基于PLC和变频器的叠压供水控制系统设计

摘要

随着科学技术的进步，人民生产、生活正趋向于高标准、高质量和现代化。在居民生活用水、工业用水和各类自来水等供水系统中，采用传统的水塔、高位水箱、气压增压设备，占地面积大、维护维修困难、电能浪费严重。因此，合理利用电能和水资源，保证居民生活供水正常，改变以往供水的自动化程度低、技术方面落后的局面，优化和改进二次供水系统已经是迫切的事情。由PLC、变频器构成的叠压供水系统在现代高层的住宅中得到了广泛的应用，既能够保障居民的生活用水和消防系统的供水等，又能够利用变频技术在满足用水需求的同时，最大限度地节约电能。
　　本文开展以下几方面的研究工作:
　　1、基于叠压供水节能方案论证。叠压供水技术是利用市政管供水管网的余压，与普通变频调速供水分析相比，节能效果更明显。从叠压供水的特点和影响因素出发，提出了叠压供水控制方案的选择（模糊PID控制）和供水方式的选择（高位蓄水箱+变频叠压）及控制系统的方案设计（压力传感器+PLC+通用变频器+组态软件）。
　　2、叠压供水系统采用了模糊PID控制算法。对模糊PID控制算法的结构组成进行分析，给出模糊PID控制器设计策略。建立了叠压供水系统近似数学模型和模糊PID控制器的仿真模型，利用MATLAB对传统PID和模糊PID两种不同的控制进行仿真实验。结果表明，采用模糊PID控制算法具有上升时间短、超调量小，对管网压力的变化调节更加平稳，抗干扰能力好，与传统PID控制相比，具有更优越的控制效果。
　　3、应用PLC、变频器、触摸屏技术对叠压供水系统进行控制。根据系统控制要求，设计了以PLC、变频器为核心的具有全自动控制的变频恒压供水系统，具有性能稳定、工作可靠、保护健全等特点。当系统发生故障时，能对故障信号进行检测，执行相应的停泵、关闭和报警等动作。在触摸屏的监控界面上能动态地显示当前的水压、当前运行泵组情况，并能根据实际需要查询实时数据和历史数据，实现了供水系统的设备状态、工况控制的远程监控，通过采集与传输现场数据，使供水系统具有综合控制与管理功能。
　　4、搭建了叠压供水的实验及节能分析。在叠压供水节能装置的基础上搭建叠压供水实验，验证了叠压供水具有很好的节能效果。将叠压供水的实际节能率，与理论节能率进行对比，所得的实际结果与理论研究基本相符。
　　研究PLC、变频器的叠压供水系统，采用模糊PID控制算法，对管网供水压力实现平稳、快速调控，控制效果良好，实现节能降耗具有重要的实际指导意义。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 叠压供水的背景及意义

1．2 叠压供水在国外和国内的研究现状和动态

1．2．1 国外研究的现状和动态

1．2．2 国内研究的现状和动态

1．3 课题的来源及主要研究内容

1．4 本章小结

第2章 叠压供水控制系统的工作原理及相关理论

2．1 叠压供水系统的构成及工作原理

2．1．1 叠压供水系统的构成

2．1．2 叠压供水系统的工作原理

2．2 叠压供水节能工作原理

2．2．1 水泵变频调速节能原理

2．2．2 叠压供水节能原理

2．3 叠压供水水泵工况点的确定与校核

2．3．1 叠压供水的水泵工况点的确定

2．3．2 水泵工况校核

2．4 叠压供水系统的水泵压力控制点分析

2．5 稳流罐的选型

2．6 异步电动机的选择

2．6．1 异步电动机形式与容量的选择

2．6．2 离心式泵类负载功率的计算

2．6．3 水泵的选择

2．7 压力变送器的选择

2．8 PLC选型

2．9 变频器的选择

2．9．1 泵类负载变频器选择要点

2．9．2 变频器容量选择

2．10 触摸屏选型

2．11 影响叠压供水的主要因素

2．12 本章小结

第3章 叠压供水控制系统的总体设计方案

3．1 叠压供水的控制要求

3．2 变频器工作方式的选择

3．3 叠压供水控制方案选取

3．4 叠压供水方式的选取

3．5 叠压供水控制系统的设计方案确立

3．6 叠压供水控制系统的硬件设计

3．6．1 主电路设计

3．6．2 交流接触器的选择

3．6．3 PLC的I／O分配

3．6．4 PLC干扰措施的抑制

3．6．5 抑制变频器干扰的措施

3．6．6 变频器控制电路接线图

3．6．7 叠压供水控制系统的组成

3．7 叠压供水控制系统软件设计

3．7．1 叠压供水系统模糊PID控制算法及仿真

3．7．2 PLC控制程序设计

3．8 变频器主要功能参数设置

3．9 MCGS的监控系统设计

3．9．1 MCGS简介

3．9．2 叠压供水控制系统组态设计

3．10 本章小结

第4章 叠压供水实验的搭建和节能效果分析

4．1 叠压供水实验的搭建

4．2 节能效果测量方法

4．3 实验数据及节能效果分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录