最标准版高层建筑物恒压供水控制系统及组态监控毕业设计

北方民族大学学士学位论文论文题目:高层建筑物恒压供水系统组态控制设计院(部)名称:电气信息工程学院学生姓名:专业:自动化学号:指导教师姓名:论文提交时间:2011论文辩论时间:2011学位授予时间:北方民族大学教务处摘要本文介绍水泵在高层建筑恒压供水系统中的PLC和变频控制以及监控组态设计过程。系统使用压力变送器对供水水压进行连续检测，检测到的压力信号转换成电信号后送给可编程控制器〔PLC〕和变频器。PLC作为核心控制机构，一方面控制变频器和顶峰补水泵工作，另一方面与上位机相连，实现对系统运行状态的组态监控；变频器通过其内部的PID调节运算功能，变频器和水泵构成执行机构，压力变送器作为检测和反响机构，共同组成一个闭环控制系统。本系统采用一台变频器拖动三台水泵电机的起动切换、运行和调速。水泵机组采用循环使用的方式运行。系统设有监控上位机，上位机与PLC连接，完成对系统运行的数据采集和状态监控。系统运行时，压力变送器能够实时检测到供水管网的水压值并反响到PLC和变频器，变频器利用P1D控制策略实时调整水泵的运行速度〔频率〕、改变其流量，从而实现恒压供水。单台水泵工况的调节是通过变频器来改变电源的频率f来改变电机的转速n,从而改变水泵的流量Q来实现的。分析水泵的能耗比拟图，可以看出利用变频器实现变频调速恒压供水，当水泵电机转速降低时，流量与转速成正比，功率以转速的三次方下降，与传统供水方式阀门节流控制相比，可以大幅度降低能耗，本系统节能效果明显。关键词:恒压供水组态监控PLC变频器AbstractInthispaper,constantpressurepumpsinthehigh-risebuildingwatersupplysystemsinthePLCandfrequencycontrol,andmonitortheconfigurationdesignprocess.Systemuseshydraulicpressuretransmitterforcontinuouswatersupplytesting,todetectthepressuresignalaftertheconversiontoelectricalsignalstotheprogrammablelogiccontroller(PLC)andtheinverter.PLCasacorecontrolmechanism,ontheonehandtocontrolthepeaktransducerandpumpupthework,ontheotherhand,connectedwiththehostcomputer,runningonthesystemtoachievetheconfigurationmonitoring;inverterthroughitsregulationoftheinternaloperationsofthePIDfunction,transducerandpumpsconstitutetheimplementationofinstitutions,pressuretransmittertestingandfeedbackasabody,theformationofajointclosed-loopcontrolsystem.Thesystemusesafrequencyconverterthreedragpumpmotorstarterswitch,operationandspeed.Theuseofrecycledwaterpumpunitrun.PCsystemwithmonitor,PCandPLCconnection,completionofthesystemofdatacollectionandconditionmonitoring.System,thepressuretransmittercanbedetectedinreal-timepressurewatersupplynetworksandvaluebacktothePLCandinverter,inverterP1Dcontrolstrategiesusingreal-timeadjustmentofpumpspeed(frequency),changeitsflow,inordertoachieveconstantpressurewatersupply.Asinglepumpoperatingconditionsthroughtheregulationofthepowerinvertertochangethefrequencyftochangethemotorspeedn,inordertochangethepumpflowQtoachieve.Analysisofpumppowerconsumptioncomparison,onecanseetheuseofVVVFinvertertoachieveconstantpressurewatersupply,whenthepumpmotorspeedtoreducetrafficflowandspeedindirectproportiontothepowersidetospeedthedeclineinthethreetraditionalmethodsofwatersupplyvalveexpenditurecomparedtothedoorcontrol,cangreatlyreduceenergyconsumption,energy-savingeffectofthesystem.

KEYWORDS:Watersupply,constantpressurewatersupply,PLC目录摘要0Abstract11前言12总体方案设计32.1设计目标和要求32.1.1设计的目标：32.1.2任务要求：32.2控制方案的选定3控制方案3变频恒压供水系统控制流程43硬件设计和选型53.1硬件设计53.1.1PLC系统设计的根本原那么：53.1.2PLC控制系统设计的根本内容和步骤：53.1.3PLC控制系统设计按以下流程进行：63.1.3PLC控制系统具体设计：63.2PLC的选型83.3变频器选型113.4电机及水泵选型133.5远传压力表选型153.6触摸屏的选型173.7软启动器选型173.8阀门选型183.9警铃和警灯的选型214系统电路设计234．1系统控制电路234.2PLCI/O分配245系统的软件设计275.1系统运行流程275.2PLC程序设计286组态监控界面设计296.1组态监控程序设计296.2组态设计步骤306.3主画面的设计367总结388致谢399参考文献40附录:PLC控制系统接线图41英文资料及翻译481前言水和电是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在节水节能已成为时代特征的现实条件下，我们这个水资源和电能源短缺的国家，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拟落后，自动化程度较低，而随着我国社会经济的开展，人们生活水平的不断提高，以及住房制度改革的不断深入，城市中各类小区建设开展十分迅速，同时也对小区的根底设施建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活，也直接表达了小区物业管理水平的上下。传统的小区供水方式有：恒速泵加压供水、气压罐供水、水塔高位水箱供水、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等方式，其优、缺点如下[1]：(1)恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反响，水泵的增减都依赖人工进行手工操作，自动化程度低，而且为保证供水，机组常处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大，而且在用水量较少时，管网长期处于超压运行状态，爆损现象严重，电机硬起动易产生水锤效应，破坏性大，目前较少采用。(2)气压罐供水具有体积小、技术简单、不受高度限制等特点，但此方式调节量小、水泵电机为硬起动且起动频繁，对电器设备要求较高、系统维护工作量大，而且为减少水泵起动次数，停泵压力往往比拟高，致使水泵在低效段工作，而出水压力无谓的增高，也使浪费加大，从而限制了其开展。(3)水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维修或停电可不停水等优点，但存在基建投资大，占地面积大，维护不方便，水泵电机为硬起动，启动电流大等缺点，频繁起动易损坏联轴器，目前主要应用于高层建筑。(4)液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式易漏油，发热需冷却，效率低，改造麻烦，只能是一对一驱动，需经常检修；优点是价格低廉，结构简单明了，维修方便。(5)单片机变频调速供水系统也能做到变频调速，自动化程度要优于上面4种供水方式，但是系统开发周期比拟长，对操作员的素质要求比拟高，可靠性比拟低，维修不方便，且不适用于恶劣的工业环境。综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、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、自动可靠的方向开展，变频调速技术以其显着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，其优越性表现在：一是节能显著；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；三是能减小水泵、电机自身的机械冲击损耗[2]。基于PLC和变频技术的恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。2总体方案设计2.1设计目标和要求设计的目标：本课题的任务是设计一套具有计算机监控功能的高层建筑物恒压供水系统的控制局部，该设计主要针对高层建筑物供水系统，实现供水量随着用户用水量的增减而实时增减，但须保持供水水压恒定。计算机监控局部，主要实现供水水压设定和系统运行情况的动态显示。任务要求：1、供水对象为一栋45米高、180户居民的住宅楼，需考虑生活、消防用水；2、当用户用水量变化时，要求系统供水压力〔液位〕波动在±2％之内；3、在监控计算机上可以设定系统供水压力〔液位〕，可以显示系统运行状态。2.2控制方案的选定控制方案根据系统的技术要求,本系统采用目前较为先进的交流变频调速恒压供水的控制方案。控制系统组成框图如图1.1。系统由PLC、变频器、水箱、供水机组、供水管网和各种传感器、仪表组成。传感器传感器变频器供水管系PLC电脑图2.1控制示意图图2.2系统整体示意图变频恒压供水系统控制流程变频恒压供水系统控制流程如下:(l)系统通电，按照接收到有效的自控系统启动信号后，首先启动变频器拖动变频泵M1工作，根据压力变送器测得的用户管网实际压力和设定压力的偏差调节变频器的输出频率，控制Ml的转速，当输出压力到达设定值，其供水量与用水量相平衡时，转速才稳定到某一定值，这期间Ml工作在调速运行状态。(2)当用水量增加水压减小时，压力变送器反响的水压信号减小，偏差变大，PLC的输出信号变大，变频器的输出频率变大，所以水泵的转速增大，供水量增大，最终水泵的转速到达另一个新的稳定值。反之，当用水量减少水压增加时，通过压力闭环，减小水泵的转速到另一个新的稳定值。(3)当用水量继续增加，变频器的输出频率到达上限频率50Hz时，假设此时用户管网的实际压力还未到达设定压力，并且满足增加水泵的条件(在下节有详细阐述)时，在变频循环式的控制方式下，系统将在PLC的控制下自动投入水泵M2(变速运行)，同时变频泵M1做工频运行，系统恢复对水压的闭环调节，直到水压到达设定值为止。如果用水量继续增加，满足增加水泵的条件，将继续发生如上转换，将另一台工频泵M3投入运行，变频器输出频率到达上限频率50Hz时，压力仍未到达设定值时，控制系统就会发出水压超限报警。(4)当用水量下降水压升高，变频器的输出频率降至下限频率，用户管网的实际水压仍高于设定压力值，并且满足减少水泵的条件时，系统将工频泵M2关掉，恢复对水压的闭环调节，使压力重新到达设定值。当用水量继续下降，并且满足减少水泵的条件时，将继续发生如上转换，将另一台工频泵M3关掉。3硬件设计和选型3.1硬件设计3.1.1PLC系统设计的根本原那么：〔1〕应最大限度地满足机械设备和生产过程的控制要求；〔2〕确保控制系统平安可靠；〔3〕力求控制简单、实用、合理；〔4〕系统应留有一定余量。[2]3.1.2PLC控制系统设计的根本内容和步骤：1.设计的根本内容：〔1〕根据被控对象的工艺拟定控制系统的控制功能及目标；〔2〕细化控制系统的各类技术要求；〔3〕选型及硬件配置；〔4〕编制I/O分配表，绘制PLC系统及其现场设备的接线图；〔5〕依据软件说明书，编制PLC应用程序；〔6〕编写设计说明书和系统使用说明书、操作规那么等；〔7〕系统的安装、调试和投运。[2]2.设计的根本步骤：〔1〕分析被控对象并提出控制要求；〔2〕确定输入输出设备；〔3〕选择PLC机型；〔4〕分配I/O点并设计PLC外围硬件电路；〔5〕程序设计和程序模拟调试；〔6〕硬件实施主要进行控制台等硬件的设计与现场施工；〔7〕联机调试；〔8〕根据调试的最终结果编制技术文件。3.1.3PLC控制系统设计按以下流程进行：图3.1控制系统设计流程图3.1.3PLC控制系统具体设计：基于PLC的变频恒压供水系统主电路图如图3.2所示：三台电机分别为M1、M2、M3，它们分别带动水泵1#、2#、3#。接触器KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3的工频运行；接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3的变频运行；FR1、FR2、FR3分别为三台水泵电机过载保护用的热继电器；QS1、QS2、QS3、QS4分别为变频器和三台水泵电机主电路的隔离开关；FU为主电路的熔断器。本系统采用三泵循环变频运行方式，即3台水泵中只有1台水泵在变频器控制下作变速运行，其余水泵在工频下做恒速运行。PLC中的模拟量模块输出模拟量(OuT0)使变频器变频启动第一台泵，即开关量KM2闭合。当压力变送器检测到供水管网内水压持续达不到供水要求，即变频器频率大于等于45Hz且持续两分钟，那么KM2断开、KM1接通、KM4接通，第一台泵公频运行，变频启动第二台泵。当公频泵连续运行达24小时，PLC自动停止该泵的运行，同时启动第三台泵。图3.2变频恒压供水系统主电路图三相电源经低压熔断器、隔离开关接至变频器的R、S、T端，变频器的输出端U、V、W通过接触器的触点接至电机。当电机工频运行时，连接至变频器的隔离开关及变频器输出端的接触器断开，接通工频运行的接触器和隔离开关。主电路中的低压熔断器除接通电源外，同时实现短路保护，每台电动机的过载保护由相应的热继电器FR实现。变频和工频两个回路不允许同时接通。而且变频器的输出端绝对不允许直接接电源，故必须经过接触器的触点，当电动机接通工频回路时，变频回路接触器的触点必须先行断开。同样从工频转为变频时，也必须先将工频接触器断开，才允许接通变频器输出端接触器，所以KM1和KM2、KM3和KM4、KM5和KM6绝对不能同时动作，相互之间必须设计可靠的互锁。为监控电机负载运行情况，主回路的电流大小可以通过电流互感器和变送器将4~20mA电流信号送至上位机来显示。同时可以通过通过转换开关接电压表显示线电压。并通过转换开关利用同一个电压表显示不同相之间的线电压。初始运行时，必须观察电动机的转向，使之符合要求。如果转向相反，那么可以改变电源的相序来获得正确的转向。系统启动、运行和停止的操作不能直接断开主电路(如直接使熔断器或隔离开关断开)，而必须通过变频器实现软启动和软停。为提高变频器的功率因数，必须接电抗器。当采用手动控制时，必须采用自耦变压器降压启动或软启动的方式以降低电流，本系统采用软启动器。3.2PLC的选型可编程控制器〔ProgrammableLogicController〕是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。PLC是该控制系统的核心部件，合理选择PLC对于保证整个控制系统的技术指标和质量至关重要的。选择PLC应包括PLC机型、容量等的选择。1、PLC机型选择机型选择的根本原那么是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠，维护使用方便及最正确的性能价格比。〔1〕结构合理对于工艺比拟固定，环境条件较好，维修量较小的场合，选用整体式结构的PLC。〔2〕功能强弱适当对于开关量控制的工程工程，假设控制速度要求不高，一般选用低档的PLC。2、PLC容量的选择PLC容量主要是指是PLC的I/O点数，I/O点数也应留有适当裕量。由于目前I/O点数较多的PLC价格也较高，假设备用的1/O点是数量太多，将使本钱增加。根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到今后的调整和扩充，通常1/0点数按实际需要的考虑留10%-15%点数备用量。根据系统要求和功能，PLC选用三菱公司的FX2N系列FX2N-48MR-001，FX2N-48MR具有丰富的可灵活配置的硬件资源：内含时钟、PID运算、高速计数器、显示器、AC/DC/继电器内置数字I/O〔24路开关量输入，24路继电器输出〕，另配置FX0N-4AD模拟量模块，FX2N-485-BD通信模块。SC-09通信编程器，采用RS485网络通信。该型号的PLC的实物图如下：图3.3PLC实物图选FX2N-48MR-001型，技术参数如下表所示：工程规格备注运转控制方式通过储存的程序周期运转I/O控制方法批次处理方法(当执行END指令时)I/O指令可以刷新运转处理时间根本指令：0.8μs/指令

应用指令：1.52至几百μs/指令编程语言逻辑梯形图和指令清单使用步进梯形图能生成SFC类型程序程式容量8000步内置使用附加存放盒可扩展到16000步指令数目根本顺序指令：27

步进梯形指令：2

应用指令：128最大可用298条应用指令I/O配置最大硬体I/O配置点256，依赖于用户的选择〔最大软件可设定地址输入256、输出256〕辅助继电器

〔M线圈〕一般500点M0至M499锁定2572点M500至M3071特殊256点M8000至M8255状态继电器

〔S线圈〕一般490点S0至S499锁定400点S500至S899初始10点S0至S9信号报警器100点S900至S999定时器〔T〕100毫秒范围：0至3276.7秒200点T0至T19910毫秒范围：0至327.67秒46点T200至T2451毫秒保持型范围：0至32.767秒4点T246至T249100毫秒范围：0至3276.7秒6点T250至T255计数器〔C〕一般16位范围：0至32767数200点C0至C199

类型：16位上计数器锁定16位100点〔子系统〕C100至C199

类型：16位上计数器一般32位15点C200至C219

类型：16位上/下计数器锁定32位15点C220至C234

类型：16位上/下计数器高速计数器

〔C〕单相范围：-2147483648至+2147483647数

一般规那么：选择组合计数频率不大于20KHz的计数器组合

注意所有的计数器锁定C235至C2406点单相c/w起始

停止输入C241至C2455点双相C246至C2505点A/B相C251至C2555点数据存放器

〔D〕一般200点D0至D199

类型：32位元件的16位数据存储存放器对锁定7800点D200至D7999

类型：32位元件的16位数据存储存放器对文件存放器7000点D1000至D7999通过14块500程式步的参数设置

类型：16位数据存储存放器特殊256点从D8000至D8255

类型：16位数据存储存放器变址16点V0至V7以及Z0至Z7

类型：16位数据存储存放器指标

〔P〕用于CALL128点P0至P127用于中断6输入点、3定时器、6计数器100*至150*和16*至18*

(上升触发*=1，下降触发*=0，**=时间(单位：毫秒))嵌套层次用于MC和MRC时8点N0至N7常数十进位K16位：-32768至+32768

32位：-2147483648至+2147483647十六进位H16位：0000至FFFF

32位：00000000至FFFFFFFF浮点32位：±1.175*10-38，±3.403*10-38〔不能直接输入〕3.3变频器选型变频器的选择包括变频器的型式选择、容量选择和变频器箱体结构的选择三个方面。其总的原那么是首先保证可靠地满足工艺要求，再尽可能节省资金。1、变频器的型式选择根据控制功能可将通用变频器分为三种类:普通功能型U/F控制变频器、具有转矩控制功能的高性能U/F控制变频器知矢量控制高性能型变频器。变频器类型的选择要根据负载的要求进行。对于风机，泵类等平方转矩，低速负载转矩较小，通常可选择普通功能型的变频器。在变频器选型前应掌握传动系统的以下参数:〔1〕电动机的极数。一般电动机极数以不多于4极为宜，否那么变频器容量要适当加大；〔2〕转矩特性。在同等电动机功率情况下，相对于高过载转矩模式，变频器规格可以降额选取；〔3〕电磁兼容性。为减少主电源千扰，使用时可在中间或变频器输入电路中增加电抗器，或安装前置隔离变压器。一般当电动机与变频器距离超过50m时，应在它们中间串入电抗器、滤波器或采用屏蔽防护电缆。变频器的选型应满足以下条件:〔1〕电压等级与驱动电动机相符；〔2〕额定电流为所驱动电动机额定电流的1.1～1.5倍；〔3〕根据被驱动设备的负载特性选择变频器的控制方式；2、变频器容量选择变频器的容量可从三个角度表述:额定电流、可用电动机功率和额定容量。其中后两项变频器生产厂家由本国或本公司生产的标准电动机给出，或随变频器输出电压而降低，都很难确切表达变频器的能力。选择变频器时，只有变频器的额定电流量是一个反映半导体变频器装置负载能力的关键量。负载电流不超过变频器额定电流是选择变频器容量的根本原那么。变频器的额定功率指的是它适用的4级交流异步电动机的功率。由于同容量电动机，其极数不同，电动机额定电流不同。随着电动机极数的增多，电动机额定电流增大。变频器的容量选择不能以电动机额定电流为依据。同时，对于原来采用变频器的改造工程，变频器的容量选择也不能以电动机额定电流为依据。这是因为，电动机的容量选择在考虑最大负载，富裕系数，电动机规格等因素，往往电动机的容量富裕较大，工业用电动机常常在50%～60%额定负荷下运行。假设以电动机额定电流为依据来选择变频器的容量，留有富裕量太大，造成经济上浪费，而可靠性并没有因此而得到提高。变频器与电动机的匹配主要是电动机的额定电压及电流，如果电动机额定电流小于同功率的变频器额定电流，一般来说用同等功率的就足够了，但如果大了，只好用大一级的变频器。对于鼠笼式异步电动机，变频器的容量选择应以变频器的额定电流大于电动机的最大正常工作电流1.1倍为原那么，这样可以最大限度地节约资金。在选用变频器时除了考虑技术性和可靠性外还应考虑经济性，一般不要留有太大功率余量，变频器与电动机两者的功率应相匹配，不但经济性好而且输出波型更好。3.变频器箱体结构的选用变频器的箱体结构要与环境条件相适应，即必须考虑温度，湿度，粉尘，酸碱度，腐蚀性气体等因素，这些因素与能否长期平安、可靠运行有很大的关系。常见有以下几种结构类型可供设计中选用:〔1〕敞开型IP00。本身无机箱，适合装在电控箱内或电气室内的屏，盘，架上，尤其是多台变频器集中使用，选用这种型式较好，但环境条件要求较高；〔2〕封闭IP20。适用一般用途，可用于有少量粉尘或少许温度、湿度变化的场合；〔3〕密闭型IP65。适用环境条件差，有水，尘及一定腐蚀气体的场合。根据以上理论，选用三菱FR-A540系列变频器。该变频器采用先进磁通矢量控制方式，实现在线自动调整功能，调速比可达1：120〔0.5～60Hz〕；可拆御风扇和接线端子，维护方便；柔性PWM，实现更低噪音运行；内置RS485通信口，可插扩展卡符合全世界主要通信标准；PID等各种功能适合各种应用场合。应用三菱FR-A540系列变频器内置PID功能的PLC控制恒压供水系统，效率高，损耗小，调速供水节能效果突出，运行稳定，可靠性高，抗干扰能力强，精度高，动态响应快，表达了变频调速恒压供水的技术优势，取代了水塔、水箱、气压罐等，实现恒压供水，成为供水网的换代产品。图3.4变频器实物图3.4电机及水泵选型使所选泵的型式和性能符合装置流量、扬程、压力、温度、汽蚀流量、吸程等工艺参数的要求。

必须满足介质特性的要求。对输送易燃、易爆有毒或贵重介质的泵，要求轴封可靠或采用无泄漏泵，如磁力驱动泵、隔膜泵、屏蔽泵、对输送腐蚀性介质的泵，要求对流部件采用耐腐蚀性材料，如AFB不锈钢耐腐蚀泵，CQF工程塑料磁力驱动泵。对输送含固体颗粒介质的泵，要求对流部件采用耐磨材料，必要时轴封用采用清洁液体冲洗。

机械方面可靠性高、噪声低、振动小。

经济上要综合考虑到设备费、运转费、维修费和管理费的总本钱最低。

离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、结构简单、输液无脉动、性能平稳、容易操作和维修方便等特点。因此除以下情况外，应尽可能选用离心泵：有计量要求时，选用计量泵；扬程要求很高，流量很小且无适宜小流量高扬程离心泵可选用时，可选用往复泵，如汽蚀要求不高时也可选用旋涡泵；扬程很低，流量很大时，可选用轴流泵和混流泵；介质粘度较大〔大于650~1000mm2/s〕时，可考虑选用转子泵或往复泵〔齿轮泵、螺杆泵〕；介质含气量75%，流量较小且粘度小于37.4mm2/s时，可选用旋涡泵；对启动频繁或灌泵不便的场合，应选用具有自吸性能的泵，如自吸式离心泵、自吸式旋涡泵、气动〔电动〕隔膜泵。

选型依据泵选型应根据工艺流程，给排水要求，从五个方面加以考虑，既液体输送量、装置扬程、液体性质、管路布置以及操作运转条件等。流量是选泵的重要性能数据之一，它直接关系到整个装置的的生产能力和输送能力。如设计院工艺设计中能算出泵正常、最小、最大三种流量。选择泵时，以最大流量为依据，兼顾正常流量，在没有最大流量时，通常可取正常流量的1.1倍作为最大流量。装置系统所需的扬程是选泵的又一重要性能数据，一般要用放大5%—10%余量后扬程来选型。液体性质，包括液体介质名称，物理性质，化学性质和其它性质，物理性质有温度c密度d，粘度u，介质中固体颗粒直径和气体的含量等，这涉及到系统的扬程，有效气蚀余量计算和适宜泵的类型：化学性质，主要指液体介质的化学腐蚀性和毒性，是选用泵材料和选用那一种轴封型式的重要依据。装置系统的管路布置条件指的是送液高度送液距离送液走向，吸如侧最低液面，排出侧最高液面等一些数据和管道规格及其长度、材料、管件规格、数量等，以便进行系统扬程计算和汽蚀余量的校核。操作条件的内容很多，如液体的操作T饱和蒸汽力P、吸入侧压力PS〔绝对〕、排出侧容器压力PZ、海拔高度、环境温度操作是间隙的还是连续的、泵的位置是固定的还是可移的。我国人均日用水量155L。180户，平均一户4人。那么这一天总用水为：155×180×4÷1000=111.6m3..考虑到其他一些因素。在这里我们选择120m3.考虑到顶峰期在中午12点到下午2点。晚上7点到10点这五个小时。那么水泵的最大流量应为24m3/h.由于楼高45米。扬程可以选择60米产品型号：50LG24-20×3主要材质：铸铁配管口径：50

mm产品流量：24

m3/h最大扬程：60

m产品转速：2950

r/min适用电压：0

V主要参数〔详细信息〕如下：一、产品概述：

LG型高层建筑多级给水泵，系立式单吸多级分段式离心泵，供输送常温清水及物理化学性质类似于清水的液体。

LG系列泵为立式安装，电机轴与泵轴通过爪型连轴器联接，具有结构紧凑、噪音低、占地面积小等优点。

本司产品全部采用计算机设计和优化处理，公司拥有雄厚的技术力量、丰富的生产经验和完善的检测手段，从而保证产品质量的稳定可靠。

二、适用范围：

主要应用于高层建筑供水，也可应用于厂矿、企业给排水以及低压锅炉循环用水。

三、产品特点：

1、水力模型先进：效率高，性能范围广。

2、更少的运行、维修费用：采用优质机械密封，耐磨损、无泄漏、使用寿命长，故障率低，具有更少的运行维修费用。

3、独特部件、降低噪音：独特的水力部件设计，良好的过流性能，最大地减少噪音。

4、立式结构，占地面积小。

四、技术参数：

流量：3.0-50m3/h；

扬程：20-150m；

功率：0.75-30kw；

转速：2900r/min；

温度范围：0-+80℃；

工作压力：≤1.2Mpa。3.5远传压力表选型压力传感器和压力变送器是将水管中的压力信号变成1～5V或4～20mA的模拟量信号，作为模拟输入模块(A/D模块)的输入，在选择时，为了防止传输过程中的干扰与损耗，我们采用4-20mA输出压力变送器。在运行过程中，当压力传感器和压力变送器出现故障时，系统有可能开启所有的水泵，而此时的用水量又达不到，这就使水管中的水压上升，为了防止爆管和超高水压损坏家中的用水设备(热水器、抽水马桶等)，本文中的供水系统使用电极点压力表的压力上限输出，作为PLC的一个数字量输入，当压力超出上限时，关闭所有水泵并进行报警输出。本系统采用杭州市富阳仪川仪表生产的YTT-150型差动远传压力表，此表适用于测量对钢及铜合金不起腐蚀作用的液体、蒸汽和气体等介质的压力。因为在仪表内部设置一个滑线电阻式发送器，故可把被测值以电量值传至远离测量点的二次仪表上，以实现集中检测和远距离控制。此外，YTT-150型差动远传压力表既可对所测压力作现场指示又能转换为0～10mA•DC或4～20mA•DC的标准电流信号输出，便于现场检测。本仪表由一个弹簧压力表和一个电位器式发送器组成。仪表机械局部的作用原理与一般弹簧管压力表相同。由于电位器设置在齿轮传动机构上，因此当齿轮传动机构中的扇形齿轮产生偏转时，固定在扇形齿轮轴上的电刷也相应地在滑线电阻上滑行，从而使被测压力的变化转换为电阻值的变化，传至二次仪表上，指示出相应的压力值，同时现场仪表也指示相应的压力值。电位器的技术数据：1、精确度等级：1.52、发送器起始电阻值：3～20Ω3、发送器满度电阻值：340～400Ω4、发送器接线端外加电压不大于6V5、使用环境条件：-40～60℃6、温度影响：使用温度偏离20±5℃时，其温度附加误差不大于0.4%/7、重量：1.2kg图3.5压力表示意图3.6触摸屏的选型触摸屏是本系统的人机界面，通过触摸屏我们可以和系统进行信息交流。触摸屏可以对系统的运行流程、水泵运行电流、变频器的输出频率、输出电压以及系统报警情况进行显示；同时通过触摸屏我们可以进行压力的设定、选择系统的运行方式(自动/手动)、泵的运行方式(正常运行/检修)，所以我们在选择触摸屏时，要考虑它与PLC通讯情况，PLC和触摸屏的使用同一个厂家的，触摸屏可以选三菱F900系列。图3.6触摸屏示意图3.7软启动器选型当系统采用手动或变频固定方式运行时，如果电机的功率较大，不允许直接启动时，需采用软启动器或自耦变压器进行降压启动。在选择软启动器、自耦变压器时，应与电机的额定功率、额定电流相匹配，可选用ABB的软启动器或DANFOSS的产品。手动启动是系统不可缺少的组成局部，尤其是当系统的自动局部出现问题时，而此时的供水又不能中断。图3.6软启动器示意图3.8阀门选型手动截止阀：选产品型号：J/L11W图3.7手动截止阀结构主要性能标准：公称压力PN≤1.6Mpa适用介质：水、油、酸适用温度：T≤180℃产品结构特点：硅溶胶精密铸造不锈钢阀体、阀盖；适用于水、油、汽及某些腐蚀性流体介质；常温额定工作压力为200PSI〔1.6Mpa〕。.电磁阀：JO11SA不锈钢电磁阀是自动控制系统中常见的管路开关元件，被广泛应用于石油、化工、冶金、纺织、食品、造船、医疗、环保及其他各工业部门的管路装置中，完成系统中气体、蒸汽、液体、油类(≤4°E)等各种介质的自动控制，实现节能和程序控制的自动化。结构特点：直动式结构；本阀不受蒸汽冷凝水影响；主阀芯采用特种材料，耐磨损；阀芯利用流体润滑作用，减少磨损。图3.8电磁阀结构示意技术参数工作介质蒸汽、空气、水、油(粘度≤4°E)介质温度≤155℃公称压力1.0MPa工作压差0-1.0MPa电源电压220公称通径(mm)50功耗〔VA〕≤17安装尺寸型号通径mm连接方式外形尺寸长mm高mmZCT-33G1/8"4060ZCT-66G1/2"5082ZCT-1010G1/2"70110ZCT-1515G3/4"80115ZCT-2525G3/4"80115选逆止阀：逆止阀、单向阀、止回阀都是一种阀门的不同叫法，它的作用是防止流体在管道中倒流。常见的逆止阀在水暖中多有使用，水泵的出口多安装逆止阀，这样在停泵时，管路中的水才不会倒流；水泵的吸水管头上也有逆止阀，这样才可以保持下一次启动时能够上水。液压中也使用逆止阀，可以对液压系统保持压力。选用PCV-06T引导逆止阀图3.9逆止阀3.9警铃和警灯的选型本设计均选择匹配本设计标准电压型号的报警灯和警铃即可，只要经济适用就好。[16]选择的警铃和报警灯如下：图3.10BHWK—6型报警警铃其局部参数如下：电源电压：AC220V或DC12、24V

振铃响度：≥90dB

外型尺寸：210×210×90mm

安装尺寸：185mm旋转警示灯(XZ-108)主要参数尺寸：〔D*H〕Ф100mm×180mm

颜色：红、黄、蓝、绿、白〔供选择〕

工作电压：AC220V、380VDC12V、24V

安装方式：螺丝

防护等级：IP564系统电路设计4．1系统控制电路如图4.1为电控系统控制电路图。图中SA为手动/自动转换开关，SA打在1的位置为手动控制状态；打在2的状态为自动控制状态。手动运行时，可用按钮SB1~SB6控制三台水泵的启/停；自动运行时，系统在PLC程序控制下运行。图中的HL10为自动运行状态电源指示灯。对变频器频率进行复位是只提供一个干触发点信号，本系统通过一个中间继电器KA的触点对变频器进行复频控制。图中的Y000~Y005及Y007~Y014为PLC的输出继电器触点。1)手动控制：手动控制只在检查故障原因时才会用到，便于电机故障的检测与维修。单刀双掷开关SA打至1端时开启手动控制模式，此时可以通过开关分别控制三台水泵电机在工频下的运行和停止。SB1按下时由于KM2常闭触点接通电路使得KM1的线圈得电，KM1的常开触点闭合从而实现自锁功能，电机M1可以稳定的运行在工频下。只有当SB2按下时才会切断电路，KM1线圈失电，电机M1停止运行。同理，可以通过按下SB3、SB5启动电机M2、M3，通过按下SB4、SB6来使电机M2、M3停机。〔2〕自动控制：在正常情况下变频恒压供水系统工作在自动状态下。单刀双掷开关SA打至2端时开启自动控制模式，自动控制的工作状况由PLC程序控制。Y000输出1#水泵工频运行信号，Y001输出1#水泵变频运行信号，当Y000输出1时，KM1线圈得电，1#水泵工频运行指示灯HL1点亮，同时KM1的常闭触点断开，实现KM1、KM2的电气互锁。当Y001输出1时，KM2线圈得电，1#水泵变频运行指示灯HL2点亮，同时KM2的常闭触点断开，实现KM2、KM1的电气互锁。同理，2#、3#水泵的控制原理也是如此。当Y007输出1时，水池水位上下限报警指示灯HL7点亮；当Y014输出1时，变频器故障报警指示灯HL8点亮；当Y011输出1时，白天供水模式指示灯HL9点亮；当Y012输出1时，报警电铃HA响起；当Y013输出1时，中间继电器KA的线圈得电，常开触点KA闭合使得变频器的频率复位；处于自动控制状态下，自动运行状态电源指示灯HL10一直点亮。图4.1系统控制电路图4.2PLCI/O分配根据图3.2、4.1及以上控制要求统计控制系统的输入输出信号的名称、地址编号如表4.1所示，水位上下限信号在水淹没是为0，露出时为1。信号名称地址编码输入信号手动和自动消防信号X000供水启动X001供水停止X002消防启动X003消防停止X004水池水位下限信号X005水池水位上限信号X006压力设定〔0-10V〕数字信号X007压力变送器1X010压力变送器2X011变频器报警信号X012试灯按钮X013消报警按钮X014手动1#水泵电机X015手动2#水泵电机X016手动3#水泵电机X0171#水泵电机过热保护X0202#水泵电机过热保护X0213#水泵电机过热保护X022信号名称地址编码输出信号1#水泵工频运行及指示灯Y0001#水泵变频运行及指示灯Y0012#水泵工频运行及指示灯Y0022#水泵变频运行及指示灯Y0033#水泵工频运行及指示灯Y0043#水泵变频运行及指示灯Y005生活/消防供水转换电磁阀Y006水池水位下限报警指示灯Y007软启动器Y010火灾报警指示灯Y011报警电铃Y012变频器频率复位控制Y013变频器故障报警指示灯Y0141#泵的故障指示信号Y0212#泵的故障指示信号Y0223#泵的故障指示信号Y023信号送控制信号给变频器Y0245系统的软件设计5.1系统运行流程系统上电，按照接收到有效的自控系统启动信号后，首先判断是手动控制还是自动控制，如果是手动系统将进入手动状态；如果是自动控制，PLC将启动一台运行时间最少的水泵，根据用户管网实际压力和设定压力的误差调节变频器的输出频率，控制水泵的转速，当输出压力到达设定值，其供水量与用水量相平衡时，转速才稳定到某一定值，这期间水泵工作在调速运行状态。在系统上电后，投入运行前，系统将自动检测各个泵有无故障，并将无故障的泵投入到备使用状态，在需要增泵时，系统将运行时间数最少的泵投入运行，在需要减泵时，系统将运行时间数最多的泵停下。当用水量增加水压减小时，通过压力闭环和恒压控制器，增加水泵的转速到另一个新的稳定值，反之，当用水量减少水压增加时，通过压力闭环和恒压控制器，减小水泵的转速到另一个新的稳定值。当用水量继续增加，变频器的输出频率到达上限频率45Hz时，假设此时用户管网的实际压力还未到达设定压力，并且满足增加水泵的条件时，系统将使用另一台变频器开启一台水泵。在变频循环式的控制方式下，系统将通过变频器使两台水泵转速相同，系统恢复对水压的闭环调节，直到水压到达设定值为止。如果用水量继续增加，满足增加水泵的条件，将继续发生如上转换，并有新的水泵投入并联运行。当最后一台水泵投入运行，变频器输出频率到达上限频率45Hz时，压力仍未到达设定值时，控制系统就会发出水压超限报警。当用水量下降水压升高，变频器的输出频率降至下限频率，用户管网的实际压力水压仍高于设定压力值，并且满足减少水泵的条件时，系统将运行时间最长的的那台水泵关掉，同时通过变频器调节其他水泵的转速使他们以相同的转速运行，恢复对水压的闭环调节，使压力重新到达设定值。当用水量继续下降，并且满足减少水泵的条件时，将继续发生如上转换，直到剩下一台变频泵运行为止。当系统中只有最后一台泵在工作，而泵的运行频率已降至下限频率〔20Hz〕时，系统将自动调节水泵转速，保持供水水位。5.2PLC程序设计PLC运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作〔串行工作〕方式每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时〔并行〕完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行[2]。主程序流程图如图3.4。其功能最多，如泵的切换信号的生成、泵组接触器逻辑控制信号的综合及报警处理等等都在主程序中。生活及消防双恒压的两个恒压值是采用数字式方式直接在程序中设定的。生活供水时系统设定为满量程的70%，消防供水时系统设定为满量程的90%。本系统中的增益和时间常数为:增益Kc=0.25，采样时间Ts=0.2s，积分时间Ti=30min。6组态监控界面设计6.1组态监控程序设计上位机的程序流程图如图6.1所示。根据接收到的数据进行判断，如接收到的是读写错误，那么要求重发。如为写成功，那么开启定时器1，定时采样；如读成功，接收到的是采样数据那么进行显示和调用神经网络进行数字处理，处理完毕发送频率和设定压力值，并开启定时器2，等待响应。

系统主窗体四个按钮控件，分别为参数设置、实时监测、启动和关闭系统。参数设置界面如图4.3所示。用户可根据实际情况修改压力设定值。

主要控件功能包括:

(1)压力设定值:压力设定值范围:0.30-0.60Mpa。

(2)校正系数:主要是对压力显示进行校正，使压力显示与压力表显示一致。

(3)复位按钮:运行中按下，将使系统重新启动，各参数回到初始设置。

(4)设定按钮:在文本框输入压力设定值和校正系数后，按下此按钮，压力设定值和校正系数才能通过串口发送给下位机。图6.1上位机流程图6.2组态设计步骤〔1〕新建连接设备：本系统所选三菱FX2N，界面如图6.2。图6.2设备连接〔2〕新建画面。图6.3图6.3新建画面输入画面名称，给定画面宽、高，选择画面背景色。点击命令语言，可对画面及变量进行简单编程，如图6.3。在画面内可绘制各图素，绘制各图素的主要工具放置在图形编辑工具箱内。当画面翻开时，工具箱自动显示。工具箱中各种根本工具的使用方法和Windows中“画笔”很类似。工具箱内的“图库”工具，内含许多较常用的图形，双击需要的图形，就能调用。在工具箱内单击文本工具，输入文字，可改变文字字体、大小及方向。在画面内绘好需要的界面之后，选择菜单“文件”｜“全部存”，保存成果。图6.4编辑命令语言〔3〕定义变量图6.5、6.6。图6.5新建变量图6.6定义变量〔4〕建立动画连接图6.7动画连接动画连接就是建立界面的图素与数据库变量的对应关系。在画面内的图，双击可对其建立动画连接，即把变量与设备关联起来。〔5〕建报表、报警记录、实时和历史趋势曲线。图6.8报表界面点击工具箱中的报表