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1、作者：Pan Hon glia ng仅供个人学习烟台工程职业技术学院机电 系机电一体化专业2010 级毕业设计（论文）题目：PLC的恒压供水系统设计姓名 张凯 学号 2010060196指导教师（签名）二O年 月曰烟台工程职业技术学院毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人慎重承诺：我所撰写的设计（论文）是在老师的指导下自主完成，没有剽窃或抄袭他人的论文或成果。如有 剽窃、抄袭，本人愿意为由此引起的后果承担相应责任。毕业论文（设计）的研究成果归属学校所有。学生（签名）:张凯20 年 月曰摘要随着人民生活水平的日趋提高，新技术和先进设备的应用，使给供水设计得到了发展的机遇。于是选择一种符合各方面规
2、范、卫生安全而又经济合理的供水方式，对我 们给供水设计带来了新的挑战。本系统采用 PLC进行逻辑控制，采用带PID功能的变频 器进行压力调节，系统存在工作可靠，使用方便，压力稳定，无冲击等优越性。本设计恒压变频供水设备由PLC变频器、传感器、低压电气控制柜和水泵等组成。 通过PLC变频器、继电器、接触器控制水泵机组运行状态，实现管网的恒压变流量供水 要求。设备运行时,压力传感器不断将管网水压信号变换成电信号送入 PLC,经PLC运算处 理后,获得最佳控制参数，通过变频器和继电器控制元件自动调整水泵机组高效率地运3 / 30行。供水系统的监控主要包括水泵的自动启停控制、供水压力的测量与调节、系统
3、主管 道水压的；系统水处理设备运转的监视、控制；故障及异常状况的报警等。现场监控站 内的控制器按预先编制的软件程序来满足自动控制的要求，即根据供水管的高/低水压位信号来控制水泵的启/停及进水控制阀的开关，并且进行溢水和枯水的预警等。文中详细介绍了所选PLC机、变频器、传感器的特点、各高级单元的使用及设定情 况，给出了系统工作流程图、程序设计流程图及设计程序。关键词：可编程控制器；变频器；传感器目录1前言21.1供水系统发展过程及现状 31.2供水系统的概述 31.2.1 .变频恒压供水系统主要特点： 3123.恒压供水设备的主要应用场合： 4.恒压供水技术实现： 42系统总体设计方案 52.1
4、系统设计方案 52.1.1 系统控制要求 5控制方案 5运行特征 6系统方案 62.2可编程控制器(PLC)的特点及选型 82.2.1 PLC特点及应用 82.2.2 可编程控制器的选型 82.3变频器选型及特点 192.3.1 ABB产品信息： 92.3.2 变频节能理论： 92.3.3 .变频恒压供水系统及控制参数选择：102.3.4 .变频恒压供水系统的优点及体现 112.4远传压力表 122.4.1 主要技术指标 12结构原理 122.5系统控制流程设计 12系统组成及作用 132.5.2 系统运行过程 133软件设计 错误！未定义书签。3.1系统中检测及控制开关I/O分配 143.2
5、流程图 错误！未定义书签。3.4程序设计： 错误！未定义书签。4. 节能实例计算 195. 结论 错误！未定义书签。致谢4647参考文献1 前言1.1供水系统发展过程及现状一般规定城市管网的水压只保证6层以下楼房的用水，其余上部各层均须“提 升”水压才能满足用水要求。以前大多采用传统的水塔、高位水箱，或气压罐式 增压设备，但它们都必须由水泵以高出实际用水高度的压力来“提升”水量，其 结果增大了水泵的轴功率和能量损耗。自从变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调 速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速恒压供水设备以其节能、安全、 高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的
6、技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统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。在实际应用中得到了很大的发展。 随着电 力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种 功能，对合理设计变频调速恒压供水设备， 降低成本，保证产品质量等方面有着 非常重要的意义。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
7、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。在短短的几年内，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为多泵系统所代替。虽然单泵产品系统设计简易可靠， 但由于单泵电机深度调速造成水泵、 电机运行效率低，而多泵型产品投资更为节 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。1.2供水系统的概述变频恒压供水系统主
8、要特点：1、节能，可以实现节电20%-40%能实现绿色用电。2、占地面积小，投入少，效率高。3、配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。4、运行合理，由于是软起和软停，不但可以消除水锤效应，而且电机轴上 的平均扭矩和磨损减小，减少了维修量和维修费用，并且水泵的寿命大大提高。5、由于变频恒压调速直接从水源供水，减少了原有供水方式的二次污染， 防止了很多传染疾病的传染源头。6、通过通信控制，可以实现无人值守，节约了人力物力。传统定压方式的弊病：1. 管理不便、因与大气连通易引起的管道腐蚀。2. 由于水箱内微生物、藻类孳生，还可能对系统造成二次污染，所以每年定 压水箱都需定期维护，并由卫生防疫部
9、门检验。3. 定压水箱需占用较大空间，需要专门的地点来放置。4. 高位定压水箱系统的控制靠投入泵的台数来调节，但这种调节方式不能做 到供水量和用水量的最佳匹配，水泵长期偏离高效区工作，效率低下。5. 系统频繁的起停泵，对水泵、电机及开关器件都会缩短使用寿命。6. 使用高位水箱供水，在系统流量较大时，管网压力会有较大的变化，造成 部分用户资用压头不够，出现诸如流量不足、冷热不均等情况。7. 在供水泵的选型上，设计人员为了提高系统安全系数，电机选型都较大；在用水负荷较小或低区采用减压阀、节流孔板等来调节剩余水头时，大量的能量 消耗在阀上，都造成电能的浪费。恒压供水设备的主要应用场合：1. 高层建筑
10、，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的用水，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，污水处理，人造喷泉。6. 各种流体恒压控制系统。恒压供水技术实现：通过安装在管网上的压力传感器，把水压转换成 420mA勺模拟信号，通过 变频器内置的PID控制器，来改变电动水泵转速。当用户用水量增大，管网压力 低于设定压力时，变频调速的输出频率将增大，水泵转速提高，供水量加大，当 达到设定压力时，电动水泵的转速不再变化，使管网压力恒定在设定压力上； 反 之亦然。目前交流电机变频调速技术是一项业已广泛应用的节能技术。 由于电子技术
11、 的飞速发展，变频器的性能有了极大提高，它可以实现控制设备软启软停，不仅 可以降低设备故障率，还可以大幅减少电耗，确保系统安全、稳定、长周期运行。长期以来区域的供水系统都是由市政管网经过二次加压和水塔或天面水池来满足用户对供水压力的要求。在小区供水系统中加压泵通常是用最不利用水点 的水压要求来确定相应的扬程设计， 然后泵组根据流量变化情况来选配， 并确定 水泵的运行方式。由于小区用水有着季节和时段的明显变化， 日常供水运行控制 就常采用水泵的运行方式调整加上出口阀开度调节供水的水量水压，大量能量因消耗在出口阀而浪费，而且存在着水池“二次污染”的问题。变频调速技术在给 水泵站上应用，成功地解决了
12、能耗和污染的两大难题。2系统总体设计方案2.1系统设计方案系统控制要求恒压供水控制系统的基本控制要求是：采用电动机调速装置与可编程控制器(PLC)构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台 数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能 的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力， 系统设定的给水压力值与反馈 的总管压力实际值进行比较，其差值输入 CPU运算处理后，发出控制指令，控制 泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在 设定的压力值上。控制方案在住宅小区水厂的管网系统中，由于管网是封闭的，泵站供水的流量是由用 户
13、用水量决定的，泵站供水的压力以满足管网中压力最不利点的压力损失 P和流量Q之间存在着如下关系： P=KQ2式中为系数设PL为压力最不利点所需的最低压力，则泵站出口总管压力P 应按下式关系供水，则可满足用户用水的要求压力值，又有最佳的节能效果。P=PL+X P=PL+KQ2因此供水系统的设定压力应该根据流量的变化而不断修正设定值，这种恒压供水技术称为变量恒压供水，即供水系统最不利点的供水压力为恒值而泵站出口 总管压力连续可调。典型的自动恒压供水系统的结构框图如图所示； 系统具有控 制水泵出口总管压力恒定、变流量供水功能，系统通过安装在出水总管上的压力 传感器，实时将压力、流量非电量信号转换为电信
14、号，输入至可编程控制器（PLC） 的输入模块，信号经CPU!算处理后与设定的信号进行比较运算，得出最佳的运 行工况参数，由系统的输出模块输出逻辑控制指令和变频器的频率设定值，控制泵站投运水泵的台数及变量泵的运行工况，并实现对每台水泵的调节控制。运行特征以4台水泵的恒压供水系统为例，系统在自动运行方式下，可编程控制器控 制变频器、软启动1#泵，此时1#泵进入变频运行状态，其转速逐渐升高，当供水 量Q1/3Qma时（Qma劝4台水泵全部工频运行时的最大流量），可编程控制器CPU 根据供水量的变化自动调节1#泵的运行转速，以保证所需的供水压力。当用水量 C在 1/3QmaxQ23Qma之间时，1#泵
15、已不能满足用户所需的用水量， 这时可编 程控制器发出指令将1#泵转为工频运行，并软启动2#泵，使2#泵进入变频运行工 况，2#泵的运行转速由用户用水量决定，以保证供水系统最不利点所需的供水压 力。当外需供水量Q为2/3QmaxQQmax可编程控制器发出指令再将2#泵置于 工频运行状态，同时软启动3#泵进入变频运行工况，此时3#泵的运行转速由用户 的用水量确定，以保证供水系统最不利点的供水压力恒定。系统方案目前，住宅小区变频恒压供水系统设计方案主要采用 “一台变频器控制一台 水泵”（即“一拖一”）的单泵控制系统和“一台变频器控制多台水泵”（即“一拖N”的多泵控制系统。随着经济的发展，现在也有采用“二拖三”、“二拖四”、 “三拖五”的发展趋势。“一拖 N方案虽然节能效果略差，但独有投资节省， 运行效率高的优势；具有变频供水系统启动平稳，对电网冲击小，降低水泵平均 转速，消除“水锤效应”，延长水泵阀门、管道寿命，节约能源等优点，因此目 前仍被普遍采用。（一）“一拖N多泵系统的一般控制要求（1）多泵循环运行程序控制以“一拖三”为例：先由变频器启动1#
