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1、题 目: 县级自来水供水控制系统设计 院系名称： 电气工程学院 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 38摘 要随着社会经济的迅速发展，县镇的建设越来越现代化，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求也不断提高。但是目前能源紧缺，大多数县级的供水设施陈旧。利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然趋势。本设计由变频器、PLC及PID调节器组成控制系统，调节水泵的输出流量。电动机泵组由三台水泵并联而成，由变频器或工频电网供电，根据供水系统出口水压和流量来控制变频器电动机泵组之间的切换及速度，使系统运行在最合理的状态，保证按
2、需供水。本文介绍了采用PLC控制的变频调速供水系统，由PLC进行逻辑控制，由变频器进行压力调节。再经过PID运算，通过PLC控制变频与工频切换，实现闭环自动调节恒压供水。关键字：恒压供水；节能；可编程控制器；PID调节Title The Design of the Water Supply Control System for the CountyLevel AbstractWith the rapid development of social economy, the countys building is more and more modern and it demands the b
3、etter of water supplys quality and reliability of water supply system. But energy resources are seriously lack, and most county-level water supply facilities are old. So it is inevitable tendency to design water supply system which has high function and saves on energy well, with help of advanced te
4、chnique of automation, control and communication. At the same time this system can adapt different water supply fields.This design is consist of the variable frequency and speed regulation, PLC, PID control system for the control system. It controls the outcome of the pumps. The generator pumps are
5、consist of parallel three pumps, and the power come from variable frequency and speed regulation or power grid. According to the water supply of constant pressures outcome water press and flux, the control system control the variable frequency and speed regulation, parallel pumps speed and cut over,
6、 cause the system move in the best rational situation, assure according to wants supply water. This design has many merits such as save energy.In this paper, the control principle of VVVF providing-water system is introduced, PLC is used to carry on logic control and invertered to modulate pressureT
7、hrough PID control principle. We realize Closed-loop control in VVVF Providing-water System. Keywords: Water supply of constant pressure； Energy conservation； Programmable Logical Controller； PID control system目 次1 绪论11.1 课题研究的目的和意义11.2 所涉及学科的发展情况简介41.3 系统控制要求及规划62 系统的硬件部分设计82.1 变频器的工作原理及选择82.2 变频调速
8、运行的节能原理142.3 可编程序控制器选型152.4 远传压力表的选用172.5 水泵及其电动机的选择173 电路设计193.1 主电路图193.2 控制电路图193.3 PLC的I/O分配表213.4 变频器外部接线图及相关参数设置214 PID算法234.1 PID控制的设计244.2 PLC中的PID参数设定254.3 PLC的PID模块分析研究265 系统的软件设计305.1 系统程序设计分析305.2 系统程序梯形图设计315.3 系统程序梯形图325.4 组态软件介绍346 结束语376.1 结论376.2 展望37致 谢38参 考 文 献391 绪论1.1 课题研究的目的和意义
9、1.1.1 研究背景随着社会经济的飞速发展，县镇的建设不断完善且越来越现代化，人们生活也不断个性化，而且人们日常生活用水量会随着季节、昼夜、上下班时间的不同而有较大变化，经常会出现供水、用水的不平衡，这主要表现在自来水管网水压上，当用水达到高峰时，水的供给量往往低于需求量，出现水压低、水供不应求。人们对县水厂供水的数量、质量和稳定性提出了越来越高的要求，县水厂供水系统担负着为生产和日常生活供水和消防用水的重要任务。但是目前多数供水企业仍采用传统的恒速泵组切换加压供水方式，水压不稳，总体自动化监控程度低，电能浪费大，供水系统的控制和管理与国外比较相当落后，因此有必要对现有供水系统进行改造和重新设
10、计，向着高度自动化乃至无人化供水系统的方向发展，以提高其自动化水平，满足人们生产生活的需要。1.1.2 传统的供水方式在恒压供水技术出现以前，出现过许多供水方式：（1）一台恒速泵直接供水这种供水方式，水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，有的甚至连蓄水池也没有，直接从县内公用水网中抽水，严重影响城市公用管网压力的稳定。这种供水方式，水泵整日不停运转，有的可能在夜间用水低谷时段停止运行。这种系统形式简单、造价最低，但耗电、耗水严重，水压不稳，供水质量极差。（2）恒速泵加水塔的供水这种方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系统所需要压力。水塔注满后水泵
11、停止，水塔水位低于某一位置时再启动水泵。水泵处于断续工作状态中。这种供水方式，水泵工作在额定流量额定扬程的条件下，水泵处于高效能区。这种方式显然比前种节电，其节电率与水塔容量、水泵额定流量、用水不均匀系数、水泵的开、停时间比、开/停频率等有关。供水压力比较稳定。但这种供水方式基建设备投资大，占地面积也最大；水压不可调，不能兼顾近期与远期的需要:而且系统水压不能随系统所需流量和系统所需压力下降而下降，故还存在一些能量损失和二次污染问题。而且在使用过程中，如果该系统水塔的水位监控装置损坏的话，水泵不能进行自动的开、停，这样水泵的开、停，将完全由人操作，这时将会出现能量的严重浪费和供水质量的严重下降
12、。（3）射流泵加水箱的供水这种方式是利用射流泵本身的独特结构进行工作，利用压差和来水管粗，出水管细的变径工艺来实现供水，但是由于其技术和工艺的不完善，加之该方式会出现有压无量(流量)的现象，无法满足高层供水的需要。（4）恒速泵加高位水箱的供水这种方式原理与水塔是相同的，只是水箱设在建筑物的顶层。高层建筑还可分层设立水箱。占地面积与设备投资都有所减少，但这对建筑物的造价与设计都有影响，同时水箱受建筑物的限制，容积不能过大，所以供水范围较小。一些动物甚至人都可能进入水箱污染水质。水箱的水位监控装置也容易损坏，这样系统的开、停，将完全由人工操作，使系统的供水质量下降能耗增加。（5）恒速泵加气压罐供水
13、这种方式是利用封闭的气压罐代替高位水箱蓄水，通过监测罐内压力来控制泵的开、停。罐的占地面积与水塔水箱供水方式相比较小，而且可以放在地上，设备的成本比水塔要低得多。而且气压罐是密封的，所以大大减少了水质因异物进入而被污染的可能性。1.1.3 变频调速恒压供水的意义随着县镇的发展，人们的居住环境越来越集中，基础设施越来越来完善，加之生活个性化的发展，使得城市供水系统的负荷变化很大。以前通常采用恒速泵直接供水、高位水箱供水和气压罐供水几种方式来缓解，这些方法供水压力稳定，但存在水质污染、浪费严重，设备使用寿命不长，需派专人管理等弊端，近年来在供水系统中引入了变频调速技术，较好地解决了以上的问题。采用
14、变频调速恒压供水系统和传统的恒速泵供水系统、高位水箱供水系统、气罐供水系统相比，其优点是：（1）水压稳定、维护方便、占地面积小、节约能源；（2）起动平稳，起动电流可以限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；（3）由于泵的平均转速降低了，从而可以延长泵和阀的使用寿命；（4）可以消除起动和停止时的水锤效应(直接起动和停机时，液体动能的急剧变化，导致对管内的极大冲击，有很大的破坏力)。再有，用户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。而用水和供水之间的不平衡集中地反映在供水的压力上:用水多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。保持供水压力恒定，可使供水和用水
15、之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高供水质量。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，若自来水供水因压力不足或短时断水，可能影响生产质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如当发生火灾时，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，具有较大的经济和现实意义。1.1.4 变频调速恒压供水的应用范围变频恒压供水技术在供水行业中的应用，按所使用的范围大致分为三类：（1）小区供水(加压泵站)变频恒压供水系统这类变频供水系统主要用于包括工厂、小区供水、高层建筑供水、乡村加压站，特点是变频控制的电机功率小，一般在135kw以下，控制系统简单。由于这一范围的用户群十分庞大，所以是目前国内研究和推广最多的方式。（2）国内中小型供水厂变频恒压供水系统这类变频供水系统主要用于中小供水厂或大中城市的辅助供水厂。这类变频器电机功率在135kw-320kw之间，电网电压通
