深井潛水泵供水，當(dāng)蓄水 池水位達到最低下限（通過壓力傳感器測量水位） 1 米時，啟動深井 補水泵開始補水。 （蓄水池深度 2 米）達到最高水位 2 米時，停止供 水。 4.2.1.2 由地下蓄水池為 1 號水箱供水（冷水）（ 5.5KW水泵 2 臺，由變頻器控制）， 1 號水箱高度 3 米， 2 號水箱高度 2 米， 1、2號水箱之間落差 1.5 米； 1、2 號水箱由管道相連實現(xiàn)自動補水，補 水時當(dāng) 1 號水箱水位達到 1.5 米時，自動開始為

9、 2 號水箱補水， 2 號水箱加滿后，再為 1 號水箱加水，直至 1 號水箱加滿為止。（2.8 米） 4.2.1.3 當(dāng) 1 號水箱水位達到最低保持水位（熱水） 1 米時，啟 動 1、2 號之間的補水泵（ 1 臺 2.2KW）開始由 2 號水箱為 1 號水箱補水（熱水）；當(dāng) 2 號水箱水位達到最低保持水位 1 米時，停止為 1 號 水箱補水，關(guān)閉 2 號水箱為 1 號水箱補水的補水泵； 同時開啟冷水水 箱上水電動閥門為 1 號水箱補水（冷水） .1 號水箱水位達到 2.8 米 時，關(guān)閉水箱進水電動閥門。 4.2.1.4 當(dāng) 1 號或

10、 2 號水箱水溫達到 80℃以上時，啟動水箱上 水電動閥門，水位達到 2.8 米，溫度達到 70℃時，關(guān)閉水箱上水電 動閥門。設(shè)置一個最高水位，起保護作用，達到這個高度時停止所有 上水。 4.2.2 系統(tǒng)循環(huán) 4.2.2.1 對 1、2 號集熱器采集熱能，通過與 1 號水箱相連的管 道將熱能傳導(dǎo)進入 1 號水箱當(dāng) 1 號水箱水溫與 1 號或 2 號集熱器水溫 的溫差超過 10℃時，啟動 1、2 號集熱器循環(huán)水泵。溫差低于 5℃時 關(guān)閉 . ；1 號、 2 號集熱器循環(huán)泵各自獨立可單獨啟停。

11、 4.2.2.2 冬天當(dāng)  1 號、2  號集熱器室外管道溫度低于  5℃時，啟 動集熱器和  1 號水箱之間的循環(huán)泵，室外管道溫度高于  10℃時循環(huán) 泵停止。當(dāng)  1 號水箱水溫與板式換熱器的溫差超過  15℃時，啟動板 式換熱器循環(huán)水泵；溫差低于 5℃是循環(huán)泵停止。當(dāng) 1、2 號水箱水 溫的溫差達到 10℃時啟動 1、2 號之間的循環(huán)水泵；達到溫差 5℃范 圍內(nèi)停止循環(huán)泵。 五、總結(jié) PLC 可視化控制變頻器恒溫恒壓供水系統(tǒng)同其它供水方式相比 較，除具有的節(jié)能效果外，還有以下優(yōu)勢：操作界面簡單明了，易于 學(xué)習(xí)培訓(xùn)。通過變頻器調(diào)速控制循環(huán)泵的水流量， 改變老式的調(diào)節(jié)節(jié) 流閥來控制流量的方法，減低了管道阻力，延長元件的使用壽命?？? 編程控制器可實現(xiàn)軟啟動， 對交流電動機的分時分步啟動， 躲開高峰 電流避免對電網(wǎng)的沖擊。 PLC自動控制，不需要人員頻繁操作，降低 了人員勞動強度提高生產(chǎn)力。 基于 PLC的恒溫恒壓供水系統(tǒng)， 應(yīng)廣泛 推廣使用。