PLC水塔水位控制系统的设计
常州信息职业技术学院
学生毕业设计（毕业论文）
系别：机电工程系
专业：机电一体化
班级：机电061
学生姓名：彭靖尧
学生学号：0604053125
设计（论文）题目： PLC水塔水位控制系统的设计指导教师：岳东海
设计地点：常州信息职业技术学院
起迄日期：2008-8-4 ——2008-8-25
毕业设计（论文）任务书
专业机电一体化班级机电061 姓名彭靖尧
一、课题名称：PLC水塔水位控制系统的设计
二、主要技术指标：1、PLC能提供可编程逻辑分析和PID功能
的可编程逻辑控制器）
（SATTCONTORL公司生产PLC
5
2、变频器的工作电压为380V，随机容量为24kwA（IPF-24变频器）
三、工作内容和要求：通过出水母管中安装压力变送器，将水压值转换为5-25mA 电流信号输入PLC，把该信号与水位设定值相比较，并经PID运算后，由PLC把计算结果作为输出信号送往变频器，控制变频器的输出频率，从而调整水泵电机的转速，使出水母管水压稳定，即水塔中的水位高度稳定在设定值上。系统设有备用泵和消防功能，水位显示及报等功能。
四、主要参考文献：
[1]谢又成，章棘.PLC在恒压供水自动控制系统中的应用（J）l.电工技术杂志，2003,(2):36-37.
[2]戴广平.电动机变频器与电力拖动[M].北京:中国石化出版社，1999. 89-106.
[3]何衍庆，戴自样，俞金寿.可编程序控制器原理及应用技巧[M].北京:化学工业出版社，1998. 6-16.
[4]郑萍.现代电气控制技术[M].重庆:重庆大学出版社，2001.1
学生（签名）年月日
指导教师（签名）年月日
教研室主任（签名）年月日
系主任（签名）年月日
毕业设计（论文）开题报告
目录
0绪论 (5)
0.1双恒压供水系统的目的与研究意义 (5)
0.2交流变频调速的优势与应用 (7)
0.3可编程序控制器的特点与应用 (10)
1变频器的节能原理 (17)
1.1变频器的控制方式 (17)
1.2变频调速的调速及节能原理 (17)
2控制系统硬件设计 (19)
2.1主电路设计 (19)
2.2控制电路设计 (19)
3各种元器件的选择 (21)
3.1PLC的选择 (21)
3.2变频器的选择 (21)
3.3压力传感器的选择 (21)
3.4触摸屏的选择 (22)
3.5软启动的选择 (23)
4恒压供水系统软件设计 (24)
4.1程序功能图的设计 (24)
4.2内置PID功能及其编程 (25)
4.3系统程序设计及说明 (26)
4.4输入输出地址分配表如下…………………………
6小结……………………………………………………
7致谢……………………………………………………
8参考文献………………………………………………
PLC水塔水位控制系统的设计
摘要:该毕业设计对环保、节能、自动补压型给水设备作了介绍。从节能科技的实践出发，阐述了变频调速技术在高楼给水设备中的应用。以PLC电路控制方式，介绍了智能水压控制系统的工作原理及PLC控制系统。在分析水压控制的工作流程的基础上，给出了PLC控制系统的硬件和软件设计。智能水压控制系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置与可编程控制器（PLC）构成控制系统，进行优化控制,完成供水压力的恒定控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入变频器运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。
关键词:恒压供水，FX2N-PLC可编程序控制器、压力传感器、变频器PID运算、PLC控制、恒压供水。
Abstract:Be graduation practice's turn to have filled up pressure type water supply equipment work to environmental protection , energy conservation , automation introduce that. The frequency conversion speed regulation technology having set off from energy conservation science and technology practice , expounding hits the target in high building water supply equipment applying。Introduced the intelligent hydraulic pressure control system principle of work and the PLC control system. In in the analysis hydraulic pressure control work flow foundation, has produced the PLC control system hardware and the software design. The intelligent hydraulic pressure control system basic control strategy is: Uses the
electric motor speeder and the programmable controller (PLC) constitutes the control system, carries on the optimized control,Completes the water supply pressure the constant control, when pipe network current capacity change achieved the stable water supply pressure and saves the electrical energy the goal. The system control goal is the pumping station main pipe water leakage pressure, the system hypothesis carries on the comparison for the hydraulic pressure value and the feedback main pipe pressure actual value, after its interpolation inputs CPU operation processing, sends out the control command, the control pumps the electric motor to throw transports the Taiwan number and the movement variable displacement pump electric motor rotational speed, thus achieved stabilizes for the water main pipe pressure in hypothesis Pressure.
Keyword:PLC control the FX2N-PLC programmable、Pressure sensor 、Frequency transformer PID arithmetic、PLC controlled 、The constant voltage supplies water。
0 绪论
0.1双恒压供水系统的目的和研究意义
恒温恒压供水系统对于生活是非常重要的,例如在房屋供水工程中,若自来水供水因故压力不足或短时缺水,可能影响居民生活.又如当发生火警时,若供水压力不足或无水供应,不能迅速灭火,可能引起重大损失和人员伤亡,恒温供水则能保证供给用户的水保持在设定的温度范围内.所以,生活小区采用生活/消防双恒压系统,具有较大的经济和社会意义.
0.2交流变频调速技术的优势与应用
对于可调速的电力拖动系统，工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。它们最大的不同之出主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械向器——整流子。
20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。
交流变频调速的优异特性
(1)调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。
(2)调速范围较大，精度高。
(3)起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。
(4)变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。
(5)易于实现过程自动化。
0.3可编程序控制器的特点及应用
1. 可靠性高，抗干扰能力强
如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使PLC在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使PLC在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能提高平均故障间隔时间；如果能在PLC上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在永久性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能降低PLC的平均修复时间。为此，各PLC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PLC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PLC具有了很强的抗干扰能力。
·硬件措施：
主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储器完成，I/O系统设计有完善的通道保护和信号调理电路
·软件措施：
有极强的自检及保护功能。
2 .通用性强，控制程序可变，使用方便
PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。
3.功能强，适应面广
现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。
4.编程简单，容易掌握
目前，PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。
PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC 内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。
5.减少了控制系统的设计及施工的工作量
由于PLC采用了软件来取代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，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。
6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便
PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。以三菱公司的F1-40M型PLC为例：其外型尺寸仅为305×110×110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、适应环境温、湿度变化的能力。现在三菱公司又有FX系列PLC，与其超小型品种F1系列相比：面积为47%,体积为36%，在系统的配置上既固定又灵活，输入输出可达24～128点。
第二章变频器的节能原理
2.1变频器的控制方式
低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交 直 交电路。其控制方式经历了以下四代。
2.1.1 U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式
其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。
2.1.2电压空间矢量（SVPWM）控制方式
它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。
2.1.3 矢量控制（VC）方式
矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。
2.1.4 直接转矩控制（DTC）方式
1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。
直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。
2.1.5 矩阵式交—交控制方式
VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交－直－交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交－交变频应运而生。由于矩阵式交－交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。具体方法是：
——控制定子磁链引入定子磁链观测器，实现无速度传感器方式；
——自动识别（ID）依靠精确的电机数学模型，对电机参数自动识别；
——算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制；
——实现Band Band控制按磁链和转矩的Band－Band控制产生PWM信号，对逆变器开关状态进行控制。
矩阵式交 交变频具有快速的转矩响应（<2ms），很高的速度精度（±2％，无PG反馈），高转矩精度（<＋3％）；同时还具有较高的起动转矩及高转矩精度，尤其在低速时（包括0速度时），可输出150％～200％转矩。
2.2变频调速的调速、节能原理
1、动态功率因数补偿节能
无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是因为功率因数的降低导致电网有功功率的降低。由公式S’＝p’＋Q’，Q＝S*SIN￠，P=S*COS￠，其中：S-视在功率，Q-无功功率，P-有功功率，COS￠-功率因数。可知，当COS￠越大，有功功率P越大。普通定量泵注塑机COS￠值在0.6－0.8之间，而使用变频调速节能控制装置后，由于变频器内滤波电容的作用，使得COS￠≈1，从而减小了无功损耗，增大了电网的有功功率。
2、软启动节能
由于电机为直接启动或Y/D启动，启动电流等于(3-7)倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对设备的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和模具的使用寿命。
3、变频调速节能装置的控制系统
根据注塑机的工艺要求，利用注塑机电脑的同步控制信号及电气控制，从注塑机的压力电磁比例阀和流量电磁比例阀分别取出0-1ADC的模拟电流信号，送电流/电压变送器综合处理转变为0-10VDC的模拟电压信号，直接加在变频器的输入端，从而改变变频器的输出频率，即改变油泵电机的转速，来改变油泵电机的输出流量Q,满足注塑机在各个工序中所需的油压大小和流量速度，将传统的定量泵转变为变量泵。
第三章控制系统硬件设计
3.1主电路设计
按变频调速恒压供水系统原理设计的水塔水位控制系统框图如图2所示,市网自来水用水位控制器eq来控制注水阀yv1,只要水位低于高水位,则自动往水池注水。水池的高/低水位信号也直接送给plc,作为高/低水位报警。为了保证供水的连续性,水位的上下限距离较小。生活用水和消防用水共用三台水泵[3],平时电磁阀yv2处于失电状态,关闭消防管网,当火灾发生时,电磁阀yv2得电,关闭生活用水管网,三台水泵供消防用水使用,并维持消防用水的高压值。火灾解除后,三台水泵改为生活用水使用,并循环运行,维持生活用水的低恒压值。每台水泵电机既可以变频运行,又可以工频运行。当用水量较小时,一台水泵在变频器的控制下稳定运行,当用水量大到水泵全速运行也不能保证管网的压力稳定
时,plc给定的压力下限信号与变频器的高速信号同时被plc检测到,plc自动将原工作在变频状态下的水泵投入到工频运行,以保持压力的连续性,同时将下一台水泵用变频器起动后投入运行,以加大管网的供水量保证压力稳定;若两台水
泵运转仍不能满足压力的要求,则依次将变频工作状态下的水泵投入到工频运行,再将一台水泵投入变频运行;当用水量减少时,首先表现为变频器已工作在最低速信号有效,这时压力上限信号如仍出现,plc首先将最先工频运行的水泵停掉,以减少供水量,当上述两个信号仍存在时,plc再停掉第二台工频运行的水泵,直到最后一台泵用变频器恒压供水。所有水泵电机从停止到启动及从启动到停止都由变频器来控制,实现带载软启动,避免了启动大电流给水泵电机带来冲击,延长了电机的使用寿命。同时系统供水采用变频运行水泵循环方式,以“先开先关”的顺序关水泵,这样,既保证供水系统有备用水泵,又保证系统水泵有相同的运行时间,有效地防止因为备用水泵长期不用发生锈死现象,提高了设备的综合利用率,降低了维护费用。
图1
3.2控制电路设计
利用定时器中断功能实现pid控制的定时采样及输出控制,三台水泵切换信号的生成、接触器逻辑控制信号的综合及报警处理等都由程序控制。在程序设计时充分考虑到负载均衡性原则,采取“先入先出”的排队策略,执行变频方式轮值,确保各水泵使用率基本均衡。生活及消防双恒压的两个恒定值是采用数字式方式直接在程序中设定的。生活供水时系统设定值为满量程的70%,消防供水时系统设定值为满量程的90%.pid回路增益和时间常数初步设定为:增益kc=0.25、采样时间ts=0.2 s、积分时间ti=30 min.根据具体情况需进一步调整以达到最优的控制效果。
为了恒定供水,在水压降落时要升高变频器的输出频率,当变频器达到上限频率且一台水泵还不能满足恒压要求时,则把变频运行的水泵切换到工频上运行,同时需要变频启动第二台或第三台水泵,直到满足供水要求。判断需不需要启动新水泵的标准就是变频器的输出频率是否达到设定的上限值。为了判断变频器工作频率达上限值的准确性,应滤去偶然的频率波动起的频率达到上限的情况。变频器控制水泵电机的每一次启动均为软启动,并规定各台水泵必须交替使用,任一台泵连续变频运行不得超过3 h,因此每次需启动新水泵时,将现行运行的水
泵从变频器上切除,并换上工频电源运行,将变频器复位并用于新运行水泵的启动。三台水泵的工作循环控制是使用水泵号加1的方法实现(到3在加1时等于零),即用水泵的总数结合水泵号实现水泵的轮换工作
图2
第四章各种元器件的选择
4.1 PLC的选择
（1 ）对输入/ 输出点的选择
盲目选择点数多的机型会造成一定浪费。要先弄清除控制系统的I/O 总点
数，再按实际所需总点数的15 ～20 ％留出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需PLC 的点数。
另外要注意，一些高密度输入点的模块对同时接通的输入点数有限制，一般同时接通的输入点不得超过总输入点的60 ％；PLC 每个输出点的驱动能力（A/ 点）也是有限的，有的PLC 其每点输出电流的大小还随所加负载电压的不同而异；一般PLC 的允许输出电流随环境温度的升高而有所降低等。在选型时要考虑这些问题。
PLC 的输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法。隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级，但这种PLC 平均每点的价格较高。如果输出信号之间不需要隔离，则应选择前两种输出方式的PLC 。
（ 2 ）对存储容量的选择
对用户存储容量只能作粗略的估算。在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输入总点数乘10 字/ 点＋输出总点数乘 5 字/ 点来估算；计数器/ 定时器按（3 ～ 5 ）字/ 个估算；有运算处理时按（ 5 ～10 ）字/ 量估算；在有模拟量输入/ 输出的系统中，可以按每输入/ （或输出）一路模拟量约需（80 ～100 ）字左右的存储容量来估算；有通信处理时按每个接口200 字以上的数量粗略估算。最后，一般按估算容量的50 ～100 ％留有裕量。对缺乏经验的设计者，选择容量时留有裕量要大些。
（ 3 ）对I/O 响应时间的选择
PLC 的I/O 响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在 2 ～ 3 个扫描周期）等。对开关量控制的系统，PLC 和I/O 响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑I/O 响应问题。但对模拟量控制的系统、特别是闭环系统就要考虑这个问题。
（ 4 ）根据输出负载的特点选型
不同的负载对PLC 的输出方式有相应的要求。例如，频繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶闸管输出型的，而不应选用继电器输出型的。但继电器输出型的PLC 有许多优点，如导通压降小，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）且电压等级范围大等。所以动作不频繁的交、直流负载可以选择继电器输出型的PLC 。
（ 5 ）对在线和离线编程的选择
离线编程示指主机和编程器共用一个CPU ，通过编程器的方式选择开关来选择PLC 的编程、监控和运行工作状态。编程状态时，CPU 只为编程器服务，而不对现场进行控制。专用编程器编程属于这种情况。在线编程是指主机和编程器各有一个CPU ，主机的CPU 完成对现场的控制，在每一个扫描周期末尾与编程器通信，编程器把修改的程序发给主机，在下一个扫描周期主机将按新的程序对现场进行控制。计算机辅助编程既能实现离线编程，也能实现在线编程。在线编程需购置计算机，并配置编程软件。采用哪种编程方法应根据需要决定。
（ 6 ）据是否联网通信选型
若PLC 控制的系统需要联入工厂自动化网络，则PLC 需要有通信联网功能，即要求PLC 应具有连接其他PLC 、上位计算机及CRT 等的接口。大、中型机都有通信功能，目前大部分小型机也具有通信功能。
（7 ）对PLC 结构形式的选择
在相同功能和相同I/O 点数据的情况下，整体式比模块式价格低。但模块式具有功能扩展灵活，维修方便（换模块），容易判断故障等优点，要按实际需要选择PLC 的结构形式
4.2变频器的选择
使用SV300在水塔水位控制将使线路简化,只需将水位侦测器,启动/停止开关和操作/异常指示灯连接至SV300即可
A.使用SV300水塔水位控制外部接线
图3
4.3 压力传感器的选择
一、压力传感器的主要性能参数
１．额定压力范围
额定压力范围是满足标准规定值的压力范围。也就是在最高和最低温度之间，传感器输出符合规定工作特性的压力范围。在实际应用时传感器所测压力在该范围之内。
２．最大压力范围
最大压力范围是指传感器能长时间承受的最大压力，且不引起输出特性永久性改变。特别是半导体压力传感器，为提高线性和温度特性，一般都大幅度减小额定压力范围。因此，即使在额定压力以上连续使用也不会被损坏。一般最大压力是额定压力最高值的２－３倍。
３．损坏压力
损坏压力是指能够加工在传感器上且不使传感器元件或传感器外壳损坏的最大压力。
４．线性度
线性度是指在工作压力范围内，传感器输出与压力之间直线关系的最大偏离。
５．压力迟滞
为在室温下及工作压力范围内，从最小工作压力和最大工作压力趋近某一压力时，传感器输出之差。
６．温度范围
压力传感器的温度范围分为补偿温度范围和工作温度范围。补偿温度范围是由于施加了温度补偿，精度进入额定范围内的温度范围。工作温度范围是保证压力传感器能正常工作的温度范围。
4.4触摸屏的选择
触摸屏（提供以下选择）
四线、五线电阻屏15.1"—21.1"
五线电阻屏 15.1"－ 18.1"
表面声波屏 15.1"－ 18.1"
红外屏 15.1"－ 18.1"
显示器（提供以下选择）
飞利浦、三星、ACER 、优派、等显示器
表面处理采用进口汽车金属烤漆
（可选用金属光面漆、金属亚光漆、喷塑磨沙漆）
音响
特制功放,防磁立体声。
控制面板
主机,显示器,音响开关, 音量调谐,备用电源插座。
打印机自动切纸微型热敏打印机
键盘金属键盘
可选配件
MPC标准组件（声卡、专业音响、CD—ROM）
读卡器(符合ISO7811和ISO781标准手动磁卡/IC卡读卡器)
防暴金属听筒
网络接口
提供RJ45标准网络接口
提供RJ11标准电话接头
工作环境
温度：+5℃ - +35℃
湿度：40% - 80%（相对，非压缩）
物理尺寸
高1400mm ×宽430mm ×深510mm
电源
电压：AC220V ± 10% 50HZ ± 1HZ
功率：<200W
开机瞬间电流3A
4.5软起动的选择
生活泵专用STR软起动控制装置是应用于一台水泵运行一台水泵备用（备用可选）的场合。当运行的水泵故障停机后，则备用水泵自动投入运行。此装置与液位控制器相配合，适用于工矿企业、科研设施及民用建筑等系统中的水塔、水池和各种容器的液位自动控制，或类似设备的自动控制。控制装置具有自动、手动选择开关和备用水泵自动投入，以及上下限和备用泵投入报警、指示功能。本装置设有一个转换开关，两对起/停及报警解除按钮，转换开关可用于备用、手动／自动选择。每台软起动器均有一个键盘面板用于设置参数、显示电机的运行电流、故障状况，如果需要对本控制装置进行远地控制可通过装置内远控接点进行操作，有起停输入接点、运行输出接点、故障输出接点（均为无源继电器接点）等。
规格：STR008-1B1-YW～STR200-1B1-YW（7.5KW-200KW）
5 恒压供水系统软件设计
5.1程序功能图的设计
1)原理
系统采用3台水泵并联运行方式，压力传感器将主水管网水压变换为电信号，经模拟量输入模块，输入PLC，PLC根据给定的压力设定值与实际检测值进行PID运算，输出控制信号经模拟量输出模块至变频器，调节水泵电机的供电电压和频率。当用水量较小时，一台泵在变频器的控制下稳定运行，当用水量大到水泵全速运行也不能保证管网的压力稳定时，PLC给定的压力下限信号与变频器的高速信号同时被PLC检测到，PLC自动将原工作在变频状态下的泵投入到工频运行，以保持压力的连续性，同时将下一台备用泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量保证压力稳定。若2台泵运转仍不能满足压力的要求，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行，再将一台备用泵投入变频运行。当用水量减少时，首先表现为变频器已工作在最低速信号有效，这时压力上限信号如仍
出现，PLC首先将最先工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述2个信号仍存在时，PLC再停掉第2台工频运行的电机，直到最后一台泵用变频器恒压供水。
所有水泵电机从停止到启动及从启动到停止都由变频器来控制，实现带载软启动，避免了启动大电流给水泵电机带来冲击，相对延长了电机的使用寿命。同时，系统供水采用变频泵循环方式，以“先开先关”的顺序关泵，工作泵与备用泵不固定死，这样，既保证供水系统有备用泵，又保证系统泵有相同的运行时间，有效地防止因为备用泵长期不用发生锈死现象，提高了设备的综合利用率，降低了维护费用。
(2)系统硬件
系统选用了西门子公司的S7-214PLC，辅以输入/输出扩展模块组成，主要检测元件有光电开关、压力检测开关，共计12个输入信号。执行部件有电机、变频调速器、声光报警器等，共3个输出点。PLC主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警、控制变频器完成压力调节等功能。3台水泵由变频器直接驱动，进行恒压控制，变频器的起动、停止分为手动和PLC控制。控制面板上设有一个手动/自动转换开关，PLC对该开关的状态实时检测，当选择手动功能时，PLC
只进行检测报警，由人工通过面板上的按钮和开关进行水泵的起、停和切换。当选择自动功能时，所有控制、报警均由PLC完成。控制系统原理图如图1所示。
图4 变频器内置PID功能在恒压供水设备中的应用
图5
图1中变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化。传感器的任务是检测管网水压，压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值。压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID控制程序的计算，输出给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入PID回路调节器，由PID
回路调节器在调节器内部进行运算后，输出给变频器一个转速调节信号，如图1中虚线所示。一般的供水设备控制1~3台水泵，1~2台工作，1台备用。在这些水泵中，一般只有一台变频泵。当供水设备供电开始工作时，先起动变频泵，管网水压达到设定值时，变频器的输出频率则稳定在一定的数值上。而当用水量增
加，水压降低时，传感器将这一信号送入可编程控制器或PID回路调节器，可编程控制器或PID回路调节器则送出一个较用水量增加前大的信号，使变频器的输出频率上升，水泵的转速提高，水压上升。如果用水量增加很多，使变频器的输出频率达到最大值，仍不能使管网水压达到设定值时，可编程控制器或PID回路调节器就发出控制信号，起动一台工频泵，其他泵依次类推。反之，当用水量减少，变频器的输出频率达到最小值时，则发出减少一台工频电机的命令。图1
中M1~M3为电机，P1~P3为水泵，JC1~JC6为电机起、停、互相切换的交流接触器。
由于变频器的转速控制信号是由可编程控制器或PID回路调节器给出的，所以对可编程控制器来讲，既要有模拟量输入接口，又要有模拟量输出接口。由于带模拟量输入/输出接口的可编程控制器价格很高，这无形中就增加了供水设备的成本。若采用带有模拟量输入/数字量输出的可编程控制器，则要在可编程控制器的数字量输出口另接一块PWM调制板，将可编程控制器输出的数字量信号转变为控制变频器转速
5．3系统程序设计及说明
1程序设计
它主要是由PLC、变频器、PID调节器、TC时间控制器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及3台水泵等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行.
通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号变成4-20mA的标准信号送入PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出一调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制器加泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。当供水负载变化时，输入电机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。
2程序说明
自行设计的变频调速恒压供水系统实现简单,成本低廉，投入运行以来，工作可靠，具有较好的控制效果。主要体现在:
(1) 系统供水压力平稳，压力变化在 0.01mpa 以内;
(2) 高效节能，系统有plc和变频器管理，可有效解决不同用水量时电机轻载或空载时节能问题;
(3) 整个系统自动化程度高，不需人员职守，故障时可以自动保护并发出报警信号。
(4) 自动水循环，实现了有效的节水
5.4输入输出地址分配表如下
根据对控制系统的分析，本系统选用中达电通公司的dvp60es00t2 plc实现控制，共有60点输入输出，其中36个输入点，24个晶体管输出点，交流供电，其环境温度、抗冲击、抗噪声等性能指标均能满足要求，附表为plc输入/输出地址分配表。
附表plc输入/输出地址分配表
图6
6 小结
本文研究设计的水塔水位控制系统采用可编程控制器、变频器依据用水量的变化通过pid压力变送器来实现变频驱动水泵电机无级调速,在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求,从而达到恒压供水的目的。控制系统在程序设计时充分考虑到负载均衡性原则,采取“先入先出”的排队策略,执行变频方式轮值,确保各水泵使用率基本均衡。变频恒压供水改变了以往的定量供给方式,实现“按需分配”原则,因此变频恒压供水方式节省能源、操作方便、自动化程度高。
7 致谢
经过几个月的忙碌和学习，本次毕业论文设计已经接近尾声。作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导教师的的督促指导，想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢我的论文指导老师岳东海教授。岳老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，后期论文格式调整等各个