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(完整 word 版)基于 PLC 恒压供水系统的设计

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摘要

随社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高；再加上

目前能源紧缺,利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能

适应不同领域的恒压供水系统成为必然趋势。

本设计是针对居民生活用水而设计的。由变频器、PLC、PID调节器和组成控制系统，

调节水泵的输出流量.电动机泵组由三台水泵并联而成，由变频器或工频电网供电,根据供

水系统出口水压和流量来控制变频器电动机泵组的速度和切换,使系统运行在最合理状态，

保证按需供水.

本文介绍了采用PLC控制的变频调速供水系统，由PLC进行逻辑控制，由变频器进行

压力凋节。在经过PID运算，通过PLC控制变频与工频切换，实现闭环自动调节恒压变量供

水。运行结果表明,该系统具有压力稳定，结构简单，工作可靠等特点.

关键词:变频调速；恒压供水;PID调节；PLC

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1 绪论

随着社会经济的迅速发展,水对人民生活与工业生产的影响日益加强,人民对供水的

质量和供水系统可靠性的要求不断提高.把先进的自动化技术、控制技术、通讯及网络技术

等应用到供水领域，成为对供水系统的新要求.

变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体.采用该系统进行供

水可以提高供水系统的稳定性和可靠性,方便地实现供水系统的集中管理与监控；同时系统

具有良好的节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要,所以研究设计该系统，对于提高企

业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。

1。1 变频恒压供水产生的背景和意义

众所周知，水是生产生活中不可缺少的重要组成部分，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，自动化程度低。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，此时将会造成能量的浪费，同时有可能

使水管爆破和用水设备的损坏。在恒压供水技术出现以前,出现过许多供水方式。以下就逐

一分析.

1、一台恒速泵直接供水系统

这种供水方式，水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户,有的甚至连蓄水池也没有，直

接从城市公用水网中抽水,严重影响城市公用管网压力的稳定。这种供水方式，水泵整日不

停运转，有的可能在夜间用水低谷时段停止运行。这种系统形式简单、造价最低，但耗电、

耗水严重，水压不稳，供水质量极差。

2、恒速泵加水塔的供水方式

这种方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。水塔的合理高度是要求水塔最

低水位略高于供水系统所需要压力。水塔注满后水泵停止,水塔水位低于某一位置时再启动

水泵。水泵处于断续工作状态中。这种供水方式,水泵工作在额定流量额定扬程的条件下，

水泵处于高效区。这种方式显然比前一种节电，其节电率与水塔容量、水泵额定流量、用

水不均匀系数、水泵的开、停时间比、开、停频率等有关。供水压力比较稳定.但这种供水

方式基建设备投资最大,占地面积也最大;水压不可调，不能兼顾近期与远期的需要;而且系

统水压不能随系统所需流量和系统所需要压力下降而下降，故还存在一些能量损失和二次

污染问题。而且在使用过程中,如果该系统水塔的水位监控装置损坏的话,水泵不能进行自

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动的开、停,这样水泵的开、停，将完全由人操作，这时将会出现能量的严重浪费和供水质

量的严重下降。

3、恒速泵加高位水箱的供水方式

这种方式原理与水塔是相同的，只是水箱设在建筑物的顶层。高层建筑还可分层设立

水箱.占地面积与设备投资都有所减少，但这对建筑物的造价与设计都有影响,同时水箱受

建筑物的限制，容积不能过大,所以供水范围较小。一些动物甚至人都可能进入水箱污染水

质.水箱的水位监控装置也容易损坏，这样系统的开、停，将完全由人操作,使系统的供水

质量下降能耗增加。

4、恒速泵加气压罐供水方式

这种方式是利用封闭的气压罐代替高位水箱蓄水，通过监测罐内压力来控制泵的开、

停。罐的占地面积与水塔水箱供水方式相比较小，而且可以放在地上，设备的成本比水塔

要低得多.而且气压罐是密封的，所以大大减少了水质因异物进入而被污染的可能性.但气

压罐供水方式也存在着许多缺点.气压罐方式依靠压力罐中的压缩空气送水，气压罐配套水

泵运行时，水泵在额定转速、额定流量的条件下工作。当系统所需水量下降时，供水压力

将超出系统所需要的压力从而造成能量的浪费.同时水泵是工频率启动，且启动频繁，又会

造成一定的能耗。频繁启动会造成系统的不稳定性。

5、变频调速供水方式

这种系统的原理是通过安装在系统中的压力传感器将系统压力信号与设定压力值作比

较，再通过控制器调节变频器的输出，无级调节水泵转速。使系统水压无论流量如何变化

始终稳定在一定的范围内。

变频调速式供水系统具有节约能源、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。

1。2 变频恒压供水系统的国内研究现状

变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在早期,由于国外生产的

变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、压频比控制

及各种保护功能.应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构,为了满足供水量大

小需求不同时，保证管网压力恒定,需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器,对压力

进行闭环控制。

从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台

水泵机组的方式,几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况,因而投资成本高。

随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优

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