PLC高楼变频恒压供水系统

PLC高楼变频恒压供水系统

摘要

随着我国社会经济的发展，城市建设发展十分迅速，同时也对基础设施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正常工作和生活。随着人们对供水质量和供水系统可靠性要求的不断提高，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、能适应供水厂复杂环境的恒压供水系统成为必然趋势。

本文首先根据管网和水泵的运行特性曲线，阐明了供水系统的变频调速节能原理；具体分析了变频恒水压供水的原理及系统的组成结构，通过研究和比较，得出结论:变频调速是当今国际上一项效益最高、性能最好、应用最广、最有发展前途的电机调速技术。因此本文以采用变频器和PLC 组合构成系统的方式，以某居民小区水泵电动机控制系统为对象，逐步阐明如何实现水压恒定供水。

进行了控制系统的主电路设计，控制电路设计。对输入输出点进行了统计，共有13个输入输出点，根据PLC的选型原则，设备选用了在生产中应用最为广泛的西门子公司生产的S7-200系列(CPU222)的PLC和MM430泵类专用的变频器，利用变频器的本身自有的软启动功能实现水泵电机的启动。在控制过程中，电控系统由S7-200完成，PID控制由变频器的内置PID控制方式完成，根据控制系统软硬件设计和控制要求，结合变频器的功能参数表预置了相关的参数。在介绍了PLC的编程方法的基础上，选用了适合初学者的逻辑代数编程，写出了恒压变频供水的逻辑代数，并设计了梯形图，利用PLCSIM仿真软件进行了仿真，仿真的结果表明了设计程序的正确性。利用了WinCC 组态软件设计了高楼变频恒压供水控制系统的界面，界面可动态反映水泵变频供水的工作状态。最后对恒压供水进行了经济效益分析，分析的结果表明具有明显的节能效益。

关键词：恒压供水，变频调速，PLC，设计，仿真

目录

摘要 (Ⅰ)

1 绪论 (1)

1.1引言 (1)

1.2本课题产生的背景和意义 (2)

1.3变频恒压供水的现况 (2)

1.3.1 国内外变频供水系统现状 (2)

1.3.2 变频供水系统应用范围 (3)

1.4我的主要工作 (3)

2 变频恒压供水的理论分析 (4)

2.1水泵的工作原理 (4)

2.2供水电机的搭配 (5)

2.3水泵的调节方式 (6)

2.4恒压供水系统的能耗分析 (6)

2.5供水系统的安全性问题 (8)

2.5.1 水锤效应 (8)

2.5.2 水锤效应的产生原因 (9)

2.5.3 水锤效应的消除 (9)

2.5.4 延长水泵寿命的其他因素 (10)

3 变频恒压供水控制系统硬件的设计 (10)

3.1变频恒压供水控制系统的构成方案 (10)

3.2变频恒压供水系统的控制方案 (11)

3.3供水设备的选择原则 (12)

3.4参数的计算与供水设备选型 (15)

3.4.1 水泵的参数计算与型号的选择 (15)

3.4.2 变频器的选择 (15)

3.4.3 压力传感器的选择 (17)

3.4.4 水位传感器的选择 (17)

3.4.5 其他低压电器的选择 (18)

3.5PLC的选型 (19)

3.5.1 I/O点的统计 (19)

3.5.2 PLC选型的基本原则 (20)

3.5.3 I/O的分配 (20)

3.6系统硬件线路设计 (21)

3.7PID参数的预置 (22)

4 变频恒压供水控制系统软件的设计 (23)

4.1常用编程方法 (23)

4.1.1 经验设计法 (23)

4.1.2 翻译设计法 (24)

4.1.3 逻辑代数设计法 (25)

4.2编程软件的简单介绍 (27)

4.3恒压供水系统梯形图的设计 (28)

4.4程序的仿真与调试 (32)

4.4.1 仿真软件的简介 (33)

4.4.2 恒压供水系统程序的仿真调试 (33)

4.5恒压变频供水系统的W IN CC界面设计 (36)

4.5.1 WinCC软件简介 (36)

4.5.2 恒压供水系统的WinCC界面设计 (37)

4.6经济效益分析 (41)

5 总结与期望 (43)

5.1总结 (43)

5.2展望 (43)

参考文献 (45)

附录参数表 (46)

致谢 (47)

1 绪论

1.1 引言

水是生命之源，人类生存和发展都离不开水。在通常的城市及乡镇供水中，基本上都是靠供水站的电动机带动离心水泵，产生压力使管网中的自来水流动，把供水管网中的自来水送给用户。但供水机泵供水的同时，也消耗大量的能量，如果能在提高供水机泵的效率、确保供水机泵的可靠稳定运行的同时，降低能耗，将具有重要经济意义。我国供水机泵的特点是数量大、范围广、类型多，在工程规模上也有一定水平，但在技术水平、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。

随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统的可靠性要求不断提高。衡量供水质量的重要标准之一是供水压力是否恒定，因为水压恒定于某些工业或特殊用户是非常重要的，如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，会造成更大的经济损失或人员伤亡。但是用户用水量是经常变动的，因此用水和供水之间的不平衡的现象时有发生，并且集中反映在供水的压力上：用水多而供水少，则供水压力低；用水少而供水多，则供水压力大（图 1.1 传统供水机示意图）。保持管网的水压恒定供水，可使供水和用水之间保持平衡，不但提高了供水的产量和质量，也确保了供水生产以及电机运行的安全可靠性。

变频调速技术以其显著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。利用变频技术与自动控制技术相结合，在中小型供水企业实现恒压供水，不仅能达到比较明显的节能效果，提高供水企业的效率，更能有效保证从水系统的安全可靠运行。变频恒压供水系统集变频技术、电气传动技术、现代控制技术于一体。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;同时可达到良好的节能性，提高供水效率。所以设计基于变频调速的恒定水压供水系统(简称变频恒压供水，如图1.2)，对于提高企业效率以及人民的生活水平，同时降低能耗等方面具有重要的现实意义。