知网论文查重摘要：本论文根据居民区的供水需求，设计了一套基于PLC的智能恒压供水系统, 并通过组态软件开发一个良好的操作界面。该系统由可编程控制器、水泵机组、变频器、工控机、压力传感器等组成。本系统有三台水泵电机，它们运行方式是变频循环。利用变频器实现对三相水泵电机的软启动和变频调速，采用“先启先停”的运行原则。压力传感器检测当前水压信号，PLC与设定值比较后进行PID运算，由此控制变频器的输出电压和频率，然后改变水泵电机的转速来调节供水量，最后保持管网压力在设定值左右稳定。通过PLC与工控机的连接，用组态软件完成系统监控，实现运行动态的数据显示及监控。

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引言

 在我们的生活中水和电是不可或缺的重要组成部分，水资源缺乏已成为人们不变的话题，节约用水也已成为社会研讨的关键话题。我国是一个水电资源短缺的国家，供水系统不够完善，自动化程度不足。随着社会经济的飞速发展和人们生活水平的提升，住房体制也在不断深入，由此对各层面建设的要求更高。其中供水稳定性、可靠性、经济性是影响人们正常生活、工作、学习的主力，同时也反映了物业的水平。

传统的供水方式主要有：压力罐供水、恒速水泵供水、高位水箱供水、单片机变频恒压供水等方式。其具有浪费水资源、供水率低、自动化程度低、安全性差等缺点。现代的供水方式更具可靠性和安全性，而且节能效果更加明显。被广泛应用于水泵、粉碎机、压缩机等高能耗设备上，特别是应用在居民社区的供水体系中。变频调速技术尤为突出，其主要表现在：一是节能效果显著；二是就算系统经常启动、停止，也能减小电网电流的冲击和管网系统水压的冲击；三是能减小电机自身机械冲击的损耗。

智能恒压供水系统将电气、变频调速技术和现代控制技术结合起来。该体系有利于改善供水系统的可靠性和稳定性，提高能源的利用率，提高人们的生活水平。

1 系统的理论分析及控制方案确定

1．1  智能恒压供水系统的理论分析

1．1．1  电动机的调速原理

水泵电机一般采用三相异步电动机，转速公式为：

（1.1）

式中：f表示电源频率，p表示电动机极对数，s表示转差率。

三相异步电动机有很多可以调节速度的办法，常见的有三种：

（1）改变电源频率

（2）改变电机极对数

（3）改变转差率

在极电机的转速控制的监管方式的变化，虽然简单点，成本不多，节能，效率挺高，但对一个特别的变极电机，这种电机应用范围窄，只能用于生产一定速度的机器。它变化的滑移率能够回收转差功率，能源效率和速度较高，但受成本和实际值的影响。

根据公式（1.1）知，只要电源频率和电动机的转速在相对变化的过程中是呈一种正比例关系的。在当前的调速装置邻域里，由于电力电子技术的普及和应用，变频调速也相继发展起来。变频调速有着实用性、功能强的特点，越来越被人们所熟知。

1．1．2  智能恒压供水系统的节能原理

供水系统的基本特性是扬程H与流量Q的关系曲线。供水系统中输水管道的阀门开度和电机转速保持一定，如下图1.1所示。若电机转速和阀门开度一定，流量Q的大小只受用水量大小的影响。管阻特性是在电机转速和阀门开度保持一定时其扬程H与流量Q的关系曲线，如下图1.1所示。管电阻特性是带泵能量来克服的水位变化以及水加压泵系统和液体流动阻力差异的法则。当阀门开度改变时，等于扬程H发生改变。因此，管阻力特性实际上反映水流Qc的= F（QC）之间的关系。在图1.1的A点是扬程特性曲线和管道阻力曲线相交的点，也就是我们所说的供水系统的工作点。在A点上，水流量Qu和水流量Qc平衡，由此分析可得，由于两点的平衡，供水系统不仅满足了升力特性，还具有管阻力特性，该系统可以是稳定的运行。

图1.1 恒压供水系统的基本特征

供水系统通常被控制的水的流动，这是常用的控制方法一般是在阀的大小和速度的控制方法的控制方法。阀的控制方法是，通过改变所述阀以调节此刻水流的开度应该保持在泵电动机的恒定旋转速度。实际上，通过改变电阻来改变管的尺寸，并且因此，电阻的大小是阀开口的大小被改变，但升力特性保持不变。水用户的实际过程中，水流量的大小是不断变化的，只要保持一定的开度是无法达到供水的作用。速度控制方法是通过改变水的动能以改变水流量来调节流量和阀开保持恒定改变泵电机的转速。因此，泵的转速的电梯的特性会有所不同，但该管阻力特性不变。变频供水属于速度控制。由于管电阻压力泵的转速是保持不变的，所以用水的人越多，用水的量就越多，从而使得电机转速加快。减速电机，以减少水的消耗。因此，智能变频恒压供水通过改变感应电机系统的转速来实现。

可用流体力学的知识来理解，供水管网水泵，水压H、管网中的水流量泵的输出功率P和Q的乘积成正比例关系；转速n和Q成正比；水压H和水流量Q的乘积成正比。由关系，泵输出功率P正比于速度n的三次方，即：

式中k、k₁、k₂、k₃为比例常数。

1．2  智能恒压供水系统控制方案的确定

1．2．1  控制方案的比较和确定

逆变器、压力变送器，电压控制部，低压电器和水泵是智能供水系统的主要部分。该系统利用恒定电压控制一个泵或多个泵，软启动和变速泵用恒定压力驱动和泵马达泵开关频率，也能进行操作数据传输和监控。我们可以选择通用逆变器等来满足系统需要包括频率控制+调节控制 +压力传感器+ HMI解决方案。这种控制灵活方便，控制程序伸展性高，它可以很容易地交换其它系统的数据，具有良好的沟通界面，易于数据传输;基于PLC和模块化，用户可以灵活的控制系统的不同组成结构的需要。硬件设计，只需确定PLC的外部接线硬件配置和I / O。需求改变时，你可以方便地将一个控制程序更改存储到电脑中，便于调试。另外，该系统适用于不同需求的供水状况，还能控制系统的稳定性和精度。系统应用PLC的原因是PLC的抗干扰能力很好，这样可以增加系统的可靠性。

1．2．2  智能恒压供水系统的组成及原理图

智能变频恒压供水系统是一种闭环控制系统，它有可编程控制、逆变器、水泵和压力传感器这几个主要部分，如图1.2所示是该系统的控制图：

图1.2智能恒压供水系统控制流程图

从图中可以看出，该系统可分为：三个主要执行机构，信号检测装置，控制装置，下面分别作介绍：

（1） 执行机构：由一台变频泵和两台工频泵构成，它们将水输入用户管网。根据水泵电机转速变化，以稳定管网水压频率变化;工频泵仅在启动运行和停止两种工作状态。

（2）信号检测机构：在系统控制的过程中，需要检测信号包含管网压力信号，池水位信号和报警信号。这个信号是一个模拟信号，读出的PLC，需要进行A / D转换。对系统的可靠性检测，以限制对供水的压力的必要性，失去的PLC作为数字输入的结果;水箱水位信号反映泵是否足够。当信号有效时，保护控制，以防止损坏泵的空气泵电动机的系统;报警信号检测是否该系统的正常运行，电机是否过载和逆变器是不正常的，对于开关信号的信号。

（3）控制机构：水控系统一般放置在供水控制柜，包括PLC，变频器和电子控制设备。供水控制器是恒压供水系统的要素。供水控制器收集压力，液位，报警信号，分析从人机界面和通信接口，控制算法，控制计划由变频器和接触器控制水泵抽取的数据;逆变器控制泵速改变泵的速度由控制器发送的控制信号的工作频率。

在一定的时间期间，恒定电压控制是使实际供水网络干线出口压力趋向于设定水压。如图所示1.3智能供水系统结构框图：

图1.3智能恒压供水系统框图

安装在用户的压力变送器测量基准点的供水系统，该探测压力来自水管网，四至二十毫安的电流转换成电信号，该信号是重要的参数恒压供水。因为它是一个模拟电信号，它得通过A / D转换器来读取和D / A转换和PID计算的偏移值的数字信号转换为模拟信号作为输入驱动信号，以控制电动机速度，然后控制比较的水流量，以达到恒压供水。

智能恒压供水系统控制流程如下:

在系统上电后，它接收到一个有效的起始信号，第一开始拖动频率泵M1，调整逆变器的输出频率根据偏差实际管网压力和设定压力，以控制其速度，当输出压力达到设定值时，供水和用水平衡，速度稳定，系统正常。

工作系统中，当引线泵一直在上限频率运行，则实际管道压力仍低于设定压力，然后以增加泵以满足需水量，达到目的的需要恒压;当目的和变频泵泵正在运行与引线泵在较低的频率已经运行，则实际管网压力仍比设定压力高，则减少频率泵以减少水的流量来实现的需要恒定的压力。因此，当切换到系统，以提供一个稳定，可靠的供水压力，但在同一时间单位被切换频繁它。工作系统中，传统的供水方式主要有：压力罐供水、恒速水泵供水、高位水箱供水、单片机变频恒压供水等方式。当引线泵一直在上限频率运行时，实际管线压力仍低于设定压力，泵的转速的电梯的特性会有所不同,但该管阻力特性不变。要想需要实现恒压的目的，实际管网压力仍比设定压力高;当对象变频泵正在运行，并且变频泵在较低的频率被运行时，以减少水所需的流动泵的频率实现恒压。因此，当切换到系统，要提供一个稳定、可靠的水压，但不要在同一时间单位频繁切换它。

由于电网和逆变器和电动机频率的应用条件，频率调节频率上限的频率变化。此外，变频器的输出频率不能为负，最低只能为零赫兹。事实上，在实际应用中，逆变器的输出频率能够降下来零赫兹的。因为当泵运行时，马达驱动泵的供水网络，由于管网中的水的压力，会防止泵运行从而反向驱动马达的转矩，而且在一定程度上的压力上，停在水池水进入管网。因此，当马达操作频率降低到一个值，该泵已送水时，实际水压力不会减少。电机的运行频率是在实际应用中较低的频率。这不是一个较大的频率，系统将使用的具体值和泵特性和性质，通常是在二十赫兹。因此，选择为五十赫兹和二十赫兹的下变频水泵的开关。