基于PLC恒压供水系统毕业设计 精品.docx
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基于PLC恒压供水系统毕业设计精品
摘要
随着人民生活水平的日趋提高，新技术和先进设备的应用，使给供水
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，对我们给供水设计带来了新的挑战。
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，系统存在工作可靠，使
用方便，压力稳定，无冲击等优越性。
本设计恒压变频供水设备由PLC、变频器、传感器、低压电气控制柜和
水泵等组成。
通过PLC、变频器、继电器、接触器控制水泵机组运行状态,实
现管网的恒压变流量供水要求。
设备运行时,压力传感器不断将管网水压信
号变换成电信号送入PLC,经PLC运算处理后,获得最佳控制参数,通过变频器
和继电器控制元件自动调整水泵机组高效率地运行。
供水系统的监控主要包
括水泵的自动启停控制、供水压力的测量与调节、系统主管道水压的；系统
水处理设备运转的监视、控制；故障及异常状况的报警等。
现场监控站内的
控制器按预先编制的软件程序来满足自动控制的要求，即根据供水管的高/
低水压位信号来控制水泵的启/停及进水控制阀的开关，并且进行溢水和枯
水的预警等。
文中详细介绍了所选PLC机、变频器、传感器的特点、各高级单元的使
用及设定情况，给出了系统工作流程图、程序设计流程图及设计程序。
关键词：
可编程控制器变频器传感器
1
ABSTRACT
Incompanywiththeimprovementofpeople’slivingstandard,the
applicationofnewtechniqueandadvancedequipmentprovideanew
developmentforthedesignofwatersupply.Itisachallengeforustoselecta
wayofwatersupplywithhighstandard,secureandhealthy,economical,and
reasonable.ThissystemadoptsPLClogiccontrol,andtransducerwithPID
functiontoadjustthepressure,whichpresentsmanyadvantages,suchashigh
reliability,convenienceinuse,stabilityinpressure，andwithoutimpact.
ThedesignismadeofProgrammableLogiccontroller，transducer,sensor,
lowpressurecontrolmanufacturetank,etc.Throughtransducerandrelay,
contactorcontrolpumpingunitrunningstatus,thepipenetworkachievestothe
requirementofconstantpressurevariableflow-ratewatersupply.Whenthe
equipmenton-the-fly,pressuregaugewithoutintermissiontranslatesthepipe
networkhydraulicpressuresignaltoelectricalsignalentermicrocomputer,and
throughmicrocomputer’arithmeticprocessing,obtainsoptimalcontrolparameter.
Thedampressbeforehandmadeupsoftwareprogramcamesatisfactionself
governingoblige，namelyonthebasisofhighorlow-watersignalcamecontrol
radialdiffuserinfluentvalve’sswitch,andproceedoverfullandlowwater’sgrade
fromwatertankandpondbackofthemonitorprimeincluderadialdiffuser
automatismopenceasedam,waterlevelflow,manmetricmeasuringand
regulate；usewaterflow,displacement'measure；watertreatmentequipment
locomotiveputincontrol；waterqualitydetection；waterconservationprogram
control；malfunctionanderrorstate'entergradeupunderobservationbackofthe
throughthemediumoftransducerandbang-bangcontrolcomponent
self-correctingpumpingunitexpeditiouslyrunning.Waterworksonsite
supervisioninstation.
ThepapermainlyintroducesthecharactersofthePLC,transducer,and
sensor,theuseofeachhigh-qualityunitaryanddesign,andprovidesthe
flowchartofsystemwork,programanddesign.
Keyword：
ProgrammableLogiccontrollerTransducer
sensor
2
1前言.................................................................................................................1
1.1供水系统发展过程及现状.....................................................................1
1.2供水系统的概述.....................................................................................2
1.2.1．变频恒压供水系统主要特点：
.......................................2
1.2.3．恒压供水设备的主要应用场合：
...................................2
1.2.4．恒压供水技术实现：
............................................................3
2系统总体设计方案........................................................................................4
2.1系统设计方案.........................................................................................4
2.1.1系统控制要求................................................................................4
2.1.2控制方案........................................................................................4
2.1.3运行特征.........................................................................................5
2.1.4系统方案........................................................................................5
2.2可编程控制器（PLC）的特点及选型.......................................................7
2.2.1PLC特点及应用.............................................................................7
2.2.2可编程控制器的选型.....................................................................8
2.2.3．PLCCPM2A模拟量输入/输出单元...........................................12
2.3变频器选型及特点...............................................................................15
2.3.1ABB产品信息：
...........................................................................15
2.3.2变频节能理论：
...................................................................15
2.3.3．变频恒压供水系统及控制参数选择：
........................16
2.3.4．变频恒压供水系统的优点及体现..........................................17
2.4远传压力表..........................................................................................18
2.4.1主要技术指标..............................................................................19
2.4.2结构原理.......................................................................................19
2.5系统控制流程设计............................................................................20
2.5.1系统组成及作用...........................................................................20
2.5.2系统运行过程..............................................................................20
3软件设计......................................................................................................23
3.1系统中检测及控制开关I/O分配....................................................23
3.2I/O地址及标志位分配表..........................................................25
3.3流程图..................................................................................................27
3.4程序设计：
..........................................................................................28
4.结论..............................................................................................................43
致谢..............................................................................................................44
参考文献..........................................................................................................45
1
第一章前言
1.1供水系统发展过程及现状
一般规定城市管网的水压只保证6层以下楼房的用水，其余上部各层
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，或气压罐式增压设备，但它们都必须由水泵以高出实际用水高度的压
力来“提升”水量，其结果增大了水泵的轴功率和能量损耗。
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年代初开始经历了一次飞跃。
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
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。
随着电力电子技术的飞速发展，变频器
的功能也越来越强。
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非常重要的意义。
新型供水方式与过去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
等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。
恒压供水调速
系统的这些优越性，引起国内几乎所有供水设备厂家的高度重视，并不断
投入开发、生产这一高新技术产品。
目前该产品正向着高可靠性、全数字化微机控制，多品种系列化的方
向发展。
追求高度智能化，系列标准化是未来供水设备适应城镇建设成片
开发智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。
在短短的几年内，调速恒压供水系统经历了一个逐步完善的发展过
程，早期的单泵调速恒压系统逐渐为多泵系统所代替。
虽然单泵产品系统
设计简易可靠，但由于单泵电机深度调速造成水泵、电机运行效率低，而
多泵型产品投资更为节省，运行效率高，被实际证明是最优的系统设计，
很快发展成为主导产品。
1
1.2供水系统的概述
1.2.1变频恒压供水系统主要特点：
1、
2、
3、
4、
节能，可以实现节电20%-40%，能实现绿色用电。
占地面积小，投入少，效率高。
配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。
运行合理，由于是软起和软停，不但可以消除水锤效应，而
且电机轴上的平均扭矩和磨损减小，减少了维修量和维修费用，并且水泵
的寿命大大提高。
5、
由于变频恒压调速直接从水源供水，减少了原有供水方式的
二次污染，防止了很多传染疾病的传染源头。
6、
通过通信控制，可以实现无人值守，节约了人力物力。
1.2.2传统定压方式的弊病：
1、管理不便、因与大气连通易引起的管道腐蚀。
2.由于水箱内微生物、藻类孳生，还可能对系统造成二次污染，所以
每年定压水箱都需定期维护，并由卫生防疫部门检验。
3.定压水箱需占用较大空间，需要专门的地点来放置。
4.高位定压水箱系统的控制靠投入泵的台数来调节，但这种调节方式
不能做到供水量和用水量的最佳匹配，水泵长期偏离高效区工作，效率低
下。
5.系统频繁的起停泵，对水泵、电机及开关器件都会缩短使用寿命。
6.使用高位水箱供水，在系统流量较大时，管网压力会有较大的变化，
造成部分用户资用压头不够，出现诸如流量不足、冷热不均等情况。
7.在供水泵的选型上，设计人员为了提高系统安全系数，电机选型都
较大；在用水负荷较小或低区采用减压阀、节流孔板等来调节剩余水头时，
大量的能量消耗在阀上，都造成电能的浪费。
1.2.3恒压供水设备的主要应用场合：
1.高层建筑，城乡居民小区，企事业等生活用水。
2.各类工业需要恒压控制的用水，冷却水循环，热力网水循环，锅炉
补水等。
3.中央空调系统。
4.自来水厂增压系统。
2
5.农田灌溉，污水处理，人造喷泉。
6.各种流体恒压控制系统。
1.2.4恒压供水技术实现：
通过安装在管网上的压力传感器，把水压转换成4～20mA的模拟信号，
通过变频器内置的PID控制器，来改变电动水泵转速。
当用户用水量增大，
管网压力低于设定压力时，变频调速的输出频率将增大，水泵转速提高，
供水量加大，当达到设定压力时，电动水泵的转速不再变化，使管网压力
恒定在设定压力上；反之亦然。
目前交流电机变频调速技术是一项业已广泛应用的节能技术。
由于电
子技术的飞速发展，变频器的性能有了极大提高，它可以实现控制设备软
启软停，不仅可以降低设备故障率，还可以大幅减少电耗，确保系统安全、
稳定、长周期运行。
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。
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。
3
第二章系统总体设计方案
2.1系统设计方案
2.1.1系统控制要求
恒压供水控制系统的基本控制要求是：
采用电动机调速装置与可编程
控制器（PLC）构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整
泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，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CPU
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。
2.1.2控制方案
在住宅小区水厂的管网系统中，由于管网是封闭的，泵站供水的流量
是由用户用水量决定的，泵站供水的压力以满足管网中压力最不利点的压
力损失ΔP和流量Q之间存在着如下关系：
ΔP=KQ2；
式中K一为系数设PL为压力最不利点所需的最低压力，则泵站出口总
管压力P应按下式关系供水，则可满足用户用水的要求压力值，又有最佳
的节能效果。
P=PL+ΔP=PL+KQ2
因此供水系统的设定压力应该根据流量的变化而不断修正设定值，这
种恒压供水技术称为变量恒压供水，即供水系统最不利点的供水压力为恒
值而泵站出口总管压力连续可调。
典型的自动恒压供水系统的结构框图如
图所示；系统具有控制水泵出口总管压力恒定、变流量供水功能，系统通
过安装在出水总管上的压力传感器，实时将压力、流量非电量信号转换为
电信号，输入至可编程控制器（PLC）的输入模块，信号经CPU运算处理后与
设定的信号进行比较运算，得出最佳的运行工况参数，由系统的输出模块
4
输出逻辑控制指令和变频器的频率设定值，控制泵站投运水泵的台数及变
量泵的运行工况，并实现对每台水泵的调节控制。
2.1.3运行特征
以4台水泵的恒压供水系统为例，系统在自动运行方式下，可编程控
制器控制变频器、软启动1#泵，此时1#泵进入变频运行状态，其转速逐渐
升高，当供水量Q<1/3Qmax时（Qmax为4台水泵全部工频运行时的最大流
量），可编程控制器CPU根据供水量的变化自动调节1#泵的运行转速，以保
证所需的供水压力。
当用水量Q在1／3Qmax能满足用户所需的用水量，这时可编程控制器发出指令将1#泵转为工频运
行，并软启动2#泵，使2#泵进入变频运行工况，2#泵的运行转速由用户用
水量决定，以保证供水系统最不利点所需的供水压力。
当外需供水量Q为2
／3Qmax同时软启动3#泵进入变频运行工况，此时3#泵的运行转速由用户的用水量
确定，以保证供水系统最不利点的供水压力恒定。
2.1.4系统方案
目前，住宅小区变频恒压供水系统设计方案主要采用“一台变频器控
制一台水泵”（即“一拖一”）的单泵控制系统和“一台变频器控制多台水
泵”（即“一拖N”）的多泵控制系统。
随着经济的发展，现在也有采用“二
拖三”、“二拖四”、“三拖五”的发展趋势。
“一拖N”方案虽然节能
效果略差，但独有投资节省，运行效率高的优势;具有变频供水系统启动
平稳，对电网冲击小，降低水泵平均转速，消除“水锤效应”，延长水泵
5
阀门、管道寿命，节约能源等优点，因此目前仍被普遍采用。
A.“一拖N”多泵系统的一般控制要求
（1）多泵循环运行程序控制
以“一拖三”为例:
先由变频器启动1#水泵运行，若工作频率已达到
变频器的上限值50Hz而压力仍低于规定值时，将1#水泵切换成工频运行，
此时变频器的输出频率迅速下降为0，然后启动2#水泵，供水系统处于“1
工1变”的动行状态;若变频器再次达到上限值50Hz而压力仍低于规定值
时，将2#水泵也切换成工频运行，再由变频器去启动3#水泵，供水系统处
于“2工1变”的运行状态。
反之，若变频器工作频率已下降至下限值（一
般设定为25~35Hz）而压力仍高于规定值时，令1#水泵停机，供水系统又处
于“1工1变”的运行状态;若变频器工作频率又降至下限值而压力仍高于
规定值时，令2#水泵停机，系统回复到1台水泵变频运行状态。
如此循环
不已。
其他的“一拖N”程序控制，依此类推。
（2）设置换机间隙时间当水泵电机由变频切换至工频电网
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