1、本科毕业论文（20 届）基于 PLC 的城市小区供水节能系统研制所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 基于 PLC 的城市小区供水综合节能系统研制 1课题意义及目标1）通过查阅有关资料，了解城市小区供水系统的主要功能和技术参数；2）掌握 PLC 的控制技术；3）供水节能系统的综合节能考虑；2主要任务1）供水节能系统的综合节能的功能选择；2）控制的选择；3）电路设计和程序编写及验证；4）完成毕业设计
2、说明书的撰写3主要参考资料1周荷琴等.PLC 原理与技术M.中国科学技术大学出版社，20082张永枫等 PLC 应用实训教程M.西安：西安电子科技大学出版社，2005.23陈志旺等.PLC 快速上手M.北京：机械工业出版社，2011.14进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 发放毕业设计题目及选题 3 月 3 日3 月 23 日2 参考大量文献，确定设计方案 3 月 24 日4 月 13 日3 系统功能的选择及确定 4 月 14 日5 月 4 日4 控制系统的设计 5 月 5 日6 月 1 日5 完成毕业设计说明书的撰写及答辩工作 6 月 2 日6 月 22 日审核人： 年 月 日I摘 要
3、设计的目标是设计一套通过 PLC 系统整体控制，进行变频调速恒压供水，以实现城市小区供水最优化，最大程度的达到节能的目的。该系统主要针对现存的供水系统进行了优化改造，整体的构造有四大块，包括：变频器系统、水泵电机组、压力传感器、PLC 控制系统。本次设计也将围绕着四大部分展开。本次设计的理念是通过三台水泵电机，通过变频器使它们的变频工作和工频工作的实现变更组合、软启动、变频调速，达到供应相符。压力传感器则是感应当前水压，将得到的水压数据反馈给 PLC 系统与初始值对比，然后 PLC 控制系统对数据进行 PID 分析，控制变频器将水压控制在一定的范围内实现恒压供水。然后用工控机连接 PLC 系统
4、，对系统实时监控，将运行情况、数据及报警的显示。关键词：恒压供水，PLC 控制系统，变频调速，节能ABSTRACTThe goal is to design a set of papers by PLC system overall control, to achieve frequency control water supply, and to achievewater supply for the city will be optimization for maximum to save energy. The system is aimed at doing a best transf
5、ormation to the existing water supply system , the whole structure has four blocks, comprising: a drive system, the pump motor group, pressure sensor, PLC control system. This design will also focus on the four major expansion.The design philosophy is through three pump motors,variable frequency use
6、 the inverter work so that they work to achieve change between powr frequency and frequency combination, to achieve soft-start, frequency control work and to match supply.Pressure sensors are sensing the current pressure,pressure data will be fed back to the PLC system compared with the initial valu
7、e,then PLC control system and the PID will analysis of the data,and the inverter will control the water pressure within a certain range to achieve constant pressure water supply.Then connect IPC with PLC system,real-time monitoring system,will run situations,data and alarm display.Keywords: Constant
8、 water supply,PLC control system,Frequency control,Energy savingII目 录1 绪论 .11.1 供水系统国内外研究进展 .11.2 变频调速恒压供水系统研发的目的和意义 .11.3 变频调速技术简介 .21.4 可编程控制器（PLC）的简单介绍 .32 供水系统基本方案制定 .42.1 变频调速恒压供水系统结构的初步设计 .42.2 变频器的基本设计 .72.3 水泵电机组的初步选型设计 .72.4 压力传感器的选型设计 .82.5 变频调速恒压供水系统的节能原理 .83 PLC 控制系统基础设计 .10 3.1 系统主电路工作原
9、理 .103.2 系统控制工作的设计 .103.3 PLC 控制单元中相关选型设计 .124 PLC 控制程序设计 .144.1 PLC 主程序的设计 .144.2 在程序设计中的注意事项 154.3 相关程序、调试及运行的相关说明 .165 节能简述 .236 结 论 .27参考文献 .29符号说明 .30致 谢 .3111 绪论1.1 供水系统国内外研究进展为了满足当今的城市发展的要求，国内外城市供水系统如今不断采用新的技术和工艺，用来提高城市小区内的供排水能力以及服务质量，而且水厂监控系统已经在全国大多数的城市小区里得到广泛的使用，还有一些城市小区的供水系统正准备进一步采用 GIS 技术
10、管理供水信息，用计算机来使收费简单化。由于这些将信息、计算机、通信以及自动控制等结合在一起的高新技术的使用，也确实为供水系统的现代化运行提供了很大的帮助。但是还有很多更难的问题尚未得到很好的解决。因此，要达到供水水系统的最佳化的运行，就必须系统了解供水系统的运行模式，找到每个部分的联系，从而得到综合有效的信息，为优化供水系统的运行，提供了很好的帮助，使生产水到使用水的全部过程作为主线，让供水企业的现代化作为辅助，将高新的信息技术使用在企业的集成应用中，实现从生产水到使用水的最大利益化。最新的供水方式与传统的水塔或者高压水箱以及早期的气压供水方式相比较，不管是设备投资上，运行经济性上，还是系统稳
11、定性、自动化的程度等都具有不可比拟的优越性，而且具有很明显的节能效果。尤其是变频恒压调速供水系统，它所具有的优越性，已引起国内外接近所有供水设备厂家的重视，并且不断投入大量的资金来研究设计这一项高新的技术产品。1.2 变频调速恒压供水系统研发的目的和意义现在的社会，人们的基本生活已有很好的保障，生活的质量也要求逐步提升，而生活最不可或缺的莫过于生活用水，因此对于用水的要求也越来越高。根据不完全统计数据，我国在 1990 到 1998 年，九年间我国城市的人均用水量增长了 66 升，增长了 37.2 个百分点，可见，如今我国的城市用水量呈现了上升的趋势。而面对水源较远以及小区楼层较高等问题，需要
12、有一定的水压才能将水输送到需要的地方。而产生水压的设备为水泵，改变水泵的转速则可以改变水压的大小。以往的人们通过建造水塔，以水塔的高度来平衡所需的水压，但如今对水压的要求越来越高已不2是水塔可以达到的，而且建造水塔需要浪费大量的人力物力，还会造成一定程度污染，得不偿失，因此，进行这项基于 PLC 的城市小区供水节能系统的研制，来解决当前供水系统所面对对的各项严重浪费的问题，从而实现供水的最优化。而且通过对整个小区集体供水，不仅提高了设备的使用率，而且节约了土地和资金。所以，设计一套通过 PLC 系统控制的自动化取供水系统，来应对纯手动控制带来的不便以及无法快速应对水压改变的问题，减少能源、人力
13、和资源的浪费，来提高供水系统的运行优越性，很大程度降低供水成本，而且很大的提升了生产管理能力，取得更高的效益。1.3 变频调速技术简介变频调速技术是通过二极管将交流电机的工频交流电整流成直流电，然后再通过 GTR 模块来逆变成频率可以调节的交流电，用该电源来带动水泵电机组在变速的状态下运行，突破了传统模式中只能以额定功率运行的陈规，以达到节能的效果。按照通常对变频技术的使用数据统计，预计在供水系统使用将比传统供水节电 40 到60 个百分点，节水可达到 15 到 35 个百分点。有关水泵电机组，主要参数供水量和扬程是反比关系，而且只有在一定范围内水泵电机组才可以达到最高的效率。水泵电机组参数：
14、轴功率 P、流量 Q、扬程 H 以及转速 n 有以下关系P 正比于 n3,H 正比于 n2,Q 正比于 n，（式 11）pbfx0n式中参数含义：n-水泵电机的转速;f-水泵电机供电频率；b0-常数；p-水泵电机极对数。由上述可知，通过改变 f（即电机供电频率）改变 n(即水泵电机转速)，以此实现改变水泵电机组的出水流量和扬程。而如今的变频调速技术有两种模式：恒压供3水和变压供水，我们采用恒压供水。变频调速恒压供水技术即始终保持出水管的压力不变，通过改变水泵电机组的台数和转速来控制。而且，其具有的特点有很多，比如：效率与传统相比较高出 20 个百分点；可以通过仪表控制，简单方便，数据可以清晰的
15、看到；有较快的反应速度，对于内部的变化可以迅速做出应对；基本可以解决由于水压不足导致底部管道破裂的问题，节约了很大一部分资源；构建该系统所需费用较低，节约了成本；而且启动所需电流较低，节省了电力。1.4 可编程控制器（PLC）的简单介绍Programmable Logic Controller 缩写 PLC,即可编程控制器，之前大多用来实现等同于继电器的逻辑控制，而如今的科技发展，将其中融入了更多的新元素，比如：计算机、通信技术等新兴科技，使得 PLC 技术拥有了更大的能力，也得到更广泛的使用。根据之前的经济统计，有关 PLC 的市场所带来的经济效益大致 60 亿美元左右。PLC 的功能有：有
16、 I/O 接口模块；使用模块化结构；容易维修、操作。42 供水系统基本方案制定2.1 变频调速恒压供水系统结构的初步设计变频调速恒压供水系统结构大致可以由四部分构成：变频控制器、水泵电机组、压力传感器、PLC 控制系统，如图 2.1。预计系统将有变频器带动三台水泵电机的工作，采用循环工作来节约资源，实现物尽其用。图 2.1 变频调速恒压供水系统结构简易图整体设计按照城市小区生活的规律来看，白天用水量较大，可以用一个大水泵电机加一个小的水泵电机一起供水，来满足白天的用水；而晚上用水较少，可以只开一台大水泵电机就可以满足用水。对于水泵电机组的工作过程大致如下，假设两台大功率的水泵电机为 A、B，小功率的水泵电机为 C，第一是 C 变频启动，第二是C 工频运行，A 变频启动运行，第三步是 B 单独变频启动运行。这三种过程将是该供水系统中水泵电机的所有可能状态，因此，随着需水量及水压要求的改变切换不同的状态工作，可以很好的满足需求。具体工作流程图如下 2.2、2.3 图。变频器水泵电机组水源 压力传感器PLC 控制器用户
