楼宇恒压供水系统控制要点

1、渤海石油职业学院电气自动化技术专业毕业论文楼宇恒压供水控制系统设计学生姓名：闫忠全专业班级：09电气2班指导教师：袁勇完稿日期：2012年3月20日目录内容摘要 3一、传统供水系统的概况 4二、PLG变频恒压供水系统方案分析及论证41变频调速恒压供水系统控制原理 52变频调速恒压供水系统特点及适用范围 63传统供水系统异步电动机的调速 74. PLC变频恒压供水系统异步电动机的调速 8三、PLG变频恒压供水系统方案的设计 91恒压供水系统的基本构成 92恒压供水的原理 113系统功能 114恒压供水系统控制分析 125.水泵的转速与其扬程H、流量Q及功率的关系 136变频技术参数及调试参数 1

2、47设备的选择 168模拟供水系统拟定 219 电气控制系统设计 2110. PLCS入输出接线图及程序 26四、故障处理的程序设计 29五、结束语 30参考 文献 31楼宇恒压供水控制系统设计闫忠全【内容摘要】 随着我国改革开放的不断深入, 我国的经济、文化、教育等各方面都在日新月异地向前发展。 科学技术更是突飞猛进。 在高压供水技术上， 从 80 年代以来，我国变频调速恒压供水设备开发成功后，经过多年的应用，技术上已经成熟，目前在消防用水、生活用水、工业用水、园林景观用水等，以及各行生产企业运用相当广泛！ 70、 80 年代建设的水塔 - 水泵联合供水或气压罐供水方式， 在节能、 环保和维

3、护方面存在一些比较突出的问题， 尤其是生活用水二次污染的控制难度很大。 进入 90 年代电力电子器件向着大容量、 高频率、 响应快、低损耗的方向发展。 作为应用现代电力电子器件与微计算机技术有机结合的交流变频调速装置， 随着产品的开发创新和推广应用， 使得交流异步电动机调速领域发生一场巨大的技术革命。 目前自动恒压供水系统应用的电动机调速装置均采用交流变频技术，而系统的控制装置采用PLC控制器，因PLC不仅可实现泵组、阀 门的逻辑控制，并可完成系统的数字PID调节功能，可对系统中的各种运行参数、 控制点的实时监控，并完成系统运行工况的CRTB面显示、故障报警及打印报表 等功能。 自动恒压供水系

4、统具有标准的通讯接口， 可与城市供水系统的上位机联网， 实现城区供水系统的优化控制， 为城市供水系统提供了现代化的调度、 管理、监控及经济运行的手段。 改造原有供水设备， 充分发挥其社会效益的同时， 最大限度的提高供水设备的经济效益。 不但管理单位或部门比较重视， 作为现代化企业更应该为此努力！【关键词】 楼宇自控系统生活给水 楼宇自动化 恒压供水24、传统供水系统的概况随着社会的迅速发展，人们对生活用水需求的不断提高，而目前世界水资源 紧缺，传统的供水方式离不开蓄水池、 水箱等储水设施，而蓄水池中的水一般由 自来水管网供给，这样，原来有压力的水进入水池后就变成了零压力， 然后再从 零压力开始

5、加压，造成大量电力资源的浪费；另外还须建筑面积比较大的专用泵 房；电机运行存在噪音污染和振动， 给住宅小区的居民生活带来很大的不便； 而 且当供电线路停电时无法保持供水；特别是在用水高峰期间产生自来水水压低、 水流小的不稳定现象使得住宅小区、 宾馆、办公楼的生活用水无法得到保证； 对 于离市区较偏、自来水压较低的工矿企业生活、生产用水也无法得到相应的供应。用P图1-1传统供水系统原理图、PLG变频恒压供水系统方案分析及论证传统的供水方式普遍存在不同程度的浪费且效率低、可靠性差、自动化程度 低等缺点，严重影响了居民用水和工业用水。随着变频技术的发展和人们对生活 饮用水要求的不断提高，变频调速恒压

6、供水系统以其环保、节能和高品质的供水 特点被广泛应用于住宅小区及高层建筑的生活、消防中。变频调速恒压供水系统 可以实现水泵电动机无级调速，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不同的用水要求，是比较合理的节能型供水系统之一。在实际应用中如何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、保证供水质量等有着重要的意义。变频调速包 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，不论是设备的投入， 运行的经济合理性， 还是系统的稳定性、 自动化程度等方面都具有很大的优势，而且具有显著的节能效果。1 变频调速恒压供水系统控制原理设备

7、投入运行前， 首先应设定设备的工作压力等相关参数， 设备运行时， 由压力传感器连续采集供水管网中的水压及水压变化信号， 并将其转换为电信号传送至变频器控制系统，控制系统将反馈回来的信号与设定压力进行比较和运算，如果实际压力比设定压力低， 则发出指令控制水泵加速运行， 如果实际压力比设定压力高， 则控制水泵减速运行， 当达到设定压力时， 水泵就维持在该运行频率上。 当用水量不是很大时， 一台泵在变频器的控制下稳定运行； 当用水量大到变频器全速运行也不能保证管网的压力稳定时， 控制器的压力下限信号与变频器的高速信号同时被PLC检测到，变频器自动将原工作在变频状态下的水泵，投入到工频运行， 以加大管

8、网的供水量， 保证压力稳定。 若两台泵运行仍不能保证管网的压力稳定， 则依次将变频工作状态下的水泵投入到工频运行， 而将下一台泵投入变频运行。 当用水量减少时， 首先表现为变频器已工作在最低速信号有效， 这 时压力上限信号如果仍出现，PLC首先将工频运行的水泵停掉，以减少供水量。当上述两个信号仍存在时，PLC再停下一台工频运行的水泵，直到最后一台水泵用主变频器恒压供水。 如果一台水泵连续运行时间超过3 小时， 则切换下一台水泵， 这样可以避免某一台水泵因长期工作时间过长而降低寿命， 同时也进一步提 高了工作效率，节约了能源。变频调速恒压供水系统由变频器、 泵组电机、 供水管网、 储水箱、 （

9、智能 PID调节器）、压力变送器、PLC控制单元等部分组成，控制系统原理图如图2-1所示。 其中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， 同时变频器还可作为电机软启动装置， 限制电机的启动电流。压力变送器的作用是检测管网水压。智能PID 调节器实现管网水压的PLC调节。PLC控制单元则是泵组管理的执行设备，同时还是变频器的驱动控制，根据用水量的实际变化，自动调整其它工频泵的运行台数。变频器和 PLC 的应用为水泵转速的平滑性连续调节提供了方便。水泵电机实现变频软启动 , 消除了对电网、电气设备和机械设备的冲击，延长电机设备的使用寿命。如图 2-1 所

10、示：图2-1 恒压供水系统控制原理框图一智能PID调节器属于PLC扩展模块，可以与ADDA奠块一起使用，起到过程 控制模块的效果，同时它的功能可以被变频器的某些功能代替， 达到同样的控制 效果，其控制原理图如图2-2所示。图2-2 恒压供水系统控制原理框图二2变频调速恒压供水系统特点及适用范围(1)系统特点：高效节能。按需要设定供水压力，根据管网用水量来变频调节水泵转速，使 水泵始终保持高效运行，同普通的水塔供水设备相比，节能效果明显。对电网冲击小，保护功能完善。消除了水泵电机直接起动时对电网的冲击和 干扰，并且设备控制系统具有短路、过流、过压、过载、欠压、过热等多种保护功能，大大提高了工作效

11、率，延长了水泵的使用寿命。人机界面触摸面板操作，设计参数灵活方便。可灵活设定频率下限、加速时间、减速时间、换泵时间等各种工作参数，能够显示系统运行时间，查找各种故障原因。定时唤醒功能。 由于系统是根据管网用水量的多少来决定投入运行水泵的台数， 所以当用水量长期在某一范围内变化时就会使得某台水泵因长期运行而磨损严重， 而其它水泵因长期不使用而造成生锈， 设定本功能后则可解决该问题。 对于同流量的多台水泵， 为使各泵平均工作时间相同， 须设置定时换泵功能。 在设定了定时换泵功能后， 当一台变量泵连续工作时间超过设定值后， 且有变量泵处于“休息”状态， 则变频器自动切换启动“休息”时间最长的变量泵，

12、 并停止原变量泵， 以保证各台水泵运行时间均等， 延长水泵使用寿命。 换泵时间可任意设定。当变频器发生故障时， 能够自动转换至工频运行， 确保供水不间断。 突然停电后再来电，设备能够自动启动运行。（ 2）适用范围:广泛应用于居民区、 宾馆及其它公共建筑的生活用水、 锅炉补给水， 加压泵站、各类工矿企业的生产用水、消防用水、锅炉恒压补水、输油管道增压、注水系统、农田灌溉等。综合以上说述，选择变频恒压供水是可行的。3 传统供水系统异步电动机的调速生产和生活中的供水方式有多种，常见的供水方式通常会设一台或多台水泵。 用多台水泵时会根据不同的用水量启动不同数量的水泵运行， 供水水压是波动的，要保证供水

13、质量，稳定供水出口（或管网）的压力，变频恒压供水是最好的方式之一，而传统供水与变频恒压供水最主要的区别就在于调速系统的不同，调速系统分为直流调速系统和交流调速系统， 在本设计中选择交流水泵电机用变频器调速来改变水泵电机的转速达到恒压供水的要求， 所以在此对两种供水系统中的交流调速系统进行比较选择：（1） 异步电动机变极调速异步电动机的同步转速遵循电机学的基本关系：n0=60f/p式中 f ：电源交变频，为50HZ；p ：电机定子磁极对数。转差率 s 参量，其公式为s= （n0-n） / n0电机实际转速为n=（ 60f/p ） （ 1-s ）设定频率f不变，调节电机极对数p,即可使同步转速n0

14、得到调节，这就是变极调速的方法。该方法有以下特点；它是调变式调速，要实施变极调速，必须通过外接定子绕组控制线路的切换来完成， 这种调速方式适用于笼型异步电动机。（2） 异步电动机改变转子电阻调速实现改变转子电阻调速的方法是： 转子电路中， 转子绕组电动势与外加电动势迭加， 由于是正弦电动势， 因此要求附加电动势也是正弦电动势并有相同的频率， 通过大功率整流元件将正弦电动势变为直流， 而附加电动势也是直流电动势，而附加电动势是由可控硅可控整流通过控制可控制硅开通关断时间来调整附加电动势的平均值即控制转子电路中的总电动势， 这样通过调节总电动势来调节转子电流进而控制电动机的转速，这种调速方式适用于

15、绕线式异步电机。改变转子电阻调速的优点： 调速性能好。 当电动机减速时， 转子电路中的电能将通过逆变器反馈回电网， 使减速过程中机械能转化成电能， 无损失地送回电网。因此，这种调速方式节能效果显著。改变转子电阻调速的缺点： 由于改变转子电阻调速系统使用了较多的开关元件与电网耦合连接，系统中高次谐波窜入电网严重；另外，系统功率因数低。因此改变转子电阻调速系统仅适用于绕线式异步电机。4 PLC、变频恒压供水系统异步电动机的调速根据方案一的公式， 式中电动机定子绕组的磁极对数p 一定， 改变电源频率f ，即可改变电动机同步转速。异步电动机的实际转速总低于同步转速，而且随着同步转速而变化。电源频率增加

16、，同步转速n0 增加，实际转速也增加；电源频率下降， 电机转速也下降， 这种通过改变电源频率实现的速度调节过程称为变频调速。采用变频电源供电构成的变频调速系统是具有高效率和高性能的调速系统。通过改变定子供电频率， 电机转速可得到较大范围的无级调节。 对定子电压 （或电源） 以及频率按一定规律进行协调控制， 可提高传动系统的运行特性。 通过控制转差率（n0-n） /n0,电机可获得较理想的快速响应特性，一旦采用闭环控制 系统，整个拖动及传动系统可获得高精度及优良的传动特性。变频调速技术的实质：使用变频调节器（简称变频器）去拖动电动机。主要运行特点：实现电动机 的无级调速，电动机的启动电流小，即实

17、现软启动，方便地进行加减速控制。主要用途：较大幅度地节约电能；使控制传动系统自动化、高性能化；提高 生产效率，增加产量；改进产品质量等。综上所述，确定方案采用PLG变频包压供水系统异步电动机的调速。三、PLG变频恒压供水系统方案的设计1恒压供水系统的基本构成恒压供水泵站一般需要设多台水泵及电机，这比设单台水泵电机节能而可 靠。配单台电机及水泵时，它们的功率必须足够大，在用水量少时来开一台大电 机肯定是浪费的，电机选小了用水量大时供水量则相应的会不足。而且水泵与电 机维修的时候，备用泵是必要的。而包压供水的主要目标是保持管网水压的恒定， 水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化的， 那么这就是要用

18、变频器为水泵电 机供电。在此这里有两种配置方案，一种是为每一台水泵电机配一台相应的变频 器，从解决问题方案这个比较简单和方便， 电机与变频器间不须切换，但是从经 费的角度来看的话这样比较昂贵。另一种方案则是数台电机配一台变频器， 变频 器与电机间可以切换的，供水运行时，一台水泵变频运行，其余的水泵工频运行， 以满足不同的水量需求。如图3-1供水系统方案图。图中，水泵电机是输出环节，转速由变频器控制，实现变流量恒压控制。压 力传感器检测管网出水压力，并将其转变为变频器可接受的模拟量信号。变频器 接受反馈信号后，根据给定信号和反馈信号的比值，进行PID调节来控制自身的 输出频率，从而对水泵进行速度

19、控制。控制系统的工作原理：变频调速恒压供水 控制最终是通过调节水泵转速来实现的，水泵是供水的执行单元。通过调速能实 现水压恒定是由水泵特性决定的。如图 3-2:图3-2供水系统原理框图(1)压力变送器图中在管道中装压力传感器用于检测管网中的水压，常装设在泵站的出水 口。当用水量大时，水压降低；用水量小时，水压升高。水压传感器将水压的变 化转变为电流或电压的变化送给变频器，压力变送器输出信号是随着压力而变的 电压或电流信号。当距离较远时，应取电流信号以消除因线路压降而引起的误差。 通常取420mA以利于区别零信号(信号系统工作正常，信号值为零)和无信 号(信号系统因断路或未工作而没有信号)。压力

20、变送器一般选取在离出水口较 远的地方，否则容易引起系统振荡。(2)远传压力表远传压力表的基本结构是在压力表的指针轴上附加了一个能够带动电位器 滑动触点的装置。因此，从电路器件的角度看，实际上是一个电阻值随压力而变 的电位器。使用时可将远传压力表与变频器直接连接。图中P为远传压力表。电机功率较大时，系统可为每台电机配备电机保护器， 在变频器的控制下稳 定运行；当用水量大到变频器全速运行也不能保证管网的压力稳定时，控制器的压力下限信号与变频器的高速信号同时被 PLC检测到，变频器通过控制基板自 动将原工作在变频状态下泵投入到工频运行，以保持压力的连续性，同时将一台 泵用变频器起动后投入运行， 以加

21、大管网的供水量保证压力稳定。 若两台泵运转仍不能满足水压要求， 则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行， 而将另一 台备用泵投入变频运行。当用水量减少时， 首先表现为变频器已工作在最低速信号有效， 这时压力上限信号如仍出现，PLC首先将工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述两个信 号仍存在时，PLC再停掉一台工频运行的电机，直到最后一台泵用主频器恒压供 水。2 恒压供水的原理变频器控制1#变量泵与管道压力变送器构成闭环控制系统，当变频器运行到全速而反馈压力仍达不到设定值时， 变频器首先降速到频率设定值， 同时内部1#继电器动作触发2#泵软启动器开始运行工频泵，投入2#工频泵运行。这时变频提速

22、， 寻找恒压点完成第一级无扰动切换。 当变频器运行到低速而监测达到压力设定时，在切除工频泵之前，变频首先提速后，再将先投入的工频泵切除。工频泵的投切分级循环方式可定义。（ 1）手动工频控制方式当转换开关打到手动位置时，此时为工频运行，按下启动按钮1SB （绿），接触器KM1闭合，水泵电机将工频运行，工频运行信号灯HL0将亮，按下停止按 钮4SB （红），水泵电机将停止运行。该控制方式一般用于当变频器出现问题时 使用。（ 2）自动变频控制方式当转换开关打到自动位置时， 此时将投入自动变频控制方式， 变频器根据远传压力表的反馈信号， 自动调节输出频率， 从而改变水泵的转速， 达到恒压供水 的目的，

23、当压力增大时，将减小输出频率，使电机转速降低，减小供水量，当压力减小时，将增大输出频率，使电机转速增高，增大供水量。3 系统功能（ 1） PID 的调节功能由压力传感器反馈的水压信号（4-20MA或-5V）直接送入变频器，设定给定压 力值，PID参数值，并通过计算比较以切换泵的操作完成系统控制，系统参数在 实际运行中调整，使系统控制响应趋于完整。（ 2） “休眠”功能系统运行时经常会遇到用户用水量较小或不用水（ 如夜晚 ） 情况，为了节能，该系统专用设置了可以使水泵暂停工作的 “休眠” 功能， 当变频器频率输出低于其下限时，变频器停止工作，2泵不工作，水泵停止（ 处于休眠状态） 。当水压继续升

24、高时将停止1 泵，当水压下降到一定值时将先启动变频器运转2泵，当频率到达一定值后将启动 1泵调节2泵的转速。“休眠值”变频器输出的下限频率参数设置。“休眠确认时间”用参数设置，当变频器的输出频率低于休眠值的时间如小于休眠时间td时，即td<tn时变频器继续工作，当td >tn时变频器将进入休眠状态。 “唤醒值”由供水压力下限启动，当供水压力低于下限值时由变频器向PLC发出唤醒指令。经测试“休眠值”为10HZ。“休眠确认时间” td:20s“唤醒值” 70%（ 3） 通讯功能该系统具有计算机的通讯功能，PLC变频器均提供有RS23&E 485接口，PLC可选用三菱的FX0n，

25、 计算机可以与一套或多套系统进行通讯. 利用计算机同时可以监测：电流、电压、频率、转速、压力等也可以控制变频器的各类参数。4 恒压供水系统控制分析水泵出口压力恒定控制，它适用于管网系统阻力损失占总扬程比例较小的情况。管网末端压力恒定控制，适用于小区管网线路长，流量变化产生的阻力损失占总扬程比例较大时， 以管网末端不利点， 所需压力进行恒压控制， 达到最节能的要求。控制方式的选择，要结合供水规模，供水对象，设备费用，长期运转费及我国现有电器产品性能等进行综合考虑比较后确定。 水泵出口恒压控制， 由于电控系统比较简单， 便于查出故障和维护， 故在我国建筑小区供水系统采用广泛。水泵转速变化幅度一般调

26、在（80%100%） n， n 为水泵每分钟转数，单位r/min ，因为这个范围内机组和电控设备的总效率比较高。当启信号输入时变频器启动第一台泵当该泵达到最高频率时， 变频器将该泵切换到工频运行， 变频器启动下一台泵变频运行， 相反当泵停止条件成立时， 先停止最先启动的泵。4.1 过程控制以两台水泵的恒压供水系统为例， 系统在自动运行方式下， 变频器控制可编程控制器软启动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Q<1/3QmaX寸（Qma劝两台水泵全部工频运行时的最大流量），可编程控制器CPU艮据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

27、Q在1/3Qmax<Q<Q<Qm蛾，可编程控制器发出指令再将2#泵置于工频运行状态，同时软启动2#泵进入变频运行工况，此时2#泵的运行转速由用户的用水量确定，以保证供水系统最不利点的供水压力恒定。4.2 控制系统保证（ 1）工频 / 变频控制方式的转换操作为保证系统的可靠性，必须提供工频 / 变频两种操作方式，以减少因变频器故障或设备检修维护等原因而造成无法供水的现象， 要求控制系统必须设立手动工频操作方式，一般采用转换开关或组合开关作为选择操作设备。（ 2）自动运行即每一台泵具有变频自动恒压控制功能， 当用水量不够时， 可自动投入另外一台或几台工频泵运行。（ 3）手动运行当

28、压力传感器故障或变频器故障时， 为确保用水， 每台泵可分别以手动工频方式运行。 将转换开关打到“工频”档位， 操作人员可以根据需要自己决定起动或停止任意一台泵的运行。 由于在该操作方式下， PID 、 变频器等均不参加控制，因此， 从技术角度上来说， 该方式无法保障出水管网压力值的恒定， 所以必须有人监守。该方式主要供设备故障检修时使用。5水泵的转速与其扬程 T流量Q及功率的关系（扬程： 是指水泵单位质量的液体通过泵后所获得的能量， 通常称之为扬程。用 H 表示。流量： 流量是水泵在单位时间内所抽送液体的数量， 常用的流量是体积流量，用Q表示，其单位是m3 /h。根据流体力学原理可知，当水泵的

29、转速发生变化时，其扬程 H、流量Q及水泵功率 P 也随之变化，他们之间有以下关系：Q2/Q1=(n2/n1)H2/H1=(n2/n1)2P2/P1=(n2/n1)3即流量Q与转速n的一次方成正比；扬程H与转速n的平方成正比；水泵功 率P与转速n的立方成正比。下面表3-1可较为直观的理解。表3-1离心水泵的参数离心水泵在不同转速(频率)下的流量、扬程及轴功率频率f (Hz)转速n%a# q%扬程H%轴功率P%501001001001004590r 908172.94080806451.23570704934.33060r 6036 121.62550502512.5根据水泵的扬程T流量Q及功率与

30、水泵转速(频率)的关系式及表 4-2可知改 变水泵的转速就可改变水泵的功率。6变频技术参数及调试参数(1)技术参数主要技术参数：主回路电源：三相五线制。380V+10%控制回路电压：220V系统性能特点：具备1#/2#泵运行方式选择开关：实现由变频器联动控制，或单独用手动方 式软启运行。1#泵在变频器控制下，进行软启动，当供水压力不足时增大转速，达到工频 时切换2#变频启动，当供水压力继续不足达到工频时切换变频启动运行于自动 包压供水方式下。两台定量泵工作循环方式通过变频器相应的参数进行定义。无扰动切换方式使工频泵投/切过程中对系统水压冲击最小。(2)变频器的主要调试参数变频器在投入运行后的调

31、试是保证系统达到最佳运行状态的必要手段。 变频 器根据负载的转动惯量的大小，在启动和停止电机时所需的时间不相同， 设定时 问过短会导致变频器在加速时过电流、 在减速时过电压保护；设定时间过长会导 致变频器在调速运行时使系统变得调节缓慢， 反应迟滞，应变能力差，系统易处 在短期不稳定状态中。为了变频器不跳闸保护，现场使用当中的许多变频器加减速时间的设置过长，它所带来的问题很容易被设备外表的正常而掩盖，但是变频器达不到最佳运行状态。所以现场使用时要根据所驱动的负载性质不同，测试出负载的允许最短加减速时间，进行设定。对于水泵电机，加减速时间的选择在 0.2-20 秒之间。如表3-2所示：表3-2变频

32、器的参数表序号功能代码功能名称设置值备注1071选择电动机控制模式3内置PID调节2160选择贡税选购件的模式11一控三3161-167使用电动机的设定161=1, 162=1, 163=1根据系统所带电动机4001选择运转指令2停电时自动再启动5007上限频率/Hz506008下限频率/Hz207003U/F图形2根据水泵设止8175压力指令0.36根据实际需要9177模拟反馈增益压力0.6远程压力表量程值10178上限压力/MPa0.38根据实际11179下限压力/MPa0.34根据实际12002选¥ 1速频率的设定方法1使指令与反馈不冲突13630输入端子D11定义选择1正转指

33、令“FR'14631输入端子D12定义选择5空转指令“MBS使用说明：当转换开关打到手动位置时候，按下 SB1, SB2,SB3水泵开始工频运行，按 下SB4,SB5,SB6水泵停止运行当开关打到自动运行时候，自动运行 HL6指示灯亮，按下启动按钮SB7, 一 号水泵开始变频运行，当压力升高时一号泵自动切换到工频， 同时二号泵变频启 动开始运行，当压力继续升高，二号泵改为工频运行。HL0 HL2 HL4和HL1 HL3 HL5分别为两台水泵工频和变频运行的指示灯， 当水泵过载时，热继电器能保护电机不被烧坏，同时过载报警指示灯亮，水泵停 止运行，当蓄水池的水位低时，浮子开关SB9闭合，同

34、时缺水信号指示灯 HL7亮，SA3断开，水泵停止，当水充满时，系统复位。同时电流互感器和电压表能 监视出系统电流和电压。同时为该系统配备了 ABBS电磁流量计，既能检测出瞬 时流量，又能检测累计流量，该流量计还可以与上位机组态进行远程抄表。 7设备的选择 7.1设备选择原则在恒压供水设计时应先选择水泵和电动机， 选择的依据是供水规模（供水流 量）。而供水规模和住宅类型以及用户数有关。 选择依据原则使用如表3-3如下：表3-3不同住宅类型用水标准住宅给水卫生器具用水标准/（ m/人日）小时变化系数1仅有给水龙头0.04 0.082.52.02有给水卫生器具，但无淋浴设备0.085 0.132.5

35、2.03有给水卫生器具，并肩淋浴设备0.13 0.192.51.84有给水卫生器具，并有淋浴设备 和集中热水供应0.17 0.252.01.6表3-4供水规模换算表户数用水标准/ (mV人日)0.100.150.200.25201.802.603.504.40302.603.905.306.60403.505.307.008.80554.807.209.6012.00756.609.8013.1016.401008.8013.1017.5021.9015013.1019.7026.3032.8020017.6026.3035.0043.8025021.9032.8043.8054.703502

36、6.3039.4052.5065.6040035.0052.5070.0087.5045039.4059.0078.7098.4050043.8065.6087.50109.4060052.5078.80105.00131.3070061.3091.90122.50153.1080070.00105.00140.00175.00100087.50131.30175.00218.80表3-5水泵、电动机和变频器选型表用水量/(m/h)扬程/m水泵型号电动机功率/kW配用变频器/kW12 X N2450DL12-12 x 233.73040DL12-12 x 22.22.23650DL12-12

37、x 2334540DL12-12 x 2336040DL12-12 x 24424 X N4050DL12-12 x 25.55.56050DL12-12 x 27.57.58050DL12-12 x 2111110050DL12-12 x 2111132 X N3065DL12-12 x 25.55.54565DL12-12 x 27.57.56065DL12-12 x 211117565DL12-12 x 215159065DL12-12 x 2151510565DL12-12 x 218.518.536 X N4065DL12-12 x 27.57.56065DL12-12 x 2111

38、18065DL12-12 x 2151510065DL12-12 x 218.518.512065DL12-12 x 2222250 X N4080DL12-12 x 211116080DL12-12 x 215158080DL12-12 x 218.518.510080DL12-12 x 2222212080DL12-12 x 23030100 X N40100DL218.518.560100DL3303080100DL43737100100DL54545120100DL65555设定供水压力经验数据：平房供水压力p=0.12Pa；楼房供水压力p=(0.08+0.04x 楼层数)MPa系统设

39、计还应遵循以下原则：(1)蓄水池容量应大于每小时最大供水量(2)水泵扬程应大于供水高度(3)水泵流量总和应大于实际最大供水量7.2水泵的选择(1)根据表3-3确定用水量标准为0.19m3/人日。(2)根据表3-4确定没小时最大用水量为43.8m3/h。(3)根据7层楼高度可确定设置供水压力值为 0.36MP3(4)根据表3-5确定水泵型号为50LG24-20X2共2台，水泵自带电动机 功率为5.5KW7.3 PLC的选择当输入信号电路采用继电器等感性负载时，继电器开闭产生的浪涌电流带来 的噪音有可能引起变频器的误动作，因此该系统采用的是三菱可编程序控制器 FX0n系列，I/O点数为40点，FX

40、0n系列PLC是一种卡片大小的PLC,适合在小 型环境中进行控制。它具有卓越的性能、串行通讯功能以及紧凑的尺寸， 这使得 它们能用在以前常规PLC无法安装的地方。三菱PLC编程采用FXGPWI软件，提 供三种编程语言，分别为梯形图、指令表、SFC犬态流程图，提供完整的编程环境，PLC程序上载，可进行离线编程和在线连接和调试，并能实现梯形图与语句 表的相互转换。为了提高整个系统的性价比，系统采用开关量的输入/输出来控制电机的启停、软起动、循环变频及故障的报警等，而电机转速、水压量等模拟 量则由变频器来控制。其硬件配置如下型号I/O点数基本指令执行时问功能指令模拟模块量通信FX0N241281.6

41、 3.6 255有较强7.4变频器的选择变频器选用三菱SAMCO-vm0舔列变频器。通过变频器面板设定一个给定频 率作为压力给定值(14端)，压力传感器反馈来的压力信号(420mA接至变 频器端子的IRF端，作为压力反馈，变频器根据压力给定和实测压力，调节输出 频率，改变水泵转速。SW觥制基板，该信号进PLG作为工频切换的控制信息， 由PLC控制水泵的工频或变频运行。变频控制系统主回路如图二所示。变频器有 2个作用，一是作为电机的软起动装置，限制电动机的启动电流；二是改变异步电动机的转速，实现恒压供水。7.5压力传感器的选择压力传感器使用CY-YZ-1001型绝对压力传感器。改传感器采用硅压阻

42、效应 原理实现压力测量的力-电转换。 传感器由敏感芯体和信号调理电路组成，当压力作用于传感器时，敏感芯体内硅片上的惠斯登电桥的输出电压发生变化，信号调理电路将输出的电压信号作放大处理，同时进行温度补偿、非线性补偿，使传感器的电性能满足技术指标的要求。该传感器的量程为02.5MPa,工作温度为5c60 C,供电电源为28±3V(D。 7.6电气元件表其他元器件的选择如表3-6所示：表3-6电气元件表在舁 厅P符号名称单位数量技术参数1QF1、QF2空气升关个22RNB变频器台1二菱 SAMCO-vm053VF交流接触器个64FR热继电器个35KA中间继电器个26TA电流互感器个17PA

43、电流表块18PV电压表块19PLCPLC台1FX0n-40ER10SA转换开关个111SB按钮个8红、绿各412HR HW信号灯个3红1,绿6白111电磁流量计个114FU熔断器个115SP压力传感器块18模拟供水系统拟定一居民小区4幢7层楼，居住224户，住宅类型为3型，保证日夜供水要求：(1)系统采用变频包压供水方案；(2)变频器及水泵选择；(3)控制电路设计；(4)安装调试说明。9电气控制系统设计9.1 主电路图的设计在硬件系统设计中，采用一台变频器连接 2台电动机，每台水泵电机都有变 频/工频两种工作状态，每台电机都通过两个接触器与工频电源和变频器输出电 源相联如图(3-3)。变频器输

44、入电源前面接入一个自动空气开关，来实现电机、 变频器的过流过载保护接通，空气开关的容量依据大机的额定电流来确定。对于 有变频/工频两种状态的电动机，还需要在工频电源下面接入两个同样的自动空 气开关，来实现电机的过流过载保护接通，空气开关的容量依据小机的额定电流 来确定。所有接触器的选择都要依据电动机的容量适当选择。水耗WH或率图3-3主电路电气控制系统接线原理图及说明1 .端子SD SE和5为输出信号公共端，这些端子不要接地(见图 3-4)。2 .控制回路端子的接线应使用屏蔽线或双绞线，而且必须与主回路，弱电回路（含200V继电器程序回路）分开布线3 .由于控制回路的频率信号是微小信号， 所以

45、在接点输入场合，为了防止接 触不良，微小信号接点应使用两个并联接点或合用双生接点。4 .控制回路的接线建议选用0.3mm-0.75mm2的电缆。a图3-4电气控制系统接线原理图9.2 控制电路控制PLC主要是用于实现变频恒压供水系统的自动控制，要完成以下功能：自动 控制两台水泵的投入运行；能在两台水泵之间实现变频泵的切换；两台水泵在启 动时要有软启动功能；对水泵的操作要有手动 /自动控制功能，手动只在应急或 检修时临时使用；系统要有完善的报警功能并能显示运行状况。如图4-5为电控系统控制电路图。图中SA为手动/自动转换开关，SA打在1 的位置为手动控制状态；打在2的状态为自动控制状态。手动运行

46、时，可用按钮SB1SB6空制两台水泵的启/停；自动运行时，系统在 PLC®序控制下运行如图3-5所示:N-L1>FU2sa7PLCSB1a1<M1GJSB2/ KM2>4 QO.ON1HL1Q0.1 61SB31<M3SB4SB5既5山SB6KM2HL2KM3KFR2HL3KM4Q0.3M10KM6HL5KM4HL4KM51<FR316Q1JQL2行3 2004 225.5 24KM6 HL6 HgyHLZVhaKAHL10图3-5控制电路图9.3其他设备的外围接线图(1) PLC外围接线图SBi >乐n-2SB5rnS36 >SB7巳ES3

47、 8 >手动0=。自动KR1 一豆KR：3 0ESB1>IOOOYODOX0D1T001Y002K002Y013K003Y004X004Y0C5KO05Y006X006T007X007K010TO JOXOUYOUTOI 2X012TOISX013Y014K014Y015即砧K016X017X020X021K022X023XD24COMCOM24V+L扩展接口NKN1LKM2LJKM3LJEN4LJ配一KR2kai Lr一 W-1HA自动运行供水信号过皴粮兽揩 荒0T珊0图3-6 PLC外围接线图26(2)变频器的外围接线图图3-8压力传感器的接线图27接PLC图3-7变频器接线图

48、(3)压力传感器接线图10 PLC输入输出接线图及程序(1) PLC I/O 表根据设计任务列出PLC的输入输出表，如表3-7所示:表3-7 PLC输入输出分配表现场器件与接线端子I/O 地址功能备注输入变频器Y2端子X0变频器输出频率极限信号远传压力表压力上限接点X1压力下限到达信号远传压力表压力下限接点X2压力上限到达信号中间继电器KA常开触点X3自动/手动切换水池水位下限信号X4水池缺水信号FR1常开触点X51#电机过载信号FR2常开触点X62#电机过载信号FR4常开触点X10辅助泵过载信号输 出变频器的FW邮子Y0实现变频运行/停止KA1线圈Y11#电机变频运行控制和指小KA2线圈Y21#电机工频运行控制和指小KA3线圈Y32#电机变频运行控制和指小KA4线圈Y42#电机工频运行控制和指小KA5线圈Y5辅助泵工频运行控制和指小KA6线圈Y6变频器X1端子功能有效28(2) PLC®序设计根据PLC输入输出分配表和任务要求写出 PLC程序，如图3-9所示:29W8 vooe 300K2M99300