恒压供水系统的设计
A n h u i Voc a c t i o n a l & Tec h n i c a l C o l l e g e o f I n d u s t r y & Tr a d e
毕 业 论 文
PLC 变频器在恒压供水上的应用 The application of PLC, frequency converter in constant
pressure water supply
所在系院:
专业班级:
学生学号:
学生姓名:
指导教师:
电气与电子工程系 机电一体化技术(6)班 2014350614 刘军伟 李言武
2017年5月20日
安徽工贸职业技术学院
毕业设计(论文)任务书
系(院) 电气与电子工程系 专业 机电一体化技术 班级 (6) 学生姓名 刘军伟 学号 2014350614
一、题 目: PLC 变频器在恒压供水上的应用
二、内容与要求:
内容:1. 独立完成PLC 变频器在恒压供水上的应用设计。
2. 运用相关知识完成各模块的详细设计,调试及测试。
要求:1. 通过变频器控制水泵的转速。
2. 能够读懂变频恒压供水系统结构。
3. 能够看懂PLC 变频器的工作原理。
三、设计(论文)起止日期:
任务下达日期: 2016 年 5 月 25 日
完成日期: 2017 年 5 月 20 日
指导教师签名: 2016年5月25日
四、教研室审查意见:
教研室负责人签名:
2016年5月25日
安徽工贸职业技术学院
毕业设计(论文)指导教师、评阅人评语
专业、班级 机电一体化6班 学生姓名 刘军伟 完成日期 2017.5.20
题 目: PLC变频器在恒压供水上的应用
毕业设计(论文)共 22 页,其中:图 6 幅,表 2 个
指导教师评语:
建议成绩 指导教师(签名): 年 月
评阅人评语:
建议成绩 评阅人(签名): 年 月
日 日
安徽工贸职业技术学院
毕业设计(论文)成绩评定
专业、班级 机电一体化6班 学生姓名 刘军伟 完成日期 2017.5.20
题 目: PLC变频器在恒压供水上的应用
毕业设计(论文)共 22 页,其中:图 6 幅,表 2 个
毕业设计(论文)指导小组评定意见:
毕业论文成绩的评定:
系(院)负责人签名:
年 月 日
PLC 变频器在恒压供水上的应用
摘要 建设节约型社会,合理开发、节约利用和有效保护水资源是一项艰巨任务。根据用水时间集中,用水量变化较大的特点,分析了供水系统存在成本高,可靠性低,水资源浪费,管网系统待完善的问题。提出以利用自来水水压供水与水泵提水相结合的方式,并配以变频器、软启动器、PLC 、微泄露补偿器、压力传感器、液位传感器等不同功能等传感器,根据管网的压力,通过变频器控制水泵的转速,使水管中的压力始终保持在合适的范围。从而可以解决因楼层太高导致压力不足及小流量时能耗大的问题。
另外水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系,所以水泵调速运行的节能效果非常明显,平均耗电量较通常供水方式节省近四成。结合使用可编程控制器,可实现主泵变频,副泵软启动,具有短路保护、过流保护功能,工作稳定可靠,大大延长了电机的使用寿命。
关键词:变频调速 PLC 恒压供水 自动控制
The application of PLC, frequency converter in constant pressure water
supply
Abstract Build a conservation-minded society, reasonable development, economical utilization and effective protection of water resources is a difficult task. According to the characteristic of the large changes in water concentration, water supply, water supply system are analyzed is the high cost, low reliability, waste water, pipe network system to improve the problem. Put forward by use of tap water and water pressure water pump water the way of combining PLC and frequency converter, soft starter, and micro leak compensator, pressure sensor, liquid level sensor, and different functions such as sensors, according to the pipe
network pressure, through the inverter control of pump speed, to keep the pressure in the pipe is always in the right range. To solve the insufficient pressure as a result of floor is too high and the problem of energy consumption when small flow.
Another pump power consumption power three times of the direct relationship with the motor speed, so the pump speed run energy-saving effect is very obvious, the average power consumption is usually save nearly forty percent water supply way. Combined with the use of programmable controller, which can realize the main pump frequency conversion, the auxiliary pump soft start, with short circuit protection, over current protection function, stable and reliable work, greatly extend the service life of the motor.
Keywords :Frequency control of motor speed PLC Constant pressure water supply The automatic control
目 录
引 言 . ............................................................................................................................................ 1
第1章 PLC与变频器的概述 . ..................................................................................................... 2
1.1 PLC的发展史 . ............................................................................................................... 2
1.2 PLC的组成及特点 . ....................................................................................................... 2
1.2.1 组成 . .................................................................................................................... 2
1.2.2 特点 . .................................................................................................................... 2
1.3 变频器的发展史 . .......................................................................................................... 3
1.4 变频器的组成与特点 . .................................................................................................. 4
1.4.1 组成 . .................................................................................................................... 4
1.4.2 特点 . .................................................................................................................... 4
总 结 . ............................................................................................................................................ 6
参考文献 . ........................................................................................................................................ 7
致 谢 . ............................................................................................................................................ 8
引 言
近年来我国中小城市发展迅速,集中用水量急剧增加。据统计,从1990年到1998年,我国人均日生活用水量(包括城市公共设施等非生产用水)有175.7升增加到241.1升,增长了37.2%,与此同时我国城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。在用水量高峰期时供水量普遍不足,造成城市公用管网水压浮动较大。由于每天不同时段用水对供水压力的要求变化较大,仅仅靠供水厂值班人员依据经验进行人工手动调节很难及时有效的达到目的。这种情况造成用水高峰期时供水压力不足, 用水低峰期时供水压力过高。
供水厂希望通过对原有系统的技术改造,提高生产过程的自动化水平。并在此基础之上配备相应的系统管理软件,改变传统的落后管理方式,使管理工作规范化,提高水厂的业务管理水平。由于水厂原有的供水控制系统是一个完全依靠值班人员手动控制的系统,所以对该系统技术改造的要求是在原有系统的基础进行,设计一套取水和供水的自动控制系统,克服由于采用单纯手动控制系统进行控制带来的控制不方便、控制系统对供水管网中压力和水位变化反应迟钝的问题,降低能源消耗和资源浪费,提高设备的可维护性和运行的可靠性,以达到降低自来水的生产成本和提高生产管理水平的目的。
第1章 PLC与变频器的概述
1.1 PLC的发展史
20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器,使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能,完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后,为了方便和反映可编程控制器的功能特点,可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller (PLC )。
20世纪70年代中末期,可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段,计算机技术已全面引入可编程控制器中,使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20世纪80年代初,可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多,产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20世纪80年代至90年代中期,是可编程逻辑控制器发展最快的时期,年增长率一直保持为30~40%。在这时期,PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高,可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域,在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS 系统。
20世纪末期,可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元,使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。
1.2 PLC 的组成及特点
1.2.1 组成
可编程逻辑控制器,是一种采用一类可编程的技术,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。 1.2.2 特点
(1)使用方便,编程简单,采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言,而无需计算机知识,因此系统开发周期短,现场调试容易。另外,可在线修改程序,改变控制方案而不拆动硬件。
(2)功能强,性能价格比高一台小型PLC 内有成百上千个可供用户使用的编程元件,有很强的功能,可以实现非常复杂的控制功能。它与相同功能的继电器系统相比,具有很高的性能价格比。PLC 可以通过通信联网,实现分散控制,集中管理。
(3)硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强。PLC 产品已经标准化、系列化、模块化,配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用,用户能灵活方便地进行系统配置,组成不同功能、不同规模的系统。PLC 的安装接线也很方便,一般用接线端子连接外部接线。PLC 有较强的带负载能力,可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。硬件配置确定后,可以通过修改用户程序,方便快速地适应工艺条件的变化。
(4)可靠性高,抗干扰能力强。传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器,由于触点接触不良,容易出现故障。PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器,仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件,接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100,因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC 采取了一系列硬件和软件抗干扰措施,具有很强的抗干扰能力,平均无故障时间达到数万小时以上,可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场,PLC 已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。
(5)系统的设计、安装、调试工作量少。PLC 用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件,使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC 的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律,很容易掌握。对于复杂的控制系统,设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。PLC 的用户程序可以在实验室模拟调试,输入信号用小开关来模拟,通过PLC 上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后,在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决,系统的调试时间比继电器系统少得多。
(6)维修工作量小,维修方便。PLC 的故障率很低,且有完善的自诊断和显示功能。PLC 或外部的输入装置和执行机构发生故障时,可以根据PLC 上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因,用更换模块的方法可以迅速地排除故障。
1.3 变频器的发展史
变频技术诞生背景是交流电机的广泛需求。传统的直流调速技术因体积大故障率高而应用受限。
20世纪60年代以后,电力电子器件普遍应用了及其升级产品。但其调速性能远远无法满足需要。1968年以丹佛斯为代表的高技术企业开始批量化生产变频器,开启了变频器工业化的新时代。
20世纪70年代开始,脉宽调制变压变频(PWM-VVVF) 调速的研究得到突破,20世纪80年代以后微处理器技术的完善使得各种优化算法得以容易的实现。
20世纪80年代中后期,美、日、德、英等发达国家的 VVVF实用化,商品投入市场,得到了广泛应用。 最早的变频器可能是日本人买了英国专利研制的。不过美国和德国凭借电子元件生产和电子技术的优势,高端产品迅速抢占市场。
步入21世纪后,逐步崛起,现已逐渐抢占高端市场。上海和深圳成为国产变频器发展的前沿阵地,涌现出了像汇川变频器、英威腾变频器、安邦信变频器、欧瑞变频器等一批知名国产变频器。其中安邦信变频器成立于1998年,是我国最早生产变频器的厂家之
一。十几年来,安邦信人以浑厚的文化底蕴作基石,支撑着成长,企业较早通过TUV 机构ISO9000质量体系认证,被授予“国家级高新技术企业”, 多年被评为 “中国变频器用户满意十大国内品牌”。
1.4 变频器的组成与特点
1.4.1 组成
变频器是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。 1.4.2 特点
(1) 采用多重化PWM 方式控制,输出电压波形接近正弦波。
(2) 极低的dv/dt输出,无需任何形式的滤波器。
(3) 有的采用光纤通讯技术,提高了产品的抗干扰能力和可靠性。
(4) 功率单元自动旁通电路,能够实现故障不停机功能。
总 结
此次设计是以供水状况为设计课题,包括:恒压供水系统原理、恒压供水系统的电气实现、系统的硬件选型、系统的硬件电路设计和软件电路设计等,本设计一共包含四大章
设计内容,其主体是由变频技术,是现阶段水处理行业较为先进的供水方法。本系统与现在普通二级加压水厂相比,具有简单经济、控制方便、节能降耗的优点。
首先,普通二级加压水厂只单纯手动控制电机的启动和切换,这样在电机启动时会产生很大的启动电流,长此以往对电机寿命有很大损害,而且在供水时一直按工频全速运转效率低、能耗大。而本系统可根据实际压力变化自动调整变频器频率,从而改变电机转速,减少了能量的消耗。
其次,本设计运行维护简单方便,对于操作人员不要求具备专业的水处理知识,只根据操作说明书和操作规程就可以对整个水厂进行操作管理,因此,采用此设计建设的供水方式适应性强,在现阶段很受客户的欢迎
这种水处理技术未来发展前景很大,它的供水方式和控制方式都符合供水发展方向,是现代人们生活所要求的并且前景光明。
参考文献
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致 谢
通过这三个月来的忙碌和学习,本次毕业论文设计已接近尾声,作为一个大专生的毕业设计,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,在这里衷心感谢指导老师的督促指导,以及一起学习的同学们的支持,让我按时完成了这次毕业设计。
在毕业论文设计过程中,我遇到了许许多多的困难。在此我要感谢我的指导老师李言武老师给我悉心的帮助和对我耐心而细致的指导,我的毕业论文较为复杂烦琐,但是李言武老师仍然细心地纠正图中的错误。除了敬佩李言武老师的专业水平以外,他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作,我才得以解决毕业设计中遇到的种种问题。同时感谢我院、系领导对我们的教导和关注; 感谢大学三年传授我们专业知识的所有老师。谢谢你们呕心沥血的教导。还有谢谢我周围的同窗朋友,他们给了我无数的关心和鼓励,也让我的大学生活充满了温暖和欢乐。如果没有他们的帮助,此次毕业论文的完成将变得困难。他们在我设计中给了我许多宝贵的意见和建议。同时也要感谢自己遇到困难的时候没有一蹶不振,取而代之的是找到了最好的方法来解决问题。最后,感谢生我养我的父母。谢谢他们给了我无私的爱,为我求学所付出的巨大牺牲和努力。