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基于PLC变频恒压供水系统的设计摘要本论文针对某自来水厂为小区用户提供水源的供水要求，设计了一套由 PLC、变频器、远传压力表、多台水泵机组、计算机、通信模块等主要设备构成 的全自动变频恒压供水及其远程监控系统，具有全自动变频恒压运行、自动工频 运行、远程手动控制和现场手动控制等功能此次设计研究的对象是某自来水厂为小区用户提供送水的供水要求，由于高 层用户对水压的要求高，在水压低时，高层用户将无法正常用水甚至出现无水的 情况，水压高时将造成能源的浪费变频恒压供水的调速系统可以实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自 动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是 当今最先进、合理的节能型供水系统在实际应用中如何充分利用专用变频器内 置的各种功能，对合理设计变频恒压供水设备、降低成本、保证产品质量等有着 重要意义变频恒压供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比， 不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等 方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果关键词：供水系统水泵变频器恒压供水效益1弓I言 31. 1基于PLC的变频恒压供水系统的设计 31.2供水系统的定义、构成及分类 42方案拟定 52. 1供水流程 52.2变频恒压供水控制方式的选择 52.3变频供水系统 72.4变频恒压供水系统的构成 83 PLC的控制 93. 1手动运行 113.2自动运行 124 PLC的编程 144. 1 PLC的选型 144.2总程序的设计 144.3程序梯形图 16结论 25致谢 23参考文献 24变频恒压供水系统利用PLC、传感器、变频器及水泵机组组成闭环控制系统, 使管网压力保持恒定，代替了传统的水塔供水控制方案，具有自动化程度高，高 效节能的优点，在小区供水和工厂供水控制中得到广泛应用，并取得了明显的经 济效益。

变频恒压供水的调速系统可以实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自 动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是 当今最先进、合理的节能型供水系统在实际应用中如何充分利用专用变频器内 置的各种功能，对合理设计变频恒压供水设备、降低成本、保证产品质量等有着 重要意义变频恒压供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比， 不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等 方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种系列化 的方向发展追求高度智能化、系列化、标准化，是未来供水设备适应城镇建设 中成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水 场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性(EMC) 的变频但压供水系统的水压闭环控制的研究还是不够的因此，有待于进一步研 究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践中所以我们设计了一套由PLC、变频器、远传压力表、多台水泵机组、计算机、 通信模块等主要设备构成的全自动变频恒压供水及其远程监控系统，具有全自动 变频恒压运行、自动工频运行、远程手动控制和现场手动控制等功能。

1.1基于PLC的变频恒压供水系统的设计随着变频调速技术的发展和人们节能意识的不断增强，变频恒压供水系统的 节能特性使得其越来越广泛用于工厂、住宅、高层建筑的生活及消防供水系统 变频恒压供水系统是现代建筑中普遍采用的一种水处理系统恒压供水是指用户 端在任何时候，不管用水量的大小，总能保持网管中水压的基本恒定变频恒压供水系统利用PLC、传感器、变频器及水泵机组组成闭环控制系统, 使管网压力保持恒定，代替了传统的水塔供水控制方案，具有自动化程度高，高 效节能的优点，在小区供水和工厂供水控制中得到广泛应用，并取得了明显的经 济效益目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种系列化 的方向发展追求高度智能化、系列化、标准化，是未来供水设备适应城镇建设 中成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势所以我们设计了一套由PLC、变频器、远传压力表、多台水泵机组、计算机、 通信模块等主要设备构成的全自动变频恒压供水及其远程监控系统，具有全自动 变频恒压运行、自动工频运行、远程手动控制和现场手动控制等功能1. 2供水系统的定义、构成及分类供水系统又称为供水设备，是为解决由于压力不足，无法到达用户用水的高 度或流量，而专门研发设计的新型环保节能的专业设备。

供水系统一般由水泵 机组，变频控制柜，隔膜压力罐，压力传感器和一些辅件构成但由于不同的类 型，也会使用一些特殊的设备，如：无负压变频供水设备会用到无负压稳流罐； 无塔变频供水设备会用到液位传感器……由于构成的不同，价格也不近相同这种供水方式，水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，有的甚至连蓄水池 也没有，直接从城市公用水网中抽水，严重影响城市公用管网压力的稳定这种 供水方式，水泵整日不停运转，有的可能在夜间用水低谷时段停止运行这种系 统形式简单、造价最低，但耗电、耗水严重，水压不稳，供水质量极差水塔式供水方式：这种方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水水 塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系统所需要压力水塔注满后水泵 停止，水塔水位低于某一位置时再启动水泵水泵处于断续工作状态中这种供 水方式，水泵工作在额定流量额定扬程的条件下，水泵处于高效能区这种方式 显然比前种节电，其节电率与水塔容量、水泵额定流量、用水不均匀系数、水泵 的开、停时间比、开/停频率等有关供水压力比较稳定但这种供水方式基建 设备投资最大，占地面积也最大;水压不可调，不能兼顾近期与远期的需要；而 且系统水压不能随系统所需流量和系统所需要压力下降而下降，故还存在一些能 量损失和二次污染问题。

而且在使用过程中，如果该系统水塔的水位监控装置损 坏的话，水泵不能进行自动的开、停，这样水泵的开、停，将完全由人操作，这 时将会出现能量的严重浪费和供水质量的严重下降变频调速供水方式：这种系统的原理是通过安装在系统中的压力传感器将系 统压力信号与设定压力值作比较，再通过控制器调节变频器的输出，无级调节水泵转速使系统水压无论流量如何变化始终稳定在一定的范围内•变频调速水泵 调速控制方式有三种:水泵出口恒压控制、水泵出口变压控制、给水系统最不利 点恒压控制2方案拟定2. 1供水流程此次设计研究的对象是某自来水厂为小区用户提供送水的供水要求，由于高 层用户对水压的要求高，在水压低时，高层用户将无法正常用水甚至出现无水的 情况，水压高时将造成能源的浪费自来水厂送来的水先储存的水池中再通过水 泵加压送给用户通过水泵加压后，必须恒压供给每一个用户如图2.1所示， 是这栋楼的供水流程开关用户用水开关水池图2.1供水流程简图2.2变频恒压供水控制方式的选择目前国内变频恒压供水设备电控柜的控制方式有逻辑电子电路控制方式、单 片微机电路控制方式、带PID回路调节器或可编程序控制器(PLC)的控制方式、 新型变频调速供水设备。

逻辑电子电路控制方式：这类控制电路难以实现水泵机组全部软启动、全流 量变频调节，往往采用一台泵固定于变频状态，其余泵均为工频状态的方式因 此，控制精度较低、水泵切换时水压波动大、调试较麻烦、工频泵起动时有冲击、 抗干扰能力较弱，但其成本较低单片微机电路控制方式：这类控制电路优于逻辑电路，但在应付不同管网、 不同供水情况时，调试较麻烦；追加功能时往往要对电路进行修改，不灵活也不 方便电路的可靠性和抗干扰能力都不太好带PID回路调节器或可编程序控制器(PLC)的控制方式：该方式变频器的作 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，输入给变频器一个转速调节信号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端另接一块PWM调制板，将可编程控制器输出的数字量信号 转变为模拟量这样，可编程控制器的成本没有降低，还增加了连线和附加设备, 降低了整套设备的可靠性如果采用一个开关量输入，输出的可编程控制器和一 个PID回路调节器，其成本也和带模拟量输入，输出的可编程控制器斧不多所 以，在变频调速恒压给水控制设备中，PID控制信号的产生和输出就成为降低给 水设备成本的一个关键环节新型变频调速供水设备：针对传统的变频调速供水设备的不足之处，国内外 不少生产厂家近年来纷纷推出了一系列新型产品，这些产品将PID调节器以及简 易可编程控制器的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用的新型变频器 由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存贮容量的要求和对 PID算法的编程，而且PID参数的调试非常容易，这不仅降低了生产成本， 而且大大提高了生产效率由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法， 所以使水压的调节十分平滑，稳定同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不 失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的 调试非常简单、方便。

考虑以上四种方案后，此次设计采用第四种方案如图2.2所示v开关水泵组水池开关—用户用水图2. 2供水系统方案图2.3变频供水系统变频供水系统原理：智能型管网接力升压（无负压）设备可根据用户 需求设定用户供水压力，如果管网供水压力高于设定压力时，水泵机组处 于停机状态，自来水可通过连通管路直接对用户供水当市政管网供水压 力低于设定压力时，设备自动进入接力升压工作状态，机组通过压力传感 器，水泵及恒压变频控制柜组成闭环控制系统，随着用水量的变化，不断 调整水泵转速及投入运行的水泵台数，以保持供水压力恒定流量调节器是密封容器，在供水管网能满足供水要求时，此设备作为 供水管网与供水设备之间的缓冲装置，以消除水泵机组对管网的脉动影 响在供水管网供水量不足时，作为流量调节装置，以缓解管网用水高峰 时的流量不足管网保护器安装在流量调节器上，当罐内压力较外界压力高时，管网 保护器关闭，水泵机组叠加市政管网原有压力进行恒压供水；当罐内压力 与外界平衡时，管网保护器打开与外界相通，避免了负压的形成，保证市 政管网安全及其它用户正常供水供水管网停水时，设备自动停止运行，管网恢复供水自动开机停电时，水泵机组停 止工作，自来水可通过连通管直接进人用户管网，来电时机组自动开机恢复正常供水。

2.4变频恒压供水系统的构成整个系统由三台水泵，一台变频调速器，一台PLC和一个压力传感器及若干 辅助部件构成三台水泵中每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量 之用，三台泵协调工作以满足供水需要；变频供水系统中检测管路压力的压力传 感器，一般采用电阻式传感器（反馈0〜5V电压信号）或压力变送器（反馈4〜 20mA电流）；变频器是供水系统。