摘要
本论文根据中国城市小区的供水要求，设计了一套基于PLC的变频调速恒压供水系统。以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点，变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、防雷避雷技术、现代控制、远程监控技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便地实现供水系统的集中管理与监控;同时系统具有良好节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。
变频恒压供水系统由可编程控制器、变频器、水泵机组、压力传感器、工控机等构成。本系统包含三台水泵电机，它们组成变频循环运行方式。采用变频器实现对三相水泵电机的软启动和变频调速，运行切换采用“先启先停”的原则。压力传感器检测当前水压信号，送入PLC与设定值比较后进行PID运算，从而控制变频器的输出电压和频率，进而改变水泵电机的转速来改变供水量，最终保持管网压力稳定在设定值附近。
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1.1课题的提出 (2)
1.2PLC概述 (3)
3.1.1简介PLC (3)
1.2.2 PLC的发展和应用 (3)
1.3课题主要研究内容 (4)
2 系统的理论分析及控制方案确定 (4)
2.1变频恒压供水系统的理论分析 (4)
2.1.1 电动机的调速原理 (4)
2.2.2 变频恒压供水系统的组成及原理图 (4)
3 系统的硬件设计 (6)
3.1 PLC的选型 (6)
3.2系统主电路分析及其设计 (7)
3.3系统控制电路分析及其设计 (7)
3.4PLC的I/O端口分配及外围接线图 (9)
3.4.1PLC的接线 (9)
3.5 变频器的选型 (9)
4 系统的软件设计 (10)
4.1系统软件设计分析 (10)
4.2PLC程序设计 (11)
4.2.1控制系统主程序设计 (11)
4.2.2 控制系统子程序设计 (12)
4.3PID控制器参数整定 (13)
4.3.2 变频恒压供水系统的近似数学模型 (15)
4.3.3 PID参数整定 (15)
5参考文献 (17)
1.1课题的提出
随着我国社会经济的发展，城市中各类小区建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活，也直接体现了小区物业管理水平的高低。
传统的小区供水方式有：恒速泵加压供水、气压罐供水、水塔高位水箱供水、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，其优、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，机组常处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大。
(2) 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起动频繁，停泵压力往往比较高。
(3) 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2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。
综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源等缺点，严重影响了居民的用水和工业系统中的用水。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着的节能效果和稳定可靠的控制方式，在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、停机时能减小电流对电网的冲击以及供水水压对管网系统的冲击。
基于PLC和变频技术的恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，同时系统具有良好的节能性，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。
1.2 PLC概述
3.1.1简介PLC
可编程控制器是60年代末在继电器系统上发展起来的，当时称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC。可编程控制器的产生和发展与继电器控制系统有很大的关系。继电器是一种用弱电信号控制强电信号的电磁开关，但在复杂的控制系统中，故障的查找和排除非常困难，不适应于工艺要求发生变化的场合。由此，产生了可编程控制器，它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术，用面向控制过程、面向用户的简单编程语句，适应工业环境，是简单易懂，操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制器，是当代工业自动化的主要支柱之一。可编程控制器具有丰富的输入/输出接口，并具有较强的驱动能力，但它的产品并不针对某一具体工业应用，其灵活标准的配置能够适应工业上的各种控制。在实际应用中，其硬件可根据实际需要选用配置，其软件则需要根据要求进行设计。
图3.1 PLC的硬件结构框图
可编程逻辑控制器，采用的是计算机的设计思想，最初主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算。随着微电子技术计算机技术和通信技术的发展，以及工业自动化控制愈来愈高的需求，PLC无论在功能上、速度上、智能化模块以及联网通信上，都有很大的提高。现在的PLC已不只是开关量控制，其功能远远超出了顺序控制、逻辑控制的范围，具备了模拟量控制、过程控制以及远程通信等强大功能。美国电气制造商协会(NEMA)将其正式命名为可编程控制器(Programmable Controller)，简称PC，但是为了和个人计算机(Persona1 Computer)的简称PC相区别，人们常常把可编程控制器仍简称为PLC。
1.2.2 PLC的发展和应用
世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司(DEC)研制的。早期的PLC 主要由分立组件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。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控制器，使PLC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。20世纪70年代中末期，可编程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。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。 20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、交通运输、及文化娱乐等各个行业。
