水塔水位自动控制系统设计

1、毕业设计说明书毕业设计说明书 设计（论文）题目：设计（论文）题目：水塔水位自动控制系统设计水塔水位自动控制系统设计 学生姓名：学生姓名： 学学 号号： 专业班级：专业班级： 学学 部：部： 指导教师：指导教师： 2012 年 05 月 20 日 摘 要 -I- 摘要 在一般住宅或大楼的顶楼常设置水塔或者水箱以提供充足的水压供给用户 使用，另备有地下蓄水池用来自自来水公司提供的水源作为供顶楼的水塔或者 水箱进水使用。水塔供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，避免 “空塔” 、 “溢塔”现象发生，当今可编程序控制器（PLC）技术、传感器技 术 现已日趋成熟，所以应考虑才用它们来对水塔水位自

2、动的控制。 恒压供水系统利用变频器调节水泵的转速以控制流量，使水塔水位保持不 变，压力信号由压力仪表获得，变频器由 PLC 控制，同时 PLC 控制几台水泵的 切入与切出。系统具有手动、自动控制功能，变频故障时可实施工频应急运行， 变频器以一拖四的运行方式，各台电动机均有变频器软起动，减缓了电气与机 械冲击。根据用水量大小，用 PLC 控制各台电机的工频、变频或变频、工频投 切。 关键词：恒压供水；变频调速；PLC 控制 Abstract -II- 全部设计资料联系小企鹅：229780692 Keywords: Constant pressure water supply Variable f

3、requency speed regulation PLC control 目 录 -III- 目目 录录 摘要.I Abstract.II 目 录.III 第 1 章 前言.1 第 2 章 系统设计思路.5 2.1 系统概况.5 2.2 本系统具体设计要求.6 2.3 系统的优点.8 第 3 章 系统主要元件配置.9 3.1 水泵.9 3.1.1 多级离心泵特点.9 3.1.2 D 型卧式多级离心泵性能参数表.10 3.2 PLC.11 3.2.1 三菱 PLC 的产品系列.11 3.2.2 三菱 FXPLC 的特点.12 3.2.3 产品说明.13 3.3 变频器.14 3.3.1 变频器

4、种类.14 3.3.2 三菱变频器型号.16 3.4 其他硬件.19 第 4 章 恒压供水变频一拖四系统配线图.21 4.1 系统配置特点.21 4.2 自藕降压启动.21 第 5 章 恒压供水变频一拖四系统程序.27 5.1 顺序功能图及说明.27 5.2 步进程序图及说明.29 结论.31 参考文献.32 谢 辞.33 附录 A.34 恒压供水变频一拖四步进功能梯形图.34 第 1 章 前言 -1- 第 1 章 前言 “自来水”被人们称之为“城市的生命线” 。当建筑技术的发展让人们的住 所平地而起，超高层大楼鳞次栉比耸立在现代城市里的时候，如何将水送到同 样的高度并不是一件轻而易举的事情。

5、 “自来水”来之不易，也绝非自来。新 中国成立六十年来，我国的建筑供水事业走过了一条从沿承旧路、不断摸索再 到自主创新的发展之路。中国人在解决水与高度这一命题的过程中，发挥了自 己的智慧与创造，开辟了安全供水的新时代。 轱辘摇转，井绳结缠。自掘土挖 坑打出第一眼水井开始，解决“水与高度” 的问题，便成为人类生活中最重要 的内容之一。也许你并没有太注意，水塔供 水方式的产生，就如同互联网改变 了我们的生活方式一样，从“ 辘轳井”汲水 到“自来水”的跨越已经成为人 类生活进步的重要标志。时至今日，我国不少 欠发达地区还没有解决自来水的 问题，还在致力于推动健康卫生的“自来水工 程” 。所谓水塔供水

6、就是先用水 泵把经过消毒的干净水抽到水塔顶部箱体内， 再依据水塔自身高度产生的落差， 自然形成水的压力，经过城市供水管线流到 千家万户。 这种方式的自来水在地面建筑多为平房和低层楼房的时期无疑是完全可以 满足的。解放初期我国大多数城市大都是采取水塔供水的方式。但是随着城市 楼房的不断升高，供水压力的不足暴露无疑。面对越来越多的高层楼房拔地而 起，如何将自来水输送到高层楼房的顶层成为高层建筑供水技术的新命题。 1958 年，以人民大会堂、北京饭店、民族饭店、华侨大厦等“十大建筑” 的 陆续竣工为标志，中国高层建筑的“楼顶水箱供水”技术开启了新的时代。 反 观新中国成立六十年的供水技术史，伴随着技

7、术的发展，高层建筑供水 设计的 理念也发生了很大的变化。从保证有水到节能、环保，再到安全、节 约、健康、 舒适。今天的供水技术，已经实现了从人力到自动、从低层到高 层、从原始到 专业的三大跨越，在给人们提供更加舒适便捷生活的同时，开辟 了安全、健康 供水的新时代。 我供水行业六十年来，在供水范围经历了一个从小到大，从城 市至农村， 从室外集中供应至室内分散供应，从底层供水至层层供水，从只供 冷水至供冷 热水、直饮水，从简易到复杂、到全方位、优质供水。供水技术经 历了水箱供 水、气压供水、变频供水、减压阀减压供水和无负压供水（或称管 网叠压供 水）等发展阶段，这是一个既与国民经济的发展密切相关，

8、又与人们 生活紧密 联系在一起的领域，是一个不可缺少也无可替代的行业。 当前，供 水行业面临着一个大幅度提高水质标准，全面改造供水工艺和供 水管网的关键 时机，同时也面临着水资源贫乏、产业结构发生深刻变化的现 状。如何进一步 推进节能、节水技术，防止垄断弊病，向人们和各行业供应更 好、更多、更优 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 -2- 的水是我们的企求和 进入 21 世纪，我国建筑给排水设计行业在不断发展的过 程中终于日臻成 熟，总体水平基本达到了国际的先进水平。我们通过新中国成 立 60 年来不同阶 段对苏联、日本、欧美的学习，通过学习改造，兼收并蓄， 逐步形成了自己的 设计体系和设计思

9、想。建筑给排水设计的发展也从为满足人 民需求被动进步演 变成了科学发展地主动适应和引导人民的用水需求和习惯。 节水、节能、环保 和可持续发展的思想成为建筑给排水设计的核心理念，无负 压供水技术就是响 应国家节能战略的产物。同时，建筑给排水在生活供水方面 的理念经历了“卫 生” “安全”阶段，开始进入了“健康”的阶段。我们认为 仅仅是没有细菌、 没有有害物质的生活用水是不够的，过度纯净的水对人体健 康也没有好处，供 水的更高要求是各种元素有益无害，浓度适当，舒适健康。 供水是一个关系国计民生的重要产业。随着社会的发展和人民生活水平的 提高，对城市供水提出了更高的要求，要满足及时、准确、安全保证充

10、足供 水， 如果仍然沿用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，为 此必 须进行水塔水位控制自动化系统的改造。 现今社会，自动化装置无所不在，在 控制技术需求的推动下，控制理论本 身也取得了显著的进步。水塔水位的监测 和控制，再也不需要人工进行操作。 实践证明，自动化操作，具有不可替代的 应用价值。水塔水位自动控制器，具 有适应各种液体液位的检测和控制的功能， 是可以投入实际生产的产品。 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息， 并能将检测感受到的信 息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息 输出，以满足信息的传 输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现 自动检测

11、首要环节以及 自动控制的关键部分。 在一般住宅或大楼的顶楼常设置水塔或者水箱以提供充足的水压供给用户 使用，另备有地下蓄水池用来自自来水公司提供的水源作为供顶楼的水塔或者 水箱进水使用。水塔供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，避免 “空塔” 、 “溢塔”现象发生，当今可编程序控制器（PLC）技术、传感器技 术 现已日趋成熟，所以应考虑才用它们来对水塔水位自动的控制。 变频调速技术是近十几年来迅速发展起来的比以往任何调速方法更加优越 的新技术，因其具有节能效果明显、调速曲线平滑、调速过程简单、安全可靠、 保护功能齐全、起动性能优越、自动化程度高等特点而受到越来越多的企业的 青睐，被应用

12、到工业生产控制过程中的任何场合，显著的节能效果给众多的企 业带来了巨大的经济效益。特别是近几年来随着 IGBT 功率元件和 DSP 微处理系 统在变频器中的应用，变频器本身已非常成熟，使得变频调速技术的优越性更 加突出，传动效率越来越高，使用越来越方便，可靠性也得到了进一步的提高。 第 1 章 前言 -3- 现代工业生产是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。可编程控制 器(PLC)由于具有以下特点而深受工厂工程技术人员的欢迎。 (1) 可靠性高，抗干扰能力强 其平均无故障时间大大超过 IEC 规定的 10 万小时，同时，有些 PLC 还 采用了冗余设计和差异设计，进一步提高了其可靠性。 (

13、2) 适应性强，应用灵活 多数采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便。 (3) 编程方便，易于使用 梯形图语言和顺控流程图语言(Sequential Function Chart)使编程简 单方便。 (4) 控制系统设计、安装、调试方便 设计人员只要有 PLC 就可进行控制系统设计，并可在实验室进行模拟 调试。 (5) 维修方便，工作量小 PLC 有完善的自诊断、历史资料存储及监视功能，工作人员可以方便 的查出故障原因，迅速处理。 (6) 功能完善 除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊功能 块，还可以实现点位控制、PID 运算、过程控制、数字控制等功能，既方便工 厂管理又可与上位机通信，通过远程模块还可以控制远方设备。 由于具有以上特点，使得 PLC 的应用范围极为广泛，可以说只要有工厂、有控 制要求，就会有 PLC 的应用。2 河北联合大学轻工学院毕业设计说明书 -4- 第 2 章 系统设计思路 -5- 第 2 章 系统设计思路 2.1 系统概况 图 2-1 供水系统管网结构图 水塔的水位自动控制其根本目的是要让整个供水管网压力趋于恒定，所以 本系统的思路就是利用变频器调节水泵的转速以控制流量，使水塔水位保持不 变，压力信号由压力仪表获得，变频器由 PLC 控制，同时 PLC 控制几台水泵的