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摘 要
在城市化进程迅速的今天，城市的居住形式主要是生活小区，那么小区供水系统的建设就显得尤为重要。而且随着城市用水量不断增加，对供水系统的建设提出了更高的要求。供水的经济性、可靠性、稳定性直接影响到小区住户的正常生活和工作。本系统是针对居民生活用水而设计的一套由变频器、PLC、水泵机组等设备组成的自动变频恒压供水控制系统。该系统将PLC、变频器、相应的传感器和执行机构有机地结合起来，并发挥各自优势，能够最大程度满足需要，具有运行稳定、操作简单和高效节能等特点。该系统对变频器内置PID模块参数进行预置，通过压力传感器对水压的反馈构成闭环控制系统；PID模块根据用水量的变化调节水泵的输出流量，实现恒压供水，并达到有效节能的目的。本文首先介绍了采取变频调速方式实现恒压供水相对于传统的阀门控制恒压供水方式的节能原理；其次，对水泵机组的各种供水状态及转换的条件、水泵由变频转工频运行方式的切换过程进行分析，着重研究并提出了基于PLC和变频器的恒压供水系统的方案，并给出了硬件设计和PLC控制程序设计。
关键词：PLC；变频调速；恒压供水
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ABSTRACT
In today's rapid urbanization, urban living is mainly living quarters, then the construction of residential water supply system is particularly important. And with the growing urban water demand, water supply systems, the proposed higher requirements. Economics of water supply, reliability and stability to the district residents directly affected the normal life and work.The system is designed for household water set by the frequency converter, PLC, water pump and other equipment consisting of automatic constant pressure water supply control system. System PLC, frequency converter, the corresponding sensors and actuators together organically, and play their respective advantages, the control system easy to operate, not only to the greatest extent to meet the needs of stability and security of its operating performance, simple and convenient mode of operation , and the complete and thoughtful features, will make water saving water, saving, labor saving, high efficiency high-quality final run, reliable, energy-saving purposes. This paper introduces the way to achieve frequency control constant pressure water supply valve control compared to conventional energy-saving principle of constant pressure water supply. Converter built-in PID module on the preset parameters, using hydraulic pressure sensor feedback, closed loop system. According to changes in water consumption, to PID regulation mode, by adjusting the pump output flow, constant pressure water supply and efficient energy. Then it analyzes the state of pump units and conversion of various water conditions, analysis of the pump frequency by the frequency change operating mode of the switch process. Important parts of functional analysis, focusing on research and put forward based on PLC and frequency constant pressure water supply system program, were given control of the hardware design and PLC programming.
Keywords: PLC; frequency control; constant pressure water supply
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目 录
1 绪论 .......................................................................................................................... 1
1.1 研究背景 ........................................................................................................ 1 1.2 变频恒压供水系统的国内外研究现状 ........................................................ 2 1.3 供水系统安全性讨论 .................................................................................... 2 1.4 本文的设计思想 ............................................................................................ 3 2 系统的理论分析及方案的确定 .............................................................................. 4
2.1 调速方式的比较与选择 ................................................................................ 4 2.2 控制系统方案 ................................................................................................ 6 2.3 供水系统的控制流程 .................................................................................... 9 2.4 变频恒压供水系统中加减水泵的条件分析 .............................................. 11 3 变频恒压供水系统的硬件设计 ............................................................................ 13
3.1 PLC选型及接线 ........................................................................................... 13
3.1.1 PLC选型 ............................................................................................. 13 3.1.2 PLC的接线及I/O分配 ..................................................................... 16 3.2 水泵机组选型 .............................................................................................. 18 3.3 变频器选型及接线 ...................................................................................... 19
3.3.1 变频器选型 ........................................................................................ 19 3.3.2 变频器的接线 .................................................................................... 23 3.4 PID调节器 ................................................................................................... 23 3.5 压力传感器 .................................................................................................. 25 3.6 系统主电路设计 .......................................................................................... 26 4 系统软件设计 ........................................................................................................ 27
4.1 PLC控制 ....................................................................................................... 27
4.1.1 PLC程序流程图 ................................................................................. 27 4.1.2 手动运行 ............................................................................................ 28 4.1.3 自动运行 ............................................................................................ 28 4.2 编程及介绍 .................................................................................................. 29
4.2.1 总程序的顺序功能图 ........................................................................ 29 4.2.2 自动运行顺序功能图 ........................................................................ 30 4.2.3 手动模式顺序功能图 ........................................................................ 31
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4.2.4 系统程序梯形图设计 ........................................................................ 32
5 总结与展望 ............................................................................................................ 33 致 谢 ........................................................................................................................ 34 参考文献 .................................................................................................................... 35 附录A 系统硬件总图 .............................................................................................. 36 附录B 系统梯形图 .................................................................................................. 37
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1 绪论
1.1 研究背景
在城市化进程迅速的今天，城市的居住形式主要是生活小区，那么小区供水系统的建设就显得尤为重要。供水的经济性、可靠性、稳定性直接影响到小区住户的正常生活和工作。
假定一栋楼有10层，由于高层楼对水压的要求高，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。因此，自来水厂通过水泵加压后，必须恒压供给每一个用户。传统的供水方式如水塔高位水箱供水，单片机变频调速供水系统等都存在不同程度浪费水力、电力资源；效率低；可靠性差；自动化程度不高等缺点，严重影响了居民的用水和工业系统中的用水。目前的供水方式朝向高效节能、自动可靠的方向发展。变频调速技术以其显著的节能效果和稳定可靠的控制方式，在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用，特别是在城乡工业用水的各级加压系统，居民生活用水的恒压供水系统中，变频调速水泵节能效果尤为突出。应用变频器恒压供水，因为水箱能大幅度减小，因此能有效地减小楼房的负载，由于减小了供水水箱和楼房的负荷，何以节约工程造价，相应地也扩大了楼房的面积。
由于采用了变频调速，减小了供水水泵的频繁启动，可以使水泵工作在高效状态，从而可以节约能源，减小对电网的冲击。由于电动机所消耗的功率与转速的立方成正比，因此可以获得较好的节能效果。二是在开、停机时能减小电流对电网的冲击以及供水水压对管网系统的冲击。三是用变频器进行调速，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命。
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
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