小区变频恒压供水控制系统设计

兰州理工大学毕业设计(论文)

TECHNOLOGY

摘 要

本设计根据中国城市小区的供水要求，设计了一套基于PLC的变频调速恒压供水系统。变频恒压供水系统由可编程控制器、变频器、水泵机组、压力传感器、工控机等构成。

本系统包含五台水泵电机，它们分别实现对生活用水、消防用水的提供和对排污水的排放。采用变频器实现生活用水泵和消防用水泵的软启动和变频调速。压力传感器检测当前水压信号，经过压力变送器送入PLC与设定值比较后进行PID运算，从而控制变频器的输出电压和频率，进而改变水泵电机的转速来改变供水量，最终保持管网压力稳定在设定值附近。通过工控机与PLC的连接，采用组态软件完成系统监控，实现了运行状态动态显示及数据、报警的查询。 关键词: 变频调速，恒压供水，PLC

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Abstract

According to the requirement of China's urban water supply, this paper designs a set of water supply system of frequece control of constant voltage based on PLC, and have developed good operation management interface using Supervision Control and Data Acquisition .The system is made up of PLC, transducerunits of pumps, pressure sensor and control machine and so on.

This system is formed by three pump generators ,and they form the circulating run mode of frequency conversion. With general frequency converter realize for three phase pump generator soft start with frequency control, operation switch adopts the principle of” start first stop first”. The detection signal of pressure sensor of hydraulic pressure, via PLC with set value by carry out PID comparison operation, so, control frequency and the export voltage of frequency converter ,and then the rotational speed that changes pump generator come to change water supply quantity, eventually, it is nearby to maintain pipe net pressure to stabilize when set value. Through work control machine the connection with PLC, with group form software consummately systematic monitoring have realized operation state development to show and data, report to the police inquiry.

Key Words: variable frequency speed-regulating, constant-pressure water supply, PLC

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目 录

第1章 绪论 .............................................................................................................................. 1

1.1 选题背景 .................................................................................................................... 1 1.2选题依据 ..................................................................................................................... 2 第2章 设计内容与要求 ........................................................................................................ 3

2.1 设计内容 .................................................................................................................. 3

2.1.1 系统概述 ...................................................................................................... 3 2.1.2 设计的主要内容 .......................................................................................... 4 2.1.3 主要技术参数与技术指标 .......................................................................... 4 2.2系统设计的功能要求 ................................................................................................. 4 第3章 系统方案设计 ............................................................................................................ 6

3.1 方案选择 .................................................................................................................. 6 3.2 系统原理与组成 ........................................................................................................ 7

3.2.1 原理框图设计 ................................................................................................ 8 3.2.2 系统原理分析 ................................................................................................ 9

第4章 系统的硬件电路设计 .............................................................................................. 13

4.1 系统硬件设计分析 .................................................................................................. 13 4.2 系统主电路设计 ...................................................................................................... 13 4.3 器件选型 .................................................................................................................. 15

4.3.1变频器的选型 ............................................................................................... 15 4.3.2水泵机组的选型 ........................................................................................... 16 4.3.3压力变送器的选型 ....................................................................................... 16 4.3.4液位变送器选型 ........................................................................................... 17 4.3.5 低压电器选型 .............................................................................................. 17 4.4系统控制电路设计 ................................................................................................... 20

4.4.1 PLC的选择 ................................................................................................... 20

第5章 系统的软件设计 .................................................................................................... 25

5.1 系统软件分析 ........................................................................................................ 25 5.2 软件流程图设计 .................................................................................................... 27 5.3 软件编制 ................................................................................................................ 30

5.3.1控制系统主程序设计 ................................................................................... 32 5.4 仿真实验 ................................................................................................................ 38 结 论 ........................................................................................................................................ 41 参考文献 .................................................................................................................................. 42 英文文献与翻译 ...................................................................................................................... 44 致 谢 ........................................................................................................................................ 59 附录 .......................................................................................................................................... 60

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第1章 绪论

1.1 选题背景

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，当前住宅建筑的小区规划趋向于更具人性化的多层次住宅组合，不再仅仅追求立面和平面的美观和合理，而是追求空间上布局的流畅和设计中贯彻以人为本的理念，特别是在市场经济的浪潮中，力求土地使用效率的最大化。于是选择一种符合各方面规范、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 。传统的恒压供水方式是采用水塔、高位水箱、气压罐等设施实现的。存在着以下忧缺点：

(1) 恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应，水泵的增减都依赖人工进行手工操作，自动化程度低，而且为保证供水，机组常处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大，而且在用水量较少时，管网长期处于超压运行状态，爆损现象严重，电机硬起动易产生水锤效应，破坏性大，目前较少采用。

(2) 气压罐供水具有体积小、技术简单、不受高度限制等特点，但此方式调节量小、水泵电机为硬起动且起动频繁，对电器设备要求较高、系统维护工作量大，而且为减少水泵起动次数，停泵压力往往比较高，致使水泵在低效段工作，而出水压力无谓的增高，也使浪费加大，从而限制了其发展。

(3) 水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维修或停电可不停水等优点，但存在基建投资大，占地面积大，维护不方便，水泵电机为硬起动，启动电流大等缺点，频繁起动易损坏联轴器，目前主要应用于高层建筑。

(4) 液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式易漏油，发热需冷却，效率低，改造麻烦，只能是一对一驱动，需经常检修；优点是价格低廉，结构简单明了，维修方便。

(5) 单片机变频调速供水系统也能做到变频调速，自动化程度要优于上面4种供水方式，但是系统开发周期比较长，对操作员的素质要求比较高，可靠性比较低，维修不方便，且不适用于恶劣的工业环境。

综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源；效率低；可靠性差；自动化程度不高等缺点，严重影响了居民的用水和工业系统中的用水。目前的供水方式朝向高效节能、自动可靠的方向发展，变频调速技术以其显着的节能效果和稳定可靠的控制方式，在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用，特别是在城乡工业用水的各级加压系统，居民生活用水的恒压供水系统中，变频调速水泵节能效果尤为突出，其优越性表现在：一

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