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1、平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）1摘摘要要随着变频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， 变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统。然而，由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备（如水泵） ，在对原有供水系统进行变频改造的实践中， 往往会出现一些在理论上意想不到的问题。本文介绍的变频控制恒压供水系统， 是在对一个典型的水塔供水系统的技术改造实践中，根据尽量保留原有设备的原则设计的，该系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题，既体现了变频控制恒压供水的技术优势，同时有效的节省了资金。水泵作为供水工程中的通用机械，消耗着大量的
2、能源，电耗往往占制水成本的60%以上，在我国，每年水泵的电能消耗占电能总消耗的 21%。为了节约降耗，必须采取调节措施使泵站适应负荷变化的运行。本文介绍一种变频调速恒压供水系统，该系统可根据管网瞬间压力变化，自动调节某台水泵的转速和多台水泵的投入及退出，使管网主干管出口端保持在恒定的设定压力值，并满足用户的流量需求，使整个系统保持高效节能的最佳状态。关键字：关键字：PLC变频器恒压供水平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）2目目录录摘要摘要1第一章第一章变频变频恒压供水原理特点及工艺要求恒压供水原理特点及工艺要求31.1 恒压供水技术现状31.2 系统的组成和基本工作原理41.3 恒压供
3、水系统的特点41.4 变频调速及 PLC 在供水行业中的应用5第二章第二章 可编程控制器概述可编程控制器概述62.1PLC 技术现状62.2PLC 组成和工作原理72.3PLC 与继电器控制系统的区别112.4PLC 控制系统的结构122.5PLC 抗干扰设计14第三章第三章变频变频恒压供水系统恒压供水系统 PLC 设计设计163.1恒压供水系统的基本构成173.2 系统控制要求203.3控制系统的 I/O 点及地址分配213.4 变频恒压供水系统程序的设计22第四章第四章 结论结论33致谢致谢34参考文献参考文献35平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）3第一章第一章 恒压供水原理及工
4、艺恒压供水原理及工艺随着社会的发展和进步， 城市高层建筑的供水问题日益突出。一方面要求提高供水质量， 不要因为压力的波动造成供水的障碍；另一方面要求保障供水的可靠性和安全性，在发生火灾时能可靠供水。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。恒压无塔供水系统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。1.1 恒压供水技术现状恒压供水技术现状在日常生活中， 居民生活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
5、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。因此，恒压供水系统在生活用水上运用广泛。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。随着电力技术的发展， 变频调速技术的日臻完善，以变频调速为
6、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； 可以消除起动和停机时的水锤效应。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。恒压供水系统与普通的供水系统相比，有着十分显著的节能效果。1.供水系统有以下几个特点：（1）节电：优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度地节能运行。（2）节水：根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水的跑、漏现象。（3）运行可靠：由变频
7、器实现泵的软起动，使水泵实现由工频到变频的无冲击切换，防止管网冲击、避免管网压力超限，管道破裂。（4）控制灵活：分段供水，定时供水，手动选择工作方式。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）4（5）自我保护功能完善：如某台泵出现故障，主动向上位机发出报警信息，同时启动备用泵，以维持供水平衡。万一自控系统出现故障，用户可以直接操作手动系统，以保护供水。2.供水设备已广泛应用于生活生产及各个行业，其主要应用场合有：（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 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。（5）农田灌溉，污
8、水处理，人造喷泉。（6）各种流体恒压控制系统。1.2 系统的组成和基本工作原理系统的组成和基本工作原理以一个三泵生活/消防双恒压无塔供水系统为例来说明其工艺过程，市网来水用高低水位控制器 EQ 来控制注水阀 TV1，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/低水位信号也直接送给 PLC，作为底水位报警用。为了保障供水的持续性，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，平时电磁阀 YV2 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，使生活用水的恒压状态（生活用水底恒压值）下进行；当有火灾发生时，电磁阀 YV
9、2 得电，关闭生活用水管网，三台泵共消防用水使用， 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。1.3 恒压供水系统的特点恒压供水系统的特点在较高的住宅供水系统中，变频调速恒压供水有它自身的特点：1.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.水压力的要求比较严格， 供水的压力随供水流量的变化而变化，甚至少量的水消耗都需要一定的管道压力。3.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
10、，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。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）51.4 变频调速及变频调速及 PLC 在供水行业中的应用在供水行业中的应用70 年代以后，由于微电子技术、电力电子技术和微处理机技术的发展，促使晶体管变频器的诞生。 晶体管变频器不但克服了以往交流调速的许多缺点，而且调速性能可以和直流电动机的调速性能相媲美。三相异步电动机具有维修方便、价格便宜、功率和转速适应面宽等优点， 其变频调速技术在小型化、低成本和高可靠性方面占有明显的优势。 到 80 年代末，交流电机的变频调速技术迅速发展成为一项成熟的技术，它将供给交流电机的工频交流电
11、源经过二极管整流变成直流，再由 IGBT 或 GTR 模块等器件逆变成频率可调的交流电源，以此电源拖动电机在变速状态下运行，并自动适应变负荷的条件。 它改变了传统工业中电机启动后只能以额定功率、定转速的单一运行方式，从而达到节能目的。现代变频调速技术应用于电力水泵供水系统中，较传统的运行方式是可节电 4060，节水 1530。由于变频调速具有调速的机械特性好、效率高、调速范围宽、精度高、调整特性曲线平滑、可以实现连续的、平稳的调速、体积小、维护简单方便、自动化水平高等一系列突出的优点而倍受人们的青睐。尤其当它应用于风机、水泵等大容量负载时，可以获得其它调速方式无法比拟的节能效果。 变频调速系统
12、主要设备是提供变频电源的变频器， 变频器可分成交流直流交流变频器和交流交流变频器两大类，目前国内大都使用交直交变频器。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
13、内， 变频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被全新的系统所代替。虽然早期单泵调速系统设计简易可靠， 但是其电机深度调速造成水泵、 电机运行效率低， 而新的调速系统投资更为节省，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。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）6第二章第二章 可编程控制器概述可编程控制器概述2.1 PLC 技术现状技术现状上世纪 60 年代后期，根据当时汽车市场需求和计算技术的发展，在美国麻萨诸塞 州 Bedford 的 BedfordAssociates ， 向 美 国 汽 车 制 造 业 提 议 开 发 一 种Mo
14、dularDigitalController（MODICON）取代继电控制盘。其它一些公司也建议以计算机为基础的方案。 其核心思想是采用软件编程方法代替继电控制的硬接线方式，并备有生产现场大量使用的输入传感器和输出执行器的接口， 以便于进行大规模生产线的流程控制。这就是以后被称为 ProgrammableLogicController 的由来。70 年代是 PLC 崛起，首先在汽车工业获得大量应用，在其它产业部门也开始应用的时期。80 年代是它走向成熟，全面采用微电子及微处理器技术；大量推广应用，并奠定其在工业控制中不可动摇地位的时期。90 年代又开始了它的第三个发展时期。随着 PLC 的国际
15、标准 IEC61131 的正式颁布，推动了 PLC 在技术上发动新的突出。在系统体系结构上，从传统的单机向多 CPU 和分布式及远程控制系统发展；在编程语言上，文本化和图形化的语言多样性，创造了更具表达控制要求、文字处理、通信能力的编程环境。从应用范围和应用水平上， 除了继续发展机械加工自动生产线的控制系统外，则是发展以PLC为基础的DCS系统、 监控和数据采SCADA系统、 柔性制造系统 （FMS） 、安全联锁保护（ESD）系统、运动控制系统等，全方位地产提高 PLC 的应用范围和水平。进入 90 年代后期，由于用户对开放性的强烈要求和压力，由于信息技术的大力推动，PLC 如果还停留在原有的专用而又封闭的系统概念上，它将坐以待毙。于是PLC 进入了其发展的第四阶段。其特征是：
