1、成人高等教育畢業設計（論文）題 目：超高層建筑恒壓供水系統 學院(函授站）： 濟南市海貝培訓學校 年級專業： 電氣工程及其自動化 層 次： 本科 學 號： 姓 名： 指導教師： 摘要摘要： 傳統恒壓控制系統的供水管網能耗大、控制精度差、設備損耗快、對電網要求高。隨著變頻技術的發展與應用，各種大功率、耐高壓器件的出現，變頻恒壓系統已成為供水管網恒壓控制的主流，而PLC技術的發展使其在控制系統中得到了廣泛應用。用PLC和變頻器協同工作，應用與高層建筑恒壓供水智能系統已成為當下的主流。關鍵詞： 恒壓供水； 變頻器； PLC ABSTRACTAccording to the requirement o

2、f China's urban water supply, this paper designs a set of water supply system of frequecey control of constant voltage based on PLC, and have developed good operation management interface using Supervision Control and Data Acquisition.The system is made up of PLC, transducer,units of pumps,press

3、ure sensor and control machine and so on. Keywords: variable frequency speed-regulating, constant-pressure water supply, PLC, supervision control and data acquisition.目錄1變頻恒壓供水系統的理論分析51.1 任務51.2工藝要求11.3 PLC概述11.3.1 可編程控制器的定義11.3.2 PLC的發展和應用21.3.3 PLC的特點21.4 恒壓供水的原理31.5變頻恒壓供水系統的節能原理32變頻恒壓供水系統62.1變頻恒壓

4、供水的特點62.2 恒壓供水系統的控制方案的比較和確定72.2.1 用戶需求72.2.2恒壓供水系統控制方案比較72.3 變頻恒壓供水的組成82.4超高層建筑恒壓供水的方案112.5超高層建筑多級接力恒壓供水控制系統的結構112.6超高層多級接力恒壓供水系統介紹123 系統的硬件設計153.1 系統主要設備的選擇153.2 主電路控制方案184監控系統的設計214.1多級接力控制系統程序設計214.2 遠程監控軟件的設計225結束語241變頻恒壓供水系統的理論分析1.1 任務隨著社會的發展和進步，城市高層建筑的供水問題日益突出。一方面要求提高供水質量，不要因為壓力的波動造成供水的障礙；另一方面

5、要求保障供水的可靠性和安全性，在發生火災時能可靠供水。針對這兩方面的要求，新的供水方式和控制系統應運而生，這就是PLC控制的恒壓無塔供水系統。恒壓無塔供水系統包括生活用水的恒壓控制和消防用水的恒壓控制即雙恒壓系統。通常，為了保證恒壓供水我們用三泵供水，三泵恒壓供水保證了供水的質量，以PLC為主機的控制系統豐富了系統的控制功能，提高了系統的可靠性。1.2工藝要求對三泵生活/恒壓供水系統的基本要求是：（1）生活供水時，系統應底恒壓值運行，消防供水時系統應高恒壓值運行；（2）三臺泵根據恒壓的需要，采用“先開先停”的原則介入和退出；（3）在用水量小的情況下，如果一臺泵連續運行的時間超過3H，則要切換到

6、下一臺泵，即系統具有“倒泵功能”，避免某一臺泵工作時間過長；（4）三臺泵在啟動時要又軟啟動功能；（5）要有完整的報警功能；（6） 對泵的操作要有手動控制功能，手動只在應急或檢修時臨時使用。1.3 PLC概述1.3.1 可編程控制器的定義可編程控制器，簡稱PLC(Programmable logic Controller)，是指以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置。在1987年國際電工委員會(International Electrical Committee)頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義:“PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲

7、器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。”1.3.2 PLC的發展和應用世界上公認的第一臺PLC是1969年美國數字設備公司(DEC)研制的。限于當時的元器件條件及計算機發展水平，早期的PLC主要由分立組件和中小規模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數功能。20世紀70年代初出現了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數據傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業

8、控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統的工程技術人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言【1】，并將參加運算及處理的計算機存儲組件都以繼電器命名。此時的PLC為微機技術和繼電器常規控制概念相結合的產物。20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化發展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業抗干擾設計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現代工業中的地位。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業國家中已獲得廣泛應用。這個時期可編程控制器發展的特點是大規模、高速度、高性能、產品系列化。這個階段

9、的另一個特點是世界上生產可編程控制器的國家日益增多，產量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。 20世紀末期，可編程控制器的發展特點是更加適應于現代工業的需要。從控制規模上來說，這個時期發展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉速、位移等各式各樣的控制場合；從產品的配套能力來說，生產了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業控制設備的配套更加容易。目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、輕紡、交通運輸、及文化娛樂等各個行業，被稱為現代技術的三大支柱之一。1.3.3 PLC的特點現代可編程控制器不

10、僅能實現對開關量的邏輯控制，還具有數學運算、數學處理、運動控制、模擬量PID控制、通信網絡等功能。在發達的工業化國家，可編程控制器已經廣泛的應用在所有的工業部門，其應用已擴展到樓宇自動化、家庭自動化、商業、公用事業、測試設備和農業等領域。歸納可編程控制器主要有以下幾方面的優點：1）編程方法簡單易學2）功能強，性能價格比高3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強4）無觸點免配線，可靠性高，抗干擾能力強5）系統的設計、安裝、調試工作量少6）維修工作量小，維修方便 7）體積小，能耗低。1.4 恒壓供水的原理如圖1-1所示在出水管道上安裝的壓力傳感器，將出口水壓力信號轉換為電信號，送PLC進行推理運算

11、后，輸出信號到變頻器，調節水泵電機的運轉速度，直到消除實際水壓與設定水壓的偏差，實現恒壓供水。可編程控制器同時控制水泵的啟、停。當系統開始工作時，由變頻器控制啟動1號泵變頻運行。若用戶用水量增加，變頻器的輸出率上升到50Hz，水壓仍達不到設定值，則延時一段時間后，將1 號泵切換為工頻運行；變頻器再啟動 2 號泵運行，如水壓達不到設定值，則將2 號泵切換為工頻運行；變頻器再啟動3 號泵運行，直到輸出水壓達到設定值為止。反之若用戶用水量減少，則依照“先啟先停”原則依次將水泵切除。如此反復循環，實現系統的恒壓供水【2】。 圖1-1 恒壓供水原理圖1.5變頻恒壓供水系統的節能原理供水系統的揚程特性是以

12、供水系統管路中的閥門開度不變為前提，表明水泵在某一轉速下揚程H與流量Q之間的關系曲線【3】，如圖1.5所示。由于在閥門開度和水泵轉速都不變的情況下，流量的大小主要取決于用戶的用水情況，因此，揚程特性所反映的是揚程H與用水流量Qu間的關系H=f(Qu)。而管阻特性是以水泵的轉速不變為前提，表明閥門在某一開度下揚程H與流量Q之間的關系曲線，如圖1-2所示。管阻特性反映了水泵的能量用來克服泵系統的水位及壓力差、液體在管道中流動阻力的變化規律。由于閥門開度的改變，實際上是改變了在某一揚程下，供水系統向用戶的供水能力。因此，管阻特性所反映的是揚程與供水流量Qc之間的關系H=f(Qc)。揚程特性曲線和管阻

13、特性曲線的交點，稱為供水系統的工作點，如圖1-2中A點。在這一點，用戶的用水流量Qu和供水系統的供水流量Qc處于平衡狀態，供水系統既滿足了揚程特性，也符合了管阻特性，系統穩定運。圖1-2 恒壓供水系統的基本特征變頻恒壓供水系統的供水部分主要由水泵、電動機、管道和閥門等構成。通常由異步電動機驅動水泵旋轉來供水，并且把電機和水泵做成一體，通過變頻器調節異步電機的轉速，從而改變水泵的出水流量而實現恒壓供水的。因此，供水系統變頻的實質是異步電動機的變頻調速。異步電動機的變頻調速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉速而實現調速的。在供水系統中，通常以流量為控制目的，常用的控制方法為閥門控制法和轉速控制法。

14、閥門控制法是通過調節閥門開度來調節流量，水泵電機轉速保持不變。其實質是通過改變水路中的阻力大小來改變流量，因此，管阻將隨閥門開度的改變而改變，但揚程特性不變。由于實際用水中，需水量是變化的，若閥門開度在一段時間內保持不變，必然要造成超壓或欠壓現象的出現。轉速控制法是通過改變水泵電機的轉速來調節流量，而閥門開度保持不變，是通過改變水的動能改變流量。因此，揚程特性將隨水泵轉速的改變而改變，但管阻特性不變。變頻調速供水方式屬于轉速控制。其工作原理是根據用戶用水量的變化自動地調整水泵電機的轉速，使管網壓力始終保持恒定，當用水量增大時電機加速，用水量減小時電機減速。由流體力學可知，水泵給管網供水時，水泵

15、的輸出功率P與管網的水壓H及出水流量Q的乘積成正比；水泵的轉速n與出水流量Q成正比；管網的水壓H與出水流量Q的平方成正比。由上述關系有，水泵的輸出功率P與轉速n三次方成正比，即： （2.2） （2.3） (2.4) (2.5)式中k、k1、k2、k3為比例常數。圖1-3管網及水泵的運行特性曲線如圖1-3所示當用閥門控制時，若供水量高峰水泵工作在E點，流量為Q1，揚程為H0，當供水量從Q1減小到Q2時，必須關小閥門，這時閥門的摩擦阻力變大，阻力曲線從b3移到b1，揚程特性曲線不變。而揚程則從H0上升到H1，運行工況點從E點移到F點，此時水泵的輸出功率正比于H1×Q2。當用調速控制時，若

16、采用恒壓(H0)，變速泵(n2)供水，管阻特性曲線為b2，揚程特性變為曲線n2，工作點從E點移到D點。此時水泵輸出功率正比于H0×Q2，由于H1>H0，所以當用閥門控制流量時，有正比于(H1H0)×Q2的功率被浪費掉，并且隨著閥門的不斷關小，閥門的摩擦阻力不斷變大，管阻特性曲線上移，運行工況點也隨之上移，于是H1增大，而被浪費的功率要隨之增加。所以調速控制方式要比閥門控制方式供水功率要小得多，節能效果顯著。2變頻恒壓供水系統2.1變頻恒壓供水的特點 變頻恒壓供水系統能使用生活用水，工業用水以及消防用水等多種場合的 用水要求，該系統具有以下特點：(1)供水系統的控制對象

17、是用戶管網的水壓，它是一個過程控制量，同其他一些過程控制量(如:溫度、流量、濃度等)一樣，對控制作用的響應具有滯后性。同時用于水泵轉速控制的變頻器也存在一定的滯后效應。(2)用戶管網中因為有管阻、水錘等因素的影響，同時又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵轉速的變化與管網壓力的變化成正比，因此變頻調速恒壓供水系統是一個線性系統。(3)變頻調速恒壓供水系統要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統，而不同的供水系統管網結構、用水量和揚程等方面存在著較大的差異，因此其控制對象的模型具有很強的多變性。(4)在變頻調速恒壓供水系統中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泉的停止和運行)是時時

18、發生的，同時定量泵的運行狀態直接影響供水系統的模型參數，使其不確定性地發生變化，因此可以認為，變頻調速恒壓供水系統的控制對象是時時變化的。(5)當出現意外的情況(如突然停水、斷電、泵、變頻器或軟啟動器故障等)時，系統能根據泵及變頻器或軟啟動器的狀態，電網狀況及水源水位，管網壓力等工況點自動進行切換，保證管網內壓力恒定。在故障發生時，執行專門的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進行供水。(6)水泵的電氣控制柜，其有遠程和就地控制的功能和數據通訊接口，能與控制信號或控制軟件相連，能對供水的相關數據進行實時傳送，以便顯示和監控以及報表打印等功能。(7)用變頻器進行調速，用調節泵和固定泵的組合進行恒壓供

19、水，節能效果顯著，對每臺水泵進行軟啟動，啟動電流可從零到電機額定電流，減少了啟動電流對電網的沖擊同時減少了啟動慣性對設備的大慣量的轉速沖擊，延長了設備的使用壽命。2.2 恒壓供水系統的控制方案的比較和確定2.2.1 用戶需求供水系統總體需求：(1) 由多臺水泵機組實現供水，流量范圍120m3/h，揚程80米左右；(2) 設置一臺小泵作為輔助泵，用于小流量時的供水；(3) 供水壓力要求恒定，尤其在換泵時波動要小；(4) 系統能自動可靠運行，為方便檢修和應急，應具備手動功能；(5) 各主泵均能可靠地實現軟啟動；(6) 具有完善的保護和報警功能；(7) 系統要求較高的經濟運行性能。2.2.2恒壓供水

20、系統控制方案比較恒壓變頻供水系統主要有壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機組以及低壓電器組成。系統主要的任務是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環控制多臺水泵，實現管網水壓的恒定和水泵電機的軟起動以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時還要能對運行數據進行傳輸和監控。根據系統的設計任務要求，有以下幾種方案可供選擇【4】：(1) 有供水基板的變頻器+水泵機組+壓力傳感器這種控制系統結構簡單，它將PID調節器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器供水基板上，通過設置指令代碼實現PLC和PID等電控系統的功能。它雖然微化了電路結構，降低了設備成本，但在壓力設定和壓力反饋值的顯示方面比較麻煩，無法

21、自動實現不同時段的不同恒壓要求，在調試時，PID調節參數尋優困難，調節范圍小，系統的穩態、動態性能不易保證。其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，數據通信困難，并且限制了帶負載的容量，因此僅適用于要求不高的小容量場合。(2) 通用變頻器+單片機(包括變頻控制、調節器控制)+人機界面+壓力傳感器這種方式控制精度高、控制算法靈活、參數調整方便，具有較高的性價比，但開發周期長，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現場調試的靈活性差，同時變頻器在運行時，將產生干擾，變頻器的功率越大，產生的干擾越大，所以必須采取相應的抗干擾措施來保證系統的可靠性。該系統適用于某一特定領域的小容量的變頻恒壓供水中。(3) 通用變頻

22、器+PLC(包括變頻控制、調節器控制)+人機界面+壓力傳感器這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統進行數據交換，通用性強；由于PLC產品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規模和要求不同控制系統。在硬件設計上，只需確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線，當控制要求發生改變時，可以方便地通過PC機來改變存貯器中的控制程序，所以現場調試方便。同時由于PLC的抗干擾能力強、可靠性高，因此系統的可靠性大大提高。該系統能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機組的容量大小無關。通過對以上這幾種方案的比較和分析，可以看出第三種控制方案更適合于本系統。這種控制方案既有擴展功能

23、靈活方便、便于數據傳輸的優點，又能達到系統穩定性及控制精度的要求。2.3 變頻恒壓供水的組成PLC 控制變頻恒壓供水系統主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器和現場的水泵機組一起組成一個完整的閉環調節系統，該系統的控制流程圖如圖2-1所示【5】：圖2-1恒壓供水組成圖從圖中可以看出，系統可分為：執行機構、信號檢測機構、控制機構三大部分組成，具體為： （1）執行機構：執行機構是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網，其中由一臺變頻泵和兩臺工頻泵構成，變頻泵是由變頻調速器控制、可以進行變頻調整的水泵，用以根據用水量的變化改變電機的轉速，以維持管網的水壓恒定；工頻泵只運行于啟、停兩種工作狀態，用以

24、在用水量很大的情況下投入工作。 （2）信號檢測機構：在系統控制過程中，需要檢測管網水壓信號、水池水位信號和報警信號。管網水壓信號反應的是用戶管網的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。此信號時模擬信號，讀入PLC時，需進行A/D轉換。另外為加強系統的可靠性，還需對供水的上限壓力和下限壓力用電接點壓力表進行檢測，將檢測值送給PLC，作為數字量輸入；水池水位信號反應水泵的進水水量是否夠。信號有效時，控制系統要對系統實施保護控制，以防止水泵空抽以損壞電機和水泵。此信號來自安裝于水池中的液位傳感器；報警信號反映系統是否正常運行，水泵電機是否過載，變頻器是否異常，該信號為開關信號。 （3）控制機構：供

25、水控制系統一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器，變頻器和點控設備三個部分。供水控制器是整個變頻恒壓供水控制系統的核心。供水控制器直接對系統中的壓力、液位、報警信號進行采集，進行數據信息進行分析、實施控制算法，得出對執行機構的控制方案，通過變頻器和接觸器對機構進行控制；變頻器是對水泵進行轉速控制的單元，其跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調速泵的運行頻率，完成對調速泵的轉速控制。下面以一個三泵生活/消防雙恒壓無塔供水系統為例來說明其工藝過程，如圖2-2所示，市網來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥TV1，它們自動把水注滿儲水池，只要水位低于高水位，則自動往水箱中注水。水池的高/低水位信號也直接送

26、給PLC，作為底水位報警用。為了保障供水的持續性，水位上下限傳感器高低距離不是相差很大。生活用水和消防用水共用三臺泵，平時電磁閥YV2處于失電狀態，關閉消防管網，三臺泵根據生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行，使生活用水的恒壓狀態（生活用水底恒壓值）下進行；當有火災發生時，電磁閥YV2得電，關閉生活用水管網，三臺泵共消防用水使用，并根據用水量的大小，使消防供水也在恒壓狀態（消防用水高恒壓值）下進行。火災結束后三臺泵再改為生活供水使用圖2-2三泵生活/消防雙恒壓無塔供水系統圖2.4超高層建筑恒壓供水的方案隨著經濟的快速發展和城市規模的不斷擴大，出現了大量的超高層建筑。目前超高層建筑的二次供水方式

27、是按高度將樓宇分為多個區。選擇在不同的樓層修建水箱，通過水泵將自來水打到水箱后，再向下進行二次加壓供水。這種方式由于采用了水箱，不僅導致自來水的二次污染，而且占用了大量的空間，給設備的日常維護帶來不便。另外，自來水進入水箱后，壓力自然釋放，需要水泵進行二次加壓，造成了能源的浪費。因此，對于超過25 層的超高層建筑，采用多級接力恒壓供水系統來實現二次供水。這種供水方式，在節能和衛生等方面大 大提高了供水質量。超高層建筑恒壓供水采用多級接力供水系統，首先是要將整個樓宇分為低區（117 層）、中區（1835 層）和高區（3650 層）三個區，并在每個區的底部（1 層、18 層和36 層）分別安裝單級

28、變頻恒壓供水設備，然后將三套設備級聯構成的。整個供水系統控制的關鍵是各區供水設備之間的聯動和連鎖保護。為了防止各區水泵發生干轉，系統啟動時要從低區到高區的順序依次啟動，而絕不能同時啟動；正常運行時，當某區進水壓力不足時，必須先將該區以上的各區設備按照由高到低的順序依次停機，然后再使該區設備停止運行；整個系統因檢修需要停機時也必須按照從高到低的順序將各區設備依次停機。2.5超高層建筑多級接力恒壓供水控制系統的結構 多級接力恒壓供水控制系統采用了分散控制、集中管理的基本結構，如圖2-3所示。其中包括遠程監控計算機（下面簡稱為上位機）、主控CPU（下面簡稱為主站）和三套單級變頻恒壓供水設備（下面簡稱

29、為從站）。上位機、主站和從站之間的雙向通訊通過PROFIBUS 現場總線實現的【6】。圖2-3控制系統基本結構2.6超高層多級接力恒壓供水系統介紹系統的高、中、低區從站各有一套變頻恒壓供水設備，由西門子分布式I/O 模塊ET-200、變頻器、壓力變送器、泵組（兩用一備）、電動閥、穩壓罐、穩流罐、交流接觸器、中間繼電器等構成。從站硬件結構示意圖如下圖2-4【7】。電動閥只在中、高區進水口處配備；系統選用的SAMCO 變頻器內，帶有供水專用基板，通過設置相應的參數可實現PID 控制。泵組有三臺水泵構成，兩臺工作泵、一臺備用泵，根據整個樓宇的用水量來選擇。正常工作狀態下，兩臺水泵即可滿足供水需要；當

30、泵組中水泵出現故障進行檢修時，備用泵的配備仍能保證正常供水。各區泵組的選擇，按照由低區到高區的順序，揚程流量依次減小。也就是，高區泵組的揚程流量只需要滿足高區用戶的用水量；中區泵組的揚程流量不僅要滿足中區用戶的用水量，還要向高區供水；低區泵組的揚程流量要滿足整個樓宇的用戶用水量。系統中的穩流罐在來水流量不足時起補充流量的作用；穩壓罐在出水口壓力驟降時起補壓的作用。圖2-4硬件結構圖從站的工作原理看，各區從站的工作原理基本相似，有手動和自動兩種工作模式。在對各區設備分別進行調試時，采用手動模式，則可以通過各區控制柜上的按鈕對該區水泵進行啟停控制。在自動模式下，主站通過從站的分布式I/O 實時采集

31、各區出水口和入水口壓力，然后接收主站發出的控制指令，根據用戶用水情況對出水口壓力進行快速調節，從而實現恒壓供水。各從站的單級變頻恒壓供水設備中，按照“先啟先停，先停先啟”的原則，對泵組中的水泵進行切換，以穩定各區出水口壓力。從站的供水設備進入休眠狀態后，用水量的小幅波動可以通過各區出水口處的穩壓罐補壓來穩定出水壓力，而無需啟動泵組。休眠功能可以避免各區供水設備的頻繁啟停，具有保護設備和節能的作用。以低區從站兩臺工作泵的切換方式為例，控制流程圖如圖2-5所示【8】。其他各區的控制流程基本相似。這種泵組的切換方式中備用泵不固定，既可以有效減少水泵的頻繁起停，又能使泵組中各水泵的運行時間基本相同，提

32、高了設備的綜合利用率，降低了維護費用。另外，各區還都具有過載、停泵、停電或缺相、超壓以及變頻器故障等報警和保護功能，并可將信息上傳至上位機監控系統。圖2-5控制流程圖3 系統的硬件設計3.1 系統主要設備的選擇根據基于PLC的變頻恒壓供水系統的原理，系統的電氣控制總框圖如圖3-1所示：圖3-1 系統的電氣控制總框圖由以上系統電氣總框圖可以看出,該系統的主要硬件設備應包括以下幾部分：(1) PLC及其擴展模塊、(2) 變頻器、(3) 水泵機組、(4) 壓力變送器、(5) 液位變送器。主要設備清單如下表：設備清單表：設備性能用水量：36揚程：100m水泵型號：65LG50-20×5電動機

33、功率：22kw配用變頻器：22kw西門子PLC S7-300 CN(國產) 系列CPU 226 DC/DC/DC 擴7 24輸入/16輸出模擬量擴展模塊EM 235 標準信號 4輸入/1（4AI/1AO西門子變頻器 6SE6440-2UD32-2DB1 MM440 22KW額定容量：30KVA額定電壓：380V額定電流: 45A額定過載電流：額定電流的1201分鐘配用制動電阻：30歐姆JYB-KO-CAG-0.035型大屏顯示智能壓力變送器(壓力傳感器)量程：01MP精度 1.5數顯儀輸出電流：420mAJYB-KO-PAG-G-0.035防護型壓力液位變送器(壓力液位傳感器)供電電壓：DC2

34、4v（12v-32v）測量精度：±0.5FS(擴散硅壓力傳感器)；±1FS(陶瓷壓力傳感器)負載能力：電流型:500（不帶顯示）；電壓型:輸出阻抗250(DC 24V供電時)過載壓力：2倍量程防護等級： IP65彎式不銹鋼浮球液位開關 液位報警器 液位控制器50L不銹鋼氣壓罐天正交流接觸器CJX2F-115A 36V 110V 220V 380V西門子SIEMENS 直流中間繼電器3TH4244-1XET 200MET 200S 基本型接口模塊9 針，SUB-D 插頭包含終端模塊   6ES7151-1CA00-0AB0  

35、設備預算設備數量價格水泵65LG50-20×593588.00元西門子PLC S7-300 C155600元模擬量擴展模塊1236.00元西門子變頻器6SE6440-2UD32-2DB118804.00元JYB-KO-CAG-0.035大屏顯示智能壓力變送器31485.00元JYB-KO-PAG-G-0.035防護型壓力液位變送器61152.00元液位報警器335.00元電動閥DN5010105000元50L不銹鋼氣壓罐91280.00元天正交流接觸器CJX2F-115A9426.00元西門子SIEMENS 直流中間繼電器3TH4244-1X30-50170.00元西門子ET200M

36、31000.00 元合計86894.00元（不含管材和施工費用）3.2 主電路控制方案主電路控制原理圖包括主電路圖、控制電路圖以及PLC外圍接線圖。（1）主電路圖如圖3-2所示為電控系統主電路圖。三臺電機分別為M1、M2、M3。接觸KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的工頻運行；接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3的變頻運行，FR1、FR2、FR3分別為三臺水泵電機過載保護用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3、QS4分別為變頻器喝三臺水泵電機主電路的隔離開關；FU1為主電路的熔斷器，VVVF為簡單的一般變頻器。【9】圖3-2主控制電路圖（2）控制電路圖圖3-3所示電控

37、系統控制電路圖。圖中SA為手動/自動轉換開關，SA打在1的位置為手動控制狀態；打在2的狀態為自動控制狀態。手動運行時，可用按鈕SB1SB2控制三臺泵的啟/停和電磁閥YV2的通/斷；自動運行時，系統在PLC程序控制下運行。【10】圖中的HL10為自動運行狀態的電源指示燈。對變頻器頻率進行復位時只提供一個干觸點信號，由于PLC為4個輸出點為一組共用一個COM端，而本系統又沒有剩下單獨的COM端輸出組，所以通過一個中間繼電器KA的觸點對變頻器進行復位控制。圖中的Q0.0Q0.5及Q1.0Q1.5為PLC輸出繼電器觸點，它們旁邊的4、6、8等數字為接線編號，可結合PLC外圍接線圖一起讀圖。圖3-3電控

38、系統控制電路4監控系統的設計4.1多級接力控制系統程序設計多級接力供水系統的主程序主要是對整個系統的啟停、正常工作以及安全保護進行控制。主程序流程圖如圖3-4所示。當低區進水口的壓力（即自來水管網的壓力）大于設定值0.1MPa時，延時10S 后，低區設備啟動，使低區出水口壓力達到并穩定在設定值0.7MPa，除滿足低區用戶用水外，還向中、高區供水；當中區進水口壓力大于設定值0.1MPa，延時10S 后，先將中區進水口處的電動閥打開，再啟動中區設備，除滿足中區用戶用水外，還向高區供水；高區的工作過程與中區類似。整個系統進入穩定運行狀態后，可以根據用戶用水量的變化，進行自動調節，使各區出水口壓力穩定

39、在設定值0.7MPa。當低區進水口壓力（自來水管網壓力）不足，小于0.05 MPa 時，低、中、高各區都先將泵組退出運行狀態，然后將中區和高區進水口處的電動閥關閉，此時整個系統都停止運行；當中區進水口壓力不足，小于0.05 MPa時，中區和高區都先將泵組退出運行狀態，然后將中區和高區進水口處的電動閥關閉，此時低區設備仍可以正常工作；當高區進水口壓力不足時，高區泵組退出運行狀態，并關閉高區進水口處的電動閥，此時低區和中區設備仍可以正常工作。【11.12】圖3-4主程序流程圖4.2 遠程監控軟件的設計系統上位機選用的是西門子工控機，配有 CP5611 卡，可通過PROFIBUS 現場總線完成與主站

40、間的通訊。采用WinCC 6.0 設計上位機監控軟件，可以實時監控整個系統的運行狀態，例如，各區進出水口的壓力、各區進水口處電動閥的狀態、各區泵組的工作狀態和相應的報警信息等。在設備安裝調試和維護檢修時，監控系統還可以通過主站對各個從站的設備進行手動控制。另外，監控系統能夠對過程數據和報警信息進行歸檔和顯示，并具有用戶管理和報表打印功能。監控系統的畫面結構如圖3-5所示。【12.13】圖3-5監控系統的畫面結構5結束語本文基于 PROFIBUS 現場總線網絡，實現了針對于超高層建筑的多級接力供水。該系統已投入使用，運行過程中性能穩定，響應速度快，聯動性好；監控軟件界面友好，操作方便，實時性強。通過級聯更