毕业设计 题 目 城市小区恒压供水系统 学生姓名 学 号 专业班级 指导教师 学 院 答辩日期 I 毕业设计摘要我国人口众多，每年所消耗的能量巨大。近年来，能源紧张影响到工业生产及人民生活。因此，节能降耗是保证工业和生活稳定发展的一项关键措施。然而，长期以来，由于我国自动化程度低，用水行业的技术水平相对比较落后，经常导致用水高峰期用户用水的不稳定，例如水压较低，供水量低于需求量。因此针对小区居民的日常用水问题，设计了一套基于PLC控制的变频调速恒压供水系统。此变频调速恒压供水系统由PLC、变频器、压力变送器等组成，由一台变频器实现对三台水泵电机的软启动和变频调速，三台泵电机采用变频和工频循环运行方式，运行切换采用“先启先停”的原则。使用STEP7 Micro/WIN编程软件，设计了一个用于供水系统压力控制的控制器内置在PLC中，对压力给定值与测量值的偏差进行处理，从而控制变频器的输出电压和频率，进而改变水泵电动机的转速和水泵出水口流量，实现管网压力的自动调节，使管网压力稳定在设定值附近，并且利用组态软件设计了系统的用户管理和监控界面。关键词：变频调速；恒压供水；可编程控制器 AbstractFor the numerous population, much energy is consumed every year in our countryIn recent years, shortage of source have affected the industrial production and peoples life.Therefore, energy saving and reduce the consumption is a crucial measure to guarantee industry and lifes stable development.However,since automation level is low ,for a long time,our country falls behind with the technical horizon comparison with water profession, users often appears with the instability of water in using water peak-hour,such as hydraulic pressure is low and the supply of water is measured below demand. According to the problem in using water designed a variable frequency speed-regulating constant pressure water-supply system with PLC .The water supply system consists of PLC,frequency converter and pressure transmitter etc.A frequency converter to realize three phase pump generators soft start and frequency control, three pump generators to comprise the circulating run mode of frequency conversion, operation switch adopts to the principle ofstart first stop first.using STEP7 Micro/WIN program software designed a control system with PLC .The control system can compare the measured pressure with the advanced pressure , to control the real-time output Voltage and frequency.the output quality of pump is changed along with the changing of pumps speed.It makes the pressure of pipe self-regulating and steady in the scheduled value,and have designed a operation management interface using Supervision Control and Data Acquisition.Key Words：variable frequency speed-regulating；constant pressure water-supply；programmable logical controller 目录第一章 绪论11.1 变频恒压供水系统研究的技术背景和设计依据11.2 变频恒压供水系统国内外的研究现状及发展趋势21.3 可编程控制器简介31.4 本文研究的主要内容6第二章 变频恒压供水系统分析72.1 供水系统的基本特性和方式72.2 常用调速方式及变频调速原理92.3 变频调速技术112.4 水泵调速运行的节能原理122.5 变频恒压供水的特点分析13第三章 基于变频调速的恒压供水系统设计153.1 变频调速恒压供水系统要完成的主要功能153.2 变频调速恒压供水系统的控制方案及选择153.3 变频调速恒压供水系统的构成173.4 变频调速恒压供水系统工作原理193.5 变频至工频的同步切换203.6 变频调速恒压供水系统运行分析21第四章 系统硬件设计224.1 变频器的选择224.1.1 MM440型变频器性能特点及技术指标234.1.2 MM440型变频器的主要作用244.1.3 MM440型变频器的电路结构254.1.4 MM440型变频器的参数设定和调试264.2 水泵的选择274.3 其他相关设备的选择294.3.1 变送器的选择294.3.2 接触器的选择304.3.3 软启动器的选择314.3.4 主令电器的选择324.4 系统电路设计334.4.1 主电路设计334.4.2 控制电路设计344.5 PLC I/O分配364.6 PLC的选型384.7 变频器与PLC的连接404.8 系统硬件连接图41第五章 系统软件设计425.1 总体流程图设计425.1.1 手动运行流程图设计425.1.2 自动运行流程图设计435.2 各个模块梯形图设计485.2.1 软元件设置485.2.2 手动控制程序设计495.2.3 自动控制程序设计515.2.4 初始化程序设计575.2.5 报警程序设计605.3 系统的测试与运行分析615.3.1 系统手动运行测试615.3.2 系统自动运行测试61第六章 基于组态王的恒压供水系统监控设计636.1 组态王简介636.2 组态王系统设计636.2.1 组态王系统设计步骤636.2.2 组态王系统设计过程64第七章 总结68参考文献69外文原文71外文翻译83致谢92毕业设计第一章 绪论1.1 变频恒压供水系统研究的技术背景和设计依据水和电是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在节水节能已成为时代特征的现实条件下，我们这个水资源和电能源短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，自动化程度较低。在通常的城市小区供水中，基本上都是靠供水站的电动机带动离心水泵，产生压力使管网中的自来水流动，把供水管网中的自来水送给用户。但供水机泵供水的同时，也消耗大量的能量，如果能在提高供水机泵的效率、确保供水机泵的可靠稳定运行的同时，降低能耗，将具有重要经济意义。我国供水机泵的特点是数量大、范围广、类型多，在工程规模上也有一定水平，但在技术水平、工程标准以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比，还有一定的差距。主要表现在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量，出现水压降低供不应求的现象；而在用水低峰期，水的供给量常常高于需求量，出现水压升高供过于求的情况，此时会造成能源的浪费，同时还有可能造成水管爆裂和用水设备的损坏。传统调节供水压力的方式，多采用频繁启/停电机控制和水塔二次供水调节的方式，频繁启/停电机控制产生大量能耗的，而且对电网中其他负荷造成影响，设备不断启停会影响设备寿命；水塔二次供水调节的方式则需要大量的占地与投资。且由于是二次供水，不能保证供水质量的安全与可靠性。因此，保持管网的水压恒定可以使供水和用水之间保持平衡，不但提高了供水的产量和质量，也确保了供水生产以及电机运行的安全可靠性。而寻求供水与能耗之间的最佳性价比，是困扰人们的一个长期问题。因此，如何解决供水与能耗之间的不平衡，寻求提高供水效率的整体解决方案是各供水企业关心的焦点问题之一。变频调速技术以其显著的节能效果和稳定可靠的控制方式，没有频繁的启动现象，启动方式为软启动，设备运行十分平稳，避免了电气、机械冲击，也没有水塔供水所带来的二次污染的危险。由此可见，变频调速恒压供水系统具有供水安全、节约能源、节省钢材、节省占地、节省投资、调节能力大、运行稳定可靠的优势，具有广阔的应用前景和明显的经济效益与社会效益。所以研究设计基于变频调速的恒定水压供水系统(简称变频恒压供水)，对于提高企业效率以及人民的生活水平，同时降低能耗等方面具有重要的现实意义。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活，也直接体现了小区物业管理水平的高低。为了尽可能地满足城市生产和人们日常生活供水需要，如何做好供水设备的维护和管理并有效解决电能消耗问题成了必须解决好的关键问题。1.2 变频恒压供水系统国内外的研究现状及发展趋势近年来，交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术。变频调速是交流调速的基础和主要内容。上个世纪变压器的出现使改变电压变得很容易，从而造就了一个庞大的电力行业。但长期以来，交流电的频率却一直固定而不能受人为控制，变频调速技术的出现使频率变成可以利用的资源。现在，我国已有很多的公司、工厂和研究所从事变频调速技术的研究开发工作。但自行开发生产的变频调速产品和国际上的同类产品相比还有比较大的技术差距。随着改革开放和经济的高速发展，变频调速己形成了一个巨大的市场。目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器 (PLC)实现；有的采用单片机及相应的软件实现。这两种控制方案，从可靠性方面讲，PLC优于单片机，从经济性方面看，单片机优于PLC。在变频与工频电源的切换技术上，多数采用主电路串接软起动器的方法进行降压起动，也有采用切换时封锁变频器的控制脉冲，使变频器输出为零，切换到工频电源上。这两种方法中，采用主电路串接软起动器的方法进行降压起动容易实现，软起动器一般为成