S7-200 PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計
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畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書學(xué)生姓名_ 指導(dǎo)教師_ 職稱 系別_信息與電子工程系_專業(yè) 工業(yè)電氣自動化 年級_04_班級 1 課題名稱 S7-200 PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計 任務(wù)與要求:一、 設(shè)計(論文)要求:隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展,變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng),變頻恒壓供水已廣泛應(yīng)用于廠礦企業(yè)及生活、消防等供水系統(tǒng)。S7-200PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速方式自動完成泵組軟啟動及無沖擊切換,自動調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速,改變以往“先啟后?!狈绞?,使水壓平穩(wěn)過渡。采用硬件/軟件備用及時鐘控制功能,使各泵進(jìn)行輪休,延長設(shè)備的機(jī)械使用壽命。變頻器故障時系統(tǒng)仍可運(yùn)行,保證不間斷供水。 系統(tǒng)組成及原理1、組成變頻恒壓供水系統(tǒng)原理如圖1所示,它主要是由S7-200PLC(包括一塊模擬量擴(kuò)展模塊EM235)、變頻器、壓力傳感器、液位傳感器、動力控制線路以及若干臺水泵等組成。通過控制柜面板上的按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)和指示燈來控制系統(tǒng)的運(yùn)行。3、運(yùn)行方式2、工作原理通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器,把出口壓力信號變成 4-20mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號經(jīng)西門子模擬量擴(kuò)展單元EM235 送入S7-200PLC,經(jīng)與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較、運(yùn)算后,發(fā)出控制信號送給變頻器,由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量,使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上;當(dāng)用水量超過一臺泵的供水量時,通過PLC 控制增加水泵。根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速,實現(xiàn)恒壓供水。同時系統(tǒng)通過軟件設(shè)計具有定時換泵和系統(tǒng)聲、光報警及多種保護(hù)功能。3、運(yùn)行方式系統(tǒng)應(yīng)具有手動和自動兩種運(yùn)行方式(通過變頻工頻選擇開關(guān)選擇): 手動運(yùn)行按下按鈕啟動或停止水泵,可根據(jù)需要分別控制14泵的啟停。該方式主要供檢修及變頻器故障時用。 自動運(yùn)行合上自動開關(guān)后,1泵電機(jī)通電,變頻器輸出頻率從0Hz上升,S7-200PLC 接受壓力傳感器的標(biāo)準(zhǔn)信號,經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較,將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器,如壓力不夠,則頻率上升到50,1泵由變頻切換為工頻,啟動2泵變頻,變頻器逐漸上升頻率至給定值,加泵依次類推;如用水量減小,從先啟的泵開始減,同時根據(jù)系統(tǒng)的PID算法調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。4、故障處理故障報警 當(dāng)出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、超壓、差壓等情況時,系統(tǒng)皆能發(fā)出聲、光報警信號;通知維修人員前來維修。此外,變頻器故障時,系統(tǒng)自動停機(jī),此時可切換至手動方式保證系統(tǒng)不間斷供水。 水泵檢修 為維護(hù)和檢修水泵,要求在系統(tǒng)正常供水狀態(tài)下,在一段時間間隔內(nèi)使某一臺水泵停運(yùn),系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有水泵強(qiáng)制備用功能(硬件備用),可隨意備用某一臺水泵,同時不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行;為了使水泵進(jìn)行輪休,系統(tǒng)還應(yīng)設(shè)有軟件備用功能,工作泵與備用泵應(yīng)具有周期定時切換功能。 PLC控制系統(tǒng)該系統(tǒng)采用西門子S7-200PLC CPU224,本機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)為14入10 出,另為獲取和發(fā)出模擬信號選用4入2出的EM235一塊,PLC編程采用STEP7軟件,它是西門子PLC的視窗軟件支持工具,提供完整的編程環(huán)境,可進(jìn)行離線編程和在線連接和調(diào)試,并能實現(xiàn)梯形圖與語句表的相互轉(zhuǎn)換。控制過程:泵組的切換開始時,若硬件、軟件皆無備用(兩者同時有效時硬件優(yōu)先),1泵變頻啟動,轉(zhuǎn)速從開始隨頻率上升,如變頻器頻率到達(dá)50Hz,而此時水壓還在下限值,延時一段時間(由PLC內(nèi)部時間繼電器控制,目的是避免由于干擾而引起誤動作)后,1泵切換至工頻運(yùn)行,同時變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz,2泵變頻啟動,如水壓仍不滿足,則依次啟動3、4泵;若開始時1泵備用,則直接啟2變頻,轉(zhuǎn)速從開始隨頻率上升,如變頻器頻率到達(dá)50Hz,而此時水壓還在下限值,延時一段時間后,2泵切換至工頻運(yùn)行,同時變頻器頻率由50 Hz滑停至0 Hz,3泵變頻啟動,如水壓仍不滿足,則啟動4泵;若1、2泵都備用,則直接啟3變頻,具體泵的切換過程與上述類同。同樣,如水壓在上限值,若臺泵(假設(shè)為1、2和3)運(yùn)行時,3泵變頻運(yùn)行降到 0Hz,此時水壓仍處于上限值,則延時一段時間后使1泵停止,3泵變頻器頻率從Hz 迅速上升,若此后水壓仍處于上限值,則延時一段時間后使2泵停止。這樣的切換過程,有效地減少泵的頻繁啟停,同時在實際管網(wǎng)對水壓波動做出反應(yīng)之前,由變頻器迅速調(diào)節(jié),使水壓平穩(wěn)過渡。以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水壓高時,通常是采用停變頻泵,再將變頻器以工頻運(yùn)行方式切換到正在以工頻運(yùn)行的泵上進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種切換的方式,理論上要比直接切工頻的方式先進(jìn),但其容易引起泵組的頻繁啟停,從而減少設(shè)備的使用壽命。而我們這次的設(shè)計的系統(tǒng)中,要求直接停工頻泵,同時由變頻器迅速調(diào)節(jié),只要參數(shù)設(shè)置合適,即可實現(xiàn)泵組的無沖擊切換,使水壓過渡平穩(wěn),有效的防止水壓的大范圍波動及水壓太低時的短時缺水現(xiàn)象,提高供水品質(zhì)。 注意事項1、變頻轉(zhuǎn)工頻開關(guān)切換時間T設(shè)置是為了確保在加泵時,泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻的過程中,同一臺泵的變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行各自對應(yīng)的交流接觸器不會同時吸合而損壞變頻器,同時為了避免工頻啟動時啟動電流過大而對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊,所以在允許范圍內(nèi)必須盡可能的小。2、上下限頻率持續(xù)時間TH和TL變頻器運(yùn)行的頻率隨管網(wǎng)用水量增大而升高,系統(tǒng)以變頻器運(yùn)行的頻率是否達(dá)到上限(下限)、并保持一定的時間為依據(jù)來判斷是否加泵(減泵),這個判斷的時間就是TH(TL)。如果設(shè)定值過大,系統(tǒng)就不能迅速的對管網(wǎng)用水量的變化做出反應(yīng);如果設(shè)定值過小,管網(wǎng)用水量變化時就很可能引起頻繁的加減泵動作;兩種情況下都會影響恒壓供水的質(zhì)量。 本畢業(yè)設(shè)計課題的主要內(nèi)容:1、 學(xué)習(xí)S7-200PLC(包括一塊模擬量擴(kuò)展模塊EM235)、變頻器的有關(guān)知識;2、 了解變頻恒壓供水原理及工藝,根據(jù)設(shè)計任務(wù)和工藝要求設(shè)計并構(gòu)成系統(tǒng)硬件,同時進(jìn)行設(shè)備及元器件的選型;3、 掌握變頻調(diào)速原理及其升速、啟動、降速和制動的方法;4、 學(xué)習(xí)并掌握PLC應(yīng)用的開發(fā)步驟,PID調(diào)節(jié)原理、參數(shù)設(shè)置和設(shè)定值的調(diào)整方法,PLC程序編制及運(yùn)行和模擬調(diào)試;5、 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書完成開題報告1份,根據(jù)指導(dǎo)教師要求完成外文文獻(xiàn)的翻譯,按系規(guī)劃格式完成設(shè)計說明書1份;6、 按指導(dǎo)教師要求參加相關(guān)的實習(xí),完成實習(xí)總結(jié)。二、 設(shè)計(論文)條件:自備計算機(jī)一臺,Siemens Step7 編程軟件、提供設(shè)計所需參考資料及相應(yīng)的設(shè)計場所等。三、 設(shè)計(論文)資料:1、黃云龍.可編程控制器教程,北京:科學(xué)出版社,2003.2、袁任光.可編程控制器選用手冊,北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.3、陳宇.可編程控制器基礎(chǔ)及編程技巧,廣州:華南理工大學(xué)出版社,1999.4、李景學(xué)、金廣業(yè).可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計方法,北京:電子工業(yè)出版社,1995.5、黃立培、張學(xué)編.變頻器應(yīng)用技術(shù)及電動機(jī)調(diào)速,人民郵電出版社,1999.6、黃大雷、吳庚申.可編程控制器及其應(yīng)用,人民交通出版社 1993.7、洱洪濤 .可編程序控制器(PLC)原理及應(yīng)用,中國水利水電出版社 1999.8、韓焱青.PLC控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng),武漢化工學(xué)院學(xué)報 2000年04期9、http:/www.ad.siemens.com.cn/products/as/s7_200/網(wǎng)站有關(guān)S7-200PLC、變頻器、低壓電器、自動化軟件的查詢,下載Siemens Step7 編程軟件,學(xué)習(xí)相關(guān)的應(yīng)用實例。四、 設(shè)計(論文)教學(xué)要求:要求同學(xué)們有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)和自學(xué)能力,能根據(jù)需要查找資料,獨(dú)立思考和設(shè)計。在設(shè)計過程當(dāng)中要求同學(xué)們相互協(xié)作。五、 設(shè)計(論文)進(jìn)度安排:(可以同一專業(yè)相同)第01周至第03周:查閱相關(guān)網(wǎng)站及英文資料(并翻譯一篇外文資料),收集有關(guān)S7-200PLC、變頻器、低壓電器、Siemens Step7 編程軟件的資料。第04周至第04周:根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求,完成畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告。第05周至第12周:根據(jù)系統(tǒng)組成原理及給定的供水流量、壓力和電機(jī)參數(shù),進(jìn)行變頻器、S7-200模擬量擴(kuò)展單元、壓力傳感器等的選型,設(shè)計恒壓供水系統(tǒng)硬件原理系統(tǒng),設(shè)定變頻器特性,編制PLC程序,通過軟件設(shè)計具有定時換泵和系統(tǒng)聲、光報警等多種保護(hù)功能,進(jìn)行仿真試驗,并分析仿真結(jié)果。第13周至第15周:整理相關(guān)資料,完成畢業(yè)設(shè)計(論文)手稿及最終電腦打印的畢業(yè)論文;第16周:畢業(yè)設(shè)計(論文)小組答辯;第17周:答辯。六、 學(xué)生分組名單:- 4 -
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S7-200
PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計
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