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1、成人高等教育毕业设计（论文）题 目：超高层建筑恒压供水系统 学院(函授站）： 济南市海贝培训学校 年级专业： 电气工程及其自动化 层 次： 本科 学 号： 姓 名： 指导教师： 摘要摘要： 传统恒压控制系统的供水管网能耗大、控制精度差、设备损耗快、对电网要求高。随着变频技术的发展与应用，各种大功率、耐高压器件的出现，变频恒压系统已成为供水管网恒压控制的主流，而PLC技术的发展使其在控制系统中得到了广泛应用。用PLC和变频器协同工作，应用与高层建筑恒压供水智能系统已成为当下的主流。关键词： 恒压供水； 变频器； PLC ABSTRACTAccording to the requirement o
2、f Chinas urban water supply, this paper designs a set of water supply system of frequecey control of constant voltage based on PLC, and have developed good operation management interface using Supervision Control and Data Acquisition.The system is made up of PLC, transducer,units of pumps,pressure s
3、ensor and control machine and so on. Keywords: variable frequency speed-regulating, constant-pressure water supply, PLC, supervision control and data acquisition.目录1变频恒压供水系统的理论分析51.1 任务51.2工艺要求11.3 PLC概述11.3.1 可编程控制器的定义11.3.2 PLC的发展和应用21.3.3 PLC的特点21.4 恒压供水的原理31.5变频恒压供水系统的节能原理32变频恒压供水系统62.1变频恒压供水的特点
4、62.2 恒压供水系统的控制方案的比较和确定72.2.1 用户需求72.2.2恒压供水系统控制方案比较72.3 变频恒压供水的组成82.4超高层建筑恒压供水的方案112.5超高层建筑多级接力恒压供水控制系统的结构112.6超高层多级接力恒压供水系统介绍123 系统的硬件设计153.1 系统主要设备的选择153.2 主电路控制方案184监控系统的设计214.1多级接力控制系统程序设计214.2 远程监控软件的设计225结束语241变频恒压供水系统的理论分析1.1 任务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
5、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。通常，为了保证恒压供水我们用三泵供水，三泵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。1.2工艺要求对三泵生活/恒压供水系统的基本要求是：（1）生活供水时，系统应底恒压值运行，消防供水时系统应高恒压值运行；（2）三台泵根据恒压的需要，采用“先开先停”的原则介入和退出；（3）在用水量小的情况下，如果一台泵连续运行的时间超过3H，则要切换到下一台泵，
6、即系统具有“倒泵功能”，避免某一台泵工作时间过长；（4）三台泵在启动时要又软启动功能；（5）要有完整的报警功能；（6） 对泵的操作要有手动控制功能，手动只在应急或检修时临时使用。1.3 PLC概述1.3.1 可编程控制器的定义可编程控制器，简称PLC(Programmable logic Controller)，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会(International Electrical Committee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在
7、其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”1.3.2 PLC的发展和应用世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司(DEC)研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立组件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。
8、为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言【1】，并将参加运算及处理的计算机存储组件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特
9、点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、轻纺、交通运输、及文化娱乐等各个行业，被称为现代技术的三大支柱之一。1.3.3 PLC的特点现代可编程控制器不仅能实现对
10、开关量的逻辑控制，还具有数学运算、数学处理、运动控制、模拟量PID控制、通信网络等功能。在发达的工业化国家，可编程控制器已经广泛的应用在所有的工业部门，其应用已扩展到楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域。归纳可编程控制器主要有以下几方面的优点：1）编程方法简单易学2）功能强，性能价格比高3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强4）无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强5）系统的设计、安装、调试工作量少6）维修工作量小，维修方便 7）体积小，能耗低。1.4 恒压供水的原理如图1-1所示在出水管道上安装的压力传感器，将出口水压力信号转换为电信号，送PLC进行推理运算后，输出信
11、号到变频器，调节水泵电机的运转速度，直到消除实际水压与设定水压的偏差，实现恒压供水。可编程控制器同时控制水泵的启、停。当系统开始工作时，由变频器控制启动1号泵变频运行。若用户用水量增加，变频器的输出率上升到50Hz，水压仍达不到设定值，则延时一段时间后，将1 号泵切换为工频运行；变频器再启动 2 号泵运行，如水压达不到设定值，则将2 号泵切换为工频运行；变频器再启动3 号泵运行，直到输出水压达到设定值为止。反之若用户用水量减少，则依照“先启先停”原则依次将水泵切除。如此反复循环，实现系统的恒压供水【2】。 图1-1 恒压供水原理图1.5变频恒压供水系统的节能原理供水系统的扬程特性是以供水系统管
12、路中的阀门开度不变为前提，表明水泵在某一转速下扬程H与流量Q之间的关系曲线【3】，如图1.5所示。由于在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量的大小主要取决于用户的用水情况，因此，扬程特性所反映的是扬程H与用水流量Qu间的关系H=f(Qu)。而管阻特性是以水泵的转速不变为前提，表明阀门在某一开度下扬程H与流量Q之间的关系曲线，如图1-2所示。管阻特性反映了水泵的能量用来克服泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。由于阀门开度的改变，实际上是改变了在某一扬程下，供水系统向用户的供水能力。因此，管阻特性所反映的是扬程与供水流量Qc之间的关系H=f(Qc)。扬程特性曲线和管阻特性曲线的
13、交点，称为供水系统的工作点，如图1-2中A点。在这一点，用户的用水流量Qu和供水系统的供水流量Qc处于平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运。图1-2 恒压供水系统的基本特征变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一体，通过变频器调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。在供水系统中，通常以流量为控制目的，常用的控制方法为阀门控制法和转速控制法。阀门控制法
14、是通过调节阀门开度来调节流量，水泵电机转速保持不变。其实质是通过改变水路中的阻力大小来改变流量，因此，管阻将随阀门开度的改变而改变，但扬程特性不变。由于实际用水中，需水量是变化的，若阀门开度在一段时间内保持不变，必然要造成超压或欠压现象的出现。转速控制法是通过改变水泵电机的转速来调节流量，而阀门开度保持不变，是通过改变水的动能改变流量。因此，扬程特性将随水泵转速的改变而改变，但管阻特性不变。变频调速供水方式属于转速控制。其工作原理是根据用户用水量的变化自动地调整水泵电机的转速，使管网压力始终保持恒定，当用水量增大时电机加速，用水量减小时电机减速。由流体力学可知，水泵给管网供水时，水泵的输出功率P与管网的水压H及出水流量Q的乘积成正比；水泵的转速n与出水流量Q成正比；管网的水压H与出水流量Q的平方成正比。由上述关系有，水泵的输出功率P与转速n三次方成正比，即： （2.2） （2.3） (2.4) (2.5)式中k、k1、k2、k3为比例常数。图1-3管网及水泵的运行特性曲线如图1-3所示当用阀门控制时，若供水量高峰水泵工作在E点，流量
