1、洛阳理工学院毕业设计（论文） I 基于 PLC 恒压供水变设计 摘 要 随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高。再加上目前能源紧缺，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。 本论文依据供水要求，设计了一套由 PLC、变频器、远传压力表、多台水泵机组等主要设备构成的全自动变频恒压供水，具有全自动变频恒压运行、自动工频运行和现场手动控制等功能。系统有效地解决了传统供水方式中存在的问题，并具有多种辅助功能，增强了系统的可靠性。论文分析了多泵供水方式的各 种供水状态及转换条件，分析了电机由变频转工频运行方式
2、的切换过程及存在的问题 ,给出了实现有效状态循环转换控制的电气设计方案和 PLC 控制程序设计方案。 关键词 ： 可编程序控制器 ,恒压供水 ,变频器 洛阳理工学院毕业设计（论文） II PLC-BASED INVERTER CONTRL CONSTANT PRESSURE WATER SUPPLY DESIGN ABSTRACT With the rapid social-economic development of water quality and water supply systems to improve reliability requirements. In addition
3、, the current energy shortage, the use of advanced automation technology, control technology and communication technology, the design of high performance, high energy, able to adapt to different areas of constant pressure water supply system has become an inevitable trend. In this paper, based on wa
4、ter requirements, the design of a set by the PLC, frequency converter, Far pressure gauge pressure, pump unit consisting of major equipment such as automatic frequency conversion constant pressure water supply, with automatic constant frequency operation, automatic frequency run and on-site features
5、 such as manual control. System to effectively solve the traditional way of water supply problems, and have a variety of auxiliary functions, and enhance the reliability of the system. paper analyzes the various ways water pump the state water supply and conversion conditions, analysis of the motor
6、to change jobs by the frequency of the switching frequency operation and problems of the process, given the state of the cycle to achieve an effective change of control of the electrical design and PLC control program design. KEY WORDS: Programmable controller, Constant pressure water supply, Freque
7、ncy converter洛阳理工学院毕业设计（论文） III 目 录 前 言 .1 第 1 章 恒压供水的简介 .2 1.1 城市供水系统的需求 .2 1.2 变频恒压供水产生的背景和意义 .4 第 2 章 恒压供水系统 .6 2.1 课题研究对象 .6 2.2 变频恒压供水控制方式的选择 .6 2.3 系统的构成 .8 2.4 工作原理 . 10 2.5 变频恒压供水系统中加减水泵的条件分析 . 11 2.6 主电路接线图 . 12 第 3 章 相关器件的选型及接线 . 14 3.1 PLC 的选型 . 14 3.2 PLC 的接线 . 14 3.3 变频器的选型 . 15 3.4 变频器
8、的接线 . 16 3.5 PID 调节器 . 17 3.6 压力传感器的接线图 . 19 3.7 原件表 . 20 第 4 章 PLC 控制及编程 . 23 4.1 PLC 控制 . 23 4.2 系统运行模式 . 24 4.2.1 手动运行 . 24 4.2.2 自动运行 . 24 4.3 编程及介绍 . 25 4.3.1 总程序的顺序功能图 . 25 4.3.2 自动运行顺序功能图 . 25 4.3.3 手动模式顺序功能图 . 27 洛阳理工学院毕业设计（论文） IV 4.3.4 程序说明 . 27 结 论 . 32 谢 辞 . 33 参考文献 . 34 洛阳理工学院毕业设计（论文） 1
9、前 言 随着各住宅小区的宿舍楼等一座座高楼拔地而起， 相应的生活用水量也大幅度增加。人们对提高供水质量的要求越来越高，另外人们的节能意识及对运行的可靠性的要求越来越强。采用变频器及 PLC 技术实现的无塔恒压供水系统，不仅能提高供水质量，而且在节约能源和运行可靠性具有较好的改善。其中，采用变频调速的主要目的是通过调速来恒定用水管道的压力以达到节能的目的，恒压供水则是为了满足用户对流量的要求。 变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统。然而，由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备（如水泵），在对原有供水系统进行变频改造 的实践中，往往会出现一些在理
10、论上意想不到的问题。本文介绍的变频控制恒压供水系统，是在对一个典型的水塔供水系统的技术改造实践中，根据尽量保留原有设备的原则设计的，该系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题，既体现了变频控制恒压供水的技术优势，同时有效的节省了资金。 应用 PLC 技术是为了实现系统的软启动，减少手动操作或抚慰操作，同时替代部分继电器减少机械触点的故障，增强可靠性。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 2 第 1 章 恒压供水的简介 1.1 城市供水系统的需求 众所周知，水是生产生活中不可缺少的重要组成部分，在节水节能己成为时代特征 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
11、业生产循环供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低。主要表现在用水高峰期，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，而在用水低峰期，水的供给量常常高于需求量，出现水压升高供过于求的情况，此时将会造成能量的浪费，同时有可能导致水管爆破和用水设备的损坏。在恒压供水技术出现以前，出现过许多供水方式。以下就逐一分析 1 一台恒速泵直接供水系统 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 从城市公用水网中抽水，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
12、压不稳，供水质量极差。 2 恒速泵 +水塔的供水方式 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最大，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要压力下降而下降，故还存在一些能
13、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。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 3 3 射流泵十水箱的供水方式 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 变频调速供水方式 这种系统的原理是通过安装在系统中的压力传感器将系统压力信号与设定压力值作比较，再通过控制器调节变频器的输出，无级调节水泵转速。使系统水
14、压无论流量如何变化始终稳定在一定的范围内 .变频调速水泵调速控制方式有三种 :水泵出口恒压控制、水泵出口变压控制、给水系统最不利点恒压控制。 （ 1） 出口恒压控制 水泵出口恒压控制是将压力传感器安装在水泵出口处，使系 统在运行过程中水泵出口水压恒定。这种方式适用于管路的阻力损失在水泵扬程中所占比例较小，整个给水系统的压力可以看作是恒定的，但这种控制方式若在供水面积较大的居住区中应用时，由于管路能耗较大，在低峰用水时，最不利点的流出水头高于设计值，故水泵出口恒压控制方式不能得到最佳的节能效果。 （ 2） 出口变压控制 水泵出口变压控制也是将压力传感器安装在水泵出口处，但其压力设定值不只是一个。
15、是将每日 24 小时按用水曲线分成若干时段，计算出各个时段所需的水泵出口压力，进行全日变压，各时段恒压控制。这种控制方式其实是水泵出口恒压 控制的特殊形式。他比水泵出口恒压控制方式能更节能，但这取决于将全天 24 小时分成的时段数及所需水泵出口压力计算的精确程度。所需水泵出口压力计算得越符合实际情况越节能，将全天分得越细越节能，当然控制的实现也越复杂。 （ 3） 最不利点恒压控制 最不利点恒压控制是将压力传感器安装在系统最不利点处 ;使系统在运行过程中保 基于 PLC 的变频恒压供水系统的设计 持最不利点的压力恒定。这种方式的节能效果是最佳的，但由于最不利点一般距离水泵较远，压力信号的传输在实
16、际应用中受到诸多限制，因此工程中很少采用。 变洛阳理工学院毕业设计（论文） 4 频调速的方式在 节能效果上明显优于气压罐方式。气压罐方式依靠压力罐中的压缩空气送水，气压罐配套水泵运行时，水泵在额定转速、额定流量的条件下工作 .当系统所需水量下降时，供水压力将超出系统所需要的压力从而造成能量的浪费。同时水泵是工频率启动，且启动频繁，又会造成一定的能耗。而变频恒压供水在系统用水量下降时可无级调节水泵转速，使供水压力与系统所需水压大致相等，这样就节省了许多电能，同时变频器对水泵采用软启动，启动时冲击电流小，启动能耗比较小。另外气压罐要消耗一定的钢量，这也是它的一个较大的缺点。而变频调速供水系统的变频
17、器是一台由 微机控制的电气设备，不存在消耗多少钢材的问题。同时由于气压罐体积大，占地面积一般为几十平米。而变频调速式中的调速装置占地面积仅为几平米。由此可见变频调速供水方式比气压罐供水方式将节省大量占地面积。变频调速式的运行十分稳定可靠，没有频繁的启动现象，加之启动方式为软启动，设备运行十分平稳，避免了电气、机械冲击。在小区供水中，而且由于调速式是经水泵加压后直接送往用户的，防止了的水质二次污染，保证了饮用水水质可靠。 由此可见，变频调速式供水系统具有节约能源、节省钢材、节省占地、节省投资、调节能力大、运行稳定可靠的优 势，具有广阔的应用前景和明显的经济效益与社会效益 1.2 变频恒压供水产生
18、的背景和意义 泵站担负着工农业和生活用水的重要任务，运行中需大量消耗能量，提高泵站效率 :降低能耗，对国民经济有重大意义。我国泵站的特点是数量大、范围广、类型多、发展速度快，在工程规模上也有一定水平，但由于设计中忽视动能经济观点以及机电产品类型和质量上存在的一些问题等等原因，致使在技术水平、工程标准以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比，还有一定的差距。目前，大量的电能消耗在水泵、风机负载 上，城乡居民用水设备所消耗的电量在这类负 载中占了相当的比例。这一方面是由于我国居民多，用水量大，造成用电量大 :另一方面是因为我国供水设备工作效率低，控制方式不够科学合理。造成不必要的能量浪费。因此，洛
19、阳理工学院毕业设计（论文） 5 研究提水系统的能量模型，找出能够节能的控制策略方法，这里大有潜力可挖，是减少能耗，保障供水的一个很有意义的工作。 以变频器为核心结合 PLC 组成的控制系统具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点，变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、防雷避雷技术、现代控制、远程监控技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和 可靠性，方便地实现供水系统的集中管理与监控 ;同时系统具有良好节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。 洛阳理工学院毕
20、业设计（论文） 6 第 2 章 恒压供水系统 2.1 课题研究对象 此次设计研究的对象是一栋楼房的供水系统。这栋楼有 10 层，由于高层楼对水压的要求高，在水压低时，高层用户将无法正常用水甚至出现无水的情况，水压高时将造成能源的浪费。如图 2-1 所示，是这栋小楼的供水流程。自来水厂送来的水先储存的水池中 再通过水泵加压送给用户。通过水泵加压后，必须恒压供给每一个用户。 图 2-1 供水流程简图 2.2 变频恒压供水控制方式的选择 目前国内变频恒压供水设备电控柜的控制方式有： 1 逻辑电子电路控制方式 这类控制电路难以实现水泵机组全部软启动、全流量变频调节，往往采用一台泵固定于变频状态，其余泵均为工频状态的方式。因此，控制精度较低、水泵切换时水压波动大、调试较麻烦、工频泵起动时有冲击、抗干扰能力较弱，但其成本较低。 2 单片微机电路控制方式 这类控制电路优于逻辑电路，但在应付不同管网、不同供水 情况时，调试较麻烦；追加功能时往往要对电路进行修改，不灵活也不方便。电路的可靠性和抗干扰能力都不太好。 3 带 PID 回路调节器或可编程序控制器 (PLC)的控制方式
