恒压供水控制系统的设计

天津理工大学

自动化学院专业设计报告

题目：恒压供水控制系统的设计

-------------系统硬件设计

学生姓名周延学号

届 2011 班级电气07-2 指导教师杨顺峰专业电气工程及其自动化

说明

1. 专业设计文本材料包括设计报告、任务书、指导书三部分，其中

任务书、指导书由教师完成。按设计报告、任务书、指导书顺序装订成册。

2. 学生根据指导教师下达的任务书、指导书完成专业设计工作，合

作完成的专业设计，要在设计报告概述中明确说明分工。

3. 设计报告内容建议主要包括：设计概述、设计原理、设计方案分析、软硬件具体设计、调试分析、总结以及参考资料等内容，不同类型的设计可有所区别。

4. 设计报告字数应在3000-4000字，图纸设计应采用电子绘图、且

符合相应国标，文字规范借鉴参考毕业设计要求。

5.专业设计成绩由平时成绩（50%）、报告成绩（30%）和答辩成绩（20%）

组成。专业设计应给出适当的评语。

专业设计评语及成绩汇总表

目录

第一章绪论 (1)

绪论 (1)

变频恒压供水系统的研究现状 (3)

本课题的主要研究内容 (4)

第二章系统的理论分析及控制方案的确定 (5)

变频恒压供水系统的理论分析 (5)

变频恒压供水系统理论方案的确定 (5)

第三章系统的硬件设计 (7)

系统主要设备的选型 (7)

系统主电路分析及其设计 (9)

PLC的I/O端口分配及外围接线图……………………10第四章

系统的软件设计 (13)

系统的软件设计分析 (13)

PLC程序设计 (15)

第一章绪论

绪论

随着社会的发展和进步，城市建筑的供水问题日益突出，一方面要求提高供水质量，不要因为压力的波动造成供水障碍；另一方面要求供水的可靠性和安全性，在发生火灾时能够可靠供水。针对这两方面的要求，新的供水方式和控制系统应运而生，这就是PLC控制的恒压无塔供水系统。恒压供水包括生活用水的恒压控制和消防用水的恒压控制—即双恒压系统。恒压供水保证了供水的质量，以PLC为主机的控制系统丰富了系统的控制功能，提高了系统的可靠性。

传统的供水方式有：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) 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应，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，停泵压力往往比较高，致使水泵在低效段工作。

(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较长，对操作员的素质要求比较高，可靠性比较低，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、自动可靠的方向发展，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。

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。

下面是一个四泵生活/消防的双恒压无塔供水系统。如图1所示，市网来水用高低水位控制器EQ来控制注水阀MB1，它们自动把水注满储水池，只要水位低于高水位，则自动往水箱中注水。水池的高/低水位信号也直接送给PLC,作为低水位报警用。为了保证供水的连续性水位上下限传感器高低距离不是相差太大。生活用水和消防用水公用四台泵，电磁阀MB2平时处于失电状态，关闭消防管网，四台泵根据生活用水的多少，按一定逻辑控制运行，使生活用水在恒压状态（生活用水低恒压值）下进行；当有火灾发生时，电磁阀MB2得电，关闭生活用水管网，四台泵供消防用水使用，并根据用水量的大小，使消防供水也在恒压状态（消防用水高恒压值）下进行。火灾结束后，四台泵在改为生活供水使用。

图生活/消防双恒压供水系统工艺流程图

对四泵生活/消防双恒压供水系统的基本要求是：

（1）生活供水时，系统应在低恒压值运行，消防供水时系统应在高恒压值运行；

（2）四台泵根据恒压的需要，采取“先开先停”的原则接入和退出；

（3）在用水量小的情况下，如果一台泵连续运行时间超过三小时，则要切换到下一台泵，即系统具有“倒泵功能”，避免

某一台泵工作时间过长；

（4）四台泵在启动时要具有软启动功能；

（5）要有完善的报警功能；

（6）对泵的操作要有手动控制功能，手动只在应急或检修时临时使用。