基于plc控制的恒压供水控制系统

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1、目目 录录 1.绪论 .1 1.1 课题的提出 .1 1.2 课题研究的目的和意义 .1 2.恒压供水控制系统简介 3 2.1 恒压供水控制系统的概述 .3 2.2 采用 PLC 控制恒压供水控制系统的优点 .3 2.3 恒压供水系统控制原理 .3 2.4 系统控制要求 .4 2.5 S7-200PLC 的主要特点 .4 2.5.1 S7-200PLC 的组成及各部分作用 .4 2.5.2 S7-200PLC 的类型5 3.恒压供水控制系统的硬件设计 7 3.1 压力变送器的功能分析与选型 .7 3.1.1 压力变送器的功能分析7 3.1.2 压力变送器的工作原理8 3.1.3 压力变送器选型

2、步骤8 3.2 供水泵的分类与选型 .9 3.2.1 供水泵的分类.10 3.2.2 供水泵的选型.10 3.3 手动调节阀的选型 11 3.4 供水控制系统主电路 11 3.5 恒压供水控制系统的 I/O 点及地址分配 12 3.6PLC 的硬件接线图13 4.恒压供水控制系统的软件设计 14 4.1 控制系统的程序流程图 14 4.2 控制系统的程序设计 15 总结 20 主要参考文献 21 1 1 1 绪论绪论 1.11.1 课题的提出课题的提出 随着社会经济的飞速发展，城市建设规模的不断扩大，人口的增多以及人们生活 水平的不断提高，对城市供水的数量、质量、稳定性提出了越来越高的要求。而

3、我们 国家是个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、小区供水，尤其县城、乡 镇供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低。而其中的老水厂自动控制系统配置 相对落后，机组的控制主要依赖值班人员的手工操作。控制过程繁琐，而且手动控制 无法对供水管网的压力和水位变化及时做出恰当的反应。在用水高峰期，水的供给量 常常低于需求量，出现水压降低供不应求的现象。传统的解决办法是采用高位水箱、 水塔和各种气压罐进行蓄水加压，依赖挡板和阀门的阻力调节水流量。这种靠水的势 能或气压供水方式具有占地面积大、投资高、水泵电机启动频繁、耗电多、管网水压 不稳、爆管现象频繁、漏失严重等缺点；不仅生活用水容易受到二次污

4、染，而且水泵 电机的频繁开启使设备故障率高，检修、维护也存在困难，而且像水塔这样传统的供 水系统，在维护和升级系统方面，是非常昂贵的。因此，如何利用有效的水源和电能 保证各行各业正常供水，己是迫在眉睫。 同时随着现代电力电子技术、交流变频调速技术、信息技术、计算机技术和智能 控制技术的迅速发展并日趋完善，变频调速技术在供水领域得以运用，实现了水泵电 机无级调速，能够极大地改善给水管网的供水环境。所有这些现代自动化控制技术的 发展与应用，无疑为现代化高性能的生活供水提供了可能。利用 PLC 控制技术和变频 调速技术开发的全自动恒供水系统,管道内水压恒定,既可以满足供水要求,避免出现供 水事故,还

5、可节约电能。 1.21.2 课题研究的目的和意义课题研究的目的和意义 众所周知，水是人类生活、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。 2 传统的小区

6、供水方式有:恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水、液 力藕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)水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维修或停电可 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

7、缺点，频繁起动易损坏联轴器，目前主要应用于高层建筑。 (3)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。 (4)液力涡合器和电池滑差离合器调速的供水方式易漏油，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

8、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存在不同程度的浪费水力、电力资源;压力变送 器恒压供水技术其节能、安全、供水高品质等优点，在供水行业得到了广泛应用。恒 压供水调速系统实现水泵自动投入运行与退出，依据用水量的变化（实际上为供水管 网的压力变化）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，是当今先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中如何充分利用压力变 送器，对合理设计压力变送器恒压供水设备，降低成本、保证产品质量等具有重要的 现实意义。 3 2 2 恒压供水控制系统简介恒压供水控制系统简介 2.

9、12.1 恒压供水控制系统的概述恒压供水控制系统的概述 自 80 年代初，全国各行业大力开展节能工作。自此，住房小区的给水系统已逐步 取消了高位水箱，而采用压力变速器调速恒压供水代替以前的重力供水、气压供水， 克服了传统供水方法的缺点。这种供水方式既满足供水安全，又避免水质的二次污染。 对于多层住宅来说，是一种比较完善的供水系统。 在自动恒压供水系统中，由于管网是封闭的，泵站供水的流量是由用户实际用水量决 定的。根据反馈原理:要维持一个物理量的数值大小恒定或者基本不变，就应该引入这 个物理量跟该恒定值比较，形成闭环系统。因为在恒压供水系统中，我们要想保持的 供水管网的压力恒定，因此就必须引入水

10、压反馈值与给定的压力值比较，从而形成闭 环系统。 2.22.2 采用采用 PLCPLC 控制恒压供水系统的优点控制恒压供水系统的优点 (1)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。 (2)节能，可以实现节电 20%-40%，能实现绿色用电。 (3) 占地面积小，投入少，效率高。 (4) 配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。 (5) 通过通信控制，可以实现无人值守，节约了人力物力。 2.32.3 恒压供水系统控制原理恒压供水系统控制原理 对供水系统进行控制，是为了满足用户对流量的需求。所以，流量是系统的基本控 制对象。但是，流量的大小取决于扬程，扬程难以进行

11、具体测量和控制。考虑到在动 态情况下，管道中水压的大小与供水能力和用水需求之间的平衡关系有关： 供水能力 QG用水需求 QU，则压力上升； 供水能力 QG用水需求 QU，则压力下降； 供水能力 QG=用水需求 QU，则压力不变。 可见，供水能力与用水需求之间的矛盾反映在流体压力的变化上。因此，压力可以用 来 4 作为控制流量大小的参变量。即保持供水系统中某处压力的恒定，也就保证了该处的 供 水能力和用水流量处于平衡状态，恰到好处地满足了用户所需的用水流量。 2.42.4 系统控制要求系统控制要求 (1)启动过程中，由压力值的大小决定启用水泵的台数。压力变送器的额定值为 0.8Mpa 供水过程中

12、当压力超过 0.4Mpa 时，高压报警器报警，K1 接通，此时可延时 30s 后撤除 1 台水泵工作，要求工作的水泵逆序切断；当压力低于 0.2Mpa 时，低压报警器 报警，K2 接通，此时可延时 30s 后增设 1 台水泵工作，要求未曾工作过的水泵顺序增 加投入运行；当压力过高 高于 0.6Mpa 时 K3 输出，说明管网内压力过大，1S 后所有电 机立即停止工作。当压力过低于 0.1Mpa 时 K4 输出,说明管网内水已用完，这时所有电 机 1s 后立即开始工作。当没有报警信号时，表示水压正常。并设有手动调节阀，当压 力无法恢复正常时，手动调节水压。 (2)系统还设有手动开关，每台水泵都设

13、有单独的开关控制启动与停止。 (3)系统设有急停按钮，可预防突发设备故障。 本次恒压供水控制系统 PLC 选型为西门子 S7200 中 CPU226 型 PLC。 2.52.5 S7-200PLCS7-200PLC 的主要特点的主要特点 SIMATIC S7-200 系列 PLC 适用于各行各业，各种场合的检测、监测及控制的自动化。 强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此 S7-200 系列产品具有极高的性能/价格比。在以下几方面均有出色的表现：极高的可靠性；极 丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性；强劲的通 讯能力；丰富的扩展模块。

14、S7-200 系列 PLC 在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继 电器的简单控制到更复杂的自动化控制。S7-200 产品凭借其先进性、成熟性和广泛的 适用 性在自动化产品中受到广泛的重视。 2.5.12.5.1 S7-200PLCS7-200PLC 的组成及各部分作用的组成及各部分作用 5 S7-200 PLC 把 CPU、存储器、电源、输入/ 输出接口、通信接口和扩展接口等部 分集成在一个紧凑、独立的设备中。它具有强大的指令集和丰富强大的通信功能。 (1)PLC 的硬件系统 PLC 的硬件系统一般主要由中央处理单元、输入/ 输出接口、I/O 扩展接口、编程 器接口、编

15、程器和电源等几部分组成。 (2)中央处理器（CPU) 一般由控制器、运算器、和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内。CPU 通过 数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接 (3)存储器 PLC 系统中的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和工作状态数据。PLC 存储 器包括系统存储器和用户存储器。 (4)输入/输出接口 输入/输出接口是 PLC 与现场 I/O 设备或其他外部设备之间的连接部件。PLC 通过 输入接口把外部设备（如开关、按钮、传感器）的状态或信息读入 CPU，并通过用户程 序的运算与操作，把结果通过输出接口传递给执行机构（如电磁阀、继电器、接触器 等）

16、 。 (5)电源部分 PLC 内部配有一个专用开关型稳压电源，它将交流/直流供电电源变换成系统内部各 单元所需的电源，即为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。 PLC 一般使用 220V 的交流电源。其内部的开关电源对电网提供的电源要求不高，与普 通电源相比，PLC 电源稳定性好、抗干扰能力强。 2.5.22.5.2 S7-200PLCS7-200PLC 的类型的类型 表 2-1 S7-200 系列 CPU 的类型及参数 型号电源/输入/输出类型主机 I/O 点数 DC/DC/DC CPU221 AC/DC 继电器 6 输入/4 输出 DC/DC/DC CPU222 AC/DC 继电器 8 输入/6 输出 DC/DC/DC CPU224 AC/DC 继电器 14 输入/10 输出 6 AC/DC 继电器 DC/DC/DC CPU226 AC/DC/继电器 24 输入/16 输出 DC/DC/DC CPU226XM AC/DC 继电器 24 输入/16 输出 表中第 2 列的电源/输入/输出类型的含义，如为 DC/D