恒压供水系统设计毕业论文

丽水职业技术学院机电信息分院毕 业 设 计旭日小区恒压供水系统学生学号： 080XXXXX 学生姓名： XXXX 导师姓名： 叶 XX 班 级 机电 0XXX 专业名称 机电一体化技术 提交日期 201X 年 X 月 XX 日 答辩日期 201X 年 X 月 XX 日 201X 年 5 月丽职院机电信息分院毕业设计1摘要随着经济的发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高，现今能源的紧缺，利用先进的自动化技术、可编程控制技术、通讯技术和计算机技术，设计出高性能、高效率、能适应不同领域的可靠性高的恒压供水系统成为必然的趋势。本论文从节约能源的角度出发，提出多种不同的控制方案，最后通过方案间的比较和针对现今社会的调查确定选用变频器与 PLC 实现恒压供水系统控制的方案。论文具体介绍恒压供水系统的控制原理及 PLC 控制系统，给出了 PLC 控制系统的硬件和软件设计。系统主要控制目标是泵站总管出水压力，在用户端的检测机构反馈数值与系统给定值进行比较，其差值经 PID 运算处理后发出控制指令，使变频器变频，调整运转电机数量或或改变电机运转速度，从而达到总管供水压力在给定的范围内。关键字：变频调速、恒压供水、PLC、MCGS旭日小区恒压供水系统设计2 目录第一章 绪论 .31.1 城市供水的需求 .31.2 恒压供水系统设计的目的和意义 .31.3 设计的任务及要求 .3第二章 系统的方案选择 .42.1 系统控制方案选择 .42.2 恒压供水系统 .42.3 变频调速节能原理 .5第三章 系统控制回路设计 .53.1 主电路设计 .53.2 控制电路设计 .53.3 其他回路设计 .6第四章 元器件的选型 .64.1.PLC 选型 .64.2 变频器的选型 .64.3 模拟量模块的选择 .64.4 压力变送器的选型 .64.5 触摸屏的选型 .74.7 原件表 .7第五章 元气件的接线图 .85.1 PLC 接线图 .85.2 变频器接线图 .85.3 模拟量模块接线图 .8第六章 PLC 控制及编程 .96.1 PLC 控制流程图 .96.2 I/O 地址分配表 .96.3 编程及程序介绍 .11第七章 组态 .147.1 MCGS 组态 .14第八章 总结 .16致谢 .17参考文献： .18附录 1 恒压供水系统程序 .19附录 2 电气原理图 .29丽职院机电信息分院毕业设计3第一章 绪论1.1 城市供水的需求随着我国城市和工业化进程的加快，城市供水面临着缺水与水环境恶化双重压力，还存在着浪费、低效用水及管理落后现象。长期以来区域供水都是有市政管网经过二次加压和水塔、高位水池等设施来实现。由于用户用水有着季节和时间段的明显变化。普通的供水方式就不能满足供水需求，从而造成各种资源的浪费。1.2 恒压供水系统设计的目的和意义随着电力技术的发展，以变频调速为核心的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。智能供水有三方面的特点：一起动平稳，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；二由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等元件的使用寿命；三可以消除起动和停机时的“水锤效应” 。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，将使供水实现节能和节省人力，最终达到高效率的供水的目的。1.3 设计的任务及要求本设计的任务是在原有供水不变的基础上配备 PLC 和变频器等现今运用最为广泛的先进技术，在用水需求量改变时，变送器根据管网压力，把数值传送给 PLC，PLC 经过 PID运算与设定值进行对比，来增减或调整电机投运台数和转速，从而能达到智能供水的目的。设计中给出详细的设计方案，及方案设计的数据、PLC 程序、外部线路连接图和硬件的选型。系统控制要求：1、对三台变频泵根据反馈值进行控制，及加减泵或改变单台泵的运转速度。2、在用水量相对较少的时间段采用辅佐泵供水，停止其他水泵工作。3、可手动/自动两个档位相互切换，相互间互不干扰。旭日小区恒压供水系统设计4 第二章 系统的方案选择2.1 系统控制方案选择目前普遍而言小区供水主要采用水泵、水塔、高位水箱等，这些供水方式存在着严重的浪费现象。比如水泵，就是直接用水泵把水源输送到用户单元，此方法操作简单，但是非常繁琐。每次用水都必须去开启水泵。水塔，就是先用水泵把水抽到高处，然后利用水的压力供水，和直接用水泵供水有了进一步提高。但是这种方法把水经过两次输送。输送过程中不可避免的造成二次污染，影响居民健康。所以这种方法不可取。高位水箱采取这种方法不但达到了高层楼房用户不因城市水管压力减小而用不到水的目标，也尽量避免了水源的二次污染。可它的投资成本价高。居民负担加重，所以不可取。综合上述方案，恒压供水系统就凸现而出。结合小区用水特点和经济效益，恒压供水就是不二的选择。下面就具体介绍一下此系统。2.2 恒压供水系统系统的控制方式如图 2-1 恒压供水控制系统总图。系统由 PLC 作为主站，变频器、触摸屏作从站组成。触摸屏上可显示系统当前的工作情况和各项数值，也可进行简单的数字量操作，如手动控制时进行各泵的手动开关控制(详细信息见第七章) 。变频器只作为执行机构，它与 PLC 进行数据传输，以及反馈信息给 PLC。在控制系统中还有变送器，它只进行模拟量传输，反馈各管路压力当前值。图 2-1 恒压供水控制系统总图丽职院机电信息分院毕业设计52.3 变频调速节能原理1、从水泵的工作效率不是变频供水的水泵功率不随供水需求变化而变化。我们来做个计算：以一台 1KW的水泵电机工作 12 小时。不变频时需用电 12KWh。变频调速供水除 12 小时都是需求量大则为 12KWh，但 12 小时不可能全是用水高峰期，所以在一些用水相对较少的时候，变频调速就体现出来了。2、从电机的使用寿命看水泵电机如果都是在没有保护的状态下启动停机，在启动过程中由于电机加速过程十分急剧，这样很容易产生“水锤”效应。 “水锤效应”极具破坏性，压强过高，将引起管子爆裂；反之，压强过低有会导致管子的瘪塌。此外， “水锤效应”还可能损坏阀门或其他元部件。这对电机的使用寿命有严重的影响。而采用变频器调速后，可以通过对电机启动时间上控制来延长启动时间，使电机加速时间延长。在停机过程中，同样可以对电机降速时间延长，从而彻底消除“水锤效应” 。在停机过程中，由于采用延长加速减速时间，使得水泵叶片承受压力减小；轴承磨损减小。所以，采用了变频调速以后，水泵电机的寿命将大大延长。第三章 系统控制回路设计3.1 主电路设计在设计主电路时，采取电机启动保护器 QM 来保护电机。电机启停均有 PLC 控制，在电机变频调速时，同时接通变频器和变频电机，根据水压进行变频调速或增泵减泵处理。系统详细控制见附录 2电气原理图 。3.2 控制电路设计控制电路是控制系统的大脑，它操控着控制系统的所有动作机信号处理。在设计上因对某些不能同时接通的电路部分进行双重互锁(即机械与电气互锁) ，以保证电路的正常运行。在模拟量处理中，为此加上了 A/A1 安全隔离栅，以保证模拟信号的准确安全传输。具体接线图见附录 2电气原理图 。旭日小区恒压供水系统设计6 3.3 其他回路设计在电路设计中，常常一个主电路很难完成系统的控制，所以在设计中添加了辅助回路。辅助回路在系统中作辅助用，但又不能缺少。辅助回路包括一个控制变压器和两个电源开关。变压器输出的电压为 220V，供控制电路使用；两个开关电源分别供给 PLC 输入输出和模拟量回路。详细的分配见附录 2电气原理图 。第四章 元器件的选型4.1.PLC 选型PLC 具有可靠性高，抗干扰能力强、配套齐全，功能完善，适用性强、易学易用、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造、体积小，重量轻，能耗低等特点。在本设计中，需 13 点输入，15 点输出。西门子 PLCcpu224(14DI/10DO)，输入点满足要求，输出点不满足；cpu226(24DI/16DO) 输入输出都能满足要求。故此次设计选择西门子PLCcpu226(24DI/16DO)。4.2 变频器的选型变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/过压/ 过载保护等功能。本次设计中选选用斯耐德 ATV21 风机泵用变频器。此系列有可变转矩泵和风机应用锁必需的所有功能：PI 调节器，预置 PI；自动重启动，可在运行时恢复；变频跳跃；过载检测与欠载检测等功能（具体说明及参数设置可见 ATV21 用户手册） 。4.3 模拟量模块的选择设计中有压力模拟量的运算，按要求有四个模拟量输入，而对变频器要进行输出控制，所以需要一位输出。故选择西门子 EM235 模拟量模块。4.4 压力变送器的选型为了使供水系统更加准确的完成供水任务，在选择压力变送器就变的十分重要。经过丽职院机电信息分院毕业设计7各品牌之间的对比，这里选择罗斯蒙特压力变送器。4.5 触摸屏的选型因为各种品牌的触摸屏一般都有自己的软件，在选择上有一定的限制。本次设计选择昆仑通态研发的人机界面 TPC7062K。本次软件为组态软件。4.7 原件表电气元件表根据电气原理图进行选择，详细资料见表 4-1 硬件明细表：序号 名 称 代 号1 主断路器 QF12 控制变压器断路器 QF23 一号泵电机保护启动器 QM14 二号泵电机保护启动器 QM25 三号泵电机保护启动器 QM36 辅佐泵电机保护启动器 QM47 一号电机接触器 KM18 二号电机接触器 KM29 三号电机接触器 KM310 辅佐电机接触器 KM411 中间继电器 KA1-KA1512 熔断器 FU1-FU713 熔断器 FD1-FD214 急停按钮 SJ115 普通按钮 SB1SB616 指示灯 HL1-HL217 声光蜂鸣器 HA18 电流互器 TB1-TB319 开关电源 A/D1-A/D220 进线电抗器 TC21 控制变压器 TK22 变频器 V/F旭日小区恒压供水系统设计8 23 可编程控制器（CPU） PLC-CPU24 模拟量输入模块 PLC-225 解摸屏 TPC7062K26 信号隔离安全栅 A/A1-A/A427 通讯电缆 MPI表 4-1 硬件明细表第五章 元气件的接线图5.1 PLC 接线图在 PLC 的输出端，本设计采用了中间继电器，为防止回路因回流电压而损坏 PLC。PLC供电采用 220V 交流点，电源输入均采用熔断器保护。具体接线图见附录 2电气原理图 。5.2 变频器接线图因变频器不能对电机进行过载保护，所以每台电机都接入热继电器。 见附录