畢業(yè)設(shè)計（論文）某小區(qū)恒壓供水PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

1、學院畢業(yè)設(shè)計（論文）題目: 某小區(qū)恒壓供水plc電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 姓名 123 學號 200702050008 專業(yè) 自動化 年級 2007級 指導教師 123 完成時間 2010-01-15 學院畢業(yè)設(shè)計（論文）任 務 書 電子電氣工程系 系（部） 自動化 專業(yè) 1 班 學生 123 學號 121313一、畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 某小區(qū)恒壓供水plc電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 二、畢業(yè)設(shè)計（論文）工作規(guī)定進行的日期：2009年10 月19 日起至2010年 1 月 15日 止三、畢業(yè)設(shè)計（論文）進行地點： 學院 四、任務書的內(nèi)容：目的：一是對學生的知識相能力進行一次全面的考核。二是對學生進行科學研究基

2、本功的訓練，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識獨立地分析問題和解決問題的能力，為以后撰寫專業(yè)學術(shù)論文打下良好的基礎(chǔ)。通過畢業(yè)設(shè)計，能使學生綜合應用所學的各種理論知識和技能，進行全面、系統(tǒng)、嚴格的技術(shù)及基本能力的練習。通常，僅對大專以上學校要求在畢業(yè)前根據(jù)專業(yè)的不同進行畢業(yè)設(shè)計，對中等專業(yè)學校的學生不作要求。根據(jù)鄧小平同志提出的“教育要面向現(xiàn)代化，面向世界，面向未來”的教育改革和發(fā)展的戰(zhàn)略指導方針，在要求學生把握中等專業(yè)學校相應的理論知識和專業(yè)技能基礎(chǔ)上，我校積極創(chuàng)造條件，將中等職業(yè)技術(shù)教育“高移”，在中等專業(yè)學校試行畢業(yè)設(shè)計，以適應新的技術(shù)革命和現(xiàn)代社會、現(xiàn)代生產(chǎn)對高素質(zhì)勞動工人的要求，取得了較好的效果

3、。任務：1、方案設(shè)計：根據(jù)設(shè)計任務書，搜集資料，進行調(diào)查研究，依據(jù)要求設(shè)計參數(shù)，確定設(shè)計方案。2、技術(shù)設(shè)計：3、圖紙設(shè)計：工作日程安排：第6周(2009.10.19-10.25)：下達畢業(yè)設(shè)計任務書， 分組明確設(shè)計課題，收集參考資料。第7周（2009.10.2611.01）：編制設(shè)計方案。第89周（2009.11.0211.15）：方案設(shè)計。第1012周（2009.11.1612.06）：實施設(shè)計任務。第1314周（2009.12.0712.20）：整理并撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書，完成初稿工作。第15周（2009.12.212009.12.27）：修改設(shè)計說明書，完成定稿工作。第16周（2009.1

4、2.282010.01.03）：交畢業(yè)設(shè)計，經(jīng)過審查后準備答辯。第17周（2010.1.04-1.10）畢業(yè)設(shè)計（論文）審閱評分并進行答辯。第18周 (2010.1.11-1.15) 將畢業(yè)設(shè)計歸檔、清點、裝訂、裝袋后上交歸檔。設(shè)計（論文）要求： 1、根據(jù)所選的課題，要求學生獨立完成設(shè)計工作，訓練學生運用所學專業(yè)知識解決工程實際問題的能力。2、要求學生在通讀教材、理解和掌握所學基礎(chǔ)知識和基本方法的基礎(chǔ)上，查閱相關(guān)參考書，吃透每一個知識點，結(jié)合內(nèi)容進行實例分析。3、要求學生對基本概念要做到深刻理解，對基本原理要弄清弄懂，對基本方法要熟練掌握，通過工程知識和工程技能的綜合訓練，以達到提高分析問題、

5、解決問題的能力。4、通過畢業(yè)設(shè)計，提高學生科研和實際技能水平，提高識圖、制圖、查閱技術(shù)手冊，正確運算、文字表達能力和組織管理的能力。5、培養(yǎng)學生獨立工作的能力，進一步鞏固和擴展專業(yè)知識，提高自學能力和工作適應能力。6、培養(yǎng)學生嚴謹求實，理論聯(lián)系實際的工作作風和嚴肅認真的科學態(tài)度。 學生開始執(zhí)行任務書日期： 2009 年 10 月 19日 指導教師簽名： 年 月 日學生送交畢業(yè)設(shè)計（論文）日期：2010年 01 月 15日 教研室主任簽名： 年 月 日學生簽名： 年 月 日目 錄中文摘要及關(guān)鍵詞1引 言2第一章 緒 論6第一節(jié) 恒壓供水問題的提出6第二節(jié) 國內(nèi)恒壓供水系統(tǒng)現(xiàn)狀 8第三節(jié) 本課題總

6、體方案11第二章 恒壓供水的原理15第一節(jié) 變頻器15第二節(jié) 軟啟動25第三節(jié) 文本顯示器27第三章 供水系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計27第一節(jié) 主要器件的選型27第二節(jié) 供水系統(tǒng)的電氣設(shè)計28結(jié) 論39致謝40參考文獻41畢業(yè)設(shè)計（論文）成績評定表43中文摘要及關(guān)鍵詞中 文 摘 要：此設(shè)計介紹了一種基于變頻器的小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理。系統(tǒng)plc為總控單元采用變頻調(diào)速的方式，自動調(diào)節(jié)水泵電機轉(zhuǎn)速、保持供水壓力的恒定，在用水低谷時通過變頻為小流量泵，降低電耗。在用水高峰時通過變頻轉(zhuǎn)為大流量泵，變頻頻率根據(jù)生活用水時間以及其他一些影響因素對主控plc提供信息對變頻器進行調(diào)解，使得水壓恒定于一定的范

7、圍從而保證水的不間斷供給，舒適小區(qū)生活以及保障消防用水，系統(tǒng)具有節(jié)能，工作安全可靠、自動化程度高等優(yōu)點，提高了供水質(zhì)量，對于小區(qū)物業(yè)而言，一次投入長時間受益。中文關(guān)鍵詞：恒壓供水系統(tǒng)，變頻器，plc引 言眾所周知,水是我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚哪茉粗?我們生活范圍的高度集中使得水的供給需求增大,而日常生活中對水的需求也隨著時間的變化而變化,為了保障對水的供給需求,也是時代的發(fā)展要求就必須有一些輔助裝置來確保,在我們居住的環(huán)境有穩(wěn)定的水源供應,根據(jù)需要的多少來自行調(diào)節(jié)水源的供給,從而,既充分利用了水源,又節(jié)約了相應的能源,本文是針對某生活小區(qū)實際供水需求情況，結(jié)合用戶生活用水和消防用水的需要,擬

8、定為社區(qū)恒壓供水。隨社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高，再加上目前能源緊缺，利用先進的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計高性能、高節(jié)能、能適應不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。現(xiàn)將其中的改造情況介紹如下。恒壓供水系統(tǒng)對于生活小區(qū)是非常重要的，例如在生活小區(qū)供水過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時斷水，可能影響居民生活。又如當發(fā)生火警時，若供水壓力不足或無水供應，不能迅速滅火，可能引起重大損失和人員傷亡。所以，生活小區(qū)采用生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟和社會意義。日常的生活用水量隨季節(jié)、晝夜、上下班的時間不同而有較大變化，因而經(jīng)常出現(xiàn)供水用水的不平

9、衡，主要表現(xiàn)在水壓上，用水多而供水少則水壓低，用水少而供水多則水壓高。某住宅區(qū)由于自來水管網(wǎng)的水壓較低，自來水通常不能到達住宅的較高樓層。傳統(tǒng)的供水方式利用蓄水池蓄水，用水泵再次將水送至樓頂?shù)母呶凰洌俟o用戶。蓄水池中的水一般是由市政自來水管網(wǎng)供給，這樣，有壓力的水進入水池后變成了零壓力，造成大量的能源白白浪費，這種供水方式不可避免通過蓄水池和高位水箱造成二次污染，影響居民的身體健康。但是為保證小區(qū)的供水正常，我們利用plc，配以穩(wěn)流罐、負壓消除器和不同功能的傳感器等，根據(jù)網(wǎng)管的壓力，通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，使水管中的壓力始終保持在合適的范圍。這種變頻恒壓供水系統(tǒng)直接取代水塔、高位水箱

10、及傳統(tǒng)的氣壓罐供水裝置。不對市政供水管網(wǎng)產(chǎn)生負壓，適用于一切需要增高水壓、恒定流量的給水系統(tǒng)。另外水泵耗電功率與電機轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系，所以水泵調(diào)速運行的節(jié)能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節(jié)省40。結(jié)合使用可編程序控制器，可實現(xiàn)循環(huán)變頻，電機軟啟動，具有短路保護、過流保護功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長了設(shè)備的使用壽命?；谏鲜銮闆r，對某生活小區(qū)供水系統(tǒng)進行改造，采用西門子plc作為主控單元。并充分利用變頻器的變頻作用，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調(diào)整供水系統(tǒng)的供給需要，達到恒壓供水的目的。改造提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，得到了良好的控制效果論文摘要 ：建設(shè)節(jié)約型社會，合理開發(fā)、節(jié)約利用和有效保護水

11、資源是一項艱巨任務。根據(jù)高校用水時間集中，用水量變化較大的特點，分析了校園原供水系統(tǒng)存在成本高，可靠性低，水資源浪費，管網(wǎng)系統(tǒng)待完善的問題。提出以利用自來水水壓供水與水泵提水相結(jié)合的方式，并配以變頻器、軟啟動器、plc、微泄露補償器、壓力傳感器、液位傳感器等不同功能等傳感器，根據(jù)管網(wǎng)的壓力，通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，使水管中的壓力始終保持在合適的范圍。從而可以解決因樓層太高導致壓力不足及小流量時能耗大的問題。另外水泵耗電功率與電機轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系，所以水泵調(diào)速運行的節(jié)能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節(jié)省近四成。結(jié)合使用可編程控制器，可實現(xiàn)主泵變頻，副泵軟啟動，具有短路保護、過流保

12、護功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長了電機的使用壽命。 第一章 緒 論1.1恒壓供水問題的提出 水已經(jīng)成為中國21世紀的熱點問題，水有其自然屬性，它既是一種特殊的、不可替換的資源，又是一種可重復使用、可再生的資源；水又有其經(jīng)濟和社會屬性，不僅工業(yè)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展要靠水，水更是城市發(fā)展、人民生活的生命線。變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)其節(jié)能、安全、供水高品質(zhì)等優(yōu)點，在供水行業(yè)得到了廣泛應用。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電動機無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化（實際上為供水管網(wǎng)的壓力變化）自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求是當今先進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實際應用中如何充分利用變頻器內(nèi)置的各種

13、功能，對合理設(shè)計變頻器調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。而高校校園的供水和一般城市供水相比較則有些特殊。主要是由于校園內(nèi)學生住宿區(qū)一般都較為集中，造成了學生宿舍、食堂的用水十分集中，且用水量較大。而其它建筑物如教室、實驗室、教師住宿區(qū)等的用水量則相對較少。同時，用水的時間性強，一般在早上六點到八點，中午十一點到下午兩點，下午五點到七點，晚上九點到十點四個時間段用水量最大，而其它時間則用水量一般。某高校的某區(qū)供水方式為：把城市自來水管網(wǎng)的水源取到蓄水池后，用水泵抽到校園內(nèi)高位水池，再由高位水池向校園管網(wǎng)供水。這種方法的缺點是隨著高校的擴招，學生人數(shù)顯著增多，造成了經(jīng)常性的供

14、水不足，特別是學生宿舍和食堂最為明顯，影響了學生和教師的正常生活秩序。同時該供水方式還存在如下問題： （1）供水成本高。由于校園內(nèi)的用水全部單純采用水泵供水，造成電能的極大浪費和機電設(shè)備的大量損耗。 （2）供水可靠性低。由于水泵采用人工操作方式，高位水池的水位只能靠人為估計，而且高位水池離水泵房較遠，無法做到準時開機和停機。會造成供水中斷或出現(xiàn)高位水池水位過高而溢流，電能和水資源造成浪費。另外，如果蓄水池水位過低，還會造成水泵空轉(zhuǎn)，導致電能浪費和機電設(shè)備的加速損耗。 （3）水資源浪費。除水泵不能準時停機而造成的溢流浪費外。學生因高峰期供水中斷，故經(jīng)常打開閥門未關(guān)，造成來水后的浪費。很多學生在上

15、課前或睡覺前打開閥門，用水桶或臉盆接水、貯水，造成來水后大量溢流，極大地浪費了水資源，增大了供水成本。 （4）校園管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計有缺陷。對于一般建筑物，如教室、實驗室、教師住宿區(qū)等，本來城市自來水的正常供水即可滿足其用水量要求，但采用水泵供水后反而會出現(xiàn)樓房頂層供水不足的現(xiàn)象。同時，用水量大的學生宿舍屋頂水池設(shè)計偏小，調(diào)節(jié)能力較差。 1.2國內(nèi)恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀 1.2.1國內(nèi)恒壓供水系統(tǒng)研究狀況 目前，就國內(nèi)而言，歸結(jié)起來主要采用以下三種方法:（1）水池水泵（恒壓變頻或氣壓罐）管網(wǎng)系統(tǒng)用水點 這種方式是集中供水。對于一、二層是商業(yè)群房，群房上建有多幢住宅的建筑，目前較多采用此種供水方案。一般設(shè)

16、計有地下生活水池一座，集中恒壓變頻供水，不設(shè)屋頂水箱。主水泵一般有三臺，二開一備自動切換，副泵為一般為一小流量泵，夜間用水量小時主泵自動切換到副泵，以維持系統(tǒng)壓力基本不變。恒壓變頻供水是較為理想和先進的。首先恒壓變頻供水保證出水壓力不變，根據(jù)用水量大小進行變頻供水，既節(jié)約電能，又保證水泵軟啟動（對電網(wǎng)電壓沖擊不大），延長了水泵壽命。各臺水泵自動輪換使用，即最先投入使用的水泵最早退出運行，這樣各臺水泵壽命均等，而且一旦水泵出現(xiàn)故障，該系統(tǒng)能自動跳過故障泵運行。如圖1-1所示。（2）水池水泵高位水箱用水點 此方式也是集中供水。單幢次高層和高層建筑的高壓供水區(qū)較多采用該種方案。一般也需要設(shè)計有一座地

17、下水池，通過兩臺水泵（一用一備）抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用水點。該方式是較成熟的水泵、水箱供水方式。（3）單元水箱單元增壓泵單元高位水箱各單位用水點 此方式已簡化為單元總水表進水。單元水箱和單元增壓泵實際上是一個整 體，我們稱之為單元增壓器。由于有屋頂水箱，高水位時停泵，低水位時啟泵，這樣，水泵也有了停息時間，既省電又不至于一停電就停泵無水供應，用水有了保障，社會效益較好。圖1-1傳統(tǒng)恒壓供水方式1.2.2各類供水系統(tǒng)的比較 水池水泵（恒壓變頻或氣壓罐）管網(wǎng)系統(tǒng)用水點是目前國內(nèi)外普遍采用的方法。該系統(tǒng)供水采用變頻泵循環(huán)方式，以“先開先關(guān)”的順序關(guān)泵，工作泵與備用泵不固定死。1

18、這樣，既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)泵有相同的運行時間，有效地防止因為備用泵長期不用發(fā)生銹死現(xiàn)象，提高了設(shè)備的綜合利用率，降低了維護費用。水池水泵高位水箱用水點這種供水方式通過水泵抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用戶。但是這第種二次供水方式不可避免造成二次污染，影響居民的身體健康。所以這種方案并不可取，終將淘汰。單元水箱單元增壓泵單元高位水箱各單位用水點的確也達到了樓房高層的用戶不因城市供水管網(wǎng)水壓減小而用不到水的目標，2但是它的投資較大，總費用比上兩種方式增加一、二十萬元。這些費用要在用戶的水電費上來扣除，這對于居民和學校來說是巨大的壓力，所以也不可取。結(jié)合校園用水的特點和經(jīng)濟

19、效益的考慮，決定采用恒壓變頻供水系統(tǒng)。但上述的恒壓供水系統(tǒng)有一個很大的弊病，就是在一個變頻泵已經(jīng)工作但壓力仍然達不到設(shè)定壓力，需要啟動另外一個泵時把主線路從變頻器切換到工頻線路上，從理論上講是不錯的，變頻器輸出電壓是380v，工頻線路輸出的也是380v。但是實際應用中工頻線路的電壓是不定的。3一般在水廠的配電室里對外輸出有兩到三個檔，一個是春秋季節(jié)時用的380v的供電電壓，另一個是夏天時用的420v或420v以上（因為用空調(diào)冰箱較多），設(shè)所需水壓0.2mpa，單泵只能達到0.195mpa，則需要加泵，當線路由變頻切換到工頻時，電壓突然增大，多出來的電壓會使水泵向上抽更多的水，很有可能使水壓超過

20、設(shè)定值，plc根據(jù)壓力傳感器的信號令a泵退出運行，但實際水壓并未達到0.2mpa穩(wěn)定后仍然需要加泵，b泵頻率上升至50hz，切換線路并啟動c泵，切換時又遇到剛才的狀況，導致水泵頻繁切換，但水壓始終上不去。1.3 本課題的總體方案1.3.1系統(tǒng)的總體布局圖 圖1-2 系統(tǒng)總體布局圖1.3.2系統(tǒng)的總體方案 系統(tǒng)采用3臺水泵并聯(lián)運行方式，把1泵和變頻器連接，實現(xiàn)變頻運行。為保護電機，2泵和3泵用軟起動器來啟動，起動參數(shù)可調(diào)，而且采用軟起動具有軟停車功能，即平滑減速，逐漸停機，它可以克服瞬間斷電停機沖擊電流大的弊病，減輕對管道的沖擊，避免高程供水系統(tǒng)的“水錘效應”，減少設(shè)備損壞。在工作過程中，壓力傳

21、感器將主管網(wǎng)水壓變換為電流信號，經(jīng)模擬量輸入模塊，輸入plc，plc根據(jù)給定的壓力設(shè)定值與實際檢測值進行pid運算， 輸出控制信號經(jīng)模擬量輸出模塊至變頻器，調(diào)節(jié)水泵電機的頻率。當用水量較小時，一臺泵在變頻器的控制下恒壓運行，當用水量大到水泵全速運行也不能保證管網(wǎng)的壓力達到設(shè)定值時，壓力傳感器上傳的信號被plc檢測到，plc自動將變頻泵的頻率降至出水頻率，同時將第二臺泵軟啟動投入到工頻運行，以保持壓力的穩(wěn)定，此時管網(wǎng)壓力恒定依靠調(diào)節(jié)變頻泵頻率實現(xiàn)；一段時間后，若2臺泵運轉(zhuǎn)仍不能滿足壓力的要求，則依次將軟啟動下一臺水泵。當用水量減少時，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速信號有效，這時實際壓力值大于設(shè)定

22、壓力，plc將最后啟動的工頻泵停掉，以減少供水量。4一段緩沖時間后，當變頻器仍工作在出水頻率以下時，plc再軟停車停掉第2臺工頻運行的電機，此時管網(wǎng)壓力恒定依靠調(diào)節(jié)變頻泵頻率實現(xiàn)。為了防止備用泵銹死，用plc定時，b、c泵循環(huán)備用。循環(huán)時間可默認定在每周三凌晨2點，因為這時用水量較少，備用泵循環(huán)可順利進行。主要參數(shù)的設(shè)定可用文本顯示器來設(shè)定。5省去了改寫程序的麻煩。1.3.3本系統(tǒng)的特點 提高備用泵的利用率，是本系統(tǒng)的第一個目的，也是第一個特點。節(jié)能，是設(shè)計這套系統(tǒng)的另一個重要目的。第一，普通二級加壓水廠只單純手動控制電機的啟動和切換，這樣在電機啟動時會產(chǎn)生很大的啟動電流，長此以往對電機壽命有

23、很大損害，而且在供水時一直按工頻全速運轉(zhuǎn)效率低、能耗大。而本系統(tǒng)可根據(jù)實際壓力變化自動調(diào)整變頻器頻率，從而改變電機轉(zhuǎn)速，減少了能量的消耗。第二，普通恒壓供水在用水量變化較大時有高效、節(jié)能的作用，但在用水量很小的情況下，如晚上，變頻器工作在出水頻率附近，耗電量增大。下面引用我的校外導師的一篇文章來說明。在農(nóng)村，每村平均戶數(shù)在260戶左右，每戶每月用水量大約在3t，每月全村用水量約780t，平均每天用水約26t。經(jīng)過統(tǒng)計，每天早、中、晚各1h用水量之和占全天用水量的80左右，即3h供水量為21t，平均7t/h。而其他21h供水總量為5.4t，平均0.26t/h。如該村選用的潛水電泵是2ooqj32

24、52/4，額定流量32m/h，額定功率7.5kw，則在除早、中、晚三時的時間里，其流量占額定流量的0.81，不足1，而在早中晚三時，流量占額定流量的21。根據(jù)試驗，當2ooqj3252/4潛水電泵與變頻設(shè)備合理匹配的情況下，當流量達到額定流量21，其能耗為3.1kw。由上面的分析可知，早中晚三時供水總量為80，而耗電量為9.3kwh；而其他21個小時，供水總量為20，而耗電量為34.65kwh。6早、中、晚三時供水量80，只占全天耗電的21，而其余時間供水量20，耗電卻占全天的79。這顯然是極不合理的現(xiàn)象。因此，必須解決好微小流量時能耗大效率低的問題。當流量較小時，恒壓供水模式將轉(zhuǎn)換成壓差供水

25、模式。壓差供水模式的工作過程如下，當流量條件滿足壓差方式時，系統(tǒng)自動切換。變頻泵以50hz的頻率開啟，向微泄露補償器壓水，當壓力達到壓差上限時，水泵停止供水并停機。這時管道的壓力由微泄露補償器來提供。當壓力傳感器檢測到壓力低于壓差下限時，變頻泵再次以工頻把補償器壓滿。在壓力達到壓差上限時，定時器同時計時，在變頻器若干次的啟停后（系統(tǒng)默認為4次），plc自動比較壓力由壓差上限到壓差下限的的時間是否低于系統(tǒng)設(shè)定的頻率上升時間，若都低于說明需水量已增大，系統(tǒng)就自動切換到恒壓供水狀態(tài)。微泄露補償器是比傳統(tǒng)的壓力罐、氣壓罐更先進、更環(huán)保的恒壓裝置。只使用普通氣囊儲氣，而微泄露補償器使用高質(zhì)量橡膠囊儲氣，

26、杜絕了二次污染。本系統(tǒng)是由變頻技術(shù)、壓差恒壓自動轉(zhuǎn)換技術(shù)及微泄露補償技術(shù)組成。采用這種技術(shù)供水時，變頻設(shè)備能自動的根據(jù)供水流量轉(zhuǎn)換供水方式，并利用微泄漏補償器儲能，來實現(xiàn)微小流量下高效率供水的目標。1.4本課題的主要工作 本文所做的工作分為兩個方面，一是電氣圖的設(shè)計；二是plc程序的編制滿足工藝要求。全文主體思路共分為5章，第一章概述恒壓供水問題的提出和意義，國內(nèi)恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀，明確論文要解決的問題并提出總體方案；第二章概述恒壓供水方案解決的基礎(chǔ)上，介紹恒壓供水系統(tǒng)的主要器件的原理和使用方法。第三章詳細介紹全自動供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計。第四章詳細闡述供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計。第五章是結(jié)論，總結(jié)該系統(tǒng)

27、的設(shè)計思路及優(yōu)點。第二章 恒壓供水系統(tǒng)的原理2.1變頻器 2.1.1變頻器的基本原理 變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們公司現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式（vvvf變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流環(huán)節(jié)、中間直流環(huán)節(jié)、逆變環(huán)節(jié)和控制環(huán)節(jié)4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為igbt三相橋式逆變器，且輸出為pwm波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。 從理論上可知電機的轉(zhuǎn)速n與供電頻率f有以下關(guān)系： ( q-電機極數(shù)

28、 s-轉(zhuǎn)差率) （2-1） 由上式可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，如果不改變電動機的級數(shù)，只要改變頻率f即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，當頻率f在050hz的范圍內(nèi)變化時，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。變頻器在工頻以下和工頻以上工作時的情況：（1）變頻器小于50hz時，由于i*r很小，所以u/f=e/f不變時，磁通為常數(shù)，轉(zhuǎn)矩和電流成正比，這也就是為什么通常用變頻器的過流能力來描述其過載（轉(zhuǎn)矩）能力，并成為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。（2）變頻器50hz以上時，通常的電機是按50hz電壓設(shè)計制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個電壓范圍內(nèi)給出的。因此在

29、額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 (t=te， p60hz時，x會相應減小。對于電機來說， (k-常數(shù)，i-電流，x-磁通) （2-4）因此轉(zhuǎn)矩t會跟著磁通x減小而減小。結(jié)論：當變頻器輸出頻率從50hz以上增加時，電機的輸出轉(zhuǎn)矩會減小。2.1.2變頻器結(jié)構(gòu)電路圖 主回路主要由整流電路、限流電路、濾波電路、制動電路、逆變電路和檢測取樣電路部分組成。變頻器結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。 圖2-1變頻器結(jié)構(gòu)圖2.1.3變頻器的配線1、主回路端子臺的配線圖如圖2-2所示。圖2-2 變頻器配線圖2、控制回路端子（1）控制回路端子圖變頻器實際應用中接線端子排列如圖2-3所示。圖2-3 變頻器端子圖（2）控制回路

30、端子功能說明變頻器中所用的各個端子說明如表2-1所示。jp1跳線說明：電源：1-2短接，8v+輸出5v/50ma。電源：2-3短接，v+輸出10v/10ma。表2-1 變頻器端子功能表種類端子符號端子功能備 注模擬輸入v+向外提供+5v/50ma電源或+10v/10ma電源由控制板上jp1選擇v-向外提供-10v/10ma電源vi1頻率設(shè)定電壓信號輸入端1010vvi2頻率設(shè)定電壓信號輸入端2-1010vii頻率設(shè)定電流信號輸入正端（電流流入端）020magnd頻率設(shè)定電壓信號的公共端（v+、v-電源地），頻率設(shè)定電流信號輸入負端（電流流出端）控制端子x1多功能輸入端子1多功能輸入端子的具體功

31、能由參數(shù)l-63 l-69設(shè)定，端子與cm端閉合有效x2多功能輸入端子2x3多功能輸入端子3x4多功能輸入端子4x5多功能輸入端子5x6多功能輸入端子6x7多功能輸入端子7，也可作外部脈沖信號的輸入端子 fwd正轉(zhuǎn)控制命令端與cm端閉合有效，fwd-cm決定面板控制方式時的運轉(zhuǎn)方向。rev逆轉(zhuǎn)控制命令端rst故障復位輸入端cm控制端子的公共端+24向外提供的+24v/50ma的電源 （cm端子為該電源地）模擬輸出am可編程電壓信號輸出端，外接電壓表頭（由參數(shù)b-10設(shè)定）最大允許電流1ma輸出電壓010vfm可編程頻率信號輸出端，外接頻率計（由參數(shù)b-11設(shè)定）最高輸出信號頻率50khz、幅值

32、10vam-am、fm端子的公共端內(nèi)部與gnd端相連oc 輸出oc1oc2可編程開路集電極輸出，由參數(shù)b-15及b-16設(shè)定最大負載電流50ma，最高承受電壓24v故障輸出tatbtc變頻器正常：ta-tb閉合ta-tc斷開變頻器故障：ta-tb斷開ta-tc閉合觸點容量：ac250v 1a阻性負載rs485通訊abrs485通訊端子3、變頻器的基本配線圖如圖2-4所示。圖2-4 變頻器基本配線圖2.1.4 故障診斷與對策當變頻器有故障時，1泵故障輸入置1，1泵停止，具體故障如表2-2。表2-2 變頻器故障對策表故障代碼故障說明可能原因?qū)?策er.01加速中過流1. 加速時間過短2. 轉(zhuǎn)矩提升

33、過高或v/f曲線不合適1. 延長加速時間2. 降低轉(zhuǎn)矩提升電壓、調(diào)整v/f曲線er.02減速中過流減速時間太短增加減速時間er.03運行中過流負載發(fā)生突變減小負載波動er.04加速中過壓1. 輸入電壓太高2. 電源頻繁開、關(guān)1. 檢查電源電壓2. 用變頻器的控制端子控制變頻器的起、停er.05減速中過壓1. 減速時間太短2. 輸入電壓異常1. 延長減速時間2. 檢查電源電壓3. 安裝或重新選擇制動電阻er.06運行中過壓1. 電源電壓異常2. 有能量回饋性負載1. 檢查電源電壓2. 安裝或重新選擇制動電阻er.07停機時過壓電源電壓異常檢查電源電壓er.08運行中欠壓1. 電源電壓異常2. 電

34、網(wǎng)中有大的負載起動1. 檢查電源電壓2. 分開供電er.09變頻器過載1. 負載過大2. 加速時間過短3. 轉(zhuǎn)矩提升過高或v/f曲線 不合適4.電網(wǎng)電壓過低1. 減小負載或更換成較大容量變頻器2. 延長加速時間3. 降低轉(zhuǎn)矩提升電壓、調(diào)整v/f曲線4. 檢查電網(wǎng)電壓er.10電機過載1. 負載過大2. 加速時間過短3. 保護系數(shù)設(shè)定過小4. 轉(zhuǎn)矩提升過高或v/f曲線 不合適1. 減小負載2. 延長加速時間3. 加大電機過載保護系數(shù)（h-2）4. 降低轉(zhuǎn)矩提升電壓、調(diào)整v/f曲線er.11變頻器過熱1. 風道阻塞2. 環(huán)境溫度過高3. 風扇損壞1. 清理風道或改善通風條件2. 改善通風條件、降低

35、載波頻率3. 更換風扇er.12輸出接地1. 變頻器的輸出端接地2. 變頻器與電機的連線過長 且載波頻率過高1. 檢查連接線2. 縮短接線、降低載波頻率er.13干擾由于周圍電磁干擾而引起的誤動作給變頻器周圍的干擾源加吸收電路er.14輸出缺相變頻器與電機之間的接線不良或斷開檢查接線er.15ipm故障1. 輸出短路或接地2. 負載過重1. 檢查接線2. 減輕負載er.16外部設(shè)備故障變頻器的外部設(shè)備故障輸入端子有信號輸入檢查信號源及相關(guān)設(shè)備er.17電流檢測錯誤1. 電流檢測器件或電路損壞2. 輔助電源有問題向廠家尋求服務er.18pid反饋故障1. pid反饋信號線斷開2. 用于檢測反饋信

36、號的傳感器發(fā)生故障3. 反饋信號與設(shè)定不符1. 檢查反饋通道2. 檢查傳感器有無故障3. 核實反饋信號是否符合設(shè)定要求2.2軟起動 2.2.1軟起動的基本原理 軟起動器是一種用來控制鼠籠型異步電動機的新設(shè)備，集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新型電機控制裝置，國外稱為 soft starter。軟啟器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動機定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現(xiàn)平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機達到額定轉(zhuǎn)數(shù)時

37、，啟動過程結(jié)束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。9軟啟動器同時還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動過程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。2.2.2常見故障的排除 str軟啟動器有10種保護功能。當軟啟動器故障保護功能動作時，軟啟動器立即停機。操作鍵盤顯示故障保護代碼，用戶可根據(jù)代碼所對應的故障原因進行分析處理。在故障排除后，可通過復位鍵reset進行復位。使軟啟動器回到啟動準備狀態(tài)。詳見表2-3。表2-3 軟啟動器故障對策表常見故障原因

38、說明處理辦法phr進線電源相序錯誤調(diào)換任兩相進線pho進線電源缺相檢查進線使之可靠接入pr01 起動峰值電流過流保護起動電流超過4倍ie調(diào)整起動時間及起始電壓pr02i2t保護調(diào)整限流參數(shù)或起動時間參數(shù)設(shè)定pr03電動機過流保護避免負載急劇變化pr04電動機過載保護減小電機負載pr05 非法起動保護重新確認控制模式pr06在起動或運行中缺相檢查進線電源pr07干擾保護處理干擾源 pr08設(shè)定參數(shù)丟失重新設(shè)定各參數(shù)oh過熱保護降低起動頻度2.3 文本顯示器 在plc程序設(shè)計中，有一些參數(shù)需要根據(jù)實際情況變動，這時如果再重新改變程序的話，會增加出錯率。這時通過串口線把plc的rs232端口和文本顯

39、示器的rs232端口連接起來，顯示器中設(shè)置的參數(shù)和plc里設(shè)定的特定寄存器值相對應。通過屏幕鍵盤的操作可該變程序里寄存器的數(shù)值。10文本顯示器面板如下圖所示。 圖2-5 文本顯示器面第三章 供水系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 3.1主要器件選型 3.1.1供水泵的選擇 如我們學校里，設(shè)定每人一天的用水量為30升，我校共有32000多名學生、2600多名教職工，共34000多人，可按30000人來計算。則一天的最大用水量為 （3-1）每小時最大時的用水量為 （3-2）最高的樓為11層，每層高度按3m計算，則樓高為33m，供水高度為33m。一般由現(xiàn)實需要還要加上一層，即供水高度為36m，再加上經(jīng)驗值15m20

40、m，則泵的總揚程為5156m。選擇離心泵isg80-50-200，適配15kw的電機（y160m2-2），共3臺。3.1.2變頻器和軟起動選型 由于電機的功率為15kw，選擇康沃生產(chǎn)的p2系列cvf-p2-4t0185，軟起動器選擇str015a，功率為18.5kw。3.2供水系統(tǒng)的電氣設(shè)計 3.2.1恒壓供水思路 本系統(tǒng)具體控制方案為：1、供水（1）單泵工作開機延時5秒，首先開啟真空泵，開啟1泵真空電磁閥和1泵電動閥，真空泵工作1分鐘后（可以設(shè)置），開啟變頻1泵，關(guān)閉真空泵，關(guān)閉1泵真空電磁閥；1泵按2hz/s速度上升至出水頻率（可以設(shè)置），再按1hz/s速度工作。（2）進泵當1泵到達全速但

41、壓力達不到設(shè)定值，延時（可以設(shè)置）開啟真空泵，開啟2泵真空電磁閥和2泵電動閥，真空工作1分鐘后（可以設(shè)置），軟起工頻2泵，關(guān)閉真空泵，關(guān)閉2泵真空電磁閥；1泵下降至出水頻率（可以設(shè)置），若壓力超過設(shè)定壓力，重新執(zhí)行單泵工作程序。（3）退泵當1泵頻率下降至出水頻率（可以設(shè)置），實際壓力超過設(shè)定壓力，延時（可以設(shè)置），停止2泵，關(guān)閉2泵電動閥，重新執(zhí)行單泵工作程序；（4）3泵為手動/自動備用泵，本系統(tǒng)考慮到當遇到特殊情況時兩個泵達不到需求時，要啟動3泵。故在plc程序中編寫了進退3泵的程序。（5）電動閥門可自動，也可手動控制。2、取水當蓄水池水位下降到水位下限后，停止所有工作供水泵，并開啟取水電動

42、閥；到達工作上限時，自動啟動系統(tǒng)，關(guān)閉取水電動閥，按照以上程序執(zhí)行。3、工作狀態(tài)系統(tǒng)分自動和手動控制，在自動狀態(tài)下執(zhí)行自動程序，在手動狀態(tài)下能夠手動啟動所有負載。具體思路如圖3-1所示。圖3-1 恒壓供水思路圖3.2.2強電驅(qū)動線路1 系統(tǒng)采用3臺水泵并聯(lián)運行方式，功率為15kw，兩備一用。把1泵和變頻器連接，實現(xiàn)變頻運行。2泵和3泵用軟起動器來啟動，起動參數(shù)可調(diào)，而且采用的軟起動器具有軟停車功能。在變頻器的接點中，常開觸點km7代表手動，常開觸點km8代表自動，當需要系統(tǒng)自動時，km8閉合，由plc的模擬量模塊輸出電壓信號來改變變頻器頻率，變頻器中的am，am-接點連接模擬量模塊中的頻率輸入

43、端口，并進行處理；當旋鈕打到手動檔時，km7閉合，由滑動變阻器來改變vi1口的輸入電壓，進而改變頻率，從而調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。ka1線圈連接+24v和oc1端口，作用是當變頻器啟動完成后，線圈通電。當變頻器出現(xiàn)故障時，ta、tc內(nèi)置開關(guān)閉合，p01口接通。fwd和cm接通時電機正轉(zhuǎn)，因為本系統(tǒng)不需要電機反轉(zhuǎn)，故沒有顯示反轉(zhuǎn)接口。軟啟動器的stop、com和run端口連接方式如圖3-2，當run和com接通時，軟啟動器啟動，啟動時間可以設(shè)置。啟動完成后，12v和oc端口接通。k12和k14接口分別接p03和24v，當軟啟動器出現(xiàn)故障時，兩端口的內(nèi)置開關(guān)接通，p03有信號，plc會自動令水泵停止工作并

44、令3泵啟動接替2泵。3泵故障設(shè)置同2泵。變頻器和兩個軟啟動器的啟動完成端口連接的線圈電路中都連接有一個二極管，它的作用是為了消除繼電器線圈中的剩余電量，防止浪涌電流燒毀端口內(nèi)部器件。兩軟啟動器下面的線路是為定時轉(zhuǎn)換備用泵而設(shè)計的，系統(tǒng)啟動時默認開一號線路，即km9，km10閉合，km11，km12斷開；當設(shè)定時間與系統(tǒng)內(nèi)部時間相等時，km9，km10斷開，km11，km12閉合。最初的設(shè)計想法是把km9和km10定義為三個常閉觸點，這樣定義i/o口和編程時都會簡便一些，比如把km9和km10分別改為常閉觸點km11和km12。當需要備用泵轉(zhuǎn)換時，只讓km11（km11歸于km11）和km12（

45、km12歸于km12）動作即可。但從實際考慮一個接觸器只有一個輔助常閉觸點，這樣一個電路就需要三個接觸器，這樣運作起來更麻煩了；輔助觸頭是有三個常閉觸點的，但輔助觸頭絕對不能用到主電路的控制上。所以用四個常開觸點更安全。主要參數(shù)的設(shè)定可用文本顯示器來設(shè)定，省去了改寫程序的麻煩。圖3-2 強電驅(qū)動圖13.2.3強電驅(qū)動線路2 圖3-3 強電驅(qū)動圖2電路圖左邊的是真空泵的主電路，斷路器qf4和熱繼電器fr1用來保證電機安全運行，km1的作用是在plc中用來控制真空泵的開閉。三個電壓表用來檢測主電源線中電壓是否穩(wěn)定。最右邊的電路是為控制電路和plc供電設(shè)計的。先通過變壓器把380v轉(zhuǎn)換成220v，用

46、低通濾波器濾掉高頻諧波，最后通過開關(guān)電源就得到24v和5v。3.2.4電動閥控制電路 圖3-4中控制四個電動閥的接觸器分別是km2、km3、km4、km5。電動閥里有兩個限位開關(guān)，三個接線端子。其中兩個常開、常閉觸點是主管閥門的開啟和閉合。連接在端子排中的1號位的是公共端，2號位的常閉觸點的作用是關(guān)閉電動閥，3號位的常開觸點閉合后電動閥開啟。當電動閥開到90時，會碰到5號位的關(guān)到位限位開關(guān)，線圈就會通電說明電動閥已經(jīng)完全打開。同樣，當關(guān)閉電動閥時，反轉(zhuǎn)到90時，會碰到4號位的開到位的限位開關(guān)，線圈通電表明電動閥已經(jīng)成功關(guān)閉。圖3-4 電動閥控制線路3.2.5 plc接線圖(1) 控制系統(tǒng)的i/

47、o點及地址分配根據(jù)圖1所示及控制要求，統(tǒng)計控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號的名稱，代碼及地址編號如下表1所示。水位上、下限信號分別為i0.1、i0.2。(2) plc系統(tǒng)選型系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點8個，開關(guān)量輸出點10個，選用西門子主機cpu222(8入6繼電器輸出)1臺，加上擴展模塊em222(8繼電器輸出)1臺。即可滿足用戶供水控制要求圖4所示為plc及擴展模塊外圍接線圖?；馂臅r，災信號sa1被觸動，i0.0為1。 plc配置實物(1) 程序中使用的plc內(nèi)部器件及功能，如表2所示。在本實例中，根據(jù)用戶要求，生活壓力設(shè)定為0.35mpa，消防壓力設(shè)定為0.60mpa。壓力低、壓力高信號分別由變頻器內(nèi)

48、部主控板14腳、15腳給出。供水運行下限頻率、供水運行上限頻率由變頻器程序設(shè)定。在本系統(tǒng)中，運行下限頻率設(shè)為20hz， 運行上限頻率設(shè)為50hz。(2) 系統(tǒng)plc控制程序plc控制程序如圖5所示。3.2.6控制線路 下面兩圖為本系統(tǒng)的控制線路。電源線為三相線的a、b相線，為了防止過載、短路和欠電壓，最開始設(shè)置上了斷路器。下面的k按鈕是應急按鈕。再下面的手動轉(zhuǎn)換開關(guān)是用來選擇手動還是自動。接觸器最多只有四個常開觸點，拿手動來說，需要兩個10型的接觸器和兩個40型的輔助觸頭，共16個常開觸點，km8同理。每個泵閥門都有自動和手動，這是在實際需要的立場上設(shè)計的。當手動時，km7閉合2sb1為啟動按

49、鈕，2sb2為停止按鈕，當2sb1按下時，km13自聯(lián)鎖，以下各環(huán)節(jié)一樣；當自動時，km8閉合由plc控制的j繼電器來決定各個j開關(guān)的開閉。右邊的那一列指示燈是用來指示各開關(guān)按鈕、泵和閥門是否動作到位。到位后按鈕閉合，指示燈亮。指示燈這一列的電源接線接在急停按鈕下的轉(zhuǎn)換開關(guān)處，各電路環(huán)節(jié)在右邊均有注解。圖3-6 控制線路1圖3-7為兩個電動閥，循環(huán)控制線路和三個電磁閥的手動/自動控制線路。在循環(huán)控制線路中由于接觸器觸點較多，只能用兩個接觸器并聯(lián)在一起使用。循環(huán)控制那兩欄必須是兩個開關(guān)同時接通指示燈才能亮。三個泵的電動閥的開到位限位開關(guān)、關(guān)到位限位開關(guān)也在指示燈上有體現(xiàn)，正常工作時相應的燈亮。另

50、外，接觸器不能串聯(lián)，線圈通電后，靜鐵心磁化，吸合動鐵心，這時主電路才接通。如果兩個接觸器串聯(lián)，也就是兩個線圈串聯(lián)，通電后，兩個線圈可視作同時得電，控制電路里回路是存在的。但由于靜鐵心磁化后產(chǎn)生的吸力不可能完全相等，所以兩個動鐵心吸合必定有快有慢。鐵心先吸合的接觸器在鐵心吸合后線圈電感增大，其端電壓也大，這就可能導致另一個接觸器線圈壓降過低，鐵心一直吸合不上。這就相當于單獨的一個110v接觸器接在220v電路中了，當然導致控制電路回路中電流過大，時間一長可能會燒毀線圈。圖3-7 控制線路2結(jié) 論 此次設(shè)計是以智能小區(qū)的供水狀況為設(shè)計課題，包括：恒壓供水系統(tǒng)原理、恒壓供水系統(tǒng)的電氣實現(xiàn)、系統(tǒng)的硬件

51、選型、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計和軟件電路設(shè)計等，本設(shè)計一共包含四大章設(shè)計內(nèi)容，其主體是由變頻技術(shù)、壓差恒壓自動轉(zhuǎn)換技術(shù)、微泄漏補償技術(shù)組成的，是現(xiàn)階段水處理行業(yè)較為先進的供水方法。本系統(tǒng)與現(xiàn)在普通二級加壓水廠相比，具有簡單經(jīng)濟、控制方便、節(jié)能降耗的優(yōu)點。首先，普通二級加壓水廠只單純手動控制電機的啟動和切換，這樣在電機啟動時會產(chǎn)生很大的啟動電流，長此以往對電機壽命有很大損害，而且在供水時一直按工頻全速運轉(zhuǎn)效率低、能耗大。而本系統(tǒng)可根據(jù)實際壓力變化自動調(diào)整變頻器頻率，從而改變電機轉(zhuǎn)速，減少了能量的消耗。其次，普通恒壓供水在用水量變化較大時有高效、節(jié)能的優(yōu)點，但在用水量很小的情況下，如晚上，變頻器工作在出水頻率附近時耗電量增大。而本系統(tǒng)通過壓差恒壓自動轉(zhuǎn)換技術(shù)和微泄露補償技術(shù)解決了這個難題。再次，本設(shè)計運行維護簡單方便，對于操作人員不要