PLC双恒压无塔供水控制系统.docx
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PLC双恒压无塔供水控制系统
一选题意义
（1）随着社会的发展和进步，城市高层建筑和供水问题日益突出。
一方面要求提高供水质量，不要因为压力的波动造成供水障碍；另一方面要求保证供水的可靠性和安全性，在发生火灾时能够可靠供水。
（2）针对这两方面的要求，新的供水方式和控制系统应运而生，这就是PLC控制的恒压无塔供水系统。
恒压供水包括生活用水的恒压控制和消防用水的恒压控制——即双恒压系统。
恒压供水保证了供水的质量，以PLC为主机的控制系统丰富了系统的控制功能，提高了系统的可靠性。
改变了传统供水的水压不稳，控制困难等问题。
（3）通过这个设计我也能更好的学习到关于PLC的有关水位上下限控制、模拟量的处理、PID的使用、各种逻辑的控制方案等基础性知识，为以后对PLC的学习和深入研究都有很大的帮助。
二设计任务
在本设计中依据双恒压无塔供水控制系统设计的功能要求，主要完成如下设计：
（1）完成双恒压无塔供水控制系统的功能方框图的设计。
（2）完成双恒压无塔供水控制系统的PLC配置和I/O表的设计。
（3）完成双恒压无塔供水控制系统的硬件设计。
（4）完成双恒压无塔供水控制系统的软件程序图的设计。
三双恒压无塔供水控制系统的工艺分析
图为双恒压无塔供水系统的工艺过程。
市网来水用高低水位控制注水阀MB1，它们自动把水注满储水池，只要水位低于高水位，则自动往水箱中注水。
水池的高/低水位信号也直接给PLC，作为低水位报警用。
为了保证供水的连续性，水位上下限传感器高低距离不是相差很大。
生活用水和消防用水共用三台泵，电磁阀MB2平时处于失电状态，关闭消防管网，三台泵根据生活用水的多少，按一定的控制逻辑运行，电磁阀MB2得电，关闭生活用水管网，三台泵消防用水使用，并根据用水量的大小，使消防供水也在恒压状态（消防用水高恒压值）下进行。
火灾结束后，三台泵再改为生活供水使用。
3#
2#
1#
上限
下限
水箱
水位控制器
阀
消防用水
生活用水
市网来水
MB2
MB1
图3.1双恒压无塔供水控制系统的工艺流程图
四双恒压无塔供水控制系统的功能以及控制方案
双恒压无塔供水控制系统整体构成
本设计采用手动和自动两种控制方式，手动控制主要借助操作盘上的按钮进行人工调节;自动控制则由PLC进行自动采集分析和调节控制。
通过以上的方式使系统在生活供水时，系统应在低恒压值运行，消防供水时系统应在高恒压值运行以及顺序启动、定时倒泵和报警等功能。
整体构成图所示
用户
送水
手操盘
界面
手/自动
切换
PLC
泵1
泵2
泵3
变频器
水箱
压力信号
图4.1双恒压无塔供水控制系统整体构成
双恒压无塔供水控制系统的主电路图
本设计的的主电路图如图所示。
三台电动机分别为MA1、MA2、MA3。
接触器QA1、QA3、QA5分别控制MA1、MA2、MA3的工频运行；接触器QA2、QA4、QA6分别控制MA1、MA2、MA3的变频运行，BB1、BB2、BB3分别为
三台水泵电动机过载保护用的热继电器；QA10、QA20、QA30、QA40分别为变频器和三台水泵电动机主电路的隔离开关；QA0为主电源电路总开关，VVVF为简单的一般变频器。
RST
UVW
QA2
BB1
BB2
BB3
QA4
QA6
QA20QA30
QA1QA3
QA40
QA5
QA0
QA10
VVVF
N
A
B
C
M3~
M3~
M3~
图4.2双恒压无塔供水控制系统的主电路图
五硬件设计和软件设计
的选型及配置
从控制系统的分析可以知道，系统共有开关量输入点6个、开关量输出点12个；模拟量输入点1个、模拟量输出点1个。
如果选用CPU224PLC，也需要扩展单元；如果选用CPU226PLC，则价格较高，浪费较大。
参照西门子S7-200PLC产品目录及市场实际价格，选用主机为CPU222（8入/6继电器输出）一台，加上一台扩展模块EM222（4AI/1AO）。
这样的配置是最经济的。
整个PLC系统的配置图所示。
主机单元
CPU222
AC／DC继电器
扩展单元
EM222
8点继电器
模拟量单元
EM235
4AI／1AO
图5.1双恒压无塔供水控制系统PLC系统配置图
双恒压无塔供水控制系统的PLC控制系统I／O表
表双恒压无塔供水控制系统的PLC控制系统I／O表（输入信号）
名称
代码
地址编号
消防信号
SF0
水池水位下限信号
BGL
水池水位上限信号
BGH
变频器报警信号
KFU
消铃按钮
SF9
试灯按钮
SF10
远程压力表模拟量电压值
UP
AIW0
表5.2双恒压无塔供水控制系统的PLC控制系统I／O表（输出信号）
名称
代码
地址编号
1#泵工频运行接触器及指示灯
QA1，PG1
1#泵变频运行接触器及指示灯
QA2，PG2
2#泵工频运行接触器及指示灯
QA3，PG3
2#泵变频运行接触器及指示灯
QA4，PG4
3#泵工频运行接触器及指示灯
QA5，PG5
3#泵变频运行接触器及指示灯
QA6，PG6
生活/消防供水转换电磁阀
MB2
水池水位下限报警指示灯
PG7
变频器故障报警指示灯
PG8
火灾报警指示灯
PG9
报警电铃
PB
变频器频率复位控制
KF（EMG）
控制变频器频率电压信号
VF
AQW0
双恒压无塔供水控制系的硬件外围接线图
图5.2
M
L+
地
M
L+
M
M
L+
CPU222
24VDC
M
L+
EM222
M
V0
I0
M0
C-
A+A
A-
B+
地
EM235
B-
C+
D+
D-
MB2
L+
SF0
BGL
BGH
KFU
SF9
SF10
+-
PG1
PG2
PG3
PG4
PG5
PG6
PG7
PG8
PG9
PB
KF
VF
UP
图5.2双恒压无塔供水控制系的硬件外围接线图
由于在本设计中使用到的中间位比较多，具体的元器件地址与功能详见表5.2所示；生活供水时系统设定值为满量程的70%，消防供水时系统设定值为满量程的90%。
在本设计中，只是利用比例（P）和积分（I）控制，其回路增益和时间常数可通过工程计算机初步确定，但还需要进一步调整以达到最优控制效果。
初步确定的增益和时间常数为增益Kc=0.25;采样时间Ts=0.2s;积分时间Ti=30min。
表5.2双恒压无塔供水控制系程序中使用的元器件地址与功能表
器件
地址
器件
功能
器件地址
器件
功能
VD100
过程变化标准化值
T38
贡品泵减泵滤波时间控制
VD104
压力给定值
T39
工频/变频转换逻辑控制
VD108
PI计算值
故障结束脉冲信号
VD112
比例系数
泵变频启动脉冲
VD116
采样时间
倒泵变频启动脉冲
VD120
积分时间
复位当前变频运行泵脉冲
VD124
微分时间
当前泵工频运行启动脉冲
VD204
变频器运行频率下限值
新泵变频启动脉冲
VD208
生活供水变频器运行频率上限
泵工频/变频转换逻辑控制
VD212
消防供水变频器运行频率上限
泵工频/变频转换逻辑控制
VD250
PI调节结果存储单元
泵工频/变频转换逻辑控制
VB300
变频工作泵的总台数
故障信号汇总
VB301
工频运行的泵的总台数
水池水位下限故障逻辑
VD310
到泵时间存储器
水池水位下限故障消铃逻辑
T33
工频/变频转换逻辑控制
变频器故障消铃逻辑
T43
工频/变频转换逻辑控制
火灾消铃逻辑
T37
工频泵增泵滤波时间控制
5.5双恒压无塔供水控制系统的梯形图（语句表）
六结论
以上就是双恒压无塔供水控制系统设计的整个过程，通过分析它确实能实现城市供水系统的优化控制，为城市供水系统提供了现代化的调度、管理、监控及经济运行的手段。
我相信双恒压无塔供水控制系统会在生活中的应用越来越广泛，它可取代传统的水塔、高位水箱或气压罐等供水方式，不仅节能效果显著，还可以极大地改善系统的工作性能，并能延长系统的使用寿命，具有良好的技术、经济效益。
当然由于时间关系，以上设计只能说是个雏形，但我认为经过深入的优化和改造，双恒压无塔供水控制系统一定会在生活中得到充分的应用。
还有就是在这次课程设计中我学到了许多在课堂上学不到的知识。
我认为只有理论和实际的问题相结合才能真正学好PLC。
这次设计让我更系统的了解了许多新语句的场合和方法。
更重要的是进一步激发了我对学习PLC的兴趣。
最后，我还要感谢一下在设计过程中一直帮助我的李玉杰老师和同学们，是你们的帮助让我学到了更多。
7参考文献
1、王永华《现代电气控制及PLC应用技术》北京航空航天大学出版社
2、能源部西安热工研究院《热工技术手册》1992
3、张淑玉《电厂热力过程自动化》水利电力出版社
4、施仁《自动化仪表与过程控制》电子工业出版社
5、文群英等《热工自动控制系统》中国电力出版社2006，8
6、张丽香等《模拟量控制系统》中国电力出版社2006，4
7、吴作明《工控组态软件与PLC应用技术》北京航空航天大学出版社
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