某住宅小区二次加压供水系统设计.doc

课程设计任务书课程名称： 课程设计 题 目： 某住宅小区二次加压供水系统的设计 学 院： 信息工程学院 系： 电气II类 专业班级： 学 号： 学生姓名： 起讫日期： 指导教师： 职称： 学院审核（签名）： 审核日期： 某住宅小区二次加压供水系统的设计摘 要：设计了以PLC、变频器为主的某小区二次加压供水系统，并对其原理、构成和特点进行了阐述。该系统通过PLC控制进行PID调节从而达到恒压供水，来解决该小区因用水高峰管网压力较小使高层住户供水不足的问题。改善了供水系统的稳定性。关键词：plc 变频器 二次加压供水A secondary pressure water supply systemAbstract :A secondary pressure water supply system,which is composed of PLC and frequency converter,is presented. And also introduce the principle , construction and characteristics of the system.The system use the PLC to control the PID regulation to achieve the constant pressure of the water supply.To solve the high-level residents using water pressure problem.Key words ：PLC frequency converter secondary pressure waterworks1.引言 由于用水高峰期，管网水压较小，光靠市政管网的水压只能满足小区低层用户正常供水，而楼栋高层用户供水不足。为了解决此问题，以市政供水为基础，采用小区二次加压供水系统再次进行恒压供水，提高供水的稳定性和可靠性。此二次加压供水采用PLC与变频器配合所构成的自动恒压闭环控制系统，以PLC为控制中心，利用变频器的反馈控制、PID调节可良好地维持水压恒定，达到二次加压供水目的。2.控制系统的构成如机构框图该二次加压供水系统由PLC和变频器等组成。控制对象为某住宅小区供水系统，系统选用三台水泵（可根据实际需求选定），两台主泵，一台辅助泵。通过抽取蓄水池中的水源进行供给，而蓄水池供水由市政管网提供。由于用水高峰期与一般情况下水压落差较大，故选用含PID调节器的变频器进行变频控制水泵转速，达到维持水压恒定的目的。变频器控制其中一台主泵工作，当主泵故障另一主泵实现自动切换。当用水高峰，主泵与辅助泵同时工作以满足住户用水需求。利用调频器与PLC构成的反馈控制系统，进行优化控制泵变速运行，并自动选择水泵的运行台数，实现对供水压力的控制，以在管网流量变化时对高层用户满足供水需要。利用检测用户管网出水压力,再将系统所设定的给水压力值与反馈的用户管网出水压力实际值进行比较，将差值进行PID转换，使调差符合规定要求，通过PLC控制输出指令，来控制水泵的运行转速和投入运行的水泵台数，达到用户管网出水压力维持在系统的设定值。系统的控制中心是PLC。PLC 采集压力变送器的信号、液位变送器的信号并根据变频器的状态，发送指令，控制变频器。PLC可以实现数字PID 调节, 控制水泵的运行与切换, 驱动控制变频器。另外, 水泵的工频变频切换逻辑以及自动手动控制，工作报警等也由PLC承担。由于可能出现电机过载、电网的大扰动、工作报警以及供水水源中断等问题，故在控制系统中工作报警是必不可少的。手动/自动控制则是便于远程监控。通过这些系统构成，该二次加压供水可远程/现场手动/自动控制运行，自动工频/变频切换运行。3.二次加压系统的设计原理该二次加压系统以开关量的输入、输出控制水泵电动机的启动、切换、停止和故障的报警等， 水泵的转速、水压等模拟量则由PLC、PID 调节器和变频器来控制。PLC模拟量输入检测模块输入由液位传感器与压力传感器检测的液压与用户管网水压转换的压力、液力控制信号，再将此两变送器信号经过PLC内置PID模块进行PID运算输出的420mA的控制信号。由于压力与转速的平方成正比，水流量与水泵的转速成正比，设定变频器的下限频率（如15HZ），则在下限频率15HZ到额定基频50HZ之间，水泵运行频率与电压成正比，也就是说与调频器输入频率成正比，将PID运算后的控制信号通过PLC输出，进而控制变频器的输出频率来调节水泵转速，达到用户管网出水水压控制。高层用户管网给定水压PLC水泵电机电控设备变频器液压控制信号水压控制信号图2 负反馈闭环控制原理图 如图2，由PLC、变频器、电控设备、水泵电机以及水、液压控制信号构成了一个闭环负反馈的控制系统。将用户管网的水压信号与蓄水池的液压信号送到PID调节器，PID进行采样分析，与给定的水压值进行比较求出偏差，经由PLC输出控制信号，控制变频器输出频率进行水泵转速调节，以消除静差，使用户管网输出水压与给定值一致。图3为PLC输入输出图，通过模拟量数字量的输入输出，根据cpu控制，实现PLC控制功能。变频器工频/变频切换自动/手动控制液位监测信号DI/DODI/DODIAOAIPLC控制器水压检测信号AIDIDIO备用选择报警信号图3 PLC控制输入输出图 以PLC为控制主体的全自动变频恒压控制的二次加压供水系统，当工作时，首先1#泵启动，由闭环控制系统的反馈调节作用，频率上升过程中当水泵电机以某转速运行，此时用户网管水压与给定值保持一致时，变频器输出维持恒定，则1#水泵以此速率运行。当用户用水量增加使用户管网水压值小于给定值时，通过反馈调节与PID调差是频率器输出频率增加，水泵电机加速运行直到差值减小到零，用户管网出水水压达到给定值，此时水泵电机以新的转速运行。当变频器输出频率达到工频（50HZ）时，用户管网出水水压如果仍然没有达到给定值，PLC根据压力传感信号，将1#泵速率调节至工频下运行, 再通过程序依次将2#水泵启动，以达到恒压控制。用水量减少时，系统需要进行减泵操作，一般采用“先启先停”的切换模式。当变频器工作在最低信号时，PLC先将运行在工频状态的水泵停掉，从而减少用户网管供水量，当压力最大信号与频率最低信号仍然存在时，PLC需要再停掉另一台工频状态下的水泵，直到最后一台水泵电机在变频状态下运行。4.系统的控制程序设计开始程序此程序的设计是以PLC为中心，以恒压状态下水泵电动机的运行状态以及切换水泵运行的过程进行程序控制设计。PLC初始化给定压力值A及其上、下限用户管网压力测量值BY BA下限增泵运行YN减泵运行 BA上限YN15HZN BA增加频率减小频率N50HZNN B=AY电机切入工频运行Y稳定频率运行图4 PLC实时控制流程图 系统利用PLC进行控制，通过PID调节用变频器达到调频变速的目的。图4为plc实时控制流程图，如图中所示给定压力值设定了上、下限，可防止电机频繁启动，亦可根据测定的用户管网的压力值与给定值得上、下限的比较，进行减泵与增泵程序操作。然后根据上述的控制原理，进行增加频率、减少频率控制水泵转速。若出现故障，如变频器故障或压力传感器故障时，应用手动进行切换操作。5.结束语 由于市政管网供水在用水高峰压力较小，无法实现对小区高层用户的供水需要，利用二次加压供水系统，通过抽取市政管网蓄入蓄水池中的水，进行二次加压供水，这样便提高了小区住宅的供水的稳定性与可靠性，保证了在用水