基于PLC的变频恒压供水系统设计：集成与控制策略

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绪论 1

1.1 课题的提出及其意义........................................................................................................................1

1.2 供水系统的国内外开展及现状......................................................................................................1

1.3 PLC 概述...............................................................................................................................................2

1.4 西门子 S7-200PLC 简介....................................................................................................................2

1.5 本课题的主要研究内容 ...................................................................................................................2

2 系统的理论分析和控制方案确定 ............................................................................................................4

2.1 电动机的调速原理 ............................................................................................................................4

2.2 恒压供水系统的根本特征...............................................................................................................4

2.3 控制方案的比照和确定 ...................................................................................................................5

2.4 本系统的工作原理 ...........................................................................................................................6

2.5 水泵的实际增减条件分析..............................................................................................................6

3 系统的硬件设计...........................................................................................................................................8

3.1 系统主要设备的选型.......................................................................................................................8

3.2 系统的主电路分析以及设计 ..........................................................................................................9

3.4 PLC 的 I/O 端口分配及外围接线图..........................................................................................10

4 系统的软件设计..........................................................................................................................................12

4.1 软件设计分析 ...................................................................................................................................12

4.2 PLC 的程序设计...............................................................................................................................12

4.2.1 控制系统的主程序设计 12

4.2.2 控制系统子程序设计 16

4.3 PID 控制及其算法 18

4.3.1 PID 控制原理简介 18

4.3.2 PID 参数整定及波形图仿真 19

5 监控系统设计...............................................................................................................................................21

5.1 组态软件及其通信参数设置........................................................................................................21

5.2 新建工程和组态变量......................................................................................................................22

5.3 组态画面.............................................................................................................................................23

5.4 监控系统界面 ..................................................................................................................................23

结论 25

致谢 26

参考文献...........................................................................................................................................................27

附录....................................................................................................................................................................28

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绪论

1.1 课题的提出及其意义

目前，不管城市还是农村用水量都在增长。不同的时间，不同的季节，不同的地理环

境和人口数量等都或多或少的会影响到用水量，老的供水方式不能满足居民的用水需求和

用水平安。供水压力是否恒定对于工业生产和一些用户来说是非常重要的，如果遇到紧急

情况，由于水压的不稳定而导致发生的火灾，甚至导致了人员的伤亡，那将懊悔莫及。而

由于用水量的多少是时时刻刻都在变动的，人多的时候自然压力大，人少时压力低。确保

管道压力变化很小，实现用水与供水根本平衡。这不仅保障了用户用水平安，减少事故的

发生，还起到了节约水资源的目的。因此老的给水设计早已不能到达人们的需求。要想满

足人们的这一需求减少水资源的浪费，采用变频恒压给水设计，摒弃以前的设计，无疑是

目前非常合理、可高、方便、平安、节能、省心的选择。

我国是个水资源缺乏的国家，另外我国的水泵机虽然数量多、X 围广、类型多，在技

术上也有自己的一定水平，但是和兴旺国家相比还有不小的差距。使用变频恒压技术不仅

具有上述意义，还能为我国水泵机的研究开展出力。因此，本论文的研究设计具有多个重

要意义。

1.2 供水系统的国内外开展及现状

变频调速技术开展快速的后几年内变频恒压也快速的开展起来，由于国外生产的变频

器的功能一般都限于速度控制，从制动控制、频率控制、变频调速、正反转控制、控制和

各种保护功能。变频恒压供水系统的实施机构，为满足不同的供水规模的需求，以确保恒

定的压力管道，需要增加压力控制器和外部的压力传感器，与外部的压力传感器，形成闭

环控制。目前，这类工程的恒压供水系统中存在着大量的企业在做；其中绝大局部水管的

调节、管网压力的检测和转速的调节等都是用的兴旺国家的变频器，还有些厂家用的是单

片机；有的采用 PLC 来控制及相应软件予以实现。但在一些其他方面还达不到特殊客户的

具体要求。如稳定性、动态平衡性等。从搜查的文件资料来看，有多数国外的设计采用的

是一台变频器控制只控制了一台水泵机组，因此存在本钱较高的情况。德国人在 1964 年最

先提出把通信技术中的脉宽调制和 PWM 技术结合到交流传动中。从 20 世纪 80 年代后半

期开场，从上世纪 80 年代的后半局部，基于变频调速技术的通用变频器已经商业化并广泛

应用于美国、日本、德国、英国等兴旺国家。在我国，通过电动机消耗掉的电量占了

60%，因此如何通过电机调速技术进来到达节约电能的目的，一直备受到国家相关单位和

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