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恒压供水
目录
摘要…………………………………………………………………………………………………Ⅲ
ABSTRACT………………………………………………………………………………………Ⅳ
第一章绪论………………………………………………………………………………………1
1.1PLC的用途与特点………………………………………………………………………3
第二章系统组成及控制要求……………………………………………………………………6
2.1系统简介…………………………………………………………………………………6
2.2系统组成…………………………………………………………………………………6
2.3控制要求及技术指标……………………………………………………………………6
2.4变频器的技术参数………………………………………………………………………7
2.5PID调节仪（XSC5）……………………………………………………………………
2.6液位变送器
2.7调节阀
2.8流量计
第三章控制系统设计……………………………………………………………………………8
3.1控制方案……………………………………………………………………………8
3.1.1抽水泵系统………………………………………………………………………9
3.1.2半自动运行………………………………………………………………………9
3.1.3手动………………………………………………………………………………9
3.1.4加压泵系统……………………………………………………………………10
3.1.5系统实现功能…………………………………………………………………10
3.2主电路设计………………………………………………………………………………10
3.3PLC的接线图……………………………………………………………………………11
3.4控制电路图………………………………………………………………………………11
3.5程序设计…………………………………………………………………………………11
第四章PLC选型分析………………………………………………
4.1硬件设置…………………………………………………………………………………12
4.2系统软件…………………………………………………………………………………12
4.3PLC的I/O分配……………………………………………………………………………13
4.4PLC主要技术条件分析……………………………………………………………………13
4.5PID应用及介绍……………………………………………………………………………14
4.6PID计算……………………………………………………………………………………16
4.7PLC系统状态分析…………………………………………………………………………17
第五章结束语……………………………………………………………………………………18
参考文献……………………………………………………………………………………………19
摘要
近年来随着科技的飞速发展，人们生活水平的提高，现代建筑也越来越高，单靠自来水公司的供水系统已经满足不了对高楼层人们的供水需求，因此必须要设计一种高楼恒压供水系统。
本设计采用PLC设计。
随着城市建筑供水问题的日益突出，保持供水压力的恒定，提高供水质量是相当重要的；同时要求供水的可靠性和安全性。
本次设计是针对上述问题设计的供水方式和控制系统，由主回路，备用回路，一个清水池及泵房组成。
其中，泵房装有1#~4#共4台泵机，还有多个电动闸阀或蝶阀控制各供水回路和水流量。
控制系统采用了以具有丰富功能的PLC为核心的多功能高可靠性控制系统。
水泵作为供水工程中的通用机械，消耗着大量的能源，电耗往往占制水成本的60%以上，在我国，每年水泵的电能消耗占电能总消耗的21%。
为了节约降耗，必须采取调节措施使泵站适应负荷变化的运行。
本次设计内容包括PLC设计常用标准和规范，设计内容力求做到简明扼要，严格按照设计标准进行设计，从而设计出复合设计要求，适合实际生产情况的PLC供水系统，真正做到使生产效率大大提高，节约了生产成本，节省生产成本。
本次设计介绍一种变频调速恒压供水系统，该系统可根据管网瞬间压力变化，自动调节某台水泵的转速和多台水泵的投入及退出，使管网主干管出口端保持在恒定的设定压力值，并满足用户的流量需求，使整个系统始终保持高效节能的最佳状态。
Abstract
Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnologyinrecentyears,people'slivingstandardsimprove,moreandmoremodernarchitecturehighwatercompaniesalonecannotmeetthewatersupplysystemhasbeenthatpeopleonhighfloorsofthewatersupplyneedsmustbeconstantpressuretodesignahigh-risewatersupplysystem.ThisdesignusesaPLCdesign.
Ascitiesbecomemoreprominentbuildingwatersupplytomaintainaconstantpressurewatersupply,improvewaterqualityisimportant;alsoaskedthewatersupplyreliabilityandsecurity.Thisdesignisdesignedtoaddresstheproblemofwatersupplyandcontrolsystem,themaincircuit,standbycircuit,composedofaclearwatertankandpumpingstation.Amongthem,thepumpingstationisequippedwitha#3#3pumpmachines,thereareseveralelectricgatevalveorbutterflyvalvecontrolthewaterloopandwaterflow.Controlsystemusedtofeature-richcore,multi-functionPLCcontrolsystemwithhighreliability.
Pumpasawatersupplyprojectinthegeneralmachinery,consumelargeamountsofenergy,powerconsumptionusuallyaccountsfor60%ofwatercostsmorethanthatinChina,theannualtotalpowerconsumptionofthepumppowerof21%oftotalconsumption.Tosaveenergy,musttakemeasurestoregulatetheoperationofpumpingstationstoadapttoloadchanges.
ThisdesignincludesPLCdesignstandardsandspecificationsusedtodesignthecontentoftriedtobeconcise,strictlyinaccordancewiththedesignstandardsfordesign,anddesignacomplexdesignrequirements,theactualproductionofthePLCforthewatersupplysystem,trulytheproductionefficiencygreatlyincreasetheproductioncostsavings,savingproductioncosts.
Thisdesignintroducesafrequencycontrolwatersupplysystem,whichcancontrolthemomentofpressure,automaticallyadjuststhespeedofawaterpumpandmultiplepumpoperationandwithdrawal,sothattheoutletendofthetrunkpipelinenetworktomaintainaconstantsetpressurevalue,andmeettheneedsoftheuser'straffic,alwayskeepthewholesystemenergyefficientbest.
第一章绪论
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。
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。
供水网网（系出口）压力值是根据用户需求确定的。
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。
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，实现双恒压供水的稳定。
长期以来的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。
1.1PLC的用途和特点
可编程控制器简称PLC，它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC和可编程序控制器PC几个不同时期。
为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。
PLC是一种数字运算的电子系统，转为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输人和输出。
控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关设备，都是按易与工业控制器系统联成一体、易于扩充功能的原则设计。
PLC是一种以微处理技术为基础，将控制处理规则存储于存储器中，应用于以控制开关量为主或包括控制参量在内的逻辑控制、机电运动控制或过程控制等工业控制领域的新型工业控制装置。
（1）PLC的功能与应用
可编程控制器在国内外广泛应用于钢铁、石化、机械制造、汽车装配、电力、轻纺、电子信息产业等各行各业。
目前典型的PLC功能有下面几点。
顺序控制：
这是可编程控制器最广泛应用的领域，取代了传统的继电器顺序控制，例如注塑机、印刷机械、订书机械，切纸机、组合机床、磨床、装配生产线，包装生产线，电镀流水线及电梯控制等。
程控：
在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液体、速度、电流和电压等，称为模拟量。
可编程控制器有A/D和D/A转换模块，这样，可编程控制器可以作模拟控制用于程控。
数据处理：
一般可编程控制器都设有四则运算指令，可以很方便地对生产过程中的资料进行处理。
用PLC可以构成监控系统，进行数据采集和处理、控制生产过程。
较高档次的可编程控制器都有位置控制模块，用于控制步进电动机，实现对各种机械的位置控制。
通信联网：
某些控制系统需要多台PLC连接起来使用或者由一台计算机与多台PLC组成分布式控制系统。
可编程控制器的通信模块可以满足这些通信联网要求。
（2）PLC的特点
PLC是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。
1.可靠性高，抗干扰能力强
为了限制故障的发生或者在发生故障时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，各PC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PC具有了很强的抗干扰能力。
2.通用性强，控制程序可变，使用方便
PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。
用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。
因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。
3.功能强，适应面广
现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。
既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。
4.编程简单，容易掌握
目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。
既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。
PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。
与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。
5.减少了控制系统的设计及施工的工作量
由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。
同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。
并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。
6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便
PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。
并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
第二章系统组成及控制要求
2.1系统简介
为改善生产环境，某公司投资清洁水技改工程并建成一座日产水2.5万顿的供水系统，分别建设了抽水泵系统、加压泵系统和高位水池。
根据公司用水需求特点，从抽水泵系统过来的水一部分直接供给生产用水部门，一部分则需通过加压泵输送到高位水池，而供给生产用水部门的水压与供给高位水池的水压相差较大。
同时高位水池距抽水泵房较远达十多公里，高位水池的液位高低和加压泵系统的设计以及如何与抽水泵系统“联动”也是较难解决的。
鉴于以上特点，从技术可靠和经济实用角度综合考虑，我们设计了用PLC控制与变频器控制相结合的自动恒压控制供水系统，同时通过主水管线压力传递较经济地实现了加压泵系统与抽水泵系统“远程联动”的控制目的。
每个系统都不是十全十美的，而本系统也有不足点。
本系统的优点可以归纳为以下几个方面：
（1）系统造价经济性
由于采用“一拖多”控制方式，与“一控一”方式相比较，硬件投资成本较少，具有较高的价格竞争优势;
（2）系统构造简单和易维护性
系统由功能相对独立的通用设备单元构成，便于故障判断和日常维护保养及功能性单元替换;
（3）通用性和灵活性
系统基本不受用户的使用场所和应用环境限制，可通过软件功能块的组合将其扩展到其他类同的供水应用场合，具有较强的灵活性;
（4）智能性
系统可在无人职守的情况下，通过对故障的检测判断，自动地按“优美降级使用”方案处理，减少了系统停机断水现象;
（5）保护功能全面性
系统除具有常规的过载、过流、过压等保护功能，还具有无水停机、管网上限压力保护等附加功能性保护。
当然，本次设计的供水系统也并非完美无缺，比如在某台电机变频运行向工频运行切换的过程中，由于在变频驱动切断后电机处于滑停运转方式，此时，电机处于感应发电状态，存在着感应发电相位与工频电源的相位不一致的可能性，容易造成在向工频切换时的电流冲击现象。
为避免这一现象，可采用通过软起动器驱动各个需工频运转的电机的方案。
在实际应用中，对于380V/110kW以下容量的电机，只要缩短电机自由滑停段的时间（一般控制在200ms以内），就可以减少感应发电状态下的非同期相位的电量累积，减小工频切换时的冲击影响。
2.2系统组成
系统主要由电动机，变频器，PLC控制器，软起动器，电机保护器数据采集及其辅助设备组成。
2.3控制要求及技术指标
（1）控制要求
1：
供水压力要求恒定，波动一定要小，尤其在换泵时。
2：
三台泵根据压力的设定，采用“先开先停”的原则。
3：
为了防止一台泵长时间运行，需设定运行时间。
当时间到时，自动切换到下一抬泵，以防止泵长时间不用而锈死。
4：
要有完善的保护和报警功能。
5：
为了检修和应急要设有手动功能。
6：
需要有水池防抽空功能。
（2）技术指标
●供水扬程：
4—120m
●供水流量：
2—2000m3/h
●水泵功率：
0.55—75KW
●平均节电率：
30—60%
●压力调节精度：
0.01Mpa
●预定压力设定数：
第1、2压力。
其中第2压力设定值为消防用水压力。
●水泵数量及功率可根据用户实际情况来选定。
2.4变频器的技术参数、
（1）以下為特別需要注意的事項：
1、本驱动器在使用前，务必正可靠接地。
2、实施配线，务必关闭电源。
3、切断交流电源后，交流电机驱动器数位操作器指示灯未熄灭前，表示交流电机驱动內部仍有高压十分危险，请勿触摸內部电路及其组件。
4、绝对不可以自行改装交流电机驱动器內部的零件或线路。
5、绝不可将交流电机驱动器输出端子U/T1、V/T2、W/T3连接接至AC电源。
6、交流驱动器端子务必正确的接地。
230V系列第三种接地，460V系列特殊接地。
7、本系列变频器是用于控制三相感应电机的变速运转，不能用于单相电机或作其它用途。
8、本系列变频器不能使用于维持生命装置等有关人生安全的场合。
9、请勿对驱动器內部的零组件进行耐压测试，因驱动器所使用的半导体易受高压击穿而损坏。
10、驱动器的电路板有CMOSIC及易受静电的破坏，故在未做好防静电措施前请勿用手触摸电路板。
11、即使电机是停止的，驱动器的主回路端子仍然可能带有危险的高压。
12、只有合格的电机专业人员才可以安裝、配线及修理保养驱动器。
13、当驱动器某些功能被设定后，可能在电源输入后会立即起董电机开始运转。
14、请选择安全的区域来安装交流电机驱动器，防止高温及日光直接照射，避免湿气和水滴的泼溅。
15、请防止小孩或一般无关民众接近交流电机接触器。
16、交流电机驱动器只能用在所认可的场合，未经认可的使用环境可能导致火灾、气爆、感电等事件。
17、当交流电机驱动器与电动机之间的配线过长时间，对电机的层间绝缘可能产生破坏，请改用交流电机驱动器专用的交流电机，或在驱动器及交流电机之间加装电抗器，避免造成交流电机因绝缘破坏而烧毁。
18、驱动器所安裝之电源系统额定电压，230系列机种不可高于240V（460系列机种不可高于480V），电流不可超大于5000ARMS。
（40HP（30kW）以上机种不可大于10000ARMS）
（2）基本配线图
（3）主回路端子指示说明
（4）控制端子标示说明
2.5、PID调节仪
2.5.1技术规格
（1）输入规格
输入信号类型：
电压、电流、热电阻、热电偶、mV、电位器、
远传压力表7种，其中
电压：
1V~5VDC，0V~5VDC可通过设定选择
电流：
4mA~20mA，0mA~10mA，0mA~20mA可通过设定选择
热电阻：
Pt100，Cu100，Cu50，BA1，BA2，G53
可通过设定选择
热电偶：
K，S，R，B，N，E，J，T可通过设定选择
（2）调节方式
连续PID调节
位式PID调节
（3）输出规格
控制输出：
•可控硅无触点开关输出：
100V~240VAC，0.2A（持续）
1A（20ms瞬时，重复周期大于5s）
•可控硅过零触发输出：
可触发5A~500A的双向可控硅、2个单向可控硅反并联连接或可控硅功率模块
•SSR电压输出：
8VDC，40mA（用于驱动SSR固态继电器）
•继电器输出：
触点容量220VAC，3A
•线性电流/电压输出：
同变送输出（如下）
变送输出：
•光电隔离
•4mA~20mA，0mA~10mA，0mA~20mA直流电流输出，通过设定选择。
负载能力大于600Ω
•1V~5V，0V~5V，0V~10V直流电压输出，需订货时注明
•输出分辨力：
1/1000，误差小于±0.5%F·S
或：
1/4000，误差小于±0.2%F·S报警输出
•12种报警方式，通过设定选择。
具备延时报警功能
•继电器输出：
触点容量220VAC，3A
•OC门输出：
电压小于30V，电流小于50mA
（4）电源规格
电源：
220VAC供电的仪表：
85V~265V，功耗小于7VA
24VDC供电的仪表：
20V~28V，功耗小于5VA
12VDC供电的仪表：
9V~20V，功耗小于5VA
其它电源规格以随机说明书为准
（5）其它性能指标
工作环境：
0℃~50℃，湿度低于90%R.H
宽温范围的仪表需在订货时注明
显示范围：
-1999~9999，小数点位置可设定
显示分辨力：
1/10000
基本误差：
小于±0.2%F·S
测量分辨力：
1/60000，16位A/D转换器
测量控制周期：
最短0.2秒，可通过参数设定
手/自动输出：
自动/手动双向无扰动切换
外供电源
•普通电源：
用于给变送器供电，输出值与标称值的误差小于5%，负载能力大于50mA
•精密电源：
用于给压力、荷重等传感器供电，输出值与标称值的误差小于0.2%，负载能力大于40mA
•24VDC，12VDC，5VDC或其它规格，需在订货时注明
电磁兼容：
IEC61000-4-2（静电放电），
级；
IEC61000-4-4（电快速瞬变脉冲群），
级；
IEC61000-4-5（浪涌），
级；
IEC61000-4-8（工频磁场），
级；
IEC61000-4-9（脉冲磁场），
级；
IEC61000-4-12（振荡波），
级
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