内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）

第三章 变频恒压供水系统的软件设计 ......................................................................... 28

3.1 系统软件设计分析 ............................................................................................ 28 3.2 PLC程序的设计 ................................................................................................ 28

3.2.1 系统控制程序的设计 ............................................................................. 29 4.2.2 控制系统子程序的设计 ......................................................................... 31

第四章 结束语 ................................................................................................................ 36 参考文献 .......................................................................................................................... 37 附 录 主程序梯形图 ..................................................................................................... 38 致 谢 ................................................................................................................................ 46

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第一章 绪论

1.1 课题产生的背景及意义

在我们的生活中，水是我们不可缺少的重要组成部分，无论是在我们的日常生活中，还是在工业生产中，都离不开水。所以在这个节水节能已成为时代特征的现实条件下，无论是现代工业的发展还是人们生活中的日常用水，对水质以及供水系统的稳定性、节能性都提出了更高的要求。而长期以来，我国在市政供水、工业生产循环供水以及高层建筑供水等方面的技术一直比较落后，工业自动化的程度和其他国家相比还存在一定的差距。衡量供水质量的一个重要的指标就是供水的压力是否能够恒定。比如在用水量比较大的情况下，水得供给量常常低于需求量，而出现水压降低、供不应求的现象；在用水量比较小的情况，水的供给量经常高于需求量，而出现水压升高、供过于求的情况。这是就会造成水资源的浪费，严重的还可能造成水管爆裂和用水设备的损坏。在如当发生火灾的时候，若供水压力不足或是无水供应，不能够迅速的灭火，不仅会造成经济上的损失，更甚会带来人员上的伤亡。因此，保持管网水压的恒定，使供水量和用水量之间保持平衡，不仅能够提高供水的质量，达到节约用水的目的，而且还能够确保供水设备的的安全可靠性。传统的调节供水水压的方式，大多都是采用的频繁的启/停电机控制和水塔的二次供水调节的方式。这样的供水方式不仅都存在不同程度的水利和电力上的浪费，而且还存在效率低、可靠性差及自动化程度低等缺点。目前，变频调速技术以显著的节能效果和稳定可靠的运行控制方式，被广泛的应用于各种高能耗的设备上。由于变频调速的运行的启动方式为软启动，不存在频繁的启停现象，使得设备运行非常的平稳，避免了电器和机械的冲击，也不存在水塔供水所带来的二次污染。因此，变频调速在供水系统中具有节能显著、在开停机时能减小电流对电网的冲击及供水水压对供水管网的冲击等优点，同时能够减小水泵、电机自身的机械冲击损耗。具有十分广阔的应用前景和明显的社会效益与经济效益。

1.2 变频恒压供水的国内外研究现状

变频恒压供水技术是在变频调速技术的逐渐发展之后才逐渐发展起来的一门技术。在早期的时候，由于由于国外的变频器生产的功能主要是限定在频率的控制、正反转的

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控制、升降速的控制、起制动的控制、压频比的控制以及各种的保护功能。在变频恒压供水系统中的变频器，仅是作为一个执行机构，为了满足供水量大小的不同需求，保证供水管网压力的恒定，需要在变频器的外部提供一个压力控制器和压力传感器，用以对压力进行闭环控制。从目前所查阅的相关资料来看，国外的恒压供水系统在设计的时候基本上都是采用的一台变频器带动一台供水水泵的方式来实现的，基本上没有考虑通过一台变频器去控制多台供水水泵运行的供水模式，因此，在一个供水系统中，每一个水泵都对应着一台变频器，从而导致投入较大，成本较高。随着变频器和自动化的一些设备的不断发展和应用，大大的提高了恒压供水系统中稳定性和可靠性。并且自动化的程度也有明显的提高。所以国外的一些厂家开始研发能够满足恒压供水系统要求的专用变频器，并且被用在工业和民用等各个方面。比如日本的Samco公司，它们推出了一种带有恒压供水基板的变频器，这种变频器设置有“变频泵循环方式”和“变频器固定方式” 两种模式。它可以将可编程控制器PLC和PID调节器等硬件一起集成在变频器的控制基板上，并通过编写和设置程序指令实现PLC、PID和变频器等电控系统的功能，只要在搭载相应配套的恒压供水控制单元，便可以直接的去控制多个内置电磁接触器工作，因而可以构成最多7台电机(水泵)的供水系统。这类专用变频器虽然经多种功能集成在一起，大大的降低了设备的成本，但是一旦发生故障的时候，她得维修难度相当大，很难找到能够替换的设备和部件，并且它的输出接口的扩展功能也缺乏灵活性，系统的稳定性能和动态性能不高。除此之外，与别的组态软件和监控系统(像BA系统)难以实现数据之间的通信，并限制了带负载的容量，所以在实际使用时，它的范围将会受到一定的限制。

目前，国内的许多公司在做变频恒压供水系统的时候，大多数公司都采用国外的一台变频器来控制一台水泵的控制方式或者是一台变频器去控制多台水泵的控制方式来构成一个闭环调节系统，有的公司不采用PLC控制，而是用单片机及其相关软件来实现，这样虽然也很大程度上节省了成本，但是无论是在系统的稳定性能和动态性能还是在系统的开放性和节能性等多方面因素来说，还远不能够满足用户的需求。国内深圳的艾默生电气公司和成都的希望集团也研制了一种恒压供水的专用变频器，并已被应用，其容量为5.5KW~22KW，并且不需要在外部接可编程控制器PLC和PID调节器。这类变频

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器可以最多和4台水泵相连。虽然这类变频器的内部具有闭环调节和逻辑控制等功能，但是它带动负载的容量受到了接口的限制，同时也没有数据通信的功能，因此，只能应用与一些控制要求不高、容量较小的场合。就目前国内外变频调速技术及其恒压供水系统的研究发展来说，能够去适应不同的用水场合，结合现代控制理论技术以及网络通信等技术并同时将系统的电磁兼容性考虑在内的变频恒压供水系统的闭环控制系统的研究还不完善，因此，还有待于进一步的研究和改善变频恒压供水系统的性能，并能够更好的被应用于工业生产及日常生活中。

1.3 变频恒压供水的特点及应用

通过以上的介绍和分析，变频恒压供水系统能够适应日常的生活用水、消防用水以及工业生产用水等多种用水场合的要求。由于该系统控制的对象是用户管网的水压，它是一个过程控制量，同其他的一些过程控制量(例如:流量、温度、浓度等)一样，对于控制作用的响应具有一定的滞后性。同时用于控制水泵转速的变频器也有一定的滞后效应。因为在管网中存在管阻和水锤等因素的影响（所谓的水锤效应就是在极短时间内，因水流量的急巨变化，引起在管道的压强过高或过低的冲击，并产生空化现象，使管道受压产生噪声，犹如锤子敲击管子一样的现象。水锤效应具有极大的破坏性。压强过高，将引起管子的破裂；压强过低又会导致管子的瘪塌。此外，水锤效应还可能损坏阀门和固定件），同时又由于水泵自身具有的一些固有特性，使得水泵的转速变化与管网的压力变化成正比，因此该系统也是一个线性系统。变频调速恒压供水系统要具有广泛的通用性，面向各种各样的供水系统，而不同的供水系统管网结构、用水量和扬程等方面存在着较大的差异，因此其控制对象的模型具有很强的多变性。在变频调速恒压供水系统中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泵的停止和运行)是时时发生的，同时定量泵的运行状态直接影响供水系统的模型参数，使其不确定性地发生变化，因此可以认为，变频调速恒压供水系统的控制对象是时时变化的。当出现意外的情况(如突然停水、断电、泵、变频器或软启动器故障等)时，系统能根据泵及变频器或软启动器的状态，电网状况及水源水位，管网压力等工况点自动进行切换，保证管网内压力恒定。在故障发生时，执行专门的故障程序，保证在紧急情况下的仍能进行供水。水泵的电气控制柜，其有远程和就地控制的功能和数据通讯接口，能与控制信号或控制软件相连，能

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