基于PLC的恒压供水控制系统设计.docx

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1、摘要近些年来，伴随着人类经济社会的高速发展，中国城市内大型高层建筑的数量也越来越多，因此，使得人类社会对一些基本公用设施的需求也愈来愈高。其中，各楼层的中高层供水已经成为了一项关键的环节,而供水性能的好坏也直接影响到了住户的生活品质和安全保护。由此可知,通过先进的自动控制技术,来设计一种供水特性和节水特性都优异的、可以在复杂环境内工作的供水系统已经逐渐成为了一个现代供水系统发展的大趋势。本论文以P1C为核心，对高层住宅小区的变频恒压供水系统进行了设计和研究。本系统采用西门子S7-300P1C作为控制核心，采用变频器、压力传感器等设备，实现了对其的实时监控。同时，利用管网水压作为控制参数，根据用

2、户的需水量来确定P1e对水泵的运行状态，并利用变频调速装置来调节水泵的转速,从而达到对管网水压的恒定控制。在这其中,中、高层建筑的供应是一个非常重要的环节，它的供水质量将直接关系到居民的居住质量与安全。由此可知，通过科学的自主控制,来设计一种供应特性和节水特性都优异的、并且能够适应环境变化复杂的高层恒压供水系统，逐渐成为每一个现代供水系统发展的主要趋势。关键词：恒压供水；P1C；PID；变频器AbstractInrecentyears,withtherapiddeve1opmentofhumaneconomyandsociety,thenumberof1argehigh-risebui1din

3、gsinChinesecitiesisa1soincreasing,sothedemandofhumansocietyforsomebasicpub1icfaci1itiesisgettinghigherandhigher.Amongthem,themidd1eandhigh-risewatersupp1yofeachf1oorhasbecomeakeyIink7andtheperformanceofthewatersupp1ya1sodirect1yaffectsthequa1ityof1ifeandsafetyprotectionoftheresidents.Therefore,throu

4、ghtheadvancedautomaticcontro1techno1ogy,todesignawatersupp1ysystemwithexce11entwatersupp1ycharacteristicsandwater-savingcharacteristics,andcanworkinacomp1exenvironmenthasgradua11ybecomeagenera1trendofmodernwatersupp1ysystemdeve1opment.Thispaperdesignedandstudiedthefrequencyconversionconstantpressure

5、watersupp1ysysteminhigh-riseresidentia1areawithP1C.ThesystemusesSiemensS7-300P1Casthecontro1core,usingfrequencyconverter,pressuresensorandotherequipment,torea1izeitsrea1-timemonitoring.Atthesametime,thepipenetworkwaterpressureisusedasthecontro1parametertodeterminetheoperationstateofP1Conthewaterpump

6、accordingtothewaterdemandoftheuser;andthefrequencyconversionspeedregu1atingdeviceisusedtoadjustthespeedofthewaterpump,soastoachievetheconstantcontro1ofthepipenetworkwaterpressure.Amongthem,thesupp1yofmediumandhigh-risebui1dingsisaveryimportantIink7anditswatersupp1yqua1itywi11bedirect1yre1atedtothe1i

7、vingqua1ityandsafetyofresidents.Therefore7itcanbeseenthat,throughscientificindependentcontro1,todesignahigh-riseconstantpressurewatersupp1ysystemwithexce11entsupp1ycharacteristicsandwater-savingcharacteristics,andcanadapttothecomp1exenvironmenta1changes,hasgradua11ybecomethemaintrendofthedeve1opment

8、ofeverymodernwatersupp1ysystem.Keywords:constantpressurewatersupp1y;P1C;PID;frequencyconverter目录摘要1Abstract2一、绪论5（一）课题研究背景和意义5（二）变频恒压供水系统现状6二、变频恒压供水系统原理分析8（一）供水系统的工作特性与工作点8（二）恒压供水系统控制原理及PID控制10（三）供水系统的安全11三、变频恒压供水系统硬件设计11（一）变频恒压供水控制系统结构方案设计11（二）变频恒压供水系统构成12（三）变频恒压供水系统设计14分析控制系统需求后，有如下I/O分配16四、变频恒压供水

9、系统软件设计20（一）恒压供水系统程序流程20（二）梯形图22五、系统的调试与仿真27（一）水泵电机运行状态仿真2735（二）组态界面31结论致谢错误!未定义书签。参考文献36一、绪论(-)课题研究背景和意义作为人类生存之本的水源，对人们的生活是极为重要的，而要想解决人们日常生活与生产活动中的用水需求，就需要设计一套科学合理的供水系统，来解决日常生产活动中可能会遇到的供水质量和安全等用水问题。因此做好供水系统，有着非同寻常的重要意义。在日常的城镇供水系统中，多数都是通过自来水控制系统中的电机推动泵工作。在供水管网之中形成一定的水压之后,再通过水泵迫使自来水流动，之后再利用供水管网将水运往不同用

10、户处。然而，由于能源消耗的问题，若可以使得水泵机组能够高效、稳定地工作，降低能耗，这将会使城市的水供应符合可持续发展的发展策略，而且在经济效益方面具有十分重大的作用。中国的水供应规模很大，同时应用范围也较为广泛。但是我国的技术水平与经济效应等工程标准与一些水平较为先进的国家相比，还是较为落后。由于人们生活水平的提高，人们对生活的方便程度的要求也变高了。所以供水系统的设计与建设也就显得越来越重要。比如，人们开始对供水系统工作的可靠性提出了较高的要求，对供水的质量问题有着较高的标准。为了保证供水的质量问题，确保供水压力恒定就是一个重要的条件。因为在一些高层建筑或者一些特殊性质的工业领域里有着格外重

11、要的意义,例如在消防领域里,在应对火情时，需要在短时间内大量供水，如果在这个时候的供水水压过低或者有供水不稳定现象的发生，从而无法达到消防供水的要求，影响灭火救灾，就会对人们的生命财产安全造成重大损失。由于不少居民日常生活中不同时段用水量的变化较为频繁,使得经常会出现自来水供需不平衡的状况，这种现象主要便是体现在供水压力的变化之上。比如，水量需求较多而供水量较少，会使管网内压力较小，反之，就会使管网内压力较大。因此可以知道，恒定供水管网当特别是在保障水资源供求关系、改善供水品质、维护供水系统的安全、稳定、稳定的前提下，显得尤为关键。此前国内在高层供水领域的技术它的技术比较落后，而且它的自动化水

12、平也比较低。通常情况下，需要不断地开启和关掉电机来调整水压，或是水塔的二次给水。这两种方法都有不同的问题。比如会产生巨大的能源消耗，这种巨大的能源消耗，会影响到电网中的其他设备。同时，它对控制装置的频繁切换也会影响到装置的使用寿命。同时，也存在着对土地占用、经济等方面的巨大投入。然而，在使用变频技术后，不但使系统工作时的可靠性得到了改善，同时也大大降低了装置起动频率的问题。由于设备是软启动，所以设备的运行效果较为平稳，并且也杜绝了机械或者是电气冲击等现象的发生，从而避免造成更大的损失同时还消除了传统的利用水塔等其他的供水方式从而对供水质量造成不必要的污染现象的情况。由此可以看出，由此可见，若能

13、在供水模式上直接确保其安全和节能、经济实用、稳定、可靠、调整功能强等优点，不但可以扩大供水的使用范围，而且还可以提高经济和社会的综合效益。（二）变频恒压供水系统现状1国内外变频供水系统现状由于世界范围内变频技术的高速发展，变频恒压供水技术同时也得到了高速的发展，在早年时期，外国生产的变频器功能主要只是为了电机输出频率、转速等方面的调节，亦或者是专注于电机正反转、启制动控制等功能或者是对其他电机的各类保护功能的实现。若类似功能无法达到供水系统的要求，执意使用只会使供水系统成为执行机构的角色。所以为了能够达到在用水量发生变化的情况下管网水压保持恒定的要求，可在变频器外部设置有对管网压力实时监测的传

14、感器设备,从而达成对管网水压的闭环控制的要求。现如今,在经过一定的改良以后，变频技术已经变得更为的成熟，国外已经有一些厂家推出了具备恒压供水特色的变频器。诸如此类的设备虽有简化电路结构，并且降低成本的优点,但与此同时，其对输出接口也有更高的要求，且其要求系统具有更为良好的动态性能和稳定性,否则很难与其他监控系统进行实时的数据通信，而且这种装置的承载能力也有限。因此，在实际应用当中，也是有各种限制的。我国有一些相关方面的专业人士很早以前就已经开始在供水系统的模拟及控制方面开始尝试使用计算机控制技术。有些系统将变频技术与像开关技术等其他各种技术相结合，用手动控制来改变水泵电机的运行状态包括改变水泵

15、出口阀的开度状态。由此达成恒压供水的目标。但此种方式有着控制线路复杂、操作工序繁琐、维护难度较大、自动化程度较低等一系列的缺点。为了解决这一系列问题，在此基础之上，逐渐产生了以微机或者P1C技术为核心的监控系统，这样就可以大大提升系统的自动化程度。但是这样又诞生了一些其他的问题，因为水泵电机一直是恒速运行状态，这样就只能通过调节水泵出口阀度大小来决定水流量的大小。这样会消耗大量能源，并不利于系统的后续发展10-11。由此，水泵电机的速度可以利用变频器装置利用变频器装置来进行控制和调整，这样就可以调整泵的输出水流。通过与电机转速成正比的水流流速和电机消耗功率与转速方成正比，可以看出当使用者的用水

16、减少时，电机的转速会降低,而泵的出水量会减少。电机功率消耗将显著降低。以此来实现节能的要求。据上，就有了通过P1C和变频器构成并且为核心的变频恒压供水系统。2.变频恒压供水系统主要应用场合及优点变频恒压供水系统目前在很多行业当中都有比较广泛的应用，例如有以下几种比较常见的应用场合：比如对一些高层区域的供水、对城村居民住宅区的生活供水，对各种企业单位的供水、对在各行业工厂中的生产活动供水，对冷却水循环系统中的供水以及对农田灌溉和污水处理领域的供水。变频恒压供水系统有着如下各式各样的显著优点，第一，高效节能，其通常可以节约达百分之十五到百分之四十五的能量。第二，恒压供水，当出现供水流量不稳定的情况时，该系统通过对水压进行有效的调节。第三，由于该系统采用闭环控制，用水通过输水管线向用户提供，因此水质更加安全和卫生。这样就可以避免因水塔等设施的过多使用而引起的“二次污染”，第四