PLC在高楼供水系统中的应用(PLC+变频器恒压供水系统)

摘要
本文分析了变频调速技术在恒压供水系统中的应用，提出了以PLC+变频器相结合的恒压供水系统的设计方案，并介绍了系统组成及工作原理。(优秀毕业设计网 www.2bysj.cn)
关键词：变频器     恒压供水系统

A Constant Pressure Water Supply System in Building Based on PLC＆Inverter
Abstract 
This paper introduces the technique features of inverter for a constant pressure water supply system,analyzes a control system with PLC＆inverter control,and discussed the control system and its working principles.
Key Words: inverter      constant pressure water supply system

随着城市建筑供水问题的日益突出，保持供水压力的恒定，提高供水质量是相当重要的；同时要求供水的可靠性和安全性。本次设计是针对上述问题设计的供水方式和控制系统，由主回路，备用回路，一个清水池及泵房组成。其中，泵房装有1#~3#共3台泵机，还有多个电动闸阀或蝶阀控制各供水回路和水流量。控制系统采用了以具有丰富功能的PLC为核心的多功能高可靠性控制系统。
水泵作为供水工程中的通用机械，消耗着大量的能源，电耗往往占制水成本的60%以上，在我国，每年水泵的电能消耗占电能总消耗的21%。为了节约降耗，必须采取调节措施使泵站适应负荷变化的运行。
本次设计内容包括PLC设计常用标准和规范，设计内容力求做到简明扼要，严格按照设计标准进行设计，从而设计出复合设计要求，适合实际生产情况的PLC供水系统，真正做到使生产效率大大提高，节约了生产成本，节省生产成本。
本次设计介绍一种变频调速恒压供水系统，该系统可根据管网瞬间压力变化，自动调节某台水泵的转速和多台水泵的投入及退出，使管网主干管出口端保持在恒定的设定压力值，并满足用户的流量需求，使整个系统始终保持高效节能的最佳状态。
优缺点：
   本系统的优点可以归纳为以下几个方面:
(1) 系统造价经济性
由于采用“一拖多”控制方式，与“一控一”方式相比较，硬件投资成本较少，具有较高的价格竞争优势;
(2) 系统构造简单和易维护性
系统由功能相对独立的通用设备单元构成，便于故障判断和日常维护保养及功能性单元替换;
(3) 通用性和灵活性
系统基本不受用户的使用场所和应用环境限制，可通过软件功能块的组合将其扩展到其他类同的供水应用场合，具有较强的灵活性;
(4) 智能性
系统可在无人职守的情况下，通过对故障的检测判断，自动地按“优美降级使用”方案处理，减少了系统停机断水现象;
(5) 保护功能全面性
系统除具有常规的过载、过流、过压等保护功能，还具有无水停机、管网上限压力保护等附加功能性保护。
当然，本次设计的供水系统也并非完美无缺，比如在某台电机变频运行向工频运行切换的过程中，由于在变频驱动切断后电机处于滑停运转方式，此时，电机处于感应发电状态，存在着感应发电相位与工频电源的相位不一致的可能性，容易造成在向工频切换时的电流冲击现象。为避免这一现象，可采用通过软起动器驱动各个需工频运转的电机的方案。在实际应用中，对于380V/110kW以下容量的电机，只要缩短电机自由滑停段的时间(一般控制在200ms以内)，就可以减少感应发电状态下的非同期相位的电量累积，减小工频切换时的冲击影响。

系统简介
为改善生产环境，某公司投资清洁水技改工程并建成一座日产水2.5万顿的供水系统，分别建设了抽水泵系统、加压泵系统和高位水池。根据公司用水需求特点，从抽水泵系统过来的水一部分直接供给生产用水部门，一部分则需通过加压泵输送到高位水池，而供给生产用水部门的水压与供给高位水池的水压相差较大。同时高位水池距抽水泵房较远达十多公里，高位水池的液位高低和加压泵系统的设计以及如何与抽水泵系统“联动”也是较难解决的。
鉴于以上特点，从技术可靠和经济实用角度综合考虑，我们设计了用PLC控制与变频器控制相结合的自动恒压控制供水系统，同时通过主水管线压力传递较经济地实现了加压泵系统与抽水泵系统“远程联动”的控制目的

系统组成
系统主要由电动机，变频器，PLC控制器，软起动器，电机保护器数据采集及其辅助设备组成。
控制要求及技术指标
1：供水压力要求恒定，波动一定要小，尤其在换泵时。
2：三台泵根据压力的设定，采用“先开先停”的原则。
3：为了防止一台泵长时间运行，需设定运行时间。当时间到时，自动切换到下一抬泵，以防止泵长时间不用而锈死。
4：要有完善的保护和报警功能。
5：为了检修和应急要设有手动功能。
6：需要有水池防抽空功能。
技术指标
  ●供水扬程： 4—120 m
  ●供水流量： 2—2000 m3/h
  ●水泵功率：   0.55—75 KW
  ●平均节电率： 30—60%
  ●压力调节精度：0.01Mpa
  ●预定压力设定数：第1、2压力。其中第2压力设定值为消防用水压力。
● 水泵数量及功率可根据用户实际情况来选定。





目     录
摘要…………………………………………………………………………………………………Ⅲ
ABSTRACT………………………………………………………………………………………Ⅳ
第一章 绪论………………………………………………………………………………………1
    1.1PLC 的用途与特点………………………………………………………………………3
第二章 系统组成及控制要求……………………………………………………………………6
2.1系统简介…………………………………………………………………………………6
2.2系统组成…………………………………………………………………………………6
2.3控制要求及技术指标……………………………………………………………………6
2.4变频器的技术参数………………………………………………………………………7
第三章 控制系统设计……………………………………………………………………………8
3.1确定控制方案……………………………………………………………………………8
3.1.1抽水泵系统………………………………………………………………………9
3.1.2半自动运行………………………………………………………………………9
3.1.3手动………………………………………………………………………………9
3.1.4 加压泵系统……………………………………………………………………10
3.1.5 系统实现功能…………………………………………………………………10
3.2主电路设计………………………………………………………………………………10
3.3PLC的接线图…………………………………………………………………………… 11
3.4控制电路图………………………………………………………………………………11
3.5程序设计…………………………………………………………………………………11
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第四章 PLC选型分析………………………………………………………………………………12
4.1硬件设置…………………………………………………………………………………12
4.2系统软件…………………………………………………………………………………12
4.3PLC的I/O分配……………………………………………………………………………13
4.4PLC主要技术条件分析……………………………………………………………………13
4.5PID应用及介绍……………………………………………………………………………14
4.6PID计算……………………………………………………………………………………16
4.7PLC系统状态分析…………………………………………………………………………17
第五章  结束语……………………………………………………………………………………18
参考文献……………………………………………………………………………………………19