PID恒压供水控制系统

毕业设计说明书 课题名称 PID 恒压供水控制系统 _ 系 别 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导教师 起讫时间：2010 年 1 月 6 日～2010 年 4 月 6 日（共 8 周） PID 变频恒压供水控制系统 学生：方旭颖 指导教师：程文锋 摘 要 PID 恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的，例如在某些生产 过程中，若自来水供水压力不足或短时间断水，可能会影响产品质量，严重时使产 品报废和设备损坏。以可编程逻辑控制器与变频器为控制核心，据恒压时对应的电 压设定值与从压力传感器获得的反馈电流信号，利用 PID 控制自动调节，改变频率 输出值来调节所控制的水泵电机转速，从而达到控制管网中水压恒定。系统具有自 动和手动两种控制方式,便于对系统进行维护修理,并能通过应用软件对供水系统进 行监控和远距离控制.提高效率,实现自动化供水。 关 键 词: PID PLC 变频器 触摸屏 目录 摘 要 1 第一章 绪论 4 1.1 PID 变频恒压供水系统的研究意义 4 1. 2 现代的几种供水方式探讨 5 1.2.1 变频恒压供水系统 5 1.2.2 生活无负压供水系统 5 第二章 系统简介 6 2. 1 系统基本内容 6 2.1.1 系统的构成与原理 6 2.1.2 系统主要性能与特点 6 2. 2 系统结构框图 7 第三章 系统设计方案 8 3. 1 系统控制方案 8 3. 2 系统主电路设计 9 3. 3 系统控制电路设计 9 3. 4 系统的功能阐述 9 3.4.1 全自动平稳切换，恒压控制 9 3.4.2 手动控制 9 3.4.3 实施效果 10 第四章 硬件的组成及选型 11 4. 1 可编程控制器（PLC） 11 4.1.1FX 系列的特点 11 4.1.2 一般元件和编号 11 4.1.3 AC 电源，DC 输入型如下 13 4.1.4 FX2N-4AD 特殊模块 13 4.1.5 FX2N-4DA 特殊模块 13 4.1.6 配线如图 3.1 14 4.1.7 缓冲存储器(BFM)的分配如下表 14 4. 2 变频器 16 4.2.1 变频器的介绍 16 4.2.2 操作模式 17 4.2.3 变频器 FR-E500 端子接线 18 4.3 触摸屏 19 4.4 压力传感器 19 第五章 软件设计 20 5. 1 系统工作流程图设计 20 5. 2 部分主要程序模块分析 21 5.2.1 A/D 模块程序 21 5.2.2 D/A 模块程序 21 5.2.3 PID 模块程序 22 5. 3 触摸屏画面设计 24 5.3.1 触摸屏选型画面 24 5.3.2 欢迎进入画面 25 5.3.3 系统主画面 25 5.3.4 手动控制画面 26 5.3.5 自动控制画面 26 5.3.6 电机运行监视画面 27 5.3.7 输出异常监视画面 28 结束语 28 致谢 29 参考文献 30 附录一：程序 32 附录二：硬件接线图 42 第一章 绪论 1.1 PID 变频恒压供水系统的研究意义 恒压供水是指在供水网中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方 式。供水网系出口压力值是根据用户需求确定的。传统的恒压供水方式是采用水 塔、高位水箱、气压罐等设施实现的。随着变频调速技术的日益成熟和广泛应用， 利用变频器、PID 调节器、单片机、PLC 等器件的有机结合，构成控制系统，调节 水泵的输出流量，实现恒压供水。该技术以在供水行业普及。 传统定压方式的弊病： 1、 管理不便、因与大气连通易引起的管道腐蚀； 2、 由于水箱内微生物、藻类孳生，还可能对系统造成二次污染，所以每年定压 水箱都需定期维护，并由卫生防疫部门检验； 3、 定压水箱需占用较大空间，需要专门的地点来放置； 4、 高位定压水箱系统的控制靠投入泵的台数来调节，但这种调节方式不能做到 供水量和用水量的最佳匹配，水泵长期偏离高效区工作，效率低下； 5、 系统频繁的起停泵，对水泵、电机及开关器件都会缩短使用寿命； 采用变频器和可编程控制器等现代控制设备和技术实现恒定水压供水，是供 水领域技术革新的必然趋势，以往采用的水塔供水既不卫生又不经济，更重要的是 浪费了大量的能源，本文介绍的变频调速恒压供水系统以其有效的实用性，彻底解 决了上述问题，是一项颇有实用价值的调速系统，为已有的供水系统技术改造提供 了切实可行的途径。 随着我国城镇化建设的飞速发展，城市人口和城市居民的不 断增加，城市供水不足成为一种普遍现象，传统的供水方式已经不能满足城市发展 和人民生活的需要。自八十年代以来，变频调速恒压供水技术开始应用于我国许多 城市的自来水公司。变频调速恒压供水技术不仅能够保证城市供水的稳定，而且可 以节约能源。在我国，节电节水的潜力非常大。据有关国际组织发表的资料显示: 中国的单位国民经济总产值所消耗的电是美国、德国等的 4 倍左右，消耗的水是他 们的 2 倍左右。我国的大量用电设备中，风机和泵类电机的耗电量占全国发电量的 50%左右,若推广新型电机调速技术,可节电 40%左右,即可以节约全国发电量的 1/5。由于我国人均占有水、电资源相对于别国又少很多,因此,在我国一方面水电 供应紧张,而另一方面,水电的浪费又十分惊人。节电节 水,不仅潜力巨大,而且意 义深远。 1. 2 现代的几种供水方式探讨 1.2.1 变频恒压供水系统 变频恒压供水系统（自动恒压供水系统） 变频恒压供水系统由蓄水池、变频 水泵、传感器、控制系统等组成，通常以供水管网中最高位置的水压值为参照，以 该处正常用水所需的压力及流量为为设计参数，通过控制系统调整水泵电机转速调 整水泵的输出，从而将该位置的水压控制在设定水压、实现恒压，保证正常供水。 需要说明的时，这种恒压是相对的，实际水压是在接近设定水压值附近不断变化。 1.2.2 生活无负压供水系统 近年来又一新型的供水系统——无负压变频供水，它是在变频恒压供水上发 展起来的，它的先进之处在于供给用户的水是通过一个密封的环境，所以避免了生 活用水的二次污染，并且它实现了无池供水与变频恒压供水的结合，能够达到比其 他的供水方式更环保更节能的效果。无负压供水最突出的优点是这种供水方式健康 卫生，非常安全，而且节约投资。因为它可以直接实现与自来水管网串联对接，在 自来水厂一次供水管网压力的基础上叠加所需的压力，差多少，补多少，能充分利 用管网的余压，用水低峰期，设备甚至不需要运行，节能效果显著，与传统给水设 备比，节能达 30%-90%。不建水池水箱，不仅节省投资，而且从根本上杜绝了原有 水池、水箱的渗、冒、滴、漏和跑水现象，可节水 20％以上。采用无负压供水设 备，不用建泵房、水池、水箱和上水处理设备等，因此大大降低了工程造价，可节 约投资 60％以上。这种供水方