畢業(yè)論文--小區(qū)節(jié)能供水系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　課題： 小區(qū)節(jié)能供水系統(tǒng)設(shè)計 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，住房制度改革的不斷深入，人們生活水平的不斷</p><p>　　提高，城市

2、建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時也對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。城市供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性直接影響到用戶的正常工作和生活，也直接體現(xiàn)了供水管理水平的高低。傳統(tǒng)供水廠，特別是中小供水廠所普遍采用的恒速泵加壓供水方式存在效率較低、可靠性不高、自動化程度低等缺點，難以滿足當(dāng)前經(jīng)濟生活的需要。隨著人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性要求的不斷提高，需要利用先進的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，要求設(shè)計出高性能、高節(jié)

3、能、能適應(yīng)供水廠復(fù)雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。</p><p>　　全文共分為五章：第一章主要講述小區(qū)居民的傳統(tǒng)供水方式，以及本論文設(shè)計方案的擬定；第二章主要講述變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理；第三章主要對系統(tǒng)中硬件選型和設(shè)計，并且對軟件部分進行編程、調(diào)試；第四章采用三菱觸摸屏對本設(shè)計進行模擬運行。</p><p>　　本設(shè)計綜合運用了可編程序控制器PLC、變頻器、傳感器、PID調(diào)

4、節(jié)等現(xiàn)代工業(yè)控制常用的控制部件及其相關(guān)程序設(shè)計方法。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of economy in China, the housing system reform continued to deepen, the improvement of people's

5、living standard, city construction and development is very rapid, but also on the infrastructure construction raised taller requirement. City water supply system is one of the most important aspects, water supply reliabi

6、lity, stability, economy directly affects the normal work and life of user, it directly reflects the management level of water supply. The traditional water supply</p><p>　　The full text is divided into five

7、 chapters: the first chapter is mainly about the traditional method of water supply area residents, as well as the design of the program to develop; the second chapter is mainly about variable frequency constant pressure

8、 water supply system and the principle of work; third chapter focuses on the hardware system selection and design, and the software programming, debugging; the fourth chapter of the Mitsubishi touch screen for the design

9、 of simulation operation.</p><p>　　The design of the integrated use of a programmable controller PLC, inverter, sensors, PID adjustment of modern industrial control common control components and related prog

10、ram design method.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄III</b></p><p><

11、b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義1</p><p>　　1.2目前常見的供水方式1</p><p>　　1.3小區(qū)節(jié)能供水方案擬定2</p><p>　　1.4小區(qū)節(jié)能供水方案“節(jié)能”之處3</p><p>　　第二章變頻恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成

12、及工作原理5</p><p>　　2.1系統(tǒng)的構(gòu)成5</p><p>　　2.2主電路接線圖7</p><p><b>　　2.3工作原理7</b></p><p>　　第三章 恒壓供水系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)計9</p><p>　　3.1主要器件的選型9</p><p&

13、gt;　　3.1.1水泵的選擇9</p><p>　　3.1.2壓力傳感器的選擇11</p><p>　　3.1.3 PLC的選型12</p><p>　　3.1.4 變頻器的選擇13</p><p>　　3.1.5觸摸屏的選型15</p><p>　　3.2硬件設(shè)計16</p><p&

14、gt;　　3.2.1 PLC I/O的接線16</p><p>　　3.2.2變頻器18</p><p>　　3.3軟件設(shè)計20</p><p>　　3.3.1編程軟件 Gx Developer簡介20</p><p>　　3.3.2程序的流程圖21</p><p>　　3.3.3程序的順序功能圖22&l

15、t;/p><p>　　3.3.4程序說明23</p><p><b>　　第四章 結(jié)論29</b></p><p>　　4.1 三菱觸摸屏對本設(shè)計進行模擬運行29</p><p><b>　　結(jié) 論32</b></p><p><b>　　致 謝33<

16、/b></p><p><b>　　參考資料34</b></p><p><b>　　第一章 緒論 </b></p><p>　　1.1變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義</p><p>　　我國“十一五”規(guī)劃綱要提出，“十一五”期間單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20％左右、主要污染物排放總量減少10

17、％。 “十二五”規(guī)劃中依舊把堅持把建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會作為加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式的重要著力點。</p><p>　　水已經(jīng)成為中國21世紀(jì)的熱點問題，水有其自然屬性，它既是一種特殊的、不可替換的資源，又是一種可重復(fù)使用、可再生的資源；水又有其經(jīng)濟和社會屬性，不僅工業(yè)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展要靠水，水更是城市發(fā)展、人民生活的生命線。</p><p>　　我國城市居民供水長期以來方面技術(shù)一直比較落

18、后，工業(yè)自動化程度低傳統(tǒng)調(diào)節(jié)供水壓力的方式，多采用頻繁啟/停電機控制和水塔二次供水調(diào)節(jié)的方式。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，這種狀況每年會造成大量能量的浪費，同時還有可能造成水管爆裂和用水設(shè)備的損壞等安全隱患。</p><p>　　在變頻調(diào)速技術(shù)逐漸發(fā)展起來，國內(nèi)有不少公司在從事進行變頻恒壓供水的研制

19、推廣國產(chǎn)變頻器主要采用進口元件組裝或直接進口國外變頻器，結(jié)合PLC 或PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)恒壓供水，在小容量、控制要求低的變頻供水領(lǐng)域，國產(chǎn)變頻器發(fā)展較快，并以其成本低廉的優(yōu)勢占領(lǐng)了相當(dāng)部分小容量變頻恒壓供水市場。由此可見，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有供水安全、節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。</p><p>　　1.2目前常見的供水方

20、式</p><p>　　1.2.1市政管道直接給用戶供水</p><p>　　這種供水方式由市政管道直接連接用戶，用戶不需要自己添加設(shè)備，降低用戶投入成本，但是供水壓力一般只能到6層樓一下。壓力不穩(wěn)定，一般只是在城郊結(jié)合的農(nóng)村和小城鎮(zhèn)，壓力要求比較低的地方。在用水高峰期時，往往出現(xiàn)供水不足，水壓不穩(wěn)的狀況。</p><p>　　1.2.2通過水泵高位水箱供水<

21、/p><p>　　這種供水方式由水池－水泵－高位水箱－用水點。一般也需要設(shè)計有一座地下水池，通過兩臺水泵（互為備用）抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用水點。該方式是較成熟的水泵、水箱供水方式。但是這第種二次供水方式不可避免造成二次污染，天臺水箱長期不清洗容易滋生各種細菌，微生物不利于人體健康。而且需要在天臺建造水箱，加大的樓的承重量。</p><p>　　1.2.3變頻恒壓供水<

22、;/p><p>　　這種供水方式由水池－水泵（恒壓變頻或氣壓罐）－管網(wǎng)系統(tǒng)－用水點。一般設(shè)計有地下生活水池一座，集中恒壓變頻供水，不設(shè)屋頂水箱。主水泵一般有三臺，可以互為備用，夜間用水量小時 ，采用氣壓罐以維持系統(tǒng)壓力基本不變。</p><p>　　恒壓變頻供水是較為理想和先進的。首先恒壓變頻供水保證出水壓力不變，</p><p>　　根據(jù)用水量大小進行變頻供水，既節(jié)約

23、電能，又保證水泵軟啟動（對電網(wǎng)電壓沖擊不大），延長了水泵壽命，用水有了保障，社會效益較好。</p><p>　　1.3小區(qū)節(jié)能供水方案擬定</p><p>　　此次設(shè)計研究的對象是某小區(qū)10棟樓群的供水系統(tǒng)，每棟樓有8層。針對高層樓對水壓的要求高，在水壓低時，高層用戶將無法正常用水甚至出現(xiàn)無水的情況，水壓高時將造成能源的浪費。 自來水廠送來的水先儲存的水池中再通過水泵加壓送給用戶。<

24、/p><p>　　本設(shè)計采用變頻新技術(shù)——變頻恒壓供水方案，水泵組有三臺水泵，并且各臺水泵自動輪換使用，即最先投入使用的水泵最早退出運行，各臺水泵壽命均等，而且一旦水泵出現(xiàn)故障，該系統(tǒng)能自動跳過故障泵運行。通過水泵加壓后，能夠滿足每一個用戶用水需求。</p><p>　　1.4小區(qū)節(jié)能供水方案“節(jié)能”之處</p><p>　　1.4.1恒壓供水與水泵高位水箱供水的比較&

25、lt;/p><p>　　由市政管道直接連接用戶的方案，雖然用戶不需要投入購買供水設(shè)備，可以節(jié)省一些設(shè)費用，但是市政管道供水壓力一般只能供到6層樓一下，且壓力不穩(wěn)定。不滿足本方案供水壓力要求，在這里就不作討論了，主要討論變頻恒壓供水方案與水泵高位水箱供水方案 。</p><p><b>　　1.設(shè)備的投入費用</b></p><p>　　對于小區(qū)采用

26、水泵高位水箱供水，需要在每棟樓層上建一個水箱，根據(jù)用戶用水需求量不同，水箱設(shè)計的大小也不一樣。水箱也加大了樓層承重量。而變頻恒壓供水不需要水箱。這樣就會節(jié)省一批設(shè)備投入的費用</p><p><b>　　2.電能的消耗費用</b></p><p>　　采用高位水箱給水方式，即用上水泵把水送入高位水箱，水箱中的水靠重力自流向用戶供水。 這種供水方式不管是一樓用戶用水，還

27、是高樓用戶用水，都要將水通過水泵將水送到高位的水箱，這樣無疑消耗了大量的電能。而變頻恒壓供水始終保持供水壓力的恒定，當(dāng)水壓高了（或者低了）通過壓力傳感器，反饋到變頻器，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)將信號傳給PLC，通過PLC來切換水泵組工作情況，來實現(xiàn)水壓的恒定。</p><p><b>　　3設(shè)備的維護費用</b></p><p>　　高位水箱給水方式眾所都知不可避免造成二次污染

28、，天臺水箱長期不清洗容易滋生各種細菌，微生物不利于人體健康。這就需要有人定期的維護與清理，夏天的時候天氣比較熱，微生物繁殖能力也是比較強，為了保證用戶用水質(zhì)量，水箱的維護與清理也是比較頻繁的。而采用變頻恒壓供水方式就不需要這方面的投入了。</p><p>　　采用變頻恒壓供水方式相對高位水箱給水方式，前期需設(shè)備的投資要多出變頻器、可編程序控制器PLC的費用，但是從長遠的利益上比較，變頻恒壓供水方式在節(jié)電、維護上面

29、可以節(jié)約大筆的費用。</p><p>　　1.4.2變頻恒壓供水的特點</p><p>　　1、流量連續(xù)可調(diào)，給水壓力穩(wěn)定。系統(tǒng)采用內(nèi)置PID的矢量變頻調(diào)速器、先進的可編程控制器等現(xiàn)代控制技術(shù)，對水泵機組進行閉環(huán)控制，確保壓力波動小、達到設(shè)定壓力時間短、且可隨用水量的變化自動調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速及工作水泵臺數(shù)，確保恒壓變量供水。 </p><p>　　2、安全可靠。系統(tǒng)

30、具有輸入電源缺相、不平恒、過壓、過流、過載、短路、電機過熱、飛速啟動、斷水及低水位停機等完善的安全保護功能，有效的提高了給水成套設(shè)備的安全可靠性。該系統(tǒng)還配有完善的故障自診斷、故障檢修手動工作方式等功能，使維修工作十分輕松快捷。</p><p>　　3、抗干擾能力強。由于控制回路與負載回路之間是通過中間繼電器實現(xiàn)電隔離和信號耦合的，因此系統(tǒng)的抗干擾能力強。</p><p>　　4、節(jié)約能源

31、、節(jié)省投資、提高水質(zhì)。系統(tǒng)自動檢測瞬時水壓，并據(jù)此調(diào)節(jié)水泵的供水量，機組特性曲線接近管網(wǎng)損失特性曲線，節(jié)能效果顯著。由于變頻器對電機實行的是循環(huán)軟啟動控制，啟動平穩(wěn)無沖擊，提高了電機、水泵和管道等的壽命，減少了管網(wǎng)的泄露。此外由于系統(tǒng)無需高位水箱等設(shè)備，不但節(jié)省了投資，而且無水質(zhì)二次污染問題。 </p><p>　　第二章變頻恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理</p><p><b

32、>　　2.1系統(tǒng)的構(gòu)成</b></p><p>　　如圖2.1所示，整個系統(tǒng)由三臺水泵，一臺變頻調(diào)速器，一臺PLC和一個壓力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。三臺水泵中每臺泵的出水管均裝有手動閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，三臺泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要；變頻供水系統(tǒng)中檢測管路壓力的壓力傳感器，一般采用電阻式傳感器(反饋0～5V電壓信號)或壓力變送器(反饋4～20mA電流)；變頻器是供水系統(tǒng)的核心，通過改變電

33、機的頻率實現(xiàn)電機的無極調(diào)速、無波動穩(wěn)壓的效果和各項功能。從原理框圖，我們可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機構(gòu)、信號檢測、控制系統(tǒng)、人機界面、以及報警裝置等部分組成。</p><p><b>　　2.1.1執(zhí)行機構(gòu)</b></p><p>　　執(zhí)行機構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，圖2.3中的3個水泵分為二種類型:</p><p>

34、;　　調(diào)速泵:是由變頻調(diào)速器控制、可以進行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定。</p><p>　　恒速泵:水泵運行只在工頻狀態(tài)，速度恒定。它們用于在用水量增大而調(diào)速泵的最大供水能力不足時，對供水量進行定量的補充。</p><p><b>　　2.1.2信號檢測</b></p><p>　　在系統(tǒng)控制過程中

35、，需要檢測的信號包括自來水出水水壓信號和報警信號:</p><p>　　(1)水壓信號:它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。</p><p>　　(2)報警信號:它反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異常。該信號為開關(guān)量信號。</p><p><b>　　2.1.3控制系統(tǒng)</b></p>

36、<p>　　供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統(tǒng))、變頻器和電控設(shè)備三個部分。</p><p>　　(1)供水控制器:它是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對系統(tǒng)中的工況、壓力、報警信號進行采集，對來自人機接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機構(gòu)(即水泵)進行控制。</p><p&

37、gt;　　(2)變頻器:它是對水泵進行轉(zhuǎn)速控制的單元。變頻器跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。</p><p>　　(3)電控設(shè)備:它是由一組接觸器、保護繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成。用于在供水控制器的控制下完成對水泵的切換、手/自動切換等。</p><p><b>　　2.1.4人機界面</b></p><

38、;p>　　人機界面是人與機器進行信息交流的場所。通過人機界面，使用者可以 可以對系統(tǒng)的運行過程進行監(jiān)示，對報警進行顯示。</p><p><b>　　2.1.5報警裝置</b></p><p>　　作為一個控制系統(tǒng)，報警是必不可少的重要組成部分。由于本系統(tǒng) 用于居民生活用水，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運行，防止因電機過載、變頻器報警、電網(wǎng)過大波動、供水水

39、源中斷 等等造成的故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報警量進行監(jiān)測，由PLC判斷報警類別，進行顯示和保護動作控制，以免造成不必要的損失</p><p><b>　　2.2主電路接線圖</b></p><p>　　電機有兩種工作模式即：在工頻電下運行和在變頻電下運行。</p><p>　　KM1、 KM3、KM5 分別為電動機M1 、M2 、M3工頻運行

40、時接通電源的控制接觸器。</p><p>　　KM2 、KM4、KM6 分別為電動機M1、M2、 M3變頻運行時接通電源的控制接觸器。</p><p>　　熔斷器（FU）是電路中的一種簡單的短路保護裝置。使用中，由于電流超過允許值產(chǎn)生的熱量使串接于主電路中的熔體熔化而切斷電路，防止電氣設(shè)備短路和嚴(yán)重過載。</p><p>　　低壓斷路器（QF）是 一種不僅可以接通和

41、分斷正常負荷電流和過負荷電流，還可以接通和分斷短路電流的開關(guān)電器。低壓斷路器在電路中除起控制作用外，還具有一定的保護功能，如過負荷、短路、欠壓和漏電保護等</p><p>　　熱繼電器(FR)是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護電路，它在電路中的用作電動機的過載保護。</p><p><b>　　2.3工作原理</b></p><p>　　接觸器K

42、M0為常閉開關(guān)，當(dāng)水池水位降到最低位時，KM0將斷開，系統(tǒng)停止工作。合上低壓斷路器開關(guān)，供水系統(tǒng)投入運行。將手動、自動開關(guān)打到自動上，系統(tǒng)進入全自動運行狀態(tài)，PLC中程序首先接通KAO，并起動變頻器。根據(jù)壓力設(shè)定值 與壓力實際值(來自于壓力傳感器)的偏差進行PID調(diào)節(jié)，并輸出頻率給定信號給變頻器。變頻器根據(jù)頻率給定信號及預(yù)先設(shè)定好的加速時間控制水泵的轉(zhuǎn)速以保證水壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限范圍之內(nèi)，實現(xiàn)恒壓控制。同時變頻器在運行頻率到達

43、上限，會將頻率到達信號送給PLC，PLC則根據(jù)管網(wǎng)壓力的上、下限信號和變頻器的運行頻率是否到達上限的信號，由程序判斷是否要起動第2臺泵(或第3臺泵)。當(dāng)變頻器運行頻率達到頻率上限值，PLC會將當(dāng)前變頻運行泵切換為工頻運行，并過一會兒起動下1臺泵變頻運行。此時PID會繼續(xù)通過由壓力傳感器送來的檢測信號進行分析、計算、判斷，進一步控制變頻器的運行頻率，使管壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限偏差范圍之內(nèi)。</p><p>　

44、　增泵工作過程： 開始時，1#泵電機在PLC控制下先投入調(diào)速運行，其運行速度由變頻器調(diào)節(jié)。當(dāng)供水壓力小于壓力預(yù)置值時變頻器輸出頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速上升，反之下降。當(dāng)變頻器的輸出頻率達到上限，并穩(wěn)定運行后，如果供水壓力仍沒達到預(yù)置值，則需進入增泵過程。在PLC的邏輯控制下將1#泵電機與變頻器連接的電磁開關(guān)斷開，1#泵電機切換到工頻運行，同時變頻器與2#泵電機連接， 控制2#泵投入調(diào)速運行。如果還沒到達設(shè)定值，則繼續(xù)按照以上步驟將2#泵切換到

45、工頻運行，控制3#泵投入變頻運行。</p><p>　　減泵工作過程： 當(dāng)供水壓力大于預(yù)置值時，變頻器輸出頻率降低，水泵速度下降，當(dāng)變頻器的輸出頻率達到下限，并穩(wěn)定運行一段時間后，把變頻器控制的水泵停機，如果供水壓力仍大于預(yù)置值，則將下一臺水泵由工頻運行切換到變頻器調(diào)速運行，并繼續(xù)減泵工作過程。如果在晚間用水不多時，當(dāng)最后一臺正在運行的主泵處于低速運行時，如果供水壓力仍大于設(shè)定值，則停機，使用氣壓罐進行保壓，從而

46、達到節(jié)能效果。</p><p>　　三臺水泵互為備用：正常情況下，三套水泵互為備用，一天24小時，設(shè)置水泵切換時間為8小時，每當(dāng)一臺水泵運行8小時，就會自動切換到另一臺水泵</p><p>　　。這種方式使得三臺水泵的磨損程度差不多，延長水泵使用壽命。當(dāng)一臺水泵發(fā)生故障時，會自動切換，退出運行并啟動另一臺水泵繼續(xù)供水，并且發(fā)出報警信號。</p><p>　　消防泵工

47、作過程：當(dāng)發(fā)生火災(zāi)事故時，三臺水泵就會退出定時切換階段，將全部啟動，運行在工頻信號</p><p>　　在實際應(yīng)用中，為了使機組不過于頻繁的切換。如果要進行機組切換，切換所要求的頻率和壓力的判別條件外必須成立并且能夠維持一段時間（比如1-2分鐘），如果在這一段延時的時間內(nèi)切換條件仍然成立，則進行實際的機組切換操作;如果切換條件不能夠維持延時時間的要求，說明判別條件的滿足只是暫時的，如果進行機組切換將可能引起一系列

48、多余的切換操作。</p><p>　　第三章 恒壓供水系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)計 </p><p>　　3.1主要器件的選型</p><p>　　3.1.1水泵的選擇</p><p>　　本設(shè)計的變頻恒壓供水系統(tǒng)的工作環(huán)境為8層樓高將近32米，將近有960戶的普通居民的住宅小區(qū)，經(jīng)過查閱書籍和上網(wǎng)調(diào)查，得出了一些數(shù)據(jù)。如下的三張表格：</p&g

49、t;<p>　　表3.1 不同住宅類型的用水標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　根據(jù)表3.1確定用水量標(biāo)準(zhǔn)為0.25m3/人日。</p><p>　　表3.2 供水規(guī)模換算表</p><p>　　根據(jù)表3.2確定每小時最大用水量為218.00m3/h。</p><p>　　小區(qū)樓高將近32m，則是為實際揚程Ha;因為管道存在阻力Hl，在此

50、系統(tǒng)中估算Hl=4m,那么全揚程Ht=實際揚程Ha+損失揚程Hl，將近36m。</p><p><b>　　產(chǎn)品概述:</b></p><p>　　博生牌ISG系列單級單吸立式離心泵是本公司參照國際ISO2858和國家標(biāo)準(zhǔn)JB/T6878.2-93所規(guī)定的性能參數(shù)，結(jié)合本公司多年生產(chǎn)經(jīng)驗而設(shè)計的第二代高效節(jié)能產(chǎn)品，是替代SG型管道離心泵、IS型離心泵、D型多級離心泵等

51、常規(guī)泵的理想產(chǎn)品。系列流量范圍1.5～1600m3/h，揚程范圍5～125m，分基本型、分流型、切割型等多種規(guī)格。根據(jù)使用場合介質(zhì)和溫度不同，過流部分的材質(zhì)變化及結(jié)構(gòu)變化，設(shè)計制造同性能參數(shù)的IRG型熱水泵、IHG型管道化工泵、YG型管道油泵、使該系列產(chǎn)品使用得到普及，完全可以替代常規(guī)離心泵在所有場合使用。</p><p><b>　　型號意義：</b></p><p&g

52、t;<b>　　使用范圍：</b></p><p>　　1、ISG立式離心泵，供輸送清水及物理性質(zhì)似清水的其它液體之用，使用介質(zhì)溫度不超過80℃，適用于工業(yè)和城市給排水、高層建筑增壓送水、園林噴灌、消防增壓、遠距離送水、采暖、浴室等冷暖水循 環(huán)增壓及設(shè)備配套等。</p><p>　　2、IRG立式熱水循環(huán)泵，適用于能源、冶金、木材加工、化工、紡織、造紙及飯店、浴室、賓

53、館等鍋爐熱水增壓循環(huán)輸送及城市采暖系統(tǒng)循環(huán)用泵，使用介質(zhì)溫度不超過120℃。</p><p>　　3、IHG立式化工泵，適用于輕紡、石油、化工、醫(yī)藥、衛(wèi)生、食品、煉油等工業(yè)輸送化學(xué)腐蝕性液體，介質(zhì)溫度為-20℃～+120℃。</p><p>　　4、YG立式管道油泵供輸送汽油、煤油、柴油等石油產(chǎn)品，被輸送介質(zhì)溫度為-20℃～+120℃。</p><p>　　表3.3

54、 水泵選型表</p><p>　　根據(jù)表3.2我們確定本設(shè)計系統(tǒng)水泵流量Q為70m3/h,揚程預(yù)估為36M。在根據(jù)表3.3水泵選型表確定選用型號為ISG80-200(I)B，一共3臺，三臺水泵互為備用。</p><p>　　3.1.2壓力傳感器的選擇</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計的實際情況和要求，再結(jié)合如上3張表格的論證：設(shè)定供水壓力經(jīng)驗數(shù)據(jù)：平方供水壓力P=0.

55、12MPa；樓房供水壓力</p><p>　　P=（0.08+0.04*樓層數(shù)）MPa</p><p>　　=（0.08+0.04*8）MPa</p><p>　　可確定設(shè)置供水壓力值為0.4MPa 。</p><p>　　本變頻恒壓供水系統(tǒng)為了保持供水管道的壓力恒定， 就必須實時檢測管道壓力并回饋給供水控制器， 使其構(gòu)成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng),所

56、以壓力傳感器成了該系統(tǒng)必不可少的一環(huán)。由供水壓力的經(jīng)驗數(shù)據(jù)得知設(shè)置供水壓力為0.4MPa。 </p><p>　　CYYB-120系列壓力變送器為兩線制4～20mA電流信號輸出產(chǎn)品。它采用CYYB-105系列壓力傳感器的壓力敏感元件。經(jīng)后續(xù)電路給電橋供電，并對輸出信號進行放大、溫度補償及非線性修正、V/I變換等處理，對供電電壓要求寬松，具有4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。</p><p><

57、;b>　　主要特點： </b></p><p>　?。?）高穩(wěn)定性、高精度、寬的工作溫度范圍 </p><p>　?。?）抗沖擊、耐震動、體積小、防水 </p><p>　　（3）標(biāo)準(zhǔn)信號輸出、良好的互換性、抗干擾性強 </p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計供水壓力值為0.4MPa，那么選用CYYB-120系列壓力變送器，量程0—

58、1MPa。</p><p>　　3.1.3 PLC的選型</p><p>　　目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的PLC種類很多，在選用PLC時應(yīng)考慮以下幾個方面：</p><p><b>　?。?）規(guī)模要適當(dāng)；</b></p><p>　?。?）功能要相當(dāng)，結(jié)構(gòu)要合理；</p><p>　　（3）輸入，輸出功能及

59、負載能力的選擇要正確；</p><p>　?。?）要考慮環(huán)境條件。</p><p>　　根據(jù)以上原則，這次設(shè)計選擇三菱PLC- FX2N系列。</p><p>　　三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相當(dāng)FX系列中最高檔次的超小程序裝置，除輸入出16～25點的獨立用途外，還可以適用于多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多

60、樣化廣泛需要的PLC。 </p><p>　　特點：系統(tǒng)配置即固定又靈活；編程簡單；備有可自由選擇，豐富的品種；令人放心的高性能；高速運算；使用于多種特殊用途；外部機器通訊簡單化；共同的外部設(shè)備。</p><p>　　表3.4 FX2N PLC 常用的基本單元X、Y編號表</p><p>　　在小區(qū)節(jié)能供水系統(tǒng)設(shè)計中預(yù)計需要20個輸入點，12個輸出點，根據(jù)表3.

61、4選擇三菱PLC- FX2N-48M型號符合本系統(tǒng)設(shè)計的要求。</p><p>　　3.1.4 變頻器的選擇</p><p>　　變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實現(xiàn)對交流異步電機的軟起動、變頻調(diào)速、提高運轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護等功能。在恒壓供水系統(tǒng)中起到舉足輕重的作用，本系統(tǒng)設(shè)計采用三菱FR-A700系列的高性能矢量變頻器

62、。</p><p>　　FR-A740 高性能矢量變頻器主要特點：</p><p>　?。?）功率范圍：0.4～500kW </p><p>　?。?）閉環(huán)時可進行高精度的轉(zhuǎn)矩/速度/位置控制 </p><p>　　（3）無傳感器矢量控制可實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩/速度控制 </p><p>　?。?）內(nèi)置PLC功能（特殊型號） &l

63、t;/p><p>　?。?）使用長壽命元器件，內(nèi)置EMC濾波器 </p><p>　?。?）強大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，支持DeviceNet，Profibus-DP，Modbus等協(xié)議</p><p>　　本設(shè)計小區(qū)節(jié)能供水系統(tǒng)中選用了三臺15KW的水泵，在手動變頻啟動三臺水泵就需要45KW，所以確定選用三菱FR-A740-45K-CHT變頻器。</p><

64、;p>　　FR-A740-45K-CHT變頻器主要參數(shù)：</p><p>　　適用電機容量（KW） SLD 55,LD55</p><p>　　ND45, HD37</p><p>　　輸出額定電流（A） SLD116 ,LD106 </p><p>　　ND86, HD71</p><p>　　過載能力

65、 LD 120%60s，150%3s，環(huán)境溫度50℃</p><p>　　SLD 110% 60s，120%3s，環(huán)境溫度40℃</p><p>　　ND 150%60s，200%3s，環(huán)境溫度50℃</p><p>　　HD 200%60s，250%3s，環(huán)境溫度50℃</p><p>　　電壓 3相380-480V50Hz/60Hz &l

66、t;/p><p>　　額定輸入交流電壓，頻率 3相380-480V 50Hz/60Hz</p><p>　　交流電壓允許波動范圍 323~528V50Hz/60Hz </p><p>　　允許頻率波動范圍 ±5%</p><p>　　保護結(jié)構(gòu)（JEM1030）開放型 </p><p>　　3.1.5觸摸屏的選型&

67、lt;/p><p>　　為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標(biāo)或鍵盤。工作時，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標(biāo)，再送給CPU，它同時能接收C

68、PU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。本系統(tǒng)設(shè)計采用三菱GT1575-STBA/D觸摸屏</p><p>　　三菱GT1575-STBA/D觸摸屏主要參數(shù)：</p><p>　　顯示尺寸：10.4英寸高亮度、寬視角TFT</p><p>　　分辨率：SVG 800×600</p><p>　　顯示色彩：65536色</p><

69、;p>　　可視角度：左右上下各85度</p><p>　　液晶亮度：400 cd/m2,8級調(diào)整</p><p>　　內(nèi)存：內(nèi)置9MB標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)存,可擴展到57MB內(nèi)存</p><p>　　內(nèi)置接口：1個RS232接口，1個USB設(shè)備接口，1個CF卡接口</p><p>　　擴展接口：總線連接接口，串行通信接口，MELSECNET/H通信接

70、口，CC-Link通信接口，以太網(wǎng)接口</p><p><b>　　3.2硬件設(shè)計 </b></p><p>　　3.2.1 PLC I/O的接線</p><p>　　PLC的輸出有很多的COM端，比如COM0、COM1、COM2、COM3等，不同的COM端在PLC內(nèi)部是不接通的，目的是適應(yīng)不同電壓的負載。</p><p&g

71、t;<b>　　3.2.2變頻器</b></p><p>　　3.2.2.1變頻器的接線</p><p>　　當(dāng)KM2、KM4、KM6中有閉合時，KA繼電器得電，圖中變頻器上的KA將閉合，變頻器將啟動</p><p>　　壓力傳感器采用DC4—20m模擬信號輸入，Y14信號是啟動變頻器工作，集電極開路輸出端子RUN、SU、IRF、FU是使用變頻

72、器端子安排功能，將信號輸送到PLC進行分析、控制。</p><p>　　3.2.2.2變頻器參數(shù)設(shè)置</p><p>　　FR-A700變頻器部分功能參數(shù)表</p><p>　　本系統(tǒng)要求供水壓力是0.4MPa,下限是0.3 MPa，上限是0.6 MPa，壓力傳感器的壓力范圍是0—1 MPa，反饋電流是4—20mA。</p><p>　　那么

73、，變頻器PID功能參數(shù)設(shè)置：PID動作選擇128=20，PID下限132=30，PID目標(biāo)設(shè)定值133=40，PID上限131=60</p><p>　　變頻器的頻率輸出設(shè)置：</p><p>　　頻率檢測42=49，當(dāng)變頻器頻率為49Hz時，F(xiàn)U端將會有信號輸出；</p><p>　　第二功能50=30，當(dāng)變頻器頻率為30Hz時，IFR端將會有信號輸出。</

74、p><p>　　變頻器輸出端子的功能分配：</p><p>　　190“RUN段子功能選擇”=14 壓力上限；</p><p>　　191“SU段子功能選擇”=15 壓力下限；</p><p>　　192“IPF段子功能選擇”=5 頻率下限；</p><p>　　194“FU段子功能選擇”=4 頻率下限</p>

75、<p><b>　　3.3軟件設(shè)計</b></p><p>　　3.3.1編程軟件 Gx Developer簡介</p><p>　　GX Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進行程序的線上更

76、改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。</p><p>　　本軟件具有豐富的調(diào)試功能 ：</p><p>　　(1)由于運用了梯形圖邏輯測試功能，能夠更加簡單的進行調(diào)試作業(yè)。 沒有必要再和可編程控制器連接； 沒有必要制作條使用的順序程序。 </p><p>　　(2) 在幫助中有CPU錯誤，特殊繼電器/特殊寄存器的說明，所以對于在線中發(fā)生錯誤，或者是程序制作中

77、想知道特殊繼電器/特殊寄存器的內(nèi)容的情況下提供非常大的便利。</p><p>　　(3) 數(shù)據(jù)制作中發(fā)生錯誤況時，會顯示是什么原因或是顯示消息，所以數(shù)據(jù)制作的時間能夠大幅度縮短。</p><p>　　FX2N PLC使用Gx Developer編程軟</p><p>　　件進行編程。單擊編程軟件圖標(biāo)可進入如圖4所示的操作界面</p><p>

78、　　3.3.2程序的流程圖</p><p>　　根據(jù)小區(qū)節(jié)能供水系統(tǒng)設(shè)計功能需求，設(shè)計畫出PLC控制程序流程圖。</p><p>　　3.3.3程序的順序功能圖</p><p>　　根據(jù)小區(qū)節(jié)能供水系統(tǒng)的功能需求和控制流程圖得到PLC的順序功能圖。</p><p><b>　　3.3.4程序說明</b></p>

79、;<p><b>　　（1）公用部分</b></p><p>　　按下手動/自動切換按鈕X0，上升沿設(shè)置自動，下降沿設(shè)置手動。啟動X1在自動狀態(tài)下啟動程序，X5是壓力下限。</p><p>　　程序在啟動、急停X17、液位達到下限X21時，系統(tǒng)中輸出狀態(tài)將清零。</p><p>　　三臺水泵互為備用，單臺水泵運行8小時候后自動切換

80、到另一臺水泵，M8014是分脈沖。當(dāng)水泵過載運行，熱繼電器動作，定時器將清零。</p><p>　　當(dāng)單臺水泵運行8個小時或者發(fā)生故障時，系統(tǒng)將切換到另一臺水泵運行</p><p>　　水泵發(fā)生故障將發(fā)出報警信號</p><p>　　啟動變頻器KA繼電器</p><p><b>　　總交流繼電器通斷</b></p&

81、gt;<p><b>　　急停按鈕</b></p><p><b>　?。?）自動運行部分</b></p><p>　　按下啟動X1按鈕，采用步進梯形圖指令STL，激活S20，1#泵變頻工作。為了防止變頻器工/變頻頻繁的切換，通過時間定時器進行延時動作。當(dāng)頻率達到上限X2將激活S21，頻率達到下限X4將回到初始狀態(tài)S0。</p

82、><p>　　S21被激活，1#泵工頻工作，2#泵變頻工作。當(dāng)頻率達到上限X2將激活S22，頻率達到下限X4將回到狀態(tài)S20。</p><p>　　S22被激活，1#、2#泵工頻工作，3#泵變頻工作。當(dāng)頻率達到上限X2將激活S23，頻率達到下限X4將回到狀態(tài)S21。</p><p>　　S23被激活，1#、2#、3#泵都是工頻工作 。當(dāng)壓力達到上限X3將激活S22。 &

83、lt;/p><p><b>　　（3）手動運行部分</b></p><p>　　手動啟動1#、2#泵工頻工作。</p><p>　　手動啟動1#、3#泵變頻工作，變頻器啟動繼電器得電，變頻器啟動</p><p><b>　　第四章 結(jié)論</b></p><p>　　4.1 三菱觸

84、摸屏對本設(shè)計進行模擬運行</p><p>　　因為沒有實物進行PID實際調(diào)節(jié)，變頻器上的壓力上限、壓力下限、頻率上限、頻率下限采用的是模擬開關(guān)，作為變頻器的信號輸出。</p><p>　　當(dāng)切換到自動并且啟動或者水壓達到壓力下限，1#泵將變頻工作。當(dāng)用水量增加時，達到頻率上限，1#泵切換到工頻，同時2#泵延時20秒變頻啟動工作。白天用水量大，三臺水泵可以都工作在工頻。直到水壓達到上限，將切

85、換到兩臺工頻工作，一臺變頻工作。晚上用水量減少時，電機工作頻率下降達到下限，將會不斷減泵，直到水泵全部停止運行。</p><p>　　當(dāng)切換到手動時并且按下啟動按鈕，只需按下手動按鈕，就可以進行手動操作。</p><p>　　當(dāng)液位達到下限或者按下急停操作時，水泵將全部停止運作。</p><p>　　假設(shè)1#泵發(fā)生過載或者運行8個小時，將自動停止切換到另一臺水泵運作

86、，并發(fā)出閃爍報警信號，直到人工去解除報</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本設(shè)計采用PLC對變頻恒壓供水的控制系統(tǒng)進行控制，達到節(jié)能節(jié)水的作用。應(yīng)用三菱FX2N系列PLC快速、準(zhǔn)確地控制要求做出反應(yīng)。在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速運行方式，可根據(jù)實際需要水壓的變化自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速或加減泵，實現(xiàn)恒壓供水，節(jié)能降耗;系統(tǒng)增加了小流量泵，延長主

87、泵電動機使用壽命。變頻器故障后仍能自動運行，基本保障了不間斷供水，同時采用PLC與變頻器通訊的方式控制變頻器運行，具有一定的先進性。 </p><p>　　在這次畢業(yè)設(shè)計中，表面上是完成一份設(shè)計書，實際上是對所學(xué)知識的系統(tǒng)回顧、綜合理解、全面了解。重新翻開記憶的刷新，以前學(xué)過的知識不懂得已查漏補缺，更深層次地認識PLC的重要性以及應(yīng)用廣泛性。與計算機的接軌讓機與電全方位的控制，簡便、快捷、靈活運用。自己也了解了P

88、LC的控制應(yīng)用特性。</p><p>　　最后，我想談?wù)務(wù)撐拇嬖诘牟蛔?。這篇論文的寫過程，使我認識到自己學(xué)識淺薄。雖然我盡可能地收集材料但由于知識能力的不足，在理解上有很多淺薄的地方，有些觀點是幼稚的。也由于理論功底的薄弱，存在不少邏輯不暢和辭不達意的問題。因時間的緊迫及自己的粗心，也存在一些誤漏。以上種種，懇請各位老師見諒。無論如何我將繼續(xù)努力。</p><p><b>　　致

89、 謝</b></p><p>　　能夠順利完成這次畢業(yè)設(shè)計，除了自己運用所學(xué)知識和查找資料外，更重要的是老師的正確指導(dǎo)和同學(xué)的幫助。在三年中所學(xué)到的知識系統(tǒng)地進行的分類，總結(jié)。從課題分配、方案選擇到具體設(shè)計和調(diào)試，無不凝聚著老師的心血和汗水 。</p><p>　　不積跬步何以至千里，本設(shè)計能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認真負責(zé)，使我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在

90、設(shè)計中得以體現(xiàn)。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向 江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系的全體老師表示由衷的感謝！</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　[1] 張燕賓、變頻調(diào)速應(yīng)用實踐[M]、北京、機械工業(yè)出版、2000、P128-138</p><p>　　[2] 張運剛：三菱FX2N

91、PLC技術(shù)與應(yīng)用 北京市崇文區(qū)夕照寺街14號 人民郵電出版社 2007年2月第1版 P32—P180</p><p>　　[3] 史國生主編，電氣控制與可編程控制其技術(shù)，第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社教材出版中心，2005年</p><p>　　[4] 郝永興 苗滿香 羅小燕主編，《機電傳動控制》.湖北：華中科技大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[5] 徐士鳴

92、、泵與風(fēng)機原理與應(yīng)用[M]、大連、大連理工大學(xué)出版社、1992、P12-24</p><p>　　[6] 屈有安、變頻器PID恒壓供水系統(tǒng)[J]、江蘇電器、2002、P33-35</p><p>　　[7] 劉進峰：技師綜合實踐與畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo) 北京市惠新東街1號 中國勞動社會保障出版社 2010年5月第一版 P2—P56</p><p>　　[8] 陳伯時、電力