基于PLC的恒压供水控制系统设计

发布时间：2024-12-21 05:12

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摘要

近些年来，伴随着人类经济社会的高速发展，中国城市内大型高层建筑的数量也越来越多，因此，使得人类社会对一些基本公用设施的需求也愈来愈高。其中，各楼层的中高层供水已经成为了一项关键的环节,而供水性能的好坏也直接影响到了住户的生活品质和安全保护。由此可知,通过先进的自动控制技术,来设计一种供水特性和节水特性都优异的、可以在复杂环境内工作的供水系统已经逐渐成为了一个现代供水系统发展的大趋势。本论文以PLC为核心，对高层住宅小区的变频恒压供水系统进行了设计和研究。本系统采用西门子S7-300PLC作为控制核心，采用变频器、压力传感器等设备，实现了对其的实时监控。同时，利用管网水压作为控制参数，根据用户的需水量来确定PLC对水泵的运行状态，并利用变频调速装置来调节水泵的转速，从而达到对管网水压的恒定控制。在这其中，中、高层建筑的供应是一个非常重要的环节，它的供水质量将直接关系到居民的居住质量与安全。由此可知，通过科学的自主控制,来设计一种供应特性和节水特性都优异的、并且能够适应环境变化复杂的高层恒压供水系统，逐渐成为每一个现代供水系统发展的主要趋势。
关键词：恒压供水；PLC；PID；变频器

变频恒压供水系统原理分析

（一）供水系统的工作特性与工作点
扬程特性是供水系统的固有特性，扬程通常是指水泵向上扬水的高度，单位为米，通常以字母H表示。通常以水流量Q，扬程H为因变量来研究系统的扬程特性。如下图所示，其中Qu为用水量流量，当系统的流量较大时，其全扬程相对较小，流量较小时全扬程较大。由此可知，当用户用水需求量相对较大时因管道内摩擦或其他原因对造成能量损耗，从而造成系统全扬程下降。
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图2.1供水系统扬程特性曲线

恒压供水系统控制原理及PID控制
如图2.2所示为系统的控制原理图，在该系统的控制过程中，当实际压力与预设压力的偏差被检测并传送回PLC以后，当两者出现差异时，系统会将得到的一个差值传输到变频器与PLC处，再由PID进行计算输出执行量为变频器频率转换提供依据。从而产生一个新的频率的输出值。通过该频率值来控制电机转速来控制泵的水压与预设值的偏差减小。同理易得，当实际值大于预设值时，通过类似的过程，使得水泵的抽水能力降低。由此来使得最终的供水压力趋于稳定。
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图2.2控制原理图
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图2.3PID控制原理图

变频恒压供水系统设计

1.系统主电路设计
如图3.1所示为系统的主电路图：
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图3.1系统主电路图

恒压供水系统程序流程

该恒压供水系统有手动和自动控制方式两种情况。如图4-1为控制控制方式的选择流程。
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图4.1控制方式流程图

结论

本系统是以PLC、变频器为核心，控制三台水泵工作的恒压供水系统。共分为两种控制方式，其中手动控制方式可以良好的应对初期对系统的测试、以及作为正常运行后的一种应对突发情况的紧急措施。而自动控制方式可以使三台水泵应对不同的压力情况自行调节运行状态从而应对各种不同的水压要求。并且保证三台水泵不会在出现故障或者过载的状态下继续运行。并且本系统经step7仿真，可以实现对管网水压的精确控制，且可以改善供水质量，达成安全、节能供水的要求。

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