plc变频恒压供水系统大学本科方案设计书.docx
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plc变频恒压供水系统大学本科方案设计书
封面
作者：
PanHongliang
仅供个人学习
攀枝花学院本科毕业设计
[基于plc的变频恒压供水系统]
学生姓名：
曲斌
学生学号：
200810503053
院（系）：
电气信息工程学院
年级专业：
08自动化
指导教师：
伍刚教授
助理指导教师：
唐老师副教授
二〇一二年六月
摘要
随着人民生活水平的日益提高，新技术和先进设备的应用，给给供水设计得到了发展的机遇。
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，对我们给供水设计构成了新的挑战。
本系统采用PLC进行逻辑控制，采用带PID功能的变频器进行压力调节，系统有工作可靠，使用方便，压力稳定，无冲击等优越性。
变频恒压供水方式技术先进、水压恒定、操作方便、运行可靠、节约电能、自动化程度高，在泵站供水中可完成下列功能:
（1）维持水压恒定；
（2）控制系统可手动/自动运行；（3）系统睡眠与唤醒。
当外界停止用水时，系统处于睡眠状态，直至有用水需求时自动唤醒；（4）多台泵自动切换运行；（5）在线调整PID参数；（6）泵组及线路保护检测报警等。
关键词变频器，变频恒压供水，PLC
ABSTRACT
Incompanywiththeimprovementofpeople’slivingstandard,theapplicationofnewtechniqueandadvancedequipmentprovideanewdevelopmentforthedesignofwatersupply.Itisachallengeforustoselectawayofwatersupplywithhighstandard,secureandhealthy,economical,andreasonable.ThissystemadoptsPLClogiccontrol,andtransducerwithPIDfunctiontoadjustthepressure,whichpresentsmanyadvantages,suchashighreliability,convenienceinuse,stabilityinpressure，andwithoutimpact.
Advancedtechnologyandconstantpressurewatersupply,waterpressureconstant,easy,reliableoperation,savingenergy,highdegreeofautomationinthewatersupplypumpingstationtobecompletedbythefollowingfunctions:
（1）maintainingthepressureconstant。
（2）controlsystemmanual/Automaticoperation。
（3）systemsleepandwakeup.Whentheoutsidetostopwater,thesystemisinsleepmodeuntilawake-upautomaticallywhenwaterdemand。
（4）multiplepumpautomaticswitchingoperation。
（5）On-lineadjustmentofPIDparameters。
（6）pumpandlineprotectiondetectionalarm.
Keywordsinverter,VFconstantpressurewatersupply,plc
目录
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
ABSTRACT……………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章绪论……………………………………………………………………………………1
1.1选题背景…………………………………………………………………………………1
1.2选题意义…………………………………………………………………………2
1.3国内外在该方向的研究简况…………………………………………………………2
第2章系统总体分析和设计…………………………………………………………12
2.1系统概述
2.2恒压供水系统的节能原理
2.3变频恒压供水系统的组成及原理
2.4变频恒压供水系统控制流程
2.5水泵切换条件分析
第3章系统电路设计思路
3.1系统电路结构及原理图
3.2系统电路工作原理
第4章器件的选型及介绍
4.1.1简介PLC的产生
4.1.2简介PLC的发展状况及其发展趋势
4.1.3简介PLC的应用领域
4.1.4PLC的工作过程
4.1.5PLC的选型
4.1.6PLC的I/O端口分配
4.2.1变频器的构成
4.2.2变频器的特点
4.2.3变频器的选型
4.3压力传感器的接线图
4.4液位变送器的选型
4.5元器件的选型
第5章控制系统的软件设计
5.1主程序流程图
5.2系统程序自
第1章绪论
1.1选题背景
一般规定城市管网的水压只保证6层以下楼房的用水，其余上层均须“提升”水压才能满足用水要求。
以前大多采用传统的水塔、高位水箱，或气压罐式增压等设备，但它们都必须由水泵以高出实际用水高度的压力来“增大”水量，其结果增大了水泵的轴功率和损耗。
自从变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。
变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90年代初经历了一次质的飞跃。
恒压供水调速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始终保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。
在实际应用中得到了很大的发展。
伴随着电力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强大。
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，保证产品质量等方面有着重要的意义。
而随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，以及住房制度改革的不断深入，各类小区建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。
小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活，也体现了小区物业管理水平的高低。
1.2选题意义
传统的供水方式普遍在不同程度上存在浪费水力、电力资源；效率低；可靠性差；自动化程度不高等缺点，严重影响了居民的用水和工业系统中的用水质量。
目前的供水方式朝向高效节能、自动可靠的方向发展，变频调速技术以其显着的节能效果和稳定且可靠的控制方式，在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用，特别是在城乡工业用水的各级加压系统，居民生活用水的恒压供水系统中，变频调速水泵节能效果最为突出，其优越性表现在：
一是节能显著；二是在开、停机时能减小电流对电网的冲击和对供水水压对管网系统的冲击；三是能减小水泵、电机自身的机械冲击损耗。
基于PLC和变频技术的恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。
采用该系统进行供水可以增强供水系统的稳定性和可靠性，同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天显得尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面都具有重要的现实意义。
1.3国内外在该方向的研究简况
目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性（EMC）的变频但压供水系统的水压闭环控制的研究还不够。
因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统，使其能更好的应用于生活、生产实践中。
采用变频调节以后，系统实现了软起动，电机起动电流从零逐渐增至额定电流，起动时间相应延长，对电网没有较大的冲击，减轻了起动机械转矩对于电机的机械损伤，有效地延长了电机的使用寿命。
这种调控方式以稳定水压为目的，各种优化方案都是以母管（市政来水管）进口压力保持恒定为条件。
实际上，给水泵站的出口压力允许在一定范围内变化。
因此这种调控方式缩小了优化范围，所得到的解为局部最优解，不能完全保证泵站始终工作在最优状态.变频调速是优于以往任何一种调速方式（如调压调速、变极调速、串级调速等），是当今国际上一项效益最高、性能最好、应用最广、最具有发展前途的电机调速技术.它采用微机控制技术。
电力电子技术和电机传动技术实现了工业交流电动机的无级调速，具有高效率、宽范围和高精度等优点。
以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本低能耗等诸多优点。
第2章系统总体分析和设计
2.1系统概述
如图2.1所示，为该系统的供水流程。
图2.1供水流程简图
变频恒压供水方式与传统的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等各方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。
目前变频恒压供水系统正向高可靠性、全数字化微机控制、系列化的方向发展。
追求高度智能化、系列化、标准化，是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的趋势。
2.2恒压供水系统的节能原理
在变频恒压供水系统中,关键是对水泵的控制.泵的转速n与流量Q、扬程H及泵的轴功率N的关系如下式：
（1）
泵用电动机驱动时,电动机功率P可用下式表示:
（2）
式中:
泵的流量Q和扬程H的关系曲线见图2.2.曲线①、②分别对应转速n1、n2（n1>n2）时的H-Q特性曲线,曲线③、④为管阻特性曲线.当调节流量时,通常采用调节阀门和变频调速两种方式.
图2.2泵的流量Q和扬程H的关系曲线
假设泵的额定工作点为N点,额定流量QN为100%,此时轴功率P1与图中QNNHN0区域面积成正比.
（1）调节阀门法
当流量从QN减小到QA时,采用调节阀门法,管阻特性曲线从④切换至③,扬程H增大,工作点由N切换至A.此时轴功率P2与图中QAHAA0区域面积成正比.
（2）变频调速法
由式
（1）可知,泵的流量Q与转速n成正比,要将流量从QN减小到QA时,可将泵转速从n1降至n2,工作点从N切换至B,扬程H减小.在同样流量QA下,轴功率P3与图中QAHBB0区域面积成正比.由图可知,P3.对于电机的转速,可用下式表示:
式中:
n—电机转速,r/min。
f—电源频率,Hz。
p—电机极对数。
s—转差率.
因此,当调节泵的流量时,通过改变频率调节电机速度,即采用变频调速法,比采用调节阀门法节能.
2.3变频恒压供水系统的组成及原理图
图2.3变频恒压供水系统控制流程图
PLC控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器和现场的水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，该系统的控制流程图如图2.3所示。
从图中可看出，系统可分为：
执行机构、信号检测机构、控制机构三大部分，具
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