基于PLC控制无塔变频恒压供水系统设计.pdf

基于 PLC控制的无塔变频恒压供水系统设计 第一章 绪论 1.1 概述 随着改革开放的不断深入，我国中小城市的城市建设及其经济迅猛发展，人们生活 水平不断提高，同时，城市需水量日益加大，对城市供水系统提出了更高的要求。供水 的可靠性、稳定性、经济节能性直接影响到城区的建设和经济的发展，也影响到城区居 民的正常工作和生活。 我国中小城市城市传统的供水方式主要采用恒速泵加压供水以及水塔高位供水等， 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。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， 影响城市整体规划，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，且能耗大。 综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在效率低、可靠性差、自动化程度不 高等缺点，难以满足当前经济生活的需要。 当前，随着可编程序控制器 (PLC)技术的发展，由于其高可靠性、高性价比、广泛的 工业现场适应性方便的工艺扩展性能， PLC在工业自动控制过程中得到了越来越广泛的 应用。同时，交流异步电动机变频调速技术的日益成熟，与以往任何调速方法相比具有 节能效果明显、调速过程简单、起动性能优越、自动化程度高等许多优点。因此将 PLC 及变频器应用于供水系统，可满足城市供水系统对可靠性、稳定性、经济节能性的要求。 1.2 问题的提出及解决方案 张家口市地处河北省西北部山区，城市人口约 45万人，过去为军事重地，改革开放 较晚，属经济欠发达地区。改革开放后，张家口加快了城市建设步伐。但城市供水系统 陈旧，城区管网多采取传统的水塔高位供水方式。水塔分布在市区内，不仅影响城市整 体规划，且存在能耗大，维护不方便，电机的启动电流对电网冲击大的缺点；各供水系 统相距较远，不能及时有效地掌握各供水系统的运行状况，系统运行可靠性低，故障排 除慢，系统运行中的一些参数也无法监控与记录。为满足城市需水量日益加大的要求， 供水公司决定兴建新水源——在距市区南 17公里的洋河边打井取水，并经西泵站二次加 压为城区供水。同时为降低单位供水能耗，实现全自动、可靠、稳定的供水，需要利用 变频恒压供水技术对原供水系统进行自动化改造，采用 PLC控制并进行远程监控、管理 及故障远程报警。在实现过程中主要研究并解决以下问题。 1、研究并完成利用 PLC、变频器、远传压力表和多台水泵机组等主要设备构建变频 调速恒压供水系统的设备选型与方案设计，为提高变频器的使用效率，减少设备投资， 采用一台变频器拖动多台水泵电机变频运行的方案。 2、深入分析变频恒压供水系统的工况变化过程，确定工况转换方式，完成 PLC控制 程序的设计，实现水泵的变频起动，保证水泵从变频到工频的可靠、安全的切换。 3、设定 PID调节参数，实现在全流量范围内靠变频泵的连续调节和工频泵的分级调 节相结合，维持供水压力恒定。 4 、研究PLC和计算机的通信模式，确定通信协议，开发通信与监控软件，实现供水 系统的远程监控、管理与报警。 5、加强系统的可靠性设计，提高系统的冗余度，设计自动工频运行方式和手动运行 方式作为系统全自动变频恒压运行的备用方案，在故障时作为应急处理，维持供水。 通过该项目的研究和实施可以极大地改善城区供水的可靠性和稳定性，降低能耗及 维护成本，方便管理。具有较好的应用前景和推广价值。 1.3 相关技术概况 1.3.1 PLC 技术概况 对于由继电器控制装置构成的自动控制系统，每一次设计或改进都直接导致继电器 控制装置的重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。因 此，可编程控制器这一新的控制装置应运而生，并取代了继电器控制装置。 可编程控制器 (PLC)是以微处理器为核心的工业