PLC在小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)

1、論文緒 論長(zhǎng)期以來(lái)區(qū)域的供水系統(tǒng)都是由市政管網(wǎng)經(jīng)過(guò)二次加壓和水塔或天面水池 來(lái)滿足用戶對(duì)供水壓力的要求。傳統(tǒng)的恒壓供水方式是采用水塔、高位水池等設(shè) 施來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于小區(qū)高樓用水有著季節(jié)和時(shí)段的明顯變化，日常供水運(yùn)行控制就常采用水泵的運(yùn)行方式調(diào)整加上出口閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)供水的水量水壓，大量能量因消耗在出口閥而浪費(fèi)，而且存在著水池“二次污染”的問(wèn)題。隨著變壓器調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，于是選擇一種符合各方面規(guī)范、衛(wèi)生安全而又經(jīng)濟(jì)合理的供水方式，對(duì)我們給供水 設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng)，。變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟和廣泛應(yīng)用，利用變頻器、PID調(diào)

2、節(jié)器、傳感器、PLC等器件的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。恒壓供 水是指在供水管網(wǎng)中用水量發(fā)生變化時(shí)， 出口壓力保持不變的供水方式。該技術(shù) 已在供水行業(yè)普及。我的設(shè)計(jì)采用一臺(tái)變頻器和PLC來(lái)控制四臺(tái)水泵實(shí)現(xiàn)恒壓供 水的穩(wěn)定。當(dāng)前住宅建筑的小區(qū)規(guī)劃趨向于更具人性化的多層次住宅組合，不再僅僅追求立面和平面的美觀和合理，而是追求空間上布局的流暢和設(shè)計(jì)中貫徹以 人為本的理念，特別是在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的浪潮中， 力求土地使用效率的最大化。變頻 調(diào)速技術(shù)在給水泵站上應(yīng)用，成功地解決了能耗和污染的兩大難題。1小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)分析1.1供水系統(tǒng)方案確定長(zhǎng)期以來(lái)區(qū)域的供水系統(tǒng)都是由市政管

3、網(wǎng)經(jīng)過(guò)二次加壓和水塔或天面水池來(lái)滿足用戶對(duì)供水壓力的要求。在小區(qū)供水系統(tǒng)中加壓泵通常是用最不利用水點(diǎn) 的水壓要求來(lái)確定相應(yīng)的揚(yáng)程設(shè)計(jì)， 然后泵組根據(jù)流量變化情況來(lái)選配， 并確定 水泵的運(yùn)行方式。由于小區(qū)用水有著季節(jié)和時(shí)段的明顯變化，日常供水運(yùn)行控制就常采用水泵的運(yùn)行方式調(diào)整加上出口閥開(kāi)度調(diào)節(jié)供水的水量水壓，大量能量因消耗在出口閥而浪費(fèi)，而且存在著水池“二次污染”的問(wèn)題。隨著人們對(duì)供水質(zhì)量和飲用水水質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水方式應(yīng)運(yùn) 而生，它不僅很好地解決了老式屋頂水箱供水方式帶來(lái)的水質(zhì)二次污染問(wèn)題，而且解決了水泵的運(yùn)行方式調(diào)整加上出口閥開(kāi)度調(diào)節(jié)供水的水量水壓，大量能量因消耗在出口閥而浪費(fèi)，

4、并對(duì)水泵也起到了很好的保護(hù)作用和有效地節(jié)約了電能的 消耗。根據(jù)負(fù)載變化自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速或增加/減少投入運(yùn)行的臺(tái)數(shù)，從而避免了電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備造成的沖擊以及人工操作的繁雜性。變頻恒壓供水系統(tǒng)如今正被廣泛地應(yīng)用到城市自來(lái)水管網(wǎng)系統(tǒng)、住宅小區(qū)生活消防水系 統(tǒng)、樓宇中央空調(diào)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、工業(yè)設(shè)備沖洗系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域。目前，國(guó)內(nèi)外的供水廣泛采用微機(jī)控制與變頻調(diào)速技術(shù)，直接取代水塔、高位水箱，為小區(qū)住宅、高層建筑加壓供水提供了新的途徑，將現(xiàn)代科技引入供水領(lǐng)域。 經(jīng)綜合分析，為了解決大量能量因消耗在出口閥而浪費(fèi)，和水池“二次污染”等 問(wèn)題，本設(shè)計(jì)采用變頻恒壓供水系統(tǒng)。1.2變頻供水系統(tǒng)構(gòu)成確定

5、根據(jù)反饋原理：要想維持一個(gè)物理量不變或基本不變， 就應(yīng)該引這個(gè)物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系統(tǒng)。我們要想保持水壓的恒定，因此就必須引入水壓反 饋值與給定值比較，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。在變頻供水系統(tǒng)中，當(dāng)用水量大時(shí)，為保持水壓仍恒定，采用三臺(tái)水泵供水；當(dāng) 用水量較小時(shí)，采用西方的在變頻供水系統(tǒng)中加入氣壓罐， 它能利用氣壓罐蓄水 功能維持低需求量時(shí)的續(xù)流供水，能達(dá)到大功率水泵和變頻器休息。組成小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)由 PLC、變頻器、氣壓罐、離心泵、壓力變送器等組成（如圖1）。工作流程是利用設(shè)置在管網(wǎng)上的壓力傳感器將管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)因用水 量的變化引起的水壓變化，及時(shí)將信號(hào)（4-20mA或0-10V）反饋PLC

6、調(diào)節(jié)器，PID 調(diào)節(jié)器對(duì)比設(shè)定控制壓力進(jìn)行運(yùn)算后給出相應(yīng)的變頻指令，改變水泵的運(yùn)行或轉(zhuǎn)速，使得管網(wǎng)的水壓與控制壓力一致。圖1-1系統(tǒng)組成圖1.3恒壓供水系統(tǒng)的原理圖1-1中變頻器的作用是為電機(jī)提供可變頻率的電源， 實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速， 從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。壓力傳感器的任務(wù)是檢測(cè)管網(wǎng)水壓，壓力設(shè)定單元為 系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。采用一臺(tái)內(nèi)變頻器與PLC來(lái)控制水泵實(shí)現(xiàn)恒壓供水的穩(wěn)定。 壓力傳感器將主 水管網(wǎng)的壓力變?yōu)?-20mA的電信號(hào)，經(jīng)模擬量輸入模塊輸入PLC，PLC根據(jù)給定 的壓力設(shè)定值與檢測(cè)值進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出控制信號(hào)經(jīng)模擬輸出模塊至變頻器， 調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的供電電壓和頻率。

7、水泵采用并聯(lián)運(yùn)行方式，水壓大于設(shè)定值時(shí)通過(guò)閉合交流接觸器停止一臺(tái)水 泵；水壓小于設(shè)定值時(shí)，通過(guò)斷開(kāi)交流接觸器啟動(dòng)一臺(tái)水泵。1.4變頻供水系統(tǒng)分析用戶用水的多少是經(jīng)常變動(dòng)的，因此供水不足或供水過(guò)剩的情況時(shí)有發(fā)生。 而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則壓力大。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間 保持平衡，即用水多時(shí)供水也多，用水少時(shí)供水也少，從而提高了供水的質(zhì)量。恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的。例如在某些生產(chǎn)過(guò)程中，若自來(lái)水供水因故壓力不足或短時(shí)斷水，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)使產(chǎn)品報(bào)廢和設(shè)備損壞。又如發(fā)生火災(zāi)時(shí)， 若供水

8、壓力不足或或無(wú)水供應(yīng)，不能迅速滅 火，可能引起重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。所以，某些用水區(qū)采用恒壓供水系統(tǒng)， 具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。隨著電字技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)的日益完善，以變頻調(diào)速為核心的智能 供水控制系統(tǒng)取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設(shè)備，起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊；由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低 了，從而可延長(zhǎng)泵和閥門(mén)等東西的使用壽命。其穩(wěn)定安全的運(yùn)行性能、簡(jiǎn)單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終 達(dá)到高效率的運(yùn)行目的。1.5變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)相對(duì)與傳統(tǒng)的加壓供水方式，變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)突出的體現(xiàn)在以下幾

9、 個(gè)方面：1高效節(jié)能變頻恒壓供水系統(tǒng)的最顯著優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)約電能，節(jié)能量通常在10-40%。從單臺(tái)水泵的節(jié)能來(lái)看，流量越小，節(jié)能量越大。2恒壓供水變頻恒壓供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定而流量可在大范圍內(nèi)連續(xù)變化， 從而可以保證用戶任何時(shí)候的用水壓力， 不會(huì)出現(xiàn)在用水高峰期熱水器不能正常使用的情況。3.安全衛(wèi)生系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)供水后，用戶的水全部由管道直接供給，取消了水塔、天面水 池、氣壓罐等設(shè)施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。4自動(dòng)運(yùn)行、管理簡(jiǎn)便新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)具備了過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、欠相、短路保護(hù)、 瞬時(shí)停電保護(hù)、過(guò)載、失速保護(hù)、低液位保護(hù)、主泵定時(shí)輪換控制、密碼設(shè)定

10、等 功能，功能完善，全自動(dòng)控制，自動(dòng)運(yùn)行，泵房不設(shè)崗位，只需派人定期檢查、 保養(yǎng)。5.延長(zhǎng)設(shè)備壽命、保護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定使用變頻器后，機(jī)泵的轉(zhuǎn)速不再是長(zhǎng)期維持額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，減少了機(jī)械磨損， 降低了機(jī)泵故障率，而且主泵定時(shí)輪換控制功能自動(dòng)定時(shí)輪換主泵運(yùn)行， 保證各 泵磨損均勻且不銹死，延長(zhǎng)了機(jī)泵使用壽命。 變頻器的無(wú)級(jí)調(diào)速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了機(jī) 泵軟啟動(dòng)，避免了電機(jī)開(kāi)停時(shí)的大電流沖擊，消除了水泵的水錘效應(yīng)。6占地少、投資回收期短新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)采用水池上直接安裝立式泵，控制間只要安放一到兩個(gè)控制柜，體積很小，整個(gè)系統(tǒng)占地就非常小，可以節(jié)省投資。另外不用 水塔或天面水池、控制間不設(shè)專(zhuān)人管理、設(shè)備故障率極

11、低等方面都實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步 減少投資，運(yùn)行管理費(fèi)低的特點(diǎn)，再加上變頻供水的節(jié)能優(yōu)點(diǎn)，都決定了小區(qū)變 頻恒壓供水系統(tǒng)的投資回收期短，一般約 2年。1.6變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備的主要應(yīng)用場(chǎng)合1高層建筑，城鄉(xiāng)居民小區(qū)，企事業(yè)等生活用水。2各類(lèi)工業(yè)需要恒壓控制的用水，冷卻水循環(huán)，熱力網(wǎng)水循環(huán)，鍋爐補(bǔ)水等。3中央空調(diào)系統(tǒng)。4自來(lái)水廠增壓系統(tǒng)。5.農(nóng)田灌溉，污水處理，人造噴泉。6各種流體恒壓控制系統(tǒng)。第二章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1氣壓罐部分設(shè)計(jì)在許多變頻恒壓供水系統(tǒng)中，吸收了氣壓罐方式供水的優(yōu)點(diǎn)：利用氣壓罐蓄水功能維持低需求量時(shí)的續(xù)流供水。其由水泵、止回閥、氣壓罐組成，如圖2-1圖2-1氣壓罐供水圖氣壓罐中橡膠隔膜

12、把水室和氣室完全隔開(kāi)，水壓把水送入充入隔膜式氣壓水 罐的內(nèi)膽，密圭寸在罐內(nèi)的空氣被壓縮， 氣體受到壓縮后體積小，壓力升高儲(chǔ)存能 量，壓縮氣體膨脹可以將橡膠隔膜內(nèi)的水壓出罐體，以達(dá)到供水的作用。截止閥的作用是只允許介質(zhì)向一個(gè)方向流動(dòng)，而且阻止方向流動(dòng)。通常這種 閥門(mén)是自動(dòng)工作的，在一個(gè)方向流動(dòng)的流體壓力作用下，閥瓣打開(kāi)； 流體反方向 流動(dòng)時(shí)，由流體壓力和閥瓣的自重合閥瓣作用于閥座，從而切斷流動(dòng)。壓力變送器將水管的壓力信號(hào)傳給 PLC，當(dāng)水管壓強(qiáng)低于設(shè)定值時(shí)，PLC 啟動(dòng)水泵的啟動(dòng)，利用氣壓罐對(duì)小區(qū)小流量進(jìn)行供水；當(dāng)水管壓強(qiáng)大于設(shè)定值時(shí)，PLC停止水泵工作。就這樣反復(fù)運(yùn)行，能夠提供小區(qū)小流量用水。

13、其能夠達(dá)到大水泵和變頻器休息作用，啟動(dòng)小功率水泵還能夠節(jié)約電能2.2變頻供水部分設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)為一個(gè)有7棟樓，每棟有6層，每層4戶人的小區(qū)而設(shè)計(jì)的，共158 戶人。選取3臺(tái)流量為5L/S、功率為11KW的水泵，其同時(shí)工作時(shí)，有15L/S 的流量，經(jīng)過(guò)調(diào)查大多數(shù)小區(qū)每戶人用水量為0.4L/S，同時(shí)使用系數(shù)為0.2，就能夠至少滿足180戶人的小區(qū)供水。壓力傳感器將信號(hào)傳給PLC，在PLC中做PID運(yùn)算。水壓大于設(shè)定值時(shí)通 過(guò)閉合交流接觸器停止一臺(tái)水泵； 水壓小于設(shè)定值時(shí)，通過(guò)斷開(kāi)交流接觸器啟動(dòng) 一臺(tái)水泵。第一種方案：如圖2-2L"T" L3圖2-2當(dāng)氣壓罐不能滿足供水需求時(shí)，采用兩

14、臺(tái)工頻，一臺(tái)變頻，即M1變頻，M2、M3工頻。工作流程為變頻供水時(shí)，首先 Q0.2閉合，變頻啟動(dòng) M1，當(dāng)水 壓不能滿足時(shí)工頻運(yùn)行 M2，水壓還不夠時(shí)，工頻運(yùn)行 M3，水壓。第二中方案：如圖（5）L廠十" L3圖（5）系統(tǒng)原理圖當(dāng)氣壓罐不能滿足供水需求時(shí)，三臺(tái)水泵都會(huì)變頻工作，其原理如下：首先將水泵M1投入到變頻運(yùn)行；若不能保證管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定時(shí)把原來(lái)變頻 狀態(tài)下的水泵M1投入到工頻，M2變頻運(yùn)行，以保證管網(wǎng)的供水量穩(wěn)定；兩臺(tái) 水泵還不能滿足管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定，備用泵 M3投入變頻工作M1、M2工頻運(yùn)行。當(dāng)水量減小時(shí)，變頻器的頻率下限信號(hào)出現(xiàn)，停止現(xiàn)在的變頻泵，同時(shí)將上 一臺(tái)變?yōu)樽冾l運(yùn)行。

15、若上述兩個(gè)信號(hào)仍然存在時(shí)，PLC再重復(fù)以上工作。如果采用第一種方案，水泵都是直接啟動(dòng)和停止，沒(méi)有平滑的曲線對(duì)電機(jī)有 很大的傷害；而第二中方案，電機(jī)的啟動(dòng)都是由變頻器來(lái)控制，這樣達(dá)到了軟啟 動(dòng)的作用，對(duì)電機(jī)的壽命有了延長(zhǎng)作用，而且使水壓更穩(wěn)定。所以，選擇第二中方案第27頁(yè)共26頁(yè)2.3硬件總設(shè)計(jì)口亠疔圖（6）系統(tǒng)原理圖當(dāng)用水量較小時(shí)，Q0.7得電閉合，小功率水泵M4運(yùn)行，Q0.0得電，閥門(mén)打 開(kāi)，利用氣壓罐供水；當(dāng)用水量增大到氣壓罐不能保證管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定時(shí)，Q0.0和Q0.7斷電PLC自動(dòng)將其停止，同時(shí)Q0.1得電閉合，啟動(dòng)變頻器，Q0.2得電閉合，把大功率水泵 M1投入到變頻運(yùn)行；若還不能保證

16、管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定時(shí)，Q0.3得電閉合，Q0.2斷電斷開(kāi)，把原來(lái)變 頻狀態(tài)下的水泵M1投入到工頻，同時(shí)Q0.4得電閉合將下一臺(tái)水泵M2變頻運(yùn)行， 以保證管網(wǎng)的供水量穩(wěn)定。兩臺(tái)水泵還不能滿足管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定，Q0.6得電閉合，備用泵M3投入變頻工作，同時(shí)Q0.3、Q0.5得電閉合，M1、M2工頻運(yùn)行。當(dāng)水量減小時(shí)，變頻器的頻率下限信號(hào)和管網(wǎng)的壓力上限信號(hào)時(shí)， 停止現(xiàn)在的變 頻泵，同時(shí)將上一臺(tái)變?yōu)樽冾l運(yùn)行。若上述兩個(gè)信號(hào)仍然存在時(shí)， PLC再重復(fù)以 上工作。當(dāng)?shù)竭_(dá)變頻器的頻率下限信號(hào)和管網(wǎng)上限信號(hào)時(shí)， 停止正在運(yùn)行的變頻器和 大功率水泵，把小功率的水泵 M4投入運(yùn)行，利用氣壓罐供水，以節(jié)約用電和休息變頻

17、器。2.4用水量計(jì)算及水泵的選型1. 用水量計(jì)算設(shè)計(jì)流量的大小直接關(guān)系到水泵的選型、管網(wǎng)的口徑及給水的安全保證性。目前，一般住宅小區(qū)的設(shè)計(jì)流量主要包括以： 居民生活用水、公共建筑用水、 消防用水、綠化用水、澆灑道路用水、未預(yù)見(jiàn)水量及管網(wǎng)漏失水量。其中，公共 建筑用水、消防用水、綠化用水、澆灑道路用水量為7（ m3/h），未預(yù)見(jiàn)水量及管網(wǎng)漏失水量為3（m3/h）。小區(qū)居民生活用水,本小區(qū)600戶居民，按每戶3.5人計(jì)算，則總用水人數(shù) 2100,按照城市住宅標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“住宅每人最高日生活用水定額不應(yīng)小于230L”，可取300L/ （人 d）。又根據(jù)建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ15-88）第中 的方法

18、，有以下的公式：Qh = KhQd/T3式中Qh-最大小時(shí)生活用水量（m/h）；Qd-最高日用水量（m3/d）;T-每日（或最大班）使用時(shí)間（h/d）;Kh-小時(shí)變化系數(shù)，可取2。則:Qh= KhQd/T=Kh m Qd/100T=2*2100*300/（1000*24）=52.5 （m3/h）最后總用水量為：52.5+7+3=62.5 （m3/h）2. 水泵選取考慮節(jié)約電能方面和系統(tǒng)運(yùn)行，選取 3臺(tái)流量為18 （m3/h）的水泵，總流 量為64 （m3/h），多余的流量可滿足其他未預(yù)見(jiàn)流量。此外還有有臺(tái)小流量水泵 用于氣壓罐供水。經(jīng)過(guò)調(diào)查有以下三種水泵表( 1)品牌型號(hào)流量適用范圍吸入口徑排

19、出口徑FUKSIPM16A10( m3/h)清水25( mm)25 ( mm)表（2）產(chǎn)品別名型號(hào)流量適用范圍吸入口徑排出口徑耐酸污水泵100WGF25-1.8( m3/h)輸送含有酸性150( mm)100( mm)表（3）品牌型號(hào)流量適用范圍吸入口徑排出口徑山楠牌50LG18-20(LG-B)18( m3/h)高樓給水50 ( mm)60 ( mm)表（1）中的水泵吸入口徑、排出口徑流量太小，不不能達(dá)到供水系統(tǒng)的要 求；表（2）中適用于輸送含有酸性價(jià)格也太貴，用在供水中太浪費(fèi)，造成成本 增加；表（3）中的水泵各個(gè)型號(hào)都能夠滿足系統(tǒng)需求，而且是專(zhuān)用于供水的水 泵。它的具體型號(hào)如表（4）。表（

20、4）水泵型號(hào)個(gè)數(shù)型號(hào)級(jí)數(shù)流量揚(yáng)程（m）效率（%）功率(kw)轉(zhuǎn)速(r/mi n)3(m /h)(L/S)350LG18-20*5(LG-B)518510069112950150LG18-20*3(LG-B)318560695.529502.5可編程控制器的選取可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程程序的儲(chǔ)存器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、 定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令。并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入輸出，控制 各類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌湓O(shè)備，都應(yīng)易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形 成統(tǒng)一整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。目前有西門(mén)子、三菱、

21、歐姆龍、實(shí)施奈德等系列的PLC，由于我比較會(huì)使用是西門(mén)子的編程軟件進(jìn)行編程，所以選用西門(mén)子。本設(shè)計(jì)選取西門(mén)子的S7-200 PLC，它可提供4個(gè)不同的基本型號(hào)的8種 CPU。1. CPU單元選擇：CPU 221具有6個(gè)輸入點(diǎn)和4個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 222具有8 個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 224具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 224XP 具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 226具有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)。 集成的24V負(fù)載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），CPU 221, 222 具有 180mA 輸出， CPU 224，CPU 224XP，CPU 226 分別輸出

22、 280，400mA。 可用作負(fù)載電源。在本系統(tǒng)中有2個(gè)輸入點(diǎn)和8個(gè)輸出點(diǎn)，所以選擇CPU224最好，其輸出為 280mA。2.1/0選擇：由于本系統(tǒng)中水壓的輸入是模擬量，所以選擇模擬量輸入輸出 模塊。3. 編程器選擇：選取 STEP 7-Micro/WIN32 V3.1編程軟件，通過(guò) CP5611卡 對(duì)PLC編程。綜上所述，本系統(tǒng)選擇品牌為 SIEMENS/西門(mén)子、型號(hào)S7-200、模擬量輸 入輸出的PLC，總價(jià)格為3312元。本設(shè)計(jì)中選取主要硬件如表（7）。表（7）硬件選型總表名稱型號(hào)數(shù)量PLCS7-2001臺(tái)變頻器MicroMaster 4401臺(tái)壓力變送器WP系列1個(gè)水泵50LG18-

23、20*53臺(tái)50LG18-20*31臺(tái)氣壓罐HS1個(gè)止回閥H42Y4個(gè)水管外徑130mm壁厚5mm200截止閥J61W-80012.6 PLC安裝位置確定PLC具有編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)；功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高；配套齊全，功能完善, 適用性強(qiáng)；可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，工作量小，維護(hù)方便，容易 改造；維修工作量小，維修方便；體積小，能耗底的特點(diǎn)。PLC是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制的設(shè)備，一般不需要采取什么措施， 就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而， 盡管有如上所述的可靠性較高，抗干擾能 力較強(qiáng)，但當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過(guò)于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能 造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤輸

24、入并引起誤輸出，這將會(huì)造成設(shè)備的失 控和誤動(dòng)作，從而不能保證 PLC的正常運(yùn)行，要求設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)中引 起高度重視，多方配合才能完善解決問(wèn)題，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。PLC應(yīng)安裝在：1.溫度PLC要求環(huán)境溫度在055°C，安裝時(shí)不能放在發(fā)熱 量大的元件下面，四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大。2.濕度為了保證PLC的絕緣性 能，空氣的相對(duì)濕度應(yīng)小于85% （無(wú)凝露）。3震動(dòng)應(yīng)使PLC遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的震動(dòng) 源，防止振動(dòng)頻率為1055Hz的頻繁或連續(xù)振動(dòng)。當(dāng)使用環(huán)境不可避免震動(dòng)時(shí)， 必須采取減震措施，如采用減震膠等。4空氣避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯 化氫、硫化氫等。對(duì)于空氣中有較多粉塵或

25、腐蝕性氣體的環(huán)境，可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中。第三章軟件設(shè)計(jì)3.1程序設(shè)計(jì)方法選取方法一：經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法在一些典型的電路基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對(duì)象對(duì)控制系統(tǒng)的具體要求， 不斷完善 和修改。用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)程序時(shí)，沒(méi)有一套固定的方法和步驟可以遵循，具 有較大的試探性和隨意性，在一些簡(jiǎn)單的程序比較適用。但是此系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)， 需要大量的中間單元來(lái)完成記憶、 聯(lián)系 和互鎖等功能由于考慮的因素很多，他們往往交織在一起，分析起來(lái)很困難，并且很容易遺漏一些應(yīng)該考慮的問(wèn)題。修改一處很可能形成“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，對(duì)系統(tǒng)的其他部分產(chǎn)生很的影響，因此在本系統(tǒng)中經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法不適用。方法二：根據(jù)繼電

26、器電路圖設(shè)計(jì)程序的方法編程簡(jiǎn)單，但是需要注意的問(wèn)題很多，如 應(yīng)遵守梯形圖語(yǔ)言中的語(yǔ)法規(guī) 定、適當(dāng)?shù)姆蛛x繼電器電路圖中的某些電路、 時(shí)間繼電器的處理等。再看下一 中方法比較再選擇。方法三：順序控制設(shè)計(jì)法按照生產(chǎn)工藝預(yù)定先規(guī)定的順序，在各個(gè)輸入信號(hào)的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài) 和時(shí)間的順序，在生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地有次序的進(jìn)行操作。使用此方法編程簡(jiǎn)單，考慮的因素不多，不容易遺漏一些應(yīng)該考慮的問(wèn)題。 與第二種方法相比不會(huì)有太多注意的問(wèn)題。3.2順序功能圖設(shè)計(jì)順序功能圖編寫(xiě)程序的重要的工具， 也是描述控制系統(tǒng)的控制過(guò)程、功能和特性的一種圖形。 它由步、有向連線、轉(zhuǎn)換條件和動(dòng)作組成。根據(jù)生產(chǎn)工藝預(yù)定先規(guī)

27、定的順序，可畫(huà)出順序功能圖（如圖（7）圖（7）3.3 PLC I/O分配表為了編寫(xiě)和理解程序的方便，寫(xiě)出I/O分配表，如表（8）表（8）I/O分配表I0.0啟動(dòng)氣壓罐供水I0.2手動(dòng)控制水泵M1變頻工作I0.3手動(dòng)控制水泵M1工頻工作I0.4手動(dòng)控制 水泵M2變頻工作I0.5手動(dòng)控制 水泵M2工頻工作I0.6手動(dòng)控制 水泵M3變頻工作Q0.0打開(kāi)閥門(mén)利用氣壓罐供水Q0.1啟動(dòng)變頻器Q0.2水泵M1變頻工作Q0.3水泵M1工頻工作Q0.4水泵M2變頻工作Q0.5水泵M2工頻工作Q0.6水泵M3變頻工作Q0.7MD10MD14啟動(dòng)小水泵M4，利用氣壓罐供水 管網(wǎng)壓力變頻器輸出頻率3.4程序設(shè)計(jì)根據(jù)

28、順序功能圖和I/O分配表，可輕松編寫(xiě)本系統(tǒng)的程序，程序如下1.主程序編寫(xiě)初贈(zèng)慣態(tài)阿絡(luò)Z山iJ闍含進(jìn)入氣壓確供水狀態(tài)MO.OIOOM0l2M0.6T32T I1 1M0L1INTON+2°PT100T37岡絡(luò)3壓強(qiáng)甜按週CID.7 啟幼小功車(chē)水泵氣丿利用壓雜供水 SMO.CMD13M0.1M1.1Q0.7II<=hl!I1 z IC )3.9Q17網(wǎng)絡(luò)4壓強(qiáng)=22!P測(cè)斷開(kāi)QtU,停止小功率水泵利用珥圧繚1共水5M0.0MD103.2M1 1同貉5水壓持續(xù)託小于3.1MF應(yīng)H說(shuō)明氣壓耀不能滿足供水.利用用孌頻狀態(tài)供水3.DM0.6M0.2MD14J 1INTON,1+2aPT1

29、msM0.1T32變頻器輸出頻率=8H巒H接通時(shí)間繼電器空操倫MO.E)I吏頻器輸出頻辜亦甜2M荊工頻:一 Ni蔑頻總M0.2MD14M0.4M0.3< )Q0.2(30.4網(wǎng)絡(luò)8|=器黠輅出頻率蓋通時(shí)僧髓如，空林M0.3MD14冋6 0/ 1INton+2-PT1 tri£M02132M17M13MD.4M0 7'j )阿貉9斑刪輸出躺"58H河利用、酬21頻林疲頻模水MD14b-M5S0M0.4MD14M0.31 I山1 1 9.0INTOW+2 -PT1 mjT32M0.5M0.5_()muQCK11潯電，接逋妾頻器M0,2Q01M0.4I1H0.6阿絡(luò)

30、12調(diào)用孑程序2子程序子程序Q01CiklCMn7E 11EPmU/I0.3-INOUTVD104M0V_RENFNncnuzl0托INOUTVD112匚忖MDVRENOCll-5 0'IROUT-VD11GENENOt!2SINOUTVD120MOV_RENO21aocINOUTVD124AT CHrMkiinVJINT_O-t ntr-juINI2I10-EVNT_( ENI)3.中斷程序3.5 MicroMaster440變頻器參數(shù)設(shè)置1復(fù)位為出廠缺省設(shè)置值P0010=30P0970=1 過(guò)程約 3 分鐘2.設(shè)置電機(jī)參數(shù)P0003=3用戶訪問(wèn)級(jí)=3 （專(zhuān)家級(jí)）P0010=1調(diào)試參

31、數(shù)過(guò)濾器=1 （快速調(diào)試）P0304=380V電機(jī)額定電壓（以電機(jī)銘牌為準(zhǔn)）P0305=3A電機(jī)額定電流（以電機(jī)銘牌為準(zhǔn)）P0307=11KW電機(jī)額定功率（以電機(jī)銘牌為準(zhǔn)）P0308=0.74電機(jī)額定功率因數(shù)（以電機(jī)銘牌為準(zhǔn)）P0310=50HZ電機(jī)額定頻率（以電機(jī)銘牌為準(zhǔn)）P0311=29503.設(shè)置其他參數(shù)電機(jī)額定速度（以電機(jī)銘牌為準(zhǔn)）P0010=0調(diào)試參數(shù)過(guò)濾器=0準(zhǔn)備P0700=5選擇數(shù)子命令信號(hào)源-5P0705=99數(shù)字輸入5的功能=99P0849=722.4第二個(gè)OFF3停車(chē)命令=722.4P1000=5頻率設(shè)定值的選擇=5P1120=2S斜坡上升時(shí)間2SP1121=1S斜坡下降時(shí)

32、間1SP1135=0.68-0.58S 0FF3的斜坡下降時(shí)間0.68 0.58S （根據(jù)停車(chē)效果調(diào)整）P2010=7USS波特率=7 （115200波特）P2011=0or1USS地址，兩臺(tái)變頻器分別設(shè)為0和1本文在分析和比較用于供水行業(yè)的控制系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)中小城市供水廠的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一套以變頻調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)的恒壓供水自動(dòng)控 制系統(tǒng)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中有如下認(rèn)識(shí)：1、在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺(tái)水泵工況的調(diào)節(jié)是通過(guò)變頻器來(lái)改變 電源的頻率f來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速n,從而改變水泵性能曲線得以實(shí)現(xiàn)的。分析水 泵工況點(diǎn)節(jié)流調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)能耗比較圖，可以看出利用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)恒壓供 水，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，流量與轉(zhuǎn)速成正比，功率以轉(zhuǎn)速的三次方下降，與恒速泵供水方式中用閘閥增加阻力的節(jié)流方式相比， 在一定程度上可以減少能量損耗，能 夠明顯節(jié)能。水泵轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍之內(nèi)，也就是不要使變頻 器頻