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1、摘 要本论文根据中国城市小区的供水要求，设计了一套基于PLC的变频调速恒压供水设备。变频恒压供水设备是一种新型的节能供水设备。变频恒压供水设备系运用当今最先进的微电脑控制技术，将变频调速器与电机水泵组合而成的机电一体化高科技节能供水装置。变频恒压供水设备以水泵出水端水压（或用户用水流量）为设定参数，通过微机自动控制变频器的输出频率从而调节水泵电机的转速，实现用户管网水压的闭环调节，使供水系统自动恒稳于设定的压力值：即用水量增加时，频率提高，水泵转速加快；用水量减少时，频率降低，水泵转速减慢。这样就保证了整个用户管网随时都有充足的水压（与用户设定的压力一致）和水量（随用户的用水情况变化而变化）。
2、关键词：变频调速；恒压供水；PLCAbstractAccording to the requirements of the Chinese urban community water supply, this paper designed a set of frequency conversion velocity modulation constant pressure water supply equipment based on PLC. Variable frequency constant pressure water supply equipment is a new type o
3、f energy-saving water supply equipment. Variable frequency constant pressure water supply equipment is using todays most advanced microcomputer control technology, will be a combination of frequency converter and motor pump mechanical and electrical integration of high-tech energy-saving water suppl
4、y device. Variable frequency constant pressure water supply equipment to pump the water side pressure (or user) water flow to set parameters, through the microcomputer automatic control inverter output frequency to adjust the speed of water pump motor, realize user pipe network pressure closed-loop
5、adjustment, automatic water supply system, steady to set pressure value: the water consumption increases, the frequency increase, the water pump speed accelerated; Water cut, the frequency is reduced, the pump speed slow. So as to ensure the users network at any time sufficient water pressure (consi
6、stent with the user setting pressure) and water (changes over the users water situation).Key words: Frequency control of motor speed; Constant pressure water supply; PLC目 录1 绪 论11.1 课题的提出11.1.1 几种供水系统的比较11.2 变频器恒压供水产生的背景和意义21.3 变频恒压供水系统的国内外研究现状31.3.1 变频恒压供水系统的国内外研究与现状31.3.2 变频调速技术的国内外发展与现状41.4 本课题的主
7、要研究内容42 变频恒压供水系统的理论及控制62.1 变频恒压供水系统的理论分析62.1.1 电动机的调速原理62.1.2 变频恒压供水系统的节能原理72.2 变频恒压供水系统控制方案的确定92.2.1 变频恒压供水系统控制方案的比较92.2.2 变频恒压供水方案的确定103 变频恒压供水系统的基本工作过程113.1 变频恒压供水系统控制原理的组成和说明113.2 变频恒压供水系统的控制流程133.3 水泵切换条件分析134 恒压供水系统单元电路的设计154.1系统硬件的结构154.2 变频器的选择164.2.1 变频器的基本结构与分类164.2.2 变频器的控制方式174.2.3 变频器的控
8、制方式比较184.2.4 变频器的参数184.3 交流接触器的选择194.3.1 交流接触器的结构和工作原理204.4 低压断路器的选择204.4.1 低压断路器的分类214.4.2 低压断路器的工作原理及选择214.5 熔断器的选择214.6 热继电器的选择224.7 PLC的选择234.7.1 可编程控制器的定义234.7.2 PLC的选型要求234.7.3 PLC的工作原理274.7.4 PLC的选型284.7.5 欧姆龙CP1H的特点284.7.6 CP1H的功能简介294.7.7 PLC的I/O端口分配及外围接线304.7.8 模拟量模块的选择与说明304.8 压力变送器的选择314
9、.9 液压变送器314.10 变频恒压供水系统的主电路324.10.1 系统主电路结构324.11 系统控制电路分析及其设计335 控制系统的软件设计366 结 论38致 谢39参考文献40附录A：输入输出点I/O口分配表41附录B： PLC及扩展模块外围接线图42附录C： 系统和主电路及其控制电路图43IV1 绪 论1.1 课题的提出水和电是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在节水节能已成为时代特征的现实条件下，我们这个水资源和电能源短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，自动化程度较低，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
10、房制度改革的不断深入，城市中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，也直接体现了小区物业管理水平的高低。1.1.1 几种供水系统的比较传统的小区供水方式有：恒速泵加压供水、气压罐供水、水塔高位水箱供水、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等方式，其优、缺点如下：1恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应，水泵的增减都依赖人工进行手工操作，自动化程度低，而且为保证供水，机组常处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大，而且在用水量
11、较少时，管网长期处于超压运行状态，爆损现象严重，电机硬起动易产生水锤效应，破坏性大，目前较少采用。2气压罐供水具有体积小、技术简单、不受高度限制等特点，但此方式调节量小、水泵电机为硬起动且起动频繁，对电器设备要求较高、系统维护工作量大，而且为减少水泵起动次数，停泵压力往往比较高，致使水泵在低效段工作，而出水压力无谓的增高，也使浪费加大，从而限制了其发展。3水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维或停电可不停水等优点，但存在基建投资大，占地面积大，维护不方便，水泵电机为硬起动，启动电流大等缺点，频繁起动易损坏联轴器，目前主要应用于高层建筑。4液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方
12、式易漏油，发热需冷却，效率低，改造麻烦，只能是一对一驱动，需经常检修；优点是价格低廉，结构简单明了，维修方便。5单片机变频调速供水系统也能做到变频调速，自动化程度要优于上面4种供水方式，但是系统开发周期比较长，对操作员的素质要求比较高，可靠性比较低，维修不方便，且不适用于恶劣的工业环境。综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、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。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
13、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尤为突出，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以及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提高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。1.2 变频器恒压供水产生的背景和意义泵站担负着工农业和生活用水的重要任务，运行中需要大量消耗能量，
14、提高泵站效率；降低能耗，对国民经济有重大意义。我过泵站的特点是数量大、范围广、类型多、发展速度快，在工程规模上也有一定水平，但由于设计中忽视动能经济观点以及机电产品类型和质量上存在的一些问题等原因，至使在技术水平、工程标准以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比，还有一定的差距。目前，大量的动能消耗在水泵、风机负载上，城乡居民用水设备所消耗的电量在这类负载中占了相当大的比例。因此，研究提水系统的能量模型，找出能够节能的控制策略方法是目前较为重要的一件事。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、维修方便和低成本等诸多特点，变频恒压供水系统集变频技术、
15、电气技术、防雷避雷技术、现代控制、远程监控技术与一体。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，方便的实现供水系统的集中管理与监控；同时系统具有良好节能性，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。1.3 变频恒压供水系统的国内外研究现状变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。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、起动控制以及制动控制、压频比控制以及各种保护功能。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变送器，对压力进行闭环控制。1.3.1 变频恒压供水系统的国内外研究与现状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被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器，像日本Samco公司，就推出了恒压供水基板，备有“变频泵固定方式”、“变频泵循环方式”两种模式它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成
