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1、学院本科毕业设计（论文） 摘 要摘 要 随着城市经济的发展，城市高楼不断的增高，城市区域不断扩展，城市供水开始出现压力不足的问题，水是人类生活的必须品，传统的供水系统已经不能满足现代城市的需要。需要一个新的供水系统，要保证城市供水的压力恒定，满足用户，并且节约能耗，自动调节，便于维护。本设计针对上述问题，通过对现代控制技术的研究，对不同的恒压供水系统进行比较和分析，采用变频器结合PLC的控制方案，来解决恒压供水问题。以PLC与变频器控制水泵电机工作，实现运行可靠、节能、低噪，维护简单，经济实用的恒压供水系统。这个系统能自动控制水泵转速，实时读入管网压力值，与设定值比较，由PID控制算法得出一调
2、节参量，控制调速泵的转速，最终实现恒压供水。关键词 变频器，恒压供水，PLCIIABSTRACTWith the development of city economy, increased continuously city building, city expanding regional, city water supply began to appear the pressure of shortage, the water is the human life necessities, traditional water supply system has been unable to
3、 meet the needs of modern city. The need for a new water supply system, to ensure the constant pressure of city water supply, satisfy the user, and saves energy consumption, automatic adjustment, convenient maintenance.This paper in view of the above question, through the study of modern control tec
4、hnology, comparison and analysis of different combination of constant pressure water supply system, the control scheme of PLC converter, to solve the problem of constant pressure water supply. PLC and inverter control pump motor, to achieve reliable operation, energy saving, low noise, easy maintena
5、nce, constant pressure water supply system is economical and practical. This system can automatically control the pump speed, real-time read into the pipe network pressure value, compared with the set value, controlled by the PID algorithm to obtain a control parameter, control the speed of the pump
6、, the ultimate realization of constant pressure water supply.Keywords：Speed-frequency variable,Constant pressure water supply,PLC目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1研究背景11.1.1 城市供水需求11.1.2 传统供水系统的比较11.2 恒压供水系统的国内外研究现状31.3 供水系统安全性讨论41.4 本论文主要设计思想42 系统的理论分析及方案的确定62.1供水系统的主要参数62.2供水系统的基本特性62.3变频恒压供水方式的选择92.4变频恒压供
7、水系统的工作原理102.4.1系统的构成102.4.2工作原理112.5变频恒压供水系统中加减水泵的条件分析123 变频恒压供水系统的硬件设计133.1 PLC133.11 PLC简介133.12 PLC的选型143.2 PLC扩展模块EM235143.2.1 EM235的简介143.2.2 EM235的技术规范153.2.3 EM235的校准及配置173.2.4 EM235的使用说明173.3 PLC的I/O端口分配183.4变频器193.5水泵电机的选型223.6压力传感器、液位变送器233.7系统电路设计243.7.1恒压供水系统的主电路设计243.7.2恒压供水系统的控制电路设计243
8、.7.3恒压供水系统中PLC外围接线264 变频恒压供水系统的软件设计284.1系统编程分析284.2系统的主程序294.3 控制系统子程序设计335 结论37参 考 文 献38附录A：程序清单39致 谢511 绪论1.1研究背景1.1.1 城市供水需求众所周知，水是生命之源，是人类生产、生活必不可少的资源。我国本就是人口大国，现在随着我国社会经济的发展，城市建设也十分的迅速，城市高楼是越来越高了，城市的面积在不断的扩张，同时也对基础设施的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工作和生活。随着人们对供水质量和供水系统的可靠性要
9、求越来越高，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，高节能能够适应供水厂复杂环境的恒压供水系统成为了必然的发展趋势。用户用水量得多少是经常变化的，因此供水不足或者供水过剩的情况时有发生。而用水量和供水量之间的关系可以通过检测水的压力来体现（即是：用水量供水量水泵供水侧压力低；用水量供水量水泵供水侧压力高）。如此一般，我们就可以使供水量和用水量之间保持一种动态平衡的关系（即是：用水量大的时，供水量也大；用水量小时，供水量也小），这样就有利于用户用水的水压质量良好和供水水源的节能节约。1.1.2 传统供水系统的比较传统的供水系统不足之处主要表现在用水高峰期水的供给量不能满足用户的
10、需求量，出现了水压降低供不应求的现象，这样很多高楼住户和远距离的用户得不到供水。在用水量少的时期，系统水的供给量又经常超出了用户的用水需求量，这样就会供给大于需求水的压力过高，此时就会造成资源的浪费，而且很可能损坏用水设备，使用水管道破裂。下面就介绍一些在变频恒压供水技术没有出现时，人们采用过的一些传统的供水方式。 一台恒速泵直接供水系统这种供水方式是水泵从水池里抽水加压之后送往用户，有些甚至还没有蓄水池，直接就从城市公用水网中抽水，这些会严重使城市公用管网压力变的不稳定。此供水方式，水泵整天不停运转，在夜间用水量少时可能停止工作。此系统造价便宜、结构简单，但是耗电大、水的损失严重，水压力不稳
11、定，供水质量极差。 恒速泵+水塔的供水方式此方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。这种就要求水塔的高度满足水塔的最低水位要略高于供水系统所需要的压力。当水塔里的水低于设定的下限值，水泵电机启动，开始抽水，水满后，水泵停止运行。水泵的工作是断续的，这种方式显然比上一种要节能些，节电率与水塔容量、用水不均匀系数、水泵额定流量、水泵的开、停时间比、开/停频率等有关。优点是比上一种节能，供水的压力较稳定。缺点是建设投资大，占地宽。水压不可调，不能兼顾近期与远期的需求。水压不能根据系统需要而改变，存在不必要的能量损耗以及对用水进行二次污染。还有一种情况是可能发生供水质量的剧烈下降和能耗增加，此情况
12、发生是由于供水系统水塔的水位监控装置受到破坏，水泵不的自动开、停功能受到损坏，水泵的启、停只能有人来操作。 射流泵十水箱的供水方式这种方式在工艺和技术上还有待改进，它是结合射流泵自身的特殊结构和压力差以及进水管道粗出水管道细来实现供水的。这种方式有时会出现有压力而没有流量的情况。不能满足现代城市的供水需要。 恒速泵十高位水箱的供水方式这种方式的原理与水塔是一样的，只是水箱被放置在建筑物的顶层上，建筑物过高还可以分层设立水箱。这种方式的设备投资和占地面积有所减少，缺点是对建筑的设计和与造价会有一定的影响，并且水箱还受到建筑物的限制，容积不能过大，所以供水范围受到限制。水箱可能被一些动物甚至人进入
13、，导致水质污染。水箱的水位监控装置也容易损坏，这样系统的开、停，是完全由人工操作的，导致系统的供水质量下降能耗增加。 恒速泵十气压罐供水方式这种供水方式是将高位水箱用封闭的气压罐来取代。泵的启动停止靠气压罐内检测到的压力信号来控制。气压罐需要的占地面积也比较小，可以把它直接放地上，这样成本就要低于水塔方式。因为气压罐是密封的，所以很大程度上减少了异物进入污染水质的可能性。这种方式明显优于前面几种方式。气压罐供水是靠压缩空气送水，罐的配套水泵工作时，水泵电机是在额定流量、额定转速下运行，这样当用水需求小时，就会浪费流量。而且水泵工频启动，启动频繁会有一定的能耗，电气机器设备损坏快。气压罐的占地面
14、积稍大。 变频调速供水方式变频恒压供水系统是变频器结合PLC控制的系统，自动化程度高，系统的原理是通过系统中安装的压力传感器，将用水的压力信号传到PLC中，与设定压力值作比较、运算，然后由控制器调节变频器的输出，无级调节水泵转速。系统水压不管如何变化，系统的输出始终在一定的范围内稳定.变频恒压供水的水泵调速控制方案一般分三种:水泵出口处的恒压控制、水泵出口的变压控制、给水系统中的最不利点恒压控制。变频调速式供水系统优于前面介绍的所有系统，它的流量输出根据用户需求而改变，调节能力强，节约了能源。在工建上节省钢材、节省占地面积、节省了投资。系统采用软开关技术对电网、设备冲击小，运行稳定可靠，维修方
15、便，还可以配以组态实时监控，具有明显的经济效益与社会效益，应用前景广阔。随着社会经济的迅速发展，水对人民生活与工业生产的影响日益加强，人民对供水的质量和供水系统可靠性的要求不断提高。先进的控制技术、自动化技术、通讯及网络技术等在供水领域的应用，成为了对供水系统的新要求。由于城市供水量不断加大，对城市管网的实时监测提出了更高的要求。1.2 恒压供水系统的国内外研究现状随着电子技术电力技术的发展，变频器开始逐步进入市场，变频器对交流电机的调速日益成熟，变频恒压供水系统开始发展起来。早期，国外生产的变频器在恒压供水系统中只用于执行机构。其主要功能主要是正反控制、频率控制、启动控制、制动控制、升降速控制、压频比控制和各种保护。在变频器的外面需要提供压力传感器和压力控制器，通过压力进行闭环控制以满足在不同用水需求时，保持管道的压力不变。变频技术应用于恒压供水系统中使系统节能、可靠、稳
