基于PLC恒压供水系统毕业设计

1、摘要随着人民生活水平的日趋提高，新技术和先进设备的应用，使给供水 设计得到了发展的机遇。于是选择一种符合各方面规范、卫生安全而又经济 合理的供水方式，对我们给供水设计带来了新的挑战。本系统采用 PLC 进行 逻辑控制，采用带 PID 功能的变频器进行压力调节，系统存在工作可靠，使 用方便，压力稳定，无冲击等优越性。本设计恒压变频供水设备由 PLC 、变频器、传感器、低压电气控制柜和 水泵等组成。通过 PLC 、变频器、继电器、接触器控制水泵机组运行状态 , 实 现管网的恒压变流量供水要求。设备运行时 ,压力传感器不断将管网水压信 号变换成电信号送入 PLC,经PLC运算处理后 ,获得最佳控制参

2、数 ,通过变频器 和继电器控制元件自动调整水泵机组高效率地运行。供水系统的监控主要包 括水泵的自动启停控制、供水压力的测量与调节、系统主管道水压的；系统 水处理设备运转的监视、控制；故障及异常状况的报警等。现场监控站内的 控制器按预先编制的软件程序来满足自动控制的要求，即根据供水管的高 / 低水压位信号来控制水泵的启 /停及进水控制阀的开关，并且进行溢水和枯 水的预警等。文中详细介绍了所选 PLC 机、变频器、传感器的特点、各高级单元的使 用及设定情况，给出了系统工作流程图、程序设计流程图及设计程序。关键词：可编程控制器变频器传感器ABSTRACTTransducer se凍nsor prim

3、e include radial diffuser買鲷鴯譖In company with the improvement of people s living sta矚n慫da润r厲d,钐瘗睞枥庑赖。application of new technique and advanced equipment provide a new 聞創沟 燴鐺險爱氇谴净。development for the design of water supply. It is a challenge for us to select a 残骛楼 諍锩瀨濟溆塹籟。way of water supply with high

4、 standard, secure and healthy, economical, and 酽锕 极額閉镇桧猪訣锥。reasonable. This system adopts PLC logic control, and transducer with PID 彈贸 摄尔霁毙攬砖卤庑。function to adjust the pressure, which presents many advantages, such as high 謀 荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。reliability, convenience in use, stability in pressure ， and with

5、out impact. 厦礴恳蹒骈時盡继價 骚。The design is made of Programmable Logic controller ， transducer, sensor, 茕桢 广鳓鯡选块网羈泪。low pressure control manufacture tank, etc. Through transducer and relay, 鹅娅 尽損鹌惨歷茏鴛賴。contactor control pumping unit running status, the pipe network achieves to the籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。requirement of

6、 constant pressure variable flow-rate water supply. When the 預頌圣 鉉儐歲龈讶骅籴。equipment on-the-fly, pressure gauge without intermission translates the pipe 渗釤 呛俨匀谔鱉调硯錦。network hydraulic pressure signal to electrical signal enter microcomputer, and 铙誅卧 泻噦圣骋贶頂廡。through microcomputer arithmetic processing,

7、obtains optimal control parameter. 擁締 凤袜备訊顎轮烂蔷。The dam press beforehand made up software program came satisfaction self 贓熱 俣阃歲匱阊邺镓騷。governing oblige ，namely on the basis of high or low-water signal came control坛摶乡The paper mainly introduces the characters of the PLC, transducer, and 尧侧 囂忏蒌鍥閆铃繭氈絳淚闕。绚

8、勵蜆贅。rsaednisaol rd,i f ftuhsee ru isnefl u oefn t eva aclvhe high-quality us nsiwtairtyc h a, nadn d d persoicgene, d aonvde r fpurlol avindde slo wth we ater 蜡识變饒黲鎂 癟錕報缢伥灩筧铉嚌锚鈰俨赘淒。Keyword ：Programmable Logic controller f flro owmc 鈹 hwa鋨ar劳t t e臘orf锴 ts痫ayn婦sk胫t e 籴am。n dw o 綾镝prko,n pdr obgarcakm

9、o af n tdh ed emsoignnit.o r昙膚遙闫撷凄。2automatism open cease dam , water level flow, man metric measuring and鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。1前言 .1 恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。1.1供水系统发展过程及现状 .1 鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。1.2供水系统的概述 .目 录. .2 硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。1.2.1.变频恒压供水系统主要特点： .2 阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。1.2.3.恒压供水设备的主要应用场合： .2 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。1.2.4.恒压供水技术实现： 3 釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。2系统总体设计方案

10、 . .4 怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。2.1系统设计方案 . .4 谚辞調担鈧谄动禪泻類。2.1.1.系统控制要求 4 嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。2.1.2控制方案 . .4 熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。2.1.3 运行特征 . .5 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。2.1.4.系统方案 5 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。2.2可编程控制器 (PLC) 的特点及选型 . .7 颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。2.2.1PLC 特点及应用 .7 濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。2.2.2.可编程控制器的选型 .8 銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。2.2.3. PLCCPM2A 模拟量输入 /输出单元 .12 挤貼綬电麥结鈺贖哓类。2.3变频器选型及特点 .

11、15 赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。2.3.1ABB 产品信息： .15 塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。2.3.2 变频节能理论： .15 裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。2.3.3 .变频恒压供水系统及控制参数选择： .162.3.4.变频恒压供水系统的优点及体现 . .17 仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。2.4远传压力表 . .18绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。2.4.1.主要技术指标 19 骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。 12.4.2结构原理 . .19 瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。第一章前言1.1供水系统发展过程及现状一般规定城市管网的水压只保证 6层以下楼房的用水，其余上部各层 均须“提升”水压才能满足用水要求。以前大多采用传统的水塔、高

12、位水 箱，或气压罐式增压设备，但它们都必须由水泵以高出实际用水高度的压 力来“提升”水量，其结果增大了水泵的轴功率和能量损耗。自从变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。 变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速恒压供水设备以其 节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平 从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统实现水泵电机无级 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。 在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展，变频器 的功能也越来越强

13、。充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频调 速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着非常重要的意义。新型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。恒压供水调速 系统的这些优越性，引起国内几乎所有供水设备厂家的高度重视，并不断 投入开发、生产这一高新技术产品。目前该产品正向着高可靠性、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，系列标准化是未来供水设备适应城镇建设成片 开发智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。在短短的几年内

14、，调速恒压供水系统经历了一个逐步完善的发展过 程，早期的单泵调速恒压系统逐渐为多泵系统所代替。虽然单泵产品系统 设计简易可靠，但由于单泵电机深度调速造成水泵、电机运行效率低，而 多泵型产品投资更为节省，运行效率高，被实际证明是最优的系统设计， 很快发展成为主导产品。1.2供水系统的概述1.2.1变频恒压供水系统主要特点：1、节能，可以实现节电 20%-40% ，能实现绿色用电。2、占地面积小，投入少，效率高。3、配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。4、运行合理，由于是软起和软停，不但可以消除水锤效应，而 且电机轴上的平均扭矩和磨损减小，减少了维修量和维修费用，并且水泵 的寿命大大提高。

15、5、由于变频恒压调速直接从水源供水，减少了原有供水方式的 二次污染，防止了很多传染疾病的传染源头。6、通过通信控制，可以实现无人值守，节约了人力物力。1.2.2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。6.使用高位水箱供

16、水，在系统流量较大时，管网压力会有较大的变化， 造成部分用户资用压头不够，出现诸如流量不足、冷热不均等情况。7.在供水泵的选型上，设计人员为了提高系统安全系数，电机选型都 较大；在用水负荷较小或低区采用减压阀、节流孔板等来调节剩余水头时， 大量的能量消耗在阀上，都造成电能的浪费。1.2.3恒压供水设备的主要应用场合：1.高层建筑，城乡居民小区，企事业等生活用水。2.各类工业需要恒压控制的用水，冷却水循环，热力网水循环，锅炉 补水等。3.中央空调系统。4.自来水厂增压系统。25.农田灌溉，污水处理，人造喷泉。6.各种流体恒压控制系统。1.2.4 恒压供水技术实现：通过安装在管网上的压力传感器，把

17、水压转换成 420mA 的模拟信号 通过变频器内置的 PID 控制器，来改变电动水泵转速。当用户用水量增大， 管网压力低于设定压力时，变频调速的输出频率将增大，水泵转速提高， 供水量加大，当达到设定压力时，电动水泵的转速不再变化，使管网压力 恒定在设定压力上；反之亦然。目前交流电机变频调速技术是一项业已广泛应用的节能技术。由于电 子技术的飞速发展，变频器的性能有了极大提高，它可以实现控制设备软 启软停，不仅可以降低设备故障率，还可以大幅减少电耗，确保系统安全、 稳定、长周期运行。长期以来区域的供水系统都是由市政管网经过二次加压和水塔或天 面水池来满足用户对供水压力的要求。在小区供水系统中加压泵

18、通常是用 最不利用水点的水压要求来确定相应的扬程设计，然后泵组根据流量变化 情况来选配，并确定水泵的运行方式。由于小区用水有着季节和时段的明 显变化，日常供水运行控制就常采用水泵的运行方式调整加上出口阀开度 调节供水的水量水压，大量能量因消耗在出口阀而浪费，而且存在着水池 “二次污染 ”的问题。变频调速技术在给水泵站上应用，成功地解决了能 耗和污染的两大难题。第二章系统总体设计方案2.1系统设计方案2.1.1系统控制要求 恒压供水控制系统的基本控制要求是：采用电动机调速装置与可编程 控制器(PLC)构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整 泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在

19、管网流量变化时达到稳定 供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系 统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入 CPU 运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动 机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。2.1.2控制方案 在住宅小区水厂的管网系统中，由于管网是封闭的，泵站供水的流量 是由用户用水量决定的，泵站供水的压力以满足管网中压力最不利点的压 力损失 P和流量 Q之间存在着如下关系：P=KQ2； 式中K一为系数设 PL为压力最不利点所需的最低压力，则泵站出口总 管压力P应按下式关系供水，则可满足用户用水的要求压力值

20、，又有最佳 的节能效果。P=PL+P=PL+KQ2 因此供水系统的设定压力应该根据流量的变化而不断修正设定值，这 种恒压供水技术称为变量恒压供水，即供水系统最不利点的供水压力为恒 值而泵站出口总管压力连续可调。典型的自动恒压供水系统的结构框图如 图所示；系统具有控制水泵出口总管压力恒定、变流量供水功能，系统通 过安装在出水总管上的压力传感器，实时将压力、流量非电量信号转换为 电信号，输入至可编程控制器 (PLC) 的输入模块，信号经 CPU 运算处理后与 设定的信号进行比较运算，得出最佳的运行工况参数，由系统的输出模块输出逻辑控制指令和变频器的频率设定值，控制泵站投运水泵的台数及变量泵的运行工

21、况，并实现对每台水泵的调节控制2.1.3运行特征 以4台水泵的恒压供水系统为例，系统在自动运行方式下，可编程控 制器控制变频器、软启动 1#泵，此时 1#泵进入变频运行状态，其转速逐渐 升高，当供水量 Q1/3Qmax 时（Qmax 为4台水泵全部工频运行时的最大流 量），可编程控制器 CPU根据供水量的变化自动调节 1# 泵的运行转速，以保 证所需的供水压力。当用水量 Q在13QmaxQ2 3Qmax之间时， 1#泵已不 能满足用户所需的用水量，这时可编程控制器发出指令将 1#泵转为工频运 行，并软启动 2#泵，使 2#泵进入变频运行工况， 2#泵的运行转速由用户用 水量决定，以保证供水系统

22、最不利点所需的供水压力。当外需供水量 Q为2 3QmaxQii aeae 颅 008*008* ZOOMITZOOMIT击詩ta皱幕豔慕畧4M aeaenJnJ脫QJITQJIT啦空岀 2T T 制T3T3T3T3TOM OKAT32T32QJQJ TOKOHATOKOHA0101TSETSE (LI(LI nrnreEmeEm nsfrnsfr即S1KM1S1KM1廿邑趙吏哥*昙iWX1WX1吉祁初左熹亮miI2JI2J礙；離工孫木事【SHHXISHHXI坯麒査孫木晋IMmiiMmii3030 3330 TETE U U X X U U100100D0*D0*I00H1TI00H1T吉爲Hi

23、s熹U亮罟【J2JJ2J tttt 计毎験工恿*事久3UOH18H0II8H0IIS2JS2J甘应礁工楚比爭盂WHIWHIeoneonT33ST33ST12ST12S( ( EQ)EQ) HIHITOKOUTOKOUTOSdlATOSdlA 3D3D aiaaianzanzaT53HT53HTOKOUTOKOUTCIUTCIU3D3D mama00*00*TesaSJGdTesaSJGdtffftfff科rrnrrn蚤sitflsxisitflsxi E E E E E E FillFill *%*%* EK-EK- EKEK f f F F UbUb 工变慕工芟SOOHITSOOHITSiS

24、i JX ClKffilClKffil 常urnurnsunuiOJOJ nzn TS空m HMOKAT32T32 GJGJ TOMDUTOMDU1E11E1etlMlisdEITCIetlMlisdEITCISEISEI3号泵作为第二台工频泵必须在 2号泵工频工作正常下有效，根据上限 频率和下限频率来实施加泵和摘泵操作。注：当 4号泵也在工频运行时， 3 号泵不可以退出工频运行。当 2号泵处于手动或出现故障时， 3号泵应替代 2号泵运行。4号泵作为第三台工频泵必须在 3号泵工频工作正常下有效，根据上限 频率和下限频率来实施加泵和摘泵操作。注：当 2号或 3号泵处于手动或出 现故障时， 4号泵

25、应替代 2号或 3号泵运行。342号泵变频组合（ 2号泵变频、 3号泵作为第一台工频、 4号泵作为第二 台工频、 1号泵作为第三台工频）程序。 2号泵处于变频状态，当出现下列 任意信号时， 2号泵退出变频运行。注：手动或电机故障、禁止开泵标志、 变频器故障、市供水管网压力低。 3号泵作为第一台工频泵必须在 2号泵变 频工作正常下有效，根据上限频率和下限频率来实施加泵和摘泵操作。注： 当4号或 1号泵也在工频运行时， 3号泵不可以退出工频运行。4号泵作为第二台工频泵必须在 3号泵工频工作正常下有效，根据上限 频率和下限频率来实施加泵和摘泵操作。注：当 1号泵也在工频运行时， 4 号泵不可以退出工

26、频运行。当 3号泵处于手动或出现故障时， 4号泵应替代 3号泵运行。 1号泵作为第三台工频泵必须在 4号泵工频工作正常下有效， 根据上限频率和下限频率来实施加泵和摘泵操作。注：当3号或 4号泵处于手动或出现故障时， 1号泵应替代 3号或 4号泵运行。353号泵变频组合（ 3号泵变频、 4号泵作为第一台工频、 1号泵作为第二 台工频、 2号泵作为第三台工频）程序。 3号泵处于变频状态，当出现下列 任意信号时， 3号泵退出变频运行。注：手动或电机故障、禁止开泵标志、 变频器故障、市供水管网压力低。 4号泵作为第一台工频泵必须在 3号泵变 频工作正常下有效，根据上限频率和下限频率来实施加泵和摘泵操作

27、。注： 当1号或 2号泵也在工频运行时， 4号泵不可以退出工频运行。 1号泵作为第 二台工频泵必须在 4 号泵工频工作正常下有效，根据上限频率和下限频率 来实施加泵和摘泵操作。注：当 2号泵也在工频运行时， 1号泵不可以退出 工频运行。当 4号泵处于手动或出现故障时， 1号泵应替代 4号泵运行。 236号泵作为第三台工频泵必须在 1号泵工频工作正常下有效，根据上限频率 和下限频率来实施加泵和摘泵操作。注：当 4号或 1号泵处于手动或出现故 障时， 2号泵应替代 4号或1号泵运行。37和下限频率来实施加泵和摘泵操作。注：当1号或2号泵处于手动或出现故4号泵变频组合（ 4号泵变频、 1号泵作为第一

28、台工频、 2号泵作为第二 台工频、 3号泵作为第三台工频）程序。 4号泵处于变频状态，当出现下列 任意信号时， 4号泵退出变频运行。注：手动或电机故障、禁止开泵标志、 变频器故障、市供水管网压力低。 1号泵作为第一台工频泵必须在 4号泵变频工作正常下有效，根据上限频率和下限频率来实施加泵和摘泵操作。注： 当2号或 3号泵也在工频运行时， 1号泵不可以退出工频运行。 2号泵作为第 二台工频泵必须在 1 号泵工频工作正常下有效，根据上限频率和下限频率 来实施加泵和摘泵操作。注：当 3号泵也在工频运行时， 2号泵不可以退出 工频运行。当 1号泵处于手动或出现故障时， 2号泵应替代 1号泵运行。 3号

29、泵作为第三台工频泵必须在 2号泵工频工作正常下有效，根据上限频率障时， 3号泵应替代 1号或2号泵运行38当系统出现禁止开泵标志、变频器故障、市供水管网压力低等报警信 号时，应全面禁止 4台泵的自动运行（将 #0000分别传送到 031CH 、032CH 、 033CH 、034CH ）。这时可以利用手动控制（星 /角启动）实现继续供水。 在变频工作有效且变频器处于运行状态时（检测变频运行信号），输出变 频器工作信号（中间标志 30.04 ）。 1号至4号泵中，有任意一台电动机过 载，输出水泵故障信号（中间标志 30.05 ）。变频器报警信号 R01断开时（四 个电机过载信号同时出现，无供电电

30、源），输出变频器故障信号（输出中 间标志 30.15 ）。市供水管网压力低等报警信号时，输出低压报警信号（中 间标志 30.01 ）。将上述信号并联后驱动运行状态指示灯，正常时运行指 示灯亮，水泵故障时，指示灯按 1秒时钟闪烁，变频器故障时，指示灯按 0.2 秒时钟闪烁 .分别利用市供水管网压力低等报警信号、水泵故障、变频器 故障、的上升沿来启动报警器，以便提示检修人员。为了避免报警器长时 间报警，系统提供了报警消除按钮，按下该按钮后，可以消除报警器发声， 但报警灯仍处于报警状态，直至故障信号彻底消除为止。将中间运行标志 传送给输出通道，包括：工频、变频的控制输出（变频工作组合的分部信 号），

31、报警信号的输出，运行状态的显示。394041结论近年来国内高层建筑不断兴建，它的特点是高度高、层数多、体量大。 面积可达几万平方米到几十万平方米。这些建筑都是一个个庞然大物，高 高的耸立在地面上，这是它的外观，而随之带来的内部的建筑设备也是大 量的。为了提高设备利用率，合理地使用能源，加强对建筑设备状态的监 视等，自然地就提出了自动化控制系统。在短短的几年内，调速恒压供水 系统经历了一个逐步完善的发展过程，早期的单泵调速恒压系统逐渐为多 泵系统所代替。自动化恒压供水系统的飞跃发展给我国的小区供水带来了 很大的便利。它充分利用了变频软启动和 PLC 技术的相结合实现一拖多泵 的供水系统。 PLC 编程在工业领域更适用，它通过梯形图编程、它更容易 被人们理解。 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宏的新型变频器。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