1、 A n h u i V o c a c t i o n a l & T e c h n i c a l C o l l e g e o f I n d u s t r y & T r 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 ： 电气与电子工程系 专业班级 ： 机电一体化技术（ 6）班 学生学号 ： 2014350614 学生姓名 ： 刘军伟 指导教师 ： 李言武 2017 年 5 月 20 日 安徽工贸职业
2、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 2
3、5 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 日 评阅人评语 ： 建议成绩 评阅人（签名）： 年 月 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
4、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： 指导教师 审阅成绩（ 70%） 评阅教师 评阅成绩（ 30%） 总 分 系（院）负责人签名： 年 月 日 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文） I 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
5、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 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文） II The application of PLC, frequency converter in
6、 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
7、 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 sens
8、or, 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 wh
9、en 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 cont
10、roller, 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
11、 supply The automatic control 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文） III 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 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文） 1 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 199
12、8 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
13、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。 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文） 2 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
14、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，
15、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 3040%。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
16、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
17、可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文） 3 （ 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。
18、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
19、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。
