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恒压供水系统课程设计说明书第一章绪论摘要：随着社会主义市场经济的发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高；再加上目前能源紧缺，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然的趋势本论文分析恒压供水的原理及系统的组成结构，采用变频器和PLC实现恒压供水和数据传输。最后对系统的软硬件设计进行了详细的介绍。本论文的变频恒压供水系统已在国内许多实际的供水控制系统中得到应用，并取得稳定可靠的运行效果和良好的节能效果。经实践证明该系统具有高度的可靠性和实时性，极大地提高了供水的质量，并且节省了人力，具有明显的经济效益和社会效益。关键字：恒压供水；PLC；1.1设计的背景与意义随着变频技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统以其环保、节能和高品质的供水质量等特点，广泛应用于多层住宅小区及高层建筑的生活、消防供水中。变频恒压供水的调速系统可以实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中如何充分利用专用变频器内置的各种功能，对合理设计变频恒压供水设备、降低成本、保证产品质量等有着重要意义。变频恒压供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种系列化的方向发展。追求高度智能化、系列化、标准化，是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、智能楼宇、网PLC（西门子）设计说明络供水调度和整体规划要求的必然趋势。第二章设计方案2.1恒压供水系统2.1.1设计特点命变频恒压供水系统能适用生活水、工业用水以及消防用水等多种场合的供水要求，该系统具有以下特点:(1)供水系统的控制对象是用户管网的水压，它是一个过程控制量，同其他一些过程控制量(如:压力、流量)一样，对控制作用的响应具有滞后性。同时用于水泵转速控制的变频器也存在一定的滞后效应。(3)变频调速恒压供水系统要具有广泛的通用性，面向各种各样的供水系统，而不同的供水系统管网结构、用水量和扬程等方面存在着较大的差异，因此其控制对象的模型具有很强的多变性。(4)在变频调速恒压供水系统中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泉的停止和运行)是时时发生的，同时定量泵的运行状态直接影响供水系统的模型参数，使其不确定性地发生变化，因此可以认为，变频调速恒压供水系统的控制对象是时时变化的。(5)用变频器进行调速，用调节泵和固定泵的组合进行恒压供水，节能效果显著，对每台水泵进行软启动，启动电流可从零到电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击同时减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿。2.1.2课题研究的对象PLC（西门子）设计说明图2-1供水流程简图如果是高层楼，那么对水压的要求高，在水压低时，高层用户将无法正常用水甚至出现无水的情况，水压高时将造成能源的浪费。如图所示，这是设计的供水流程。自来水厂送来的水先储存的水池中再通过水泵加压送给用户。通过水泵加压后，必须恒压供给每一个用户。2.1.3系统的构成图2-2系统原理图如图2.3所示，整个系统由三台水泵，一台变频调速器，一台PLC和一个压力传感器及若干辅助部件构成。三台水泵中每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，三台泵协调工作以满足供水需要；变频供水系统中检测管路压力的压力传感器，一般采用电阻式传感器(反馈0～5V电压信号)或压力变送器(反馈4～20mA电流)；变频器是供水系统的核心，通过改变电机的频率实现电机的无极调速、无波动稳压的效果和各项功能。从原理框图，我们可以看出变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检测、控制系统、人机界面、以及报警装置等部分组成。(1)执行机构执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入用户管网，图2.3中的3个水泵分为二种类型:调速泵:是由变频调速器控制、可以进行变频调整的水泵，用以根据用水量PLC（西门子）设计说明的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定。恒速泵:水泵运行只在工频状态，速度恒定。它们用于在用水量增大而调速泵的最大供水能力不足时，对供水量进行定量的补充。(3)控制系统供水控制系统一般安装在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系统)、变频器和电控设备三个部分。①供水控制器:它是整个变频恒压供水控制系统的核心。供水控制器直接对系统中的工况、压力、进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构(即水泵)进行控制。②变频器:它是对水泵进行转速控制的单元。变频器跟踪供水控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。③电控设备:它是由一组接触器、保护继电器、转换开关等电气元件组成。用于在供水控制器的控制下完成对水泵的切换、手/自动切换等。2.1.4工作原理合上空气开关，根据压力设定值与压力实际值的偏差进行调节，并输出频率给定信号给变频器。变频器根据频率给定信号及预先设定好的加速时间控制水泵的转速以保证水压保持在压力设定值的上、下限范围之内，实现恒压控制。同时变频器在运行频率到达上限，会将频率到达信号送给PLC，PLC则根据管网压力的上、下限信号和变频器的运行频率是否到达上限的信号，由程序判断是否要起动第2台泵(或第3台泵)。当变频器运行频率达到频率上限值，并保持一段时间，则PLC会将当前变频运行泵切换为工频运行，并迅速起动下1台泵变频运行。此时PID会继续通过由远传压力表送来的检测信号进行分析、计算、判断，进一步控制变频器的运行频率，使管压保持在压力设定值的上、下限偏差范围之内。增泵工作过程：假定增泵顺序为l、2、3泵。开始时，1泵电机在PLC控制下先投入调速运行，其运行速度由变频器调节。当供水压力小于压力预置值时变频器输出频率升高，水泵转速上升，反之下降。当变频器的输出频率达到上限，并稳定运行后，如果供水压力仍没达到预置值，则需进入增泵过程。在PLC的逻辑控制下将1泵电机与变频器连接的电磁开关断开，1泵电机切换到工频运行，同时PLC（西门子）设计说明变频器与2泵电机连接，控制2泵投入调速运行。如果还没到达设定值，则继续按照以上步骤将2泵切换到工频运行，控制3泵投入变频运行。减泵工作过程：假定减泵顺序依次为3、2、1泵。当供水压力大于预置值时，变频器输出频率降低，水泵速度下降，当变频器的输出频率达到下限，并稳定运行一段时间后，把变频器控制的水泵停机，如果供水压力仍大于预置值，则将下一台水泵由工频运行切换到变频器调速运行，并继续减泵工作过程。如果在晚间用水不多时，当最后一台正在运行的主泵处于低速运行时，如果供水压力仍大于设定值，则停机并启动辅泵投入调速运行，从而达到节能效果。2.2控制结构的软件设计2.2.1plc程序设计PLC在系统中的主要实现的功能：(1)实现数字PID调节(2)对变频器的驱动控制。变频器常常采用模拟量控制方式，这需采用PLC的模拟量控制模块，该模块的模拟量输入端接收压力变送器送来的模拟信号，输出端送出经给定值与反馈值比较并经PID处理后得出的模拟量控制信号，并依此信号的变化改变变频器的输出频率。(3)因为本系统设计所需的输入输出点较多所选PLC要有充足的输入输出点。硬件配置如图所示PLC（西门子）设计说明图2-3恒压供水系统的硬件组态第2步组态完硬件模块后，分别下载到PLC。然后进行网络组态，组态好的网络如图所示。图2-4网络组态图第3步组态全部完成后就可以进行程序编程了，建立一个功能块进行编写，实现压力控制水位，用FC2，FC5实现采样程序，FC6实现WINCC和PLC之间的链接，再调用FC2FC5。程序如下所示：PLC（西门子）设计说明用DB100实现16路采样，从仿真窗口里输出的数值，输送给DB100数据块，通过程序直接控制WINCC页面里相应的压力，液位。如下图所示：图2-5程序图实现调用采样程序，程序如下所示PLC（西门子）设计说明Fc5调用FC2进行采样，程序如下所示PLC（西门子）设计说明图2-6采样程序2.5WinCC6.0监控界面的设计利用wincc6.0真实地反映了现场设备的状态，能够方便地通过对组态画面上的可控设备进行操作。监控系统部分画面如图，指针所指的数字和的液位的变化是同步的，如下所示，当压力变为10,40,80时，液位也相应的变为10，40,80.图2-7流量图PLC（西门子）设计说明2-8流量图水位变化2-9流量图水位变化由DB100里的数据，来控制水位曲线的变化，液面的高低是由曲线的高低来控制的。相对应的采样画面如下所示:PLC（西门子）设计说明图2-10采样图图2-11采样图变化PLC（西门子）设计说明图2-12采样图变化第三章总结经历了一星期的课程设计，使我们对恒压供水系统有了充分的了解，PLC控制器以其技术成熟、通用性好、可靠性高、安装灵活、扩展方便、性能价格比高等一系列优点，在工业、生活中得到了越来越广泛的应用，在恒压供水系统中也得到一定程度的推广。在此次课程设计中，使我们学到了很多东西，用WINCC画图真实反映现场设备，用PLC编写程序控制画面。在这过程中，非常感谢丛申老师的悉心指导，在学习的过程中，丛申老师帮助了我们很多，指导我们使用WINCC，耐心的教我们正确编写程序，老师一丝不苟的精神时刻激励着我们，我们一定会用优异的成绩来回报老师。PLC（西门子）设计说明参考文献[1]李金城.PLC在城市污水处理中的应用[J].自动化与控制,2005（1）:154[2]都志民，明立雪.PLC在污水处理过程中的应用[M].济南：山东出版社2006[3]杨帆.基于PLC的污水处理控制系统[J].武汉化工学院电气信息学院,2004（1）:47-50[4]黄维菊.污水处理工程设计[M].北京：国防工业出版社2008[5]栗小宽.PLC技术在中小型污水处理厂的应用[J].科技创新导报,2008（2）:113[6]崔新胜.PLC控制系统在污水处理系统中的应用[J].甘肃科技，2009，25（1）:21-22[7]陈金华.可编程技术及应用[M].天津：天津大学出版社2008[8]高钦和.可编程控制器应用与设计实例[M].北京：人民邮电出版社2004[9]何庆泉.PLC控制系统在污水处理中的应用[M].深圳：化学工业出版社2003[10]吴中俊，黄永红.可编程控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社2004[11]黎一强.PLC技术在生活污水处理及回用系统中的应用[J].自动化技术与应用，2008，27（8）:123-125[12]高德欣，路永华.PLC在城市污水处理系统中的应用[M].青岛：山东出版社2006