基于PLC的恒压供水系统控制

基于PLC的恒压供水系统控制基于可编程控制器的恒压供水系统控制：摘要随着社会经济的迅速发展，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趋势。本论文结合我国中小城市多层住宅小区的用水现状，设计了一套基于PLC的变频调速恒压自动控制供水系统。变基于PLC的恒压供水系统控制本文内容：摘要随着社会经济的迅速发展，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趋势。本论文结合我国中小城市多层住宅小区的用水现状，设计了一套基于PLC的变频调速恒压自动控制供水系统。变频调速恒压供水自动控制系统由可编程控制器、内置PID变频器、水泵电机组、压力传感器、及控制柜等构成。在变频调速恒压供水系统中，单台水泵工况的调节是通过变频器来改变电源的频率来改变电机的转速，从而改变水泵性能曲线得以实现的。分析水泵工况的能耗比较图，可以看出利用变频调速实现恒压供水，当转速降低时，流量与转速成正比，功率以转速的三次方下降，与传统供水方式中用阀门节流方式相比，在一定程度上可以减少能量损耗，能够明显节能。本控制系统中采用了德国SIMENS公司的S7-200可编程控制器，同时选取了一个用于供水系统压力控制的内置PID算法的变频器。该变频器对压力给定值与测量值的偏差进行处理，实时控制变频器的输出电压和频率，进而改变水泵电动机的转速来改变水泵出水口流量，实现管网压力的自动调节，使管网压力稳定在设定值附近。关键词：PLC；恒压供水；变频调速AbstractWiththerapidsocio-economicdevelopment,peopleonthereliabilityofwaterqualityandwatersupplysystemshavehigherrequirements;coupledwiththecurrentenergyshortage,theuseofadvancedautomationtechnology,controltechnologyandcommunicationtechnology,designhigh-performance,highenergy,abletoadaptWaterSupplySystemindifferentfieldshasbecomeaninevitabletrend.ThispapercombinesthesmallandmediumcitiesinChinaswaterstatusresidentialarea,designedaPLC-basedcontrolwatersupplysystemfrequencycontrol.FrequencyControlConstantPressureWaterSupplyControlSystemconsistsofaprogrammablecontroller,built-inPIDinverter,waterpumpturbine,pressuresensors,andcontrolcabinetcomposition.Inthefrequencycontrolwatersupplysystem,asinglepumpoperatingconditionsbyadjustingthefrequencyconvertertochangethepowertochangethemotorspeed,thuschangingthepumpperformancecurvecanberealized.Analysisoftheenergyconsumptionofpumpconditioncomparisonchart,youcanseeusingfrequencycontrolconstantpressurewatersupply,whenthespeeddecreases,theflowandspeedisproportionaltothecubeofpowertospeeddown,andtraditionalwatersupplyusingthevalvesectionflowmethod,comparedtoacertainextent,reduceenergyconsumption,energysavingcanbesignificant.ThecontrolsystemusedinthecompanyoftheGermanSIMENSS7-200programmablecontroller,andselecttheoneforthewatersystemsbuilt-inpressurecontrolPIDalgorithmconverter.Thepressuretransduceronagivenvalueandthemeasureddeviationforprocessing,real-timecontrolofoutputvoltageandfrequencyconverter,andthenchangethewaterpumpmotorspeedtochangethewaterpumpoutletflow,achieveautomaticadjustmentofthepressurepipenetwork,topipenetworkpressurestabilizedatsetpointinthevicinity.Keywords:PLC;constantpressurewatersupply;FrequencyControl目录第一章绪论11.1城市供水系统的要求11.1.1一台恒速泵直接供水系统11.1.2恒速泵+水塔的供水方式11.1.3射流泵十水箱的供水方式21.1.4恒速泵十高位水箱的供水方式21.1.5恒速泵十气压罐供水方式21.1.6变频调速供水方式31.2变频恒压供水产生的背景和意义51.3国内外研究概况5第二章恒压供水系统82.1变频恒压供水系统82.2课题研究的对象92.3变频恒压供水控制方式的选择102.3.1逻辑电子电路控制方式102.3.2单片微机电路控制方式102.3.3带PID回路调节器或可编程序控制器(PLC)的控制方式102.3.4新型变频调速供水设备112.4变频构成恒压供水系统的及工作原理122.4.1系统的构成122.4.2工作原理142.4.3变频恒压供水系统中加减水泵的条件分析152.5PID控制原理16第三章器件的选型及介绍203.1PLC的概述203.1.1PLC的简介203.1.2S7-200概述233.2本设计系统PLC功能243.3变频器的选型253.4PLC扩展模块EM235的I／O点及地址分配293.4.1EM235的简介293.4.2EM235的技术规范303.4.3EM235的校准及配置323.4.4EM235的使用说明33第四章控制系统设计及编程344.1控制系统的电气系统控制344.2PLC编程及介绍354.2.1多泵组泵站泵组管理规范364.2.2程序的结果以及程序功能的实现36结论与展望49致谢50参考文献51附录152附录253附录354附录455第一章绪论1.1城市供水系统的要求众所周知，水是生产生活中不可缺少的重要组成部分，在节水节能己成为时代特征的现实条件下，我们这个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低。主要表现在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量，出现水压降低供不应求的现象，而在用水低峰期，水的供给量常常高于需求量，出现水压升高供过于求的情况，此时将会造成能量的浪费，同时有可能导致水管爆破和用水设备的损坏。在恒压供水技术出现以前，出现过许多供水方式。以下就逐一分析。1.1.1一台恒速泵直接供水系统这种供水方式，水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，有的甚至连蓄水池也没有，直接从城市公用水网中抽水，严重影响城市公用管网压力的稳定。这种供水方式，水泵整日不停运转，有的可能在夜间用水低谷时段停止运行。这种系统形式简单、造价最低，但耗电、耗水严重，水压不稳，供水质量极差。1.1.2恒速泵+水塔的供水方式这种方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系统所需要压力。水塔注满后水泵停止，水塔水位低于某一位置时再启动水泵。水泵处于断续工作状态中。这种供水方式，水泵工作在额定流量额定扬程的条件下，水泵处于高效能区。这种方式显然比前种节电，其节电率与水塔容量、水泵额定流量、用水不均匀系数、水泵的开、停时间比、开/停频率等有关。供水压力比较稳定。但这种供水方式基建设备投资最大，占地面积也最大;水压不可调，不能兼顾近期与远期的需要；而且系统水压不能随系统所需流量和系统所需要压力下降而下降，故还存在一些能量损失和二次污染问题。而且在使用过程中，如果该系统水塔的水位监控装置损坏的话，水泵不能进行自动的开、停，这样水泵的开、停，将完全由人操作，这时将会出现能量的严重浪费和供水质量的严重下降。1.1.3射流泵十水箱的供水方式这种方式是利用射流泵本身的独特结构进行工作，利用压差和来水管粗，出水管细的变径工艺来实现供水，但是由于其技术和工艺的不完善，加之该方式会出现有压无量(流量)的现象，无法满足高层供水的需要。1.1.4恒速泵十高位水箱的供水方式这种方式原理与水塔是相同的，只是水箱设在建筑物的顶层。高层建筑还可分层设立水箱。占地面积与设备投资都有所减少，但这对建筑物的造价与设计都有影响，同时水箱受建筑物的限制，容积不能过大，所以供水范围较小。一些动物甚至人都可能进入水箱污染水质。水箱的水位监控装置也容易损坏，这样系统的开、停，将完全由人工操作，使系统的供水质量下降能耗增加。1.1.5恒速泵十气压罐供水方式这种方式是利用封闭的气压罐代替高位水箱蓄水，通过监测罐内压力来控制泵的开、停。罐的占地面积与水塔水箱供水方式相比较小，而且可以放在地上，设备的成本比水塔要低得多。而且气压罐是密封的，所以大大减少了水质因异物进入而被污染的可能性。但气压罐供水的方式也存在着许多缺点，在介绍完变频调速供水方式后，再将二者作一比较。1.1.6变频调速供水方式这种系统的原理是通过安装在系统中的压力传感器将系统压力信号与设定压力值作比较，再通过控制器调节变频器的输出，无级调节水泵转速。使系统水压无论流量如何变化始终稳定在一定的范围内.变频调速水泵调速控制方式有三种:水泵出口恒压控制、水泵出口变压控制、给水系统最不利点恒压控制。（1）出口恒压控制水泵出口恒压控制是将压力传感器安装在水泵出口处，使系统在运行过程中水泵出口水压恒定。这种方式适用于管路的阻力损失在水泵扬程中所占比例较小，整个给水系统的压力可以看作是恒定的，但这种控制方式若在供水面积较大的居住区中应用时，由于管路能耗较大，在低峰用水时，最不利点的流出水头高于设计值，故水泵出口恒压控制方式不能得到最佳的节能效果。（2）出口变压控制水泵出口变压控制也是将压力传感器安装在水泵出口处，但其压力设定值不只是一个。是将每日24小时按用水曲线分成若干时段，计算出各个时段所需的水泵出口压力，进行全日变压，各时段恒压控制。这种控制方式其实是水泵出口恒压控制的特殊形式。他比水泵出口恒压控制方式能更节能，但这取决于将全天24小时分成的时段数及所需水泵出口压力计算的精确程度。所需水泵出口压力计算得越符合实际情况越节能，将全天分得越细越节能，当然控制的实现也越复杂。（3）最不利点恒压控制最不利点恒压控制是将压力传感器安装在系统最不利点处;使系统在运行过程中保持最不利点的压力恒定。这种方式的节能效果是最佳的，但由于最不利点一般距离水泵较远，压力信号的传输在实际应用中受到诸多限制，因此工程中很少采用。变频调速的方式在节能效果上明显优于气压罐