毕业设计（论文）-基于PLC的城市小区供水节能系统研制.doc

太原工业学院毕业设计毕业设计基于PLC的城市小区供水节能系统研制 杜博文112011415机械工程系学生姓名： 学号： 机械设计制造及其自动化系 部： 田静专 业： 指导教师： 二零一五年六月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 基于PLC的城市小区供水综合节能系统研制 系部： 机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 学号：112011415学生： 杜博文 指导教师（含职称）： 田静（讲师） 1课题意义及目标1）通过查阅有关资料，了解城市小区供水系统的主要功能和技术参数；2）掌握PLC的控制技术；3）供水节能系统的综合节能考虑；2主要任务1）供水节能系统的综合节能的功能选择；2）控制的选择；3）电路设计和程序编写及验证；4）完成毕业设计说明书的撰写3主要参考资料1周荷琴等.PLC原理与技术M.中国科学技术大学出版社，20082张永枫等PLC应用实训教程M.西安：西安电子科技大学出版社，2005.23陈志旺等.PLC快速上手M.北京：机械工业出版社，2011.14进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1发放毕业设计题目及选题3月3日3月23日2参考大量文献，确定设计方案3月24日4月13日3系统功能的选择及确定4月14日5月4日4控制系统的设计5月5日6月1日5完成毕业设计说明书的撰写及答辩工作6月2日6月22日审核人： 年 月 日太原工业学院毕业设计摘 要设计的目标是设计一套通过PLC系统整体控制，进行变频调速恒压供水，以实现城市小区供水最优化，最大程度的达到节能的目的。该系统主要针对现存的供水系统进行了优化改造，整体的构造有四大块，包括：变频器系统、水泵电机组、压力传感器、PLC控制系统。本次设计也将围绕着四大部分展开。本次设计的理念是通过三台水泵电机，通过变频器使它们的变频工作和工频工作的实现变更组合、软启动、变频调速，达到供应相符。压力传感器则是感应当前水压，将得到的水压数据反馈给PLC系统与初始值对比，然后PLC控制系统对数据进行PID分析，控制变频器将水压控制在一定的范围内实现恒压供水。然后用工控机连接PLC系统，对系统实时监控，将运行情况、数据及报警的显示。关键词：恒压供水，PLC控制系统，变频调速，节能ABSTRACTThe goal is to design a set of papers by PLC system overall control, to achieve frequency control water supply, and to achievewater supply for the city will be optimization for maximum to save energy. The system is aimed at doing a best transformation to the existing water supply system , the whole structure has four blocks, comprising: a drive system, the pump motor group, pressure sensor, PLC control system. This design will also focus on the four major expansion.The design philosophy is through three pump motors,variable frequency use the inverter work so that they work to achieve change between powr frequency and frequency combination, to achieve soft-start, frequency control work and to match supply.Pressure sensors are sensing the current pressure,pressure data will be fed back to the PLC system compared with the initial value,then PLC control system and the PID will analysis of the data,and the inverter will control the water pressure within a certain range to achieve constant pressure water supply.Then connect IPC with PLC system,real-time monitoring system,will run situations,data and alarm display.Keywords: Constant water supply,PLC control system,Frequency control,Energy savingI目 录1 绪论11.1 供水系统国内外研究进展11.2 变频调速恒压供水系统研发的目的和意义11.3 变频调速技术简介21.4 可编程控制器（PLC）的简单介绍32 供水系统基本方案制定42.1 变频调速恒压供水系统结构的初步设计42.2 变频器的基本设计72.3 水泵电机组的初步选型设计72.4 压力传感器的选型设计82.5 变频调速恒压供水系统的节能原理83 PLC控制系统基础设计10 3.1 系统主电路工作原理103.2 系统控制工作的设计103.3 PLC控制单元中相关选型设计124 PLC控制程序设计144.1 PLC主程序的设计144.2 在程序设计中的注意事项 154.3 相关程序、调试及运行的相关说明165 节能简述236 结 论27参考文献29符号说明30致 谢31I1 绪论1.1 供水系统国内外研究进展为了满足当今的城市发展的要求，国内外城市供水系统如今不断采用新的技术和工艺，用来提高城市小区内的供排水能力以及服务质量，而且水厂监控系统已经在全国大多数的城市小区里得到广泛的使用，还有一些城市小区的供水系统正准备进一步采用GIS技术管理供水信息，用计算机来使收费简单化。由于这些将信息、计算机、通信以及自动控制等结合在一起的高新技术的使用，也确实为供水系统的现代化运行提供了很大的帮助。但是还有很多更难的问题尚未得到很好的解决。 因此，要达到供水水系统的最佳化的运行，就必须系统了解供水系统的运行模式，找到每个部分的联系，从而得到综合有效的信息，为优化供水系统的运行，提供了很好的帮助，使生产水到使用水的全部过程作为主线，让供水企业的现代化作为辅助，将高新的信息技术使用在企业的集成应用中，实现从生产水到使用水的最大利益化。 最新的供水方式与传统的水塔或者高压水箱以及早期的气压供水方式相比较，不管是设备投资上，运行经济性上，还是系统稳定性、自动化的程度等都具有不可比拟的优越性，而且具有很明显的节能效果。尤其是变频恒压调速供水系统，它所具有的优越性，已引起国内外接近所有供水设备厂家的重视，并且不断投入大量的资金来研究设计这一项高新的技术产品。1.2 变频调速恒压供水系统研发的目的和意义现在的社会，人们的基本生活已有很好的保障，生活的质量也要求逐步提升，而生活最不可或缺的莫过于生活用水，因此对于用水的要求也越来越高。根据不完全统计数据，我国在1990到1998年，九年间我国城市的人均用水量增长了66升，增长了37.2个百分点，可见，如今我国的城市用水量呈现了上升的趋势。而面对水源较远以及小区楼层较高等问题，需要有一定的水压才能将水输送到需要的地方。而产生水压的设备为水泵，改变水泵的转速则可以改变水压的大小。以往的人们通过建造水塔，以水塔的高度来平衡所需的水压，但如今对水压的要求越来越高已不是水塔可以达到的，而且建造水塔需要浪费大量的人力物力，还会造成一定程度污染，得不偿失，因此，进行这项基于PLC的城市小区供水节能系统的研制，来解决当前供水系统所面对对的各项严重浪费的问题，从而实现供水的最优化。而且通过对整个小区集体供水，不仅提高了设备的使用率，而且节约了土地和资金。所以，设计一套通过PLC系统控制的自动化取供水系统，来应对纯手动控制带来的不便以及无法快速应对水压改变的问题，减少能源、人力和资源的浪费，来提高供水系统的运行优越性，很大程度降低供水成本，而且很大的提升了生产管理能力，取得更高的效益。1.3 变频调速技术简介变频调速技术是通过二极管将交流电机的工频交流电整流成直流电，然后再通过GTR模块来逆变成频率可以调节的交流电，用该电源来带动水泵电机组在变速的状态下运行，突破了传统模式中只能以额定功率运行的陈规，以达到节能的效果。按照通常对变频技术的使用数据统计，预计在供水系统使用将比传统供水节电40到60个百分点，节水可达到15到35个百分点。有关水泵电机组，主要参数供水量和扬程是反比关系，而且只有在一定范围内水泵电机组才可以达到最高的效率。水泵电机组参数：轴功率P、流量Q、扬程H以及转速n有以下关系P正比于n3,H正比于n2,Q正比于n， （式11） 式中参数含义：n-水泵电机的转速;f-水泵电机供电频率；b0-常数；p-水泵电机极对数。由上述可知，通过改变f（即电机供电频率）改变n(即水泵电机转速)，以此实现改变水泵电机组的出水流量和扬程。而如今的变频调速技术有两种模式：恒压供水和变压供水，我们采用恒压供水。变频调速恒压供水技术即始终保持出水管的压力不变，通过改变水泵电机组的台数和转速来控制。而且，其具有的特点有很多，比如：效率与传统相比较高出20个百分点；可以通过仪表控制，简单方便，数据可以清晰的看到；有较快的反应速度，对于内部的变化可以迅速做出应对；基本可以解决由于水压不足导致底部管道破裂的问题，节约了很大一部分资源；构建该系统所需费用较低，节约了成本；而且启动所需电流较低，节省了电力。1.4 可编程控制器（PLC）的简单介绍Programmable Logic Controller缩写PLC,即可编程控制器，之前大多用来实现等同于继电器的逻辑控制，而如今的科技发展，将其中融入了更多的新元素，比如：计算机、通信技术等新兴科技，使得PLC技术拥有了更大的能力，也得到更广泛的使用。根据之前的经济统计，有关PLC的市场所带来的经济效益大致60亿美元左右。PLC的功能有：有I/O接口模块；使用模块化结构；容易维修、操作。2 供水系统基本方案制定2.1 变频调速恒压供水系统结构的初步设计变频调速恒压供水系统结构大致可以由四部分构成：变频控制器、水泵电机组、压力传感器、PLC控制系统，如图2.1。预计系统将有变频器带动三台水泵电机的工作，采用循环工作来节约资源，实现物尽其用。 变频器PLC控制器压力传感器水源水泵电机组用户 图2.1 变频调速恒压供水系统结构简易图整体设计按照城市小区生活的规律来看，白天用水量较大，可以用一个大水泵电机加一个小的水泵电机一起供水，来满足白天的用水；而晚上用水较少，可以只开一台大水泵电机就可以满足用水。对于水泵电机组的工作过程大致如下，假设两台大功率的水泵电机为A、B，小功率的水泵电机为C，第一是C变频启动，第二是C工频运行，A变频启动运行，第三步是B单独变频启动运行。这三种过程将是该供水系统中水泵电机的所有可能状态，因此，随着需水量及水压要求的改变切换不同的状态工作，可以很好的满足需求。具体工作流程图如下2.2、2.3图。AC220V主电源AC380V报警PLC变频器启动器 控制面板去用户压力传感器水泵电机组进水整流器24VDC现场信息 图2.2 供水系统的构造图开始调用并启动C泵f=F启动A泵，C工频f3HB泵工作图2.3 工作流程图2.2 变频器的基本设计变频器的功能就是将所提供的工频交流电转换为频率可调节的交流电，具体的工作如下图2.4所示。工频的交流电通过整流电路转换为直流电，再通过逆变电路将直流电转换为电压频率均可调的交流电并输出，并配以相应的控制电路控制整个过程的进行。交流电直流中间电路整流电路交流电逆变电路商用电源频率和电压可调的交流电控制电路图2.4 变频器的结构简图2.3 水泵电机组的初步选型设计设计的目标是城市小区的供水，所以按照小区的用水方式来考虑水泵的选型，按照每个小区3000人，每栋楼10层，每人每天用水量大约160升，具体计算如下：流量 （式21）q0 - 每人每天用水量；N - 小区总人数；Kh - 变化系数，即最高日最大时用水量与平均时用水量之比，取2.5；H - 每日用水时间，取24。扬程Hb1.1(Hy+Hc+）-H0Hy - 供水最高高度，取30m;Hc - 手册规定范围为7m-10m,取8m;- 手册规定范围为5m-10m,取8m;H0 - 手册规定范围为0.10-0.25m,取0.2m.由以上两式计算可得，水泵所需流量约为50立方米每小时，而扬程必须大于等于50.4米。而水泵功率用30千瓦和15千瓦足以供应需求，所以型号流量(m3/h)扬程(m)功率（kw）80LG50-20X3501003080DL50-20X5506015 根据水泵的大小，可以选取对应的电机的型号型号功率(KW) 转速(r/min)电流(A)效率(%)Y200L1-230295056.990Y160M2-215293029.488.22.4 压力传感器的选型设计压力传感器即是接受水泵电机组所提供的水压信号并提供给PLC控制系统，工作要求简单，所以可以选取通用型传感器CYYB-120系列的，其为两线制的4到20毫安的电流信号输出。在之后的电路中可以供电给电桥、放大电流信号、进行温度补偿、V/I转换等活动，使用所需要求不高，输出信号稳定，很适合系统中使用。该压力传感器的特点有：具有全密封结构，并且可以显示相应数据；有较高的精度和稳定性；防震、防冲击、防水、防干扰能力强：体积较小，占地面积小；价格便宜等等优良的特性，对本设计都是很强大的辅助。2.5 变频调速恒压供水系统的节能原理有公式：n=60f(1-s)/pP - 极对数；s - 转速差；f - 电源频率。上式可得，可以保持p不变，而改变f，即可以使n按一定的规律变化。在我们设计的系统中，变频器可以实现改变水泵电机电源的f来改变水泵电机电机的n，即实现所谓的变频调速。因为前面已经选定水泵电机组的相关信息，在现实工作中，根据现实需要可以将水泵的Hb设定在最高效的范围内，也将使f的变动保持在45Hz左右，使得转速改变在20个百分点内，也就使得水泵电机组可以在比较高效的范围内工作，达到节能。3 PLC控制系统基础设计3.1 系统主电路工作原理主电路的基本情况如下图3.1，相应的符号及含义为：M1、M2、M3为三台水泵电机；FU1为主电路的安全熔断器；QS1、QS2、QS3、QS4为主电路中的隔离开关；VVVF表示变频调节器；KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6为接触器；FR1、FR2、FR3为热继电器，起过载保护作用；以及水源和用户两项边缘。主电路中变频调节器一端经隔离开关和熔断器与三项电源U、V、W端相连，另一端经接触器、热继电器与水泵电机相连，控制水泵电机的变频工作。对于变频器的所有操作必须经过相关控制面板进行，而通过主电路中通断改变变频器的状态，将造成更严重的后果。在变频器中，配备DC电阻器来优化其P因素，一般情况下连接与p1&p+处。3.2 系统控制工作的设计该部分的整体构思如图3.2所示，其中：SA - 自动/手动转换开关；SB - 按钮；YV - 电磁阀；HL - 指示灯；KA - 中间继电器；Q - PLC的输出继电器触点。通过SA开关切换自动和手动，在自动状态下，PLC程序控制整个系统的运行，当在手动状态时则可以通过开关SB来操作。有关中间继电器KA是为了解决变频器的复位控制时候只有一个触点信号，系统中没有多余的COM端来满足PLC所需的公用端口所带来的问题。整体来看，水泵电机的启停是通过接触器的通断来实现的。而且在维护设备时候也不需要对v进行控制。图3.1 供水自动控制系统的组成图图3.2 控制电路图3.3 PLC控制单元中相关选型设计只对PLC控制单元的选取，考虑到整体的经济最优化，我们的设计选取CPU222的PLC，在配备EM222(即数字量扩展模块)和EM235（即模拟量模块），是最省钱的。PLC装置的出入端口都是处理开关量的端口，然而EM235作用是两个：第一、将外部信息量转换为PLC装置可以处理的数字量；第二、将PLC装置内部计算处理后的量处理为外部设备可以处理的量。至于EM222是负责I/O和O/I转换的，整个系统的大致图如下图3.3。模拟量单元EM2354AI/1A0扩展单元EM2228点继电器主机单元CPU222AD/DC继电器图3.3 PLC的系统配置图在自动运行状态下的PLC的输入端内包含有：开启按钮、水泵组停止按钮、关闭阀门的按钮，还有就是电机热保护的继电器输入端，一般情况以常开触点形式存在。而其输出端内包含有：对A号水泵电机两交流接触器相关动作的控制，进行工变频的切换；A号水泵电机的阀门正反转工作；C水泵电机交流接触器的变频工作控制；B、C号水泵电机的阀门正反转工作。而其的模拟输入端则有：可以检测水位的压力传感器，一般以4到20mA的信号进行传输；以0到10伏特的电压信号对电机f进行回馈。有关变频器依然需要两个中间继电器的辅助，一个来改变FWD及CW的通断状态，从而可以改变变频器的启停；另一个则是改变BX和CM的通断状态，以便达到对变频器的工变频状态切换。有关报警，需要实现两项功能指示：一是可以在指示器上显示出三台水泵电机组中故障机；二是在得到故障信号后，做出蜂鸣报警。因此，至少需要四个信号输出端口。4 PLC控制程序设计4.1 PLC主程序的设计在前面的设计中，通过一台变频器来控制三台水泵电机组的工作，其中两台大的水泵电机即A、C，工作存在工频变频两种状态，所以，其可以利用两个变频器与变频器的输出电源还有工频电源相连接；B为小的水泵电机，其只有变频工作一个工作状态，只需要一个来连接变频电源。在变频器的输入端之前加保护开关，防止电流过大对变频器造成损害，而保护开关的容量为大点的电机的I额。而且对于A、C两个水泵电机。也需要介入两个空气开关，以保护水泵电机不会因为电流过大而损坏，其容量由小点的水泵电机I额决定。本设计的控制分自动和手动两种：1、 自动运行模式将自动开关合上，进入自动运行模式，A号大型水泵电机启动，变频器开始输出，同时压力传感器开始输出标准压力信号，进过PID运算后与预设信号数值进行比较后，将需要进行改编的数值送给变频器，当需要补充时，则调高f，当到达Max时，A水泵电机进入工频工作状态，同时控制启动C水泵电机，以变频的状态运行；当超出时，则降低f直到达到需要值。如果出现电源突然断开的情况时，控制系统会自动停机直到再次通电后继续工作。在到达指定时间后，自动启动B水泵电机，到达所需水压。其主要程序的构成有：相关水泵电机组的、阀门的启停、电机换机及工变频切换、计算、停机和报警的程序。（1） 水泵电机组的换机水泵电机组在整个运行过程中，正如前面所写，有三个工作状态：B电机启动以变频工作；B以工频状态工作，A启动并以变频运行；C启动并以变频工作。通常状况下，这三种状态可以满足所有的变化，当所需改变时，则需要一定的程序进行切换操作。（2） B水泵电机工变频切换B水泵电机在启动后，回以变频的状态运行，但是当所需输出频率超出供应最大值时，相关装置检测电源切换后相位的异同，当一致的情况下，其的拓展部分受控于3和4端的电信号，在通过相应的计算后，其将采取一些措施，接通BX-CM端口，阻碍变频器的信号，以使其的输出为0.在一段时间后，就会阻隔段子FWD-CM和变频接触器的联系，因此，将使两种状态的切换处在一个同相位的状态，就不会因为这个改变带来一些不必要的影响。最后在控制其接通工频的开关，完成整个切换的过程。如果出现不同的时候，则在3和4端口输出+5伏特的信号流，给到EM235处，通过相关程序的计算后，终止切换来保护系统的安全运行。（3） 阀门的开关该段程序包含有：一、水泵电机组启停时的开闭；二、机组切换时的的开闭。这两段程序的设计有一点细节需要注意:开机要先机后阀，关机要先阀后机。（4） 停机的正如上一项所述的相关注意事项，有关水泵电机组的关闭时，必须得先要能够保证相关的阀门是处于关机状态的，之后才可以去关闭水泵电机组的运行，所以设计时必须得注意到这一点。在对该段程序进行设计时候要将关闭阀门与停止水泵电机组的工作相互联系起来。也就是要实现在停止一个水泵电机时，保证其他的也要很快的停止所有的活动。（5） 报警的这一段程序的设计要从热继电器的角度去考虑，本设计的主要部分就是水泵电机组，所以保护好水泵电机组的正常工作时最重要的，因此，设计报警系统必须考虑到如何监测水泵电机组的状态。而通过热继电器可以得到水泵电机组的热量情况，来判断水泵电机组是否过热，看是否需要采取相应的保护措施，而且正如前面设计所提到的，需要至少三个端口来显示三个水泵电机的各自运行状态，以便更快更准确的找到问题并解决。2、 手动运行模式这一模式的操作非常的简单，主要是用来供维修人员使用的，方便通过分别启停对应的水泵电机来看到底是哪个出现了故障，整个改变只需要通过按切换自动手动的按钮，便可自如操作。4.2 在程序设计中的注意事项（1） 进行变频操作的时候，始终要保持变频接触器的FWD-CM两个端口处于闭合状态，而BX-CM端口要始终保持在断开的状态；（2） 进行变频切换工作的时候，即以个水泵电机进行变工频的切换，而另一个水泵电机在做变频工作的时候，变频接触器要保持BX-CM端口始终处于闭合状态，FWD-CM端口要始终保持断开状态，变频接触器处于断开状态，始终保持工频接触器在闭合状态，而另一水泵电机的变频接触器要保持处于闭合状态，始终保持BX-CM端口处于断开状态，始终保持FWD-CM端口处在闭合状态；（3） 在水泵电机处于停止运行状态的时候，要始终保持BX-CM端口处在闭合状态，而FWD-CM端口要始终处于断开状态，然后保持变工频接触器始终处于断开状态就行了；（4） 从上述的注意点中可以看得出的是：首先是FWD端口是水泵电机组的正方向旋转、水泵电机组的停止运行的指令输入处，当FWD-CM两端口处在闭合状态的时候，水泵电机可以正方向转动，处于断开状态的时候则会慢慢的减缓并直到停止；其次则是BX端口的作用，关于BX端口，其作用是控制水泵电机自有向转动运行的指令输入之处，当BX-CM处在闭合状态的时候，便会立即将变频接触器的输出断开，自然也就使得水泵电机的工作自动停止，并且不会输出报警的相应信号等；接着是CM端口，其工作中的角色是有关接地端的相应输入端口的公共端口。（5） 当水泵电机组进行变工频状态切换的时候，要首先保持变频接触器的输出端口的电流是处于零的状态，然后再将水泵电机B即功率为十五千瓦的水泵电机与变频电源断开连接，接着再将该水泵电机与工频的电源相连接，使得其在工频的状态下工作，与此同时，再将水泵电机A即功率为三十千瓦的水泵电机接入变频电源端口处，然后打开变频器，完成三种状态的切换，对于每次切换必须按照该流程进行，以保证安全。4.3 相关程序、调试及运行的相关说明对于通过变频器控制水泵电机组的工作，使其交替工作，但是由于加入多台水泵电机，使得必须要有一定的要求来规划整体的运行，因此在本次的设计过程中，每台水泵电机的持续工作的时间将会在三个小时以内，所以，在进行三种状态切换时，原有的水泵电机将以工频进行或者停止，而刚启动的水泵电机则以变频状态继续工作，做出最合理的安排是非常必要的，而具体的工作细节则为：首先是关机过程，当使用X0键位的时候，所有的系统内设备全部停止运行，系统进入关闭状态；当使用X1键位的时候，则是可以使得所有的阀门进入关闭状态。然后是工作开始过程，当使用X2键位的时候，则使得A和B水泵电机开始运行，再给Y1接口通入电流，便很轻易的实现B水泵电机的变频运行，即小功率水泵电机的变频运行，给MAR11通入电流，与此同时让T1延迟1秒后，在B水泵电机运行的时候，同时将使用MAR11是变频器中的FWD-CM端口进入闭合工作状态，而BX-CM则继续处于原始状态即可。当B水泵电机到达自身饱和频率，此时，MAR11已经处于闭合的状态，也就是，只需要AIW0增长到规定的数值时，则继电器KA1.0打在1位置，与此同时，将使切换继电器通入电流，开始首次的切换工作，在使用MSR11使得YBX通入电流，也就是使得BX-CM端口进入闭合状态。在B水泵电机变频的地方，始终处于闭合状态的触点SB8将进入打开状态，阻断YVF的电流，则B水泵电机的变频工作终止，与此同时，在变频调节器的FWD端口处，始终处于闭合状态的触点SB8将进入打开状态，阻断YFWD的电流，就是使得变频器的FWD-CM中没有电流通过；在三秒钟的时间后，始终处于开启状态的触点SB7开始工作，并迅速进入闭合状态，使得Y2通入了电流，将会使B水泵电机进入工频运行状态，与此同时，MAR11将通入电流，运行开启阀门的工作，YKF打在1位置，在一秒钟的时间后，继电器KA1.1将复位，与此同时，Y7将打在1位置，使得阀门再关闭，再经过一秒钟的时间后，阀门归于初始状态，从而完成了开启和关闭阀门的工作；Y3、MAR13通入电流，使得A水泵电机变频运行，当A水泵电机变频工作的时候，B水泵电机的变频开启阀门推迟，始终处于开启状态的触点进入闭合状态，继电器KA1.0也将打在1位置处，然后由Y6开始工作，在三秒钟的延迟后，KA1.0恢复初始状态；在经过一秒钟的延迟后，变频器FWD-CM端口所在处的所有始终处于开启状态的触点全部进入闭合状态，YFWD也将通入电流开始进入运行状态，FWD-CM端口进入闭合状态，与此同时，始终处于闭合状态的触点进入开启状态，阻断YBX的电流通过，从而使得FWD-CM端口可以接通，断开BX-CM端口的链接，从而达到了从B单独的变频工作到B开始工频工作同时A开始变频工作的转变的目的。在系统处于第二种工作状态的情况下，即B开始工频工作同时A开始变频工作的时候，在AIW0即压力与AIW2即频率达到饱和状态的时候，系统将再次转变工作状态，进入第三种工作状态，即A、B水泵电机都停止工作，开启C水泵电机，并以变频状态进行工作，整体的工作流程如下图4.1所示。启动C电机变频启动延时8S模拟调节正常运行下C电机是否到50HZC电机工频运行延时1SA电机变频运行延时8S模拟调节正常运行下C电机是否到50HZ延时1SA电机工频运行转换模拟调节B电机变频运行启动结束图4.1 启动的流程图如图4.2所示为本设计的相关切换程序及调试结果，当使用M0.0按钮时，Q0.0通入电流，开始工作，等到达所制定的时间后，相应的触点T2进入闭合状态，Q0.1通入电流，开始工作，同理可得，在经过一定的时间后，相应的触点T1会进入闭合状态，此时使用M0.3按钮，使得Q0.2通入电流，开始工作，从而达到前面所述的三种状态的切换目的，当然这些操作都会在统一的控制面板中放置，以方便操作。如图4.3所示为报警的相应程序图及其调试结果，在输入端口有报警信号输入的时候所关联的动合触点将进入闭合状态，然而这并不会使得内部辅助的继电器M0.0通入电流，此时其动断触点是处在一个闭合的状态，所以会在输出端口输出Q0.0是处于闭合通路的状态，因此，与Q0.0相连接的蜂鸣报警器就会进行报警工作；而在这个时候，SM0.5也就是一秒钟发送一次脉冲的继电器通入电流开始工作，并进行周期性的接通和断开，在经过与之相连接的I0.0的触点将这种周期性的信号再输入Q0.1，使得输出Q0.1也开始进入周期性的工作中，从而实现了报警灯泡的闪烁提示。当操作员注意到报警器的响声和报警灯的闪烁在之后，则可以使用复位按钮，使其恢复到初始状态，也就是，使得I0.1的动合触点马上进入闭合状态，而在这个时候的I0.0是处于在一个通路的状态下，因此内部的继电器M0.0则会进入闭合状态，同时，M0.0的动断触点会进入断开状态，与此同时，输出的继电器Q0.0也将会进入断开的状态，这报警器的蜂鸣声将停止；当然，M0.0的动合触点进入闭合的状态的时候，使得输出的继电器Q0.1进入一个连续的闭合的状态中，指示灯也就不会停止，并且一直发光，而不是闪烁。而在这个时候，取消报警的信号输入，则会使得动合触点X0进入断开状态，这个时候就会使报警灯也停止。图4.2 水泵电机组转换程序图图4.3 报警程序图5 节能简述根据本设计的题目，本身就在于设计一套可以实现节能的供水系统，因此，再次再一次对设计的根本进一步详细的叙述，其主要的节能功效在于以下几点：首先是第一点，也是本次设计的最关键的一点，采取了一点突破传统型的水塔或者单独的水泵供水观念的做法，将采取三组水泵电机组进行切换供水，以三种不同的组合状态来应付不同用水量带来的问题，从而达到“小脚配小鞋，大脚配大鞋”的效果，达到更加高效节能的效果；再者就是全套的手动自动切换装置，方便合理的考虑到现实供水过程中工作人员可能遇到的所有难题，手动可以快速准确的对部分进行检查修理，合理的节约了工作人员的时间，而且也是修理工作变得简便，使得修理时间大幅度的减少，从而使得对用户用水造成的影响降到最低化，也就是将中间的间歇时间降到最少，提高了整个供水系统的效率和收益，达到一定的付出，更大的收益的效果；而在自动化的过程中更是节约了大量的人力资源，整个系统的操作只需要在开启、停止以及报警的时候需要工作人员操作，而其他的工作则可以完全的自动化运行，不仅如此，还有就是，整个过程中，工作人员可以通过操作面板对所进行的每一步做任何改动，都可以通过操作面板实现，自动化的系统运行，将会使设计的整体效果更加突出可观，而且这也将会对供水系统做出突出的贡献，节约更多的成本，来获取更大的效益。本次设计的整体系统是处于一次性的设计理念来的，所需设备简单，结构简易，因此，并不需要太大的占地面积，与传统的供水设备来比较，会更加的节省资金，而且对于位置的选择没有太大的要求，构造简单易懂，采用了全封闭式的结构，避免了很多很小的、很容易被人忽视、但是影响颇大的问题，比如有：渗水、漏水、跑水、滴水，还有就是冒水等等很多无法忽略的致命问题，而这些问题往往是最不容易进行修复的，因此，采用封闭式的供水，不仅避免了这些小问题对用户用水带来的不便，而且还避免了这些问题造成的维修困难问题，这个创新将会是以一个十分完美而受欢迎的姿态在供水系统上出现，并且将会更大范围的应用，这样，供水系统将会变得越来越贴近时代的进步潮流，对未来的供水行业带来前所未有的新魅力、新效益。这个设计的整体结构是不需要什么水箱、水池，同上述的效果一样，在占地面积上同样是节省了很大的一部分的，从根本上也节约了初始投入资金，节省了大量的成本，但是并不会影响整个供水系统的供水效果，这样就既节省了成本又可以满足所需的供水量，也就是用户的需求，因此，设计的这一部分会是很好的节约方案，而且，如果这样设计，不使用水池、水箱来进行供水的话，也就不需要进行清理的一系列工作，这样不仅节省了消毒的专业器材和药剂，而且节约了消毒后的清洗用水，这份节约更是一份很大的利益，这在资金上，与之前的传统供水相比，节省了购买一些消毒所需要的一系列所有的用品，比如：消毒器材、消毒水以及消毒处理工具等的，而且节约了水资源，不再需要消耗大量的水来做消毒后的清理工作用，在长时间使用的供水系统中，将是一个不可忽视的大数字，因此，这个节能效果会是让人为之一亮的设计，如果在所有的供水公司使用，也将是解决现在世界水资源匮乏的很好的辅助方式，也为供水事业提供更大的利益可以收获，提升供水公司的供水积极性，而且在这方面节约的大量用水和资金，也将使得公司有更多的钱来提升水的质量，让大家可以更多的喝到更加安全、健康的水，为大家的身体做出更有价值的帮助，从另一个角度来看，这也是节能的一个表现，减少了用户的生病情况的出现，也就是节约了更多的资金来花费在不必要的地方，也就节省出更多的钱来提升用户的生活质量，这对用户将是一个非常好的消息。设计的最初开始的位置直接与自来水管网直接的串联，从这个设计来看，在节能的方面也是不可忽略的，也将是一个从电力、财力、人力资源都起到很好的节能效果的设计，首先我们从电力方面来讲，在电力方面，因为是直接与自来水管网串联，因此，在压力上，供水会直接与所提供的水源是一样的压力，因此，在对用户进行供水的时候，就只需要考虑在用户需要的压力大小基础之上，减去水源所带的压力，而这正是水泵电机组所需要供应的压力，从而减少了水泵电机组的供应压力的大小，也就在另一个角度上减轻了水泵电机组的压力，也就减少了水泵电机组的耗电力；接着再说说有关于对财力上的节能效果，不需要再提供设备去专门储备水源来供整个系统使用，从而节约了很多的资金，而且水电资源也是需要钱的，这样就会节省一部分资金，而且，省略了之前传统设备的中间过程，减少了中间过程中的损耗，包括水资源还有中间设备的损耗，因此也是对资金上的一份节约；最后再说一下人力资源上的节能，在人力资源方面，与之前的传统的供水相比较来说，中间环节的减少，将会减少中间环节的操作，从而，在人员的方面节省了不少的力，而且，也就不会出现中间这部分的故障、损耗等等的小毛病，也就不会需要人员去修理这部分的问题，因此，也算是节约了人力资源。对于这一部分，也正是符合着设计的理念，即“小脚配小鞋，大脚配大鞋”，水泵电机组本来就是需要多少给多少，这样一来，就会节约一部分电机的损耗，这样所带来的效益也将使可以见到的，同样会为供水公司造成很大的利益收入。本设计的操作采用PLC装置来整体控制，并统一显示与专用操作器上，这项设计改变是前所未有的创新理念。在节能上同样是很大的功臣。首先说一下它在人员的帮助上的强大的功效，它的出现，从根本上杜绝了传统的全靠工作人员一步一步的进行操作，不仅浪费了大量的时间，而且耗费了很大的精力，对人员的消耗颇深，从而需要更多的资金去雇佣更多的工作人员来工作，而且还需要更多的人去专门学习如何去操作这个系统的整个供水流程运行的每个步骤，这样相当于双重的人力资源的浪费，对供水公司、对国家的人才都是一个极其严重的浪费啊，然而这项设计将会很大程度的缓解这项巨大的资源浪费，不仅不需要大量的工作人员轮班监控操作，而且不需要大批的人才去学习如何一步一步的去操作整个供水系统的整个供水过程，只需要在控制面板前安排一名操作员来进行自动化的操作，整个过程也只需要按按按钮，工作人员甚至不需要来回进行大量的体力消耗，因而，在人员雇佣以及雇佣消耗资金上带来的很大的改观，较之前的来看，应该是呈倍数的改变，这样的节能效果怎么会不让人心动，从而更能带动供水产业的发展，还有就是需要一个修理人员，当然也是非常的轻松的，对于设备的故障问题，无论发生在哪里，只要是系统内部故障，只要在操作面板内进行一些小的操作就可以找到故障源头，不再需要一点一点的去检查，而且较之前的设备相比较而言，现在的设计中设备数目明显减少，可能出现的故障也就随之减少，这样就不需要去忙碌着去排查那么多设备，而且减少了工作量，就不需要太多的人去做维修工作，也算是减轻了供水公司的一部分财政负担，也算是减轻了国家人才的负担，很大程度上起到了节能的功效，对收益的影响也不小，在节约的情况下不但不会减少收入，还会提高供水公司的收益，是一举两得的必备良药；在介绍一下其在其他方面的节能效果，这样的设计，可以将所有的数据进行显示提醒，对与在供水运行过程中的所有数据的变化都一目了然，可以清晰的观察到整个供水系统各个位置的状态是否在合理的变动范围内，是否会影响系统的正常运行，从而可以提前做好改动，以防止一些故障的发生，把所有的问题都在发生之前处理点，不会带来太大的经济损失，而且不会对用户造成影响，反而有助于用户的生活，从而提高了供水公司在用户心中的声望，也将对供水公司的今后发展带来很大的影响，这样的效益是不可以用金钱就估量出的价值。还有就是早晚不同的供水水压，来应对早晚用水量不同，所造成的所需水压也不同的问题。在白天的时候，人们的活动量处于较多的时候，大量的生活活动就必然会带来相当大的水量消耗，从而，会导致白天的用水量大幅度的增加，然而到了晚上的时候，人们都处于休息或者比较安静的生活状态，这样的生活状态比不会造成大量的水资源的使用，因而，在晚上的时候，对水的需求量就会较少的一个低峰期，这两种情况是非常现实、非常实际化的考虑的，应对这种问题上的节能是最基础化的节能设计，也是比较重要的节能设计，一次采用了三台水泵电机组的设计，这样的三台水泵电机组设计，可以说是将这个问题最简化后处理，将整个供水过程也划出了不同的时期，来满足不同的时间段所需的水量不同的状况，分段分组的工作，将节约大量的资源，来供应其它方面的消耗，通过三台水泵电机组的不同组合达到三种组合状态，以这三种组合状态，加上变频器的合作，使得设计中的这部分成为核心，将供水系统的设计再一次推向尖端，以更加人性化、更加专业化、更加合理化、更加优越化的姿态展现出来，将节能的效果提高到极致，实现供水系统、供水公司的效率和收益最佳化，使大量的能源节约出来，供给其他方面的消耗。最后就是强大的报警功能系统，这个报警系统是通过系统自动的系统数据检测，并且进行与初始数据的比较计算后，如果发现有所出入的话，则会输出报警信号，也就是会发生蜂鸣声，并且伴随着报警灯的闪烁，来提示工作人员出现了故障，这看似跟节能问题毫无关系，事实上当报警系统可以及时的发现问题并提醒工作人员，然后由工作人员尽快的对故障位置进行修复或者矫正，阻止或者说预防一切的问题的发生，从而避免因为大型故障造成的经济损失以及因为这样而对用户的用水造成影响，这样提高了供水系统的高效性，从而将提升供水公司的声誉，这样必然会给公司带来更加多的效益，从而实现同样的资源获取更多利益的节能效果。6 结 论有关于这次的毕业设计，我们的整体设计就是围绕着供水系统的节能来展开的整体工作，因此，对于这次的设计要实现的就是自己的设计可以改变之前的供水系统的供水装置的设计，从而达到节能供水系统的设计。说到这个节能的问题，还是那些有关前面所述的设计方案，具体总结如下：第一点，供水系统的水源来自供水管网的自带一定压力的水源，使得供应的时候所需水压会减少，因此可以减缓水泵电机组的供应压力，也就会节省很多电能，达到一定的节能效果；第二点，水泵电机组的三种状态的切换，来实现在不同的时间段所需要的供水水压，以此来达到一个合理供水的目的，不必再像以前一样以最高供应