【正文】 統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控。因此，研究提水系統(tǒng)的能量模型，找出能夠節(jié)能的控制策略方法，這里大有潛力可挖，是減少能耗，保障供水的一個很有意義的工作。這一方面是由于我國居民多，用水量大，造成用電量大:另一方面是因為我國供水設備工作效率低，控制方式不夠科學合理。我國泵站的特點是數量大、范圍廣、類型多、發(fā)展速度快，在工程規(guī)模上也有一定水平，但由于設計中忽視動能經濟觀點以及機電產品類型和質量上存在的一些問題等等原因，致使在技術水平、工程標準以及經濟效益指標等方面與國外先進水平相比，還有一定的差距。由于城市供水量不斷加大，對城市管網的實時監(jiān)測提出了更高的要求。隨著社會經濟的迅速發(fā)展，水對人民生活與工業(yè)生產的影響日益加強，人民對供水的質量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。在小區(qū)供水中，而且由于調速式是經水泵加壓后直接送往用戶的，防止了的水質二次污染，保證了飲用水水質可靠。由于氣壓罐的調節(jié)容量僅占其總容積的1/31/6，因而每個罐的調節(jié)能力很小，只得依靠頻繁的啟動來保證供水，這樣將產生較大的噪聲，同時由于啟動過于頻繁，壓力不穩(wěn)，加之硬啟動，電氣和機械沖擊較大，設備損壞很快。在運行效果上，氣壓罐方式與調速式相比也存在著一定差距。而變頻調速式中的調速裝置占地面積僅為幾平米。而變頻調速供水系統(tǒng)的變頻器是一臺由微機控制的電氣設備，不存在消耗多少鋼材的問題。而變頻恒壓供水在系統(tǒng)用水量下降時可無級調節(jié)水泵轉速，使供水壓力與系統(tǒng)所需水壓大致相等，這樣就節(jié)省了許多電能，同時變頻器對水泵采用軟啟動，啟動時沖擊電流小，啟動能耗比較小。氣壓罐方式依靠壓力罐中的壓縮空氣送水，氣壓罐配套水泵運行時，水泵在額定轉速、供水壓力將超出系統(tǒng)所需要的壓力從而造成能量的浪費。這種方式的節(jié)能效果是最佳的，但由于最不利點一般距離水泵較遠，壓力信號的傳輸在實際應用中受到諸多限制，因此工程中很少采用。(3)最不利點恒壓控制最不利點恒壓控制是將壓力傳感器安裝在系統(tǒng)最不利點處。他比水泵出口恒壓控制方式能更節(jié)能，但這取決于將全天24小時分成的時段數及所需水泵出口壓力計算的精確程度。是將每日24小時按用水曲線分成若干時段，計算出各個時段所需的水泵出口壓力，進行全日變壓，各時段恒壓控制。這種方式適用于管路的阻力損失在水泵揚程中所占比例較小，整個給水系統(tǒng)的壓力可以看作是恒定的，但這種控制方式若在供水面積較大的居住區(qū)中應用時，由于管路能耗較大，在低峰用水時，最不利點的流出水頭高于設計值，故水泵出口恒壓控制方式不能得到最佳的節(jié)能效果。:水泵出口恒壓控制、水泵出口變壓控制、給水系統(tǒng)最不利點恒壓控制。但氣壓罐供水的方式也存在著許多缺點，在介紹完變頻調速供水方式后，再將二者作一比較。罐的占地面積與水塔水箱供水方式相比較小，而且可以放在地上，設備的成本比水塔要低得多。水箱的水位監(jiān)控裝置也容易損壞，這樣系統(tǒng)的開、停，將完全由人工操作，使系統(tǒng)的供水質量下降能耗增加。占地面積與設備投資都有所減少，但這對建筑物的造價與設計都有影響，同時水箱受建筑物的限制，容積不能過大，所以供水范圍較小。 恒速泵+高位水箱供水方式這種方式原理與水塔是相同的，只是水箱設在建筑物的頂層。而且在使用過程中，如果該系統(tǒng)水塔的水位監(jiān)控裝置損壞的話，水泵不能進行自動的開、停，這樣水泵的開、停，將完全由人操作，這時將會出現(xiàn)能量的嚴重浪費和供水質量的嚴重下降。但這種供水方式基建設備投資最大，占地面積也最大。這種方式顯然比前種節(jié)電，其節(jié)電率與水塔容量、水泵額定流量、用水不均勻系數、水泵的開、停時間比、開/停頻率等有關。水泵處于斷續(xù)工作狀態(tài)中。水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系統(tǒng)所需要壓力。這種系統(tǒng)形式簡單、造價最低，但耗電、耗水嚴重，水壓不穩(wěn)，供水質量極差。 一臺恒速泵直接供水系統(tǒng)這種供水方式，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，有的甚至連蓄水池也沒有，直接從城市公用水網中抽水，嚴重影響城市公用管網壓力的穩(wěn)定。在恒壓供水技術出現(xiàn)以前，出現(xiàn)過許多供水方式。而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況。 長沙學院畢業(yè)設計(論文)  基于PLC的住宅小區(qū)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設計畢業(yè)論文目 錄摘 要 IABSTRACT II第1章 緒論 1 城市供水系統(tǒng)介紹 1 一臺恒速泵直接供水系統(tǒng) 1 恒速泵+水塔的供水方式 1 射水泵+水箱的供水方式 2 恒速泵+高位水箱供水方式 2 恒速泵+氣壓罐供水方式 2 變頻調速供水方式 2 變頻恒壓供水產生的背景和意義 4 國內外研究情況 4第2章 總體方案論證與設計 6 變頻恒壓供水系統(tǒng) 6 課題研究的對象 7 變頻恒壓供水控制方式的選擇 7 邏輯電子電路控制方式 7 單片機微機電路控制方式 8 帶PID回路調節(jié)器與PLC的控制方式 8 新型變頻調速供水設備 8第3章 系統(tǒng)的硬件設計 10 變頻恒壓供水系統(tǒng)的構成及工作原理 10 系統(tǒng)的構成 10 工作原理 12 變頻恒壓供水系統(tǒng)加減水泵的條件分析 12 主電路設計 14 可編程控制器 15 PLC簡介 15 PLC的特點 16 PLC輸入輸出端子分配表 17 PLC的接線圖 18 變頻器 19 變頻器的構成 19 變頻器的特點 22 變頻器的選型與接線 23 PID調節(jié)器 23 壓力傳感器接線圖 25 元器件選擇 25 控制面板正面效果圖和安裝接線圖 27 電控柜安裝接線圖 29第4章 系統(tǒng)的軟件設計 30 PLC控制 30 手動運行 31 自動運行 31 編程及介紹 32 自動運行 32 手動部分 33 公共部分 34第5章 系統(tǒng)的模擬運行結果及分析 37 程序調試 37 自動部分調試 37 自動部分調試 37結 論 38參考文獻 39附 錄 40致 謝 41III 長沙學院畢業(yè)設計(論文) 第1章 緒論 城市供水系統(tǒng)介紹眾所周知，水是生產生活中不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水節(jié)能己成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產循環(huán)供水等方面技術一直比較落后，自動化程度低。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低，供不應求的現(xiàn)象。此時將會造成能量的浪費，同時有可能導致水管爆破和用水設備的損壞。以下就逐一分析。這種供水方式，水泵整日不停運轉，有的可能在夜間用水低谷時段停止運行。 恒速泵+水塔的供水方式這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶供水。水塔注滿后水泵停止，水塔水位低于某一位置時再啟動水泵。這種供水方式，水泵工作在額定流量額定揚程的條件下，水泵處于高效能區(qū)。供水壓力比較穩(wěn)定。水壓不可調，不能兼顧近期與遠期的需要；而且系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所需要壓力下降而下降，故還存在一些能量損失和二次污染問題。 射水泵+水箱的供水方式這種方式是利用射流泵本身的獨特結構進行工作，利用壓差和來水管粗，出水管細的變徑工藝來實現(xiàn)供水，但是由于其技術和工藝的不完善，加之該方式會出現(xiàn)有壓無量(流量)的現(xiàn)象，無法滿足高層供水的需要。高層建筑還可分層設立水箱。一些動物甚至人都可能進入水箱污染水質。 恒速泵+氣壓罐供水方式這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水箱蓄水，通過監(jiān)測罐內壓力來控制泵的開、停。而且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水質因異物進入而被污染的可能性。 變頻調速供水方式這種系統(tǒng)的原理是通過安裝在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號與設定壓力值作比較，再通過控制器調節(jié)變頻器的輸出，無級調節(jié)水泵轉速。(1)出口恒壓控制水泵出口恒壓控制是將壓力傳感器安裝在水泵出口處，使系統(tǒng)在運行過程中水泵出口水壓恒定。(2)出口變壓控制水泵出口變壓控制也是將壓力傳感器安裝在水泵出口處，但其壓力設定值不只是一個。這種控制方式其實是水泵出口恒壓控制的特殊形式。所需水泵出口壓力計算得越符合實際情況越節(jié)能，將全天分得越細越節(jié)能，當然控制的實現(xiàn)也越復雜。使系統(tǒng)在運行過程中保持最不利點的壓力恒定。變頻調速的方式在節(jié)能效果上明顯優(yōu)于氣壓罐方式。同時水泵是工頻率啟動，且啟動頻繁，又會造成一定的能耗。另外氣壓罐要消耗一定的鋼量，這也是它的一個較大的缺點。同時由于氣壓罐體積大，占地面積一般為幾十平米。由此可見變頻調速供水方式比氣壓罐供水方式將節(jié)省大量占地面積。氣壓罐方式的運行不穩(wěn)定，突出表現(xiàn)在它的頻繁啟動。變頻調速式的運行十分穩(wěn)定可靠，沒有頻繁的啟動現(xiàn)象，加之啟動方式為軟啟動，設備運行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機械沖擊。由此可見，變頻調速式供水系統(tǒng)具有節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調節(jié)能力大、運行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應用前景和明顯的經濟效益與社會效益。把先進的自動化技術、控制技術、通訊及網絡技術等應用到供水領域，成為對供水系統(tǒng)的新要求。 變頻恒壓供水產生的背景和意義泵站擔負著工農業(yè)和生活用水的重要任務，運行中需大量消耗能量，提高泵站效率:降低能耗，對國民經濟有重大意義。目前，大量的電能消耗在水泵、風機負載上，城鄉(xiāng)居民用水設備所消耗的電量在這類負載中占了相當的比例。造成不必要的能量浪費。以變頻器為核心結合PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本等諸多特點，變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術、電氣技術、防雷避雷技術、現(xiàn)代控制、遠程監(jiān)控技術于一體。同時系統(tǒng)具有良好節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設計該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。在早期，由于國外生產的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉控制、起制動控制、變壓變頻比控制及各種保護功能。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況，因而投資成本高。它將PID調節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設置指令代碼實現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個內置的電磁接觸器工作，可構成最多七臺電機(泵)的供水系統(tǒng)。目前國內有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外品牌的變頻器控制水泵的轉速，水管的管網壓力的閉環(huán)調節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾性能以及開放性等多方面的綜合技術指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。該變頻器將壓力閉環(huán)調節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負載容量，同時操作不方便且不具有數據通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所。因此，有待于進一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應用于生活、生產實踐中。這種調控方式以穩(wěn)定水壓為目的，各種優(yōu)化方案都是以母管(市政來水管)進口壓力保持恒定為條件。因此這種調控方式縮小了優(yōu)化范圍，所得到的解為局部最優(yōu)解，不能完全保證泵站始終工作在最優(yōu)狀態(tài).變頻調速是優(yōu)于以往任何一種調速方式(如調壓調速、變極調速、串級調速等)，是當今國際上一項效益最高、性能最好、應用最廣、。以變頻器為核心結合PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本低能耗等諸多特點。變頻恒壓供水的調速系統(tǒng)可以實現(xiàn)水泵電機無級調速，依據用水量的變化自動調節(jié)系統(tǒng)的運行參數，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當今最先進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。變頻恒壓供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設備的投資，運行的經濟性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢，而且具有顯著的節(jié)能效果。追求高度智能化、系列化、標準化，是未來供水設備適應城鎮(zhèn)建設中成片開發(fā)、智能樓宇、網絡供水調度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢。同時用于水泵轉速控制的變頻器也存在一定的滯后效應。(3)變頻調速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統(tǒng)，而不同的供水系統(tǒng)管網結構、用水量和揚程等方面存在著較大的差異，因此其控制對象的模型具有很強的多變性。在故障發(fā)生時，執(zhí)行專門的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進行供水(5)水泵的電氣控制柜，其有遠程和就地控制的功能和數據通訊接口，能與控制信。(6)用變頻器進行調速，用調節(jié)泵和固定泵的組合進行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對每臺水泵進行軟啟動，啟動電流可從零到電機額定電流，減少了啟動電流對電網的沖擊同時減少了啟動慣性對設備的大慣量的轉速沖擊，延長了設備的使用壽命。(7)當出現(xiàn)意外的情況(如突然停水、斷電、泵、變頻器或軟啟動器故障等)時，系統(tǒng)能根據泵及變頻器或軟啟動器的狀態(tài)，電網狀況及水源水位，管網壓力等工況點自動進。這棟樓有10層，由于高層樓對水壓的要求高，在水壓低時，高層用戶將無法正常用水甚至出現(xiàn)無水的情況，水壓高時將造成能源的浪費。自來水廠送來的水先儲存的水池中再通過水泵加壓送給用戶。 變頻恒壓供水控制方式的選擇目前國內變頻恒壓供水設備電控柜的控制方式有： 邏輯電子電路控制方式這類控制電路難以實現(xiàn)水泵機組全部軟啟動、全流量變頻調節(jié)，往往采用一臺泵固定于變頻狀態(tài)，其余泵均為工頻狀態(tài)的方式。 單片機微機電路控制方式這類控制電路優(yōu)于邏輯電路，但在應付不同管網、不同供水情況時，調試較麻煩；追加功能時往往要對電路進行修改，不靈活也不方便。 帶PID回路調節(jié)器與PLC的控制方式該方式變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源。傳感器的任務是檢測管網水壓，壓力設定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。還有一種辦法是將壓力設定信號和壓力反饋信號送入PID回路調節(jié)器，由PID回路調節(jié)器在調節(jié)器內部進行運算后，輸入給變頻器一個轉速調節(jié)信號。既要有模擬量輸入接口，又要有模擬量輸出接口。若采用帶有模擬量輸