毕业设计-基于PLC的变频恒压供水系统的设计

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1、基于 PLC 的变频恒压供水系统的设计 一、课题简介 随着变频技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高， 变频恒压供 水系统以其环保、节能和高品质的供水质量等特点，广泛应用于多层住宅小区及 高层建筑的生活、消防供水中。变频恒压供水的调速系统可以实现水泵电机无级 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 如何充分利用专用变频器内置的各种功能，对合理设计变频恒压供水设备、降低 成本、保证产品质量等有着重要意义。变频恒压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

2、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。目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、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、系列化、标准化，是未来供水设备适应城镇建设 中成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。 变频恒压供水系统能适用生活水、 工业用水以及消防用水等多种场合的供水 要求，该系统具有以下特点: (1)供水系统的控制对象是用户管网的水压，它是一个过程控制量，同其他 一些过程控制量(如:温度、流量、浓度等)一样，对控制作用的响应具有滞后性。 同时用于水泵转速控制的变频器也存在一定的滞后效应。

3、 (2)用户管网中因为有管阻、水锤等因素的影响，同时又由于水泵自身的一 些固有特性，使水泵转速的变化与管网压力的变化成正比，因此变频调速恒压供 水系统是一个线性系统。 (3)变频调速恒压供水系统要具有广泛的通用性，面向各种各样的供水系统， 而不同的供水系统管网结构、用水量和扬程等方面存在着较大的差异，因此其控 制对象的模型具有很强的多变性。 (4)在变频调速恒压供水系统中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控 制(包括定量泉的停止和运行)是时时发生的， 同时定量泵的运行状态直接影响供 水系统的模型参数，使其不确定性地发生变化，因此可以认为，变频调速恒压供 水系统的控制对象是时时变化的。 (5)

4、当出现意外的情况(如突然停水、断电、泵、变频器或软启动器故障等) 时，系统能根据泵及变频器或软启动器的状态，电网状况及水源水位，管网压力 基于 PLC 的变频恒压供水系统的设计 等工况点自动进行切换，保证管网内压力恒定。在故障发生时，执行专门的故障 程序，保证在紧急情况下的仍能进行供水。 (6)水泵的电气控制柜，其有远程和就地控制的功能和数据通讯接口，能与 控制信号或控制软件相连，能对供水的相关数据进行实时传送，以便显示和监控 以及报表打印等功能。 (7)用变频器进行调速，用调节泵和固定泵的组合进行恒压供水，节能效果 显著，对每台水泵进行软启动，启动电流可从零到电机额定电流，减少了启动电 流对

5、电网的冲击同时减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击， 延长了设备的 使用寿命。 二、方案拟定 图 2.1 供水流程简图 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。 2.1 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

6、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 基于 PLC 的变频恒压供水系统的设计 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 该方式变频器的作用是为电机提供可变频率的电源。实现电机的无级调速， 从而使管网水压连续变化。传感器的任务是检测管网水压，压力设定单元为系统 提供满足用户需要的水压期望值。 压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控 后， 经可编程控制器内部PID控制程序的计算， 输出给变频器一个转速控制信号。 还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入PID回路调节器，由PID回 路调节器在调节器内部进行运算后，输入给变频器一个转速调节信号。 由于变频器的转速控制信号是由可编程控制器或PID回路调节器给出的，所 以对可编程控制器来讲。既要有模拟量