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1、运行结果表明，该系统具有压力稳定，结构简单，工作可靠等优点。关键字：变频调速 ；恒压供水；PLCI目 录摘 要I第1章 绪 论11.1变频恒压供水的目的和意义11.2变频恒压供水系统的国内研究现状11.3毕业设计的主要内容21.3.1课题来源21.3.2毕业设计的主要任务2第2章 恒压供水系统的基本构成42.1恒压供水系统的基本构成4第3章 变频器和压力传感器63.1 变频器的基本结构和原理63.2 压力传感器的概念8第4章 系统的硬件电路设计94.1系统总体上的规划94.12主要元器件选型104.2系统工作流程104.3系统主电路的设计11第5章 系统的软件与仿真设计125.1系统设计的要求

2、125.2控制系统的I/O及地址分配125.3 PLC系统选型135.4 电气控制系统主电路图135.5 系统程序设计145.5.1由“恒压”要求出发的工作泵组数量管理145.5.2 多泵组泵站泵组管理规范155.5.3系统流程图设计165.5.4系统的运行分析175.6 虚拟对象的调试175.7 供水资源的分配管理175.8 SIMIT 例程设计操作18第6章 总 结20致 谢21参考文献22附录 PLC程序23第1章 绪 论1.1变频恒压供水的目的和意义随着社会经济的迅速发展，水对人民生活与工业生产的影响日益加强，人民对供水的质量和供水系统可靠性的要求不断提高。把先进的自动化技术、控制技术

3、、通讯及网络技术等应用到供水领域，成为对供水系统的新要求。变频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提高供水系统的稳定性和可靠性，方便地实现供水系统的集中管理与监控；同时系统具有良好的节能效果，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，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、降低能耗等方面具有重要的现实意义。希望通过对原有系统的技术改造，提高生产过程的自动化水平。克服由于采用单纯手动控制系统进行控制带来的控制不方便、控制系统对供水管网中压力和水位变化反应迟钝的问题，降低能源消耗和资源浪费，提高设备的可维护性和运行的可靠性，以达到降低自来水的生产成本和

4、提高生产管理水平的目的。在相当比较大规模的工业生产供水系统，变频调速恒压供水有它自身的特点：1.供水量在短时间内（一天时间内）变化大，这种变化在几个小时内甚至是几倍或上十倍。2.对供水压力的要求比较严格，供水的压力随供水的流量的变化而变化，甚至少量的水消耗都需要一定的管道压力。3.一般情况下，供水系统的水流量受到水消耗量的控制，而水流量又是通过供水水泵的输出来提供的。从上即可结论：以变频器为主体构成的恒压供水系统不仅能够最大程度满足需要，也提高整个系统的效率，延长系统寿命、节约能源、而且能够构成复杂的功能强大的供水系统。1.2变频恒压供水系统的国内研究现状变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后

5、逐渐发展起来的。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、压频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资成本高。随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果。目前国内在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制

6、水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器（PLC）及相应的软件予以实现；有的采用单片机及相应的软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求。艾默生电气公司和成都希望集团（森兰变频器）也推出恒压供水专用变频器（5.5kW-22kW），无需外接PLC和PID调节器，可完成最多4台水泵的循环切换、定时起、停和定时循环。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现，但其输出接口限制了带负载容量，同时操作不方便且不具有数据通信功能，因此只适用于小容量，控制要求不高的供水场所。 可

7、以看出，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），的变频恒压供水系统的研究还不够。因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践。1.3毕业设计的主要内容1.3.1课题来源本课题来源于生产、生活供水的实际应用。1.3.2毕业设计的主要任务本系统做主要由主供水回路、清水池及泵房组成。如图1-1为变频恒压供水控制系统，其中，泵房装有1#3#共三台泵机，还有多个电动阀门控制各回路和水流量。控制系统采用了已具有丰富功能的PLC为核心的多功能高可靠性控制系统。恒压供

8、水的主要目的是保持管网水压的恒定，水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化，这就需要用变频器为水泵电机供电。这里采用数台电机配一台变频器，变频器与电机之间可以切换，供水运行时，只有一台泵变频运行，以满足不同用水量的需求。 图1-1 变频恒压供水控制系统第2章 恒压供水系统的基本构成2.1恒压供水系统的基本构成恒压供水泵站一般需设多台水泵电机，这比设单台水泵及电机节能而可靠。配单台电机及水泵时，它们的功率必须足够的大，在用水量少时开一台大电机肯定是浪费的。电机选小了用水量大时供水会不足。而且水泵与电机都有维修的时候，备用泵是必要的。恒压供水的主要目标是保持管网水压的恒定，水泵电机的转速要跟随用水量

9、的变化而变化，这就要用变频器为水泵电机供电。这方案是数台电机配一台变频器，变频器与电机间可以切换，供水运行时，一台水泵变频运行。其余水泵工频运行，以满足不同用水量的需求。图2-1为恒压供水系统构成示意图。图中压力传感器用于检测管网中的水压，常装设在泵站的出水口。当用水量大时，水压降低，用水量小时，水压升高。水压传感器将水压转变为电流或电压的送给调节器。PLC送消防生活变频器工频/变频切换电路1号泵2号泵3号泵压力罐压力传感器调节器调节器图2-1 恒压供水系统示意图调节器是一种电子装置，在系统中完成以下几种功能：（1）设定水管压力的给定值。恒压供水水压的高低依需要设定。供水距离越远，用水地点越高

10、，系统所需供水压力越大。给定值即是系统正常工作时的恒压值。另外有些供水系统可能有多种用水目的，如将生活用水与消防用水共用一个泵站，水压的设定值可能不止一个，一般消防用水的水压要高一些。大部分调节器用数字量进行设定，也有的调节器以模拟量方式设定。（2）接收传感器送来的管网水压的实测值。管网实测水压回送到泵站控制装置成为反馈，调节器是反馈的接收点。 （3）根据结定值与实测值的综合，依一定的调节规律发出系统调节信号。调节器接收了水压的实测反馈信号后，将它与结定值比较，得到给定值与实测值之差。如给定位大于实际值，说明系统水压低于理想水压，要加大水泵电机的转速如水压高于理想水压，要降低水泵电机的转速。这

11、些都由调节器的输出信号控制。为了实现调节的快速性与系统的稳定性，调节器工作中还有个调节规律问题，传统调节器的调节规律多是比例-积分-微分调节，俗称PID调节器。调节器的调节参数，如P、I、D参数均是可以由使用者设定的。PID调节过程视调节器的内部构成有数字式调节及模拟量调节两类，以微计算机为核心的调节器多为数字式调节。调节器的输出信号一船是模拟信号，420mA变化的电流信号或010V间变化的电压信号。信号的量值与前边提到的差值成比例，用于驱动执行设备工作。在变频恒压供水系统中，执行设备就是变频器。第3章 变频器和压力传感器3.1 变频器的基本结构和原理交流变频器是微计算机及现代电力电子技术高度

12、发展的结果。微计算机是变频器的核心，电力电子器件构成了变频器的主电路。众所周知，从发电厂送出的交流电的频率是恒定不变的，在我国是50Hz。而交流电动机的同步转速。 （3.1.1）式中-同步转速，r/min； -定子频率，Hz； -电机的磁极对数。而异步电动机转速 （3.1.2）式中-异步电机转差率，一般小于3%。均与送入电机的电流频率与电机的转速成正比例或接近于正比例。因而，改变频率可以方便地改变电机的运行速度，也就是说变频对于交流电机的调速来说是十分合适的。从频率变换的形式来说变频器分为交-交和交-直-交两种形式。交-交变频器可将工频交流电直接变换成频率、电压均可控制的交流电，称为直接式变频

13、器。而交-直-交变频器则是先把工频交流电通过整流变成直流电。然后再把直流电变换成频率、电压均可控制的交流电又称间接式变频器。市售通用变频器多是交-直-交变频器，其基本结构图如图3-1所示。控制指令中间直流环节AC网侧变流器整流器逆变器M运行指令图3-1 交-直-交变频器的基本结构由主回路，包括整流器、中间直流环节、逆变器和控制回路组成，现将各部分的功能分述如下：（1）整流器。电网侧的变流器是整流器，它的作用是把三相（也可以是单相）交流整流成直流。（2）直流中间电路。直流中间电路的作用是对整流电路的输出进行平滑，以保证逆变电路及控制电源得到质量较高的直流电源。由于逆变器的负载多为异步电动机，属于感性负载。无论是电动机处于电动或发电制动状态其功率因数总不会为1。因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件（电容器或电抗器）来缓冲。所以又常称直流中间环节为中间直流储能环节。（3）逆变器。负载侧的变流器为逆变器。逆变器的主要