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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書
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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(dòng)化 年級(jí)__04___班級(jí) 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(jì)
任務(wù)與要求：
一、 設(shè)計(jì)（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(dòng)完成泵組軟啟動(dòng)及無沖擊切換，自動(dòng)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(shí)鐘控制功能，使各泵進(jìn)行輪休，延長(zhǎng)設(shè)備的機(jī)械使用壽命。變頻器故障時(shí)系統(tǒng)仍可運(yùn)行，保證不間斷供水。
㈠ 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(dòng)力控制線路以及若干臺(tái)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(hào)變成 4-20mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)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(hào)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(tái)泵的供水量時(shí)，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(duì)水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。同時(shí)系統(tǒng)通過軟件設(shè)計(jì)具有定時(shí)換泵和系統(tǒng)聲、光報(bào)警及多種保護(hù)功能。
3、運(yùn)行方式
系統(tǒng)應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式（通過變頻／工頻選擇開關(guān)選擇）：
⑴ 手動(dòng)運(yùn)行
按下按鈕啟動(dòng)或停止水泵，可根據(jù)需要分別控制1?！?＃泵的啟停。該方式主要供檢修及變頻器故障時(shí)用。
⑵ 自動(dòng)運(yùn)行
合上自動(dòng)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(hào)，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50Ｈｚ，1＃泵由變頻切換為工頻，啟動(dòng)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(shí)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
⑴ 故障報(bào)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(shí)，系統(tǒng)皆能發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)；通知維修人員前來維修。此外，變頻器故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)，此時(shí)可切換至手動(dòng)方式保證系統(tǒng)不間斷供水。
⑵ 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(shí)間間隔內(nèi)使某一臺(tái)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(tái)水泵，同時(shí)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(shí)切換功能。
㈡ 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(hào)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(shí)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(shí)，若硬件、軟件皆無備用（兩者同時(shí)有效時(shí)硬件優(yōu)先），1＃泵變頻啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速?gòu)模伴_始隨頻率上升，如變頻器頻率到達(dá)50Hz，而此時(shí)水壓還在下限值，延時(shí)一段時(shí)間（由PLC內(nèi)部時(shí)間繼電器控制，目的是避免由于干擾而引起誤動(dòng)作）后，1＃泵切換至工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz，2＃泵變頻啟動(dòng)，如水壓仍不滿足，則依次啟動(dòng)3＃、4＃泵；若開始時(shí)1＃泵備用，則直接啟2＃變頻，轉(zhuǎn)速?gòu)模伴_始隨頻率上升，如變頻器頻率到達(dá)50Hz，而此時(shí)水壓還在下限值，延時(shí)一段時(shí)間后，2＃泵切換至工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器頻率由50 Hz滑停至0 Hz，3＃泵變頻啟動(dòng)，如水壓仍不滿足，則啟動(dòng)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３臺(tái)泵（假設(shè)為1＃、2＃和3＃）運(yùn)行時(shí)，3＃泵變頻運(yùn)行降到 0Hz，此時(shí)水壓仍處于上限值，則延時(shí)一段時(shí)間后使1＃泵停止，3＃泵變頻器頻率從０Hz 迅速上升，若此后水壓仍處于上限值，則延時(shí)一段時(shí)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(shí)在實(shí)際管網(wǎng)對(duì)水壓波動(dòng)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(shí)，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(jì)的系統(tǒng)中，要求直接停工頻泵，同時(shí)由變頻器迅速調(diào)節(jié)，只要參數(shù)設(shè)置合適，即可實(shí)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(dòng)及水壓太低時(shí)的短時(shí)缺水現(xiàn)象，提高供水品質(zhì)。
㈢ 注意事項(xiàng)
1、變頻轉(zhuǎn)工頻開關(guān)切換時(shí)間T
設(shè)置Ｔ是為了確保在加泵時(shí)，泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻的過程中，同一臺(tái)泵的變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行各自對(duì)應(yīng)的交流接觸器不會(huì)同時(shí)吸合而損壞變頻器，同時(shí)為了避免工頻啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流過大而對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊，所以在允許范圍內(nèi)Ｔ必須盡可能的小。
2、上下限頻率持續(xù)時(shí)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(shí)間為依據(jù)來判斷是否加泵（減泵），這個(gè)判斷的時(shí)間就是TH（TL）。如果設(shè)定值過大，系統(tǒng)就不能迅速的對(duì)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(shí)就很可能引起頻繁的加減泵動(dòng)作；兩種情況下都會(huì)影響恒壓供水的質(zhì)量。
㈣ 本畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)；
2、 了解變頻恒壓供水原理及工藝，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和工藝要求設(shè)計(jì)并構(gòu)成系統(tǒng)硬件，同時(shí)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(dòng)、降速和制動(dòng)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(jì)任務(wù)書完成開題報(bào)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(jì)說明書1份；
6、 按指導(dǎo)教師要求參加相關(guān)的實(shí)習(xí)，完成實(shí)習(xí)總結(jié)。
二、 設(shè)計(jì)（論文）條件：
自備計(jì)算機(jī)一臺(tái)，Siemens Step7 編程軟件、提供設(shè)計(jì)所需參考資料及相應(yīng)的設(shè)計(jì)場(chǎng)所等。
三、 設(shè)計(jì)（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(cè),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(jì)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(dòng)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(guó)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(bào) 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(dòng)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(shí)例。
四、 設(shè)計(jì)（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(jì)。在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中要求同學(xué)們相互協(xié)作。
五、 設(shè)計(jì)（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(jì)任務(wù)書的要求，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)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(jì)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(jì)具有定時(shí)換泵和系統(tǒng)聲、光報(bào)警等多種保護(hù)功能，進(jìn)行仿真試驗(yàn)，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(jì)（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(jì)（論文）小組答辯；
第17周：答辯。
六、 學(xué)生分組名單：
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