水塔水位自动控制系统设计.docx

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水塔水位自动控制系统设计

毕业设计说明书

设计（论文）题目：

水塔水位自动控制系统设计

学生姓名：

学号：

专业班级：

学部：

指导教师：

2012年05月20日

摘要

在一般住宅或大楼的顶楼常设置水塔或者水箱以提供充足的水压供给用户使用，另备有地下蓄水池用来自自来水公司提供的水源作为供顶楼的水塔或者水箱进水使用。

水塔供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，避免“空塔”、“溢塔”现象发生，当今可编程序控制器（PLC）技术、传感器技术现已日趋成熟，所以应考虑才用它们来对水塔水位自动的控制。

恒压供水系统利用变频器调节水泵的转速以控制流量，使水塔水位保持不变，压力信号由压力仪表获得，变频器由PLC控制，同时PLC控制几台水泵的切入与切出。

系统具有手动、自动控制功能，变频故障时可实施工频应急运行，变频器以一拖四的运行方式，各台电动机均有变频器软起动，减缓了电气与机械冲击。

根据用水量大小，用PLC控制各台电机的工频、变频或变频、工频投切。

关键词：

恒压供水；变频调速；PLC控制

全部设计资料联系小企鹅：

229780692

Keywords:

ConstantpressurewatersupplyVariablefrequencyspeedregulationPLCcontrol

第1章前言

“自来水”被人们称之为“城市的生命线”。

当建筑技术的发展让人们的住所平地而起，超高层大楼鳞次栉比耸立在现代城市里的时候，如何将水送到同样的高度并不是一件轻而易举的事情。

“自来水”来之不易，也绝非自来。

新中国成立六十年来，我国的建筑供水事业走过了一条从沿承旧路、不断摸索再到自主创新的发展之路。

中国人在解决水与高度这一命题的过程中，发挥了自己的智慧与创造，开辟了安全供水的新时代。

轱辘摇转，井绳结缠。

自掘土挖坑打出第一眼水井开始，解决“水与高度”的问题，便成为人类生活中最重要的内容之一。

也许你并没有太注意，水塔供水方式的产生，就如同互联网改变了我们的生活方式一样，从“辘轳井”汲水到“自来水”的跨越已经成为人类生活进步的重要标志。

时至今日，我国不少欠发达地区还没有解决自来水的问题，还在致力于推动健康卫生的“自来水工程”。

所谓水塔供水就是先用水泵把经过消毒的干净水抽到水塔顶部箱体内，再依据水塔自身高度产生的落差，自然形成水的压力，经过城市供水管线流到千家万户。

这种方式的自来水在地面建筑多为平房和低层楼房的时期无疑是完全可以满足的。

解放初期我国大多数城市大都是采取水塔供水的方式。

但是随着城市楼房的不断升高，供水压力的不足暴露无疑。

面对越来越多的高层楼房拔地而起，如何将自来水输送到高层楼房的顶层成为高层建筑供水技术的新命题。

1958年，以人民大会堂、北京饭店、民族饭店、华侨大厦等“十大建筑”的陆续竣工为标志，中国高层建筑的“楼顶水箱供水”技术开启了新的时代。

反观新中国成立六十年的供水技术史，伴随着技术的发展，高层建筑供水设计的理念也发生了很大的变化。

从保证有水到节能、环保，再到安全、节约、健康、舒适。

今天的供水技术，已经实现了从人力到自动、从低层到高层、从原始到专业的三大跨越，在给人们提供更加舒适便捷生活的同时，开辟了安全、健康供水的新时代。

我供水行业六十年来，在供水范围经历了一个从小到大，从城市至农村，从室外集中供应至室内分散供应，从底层供水至层层供水，从只供冷水至供冷热水、直饮水，从简易到复杂、到全方位、优质供水。

供水技术经历了水箱供水、气压供水、变频供水、减压阀减压供水和无负压供水（或称管网叠压供水）等发展阶段，这是一个既与国民经济的发展密切相关，又与人们生活紧密联系在一起的领域，是一个不可缺少也无可替代的行业。

当前，供水行业面临着一个大幅度提高水质标准，全面改造供水工艺和供水管网的关键时机，同时也面临着水资源贫乏、产业结构发生深刻变化的现状。

如何进一步推进节能、节水技术，防止垄断弊病，向人们和各行业供应更好、更多、更优的水是我们的企求和进入21世纪，我国建筑给排水设计行业在不断发展的过程中终于日臻成熟，总体水平基本达到了国际的先进水平。

我们通过新中国成立60年来不同阶段对苏联、日本、欧美的学习，通过学习改造，兼收并蓄，逐步形成了自己的设计体系和设计思想。

建筑给排水设计的发展也从为满足人民需求被动进步演变成了科学发展地主动适应和引导人民的用水需求和习惯。

节水、节能、环保和可持续发展的思想成为建筑给排水设计的核心理念，无负压供水技术就是响应国家节能战略的产物。

同时，建筑给排水在生活供水方面的理念经历了“卫生”“安全”阶段，开始进入了“健康”的阶段。

我们认为仅仅是没有细菌、没有有害物质的生活用水是不够的，过度纯净的水对人体健康也没有好处，供水的更高要求是各种元素有益无害，浓度适当，舒适健康。

供水是一个关系国计民生的重要产业。

随着社会的发展和人民生活水平的提高，对城市供水提出了更高的要求，要满足及时、准确、安全保证充足供水，如果仍然沿用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，为此必须进行水塔水位控制自动化系统的改造。

现今社会，自动化装置无所不在，在控制技术需求的推动下，控制理论本身也取得了显著的进步。

水塔水位的监测和控制，再也不需要人工进行操作。

实践证明，自动化操作，具有不可替代的应用价值。

水塔水位自动控制器，具有适应各种液体液位的检测和控制的功能，是可以投入实际生产的产品。

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

它是实现自动检测首要环节以及自动控制的关键部分。

在一般住宅或大楼的顶楼常设置水塔或者水箱以提供充足的水压供给用户使用，另备有地下蓄水池用来自自来水公司提供的水源作为供顶楼的水塔或者水箱进水使用。

水塔供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，避免“空塔”、“溢塔”现象发生，当今可编程序控制器（PLC）技术、传感器技术现已日趋成熟，所以应考虑才用它们来对水塔水位自动的控制。

变频调速技术是近十几年来迅速发展起来的比以往任何调速方法更加优越的新技术，因其具有节能效果明显、调速曲线平滑、调速过程简单、安全可靠、保护功能齐全、起动性能优越、自动化程度高等特点而受到越来越多的企业的青睐，被应用到工业生产控制过程中的任何场合，显著的节能效果给众多的企业带来了巨大的经济效益。

特别是近几年来随着IGBT功率元件和DSP微处理系统在变频器中的应用，变频器本身已非常成熟，使得变频调速技术的优越性更加突出，传动效率越来越高，使用越来越方便，可靠性也得到了进一步的提高。

现代工业生产是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。

可编程控制器（PLC）由于具有以下特点而深受工厂工程技术人员的欢迎。

（1）可靠性高，抗干扰能力强

其平均无故障时间大大超过IEC规定的10万小时，同时，有些PLC还采用了冗余设计和差异设计，进一步提高了其可靠性。

（2）适应性强，应用灵活

多数采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便。

（3）编程方便，易于使用

梯形图语言和顺控流程图语言（SequentialFunctionChart）使编程简单方便。

（4）控制系统设计、安装、调试方便

设计人员只要有PLC就可进行控制系统设计，并可在实验室进行模拟调试。

（5）维修方便，工作量小

PLC有完善的自诊断、历史资料存储及监视功能，工作人员可以方便的查出故障原因，迅速处理。

（6）功能完善

除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊功能块，还可以实现点位控制、PID运算、过程控制、数字控制等功能，既方便工厂管理又可与上位机通信，通过远程模块还可以控制远方设备。

由于具有以上特点，使得PLC的应用范围极为广泛，可以说只要有工厂、有控制要求，就会有PLC的应用。

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第2章系统设计思路

2.1系统概况

图2-1供水系统管网结构图

水塔的水位自动控制其根本目的是要让整个供水管网压力趋于恒定，所以本系统的思路就是利用变频器调节水泵的转速以控制流量，使水塔水位保持不变，压力信号由压力仪表获得，变频器由PLC控制，同时PLC控制几台水泵的切入与

切出。

变频供水，具有保持管网恒定压力、按需供水、设施安装周期短、运行方式节能等优点，近年来在居民小区供水、生产车间供水、办公楼供水等行业得到了广泛的应用。

系统具有手动、自动控制功能，变频故障时可实施工频应急运行，变频器以一拖四的运行方式，各台电动机均有变频器软起动，减缓了电气与机械冲击。

根据用水量大小，用PLC控制各台电机的工频、变频或变频、工频投切。

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