基于plc的变频恒压供水系统设计[共39页].doc

目 录1 绪论 11.1 研究背景 12 系统的理论分析及方案的确定 42.1 调速方式的比较与选择 42.2 控制系统方案 62.3 供水系统的控制流程 82.4 变频恒压供水系统中加减水泵的条件分析 103 变频恒压供水系统的硬件设计 113.1 PLC选型及接线 113.1.1 PLC选型 113.1.2 PLC的接线及I/O分配 143.2 水泵机组选型 153.3 变频器选型及接线 163.3.1 变频器选型 163.3.2 变频器的接线 193.4 PID调节器 203.5 压力传感器 223.6 系统主电路设计 224 系统软件设计 244.1 PLC控制 244.1.1 PLC程序流程图 244.1.2 手动运行 254.1.3 自动运行 254.2 编程及介绍 264.2.1 总程序的顺序功能图 264.2.2 自动运行顺序功能图 26 III 4.2.3 手动模式顺序功能图 274.2.4 系统程序梯形图设计 285 总结与致谢 29参考文献 30附录A 系统硬件总图 31附录B 系统梯形图 32 I 河南城建学院毕业设计 摘要 摘 要 I 在城市化进程迅速的今天，城市的居住形式主要是生活小区，那么小区供水系统的建设就显得尤为重要。

而且随着城市用水量不断增加，对供水系统的建设提出了更高的要求供水的经济性、可靠性、稳定性直接影响到小区住户的正常生活和工作本系统是针对居民生活用水而设计的一套由变频器、PLC、水泵机组等设备组成的自动变频恒压供水控制系统系统将PLC、变频器、相应的传感器和执行机构有机地结合起来，并发挥各自优势，能够最大程度满足需要，具有运行稳定、操作简单和高效节能等特点该系统对变频器内置PID模块参数进行预置，通过压力传感器对水压的反馈构成闭环控制系统；PID模块根据用水量的变化调节水泵的输出流量，实现恒压供水，并达到有效节能的目的　系统采用变频调速方式自动调节水泵电机转速或加、减泵改变以往“先启后停”方式，自动完成泵组软启动及无冲击切换，使水压平稳过渡变频器故障时系统仍可运行，保证不间断供水系统断电恢复后可自启动采用硬件/软件备用及钟控功能，使各泵进行轮休，延长了设备的机械使用寿命 首先介绍采取变频调速方式实现恒压供水相对于传统的阀门控制恒压供水方式的节能原理；其次，对水泵机组的各种供水状态及转换的条件、水泵由变频转工频运行方式的切换过程进行分析，着重研究并提出了基于PLC和变频器的恒压供水系统的方案，并给出了硬件设计和PLC控制程序设计。

　关键词：PLC；变频调速；恒压供水1 绪论1.1 研究背景在城市化进程迅速的今天，城市的居住形式主要是生活小区，那么小区供水系统的建设就显得尤为重要供水的经济性、可靠性、稳定性直接影响到小区住户的正常生活和工作假定一栋楼有10层，由于高层楼对水压的要求高，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因此，自来水厂通过水泵加压后，必须恒压供给每一个用户传统的供水方式如水塔高位水箱供水，单片机变频调速供水系统等都存在不同程度浪费水力、电力资源；效率低；可靠性差；自动化程度不高等缺点，严重影响了居民的用水和工业系统中的用水目前的供水方式朝向高效节能、自动可靠的方向发展变频调速技术以其显著的节能效果和稳定可靠的控制方式，在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用，特别是在城乡工业用水的各级加压系统，居民生活用水的恒压供水系统中，变频调速水泵节能效果尤为突出应用变频器恒压供水，因为水箱能大幅度减小，因此能有效地减小楼房的负载，由于减小了供水水箱和楼房的负荷，何以节约工程造价，相应地也扩大了楼房的面积由于采用了变频调速，减小了供水水泵的频繁启动，可以使水泵工作在高效状态，从而可以节约能源，减小对电网的冲击。

由于电动机所消耗的功率与转速的立方成正比，因此可以获得较好的节能效果二是在开、停机时能减小电流对电网的冲击以及供水水压对管网系统的冲击三是用变频器进行调速，用调节泵和固定泵的组合进行恒压供水，节能效果显著，对每台水泵进行软启动，启动电流可从零到电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击同时减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命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、保证产品质量等尤其重要PLC变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，同时系统具有良好的节能性，这 在能源日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义变频恒压供水系统的国内外研究现状目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用PLC及相应的软件予以实现：有的采用单片机及相应的软件予以实现。

但在系统的动态性能、稳定性能、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求原深圳华为电气公司和成都希望集团（森兰变频器）也推出了厦压供水专用变频器，无需外接PLC和PID调节器，可完成最多4台水泵的循环切换、定时起、停和定时循环该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现，但其输出接口限制了带负载容量，同时操作不方便且不具有数据通信功能，因此只适用于小容量，控制要求不高的供水场所可以看出，目前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的变频恒压供水系统的水压闭环控制研究得不够因此，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、生产实践供水系统安全性讨论影响供水系统安全性的一大因素便是水锤效应，所谓的水锤效应就是在极短时间内，因水流量的急巨变化，引起在管道的压强过高或过低的冲击，并产生空化现象，使管道受压产生噪声，犹如锤子敲击管子一样的现象水锤效应具有极大的破坏性压强过高，将引起管子的破裂；压强过低又会导致管子的瘪塌此外，水锤效应还可能损坏阀门和固定件。

而采用变频调速，对系统的安全性有一系列的好处：(1)产生水锤效应的根本原因是：水泵在起动和制动过程中的动态转矩太大，短时间内流量的巨大变化而引起的采用变频调速，通过减少动态转矩，可以实现消除水锤效应，减少了对水泵及管道系统所受的冲击，可大大延长水泵及管道系统的寿命2)降低水泵平均转速，减小工作过程中的平均转矩，从而减小叶片承受的应力，减小轴承的磨损，使水泵的工作寿命大大延长3)变频调速的软启动器避免了电机和水泵的硬起动，可大大延长联轴器寿命4)减少了起动电流，也就减少了系统对电网的冲击，提高了自身系统的可靠性本文的设计思想本设计针对恒压供水控制系统包括软硬件方面在工业实际应用中具体作用进行详细的介绍系统将PLC、变频器（含PID）、相应的传感器和执行机构有机地结合起来，并发挥各自优势，这个操作方便的自动控制系统，以变频调速为核心，以智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命；可以消除起动和停机时的水锤效应使得系统调试和使用都十分方便，而且大大简化了水厂在管理、数据统计和分析等方面的工作量。

变频器为主体构成的恒压供水系统不仅能够最大程度满足需要，其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能，将使供水实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率优质运行，降低自来水的生产成本和提高生产管理水平的目的32 系统的理论分析及方案的确定2.1 调速方式的比较与选择供水系统的基本特性和工作点扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不变为前提，表明水泵在某一转速下扬程H与流量Q之间的关系曲线，如图2-1所示由图2-1可以看出，流量Q越大，扬程H越小由于在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量的大小主要取决于用户的用水情况，因此，扬程特性所反映的是扬程H与用水流量间的关系而管阻特性是以水泵的转速不变为前提，表明阀门在某一开度下，扬程与流量之间的关系管阻特性反映了水泵的能量用来克服泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律由图可知，在同一阀门开度下，扬程越大，流量也越大由于阀门开度的改变，实际上是改变了在某一扬程下，供水系统向用户的供水能力因此，管阻特性所反映的是扬程与供水流量间的关系扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图2-1中交点在这一点，用户的用水流量和供水系统的供水流量处于平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。

图2-1 供水系统的基本特性曲线对供水系统进行控制，是为了满足用户对流量的需求所以，流量是系统的基本控制对象如前所述，流量的大小取决于扬程，但扬程难以进行具体测量和控制考虑到在动态情况下，管道中水压的大小与供水能力和用水需求之间的平衡关系有关：供水能力＞用水需求，则压力上升；供水能力＜用水需求，则压力下降；供水能力＝用水需求，则压力不变可见，供水能力与用水需求之间的矛盾具体反映在流体压力的变化上因此，压力可以用来作为控制流量大小的参变量即保持供水系统中某处压力的恒定，也就保证了该处的供水能力和用水流量处于平衡状态，恰到好处地满足了用户所需的用水流量变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一体，通过变频器调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的根据电机学理论,交流电动机的转速公式为： (2-1)其中：f 为定子的电源或稳压器频率； p为极对数；n为转速；s 为转差率。

从上式可知，当极对数p不变时，电机转子转速刀与定子电源频率戚正比，因此连续调节异步电机供电电源的频率，就可以连续平滑地调节电机的同步转速，从而调节其转子的转速变频调速时，从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而变频调速具有高效率、高精度、调速范围广、平滑性较高、机械特性较硬的优点，调速性能可与直流电动机调速系统相媲美因此，变频调速是交流异步电机中一种比较合理和理想的调速方法，它被广泛地应用于对水泵电机的调速在供水系统中，通常以。