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1、安安徽徽机机电电职职业业技技术术学学院院毕毕业业设设计计说说明明书书基于 PLC 控制的变频恒压供水系统系 （部） 电气工程系 专 业 电机与电器 班 级 电机 3092 姓 名 余海平 学 号 1306093078 指导教师 耿 楠 2011 2012 学年第 1 学期摘要摘要随着我国社会经济的发展，城市建设发展十分迅速，同时也对基础设施建设提出了更高的要求。城市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、经济性直接影响到用户的正常工作和生活。随着人们对供水质量和供水系统可靠性要求的不断提高，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计出高性能、高节能、能适应供水厂复杂环境
2、的恒压供水系统成为必然趋势。变频恒压供水的调速系统可以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。在实际应用中如何充分利用专用变频器内置的各种功能，对合理设计变频恒压供水设备、降低成本、保证产品质量等有着重要意义。变频恒压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。目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、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、系列化、标准
3、化，是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。基于变频器的智能恒压供水系统以西门子 S7-200 系列 PLC 作为控制器，采用其扩展模拟输入输出模块 EM235，利用其内部的 PID 控制指令，配合 MM420 型号的变频器和电机，同时用 KBY 压力变送器来检测管网压力。构成闭环调速系统。变频调速技术是一种新型的、成熟的交流电机无级调速驱动技术，变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化。压力变送器的作用是检测管网水压。智能 PID 调节器实现管网水压的 PID 调节。PLC控制单元则是泵组管理的执行设备，
4、同时还是变频器的驱动控制，根据用水量的实际变化，自动调整输出模拟量，进而控制变频器。变频恒压供水控制系统通过测到的管网压力，经 PLC 内置 PID 调节器运算后,通过 EM235 模拟输出端传送到变频器，调节输出频率，实现管网的恒压供水。关键词：关键词：恒压供水、可编程控制器、无级调速、PID 控制、闭环调速系统目目 录录摘摘 要要.2目目 录录.3第一章第一章 概概 述述.41.1 恒压供水系统的发展历程 .41.2 恒压供水系统研究的目的和意义.41.3 恒压供水系统的应用.5第二章第二章 基于变频器的智能恒压供水系统的设计方案基于变频器的智能恒压供水系统的设计方案.6 62.1 恒压供
5、水系统总体方案设计.62.2 变频恒压供水原理.7第三章第三章 基于变频器的智能恒压供水系统的硬件设计基于变频器的智能恒压供水系统的硬件设计.8 83.1 系统中硬件电路构成.83.2 PLC 型号选择和系统硬件配置.193.3 外部硬件电路设计.21第四章第四章 基于变频器的智能恒压供水系统的软件设计基于变频器的智能恒压供水系统的软件设计.23234.1 系统流程图.234.2 软件设计.24结术语结术语.2929参考文献参考文献.3030第一章第一章 概述概述1.11.1 恒压供水系统的发展历程恒压供水系统的发展历程恒压供水系统是指通过闭环控制，使供水的压力保持恒定。早期的恒压供水系统是通
6、过阀门的开断来控制。随着技术的发展，自动化越来越占据主要地位。出现了基于 PLC 的变频恒压供水系统，即基于变频器的智能恒压供水系统。在该系统中为了满足供水量大小需求不同时，保证管内压力恒定，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。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、起制动控制、变压变频比控制及各种保护功能。因此，当变频器应用在变频恒压供水系统中时仅作为执行机构。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
7、台水泵机组运行的情况，因而投资成本高。近年来，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国内有不少公司在做变频恒压供水的工程时，大多采用国外品牌的变频器控制水泵的转速，水管的管内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。但随着社会发展和进步，这远远满足不了所有用户的要求，逐步实现了基于 PLC 和变频器技术设计的生活恒压供水控制系统即基于变频器的智能恒压供水系统。目前在国内外变
8、频调速恒压供水控制系统的研究设计中可以看出，随着社会的发展，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水压闭环控制的研究还是不够的。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、生产实践中。1.21.2 恒压供水系统研究的目的和意义恒压供水系统研究的目的和意义近年来我国中小城市发展迅速，集中用水量急剧增加。据统计，从 1990 年到1998 年，我国人均日生活用水量（包括城市公共设施等非生产用水）有 175.7 升增加到 241.1 升，增长了 37.2%，与此同时我国城市家庭人均日生活用水量也
9、在逐年提高。而现阶段我国在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术比较落后，自动化程度较低。这种情况容易造成用水高峰期时水位达不到要求，供水压力不足；用水低峰期时供水水位超标，压力过高，不仅十分浪费能源而且存在事故隐患（例如压力过高容易造成爆管事故） 。变频恒压供水系统可以实现水泵电机的无级调速，可以根据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求。变频恒压供水系统被看做是今最先进、合理的节能型供水系统。与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备投资，运行的经济型还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有很大优势。基于 PLC 和变
10、频器技术设计的智能恒压供水控制系统可靠性高、效率高、节能效果显著、动态响应速度快。因而实现了恒压自动控制。对整个供水过程来说，系统的可扩展性好，管理人员可根据每个季节的用水情况，选择不同的压力设定范围，不但节约了用水，而且节约了电能，达到了更优的节能方式，实现供水的最优化控制和稳定性控制，具有广泛的应用前景。1.31.3 恒压供水系统的应用恒压供水系统的应用基于 PLC 和变频器技术设计的智能恒压供水控制系统，是在原有系统的技术改造下，提高生产过程的自动化水平。使系统运行稳定，操作简便，解决实际中问题，保证供水安全、快捷、可靠。该系统广泛应用于:1.生产、生活用水，亦可用于热水供应，恒压喷淋等系统2.工企业、生活、生产供水系统及企业自备并改造工程，自来水厂、生活小区及消防供水系统。3.各种场合的恒压、变压、冷却水和循环供水系统4.污水泵站、污水
