畢業(yè)論文--高層水壓的PLC控制

1、滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院竽業(yè)後針課 題：高層水壓的plc控制 設(shè)計(jì)時(shí)間：2016年11月19日系別：機(jī)電工程系班級(jí)：14級(jí)機(jī)電2班學(xué)號(hào)：20141401256姓 名：張?jiān)街笇?dǎo)教師：周華龍2016年 11月19 日隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模發(fā)展迅速，面對(duì)土地資源日益 緊缺的現(xiàn)狀，高層樓宇的建設(shè)具有很垂要的意義。隨著人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系 統(tǒng)可靠性的要求不斷提高，傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)已經(jīng)難以滿(mǎn)足高層樓宇的供水需求。 在國(guó)際社會(huì)倡導(dǎo)節(jié)能降耗，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的背景下，利用先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)、 檢測(cè)與傳感器技術(shù)以及通信技術(shù)，設(shè)計(jì)高性能、低能耗、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓 供水系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)。通過(guò)研究和比較本論

2、文設(shè)計(jì)了一套高層樓宇基于plc 的變頻恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種節(jié)能環(huán)保、系統(tǒng)穩(wěn)定安全、使用維護(hù)方便的供水控制系統(tǒng)，主 要由可編程控制器、變頻器、水泵電機(jī)組、壓力傳感器等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)樓宇供水的 自動(dòng)化控制。該系統(tǒng)能通過(guò)不同的反饋壓力值，自行調(diào)整水泵輸出水量，這既能 節(jié)省傳統(tǒng)的采用調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度而消耗在管道阻力和截流損失的能量，也節(jié)省由于 恒速泵的頻繁啟停對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊能量和對(duì)電網(wǎng)電壓造成波動(dòng)的影響，避免 了電動(dòng)機(jī)突然加速造成泵系統(tǒng)的喘振，能夠徹底消除水錘現(xiàn)象摘 要2第一章緒論41.1高層樓宇常用供水模式41.2本課題的總體方案51.2. 1 供水系統(tǒng)的方案選取5第二章主電路圖設(shè)計(jì)72.2 電氣原

3、理圖設(shè)計(jì)72.2. 1 主電路設(shè)計(jì)72.2.2變頻器電路設(shè)計(jì)7第三章變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)93.1系統(tǒng)主要器件的選配93. 1. 1 供水泵的選型93.1.2變頻器的選型93. 1.3 plc 的選型104.1.4壓力傳感器的選型1()4. 2.5 plc輸入輸出引腳分配12第四章 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)研究133. 1 變頻恒壓控制的原理133.2變頻恒壓供水系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)133. 2. 1變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成133. 2. 2 系統(tǒng)的控制方案的選擇和論證143. 3變頻恒壓供水系統(tǒng)變頻控制方案143.4系統(tǒng)工作原理概述153.5恒壓供水系統(tǒng)的工藝要求15第五章恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)165

4、. 1 系統(tǒng)工作流程圖16第六章plc選型185.2 plc的程序設(shè)計(jì)流程圖18plc控制電路接線(xiàn)設(shè)計(jì)19第七章plc梯形圖21第2.2.2程序梯形圖212.2.3程序分析27第八章 指令語(yǔ)句表程序285. 3. 1 主程序285. 3.2 子程序28第九章設(shè)計(jì)心得32第十章致 謝33第 章參考文獻(xiàn)34第一章緒論1.1高層樓宇常用供水模式示在深入研究發(fā)展變頻恒壓供水技術(shù)之前，對(duì)于高層樓宇的供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)， 供水方式一般采用以下方式。1、恒速泵直接供水方式在這種供水方式中，水泵直接從市政管網(wǎng)或蓄水池中抽水然后直接供給用戶(hù) 使用。在這種供水方式下水泵往往需要口夜不停的運(yùn)轉(zhuǎn)，以保證供水水壓。但是 這種

5、供水方式雖然簡(jiǎn)單，投資成木低，但其能耗大，造成水資源的巨大浪費(fèi)，供 水質(zhì)量很差，會(huì)嚴(yán)重影響市政公用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定性。由于其適應(yīng)性差，日前將 逐步面臨淘汰。2、水塔的供水方式這種供水方式首先是由水泵向水塔供水，再由水塔向用戶(hù)供水。當(dāng)水塔注滿(mǎn) 水后，水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，但是水塔水位低于某一位置的時(shí)候水泵又將啟動(dòng)。因此水 泵的工作狀態(tài)是斷續(xù)的。由于水泵始終是工作在高效區(qū)，其節(jié)電率與水塔容量、 水泵額定流量、水泵開(kāi)停比等有關(guān)。所以比前一種的供水方式節(jié)電。供水水壓也 比較穩(wěn)定。但是這種供水方式基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資大、占地面積大、存在能量的損 失和二次污染問(wèn)題。如果出現(xiàn)故障不能自行開(kāi)停水泵，將造成能量的嚴(yán)重浪費(fèi)和

6、供水質(zhì)量的嚴(yán)重下降。3、高位水箱供水方式采用樓頂設(shè)高位水箱供水的方式，雖較為安全可靠，設(shè)備、技術(shù)等方面也較 成熟。然而，在后期給水系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)和管理過(guò)程中，此供水方式存在一些 問(wèn)題。存在水質(zhì)的二次污染問(wèn)題，同時(shí)屋頂高位水箱的有效容積也受建筑負(fù)荷限 制。高位水箱的供水系統(tǒng)，雖實(shí)際是一個(gè)壓力大致恒定的系統(tǒng)，這個(gè)壓力就是水 位的高度。而管道的阻力特性卻是變化的，當(dāng)水的用戶(hù)多時(shí)（也即打開(kāi)閥門(mén)，放 水的支路多吋），管道的阻力就相應(yīng)減少，反之則阻力增大，大大降低了生活供 水質(zhì)量。雖然高位水箱供水由于運(yùn)行較為經(jīng)濟(jì)合理、適應(yīng)性強(qiáng)而被廣泛采用，目前國(guó) 內(nèi)大部分高層建筑均采用此方式供水，但此方式存在著投資大、

7、占用面積大二次 污染等缺點(diǎn)。4、氣壓罐供水方式氣壓罐供水方式在工程主要用于消防供水。在消防工程屮的用途主要用于調(diào) 節(jié)水量可滿(mǎn)足十分鐘消防初期用水量，從而替代屋頂水箱、同時(shí)作為增壓設(shè)施， 以彌補(bǔ)高位水箱設(shè)置高度之不足、作為消防系統(tǒng)穩(wěn)壓用，啟停穩(wěn)壓泵及啟動(dòng)消防 泵并發(fā)出火警訊號(hào)用。上述三種用途有一共同點(diǎn)，即均需貯存滿(mǎn)足規(guī)范要求的消 防用水量。氣壓供水由于體積小、技術(shù)簡(jiǎn)單、不受高度限制等特點(diǎn)，近幾年來(lái)己在高層 建筑中采用，但由于此方式存在著調(diào)節(jié)量小、水泵啟動(dòng)頻繁、對(duì)電器設(shè)備要求較 高等缺點(diǎn)，因而使這種供水系統(tǒng)的發(fā)展受到限制。(5)變頻恒壓供水方式變頻恒壓供水系統(tǒng)是由壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ǖ碾?/p>

8、流或電壓信 號(hào)，在某壓力下，當(dāng)用水量增大時(shí)，管路壓力下降，產(chǎn)生偏差，該信號(hào)被送入控 制器進(jìn)行處理，控制器產(chǎn)生一定的電信號(hào)控制變頻器升頻，水泵轉(zhuǎn)速升高，供水 增加，壓力恢復(fù)。反z,用水量減少，工作機(jī)理同上所述。由于整個(gè)過(guò)程壓力偏 差較小，調(diào)節(jié)時(shí)間短，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒壓。此系統(tǒng)隨著變頻器與plc應(yīng)用技術(shù)的不斷推廣，已經(jīng)成為一種新型的供水系 統(tǒng)。它在節(jié)能、保持水質(zhì)、水壓平穩(wěn)性及操作的方便性和穩(wěn)定的可靠性等方面大 大優(yōu)于傳統(tǒng)的供水方式。它已經(jīng)成為現(xiàn)代高樓供水的主要方式。本設(shè)計(jì)原理圖如 下圖11所。圖11變頻恒壓供水原理圖1.2本課題的總體方案1.2. 1供水系統(tǒng)的方案選取通過(guò)對(duì)現(xiàn)有高層樓宇供水方式的分析和

9、比較，可知變頻恒壓供水系統(tǒng)具有明 顯的優(yōu)勢(shì)，在供水質(zhì)量及控制技術(shù)等各方面都有很好的先進(jìn)性。其供水方式節(jié)約 能源、節(jié)省占地、節(jié)約投資，調(diào)節(jié)能力大、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，具有廣闊的應(yīng)用 前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。因此本設(shè)計(jì)屮采用變頻恒壓供水系統(tǒng)方案作 為對(duì)高層樓宇的供水方式。壓力傳感器穩(wěn)濟(jì)補(bǔ)償器,直卻【陸腿圖1.2系統(tǒng)總布局圖該系統(tǒng)是將水泵通過(guò)穩(wěn)流調(diào)節(jié)罐肓接串聯(lián)在市政自來(lái)水公司的給水管網(wǎng)上， 市政水管網(wǎng)的水直接進(jìn)入調(diào)節(jié)罐，罐內(nèi)的空氣從真空消除器內(nèi)排出，待水充滿(mǎn)后, 真空消除器自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)自來(lái)水管網(wǎng)能夠滿(mǎn)足用水壓力及水量要求吋，水泵機(jī)組 不工作，實(shí)行市政管網(wǎng)直接供水；當(dāng)自來(lái)水管網(wǎng)的壓力不能滿(mǎn)足用水

10、耍求時(shí)，出 水管網(wǎng)上的壓力變送器對(duì)水壓進(jìn)行采樣，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，送入變 頻器或可編程控制器(plc)經(jīng)轉(zhuǎn)換與用戶(hù)給定的壓力值進(jìn)行比較算，將結(jié)果轉(zhuǎn) 變?yōu)榭刂谱冾l器輸出電源頻率的頻率調(diào)節(jié)信號(hào)，同時(shí)輸出控制泵啟停信號(hào)，通過(guò) 調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)泵電源頻率，使用戶(hù)管網(wǎng)的水壓穩(wěn)定于預(yù)先設(shè)定好的壓力值，此時(shí)水泵 充分得用了市政管網(wǎng)的余壓，達(dá)到疊壓恒壓供水的冃的。水泵供水時(shí)，若自來(lái)水 管網(wǎng)的水量大于水泵流量，系統(tǒng)保持正常供水；用水高峰期時(shí)，若自來(lái)水管網(wǎng)水 量小于水泵流量時(shí)，調(diào)節(jié)罐內(nèi)的水作為補(bǔ)充水源仍能正常供水，此時(shí)，空氣由真 空消除器進(jìn)入調(diào)節(jié)罐，消除了自來(lái)水管網(wǎng)的負(fù)壓；而對(duì)出水管網(wǎng)，壓力變送器繼 續(xù)對(duì)水壓進(jìn)

11、行采樣，用水高峰期過(guò)后，系統(tǒng)恢復(fù)止常的狀態(tài)。若自*水管網(wǎng)停水 而導(dǎo)致調(diào)節(jié)罐內(nèi)的水位不斷下降，液位探測(cè)器給出水泵停機(jī)信號(hào)以保護(hù)水泵機(jī) 組。其控制原理如圖1.3所示：圖1. 3系統(tǒng)的控制原理圖第二章主電路圖設(shè)計(jì)2. 2電氣原理圖設(shè)計(jì)在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，整個(gè)系統(tǒng)主要由信號(hào)檢測(cè)單元、控制單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái) 組成。所采用的是一臺(tái)變頻器連接三臺(tái)電動(dòng)機(jī)，都具有變頻和工頻兩種工作狀態(tài), 每臺(tái)電機(jī)都通過(guò)兩個(gè)接觸器與工頻電源和變頻器輸出的電源相聯(lián)；所選用的接觸 器都是依據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量適當(dāng)?shù)倪x擇。2. 2.1主電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主電路采用六個(gè)接觸器的常開(kāi)觸點(diǎn)的閉合、斷開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的啟動(dòng) 和關(guān)閉，如圖4.1所示。在主電路圖

12、中，km1、km12分別控制1號(hào)水泵的工頻與 變頻運(yùn)行,km21、km22分別控制2號(hào)水泵的工頻與變頻運(yùn)行,km31、km32分別 控制3號(hào)水泵的工頻與變頻運(yùn)行.電路的主電路圖4. 1所示。圖4.1主電路圖2. 2.2變頻器電路設(shè)計(jì)在系統(tǒng)中變頻器主要是控制三臺(tái)水泵電機(jī)的工頻和變頻運(yùn)行狀態(tài)，其電路接線(xiàn)如圖4. 2所示。lil3l5啟/停故障復(fù)位、|kq9 kq1(來(lái)自配電器出口壓力反饋u1 vi w1asc600du di2 di3 di4 +24v vref gnd ai1+ ail- aie+ ai2-u2 v2 w2+24v gnd rd12 rd13 rd22rd23 rd32rd33a

13、d1+ adi 變頻卷頻率輸出 毎l(fā)c擴(kuò)展模塊圖4. 2變頻器接線(xiàn)圖第三章 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)主要器件的選配3.1.1供水泵的選型根據(jù)課題設(shè)計(jì)需要，同時(shí)又能確保系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行，并降低設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn) 行費(fèi)用，其中水泵的運(yùn)行參數(shù)按各區(qū)段全部住戶(hù)和最高層設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)依據(jù)建筑 給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范(gb50015-2003)<>如表4.1所示:表4.1水泵及電機(jī)選型表供水設(shè)計(jì)要求最高日用水量：280l/ (p. d)平均每戶(hù)用水人數(shù)：3. 5人/戶(hù)小時(shí)變化系統(tǒng)：2. 5用水制度：24小時(shí)連續(xù)供水住戶(hù)總數(shù)：150戶(hù)(每層5戶(hù)，共30層)水泵水泵生產(chǎn)廠商：杭州南方特種泵業(yè)有限公司

14、水泵型號(hào)：cdlf12-12三臺(tái)兩用一備工作參數(shù)：q=12m3 /h. h=121m、n=7. 5kw電機(jī)所配電機(jī)廠商：浙江凱利達(dá)防爆機(jī)電有限公司電機(jī)型號(hào)：y2-160m2-2防護(hù)等級(jí)：ip55o絕緣等級(jí)：f級(jí)3.1.2變頻器的選型根據(jù)工藝要求，并保留設(shè)備擴(kuò)展的余量，選配abb acs600系列變頻器mcs600 系列變頻器是abb公司采用直接轉(zhuǎn)矩控制(dtc)技術(shù)，結(jié)合諸多先進(jìn)的生產(chǎn)制 造工藝推出的高性能變頻器。它具有很寬的功率范圍，優(yōu)良的速度控制和轉(zhuǎn)矩控 制特性，完整的保護(hù)功能以及靈活的編程功能，牢固的emc(電磁兼容性)設(shè)計(jì)、 較高的可靠性和較小的體積。控制軟件可以實(shí)現(xiàn)專(zhuān)用功能：多泵切換

15、、手動(dòng)/自 動(dòng)切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測(cè)、節(jié)能運(yùn)行方式等。主要技術(shù)數(shù)據(jù)：(1) 功率范圍:2. 2-3000kw(2) 電源電壓：380/400/415/460/480/500vac 3 相±10%(3) 電源頻率:48-63i1z(4) 控制連接：2個(gè)可編程的模擬量輸入(al)； 1個(gè)可編程的模擬量輸出(a0)； 5個(gè)可編程的數(shù)字量輸入(di)； 2個(gè)可編程的數(shù)字量輸出(do)(5) 連續(xù)負(fù)載能力：150%厶，每10分鐘允許1分鐘(6) 串行通信能力：標(biāo)準(zhǔn)的rs-485接口可使變頻器方便的與計(jì)算機(jī)連接(7) 保護(hù)特性：過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、短路保護(hù)、接地 保護(hù)

16、、欠壓緩沖、電機(jī)欠/過(guò)載保護(hù)、串行通訊故障保護(hù)等。acs600變頻器獨(dú)特的直接轉(zhuǎn)矩控制(dtc)功能是目前最佳的電機(jī)控制方式, 它可以對(duì)所有交流屯機(jī)的核心變量進(jìn)行直接控制，無(wú)需速度反饋就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī) 速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制。在其內(nèi)置的pid、fpc等八種應(yīng)用宏，只需選擇需要的 應(yīng)用宏，相應(yīng)的所有參數(shù)都自動(dòng)設(shè)置，輸入輸出端子也將自動(dòng)配置，這些應(yīng)用宏 的設(shè)置大大節(jié)約了調(diào)試時(shí)間，減少出錯(cuò)。3. 1. 3 plc的選型可編程控制器(progfaimnable controller) 乂簡(jiǎn)稱(chēng)為pc或plc,是將邏輯 運(yùn)算、順序控制、時(shí)序、計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算等控制程序，用一吊指令形式存放到 存儲(chǔ)器中，然后根據(jù)

17、存儲(chǔ)的控制內(nèi)容，經(jīng)過(guò)模擬、數(shù)字等輸入輸出部件，對(duì)生產(chǎn) 設(shè)備與生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制的裝置。它是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制理論而發(fā)展起 來(lái)的，它既不同于普通的計(jì)算機(jī)，又不同于一般的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，作為-種特 殊形式的計(jì)算機(jī)控制裝置，它在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、碩件組成、軟件結(jié)構(gòu)以及1/0通道、 用戶(hù)界面等諸多方面都有其特殊性。根據(jù)設(shè)計(jì)選用西門(mén)子s7-200型。simatic s-700可編程控制器是模塊化中 小型plc系統(tǒng)，能滿(mǎn)足中等性能要求的應(yīng)用；大范圍的各種功能模塊可以非常好 的滿(mǎn)足和適應(yīng)自動(dòng)化控制任務(wù)，各種單獨(dú)的模塊組合用以擴(kuò)展；簡(jiǎn)單實(shí)用的分散 式結(jié)構(gòu)和多界而網(wǎng)絡(luò)能力，使之應(yīng)用十分靈活；方便用戶(hù)和簡(jiǎn)易的無(wú)風(fēng)扇設(shè)

18、計(jì)； 當(dāng)控制任務(wù)增加吋，可以自由擴(kuò)展。根據(jù)設(shè)計(jì)選用s7-200的cpu型號(hào)為cpu226 型，其現(xiàn)有的端口能滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要并且具有模塊擴(kuò)展功能。4.1.4壓力傳感器的選型在系統(tǒng)中需要對(duì)進(jìn)水管網(wǎng)壓力和用戶(hù)供水壓力進(jìn)行測(cè)定和采樣，將壓力信號(hào) 轉(zhuǎn)換為4-20ma的電信號(hào)輸入到變頻器中，變頻器的輸出信號(hào)將直接控制水泵電 機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)設(shè)計(jì)需要現(xiàn)選用羅斯蒙特的3051t型表壓與絕壓變送器。它集傳感器、 電子技術(shù)與單隔離膜片設(shè)計(jì)與一體，實(shí)現(xiàn)表壓和絕壓測(cè)量的校驗(yàn)量程從0.3到 loooopsi o3.2、工作原理工作時(shí)，高、低壓側(cè)的隔離膜片和灌充液將過(guò)程壓力傳遞給灌充液，接著灌 充液將壓力傳遞到傳感器中

19、心的傳感膜片上。傳感膜片是一個(gè)張緊的彈性元件， 其位移隨所受壓而變化（對(duì)于gp表壓變送器，大氣壓如同施加在傳感膜片的低 壓側(cè)一樣）。ap絕壓變送器，低壓側(cè)始終保持一個(gè)參考?jí)毫Α鞲心て淖畲笪?移量為0.004英寸（0. 1毫米），且位移量與壓力成正比。兩側(cè)的電容極板檢測(cè) 傳感膜片的位置。傳感膜片和電容極板之間電容的差值被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流，電 壓或數(shù)字hart （高速可尋址遠(yuǎn)程發(fā)送器數(shù)據(jù)公路）輸出信號(hào)。（1）主要技術(shù)參數(shù)：總體性能：±0. 15%fs精度：±0075%fs絕對(duì)壓力：校驗(yàn)量程從0. 3至loooopsi表壓：校驗(yàn)量程從0. 3至loooopsi不銹鋼與哈氏合金

20、cr過(guò)程隔離膜片單隔離膜片設(shè)計(jì)灌充液：硅油與惰性油（2）主要特點(diǎn)： 高穩(wěn)定性、高精度、寬的工作溫度范圍； 抗沖擊、耐震動(dòng)、體積小、防水； 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出、良好的互換性、抗干擾性強(qiáng)； 最具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。4. 2.5 plc輸入輸出引腳分配依據(jù)設(shè)計(jì)恒壓系統(tǒng)的輸入輸出如下表所示：表4.2輸入輸出引腳分配表輸入引腳輸出引腳地址名稱(chēng)功能地址名稱(chēng)功能10.0sa1系統(tǒng)選擇自動(dòng)q0. 0kq11#水泵工頻10. 1sa21選1#水泵為主泵q0. 1kq21#水泵變頻10. 2sa22選2#水泵為主泵q0. 2kq32#水泵工頻10.3sa23選3#水泵為主泵q0. 3kq42#水泵變頻10.4fr11#水泵

21、故障q0.4kq53#水泵工頻10. 5fr22#水泵故障q0. 5kq63#水泵變頻j0.6fr33#水泵故障q0. 6kq7變頻器啟/停10. 7ka3變頻故障q0. 7kq8變頻器故障復(fù)位11.0sf系統(tǒng)啟動(dòng)q1.0kq9開(kāi)真空抑制器11. 1sr系統(tǒng)停止q1. 1kq10系統(tǒng)故障報(bào)警第四章變頻恒壓供水控制系統(tǒng)研究3.1變頻恒壓控制的原理用變頻器調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水相比其具有十 分顯著的節(jié)能效果，其優(yōu)點(diǎn)是：(1) 起動(dòng)平衡，起動(dòng)電流可以限制在額定電流范圍以?xún)?nèi)，從而避免了起動(dòng)是對(duì) 電網(wǎng)的沖擊。(2) 由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低，從而可以延長(zhǎng)水泵和閥門(mén)等的使用壽命。(3)

22、 可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制目標(biāo)就是通過(guò)壓力變化差值來(lái)改變水泵機(jī)組的運(yùn) 行狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)用戶(hù)管網(wǎng)的出口水壓跟隨設(shè)定的供水水壓。變頻恒壓控制的原 理如圖3. 1所示。圖3.1變頻恒壓控制的原理圖從恒壓控制的原理圖中可知，系統(tǒng)中當(dāng)用水需求增加吋，實(shí)際供水壓力將低 于設(shè)定壓力，系統(tǒng)將得到正壓力差，經(jīng)過(guò)計(jì)算和轉(zhuǎn)換，計(jì)算出變頻器輸出頻率的 增加值，將這個(gè)增量和變頻器當(dāng)前的輸出值相加，得出的值即為變頻器當(dāng)前應(yīng)該 輸出的頻率。該頻率使水泵機(jī)組轉(zhuǎn)速增大，從而使實(shí)際供水壓力提高，在運(yùn)行過(guò) 程屮該過(guò)程將被重復(fù)，直到實(shí)際供水壓力和設(shè)定壓力相等為止。如果運(yùn)行過(guò)程屮 實(shí)際供水壓力高于設(shè)定壓力

23、，情況剛好相反，變頻器的輸出頻率將會(huì)降低，水泵 機(jī)組的轉(zhuǎn)速減小，實(shí)際供水壓力因此而減小。同樣，最后調(diào)節(jié)的結(jié)果是實(shí)際供水 壓力和設(shè)定壓力相等。3.2變頻恒壓供水系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3. 2.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、 水泵機(jī)組以及低壓電器組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主耍任務(wù)就是利用恒壓控制單元使變頻 器控制三臺(tái)水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)以及水泵變頻和工頻 的切換等。3. 2. 2系統(tǒng)的控制方案的選擇和論證在恒壓供水系統(tǒng)中有多種控制方案：(1) 變頻器+壓力傳感器+水泵機(jī)組這種控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，將pid調(diào)節(jié)器和plc等硬件集成在變頻器的

24、供水基 板上，雖然簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)，降低了投資成本，但是無(wú)法自動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同時(shí) 段的不同恒壓要求。因此僅適用于要求不高的小容量的場(chǎng)合。(2) 通用變頻器+單片機(jī)+人機(jī)界面+壓力傳感器這種控制方式控制精度高、控制算法較靈活、參數(shù)調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。但是卻 存在研發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，程序修改較困難等因素。同時(shí)在運(yùn)行時(shí)變頻器的干擾很?chē)?yán)重， 必須采取相應(yīng)的抗干擾措施來(lái)保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。所以改系統(tǒng)適用于特 定的恒壓供水領(lǐng)域中。(3) 變頻器+plc+人機(jī)控制界面+壓力傳感器這種控制方式不僅靈活方便而且具有良好的通信接口，可以很方便的進(jìn)行系 統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換、通用行較強(qiáng)。由于plc的模塊化和系列化用戶(hù)可以靈活的組成

25、不 同的規(guī)模和靈活的控制系統(tǒng)。同時(shí)在硬件上只需確定plc的硬件配置和i/o的外 部接線(xiàn)，當(dāng)控制要求發(fā)牛改變時(shí)可以方便的通過(guò)pc機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制程序的改變。 在抗干擾方面plc抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，能適用于各種不同的恒壓供水場(chǎng)合。通過(guò)對(duì)以上的幾種控制方案的分析和比較，可以看出第三種控制方案更合適 于實(shí)際應(yīng)用。該控制方案既有擴(kuò)展功能靈活方便、也有便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，同 時(shí)能達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度的要求。控制方案的原理框圖如圖3. 2所示。圖3.2控制方案的原理框圖3.3變頻恒壓供水系統(tǒng)變頻控制方案變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案有多種，有一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)水泵的簡(jiǎn)單控 制方案，也有一臺(tái)變頻器控制幾臺(tái)水泵

26、的方案。利用單臺(tái)變頻器控制多臺(tái)水泵的 控制方案適用于大多數(shù)供水系統(tǒng)，是冃前應(yīng)用中比較先進(jìn)的一種方案。本設(shè)計(jì)屮 系統(tǒng)為一臺(tái)變頻器控制三臺(tái)水泵的方案。變頻控制方案原理圖如3. 5所示。3.4系統(tǒng)工作原理概述該系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式。在手動(dòng)方式時(shí)，按下按鈕可以啟動(dòng)和 停止水泵，可根據(jù)需要分別控制1號(hào)飛號(hào)水泵的啟停，該方式主要是供設(shè)備的 調(diào)試、自動(dòng)發(fā)生故障和檢修時(shí)使用。在自動(dòng)運(yùn)行吋，plc采集傳感器檢測(cè)到的管網(wǎng)出口壓力，與給定壓力相比較, 如小于給定壓力，通過(guò)變頻調(diào)節(jié)1號(hào)泵，使1號(hào)泵轉(zhuǎn)速逐漸上升，若1號(hào)泵已達(dá) 到額定轉(zhuǎn)速，管網(wǎng)出口壓力還小于給定壓力，將1號(hào)泵接工頻，2號(hào)泵接變頻器, 調(diào)節(jié)2號(hào)泵

27、，使2號(hào)泵轉(zhuǎn)速逐漸上升，若2號(hào)泵已達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，管網(wǎng)壓力仍然 小于給定壓力，將2號(hào)泵接到工頻，3#泵接變頻器，調(diào)節(jié)3號(hào)泵，使3號(hào)泵轉(zhuǎn)速 逐漸上升，這就是順序變頻升速的調(diào)節(jié)過(guò)程。反乙若此時(shí)傳感器檢測(cè)到的管網(wǎng) 壓力大于給定壓力，調(diào)節(jié)3號(hào)泵，使3號(hào)泵轉(zhuǎn)速逐漸降低，若3號(hào)泵達(dá)到最低轉(zhuǎn) 速，管網(wǎng)壓力還大于給定壓力，將3號(hào)泵與變頻器斷開(kāi)。將變頻器升至50hz, 切斷2號(hào)泵工頻，同時(shí)2號(hào)泵接變頻器，逐漸下調(diào)，若2號(hào)泵達(dá)到最低轉(zhuǎn)速，管 網(wǎng)壓力仍大于給定壓力，將2號(hào)泵與變頻器斷開(kāi)，頻率升至50戰(zhàn)，切斷1號(hào)泵 工頻，接變頻器，逐漸向下調(diào)節(jié)，直至管網(wǎng)水壓等于給定壓力。3.5恒壓供水系統(tǒng)的工藝要求本設(shè)計(jì)屮對(duì)三水泵恒壓

28、供水系統(tǒng)的基本要求如下：（1）在供水時(shí)要保持壓力的恒定運(yùn)行，系統(tǒng)波動(dòng)小。（2）三臺(tái)水泵根據(jù)恒壓需要，采取“先開(kāi)先?！钡脑瓌t接入和退出。（3）在用水量小的情況下，為防止一臺(tái)泵連續(xù)工作運(yùn)行，需要設(shè)定切換時(shí)間，當(dāng)時(shí)間到則自動(dòng)切換到下一臺(tái)水泵，以防止水泵長(zhǎng)時(shí)間磨損和其他水泵不 用而銹死。（4）水泵啟動(dòng)時(shí)具有軟啟動(dòng)功能，同時(shí)具有報(bào)警功能。（5）為了檢修和應(yīng)急應(yīng)設(shè)有手動(dòng)操作功能。第五章恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)工作流程圖在恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器根據(jù)壓力傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)自動(dòng)分析處 理，將變頻信號(hào)輸入供水泵，覺(jué)得水泵的的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)在plc的控制作用下 將根據(jù)水壓自動(dòng)增減水泵機(jī)組的數(shù)量。其整個(gè)工作

29、流程圖如圖5.1所示。vn圖5. 1系統(tǒng)流程圖+第六章plc選型5.2 plc的程序設(shè)計(jì)流程圖圖5. 2程序設(shè)計(jì)流程圖plc控制電路接線(xiàn)設(shè)計(jì)壓力傳感器西門(mén)子s7-200的cpu226型的接入電源為直流24v,適用于屮小型控制系統(tǒng), 可擴(kuò)展到248點(diǎn)數(shù)字量和35路模擬量，有兩個(gè)rs-485通信接口，在系統(tǒng)中plc 的接線(xiàn)如圖4. 4所示。系詢(xún)自動(dòng) 選擇1#冰泵為主泵 選擇2#水泵為主泵 選擇水泵為主泵1#水泵故障2#木泵故障 3#*泵故障a2 e5a cb ro4> sa2r3變頻故障wl系統(tǒng)啟動(dòng)一二"co系貓止旦二oqeq2p3 040gno6 o.7 2m-io三 一2 一3

30、二4 二、5 m l+semenss72sm l+¥-msosemens 6es7 235cdcdaroo4ognoaot如控制韌ko11 #水泵工頻 血2 1#水泵變頻 空2#水泵工頻 他2#水泵變頻kq53#水泵工頻 沁#水泵變頻 血變贈(zèng)啟/停變頻曇故障復(fù)位 陛一開(kāi)真空抑制器 鄴少系統(tǒng)故戦警n01lq2 plc電源ai01 +ai01-ai02+ai02-ai03+ai03-進(jìn)木壓力變送器盼壓力變送曇變頻解反慣圖4. 4 plc接線(xiàn)圖第七章plc梯形圖第2. 2.2程序梯形圖network 4t37coj 1cuctu1 1co1 1r1 1+12-pvq0.2s )1q0.3r

31、 )1network 6coq0.3s )1q0.2r ) 1network 7m4.0i0.2q0.2tiii(2network 8m4.011.2q0.4tiiir)2network 9t38inton+30000- ptm4.011.1t38t38c1c1cu ctur+12- pvnetwork 11c1q0.4s )1q0.5r )1network 12c1q0.5network 13m4.0itoq04q0.2i0.5q0.3i0.6m4.1(q0.6(m4.1network 15q0.4q0.5m4.2hw )q0.7i()m4.2i0.0mo.o-ii()network 171

32、0.1m0.1ti()network 18qo.o()network 19i0.7qo.om4.3()network 20m4.1q0.2tir)2network 21m4.2q0.4tir)2network 2211.7m4.1tir)1network 23i2.0m4.2tir)1network 2411.5q0.1network 25i0.0q1.0ti()network 2610.1 q1.1ti()network 2710.2 q1.2hi()10.3 q1.3ti()network 2910.4 q1.4ti()network 3011.0q1.5ti()network 3111.

33、1 q1.6ti()network 3211.2 q1.7ti()2. 2. 3程序分析本系統(tǒng)主要分為手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行兩部分，由于實(shí)驗(yàn)1/0點(diǎn)數(shù)限制，這里 僅編寫(xiě)了自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程。自動(dòng)模塊：當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行是，系統(tǒng)等待信號(hào)輸入，開(kāi)始檢測(cè)水管水壓, 當(dāng)用水量少，水壓力增高，k3接通，此時(shí)關(guān)閉兩臺(tái)泵；當(dāng)用水量曾多時(shí)，k2接 通，此時(shí)壓力正常，1臺(tái)水泵工作，同時(shí)每個(gè)三個(gè)小時(shí)換一次泵，由于時(shí)間繼電 器無(wú)法作到三個(gè)小時(shí)的延時(shí)，所以用計(jì)數(shù)器增加時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間；當(dāng)用水 量繼續(xù)增加，水壓下降，k1接通時(shí)，此吋兩臺(tái)水泵同時(shí)工作。水池這邊則用液 位傳感器，測(cè)量水池的液位，當(dāng)水池水位到達(dá)低位報(bào)警時(shí)，供水泵打

34、開(kāi)；當(dāng)水池 水位達(dá)到高位報(bào)警吋關(guān)供水泵，我本想在加一高高位報(bào)警，當(dāng)水位到達(dá)高高為時(shí), 供水泵可能岀現(xiàn)故障，無(wú)法關(guān)閉，此時(shí)關(guān)閉電動(dòng)蝶閥，讓水池水位不會(huì)繼續(xù)增加, 防止水溢出，但由于時(shí)間緊迫，最后沒(méi)有加上去。另外還有消火栓泵停泵水位也 應(yīng)作為輸入量，但由于設(shè)計(jì)中表現(xiàn)不明顯，故沒(méi)有設(shè)計(jì)。第八章指令語(yǔ)句表程序5. 3. 1主程序title=network 1ldsmo.ocall sbr5call sbrocall sbr45.3.2子程序title=子程序注釋/防真空?qǐng)?bào)警network 1ldr<vd& 0.1/工程轉(zhuǎn)換ldr>vd8, 0.2ldsmo.onotcall sbr

35、2, aiwo, 50.0, 0.(), vdoaml.lcall sbr2, aiw2, 16.0, 0.(), vd4oldcall sbr2, aiw4, 16.0, 0.(), vd8ml.lcall sbr3, vd12, 16.0, 0.0, aqw0network 6network 2ldm1.0/設(shè)定值下限euldr< vd12,2.0ldml.lmovr 2.0, vd12eunetwork 3old/設(shè)定值上限ld11.0ldr> vd12,8.5eumovr 7.0, vd12oldnetwork 4incwvw20/泵后壓力報(bào)警network 7ldr>

36、; vd4,9.0/重復(fù)故障報(bào)警ldr< vd4,6.0ldw>=vw20, 3notm1.3am1.0network 8oldldw=vw20, 1=m1.0ow=vw20, 2network 5tont101, 1800ld10ldr>vd4, vd12movw +0, vw20a10.7network 1()toft103,20/泵前壓力啟動(dòng)條件at103ldr> vd& 2.0=m0.2ldr< vd& 0.5network 16not/加泵計(jì)時(shí)器am1.2ldmo.ooldam0.1=m1.2asm0.5network 11eu/真空動(dòng)作

37、計(jì)時(shí)incwvw406ldml.lnetwork 17eu/加泵計(jì)時(shí)復(fù)位toft102,30ldmo.onetwork 12aw>=vw406, 180/真空抑制器動(dòng)作ldmo.oldt102anm0.1a10.0old=ql.lonmo.onetwork 13movw+0, vw406/運(yùn)行條件network 18ld10.0/加泵脈沖am1.2ldw=vw406, 60anm1.0euanml.l=m0.3anm1.3network 19an10.5/減泵計(jì)時(shí)器=mo.oldmo.onetwork 14am0.2/加泵條件asm0.5ld10.6eu=m0.1incwvw408net

38、work 15network 20/減泵計(jì)時(shí)復(fù)位l63.3ldmo.oaw>=vw40& 3ldmo.oanm0.2oldonmo.omovw+0, vw408network 21/減泵脈沖ldw=vw40& +2eu=m0.4ld10.4=l63.2ldl60.0call sbr1, l63.7, l63.6, l63.5, l63.4,l63.3, l63.2, vb412, vw410network 25/ 1變network 22/運(yùn)行次數(shù)累計(jì)器ld m0.0euincw vw410network 23/運(yùn)行計(jì)數(shù)器復(fù)位ld m0.0aw>= vw410, +

39、3movw +0, vw410network 24ldsmo.o=l60.0ldmo.o=l63.7ldm0.3=l63.6ldm0.4=l63.5ld10.2=l63.4ld10.3ldmo.oav412.1anv412.3anv412.5anv412.0tont130, 40at130q0.1network 26/1工ldmo.oav412.0anv412.1tont131,2at131=qo.onetwork 272變ldmo.oanv412.1av412.3anv412.5anv412.2tont132, 40at132=q0.3network 28ldmo.otont134, 4av

40、412.2at134anv412.3=q0.5tont133,2network 30at1333工=q0.2ldmo.onetwork 29av412.43變anv412.5ldmo.otont135,2anv412.1at135anv412.3=q0.4av412.5第九章設(shè)計(jì)心得本課題主要研究的是高層樓宇的供水系統(tǒng)。為此設(shè)計(jì)了一套具有plc和變頻 器控制的恒壓供水系統(tǒng)來(lái)控制樓宇的供水問(wèn)題。該系統(tǒng)采用plc控制變頻器進(jìn)行 pid調(diào)節(jié)，按實(shí)際需要隨意設(shè)定壓力給定值，根據(jù)壓差調(diào)整水泵的工作情況，具 有很好的最優(yōu)控制和穩(wěn)定性控制，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。根據(jù)供水的要求，此系統(tǒng)為一拖三閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，且變頻器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng) 機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，減少系統(tǒng)波動(dòng)現(xiàn)象和對(duì)電網(wǎng)的沖擊。系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了恒壓自動(dòng)控制, 不需要頻繁操作，提高了供水質(zhì)量。目前在國(guó)內(nèi)外變頻恒壓供水控制系統(tǒng)在高層樓宇中的應(yīng)用研究也發(fā)展迅速。 為了適應(yīng)不同樓宇的供水要求，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)又能兼 顧系統(tǒng)的電磁兼容性的供水系統(tǒng)也正在進(jìn)一步完善和發(fā)展。因此，有待于進(jìn)一步 研究和改善高層樓宇供水系統(tǒng)的性能，使其滿(mǎn)足對(duì)供水質(zhì)量