plc控制的恒压变频供水系统电气系统设计
摘 要当今社会由于工业的发展和人们生活水平的显著提高，导致用水量的增加，然而水资源的总量是有限的，造成了用水紧张。由于城市水平的发展的加速，城市中人民大都是购买生活小区来居住的，因为关系着居民的生活，那么在城市中小区的供水就显得十分的重要了。本系统是针对供水泵站而设计的一套由PLC、变频器、水泵机组等设备组成的自动恒压变频供水系统。为了满足各方面的需要，我们结合了PLC、传感器和变频器让其发挥各自的优势，这样不仅具有节能的效果，而且能够使系统稳定的运行，同时我们还根据自己的要求设置变频器中的PID的参数，再由压力传感器反馈水压的变化，如果水压变化了就可以用PID模块调节水泵以此来实现供水的恒定。这篇文章先是对比了变频调速供水和传统的供水，发现其优缺点；其次，分析每个泵的转化的条件，工作的状态以及他的切换的方式，以此来研究出恒压供水的方案，并且要自己设计出硬件、控制程序、电路图和控制电路。通过对本次学习利用PLC和变频器设计系统的设计理念，为以后系统的设计和应用奠定扎实基础。
Key words:PLC, Constant pressure frequency conversion, PID, The water supply 目 录
第一章 绪论 1
1.1课题意义 1
1.2恒压供水的研究现状 1
1.2.1国内研究现状 1
1.2.2系统的比较 2
1.3本课题的设计方案 2
1.3.1系统的总体布局 3
1.3.2系统总体方案 3
1.3.3系统的特点 4
1.4本课题的主要工作 4
第二章 恒压供水系统的方案 5
2.1系统的基本构成 5
2.2变频器 5
2.2.1 变频器简介 5
2.2.2变频器的配线图 6
2.3系统的软启动 8
2.3.1软启动的原理以及特点 8
2.3.2 软启动的启动方式 9
2.2.3常见的故障 11
2.3 本章小结 11
第三章 供水系统用水量的相关计算 12
3.1用户用水量的相关计算 12
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
3.2水泵扬程的计算 13
3.3水泵的选择 13
3.3.1生活供水泵的选择 13
3.3.2消防泵的选择 14
3.4 本章小结 14
第四章 系统硬件电路的选型及设计 15
4.1 主要器件的选择 15
4.1.1电动机的选型 15
4.1.2变频器和软启动器的选型 15
4.1.3控制器件的选型 16
4.2PID调节器 17
4.2.1PID调节原理 17
4.2.2 PID参数调节 18
4.2.3 PID的调整和算法 18
4.3压力传感器的选型 20
4.4 系统电气部分设计 20
4.4.1恒压供水方案 20
4.4.2 主电路设计 21
4.4.3真空泵电路设计 22
4.4.4电动阀控制电路 23
4.4.5 PLC线路图 23
4.4.6 控制线路 24
4.4.7 系统总布线图 27
4.5 本章小结 27
第五章 恒压供水系统的软件设计 28
5.1 PLC程序编写的基本步骤 28
5.2继电器在PLC程序中的作用 28
5.3 恒压供水系统I/O分配表 30
5.4 程序流程图 30
5.5 程序编写 30
5.5.1 梯形图的基本绘制规则 30
5.5.2 梯形图 31
5.6 程序调试 31
5.6.1 PLC程序的运行和模拟调试 31
5.6.2 硬件功能调试 31
5.6.3 系统总体调试 31
5.7 本章小结 32
结束语 33
致 谢 34
参考文献 35
附录A 36
附录B 40
第一章 绪论
1.1课题意义
当今社会，由于工业的发展和人们生活水平的显著提高，导致用水量的增加，然而水资源的总量是有限的，造成了人们的用水非常紧张。由于生活水平的提高，楼房成为人们物质生活水平不可缺少的部分，那么楼房居民区的供水成了炙手可热的问题。供水系统的高效、稳定、经济、节约直接影响用户的用水和水资源的节约。
在传统的供水系统中，我们运用了水位供水、气压供水和单片机变频供水等系统，但是这几种供水方式不仅浪费了水资源，而且效率和稳定性都十分的差，这会影响人们正常的生活。而如今供水系统的发展向是高效、节能、智能和可靠。因为变频调速的控制方式具有稳定、可靠、节能的特点，所以他们在制冷压缩机，水泵等耗费能源高的设备上具有了广泛的应用，因此在恒压供水的系统中水泵的变频调速技术的应用是十分重要的。变频调速供水能够减小水箱，进而减少楼房的负载，节能、安全、高效率是其特点，因此供水系统常常运用变频调速技术。恒压供水实现变频调速供水，根据水量的变化，调节供水量，满足人们的供水需求同时还节约水资源，这一措施在当今社会供水系统中具有重要意义。
1.2恒压供水的研究现状
变频调速供水系统由于在居民区、高层大厦、工矿企业、城镇等地区的广泛应用，使得变频调速供水系统成为了新型的供水方式，节能效果非常明显。在高压供水系统中运用变频调速供水能够更好的实现节能的目的。随着科技的发展和电子控制行业的进步，可编程逻辑控制电路被广泛应用到变频调速系统中，实现系统的自动切换变频，使系统更加高效、节能、安全。
1.2.1国内研究现状
目前国内的供水方式有三种：
（1）、水池水泵管网系统用户
本供水方式在地下设一座供水池，集中恒压变频供水，系统设有三台水泵，能够自动切换供水来保持系统压力的不变，这是集中供水的方式。恒压供水是在保证压力不变的情况下，如果居民的用水量发生变化，就会自动调节系统的参数，这样就可以节约能源，同时运用软启动的方法可以使电机的使用寿命得到大大的延长，而如果水泵有故障时，系统会自动跳过故障的水泵，来达到恒压供水。
（2）、水池水泵高水位箱用户
该系统还配备了地下水箱，由两台水泵将水送到高位水箱，再用高位水箱将水送到用户处，以实现集中式供水。该技术是较为成熟的供水方式。
（3）、水箱增压泵高位水箱用户
本系统水箱和增压泵是一个统一的整体，定义为增压器。屋顶有水箱，高水位时不供水，低水位时进行供水，这样就可以节约能源和延长水泵的使用寿命，社会效益比较好。
1.2.2系统的比较
上面的三种供水方式每一种都具有不同的优缺点，所以小区的供水方式也具有不同的选择。
（1）水池水泵管网系统用户
国内普遍采用这种供水方式，运用变频恒压供水，供水泵工作灵活。这样可以保证系统有备用供水泵，确保每个泵运行时间相同，防止水泵生锈坏死的现象，提高利用率，降低维修费用。
（2）水池水泵高水位箱用户
这种供水方式，首先将水通过水泵送至高水位箱，再由水箱将水送至用户。利用水箱供水，无法避免水箱的清洁问题，而且清理中可能会造成二次污染，影响居民正常用水。所以这个方案被淘汰。
Key words:PLC, Constant pressure frequency conversion, PID, The water supply 目 录
第一章 绪论 1
1.1课题意义 1
1.2恒压供水的研究现状 1
1.2.1国内研究现状 1
1.2.2系统的比较 2
1.3本课题的设计方案 2
1.3.1系统的总体布局 3
1.3.2系统总体方案 3
1.3.3系统的特点 4
1.4本课题的主要工作 4
第二章 恒压供水系统的方案 5
2.1系统的基本构成 5
2.2变频器 5
2.2.1 变频器简介 5
2.2.2变频器的配线图 6
2.3系统的软启动 8
2.3.1软启动的原理以及特点 8
2.3.2 软启动的启动方式 9
2.2.3常见的故障 11
2.3 本章小结 11
第三章 供水系统用水量的相关计算 12
3.1用户用水量的相关计算 12
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3.2水泵扬程的计算 13
3.3水泵的选择 13
3.3.1生活供水泵的选择 13
3.3.2消防泵的选择 14
3.4 本章小结 14
第四章 系统硬件电路的选型及设计 15
4.1 主要器件的选择 15
4.1.1电动机的选型 15
4.1.2变频器和软启动器的选型 15
4.1.3控制器件的选型 16
4.2PID调节器 17
4.2.1PID调节原理 17
4.2.2 PID参数调节 18
4.2.3 PID的调整和算法 18
4.3压力传感器的选型 20
4.4 系统电气部分设计 20
4.4.1恒压供水方案 20
4.4.2 主电路设计 21
4.4.3真空泵电路设计 22
4.4.4电动阀控制电路 23
4.4.5 PLC线路图 23
4.4.6 控制线路 24
4.4.7 系统总布线图 27
4.5 本章小结 27
第五章 恒压供水系统的软件设计 28
5.1 PLC程序编写的基本步骤 28
5.2继电器在PLC程序中的作用 28
5.3 恒压供水系统I/O分配表 30
5.4 程序流程图 30
5.5 程序编写 30
5.5.1 梯形图的基本绘制规则 30
5.5.2 梯形图 31
5.6 程序调试 31
5.6.1 PLC程序的运行和模拟调试 31
5.6.2 硬件功能调试 31
5.6.3 系统总体调试 31
5.7 本章小结 32
结束语 33
致 谢 34
参考文献 35
附录A 36
附录B 40
第一章 绪论
1.1课题意义
当今社会，由于工业的发展和人们生活水平的显著提高，导致用水量的增加，然而水资源的总量是有限的，造成了人们的用水非常紧张。由于生活水平的提高，楼房成为人们物质生活水平不可缺少的部分，那么楼房居民区的供水成了炙手可热的问题。供水系统的高效、稳定、经济、节约直接影响用户的用水和水资源的节约。
在传统的供水系统中，我们运用了水位供水、气压供水和单片机变频供水等系统，但是这几种供水方式不仅浪费了水资源，而且效率和稳定性都十分的差，这会影响人们正常的生活。而如今供水系统的发展向是高效、节能、智能和可靠。因为变频调速的控制方式具有稳定、可靠、节能的特点，所以他们在制冷压缩机，水泵等耗费能源高的设备上具有了广泛的应用，因此在恒压供水的系统中水泵的变频调速技术的应用是十分重要的。变频调速供水能够减小水箱，进而减少楼房的负载，节能、安全、高效率是其特点，因此供水系统常常运用变频调速技术。恒压供水实现变频调速供水，根据水量的变化，调节供水量，满足人们的供水需求同时还节约水资源，这一措施在当今社会供水系统中具有重要意义。
1.2恒压供水的研究现状
变频调速供水系统由于在居民区、高层大厦、工矿企业、城镇等地区的广泛应用，使得变频调速供水系统成为了新型的供水方式，节能效果非常明显。在高压供水系统中运用变频调速供水能够更好的实现节能的目的。随着科技的发展和电子控制行业的进步，可编程逻辑控制电路被广泛应用到变频调速系统中，实现系统的自动切换变频，使系统更加高效、节能、安全。
1.2.1国内研究现状
目前国内的供水方式有三种：
（1）、水池水泵管网系统用户
本供水方式在地下设一座供水池，集中恒压变频供水，系统设有三台水泵，能够自动切换供水来保持系统压力的不变，这是集中供水的方式。恒压供水是在保证压力不变的情况下，如果居民的用水量发生变化，就会自动调节系统的参数，这样就可以节约能源，同时运用软启动的方法可以使电机的使用寿命得到大大的延长，而如果水泵有故障时，系统会自动跳过故障的水泵，来达到恒压供水。
（2）、水池水泵高水位箱用户
该系统还配备了地下水箱，由两台水泵将水送到高位水箱，再用高位水箱将水送到用户处，以实现集中式供水。该技术是较为成熟的供水方式。
（3）、水箱增压泵高位水箱用户
本系统水箱和增压泵是一个统一的整体，定义为增压器。屋顶有水箱，高水位时不供水，低水位时进行供水，这样就可以节约能源和延长水泵的使用寿命，社会效益比较好。
1.2.2系统的比较
上面的三种供水方式每一种都具有不同的优缺点，所以小区的供水方式也具有不同的选择。
（1）水池水泵管网系统用户
国内普遍采用这种供水方式，运用变频恒压供水，供水泵工作灵活。这样可以保证系统有备用供水泵，确保每个泵运行时间相同，防止水泵生锈坏死的现象，提高利用率，降低维修费用。
（2）水池水泵高水位箱用户
这种供水方式，首先将水通过水泵送至高水位箱，再由水箱将水送至用户。利用水箱供水，无法避免水箱的清洁问题，而且清理中可能会造成二次污染，影响居民正常用水。所以这个方案被淘汰。
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