2022年PLC变频调速恒压供水标准系统毕业研发设计方案.docx

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1、烟台工程职业技术学院机电 系机电一体化专业 2021级毕业设计（论文）题 目:PLC 的恒压供水系统设计姓名张凯学号 2021060196指导老师（签名）二年月 日烟台工程职业技术学院毕业设计（论文诚 信 承 诺 书本人谨慎承诺：我所撰写的设计（论文）是在老师的指导下自主完成，没有剽窃或抄袭他人的论文或成果；如有剽窃、抄袭，本人情愿为由此引起的后果承担相应责任；毕业论文（设计）的争论成果归属学校全部；同学签名：张凯20 年 月 日摘要随着人民生活水平的日趋提高，新技术和先进设备的应用，使给供水设计得到了进展的机遇；于是挑选一种符合各方面规范、卫生安全而又经济合理的供水方式，对我们给供水设计带来

2、了新的挑战；本系统采纳PLC进行规律掌握，采纳带PID 功能的变频器进行压力调剂，系统存在工作牢靠，使用便利，压力稳固，无冲击等优越性；本设计恒压变频供水设备由PLC、变频器、传感器、低压电气掌握柜和水泵等组 成；通过 PLC、变频器、继电器、接触器掌握水泵机组运行状态, 实现管网的恒压变流量供水要求；设备运行时, 压力传感器不断将管网水压信号变换成电信号送入PLC,经PLC运算处理后 , 获得正确掌握参数 , 通过变频器和继电器掌握元件自动调整水泵机组高效率地运行；供水系统的监控主要包括水泵的自动启停掌握、供水压力的测量与调节、系统主管道水压的；系统水处理设备运转的监视、掌握；故障及反常状况

3、的报警 等；现场监控站内的掌握器按预先编制的软件程序来满意自动掌握的要求，即依据供 水管的高 /低水压位信号来掌握水泵的启 /停及进水掌握阀的开关，并且进行溢水和枯水的预警等；文中具体介绍了所选PLC 机、变频器、传感器的特点、各高级单元的使用及设定情形，给出了系统工作流程图、程序设计流程图及设计程序；关键词：可编程掌握器；变频器；传感器目录1 前言 11.1 供水系统进展过程及现状 11.2 供水系统的概述 11.2.1 变频恒压供水系统主要特点：11.2.3 恒压供水设备的主要应用场合：21.2.4 恒压供水技术实现： 22 系统总体设计方案 32.1 系统设计方案 32.1.1 系统掌握

4、要求 32.1.2 掌握方案 32.1.3 运行特点 42.1.4 系统方案 42.2 可编程掌握器 PLC 的特点及选型 62.2.1 PLC特点及应用 62.2.2 可编程掌握器的选型 62.3 变频器选型及特点 172.3.1 ABB 产品信息： 72.3.2 变频节能理论： 72.3.3 变频恒压供水系统及掌握参数挑选：82.3.4 变频恒压供水系统的优点及表达 92.4 远传压力表 92.4.1 主要技术指标 102.4.2 结构原理 102.5 系统掌握流程设计 102.5.1 系统组成及作用 102.5.2 系统运行过程 113 软件设计 133.1 系统中检测及掌握开关 I/O

5、 安排 133.2 流程图 153.4程序设计： 164. 节能实例运算 305. 结论 33致谢 46参考文献 471 前言1.1 供水系统进展过程及现状一般规定城市管网的水压只保证6 层以下楼房的用水，其余上部各层均须“提升”水压才能满意用水要求；以前大多采纳传统的水塔、高位水箱，或气压罐式增压 设备，但它们都必需由水泵以高出实际用水高度的压力来“提升”水量，其结果增大 了水泵的轴功率和能量损耗；自从变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用；变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用；变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90

6、岁月初开头经受了一次飞跃；恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调剂系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满意用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统；在实际应用中得到了很大的进展；随着电力电子技术的飞速进展，变频器的功能也越来越强；充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着特别重要的意义；新型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，仍是系统的稳固性、牢靠性、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成效；恒压供水调速系统的这些优越性，引起国内几乎全部

7、供水设备厂家的高度重视，并不断投入开发、生产这一高新技术产品；目前该产品正向着高牢靠性、全数字化微机掌握，多品种系列化的方向进展；追求高度智能化，系列标准化是将来供水设备适应城镇建设成片开发智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必定趋势；在短短的几年内，调速恒压供水系统经受了一个逐步完善的进展过程，早期的单泵调速恒压系统逐步为多泵系统所代替；虽然单泵产品系统设计简易牢靠，但由于单泵电机深度调速造成水泵、电机运行效率低，而多泵型产品投资更为节约，运行效率高，被实际证明是最优的系统设计，很快进展成为主导产品；1.2 供水系统的概述1.2.1 变频恒压供水系统主要特点：1、节能，可以实现节电 20%

8、-40%，能实现绿色用电；2、占地面积小，投入少，效率高；3、配置敏捷，自动化程度高，功能齐全，敏捷牢靠；4、运行合理，由于是软起和软停，不但可以排除水锤效应，而且电机轴上的平均扭矩和磨损减小，削减了修理量和修理费用，并且水泵的寿命大大提高；5、由于变频恒压调速直接从水源供水，削减了原有供水方式的二次污染， 防止了很多传染疾病的传染源头；6、通过通信掌握，可以实现无人值守，节约了人力物力；1.2.2 传统定压方式的弊病：1、治理不便、因与大气连通易引起的管道腐蚀；2. 由于水箱内微生物、藻类孳生，仍可能对系统造成二次污染，所以每年定压水箱都需定期爱护，并由卫生防疫部门检验；3. 定压水箱需占用

9、较大空间，需要特地的地点来放置；4. 高位定压水箱系统的掌握靠投入泵的台数来调剂，但这种调剂方式不能做到供水量和用水量的正确匹配，水泵长期偏离高效区工作，效率低下；5. 系统频繁的起停泵，对水泵、电机及开关器件都会缩短使用寿命；6. 使用高位水箱供水，在系统流量较大时，管网压力会有较大的变化，造成部分用户资用压头不够，显现诸如流量不足、冷热不均等情形；7. 在供水泵的选型上，设计人员为了提高系统安全系数，电机选型都较大；在用水负荷较小或低区采纳减压阀、节流孔板等来调剂剩余水头时，大量的能量消耗在阀上，都造成电能的铺张；1.2.3 恒压供水设备的主要应用场合：1. 高层建筑，城乡居民小区，企事业

10、等生活用水；2. 各类工业需要恒压掌握的用水，冷却水循环，热力网水循环，锅炉补水等；3. 中心空调系统；4. 自来水厂增压系统；5. 农田浇灌，污水处理，人造喷泉；6. 各种流体恒压掌握系统；1.2.4 恒压供水技术实现：通过安装在管网上的压力传感器，把水压转换成420mA的模拟信号，通过变频器内置的 PID掌握器，来转变电动水泵转速；当用户用水量增大，管网压力低于设定压力时，变频调速的输出频率将增大，水泵转速提高，供水量加大，当达到设定压力时，电动水泵的转速不再变化，使管网压力恒定在设定压力上；反之亦然；目前沟通电机变频调速技术是一项业已广泛应用的节能技术；由于电子技术的飞速进展，变频器的性

11、能有了极大提高，它可以实现掌握设备软启软停，不仅可以降低设备故障率，仍可以大幅削减电耗，确保系统安全、稳固、长周期运行；长期以来区域的供水系统都是由市政管网经过二次加压和水塔或天面水池来满意用户对供水压力的要求；在小区供水系统中加压泵通常是用最不利用水点的水压要求来确定相应的扬程设计，然后泵组依据流量变化情形来选配，并确定水泵的运行方 式；由于小区用水有着季节和时段的明显变化，日常供水运行掌握就常采纳水泵的运行方式调整加上出口阀开度调剂供水的水量水压，大量能量因消耗在出口阀而铺张， 而且存在着水池“二次污染”的问题；变频调速技术在给水泵站上应用，胜利地解决了能耗和污染的两大难题；2 系统总体设

12、计方案2.1 系统设计方案2.1.1 系统掌握要求恒压供水掌握系统的基本掌握要求是：采纳电动机调速装置与可编程掌握器PLC构成掌握系统，进行优化掌握泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环掌握，在管网流量变化时达到稳固供水压力和节约电能的目的；系统的掌握目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入 CPU运算处理后，发出掌握指令，掌握泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳固在设定的压力值上；2.1.2 掌握方案在住宅小区水厂的管网系统中，由于管网是封闭的，泵站供水的流量是由用户用水量打算的，泵站供水的压

13、力以满意管网中压力最不利点的压力缺失 P和流量 Q之间存在着如下关系：P=KQ；2式中 K一为系数设 PL为压力最不利点所需的最低压力，就泵站出口总管压力P应按下式关系供水，就可满意用户用水的要求压力值，又有正确的节能成效；P=PL+P=PL+KQ2因此供水系统的设定压力应当依据流量的变化而不断修正设定值，这种恒压供水技术称为变量恒压供水，即供水系统最不利点的供水压力为恒值而泵站出口总管压力连续可调；典型的自动恒压供水系统的结构框图如下列图；系统具有掌握水泵出口总管压力恒定、变流量供水功能，系统通过安装在出水总管上的压力传感器，实时将压力、流量非电量信号转换为电信号，输入至可编程掌握器 PLC

14、的输入模块，信号经CPU运算处理后与设定的信号进行比较运算，得出正确的运行工况参数，由系统的输出模块输出规律掌握指令和变频器的频率设定值，掌握泵站投运水泵的台数及变量泵的运行工况，并实现对每台水泵的调剂掌握；2.1.3 运行特点以4台水泵的恒压供水系统为例，系统在自动运行方式下，可编程掌握器掌握变频器、软启动 1#泵，此时 1#泵进入变频运行状态，其转速逐步上升，当供水量Q1/3Qmax 时Qmax为4台水泵全部工频运行时的最大流量 ，可编程掌握器 CPU依据供水量的变化 自动调剂 1#泵的运行转速，以保证所需的供水压力；当用水量Q在1 3QmaxQ23Qma之x 间时， 1#泵已不能满意用户

15、所需的用水量，这时可编程掌握器发出指令将1#泵转为工频运行，并软启动 2#泵，使 2#泵进入变频运行工况，2#泵的运行转速由用户用水量 打算 ， 以 保证 供水系统最不 利点 所需 的供 水压力； 当外 需供 水量 Q为 2 3QmaxQ 设定值N第 k-1 台泵切换为市电运行N=N+1k=k-13.2.2 程序设计 ：第一，对模拟量模块进行参数的设定；在PLC 运行的第一个周期里，将数值 #C2F3 送入 13CH；其中， #C2F3 是对模拟量参数进行规定后的代码；处理002CH通道中的数值，利用常 ON指令，将 002CH的内容与数值 #00FF 进行规律与操作，目的是屏蔽高八位，保留低

16、八位；并将结果传送到数据区DM210（ P1 当前值）中；处理 002CH通道中的数值，利用常 ON指令，将 002CH的内容与数值 #FF00 进行规律与操作，目的是屏蔽低八位，保留高八位；并将结果传送到数据区DM220（P2 当前值）中；将 DM220中的高八位传送到 DM230的低八位中，再将DM230中的二进制数值转换成 BCD吗后传送到DM240中；处理 003CH通道中的数值，利用常 ON指令，将 003CH的内容与数值 #00FF 进行规律与操作，目的是屏蔽高八位，保留低八位；并将结果传送到数据区DM310（ F当前值）中；处理003CH 通道中的数值，利用常ON 指令，将 00

17、3CH 的内容与数值#FF00 进行规律与操作，目的是屏蔽低八位，保留高八位；并将结果传送到数据区DM320（备用）中；将 DM320中的高八位传送到 DM330的低八位中，再将 DM330中的二进制数值转换成 BCD吗后传送到 DM340中；将 DM210的内容传送给 12CH通道，即将 P1 的内容传送给 P11，为变频器供应管网压力值 ；手动或电机过载的信号处理程序：KA1RF1ka1gKA2RF2Ka2g001001011011101101110110当1号泵手动 /自动转换信号在手动位置或 1号泵电机过载时，输出一个手动或故障标志；当 2号泵手动 /自动转换信号在手动位置或 2号泵电

18、机过载时，输出一个手动或故障标志；当 3 号泵手动 /自动转换信号在手动位置或 3 号泵电机过载时，输出一个手动或故障标志；当 4 号泵手动 /自动转换信号在手动位置或 4 号泵电机过载时，输出一个手动或故障标志；KA1RF1ka1gKA2RF2Ka2g001001011011101101110110分别取ka1g ka4g的上升沿操作并放置于中间标志 35.01 35.04 中，分别将上升沿信号与变频器掌握信号进行与操作，即在供水泵处于变频工作时，转变频泵换到手动掌握或电机过载，就视为变频泵故障，该信号在后面用来关闭变频器的运行；市供水压力超低（ T80经延时后）、循环倒泵的上升沿（ 35.

19、07 ）、变频泵故障的上升沿（ 35.09 ）、显现任意信号时，将输出一个禁止变频泵工作信号；经过2秒后解锁；设定循环倒泵时间为 24小时，到达时间后输出倒泵信号，禁止变频泵运行，对变频运行标志实施左移操作，将变频运行权移交到下一台泵上；PLC第一次运行或变频运行标志超界时，设定第一台泵为变频泵；在变频状态下时，变频泵处于自动运行且无过载现象，同时市供水管网压力正常、无循环倒泵信号、变频泵无故障、变频器无故障时，系统答应变频器进入运行状态；当各联锁显现其中的某一个时，变频器运行答应将进入停止状态；从而关闭变频器的工作；设定工频加泵频率的区间和摘泵的区间；频率设定在 #00F8 #00FF（大约在48Hz 52Hz）时，为加工频泵的上限频率，频率设定在 #0000 #0033（大约在0Hz 10Hz）时，为减工频泵的下限频率；用变频器输