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论文题目基于PLC的高层住宅小区自动供水系统设计摘 要 随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速的发展，变频供水技术已经进入了一个崭新的时代。其拖动技术发展到了变频调速，其逻辑控制也由PLC取代了原来的继电器控制。本论文结合我国小区供水的现状，设计了一套基于PLC变频调速的恒压供水系统。系统主要由可编程控制器（PLC）、变频器、传感器、PID、人机界面(HMI)等现代工业控制常用控制部件组成。该系统具有功能完善、运行稳定、可靠性高、节能效果显著和性价比高等特点。 本文共有六章。 第一章首先阐述了小区供水系统的背景和系统控制要求。 第二章详细介绍了PLC及其工作原理、特点和发展方向和恒压变频供水系统的原理及其相关的一些知识。第三章详细的介绍了水泵、变频器、可编程控制器和模拟量扩展模块的选择，然后详细的设计了系统的主电路和基本输入输出端口。第四章详细的介绍了软件设计过程和根据系统控制要求设计的流程图。第五章详细介绍了人机界面的原理和本系统所用的一些人机界面的设计过程和操作方法。第六章是对文章的总结。 关键词 可编程控制器、PID、变频器、人机界面、变频调速ABSTRACTWith the development of the economy, microelectronic technology、computer technology and the automatic theory are develop rapidly, variable frequency water-supply system also has been in a new state. The dragging technology has developed from DC timing to AC variable frequency timing and it，s logic-relay control also has been replace by PLC. On the basis of analyzing status quo of water supply of subzone in our country, this paper designs a suit of constant pressure water supply system by using variable frequency speed-regulating technology base on PLC .The system is made up of some modern control devices, such as PLC, frequency conversion device, sensor, PID, and HMI. The system feature comprehensive function, steady operation, high reliability, prominent energy-saving effects and high cost-effectiveness.This thesis consists of seven chapters. Chapter one clarifies the application background of the supporting water system and Key word :PLC 、PID、frequency conversion device 、HMI 、variable velocity variable frequency .目录第一章 绪论 1 1.1 引言 1 1.2 应用背景 1 1.3系统控制要求 2第二章 PLC及变频供水系统介绍 3 2.1 PLC基础知识 3 2.1.1 PLC简介 3 2.1.2 PLC工作原理及特点3 2.1.3 PLC的发展方向 6 2.2 恒压变频供水系统的介绍 7 2.2.1变频供水的原理 7 2.2.2供水系统中水泵的调速方法 82.2.3变频供水系统中的节水方式 92.2.4 供水系统中的PID控制 11第三章 系统硬件设计 123.1 硬件选择 123.1.1水泵的选择 123.1.2 变频器的选择 143.1.3 PLC的选择 153.1.4 模拟量输入输出模块的选择 173.2硬件设计 183.2.1主电路设计 183.2.2系统输入输出设计 19第四章 软件的设计 22 4.1软件设计工程简介 22 4.2程序设计 23 4.2.1系统总体工作流程 23 4.2.2主程序流程图 24 4.2.3子程序流程图 26 4.3 程序中使用的元件及其功能 26 4.4 梯形图程序28第五章 人机界面 36 5.1人机界面基本知识 36 5.1.1 人机界面的简介 36 5.1.2 人机界面的组成及其工作原理 36 5.2 人机界面的设计 36结束语 41参考文献 42第一章 绪论1.1引言随着国家小城镇建设,宏观经济调控、商用土地出让等一系列相关政策的出台及实施，土地资源日益紧张，商用地价的不断上升，使得商品房开发过程中土地成本比例越发提高。因此许多高层建筑群拔地而起。建筑物在向高层发展的同时，供水问题就显得十分重要。但是城市供水系统中的主要指标供水压力无法无限地满足高层建筑及供水系统末端用户的需要。因此要求小区内的高层建筑必须采用二次加压措施。现在的二次供水系统，不仅要求供水的质量，还要求系统节能。在这种情况下，传统的供水方式如水塔供水已经无法满足现代供水的要求。而恒压变频供水系统是根据高层小区的特点而设计的全自动、节能型供水系统。它集成了当代最新的电子技术如变频调速、PLC可编程控制、PID调节、传感器技术、触摸屏技术等数项先进的技术。该系统可以根据水管的水压的不同，自动调节水泵的转速和启动台数。本系统不仅有效解决了高层小区的饮水问题，还通过变频调速的方式节约了能源。1.2应用背景 在恒压变频供水系统出现以前，传统的供水系统主要有以下四种，它们分别是水塔供水系统，气压罐供水系统，液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水系统，单片机变频调速供水系统。下面简单介绍一下这四种方式：1、水塔供水系统。其优点是控制方式简单，短时断电不会影响供水，用水量很小时，可以长时间不开泵。其缺点是基础建设投资比较大，占地多，维修不方便，由于水泵是硬启动，所以启动电流较大，控制柜内触点易烧坏，若启动频繁，电机容易烧。2、气压罐供水系统。其优点是控制方式比较简单，当罐内水储满时，可以短时不断水维修，在用水量很小的时候，也可以长时间不开泵，价格也较低。其缺点是为了减少水泵启动次数，停泵时的压力往往比较高，致使水泵工作在低效阶段，浪费比较大。所以这种方式比水塔要费电，同样，该方式的水泵也为硬启动，启动电流大，触点易烧坏，当用水量大时将造成电机启动频繁，此时电机易烧坏。3、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水系统。其优点是价格低廉，结构简单，维修较方便。但是该方式的缺点也显而易见。这种方式不仅漏油，发热需冷却，效率低，而且改造麻烦。只能是一对一驱动，需经常检修。4、单片机变频调速供水系统。这种方案虽然也能用作变频调速，自动化程度也要优于前三种，但是系统的开发周期比较长，可靠性低，维修不方便，且不适于恶劣的工业环境。 随着社会的进步，传统的供水系统已经无法满足人们对供水的要求。于是就出现了以PLC为代表的恒压变频供水系统，该系统综合了当代最新的电子技术如变频调速、PLC可编程控制、PID调节、传感器技术、触摸屏技术等。下面简单介绍一下恒压变频调速系统。恒压变频调速系统的优点是投资省、与过去建水塔或气压罐相比节能达2050%，并且功能齐全，运行可靠，维护方便，自动化程度高。 变频器对电机进行软启动，减少设备损耗，延长电机寿命。全数字智能化控制，可以任意修改参数，故障可以自诊断和自处理功能，对过流、欠压、过压、水位过低和变频器故障等均能自行诊断及发出声光报警，因此该设备具备完善的电气安全保护及电机故障跨越功能。1.3系统控制要求（1）生活供水时，系统应低恒压值运行，消防供水时应高恒压运行；（2）三台水泵根据恒压供水的要求，采取先开下停的原则接入或退出；（3）在用水量小的情况下，如果一台水泵连续运行的时间超过3h，则要切换到下一台泵，即系统要有“倒泵功能”，避免一台水泵工作时间过长；（4）三台泵在启动的时候要软启动；（5）要有完善的报警功能；（6）对泵的操作要有手动控制功能，手动控制只在应急和检修时临时使用；第二章 PLC及供水系统介绍2.1 PLC基本知识2.1.1 PLC简介 PLC是80年代以来在国内引起普遍重视并广泛应用的新型控制设备。它以微机控制技术为基础，通过编程，可以执行诸如逻辑判断，顺序控制以及定时，计数，运算等功能，并通过数字或模拟I/O组件控制机械设备。目前，PLC已经是完全微型计算机化的工业产品，因其方便适用且高度可靠，在自控领域越来越受重视。与传统的继电器控制相比，PLC控制系统体积小，可靠性高；更易使用和维护，且能在工厂环境下进行编程；便于扩充和修改功能，又具有向中央数据采集系统传递信息的能力；通过接插件，所有输入端点能直接和工业现场的开关、接点直接相连，所有输出端点能直接驱动继电器、电磁阀、电机启动器的线圈等。它的发展大致经历三个发展时期：形成期（19701974）早期的PLC采用小规模的IC构成专用的逻辑处理芯片（CPU），采用机器语言或汇编语言编程，仅有逻辑控制指令，控制点少，功能简单，并没有获得广泛重视。成熟期（19741987年）随着单电源的8位处理器的出现，在小型化、高可靠性多功能及价格等方面，PLC的研制和应用水平有了飞速发展和提高。PLC开始具有了多个CPU，设置定时器、计算器并有了算术运算功能。加速发展期（1978年以来）从70年代末到80年代，PLC的应用和制造呈现了蓬勃发展的趋势。一方面研制出了高性能不同规模的PLC网络系统。另一方面也生产一般机械加工逻辑控制而价格较为便宜的微小型PLC，对PLC普及及应用起了重要推动作用。2.1.2 PLC工作原理及其特点PLC的工作原理 各种PLC都采用循环扫描的工作方式，具体的工作过程大同小异。现以Siemens S7200系列PLC为例说明其工作过程：PLC上电以后，首先进行初始化，然后进入循环扫描过程。一次循环扫描过程可归纳为公共处理、程序执行、扫描周期计算处理、I/O刷新和外设端口服务五个工作阶段，一次循环扫描所用的时间称为一个工作周期，其长短与用户程序的长短以及PLC本身性能有关，具体数量为毫秒级。典型值为几十ms各阶段的任务如下：1 公共处理：复位监定时器，进行硬件检查、用户内存检查等。检查正常后，方可进行下面的操作。如果有异常的情况，则根据错误的严重程度发出报警或停止PLC运行。2 程序执行：在程序执行阶段CPU先左后右，先上后下的顺序对每一条指令进行解释、执行、CPU从映象寄存器和元件映象寄存器读出个继电器的状态，根据用户给出的逻辑关系进行逻辑运算，运算结果再写入元件映象寄存器中。3 扫描周期计算处：若设定扫描周期为固定值，则进行等待循环，直到该固定值到，再往下执行。若设定扫描周期不固定，则进行扫描周期的计算。4 I/O刷新：在此阶段，进行I/O刷新。进行刷新时，CPU从输入电路中读入个输入点状态，并将此状态写入映象寄存器中；输出刷新时，将输出继电器的元件映象寄存器的状态（I/O）传送到锁存电路，在经过输出电路隔离和功放，驱动外部负载。5 外部端口服务：完成与外部端口连接的外围设备编程器或通信适配器的通信处理。CPU从输入电路的输出端读出各路状态，并将其写入输入映象寄存器：在程序执行阶段，CPU从输入映象寄存器和元件映象寄存器中读出各继电器的状态，并根据此状态执行用户程序，执行结果再写入元件映象寄存器中；紧接着则会进入下一个I/O刷新阶段,将输出映象寄存器的状态写入输出锁存电路,再经过输出电路传递到输出端子,从而控制外部器件动作。PLC的循环扫描工作方式也为PLC提供了一条死循环自诊断功能.PLC内部设置了一个监视器WDT,其定时时间可由用户设置为大于用户程序的扫描周期,PLC在每个扫描周期的公共处理阶段将监视定时器复位.正常情况下,监视定时器不动作,如果由于CPU内部故障使程序执行进入死循环,那么,扫描周期将超过监视定时器时间,这时,监视定时器动作,运转停止,以示用户。PLC的特点(一) 高可靠性是PLC的最突出的优点之一由于工业生产过程是昼夜连续的.一般生产装置要几个月、甚至几年才大修一次。因此，对用于工业生产过程的控制器提出了可靠性尽可能高的要求。工业现场的各种电磁干扰特别严重，针对这一情况，PLC采取了一系列的措施其中主要包括：（1）输入/输出接口均采用光电隔离，使工业现场的外围电路与PLC内部路之间电气上隔离。（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms，对于一些高速输入端则采用数字滤波，其滤波时间可以用指令设定。（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。（4）采用性能优良的开关电源。（5）对采用的器件进行严格筛选。（6）良好的字诊断功能，一旦电源或其它软、硬件发生异常情况，CPU立即采取措施，以防止故障扩大。（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成的冗余系统或由三CPU构成的表决式系统，使系统的可靠性进一步提高。（二）丰富的I/O接口模块 由于工业控制机只是整个工业生产过程自控系统中的一个控制中枢，为了实现对工业生产过程的自动控制，它还必须与各种工业现场的设备相连接，才能完成控制任务。因此，PLC除了具有计算机的基本部分如CPU、存储器以外，还有丰富的I/O接口模块。 PLC针对不同的工业现场信号（例如交流或直流、电压或电流、脉冲或电位、开关量或模拟量、强电或弱电等），有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备（如行程开关、按钮、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等）直接连接。例如开关量输入模块就有交流和直流二类。另外，为了提高操作的性能,它还有多种人机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。（三）采用模块化结构 为了适应各种工业控制要求，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各种部件，包括CPU、直流电源、I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户需要自行组合。（四）编程简单易学PLC的编程大多数采用类似于继电器控制线路的梯形图进行。在最初的梯形图中，主要由人们熟悉的常开触点、常闭触点和线圈、计时、计数等符号组成，对于使用者来说，不需要具备计算机的专业知识，因此很容易被一般的工程技术人员甚至技术工人理解和掌握。现在，尽管PLC的软、硬件功能大大增强，除了顺序控制以外，PLC还能进行算术运算、数据处理和传送、通讯等，但是梯形图仍然被普遍使用，只是在原有基础上增加了许多特殊功能指令，以完成除了顺序功能控制以外的其它各种控制功能。（五）安装简单，维修方便 PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行，使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连，系统便可以投入运行。各种模块上均设有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块式结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。有些PLC还允许带电拆卸I/O模块。（六）系统设计、调试周期短 由于系统硬件的设计任务仅仅是根据对象的要求配置适当的模块，因此大大地简化了系统的硬件设计工作，从而缩短了整个系统的设计、调试周期。2.1.3 PLC发展方向（1） 大型网络化：主要朝着DCS方向发展，网络化和强通信能力是PLC发展的一个主方面，向下与多个智能装置相连，向上与工业计算机、以太网等相连完成特殊的控制任务。（2） 多功能：为了适应特殊的功能需要，连续推出许多智能模块，如模拟输入输出、回路控制、通信控制、机械运动控制、高速技术、中断输出等。 这些智能模块以微处理器为基础，其CPU与PLC的CPU并行工作，占用主机CPU时间很少，有利于提高PLC扫描速度和完成特殊的控制任务（3） 高可靠性和良好的兼容性：由于现代控制系统的可靠性和兼容性日见受到人们的重视，一些公司将字诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有的产品中，推出了高可靠性的冗余系统。（4） 编程语言向高级语言发展：PLC的编程语言在原有的梯形图语言、顺序功能模块和指令语言基础上，推出了可运行于计算机windows环境下，界面友好的强劲的梯形图和语句表两种形式的编程、调试、诊断等共功能。2.2 恒压变频供水系统介绍2.2.1变频供水的原理本系统中应用PLC来控制电机的速度和电机启动的台数来控制水管的水压。这样，既实现了控制的自动化，又节约了能源。供水系统的工作原理是将自来水网中的水源经过加压水泵加压以后送到用户管道。具体的工作原理是用装在自来水中的压力传感器将水压转换成电信号传送到控制系统的PID中，经过PID运算以后，将数据传给变频器，变频器通过改变电源的频率来控制电机的转速。从而改变水网管道中的水压，使其控制在恒定的范围内。当用水量大的时候，水网的压力就会下降，变频器的输出电源的频率就会增加，电机的转速加快，从而保持水压的恒定。当用水量小的时候，水网的压力就会上升，变频器的输出电源的频率就会下降，此时，电机的转速就会下降，从而保持水网水压的恒定。系系统原理图2.2.2供水系统中水泵的调速方式在变频器没有出现以前,调速系统一般采用直流调速,但是由于结构上的原因,直流电动机存在着很多缺点(诸如需要定期更换电刷和换向器,维护保养困难,寿命短,机构复杂,难以制造大容量、高转速、高电压的直流电动机等),所以人们一直在寻找它的替代品。而变频器的出现很好的解决了这个问题。与传统的系统相比，利用变频器对交流电机进行调速控制，可以实现大范围内的高效连续调速控制，容易实现电动机的正反转切换，可以对电机进行高速驱动，可以进行高频度的起停运转，可以运行电气制动，可以组成高性能的控制系统等。特别适合于风扇、鼓风机和泵类负载。通过变频器进行调速可以代替传统上利用挡板和阀门进行风量、流量控制，所以可以达到节能效果。水泵多采用交流异步电机拖动,当电机转速降低时,即可节省能源,经济效益十分显著.由异步电机的转速公式: 式中,n0异步电机同步转速,r/min；n异步电机转子转速r/min；p电机的极对数f电源频率S转差率, 改变电机的极对数p、改变转差率S及改变电源频率f都可以改变转速。1. 变极对数调速 在电源频率一定的情况下,电机的同步转速与极对数成反比,改变电机的极对数,就可以改变转速。通过改变定子绕组的接线方法来改变极对数,当p=1,2,3时,就可以得到n0=3000,1500,1000r/min等不同的同步转速,从而达到改变转子转速的目的。这种调速方式控制简单,投资省,节能效果显著,效率高,但需要专门的变极电机,是有极调速,而且极差比较大,只适合特定转速的生产机器。2.变频调速变频调速是将电网交流电经过变频器变为电压频率均可变的交流电,然后供给电机,使其可在变速的情况下运行。改变电机的定子频率f可以平滑的调节同步转速n0,相应改变转子的转速n,而转差率可以保持不变或很小。但对电机来说，定子频率改变后，其运行受到影响，如果电压不变，频率增加时，磁通减少，电机转矩下降，严重时会使电机堵转；频率减少时，磁通增加，会使磁通饱和，励磁电流上升，导致铁芯损失急剧增加而发热，是不允许的。因此，在实用上，要求调频的同时，改变定子的电压，保持磁通的基本不变，既不使铁芯发热，又保持转矩不变。3可控硅串极调速 它是把异步电机转子电势经过整流逆变后反馈给电网，回收功率就是转差功率。串极调速的最大优点是由于它可以回收转差功率，节能效果好，且调速性能也好，但由于线路过于复杂，还需一台与电机相匹配的变压器，增加了中间环节的电能损耗，带来了成本高，占用泵房面积大等优缺点影响它的推广。本系统采用的调速系统是变频调速,这种调速方式能完全满足系统的要求。2.2.3变频供水中水泵的节能原理 在实际生活中，用水量时刻变化的，为了适应水量的变化，以往采用调节水泵阀门的方法去控制出口水压在某一规定范围之内，这势必造成供水时有超压、欠压现象。水泵机组应用变频调速技术，即通过改变电机的定子电源的频率来改变电动机转速，可以相应改变水泵的转速及工况，使其流量适应管网用水量的变化，保持管网最不利点压力恒定，达到节能效果。如图所示，n为水泵的特性曲线，A为管路特性曲线，H0为管路末端的服务压力，H为泵出口处的电压。当用水量达到Qmax时，水泵全速运行，出口阀门全开，达到了满负荷运转，水泵的特性曲线n0和用水管路曲线A0交汇于b点，此时水泵的出口压力为H，末端服务压力刚好为H0。当用水量从Qmax减少到Q1的过程中，采用不同的控制方案，其水泵的能耗也不同。 水泵变频调速节电原理图1水泵全速运行，靠控制水泵出水口阀门来控制；此时，管路阻力特性曲线变陡（A2），水泵的工况点由b点上滑到c点，而水管所需要的扬程将由b点下滑到d点，这样，c点和d点扬程的差值即为水泵全速运行的能量浪费。2水泵变速运行，靠泵出口压力恒定来控制；此时，当用水量由Qmax下降时，控制系统降低水泵转速来改变其特性。单由于采用泵恒定出口压力恒定工作方式工作，所以其工况点始终在H上平移。在用水量达到Q1时，相应的水泵特性曲线为nx，而管路的特性曲线将向上平移到A1，两线交点e即为此时工况点。这样，在水量减少到Q1时，将导致管网最不利点水压升高到H1，H1H0，则h1为水泵的浪费能量。3 水泵变速运行，靠管网最不利点压力恒定来控制；此时，当用水量由Qmax减少到Q1时，水泵降低转速，水泵的特性曲线变为n1，其工况点为d点，正好落在管路特性曲线A0上，这样可使水泵工作点始终沿A0滑动。管网的服务压力H0恒定不变，其扬程与系统阻力相适应，没有能量的浪费。此方案与泵出口恒压供水相比，其能耗降低了h1。通过比较三种方案，我们可以知道水泵的节水不仅与水泵的运行方式有关，还和水管水压的采集地点有关。由上面的比较，我们可以清楚的了解到水泵变速运行，靠管网最不利点压力恒定来控制的方式是最节能的供水方式。2.2.4 供水系统中的PID控制 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制就是根据系统的误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。 1.比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。 2.积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的 或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积 分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 3.微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用， 其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能 够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 在本次设计的控制系统当中，PID技术主要是通过PLC的PID处理模块来完成，所计算的对象主要是变频器的工作频率，根据这些采样所得进行PID运算，从而控制变频器饿输出频率。第三章 系统的硬件设计3.1 硬件选择3.1.1 水泵的选择选泵的依据：根据工程所需的水量和水压及其变化规律。选泵的原则要求：在满足最不利的工况的条件下，考虑各种工况，尽可能的节约投资减少能耗。从技术上对流量Q、扬程H进行合理的计算，对水泵台数和型号进行选定、满足客户的水量和水压的要求。从经济和管理上对水泵台数和工作方式进行选定。此外，根据建筑给水排水设计规范GB 50015-2003 3.8 增压设备和水房选择生活给水系统加压水泵的时候，应遵守下列规定：1.水泵的QH特性曲线，应是随流量的增大，扬程逐渐下降的曲线。2.应根据管网水力计算进行选泵，水泵应在高效的区内运行。3.生活加压给水系统的水泵机组应设备用泵，备用泵的供水能力不应小于最大一台运行水泵的供水能力。水泵应自动切换交替运行。综上所述，本系统采用三台相同规格的水泵，其中一台是备用水泵。根据建筑给水排水设计规范GB 50015-2003各种住宅参数如表1所示表1 各种住宅参数住宅类别卫生器具设置标准用水定额（L/人D小时变化系数普通住宅大便器、洗涤盆851503.02.5普通住宅大便器、洗脸盆、洗涤盆、洗衣机、热水器和淋浴设施 1303002.82.3普通住宅大便器、洗脸盆、洗涤盆、洗衣机、集中热水供应和淋浴设施180320 2.52.0别墅大便器、洗脸盆、洗涤盆、洗衣机、洒水栓，集中热水供应和淋浴设施等等2003502.31.8按照2000户小区计算，其中普通住宅600户，普通住宅600户，普通住宅600户，别墅200户。每户按照3.5人计算。普通住宅 每人日最高用水150 L/人d，时变系数取 2.8最高日最大小时用水量（0.15*600*3.5*2.8）/24=36.75 m3 /h普通住宅 每人日最高用水300 L/人d，时变系数取 2.6最高日最大小时用水量（0.3*600*3.5*2.6）/24=68.25 m3 /h普通住宅 每人日最高用水320L/人d，时变系数取 2.3最高日最大小时用水量（0.32*600*3.5*2.3）/24=64.4 m3 /h别墅 每人日最高用水350L/人d，时变系数取 2.1最高日最大小时用水量（0.35*600*3.5*2.1）/24=64.3 m3 /h整个小区的最高日最大小时用水量为36.75+68.25+64.4+64.3=233.7m3 /h由于系统采用2用1备方案，每台电机的余量为20% 所以Qh=233.7/（2*0.8）=146.1m3/h。假设小区给水泵站的管路总的长度为L=3000m，吸水井最低水位与最不利点地形高差HST=1m，自由水压=25m，在最大流量时从泵站至最不利点的管路水头损失h=3.3m，安全水头H安全=1.5m，泵站内部水头损失h泵站=2m，水泵站的扬程H/m=HST+Hc+h+h泵站+H安全=1+25+3.3+2+1.5=32.8根据清水泵的参数，选择IS125-100-200B，该清水泵的具体参数如表2所示：表2 IS125-100-200B的参数型号转速r/min流量m3/h扬程m效率%电机功率kWIS125-100-200B2900 1743877303.1.2变频器的选择在采用变频器驱动异步电动机调速系统中，当异步电动机确定后，通常可以通过异步电动机的额定电流来选择变频器，或者也可以根据异步电动机实际运行中的电流的最大值来选择变频器。此外，变频器容量的计算方式和选择方法还与运行方式有关。选择变频器容量时，变频器的额定电流是一个关键量，变频器的容量应按运行过程中可能出现的最大工作电流来选择。变频器的运行一般有以下几种方式。 1变频器容量的计算 由于变频器传给电动机的电流是脉冲电流，其脉动值比工频供电时电流要大，因此选择变频器的容量要留有适当的余量。此时，变频器应同时满足以下三个条件： (1) (2)式中：PM、cos、UM、IM分别为电动机输入功率、功率因数(取0.75)、电压(V)、电流(A)。 K：电流波形的修正系数(PWM方式取1.051.1) PCN：变频器的额定容量(KVA) ICN：变频器的额定电流(A) 式中IM如按电动机实际运行中的最大电流来选择变频器时，变频器的容量可以适当缩小。 根据式(1) 得:PCN1.05*30/0.75=42(KVA) 根据式(2) ICNKIM (A)得: ICN1.05*78.9=82.8(A)选择三菱的变频器 3.1.3 PLC的选择PLC的基本组成从广义上说，PLC是一种工业控制计算机，只不过比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适用于控制要求的编程语言。所以PLC与计算机控制系统十分相似，也具有中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口、电源等。1中央处理器单元（Central Processing Unit，CPU）中央处理器单元是PLC的核心部分，它包括微处理器和控制接口电路。微处理器是PLC的运算和控制中心，由它实现逻辑运算、数字运算，协调控制系统内部各部分的工作。它的运算是按照系统程序所赋予的任务进行的。其主要任务有：控制从编程器输入的用户程序和数据的接收与存储；用扫描的方式通过输入部件接收现场的状态或数据，并存入映像寄存器或数据存储器中；诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等；PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传递、逻辑运算或数字运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容，再经由输出部件实现输出、制表打印或数据通信等功能。PLC常用的微处理器主要有通用微处理器、单片机、位片式微处理器。一般来说，小型PLC大多采用8位微处理器或单片机作为CPU，如ZA80A，8085，8031等，具有价格低，普及通用性好等优点。对于中型PLC，大多采用16位微处理器或单片机作为CPU，如Intel8086，Intel196系列单片机，具有集成度高，运行能力快，可靠性高等优点。对于大型PLC，大多数采用高速位片式微处理器，它具有高灵敏性，速度快、效率高的优点。2存储器（memory）PLC系统中的存储器配有系统程序存储器和用户程序存储器。1系统存储器用于存放PLC生产厂商编写的系统程序，并固化在PROM或EPROM存贮器中，用户不可访问和更改。系统程序相当于个人计算机的操作系统，它关系到PLC的性能。系统程序包括系统监视程序、用户指令解释程序、标准程序模块、系统调用管理等程序以及各种系统参数等。2用户程序寄存器用户程序寄存器可分为三部分：用户程序区、数据区、系统区。用户程序区用于存储用户经编程器输入的程序。为了调试和修改方便，总是先把用户程序存储到随机存储器RAM中，经过运行考核，修改完善，达到设计要求后。再把它固化到EPROM中，代替RAM使用。数据区用于存放PLC在运行过程中所用的和生成的各种工作数据。数据区包括输入、输出数据映像寄存区，定时器、计数器的预置值和当前值的数据等。系统区主要存放CPU的组态数据，例如，输入输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表分配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等。3输入输出单元（Input/Output Unit） 输入、输出单元是可编程序控制器的CPU与现场输入、输出装置或其他外部设备