恒压供水论文

1、恒压供水设计报告PAGE PAGE 59西安外事学院工学院 工学院基于HMI/PLC/Inverter恒压无塔供水系统目录设计小组2绪论 4第一部分恒压供水系统介绍5第二部分供水系统使用元器件说明7第三部分供水系统流程图及运行简介21第四部分恒压供水系统硬件电路设计26第五部分PLC程序设计31第六部分文本界面设计流程48第七部分参考文献54第八部分附录（实验板图片）55结束语60绪论 当前住宅建筑的小区规划趋向于更具人性化的多层次住宅组合，不再仅仅追求立面和平面的美观和合理，而是追求空间上布局的流畅和设计中贯彻以人为本的理念，特别是在市场经济的浪潮中，力求土地使用效率的最大化。于是选择一种符

2、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 。 恒压供水是指在供水管网中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。供水网（系出口）压力值是根据小区用户需求进行实际现场确定的。传统的恒压供水方式是采用水塔、高位水池、气压罐等设施来实现。随着变频调速技术的日益成熟和广泛应用，利用变频器、PID调节器、传感器、PLC等器件的有机结合，构成控制系统，调节水泵的输出流量，实现恒压供水。变频恒压供水系统不仅克服了过去供水系统的缺点，而且有其自身的优点。节能降耗效果十分明显；该技术已在供水行业普及。我们的设计采用一台变频器和PLC来控制两台水泵的“单双、双单”切换运行，

3、实现双恒压供水的稳定 。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地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通常是用最不利用水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。由于小区高楼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。在供水系统中, 当用水量需要变化时, 传统的调节方法是通过人工改变阀门的开度来调整, 这种情况往往会造成用水高峰

4、期时供水压力不足, 用水低峰期时供水压力过高, 不仅十分浪费能源而且存在事故隐患( 例如压力过高容易造成爆管事故) 。因此在一些用水量变化大, 水压控制要求高, 而流量完全由用户决定的供水系统, 采用可编程控制器( PLC) 控制的自动变频调速恒压供水系统则显得尤为重要, 因为它的控制装置采用PLC 控制, PLC 不仅可实现泵组、阀门的逻辑控制, 并可以完成系统的数字PID 调节功能, 可对系统中各种运行参数, 控制点实时监控, 并完成系统运行工况的CRT 画面显示、故障报警功能等。第一部分 恒压供水系统介绍 本系统按照生活用水中实际情况，采用PLC、HMI、INVERTER组建小型恒压无塔

5、水供水系统。恒压供水系统的基本控制采用变频器控制电动机调速与可编程控制器（PLC）、文本界面HMI构成控制系统，进行优化泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化是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，显示在文本界面上，由PLC发出控制指令，控制泵电动机的运转频率，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。恒压供水就是利PID功能实现工业的闭环控制。即将压力控制点测得压力信号（本系统为0-5V电压信号）传入PLC的模拟端口，通过PID计算将输出值

6、通过模拟量输出到变频器，控制变频器运转频率，从而控制泵组转速。在实际应用中供水系统选用原则水泵扬程应大于实际供水高度，水泵流量总和应大于实际最大供水量。二、恒压供水系统的基本构成如上图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。配单台电机及水泵是，受到功率的限制，在用水量少的时候使用一台大电机又会造成浪费，电机选小又会造成供水不足。而且水泵与电机维修的时候，备用泵是必要的。所以本系统采用两台水泵，从节约成本的角度考虑，两台水泵机组配一台变频器，变频器与电机间可以切换，供水运行时，一台水泵变频运行，其余的水泵用作备用，满足不用的水量需求。在选用四个小电机来控制两个泵的四个

7、阀门的开关，用四个小电机的正反转来切换开关阀，达到限位时就关电机，从而控制管道闸门的作用。这种供水方式是利用封闭的气压罐代替水塔蓄水，通过检测罐内压力来控制水泵的开与停。当罐中压力降到压力下限时，水泵启动；当罐中压力升到压力上限时，水泵停止。这种方式，设备的成本比水塔要低很多另外,PLC 控制的自动恒压供水系统还具有标准的通讯接口, 可与城市供水系统上位机进行联网, 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。第二部分 系统使用元器件说明可编程控制器根据实际需要和学校条件，本文中使用的是西门子S7-200系列CPU226.（一）、CPU226技术

8、指标如下：外形尺寸 196mm*80mm*62mm存储器程序存储器 4096字用户数据存储器 2560字存储器类型 EEPROM存储卡 EEPROM数据后备（超级电容） 190h编程语言 LADFBD和STL程序组织 一个组织快（可以包含子程序和中断程序）系统IO本机IO 24点输入16点输出扩展模块数量 7个模块数字量IO映像区 256点（128点输入128点输出）数字量IO物理区 248点（128点输入120点输出） 模拟量IO映像区 32路输入32输出模拟量IO物理区 35路（28路输入7路输出）或14路输出附加功能内置高速计数器 6个（35kHz）内置模拟电位器 2个（8位分辨率）脉冲

9、输出 2个高速输出（20kHz）通信中断 1发送器2接收器定时中断 2个（1255ms）输入中断 4个实时时钟 内置时钟口令保护 3级口令保护通信 2个RS-485通信接口可用作PPI接口、MPI从站接口和自由口为传感器提供DC5V电流 1000mA（二）、CPU226的接线（1）DC输入DC输出 DC输入输出中1M、0.01.4为第一组，2M、1.52.7为第二组组成，1M、2M分别为各组的公共端。DC24V的负极接公共端1M或2M。输入开关的一端接到DC24V的正极，输入开关的另一端接到226的输入端。DC输出端中1M、1L+、1.01.7为第2组组成。1L+、2L+分别为公共端。第一组D

10、C24V的负极接1M端，正极接1L+端。输出负载的一端接到1M端，输出负载的另一端接到CPU226的输出端。第二组的接线与第一组相似。（2）DC输入继电器输出 DC输入继电器输出端与CPU226的DC输入DC输出的相同。继电器输出端有3组构成，其中N（）、1L、0.00.3为第一组，N（）、2L、0.41.0为第二组,N（）、3L、1.11.7为第三组。各组的公共端为1L、2L、3L。第一组的负载电源的一端N接负载的N（）端，电源的另一端L（+）接继电器输出端的1L端。负载的另一端分别接到CPU226的继电器输出端子。第二组、第三组的接线与第一组相似。模拟模块（a.图为EM231） （图b.E

11、M232） 本文中的模拟量输入输出模块采用的是西门子EM231模拟量输入模块和EM232模拟量输出模块，具体参数见下表：参数类型EM231EM232外形尺寸71.2*80*62mm71.2*80*62mm功耗3W3W本机特性4路模拟量输入2路模拟量输出电源电压标准DC24V/4mA标准DC24V/4mA分辨率12bit12bit转换速度250us100us电压，2ms电流隔离有有耗电从CPU的DC 5V（I/O）耗电10mA从CPU的DC 5V（I/O）耗电10mA开关设置ON OFF ON 0-10V接线端子M为DC24V电源负极端，L+为电源正极端。RA、A+、A-、；RB、B+、B-、；

12、RC、C+、C-、；RD、D+、D-、分别为第1-4路模拟量输入端。电压输入时，“+”为电压正端，“”为电压负端。电流输入时，需将“R”与“+”短接后作为电流的进入端，“”为电流流出端。M为DC24V电源负极端，L+为电源正极端。M0、V0、I0、；M1、V1、I1.分别为第1-2路模拟量输出端。电压输出时，“V”为电压正端，“M”为电压负端。电流输出时，“I”作为电流的进入端，“M”为电流流出端。文本显示器（图、人机界面） 人机界面是连接可编程序控制器（PLC）、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠标等）写入工作参数或输入操作命令，实现人与

13、机器信息交互的数字设备,由硬件和软件两部分组成。本文采用的是深圳步科（eview）公司的MD204L型文本显示器，MD204L 是一个小型的人机界面，主要与各类PLC（或带通信口的智能控制器）配合使用，以文字或指示灯等形式监视、修改PLC 内部寄存器或继电器的数值及状态，从而使操作人员能够自如地控制机器设备。MD204L 可编程文本显示器有以下特点：通过编辑软件 TP200 在计算机上制作画面，自由输入汉字及设定PLC 地址，使用串口通讯下载画面，通讯协议和画面数据一同下载到显示器，无须 PLC 编写通讯程序，对应机种广泛，包括，西门子、三菱、欧姆龙、松下、施耐德、永宏、LG、台达、AB等主流

14、PLC，包括Modbus RTU、自由通讯等通用协议，以及应用于KINCO 伺服驱动的ECOSTEP协议具有密码保护功能，具有报警列表功能，逐行实时显示当前报警信息，具有可选的具有时钟模块的型号，可以提供实时时钟20 个按键可被定义成功能键，有数值输入小键盘，操作简单，可替代部分控制柜上机械按键自由选择通讯方式，RS232/RS422/RS485 任选带背景光 STN 液晶显示，可显示24 个英文字符4 行，即12 个汉字4 行显示器前表面符合 IP65 构造，防水、防油等，所接电源为直流24V电压，是通过整流桥整流的电流。设备工作状态显示，如指示灯、按钮、文字、图形、曲线等；四、变频器1.H

15、LP-C系列铭牌说明MODE： HLPC01D543AINPUT： 3PH380V50Hz/60HzOUTPUT: 3PH380V4.0A1.5KWFreq Range: 0.1-400HzHAILI ELECTRONICS CO., LTD型号：HLP C 01D5 43 A软件版本电压等级，43表示三相380V变频器容量，01D 1.5KW 系列号 商标名称 = 2 * GB1 控制端子排列FAFBFCDRVFORREVRSTSPLSPMSPHGNDAMVIAI+1+10V = 3 * GB1 主回路端子说明端子记号内容说明R.S.T电源输入端（230V级机种，单、三相共用，单相任选二相接

16、入）U.V.W变频器输出端P.P.r制动电阻连接端E接地端子，按电工法规230V第三种接地，400V特种接地4、控制端子说明端子记号内容说明出厂设定FOR多功能输入一出厂设定为正转REV多功能输入二出厂设定为反转RST多功能输入三出厂设定为复位SPH多功能输入四出厂设定为高速SPM多功能输入五出厂设定为中速SPL多功能输入六出厂设定为低速GND数位控制信号共同端+10速度设定用电源+10VVI模拟电压频率指令0+10V对应最高操作频率AI模拟电流频率指令420mA对应最高操作频率DRV多功能输出端子一（光耦合）DC24V/100mAFAFBFC多功能输出端子三（常开/常闭）3A/250VAC3

17、A/30VDCAM数位频率输出端子0-10V5.功能一览表参数功能一览表（一）功能码功 能设定范围及功能说明设定值C000主频率设定0.0400.0Hz40.00C001加速时间设定0.16500S5.0C002减速时间设定0.16500S5.0C003V/F曲线设定01600C004最高电压设定0.1255/510220参数功能一览表（二）功能码功 能设定范围及功能说明设定值C005基准频率设定0.0140050C006中间电压设定0.1255/5108.6C007中间频率设定0.014002.5C008最低电压设定0.1505.2C009最低频率设定0.120.0Hz1.25C010最大频

18、率设定50.0400.090.00C011下限设定频率0.04000.00C012运行控制设定021C013运行频率选择021C014启动方式选择010C015停车方式选择010C016反转选择010C017停止键允许011C018S曲线时间设定06500S0C019载波频率选择01509C020启动频率选择0.11010.00C021停车频率选择0.11005.00C022寸动频率选择040005.00C023寸动加减速时间选择02501.0C024PLC运行选择050C025AUTOPLC运行选择030C026PLC运转方向选择02550C050多功能输入端FOR0无效，1运转，2正转，3

19、反转，4停止，5正/反转，6寸动，7寸动正转，8寸动反转，9紧停，10复位，11散热器或电机过热，12纤伸高速，13高速，14低速，15多段速一，16多段速二，17多段速三，18定时器19启动，20定时器21启动，22计数器复位，23计数器02C051多功能输入端REV03C052多功能输入端RST10C053多功能输入端SPH17C054多功能输入端SPM18C055多功能输入端SPL19C056多功能输出端DRV0无效，1运行中，2故障中，3零速中，4直流制动指示，5设定频率到达，6任意频率一到达，7任意频率二到达，8加速中，9减速中，10变频器过载报警，11电机过载报警，01参数功能一览

20、表（五）功能码功 能设定范围及功能说明出厂C057多功能输出端FABC1，电压指示，2，阶段完成指示，3，过程完成指示，4，风扇动作，5，MCB动作，6，制动电阻动作，7，PID下限报警，8，PID上限报警，9，纤伸结束，10，定时器二到达，11，定时器一到达，12，中间计数器到达，13，计数器到达02C058多功能模拟端AM070 五、低压电器元件交流接触器CJX2-1816/110VAC辅助触点F4-13中间继电器LY2NJ/24VDC热继电器JR36-20漏电保护器DZ47LE/C32(3P)空气开关DZ47-63/1P熔断器RT18-32按钮LAY39(红)按钮LAY39(绿)按钮LA

21、Y39(黄)按钮LA19(绿)转换开关LW5-16/(3)转换开关LW12-16/(3)指示灯24VLed(红)(绿)(黄)电压表380VAC电流表4-20mA转速表头0-10v工作灯36VAC十字开关变压器BK150/6.3/24/36/110照明灯220V 40W线槽30*30 35*30接线端子螺钉M4*15螺帽M4整流桥KBPC1010W六、交流电动机本文采用了交流380V三相感应微型电动机型号JW6314 功率180W 工作方式：连续 转速1400/min绝缘等级：第三部分 系统流程图及系统运行简介1、初始化及自动模式2、手动模式3、系统运行简介：系统上电，PLC，文本显示器，变频器

22、得电，选择系统运行方式，分为手动和自动两种，系统自动时，一号机组和二号机组自动切换。系统手动时，通过按钮和面板控制工艺流程，开启阀门，然后开启水泵，水泵工作频率来源于管道压力，同时也可以给定压力来源，由变频器控制水泵运转。如遇紧急情况，比如大量用水或火灾发生时，按钮紧急按钮，系统会以设定大功率，两台水泵同时工作，以解决用水需要。系统运行中的所有状态和故障，都能在文本显示器上显示，非专业人员也可以通过向导操作系统轻松完成对系统的控制和故障的排除。4、工作原理：变频恒压供水系统是由三相异步电动机带动水泵旋转来供水，通过变频器调节输入交流电的频率而调节异步电动机的转速，从而改变水泵的出水流量来调节供

23、水系统的压力。因此，供水系统变频的实质是三相异步电动机的变频调速，通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。异步电机的转速为：其中：n0为异步电机同步转速；n为异步电机转子转速；f为异步电机的定子输入交流电的频率；S为异步电机的转差率；p为异步电机的极对数。由上式可知，当异步电机的极对数p不变时，电机转子转速n与定子输入交流电频率f成正比。当系统启动，运行在自动模式时，此时手动模式无效。系统按照给定的水压进行设定，PLC根据给定的水压自动调节交流电的频率，精确跟踪给定的供水压力。在用水量高峰时期，系统的用水量猛增，扬程降低，供水量不足，供水水压下降，1#电机输入交流电的频率会升高，以提高

24、供水水压。当交流电的频率达到最大频率，供水水压仍然小于设定的水压时，1#电机会自动切换到工频状态下，同时2#电机启动并工作在变频状态。在夜间，系统的用水量递减，扬程升高，供水量过大，2#电机会退出变频状态，1#电机由工频切换到变频状态，并不断调节交流电频率，系统最终要维持供水的设定压力。当系统运行在手动模式时，自动模式无效。在自动模式出现问题或系统在维护期间时，系统才会采用手动模式。用户根据需要，可以从PLC的输入开关输入信号，选择1#电机或2#电机运行在工频状态。变频恒压供水系统的功能要求：系统的供水压力能够准确跟踪给定供水压力（稳态误差在5内）；可以自动进行自动模式/手动模式切换。系统的控

25、制原理框图如图3所示。压力传感器从供水管网反馈电压信号，电压信号经过滤波放大后送到S7-200的模拟输入口，与给定的供水压力信号比较形成压力偏差信号，经过PLC（S7-200）PID模块PI调节后发出控制电压信号，送到变频器的模拟输入调节端口。送到变频器的模拟电压信号与连接到变频器的三相交流电的频率一一对应，调节控制电压信号就可以调节三相交流电的频率。系统是以供水管网的供水压力为控制对象而构成的闭环控制系统，其设计是按照两个电机就可以完全满足供水要求。该系统有手动和自动两种运行方式：手动运行系统上电后，选择泵，再开启阀门后按下按钮启动或停止水泵，可根据需要分别控制1#-4#小电机的启停来控制开

26、关阀门。该方式主要供检修及变频器故障时用。自动运行合上自动开关后，1#泵电机通电，变频器输出频率从0Hz上升，同时PID调节器接收到自压力传感器的标准信号，经运算与给定压力参数进行比较，将调节参数送给变频器，如压力不够，则频率上升到50Hz，1#泵由变频切换为工频，变频器逐渐上升频率至给定值，加泵依次类推；如用水量减小，从先启的泵开始减，同时根据PID调节器给的调节参数使系统平稳运行。若有电源瞬时停电的情况，则系统停机；待电源恢复正常后，系统自动恢复运行，然后按自动运行方式启动1#泵变频，直至在给定水压值上稳定运行。变频自动功能是该系统最基本的功能，系统自动完成对多台泵软起动、停止、循环变频的

27、全部操作过程。通过变频器控制1#，2#泵的启停及切换。故障处理：故障报警当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压、差压等情况时，系统皆能发出声响报警信号；特别是当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压时，系统还会自动停机，并发出声响报警信号，通知维修人员前来维修。此外，变频器故障时，系统自动停机，此时可切换至手动方式保证系统不间断供水。水泵检修为维护和检修水泵，要求在系统正常供水状态下，在一段时间间隔内使某一台水泵停运，系统设有水泵强制备用功能（硬件备用），可随意备用某一台水泵，同时不影响系统正常运行；为了使水泵进行轮休，系统还设有软件备用功能（钟控功能，由时间控制器实现），1#与2#泵具有周期定

28、时切换功能，连续可调。第四部分 恒压供水系统硬件电路设计图一：主电路图图二：控制电路图图三：端子接线图图四：变频器（图一、主电路图）（图二、控制电路图）（图三、接线端子图）（图四、模拟量接线图）（图五、变频器接线图）第五部分PLC程序图 第六部分 文本界面设计图文本界面对恒压无塔供水控制具体如下图：主页面： 开始界面 主菜单 模式选择界面手动模式自动模式 泵的选择阀达到上限状态阀达到下限状态A泵工作状态模拟量的采集导向模式参数设定结束第七部分 参考文献PLC应用开发使用子程序 人民邮电出版社现代电气控制机PLC应用技术 北京航空航天大学出版社PLC试验与实践 高等教育出版社西门子S7-200PLC应用教程 机械