基于plc的小区变频恒压供水系统设计.docx

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基于plc的小区变频恒压供水系统设计

摘要

本设计对环保、节能、自动补压型给水设备作了介绍。

从节能科技的实践出发，阐述了变频调速技术在高楼给水设备中的应用。

以PLC电路控制方式，介绍了智能水压控制系统的工作原理及PLC控制系统。

在分析水压控制的工作流程的基础上，给出了PLC控制系统的硬件和软件设计。

智能水压控制系统的基本控制策略是：

采用电动机调速装置与可编程控制器（PLC）构成控制系统，进行优化控制,完成供水压力的恒定控制，在管网流量变化时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管的出水压力，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，其差值输入变频器运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。

关键词:

PLC可编程序控制器、压力传感器、变频器PID、PLC控制、恒压供水。

Abstract

Thisgraduationpractice'sturntohavefilleduppressuretypewatersupplyequipmentworktoenvironmentalprotection,energyconservation,automationintroducethat.Thefrequencyconversionspeedregulationtechnologyhavingsetofffromenergyconservationscienceandtechnologypractice,expoundinghitsthetargetinhighbuildingwatersupplyequipmentapplying.IntroducedtheintelligenthydraulicpressurecontrolsystemprincipleofworkandthePLCcontrolsystem.Intheanalysishydraulicpressurecontrolworkflowfoundation,hasproducedthePLCcontrolsystemhardwareandthesoftwaredesign.Theintelligenthydraulicpressurecontrolsystembasiccontrolstrategyis:

Usestheelectricmotorspeederandtheprogrammablecontroller（PLC）constitutesthecontrolsystem,carriesontheoptimizedcontrol,Completesthewatersupplypressuretheconstantcontrol,whenpipenetworkcurrentcapacitychangeachievedthestablewatersupplypressureandsavestheelectricalenergythegoal.Thesystemcontrolgoalisthepumpingstationmainpipewaterleakagepressure,thesystemhypothesiscarriesonthecomparisonforthehydraulicpressurevalueandthefeedbackmainpipepressureactualvalue,afteritsinterpolationinputsCPUoperationprocessing,sendsoutthecontrolcommand,thecontrolpumpstheelectricmotortothrowtransportstheTaiwannumberandthemovementvariabledisplacementpumpelectricmotorrotationalspeed,thusachievedstabilizesforthewatermainpipepressureinhypothesisPressure.

Keyword:

FrequencytransformerPID,PLCcontrolled,Theconstantvoltagesupplieswater.

绪论

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天面水池来满足用户对供水压力的要求。

传统的恒压供水方式是采用水塔、高位水池等设施来实现，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的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。

随着变压器调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高,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。

变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统,。

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。

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。

该技术已在供水行业普及。

我的设计采用一台变频器和PLC来控制四台水泵实现恒压供水的稳定。

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。

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。

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第一章小区变频恒压供水系统分析

1.1供水系统方案确定

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。

随着人们对供水质量和饮用水水质要求的不断提高，变频恒压供水方式应运而生，它不仅很好地解决了老式屋顶水箱供水方式带来的水质二次污染问题，而且解决了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，并对水泵也起到了很好的保护作用和有效地节约了电能的消耗。

根据负载变化自动调节水泵转速或增加/减少投入运行的台数，从而避免了电机起动过程中对电网和机械设备造成的冲击以及人工操作的繁杂性。

变频恒压供水系统如今正被广泛地应用到城市自来水管网系统、住宅小区生活消防水系统、楼宇中央空调冷却循环水系统、工业设备冲洗系统等众多领域。

目前，国内外的供水广泛采用微机控制与变频调速技术，直接取代水塔、高位水箱，为小区住宅、高层建筑加压供水提供了新的途径，将现代科技引入供水领域。

经综合分析，为了解决大量能量因消耗在出口阀而浪费，和水池“二次污染”等问题，本设计采用变频恒压供水系统。

1.2变频供水系统构成确定

根据反馈原理：

要想维持一个物理量不变或基本不变，就应该引这个物理量与恒值比较，形成闭环系统。

我们要想保持水压的恒定，因此就必须引入水压反馈值与给定值比较，从而形成闭环系统。

在变频供水系统中，当用水量大时，为保持水压仍恒定，采用三台水泵供水；当用水量较小时，采用西方的在变频供水系统中加入气压罐，它能利用气压罐蓄水功能维持低需求量时的续流供水，能达到大功率水泵和变频器休息。

组成小区变频恒压供水系统由PLC、变频器、气压罐、离心泵、压力变送器等组成（如图1）。

工作流程是利用设置在管网上的压力传感器将管网系统内因用水量的变化引起的水压变化，及时将信号（4-20mA或0-10V）反馈PLC调节器，PID调节器对比设定控制压力进行运算后给出相应的变频指令，改变水泵的运行或转速，使得管网的水压与控制压力一致。

图1-1系统组成图

1.3恒压供水系统的原理

图1-1中变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化。

压力传感器的任务是检测管网水压，压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值。

采用一台内变频器与PLC来控制水泵实现恒压供水的稳定。

压力传感器将主水管网的压力变为4-20mA的电信号，经模拟量输入模块输入PLC，PLC根据给定的压力设定值与检测值进行PID运算，输出控制信号经模拟输出模块至变频器，调节水泵电机的供电电压和频率。

水泵采用并联运行方式，水压大于设定值时通过闭合交流接触器停止一台水泵；水压小于设定值时，通过断开交流接触器启动一台水泵。

1.3变频供水系统分析

　　用户用水的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。

而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。

保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水的质量。

　　恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的。

例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。

又如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。

所以，某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。

　　随着电字技术的发展，变频调速技术的日益完善，以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命。

其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能，将使供水实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率的运行目的。

1.4变频恒压供水系统的优点

相对与传统的加压供水方式，变频恒压供水系统的优点突出的体现在以下几个方面：

1.高效节能

变频恒压供水系统的最显著优点就是节约电能，节能量通常在10-40%。

从单台水泵的节能来看，流量越小，节能量越大。

2.恒压供水

变频恒压供水系统实现了系统供水压力稳定而流量可在大范围内连续变化，从而可以保证用户任何时候的用水压力，不会出现在用水高峰期热水器不能正常使用的情况。

3.安全卫生

系统实行闭环供水后，用户的水全部由管道直接供给，取消了水塔、天面水池、气压罐等设施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。

4.自动运行、管理简便

新型的小区变频恒压供水系统具备了过流、过压、欠压、欠相、短路保护、瞬时停电保护、过载、失速保护、低液位保护、主泵定时轮换控制、密码设定等功能，功能完善，全自动控制，自动运行，泵房不设岗位，只需派人定期检查、保养。

5.延长设备寿命、保护电网稳定

使用变频器后，机泵的转速不再是长期维持额定转速运行，减少了机械磨损，降低了机泵故障率，而且主泵定时轮换控制功能自动定时轮换主泵运行，保证各泵磨损均匀且不锈死，延长了机泵使用寿命。

变频器的无级调速运行，实现了机泵软启动，避免了电机开停时的大电流冲击，消除了水泵的水锤效应。

6.占地少、