恒压供水系统设计Word文档格式.doc

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3.4.3注意问题 12

3.5PLC控制系统设计与调试的一般步骤 12

3.6变频调速恒压供水系统功能说明 14

3.6.1控制对象 14

3.6.2变频调速系统工作过程 14

3.6.3控制功能框图 15

3.7变频调速恒压供水系统电路图 15

3.7.1供水系统的主电路图 15

3.7.2供水系统的控制电路图 16

3.7.3系统设计的硬件连接图 17

4变频调速恒压供水系统软件设计 22

4.1PLC应用系统的软件设计内容 22

4.2PLC应用系统的软件设计步骤 22

4.3编程的基本原则 22

4.4系统软件流程图 23

4.5供水系统主程序设计 24

4.6供水系统的子程序设计 26

4.7供水系统的中断程序设计 26

4.8储存器功能表与整体程序分析 27

结束语 28

致谢 29

参考文献 30

附录1系统的主程序指令 31

附录2系统的主程序指令 33

附录3系统的中断程序指令 34

绪论

由于生活用水过程中存在不同时间段用水量不均现象。

如果不对供水量进行调节,管网压力的波动也会很大,容易出现管网失压或爆管事故,同时也浪费了大量能源。

为了节约电能,又能保证正常用水,供水部门也采取了不少措施。

近几年最为常用的变频恒压供水系统能根据压力变化情况及时调整电机转速,将供水压力控制在一定范围之内，既满足了变化的用水需求，也起到了节能降耗的目的。

恒压供水技术以其节能、安全、供水高品质等优点，在供水行业得到了广泛应用。

恒压供水调速系统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，恒压供水对水泵、电机也起到了很好的保护作用和有效地节约了电能的消耗。

结合使用可编程控制器，可实现循环变频，电机软启动，具有短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，延长了设备的使用寿命。

但是，变频恒压供水系统存在如下不足：

（1）由于供水系统出口压力与实际用水需求存在较大的滞后性，供水系统存在较大的周期性压力波动。

（2）变频范围只有在离心泵的特性曲线最佳工作范围内，也就是下调频率10%～30%才能显示出其最大的节能效益，如再往下调频率，就会出现水泵运转而不出水的工况，即超出了离心泵的极限工作范围。

（3）在深夜用水量很小的时候，水泵在变频器控制下较长时间内低频（速）运转对水泵机械工况不利，同时耗能增加，约为额定功率的25%。

针对上述问题，以PLC为核心，采用模糊控制技术和压力补偿策略实现的变频恒压供水控制系统较好地解决了上述问题。

日常的生活用水量随季节、昼夜、上下班的时间不同而有较大变化，因而经常出现供水用水的不平衡，主要表现在水压上，用水多而供水少则水压低，用水少而供水多则水压高。

某公司住宅区由于自来水管网的水压较低，自来水通常不能到达住宅的较高楼层。

要用水泵再次将水送至楼顶的高位水箱，再供应给用户。

但是，这种二次供水方式不可避免造成污染，影响居民的身体健康。

为保证小区的供水正常，我们利用PLC，配以不同功能的传感器，根据网管的压力，通过变频器控制水泵的转速，使水管中的压力始终保持在合适的范围。

这种变频恒压供水系统直接取代水塔、高位水箱及传统的气压罐供水装置。

另外水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运行的节能效果非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省40%。

结合使用可编程控制器，可实现循环变频，电机软启动，具有短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，大大延长了设备的使用寿命。

11楼宇供水系统的控制要求

变频调速恒压供水系统具有节能、安全、高品质的供水质量等优点。

采用PLC作为控制器，硬件结构简单，成本低，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。

设计可编程控制器程序实现对恒压供水系统的控制有两个基本要本要求。

1.1水泵的启停

根据主管道给出的压力信号决定水泵的启停，当压力低于正常压力时启动一个水泵，10S后仍低，则启动下一台；

当压力高于正常压力时，切断一台水泵，10S后高压信号仍存在，切断下一台。

每台泵在启动时要有软启动功能。

1.2水泵启停切换原则

恒压供水系统主要是由几个水泵完成对主管道供水压力的维持，考虑到电机的保护，要求几台水泵的运行时间和频率尽可能一致。

也就是说，需要接通时，首先启动停止时间最长的那台，而需要切断时则先停止运转时间最长的那台。

对泵的操作要有手动控制功能，手动只在应急或检修时临时使用。

按照实际需要，还可以确定恒压供水系统主要控制要求如下：

系统控制生活和消防水管网供水。

生活用水泵组也可做消防供水的备用，消防泵组也可参与生活泵组的交替使用。

系统能根据设定压力自动调节水泵转速和水泵运行台数，使设备运行在高效节能的最佳状态。

系统应采用闭环控制能自动调节设定压力和管网实际水压的差值，使管网供水压力始终保持恒定。

系统具有短路、过流、过压、过热、过载等多种保护。

水泵运行如有故障，则自动停止工作并报警输出，然后进行故障判断并自动启动备用泵等。

采用各种措施尽可能使系统在安全运行的情况下达到节能的目的。

2楼宇供水系统的工作原理

2.1楼宇供水系统的构成

本文的供水系统可适用于生活水、工业用水以及消防等多种场合的供水。

以两台水泵组成的供水系统为例，变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检测、控制系统、变频器、人机界面、上位连接以及报警装置等部分组成。

其工作过程：

首先检测给水池液位保护开关是否动作，否则直接由变频器启动第一台水泵；

同时由远传压力表测出出水口管路水压，将模拟量送到控制器，与给定水压值（设定上下限）比较后，控制变频器输出频率，调节水泵转速。

当变频器频率到达最大或最小时，由控制增加水泵或减少水泵来实现恒压供水，这样就构成了以设定压力为基准的压力闭环系统。

通常，在同一路供水系统中，设置多台常用泵，供水量大时多台泵全开，供水量少时少开一台或两台。

在采用变频器进行恒压供水时，就存在着所有的水泵配用一台变频器还是每台水泵配用一台变频器的问题。

这两种方案哪一种更好呢？

本文提出了用一台变频器控制多台电机的方案，既节约了投资，又达到了恒压供水的目的。

供水系统由主供水回路、泵房组成，其中泵房装有2台泵。

另外，还有多个电动闸阀或控制设备。

系统需要供水量比较少时就开一台水泵向管网充压，供水量大时开2台泵机同时向管网充压。

要想维持供水网的压力不变，根据反馈定理在管网系统的管道上安装了压力变送器作为反馈元件。

采用以PLC控制的方式来实现对两台泵切换及工频变频的切换控制。

用变频器实现电动机的调速运行。

恒压供水系统主要由上位机、PLC、一台变频器、压力变送器、电机（M1和M2）、水泵组和气压罐组成，其中上位机、PLC和变频器组成系统的核心，自动控制给水泵的投入台数和电机的转数，实现闭环自动调节恒压供水。

两台变频器均具有内置PID，可消除控制参量的静态误差、突变、滞后等现象，缩短系统稳定的时间。

楼宇供水系统的构成原理图如图2-1所示。

操作信号

PLC

变频器

PID

压力信号

限值信号

切换装置

2号泵

1号泵

图2-1楼宇供水系统的构成原理图

2.2楼宇供水系统的工作原理

考虑整个供水系统由2台水泵组成，分成生活泵组和消防泵组，生活泵组主要用于生活管网供水，消防泵组用于消防状态下的消防用水补给（同时生活泵组的恒速泵也作为消防泵组的恒速泵的备用），生活泵组和消防泵组定时倒换，并互相备用。

因此消防和生活供水便成为既独立又互相联系的两个系统（每套系统由一台变速泵和一台恒速泵组成，同时生活泵组的恒速泵可作为消防泵的备用），被控量为消防和生活供水管网的压力信号。

一般情况下由上位PC机给定生活管网压力，然后与压力传感器所测管网实际压力进行比较，将差值送入变频器内置PID进行运算，用结果控制变频器的频率输出，当管网压力低于给定值时，PID正向积分控制变频器输出，频率增加，水泵加速，管网压力将不断增大直到趋于设定值。

反之，当管网压力高于给定值时，PID反向积分，变频器输出频率降低，水泵减速，管网压力将不断减小。

当管网压力等于设定值时，变频器频率保持恒定，管网水压也基本恒定。

当用水量过大时，调速全速运行也不能满足管网压力恒定，压力的下限信号和变频器的工频信号同时被系统检测到时，PLC将自动投入一台恒速泵，增加一供水固定值，仍由调速泵调至恒压。

变频器的输出频率在0～50Hz之间变化，频率越高，水泵的出口压力越大。

调节变频器的输出频率，就可以改变水泵的输出能力。

我们采用的是差动式压力传感器，安装在水泵的出水管道上，用于水压的闭环控制。

同时启动必须为变频启动，以保证较小的启动电流和较大的启动转矩。

压力信号通过PID调节器驱动变频器，然后通过报警表的限值输出控制PLC切换泵的运行状态。

加上启动信号后，首先1#号泵变频启动，延时10S后（延时目的使压力稳定下来），如压力信号为正常值则保持变频运行；

如压力信号为下限则1#号切换工频，同时延时1S后（延时目的使开关熄弧，防止短路）把2号投入变频运行；

如果运行一段时间水压较低（正常值的低值），则把2号也切换为工频运行，以保证供水压力；

如达到较高压力（正常值的高值）则把其中一台切换为变频运行，另一台工频运行；

如达到上限值则切除工频，保持变频运行。

若仍为上限值则1、2号泵停机。

若恢复到正常值则按流程图的正常值条件运行。

根据上面的对于供水系统的分析，首先由上位机给定压力值，然后系统按控制过程通过变频器和PLC的控制迅速使消防管网压力到达设定值附近。

基于PLC和变频器的恒压供水控制系统工作原理图如图2-2所示。

图2-2恒压供水控制系统工作原理图

2.3系统主要特点

为了避免启动时的冲击电流，电机采用变频启动方式，从变频器的输出得到逐渐上升的频率和电压。

启动前变频器要复位。

根据供水管网流量、压力变化自动控制变频器输出频率，从而调节电动机和水泵的转速，实现恒压供水。

如设备的输出电压和频率上升到工频仍不能满足供水要求时，PLC发出指令1号泵自动切换到工频电源运行，待1号泵完全退出变频运行，对变频器复位后，2号水泵投入变频运行。

根据恒压的需要，采取无主次切换，即“先开先停”的原则接入和退出。

在PLC的程序中，通过设置工频水泵的台数，由给定频率是否达到上限频率或下限频率来判断增加水泵或减少水泵。

为了避免一台水泵长期工作，任一水泵最好不要连续变频运行超过3小时。

这个系统还能对水位下限，变频器、PLC故障等报警。

当PLC发生故障时，系统从自动转入手动方式。

系统正常运行时，用户用水管网上的压力传感器对用户的用水水压进行数据采样，传输至PLC，与用户设定的压力值进行比较，将结果转换为频率调节信号和水泵启动台数信号分别送至变频器和可编程控制器。

变频器调节水泵电机的电源频率，进而调整水泵的转速，PLC控制水泵的运转。

通过对水泵的启动和停止台数及其中变频泵转速的调节，将用户管网中的水压恒定于用户预先设计的压力值，达到变频恒压供水的目的。

该恒压供水系统的各部分主要特点与功能：

（1）操作台：

实现系统操作控制及参数的设定与显示。

（2）可编程序控制器：

操作控制信号的输入，以及PLC的控制输出，实现对两台变频器的切换及调速控制。

（3）变频器：

有手动、自