城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)-畢業(yè)設(shè)計論文

1、城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)-畢業(yè)設(shè)計論文 畢業(yè)設(shè)計 題 目 城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng) 學(xué)生姓名 學(xué) 號 專業(yè)班級 指導(dǎo)教師 學(xué) 院 答辯日期 摘要我國人口眾多每年所消耗的能量巨大近年來能源緊張影響到工業(yè)生產(chǎn)及人民生活因此節(jié)能降耗是保證工業(yè)和生活穩(wěn)定發(fā)展的一項關(guān)鍵措施然而長期以來我國自動化程度低用水行業(yè)的技術(shù)水平相對比較落后經(jīng)常導(dǎo)致用水高峰期用戶用水的不穩(wěn)定水壓較低供水量低于需求量小區(qū)居民的日常用水問題設(shè)計一套基于的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由PLC變頻器壓力變送器等組成由一臺變頻器實現(xiàn)對三臺水泵電機(jī)的軟啟動和變頻調(diào)速三臺泵電機(jī)采用變頻和工頻循環(huán)運(yùn)行方式運(yùn)行切換采用先啟先停的原則使用編程軟

2、件設(shè)計偏差進(jìn)行處理從而控制變頻器的輸出電壓和頻率進(jìn)而改變水泵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速水泵出水口流量實現(xiàn)管網(wǎng)壓力的自動調(diào)節(jié)使管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近關(guān)鍵詞變頻調(diào)速恒壓供水可編程控制器 AFor the numerous population much energy is consumed every year in our countryIn recent years have affected the industrial production and peoples lifeTherefore energy saving and reduce the consumption is a crucial m

3、easure to guarantee industry and lifes stable developmentHoweversince automation level is low for a long timeour country falls behind with the technical horizon comparison with water profession users often appears with the instability of water in using water peak-hoursuch as hydraulic pressure is lo

4、w and the supply of water is measured below demand According to the problem in using water designed a variable frequency speed-regulating constant pressure water-supply system with PLC The water supply system consists of PLCfrequency converter and pressure transmitter etcA frequency converter to rea

5、lize three phase pump generators soft start and frequency control three pump generators to comprise the circulating run mode of frequency conversion operation switch adopts to the principle of"start first stop first"using STEP7 MicroWIN program software designed a control system with PLC T

6、he control system can compare the measured pressure with the advanced pressure to control the real-time output Voltage and frequencythe output quality of pump is changed along with the changing of pumps speedIt makes the pressure of pipe self-regulating and steady in the scheduled valueand have desi

7、gned a operation management interface using Supervision Control and Data AcquisitionKey Wordsvariable frequency speed-regulatingconstant pressure water-supplyprogrammable logical controller 目錄第一章 緒論111 變頻恒壓供水系統(tǒng)研究的技術(shù)背景和設(shè)計依據(jù)112 變頻恒壓供水系統(tǒng)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢213 可編程控制器簡介314 本文研究的主要內(nèi)容6第二章 變頻恒壓供水系統(tǒng)分析721 供水系統(tǒng)的基本特性

8、和方式722 常用調(diào)速方式及變頻調(diào)速原理923 變頻調(diào)速技術(shù)1124 水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理1225 變頻恒壓供水的特點分析13第三章 基于變頻調(diào)速的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計1531 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要完成的主要功能1532 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制方案及選擇1533 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成1734 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)工作原理1935 變頻至工頻的同步切換2036 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)運(yùn)行分析21第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計2241 變頻器的選擇22com MM440型變頻器性能特點及技術(shù)指標(biāo)23com MM440型變頻器的主要作用24com MM440型變頻器的電路結(jié)構(gòu)25com MM440型變

9、頻器的參數(shù)設(shè)定和調(diào)試2642 水泵的選擇2743 其他相關(guān)設(shè)備的選擇29com 變送器的選擇29com 接觸器的選擇30com 軟啟動器的選擇31com 主令電器的選擇3244 系統(tǒng)電路設(shè)計33com 主電路設(shè)計33com 控制電路設(shè)計3445 PLC IO分配3646 PLC的選型3847 變頻器與PLC的連接4048 系統(tǒng)硬件連接圖41第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4251 總體流程圖設(shè)計42com 手動運(yùn)行流程圖設(shè)計42com 自動運(yùn)行流程圖設(shè)計4352 各個模塊梯形圖設(shè)計48com 軟元件設(shè)置48com 手動控制程序設(shè)計49com 自動控制程序設(shè)計51com 初始化程序設(shè)計57com 報警程序設(shè)

10、計6053 系統(tǒng)的測試與運(yùn)行分析61com 系統(tǒng)手動運(yùn)行測試61com 系統(tǒng)自動運(yùn)行測試61第六章 基于組態(tài)王的恒壓供水系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)計6361 組態(tài)王簡介6362 組態(tài)王系統(tǒng)設(shè)計63com 組態(tài)王系統(tǒng)設(shè)計步驟63com 組態(tài)王系統(tǒng)設(shè)計過程64第七章 總結(jié)68參考文獻(xiàn)69外文原文71外文翻譯83致謝92緒論11 變頻恒壓供水系統(tǒng)水和電是人類生活生產(chǎn)中不可缺少的重要物質(zhì)在節(jié)水節(jié)能已成為時代特征的現(xiàn)實條件下我們這個水資源和電能源短缺的國家長期以來在市政供水高層建筑供水工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后自動化程度較低在通常的城市小區(qū)供水中基本上都是靠供水站的電動機(jī)帶動離心水泵產(chǎn)生壓力使管網(wǎng)中的自來水

11、流動把供水管網(wǎng)中的自來水送給用戶但供水機(jī)泵供水的同時也消耗大量的能量如果能在提高供水機(jī)泵的效率確保供水機(jī)泵的可靠穩(wěn)定運(yùn)行的同時降低能耗將具有重要經(jīng)濟(jì)意義我國供水機(jī)泵的特點是數(shù)量大范圍廣類型多在工程規(guī)模上也有一定水平但在技術(shù)水平工程標(biāo)準(zhǔn)以及經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)等方面與國外先進(jìn)水平相比還有一定的差距主要表現(xiàn)在用水高峰期水的供給量常常低于需求量出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象而在用水低峰期水的供給量常常高于需求量出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況此時會造成能的浪費同時還有可能造成水管爆裂和用水設(shè)備的損壞傳統(tǒng)調(diào)節(jié)供水壓力的方式多采用頻繁啟停電機(jī)控制和水塔二次供水調(diào)節(jié)的方式頻繁啟停電機(jī)控制產(chǎn)生大量能耗的而且對電網(wǎng)中其他負(fù)荷造

12、成影響設(shè)備不斷啟停會影響設(shè)備壽命水塔二次供水調(diào)節(jié)的方式則需要大量的占地與投資且由于是二次供水不能保證供水質(zhì)的安全與可靠性因此保持管網(wǎng)的水壓恒定可使供水和用水之間保持平衡不但提高了供水的產(chǎn)量和質(zhì)量也確保了供水生產(chǎn)以及電機(jī)運(yùn)行的安全可靠性而尋求供水與能耗之間的最佳性價比是困擾人們的一個長期問題因此如何解決供水與能耗之間的不平衡尋求提高供水效率的整體解決方案是各供水企業(yè)關(guān)心的焦點問題之一變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式?jīng)]有頻繁的啟動現(xiàn)象啟動方式為軟啟動設(shè)備運(yùn)行十分平穩(wěn)避免了電氣機(jī)械沖擊也沒有水塔供水所帶來的二次污染的危險由此可見變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有供水安全節(jié)約能源節(jié)省鋼材節(jié)省占

13、地節(jié)省投資調(diào)節(jié)能力大運(yùn)行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益所以研究設(shè)計基于變頻調(diào)速的恒定水壓供水系統(tǒng)簡稱變頻恒壓供水對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平同時降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個重要方面供水的可靠性穩(wěn)定性經(jīng)濟(jì)性直接影響到小區(qū)住戶的正常工作和生活也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平的高低為了盡可能地滿足城市生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ罟┧枰绾巫龊霉┧O(shè)備的維護(hù)和管理并有效解決電能消耗問題成了必須解決好的關(guān)鍵問題變頻恒壓供水系統(tǒng)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢近年來交流調(diào)速中最活躍發(fā)展最快的就是變頻調(diào)速技術(shù)變頻調(diào)速是交流調(diào)速的基礎(chǔ)和主要內(nèi)容上個世紀(jì)變壓器的

14、出現(xiàn)使改變電壓變得很容易從而造就了一個龐大的電力行業(yè)但長期以來交流電的頻率卻一直固定而不能受人為控制變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)使頻率變成可以利用的資源現(xiàn)在我國已有很多的公司工廠和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的研究開發(fā)工作但自行開發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品和國際上的同類產(chǎn)品相比還有比較大的技術(shù)差距隨著改革開放和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展變頻調(diào)速己形成了一個巨大的市場目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制有的采用可編程控制器 現(xiàn)有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件實現(xiàn)這兩種控制方案從可靠性方面講片機(jī)從經(jīng)濟(jì)性方面看單片機(jī)優(yōu)于在變頻與工頻電源的切換技術(shù)上多數(shù)采用主電

15、路串接軟起動器的方法進(jìn)行降壓起動也有采用切換時封鎖變頻器的控制脈沖使變頻器輸出為零切換到工頻電源上這兩種方法采用主電路串接軟起動器的方法進(jìn)行降壓起動容易實現(xiàn)軟起動器一般為成品部件但設(shè)備投資較大后者采用切換時封鎖變頻器的控制脈沖設(shè)備投資少但頻率波動大易引起水管管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定國外生產(chǎn)的變頻器多為通用型且單機(jī)控制即一臺變頻器拖動一臺電機(jī)功能主要限定在頻率控制升降速控制正反轉(zhuǎn)控制起制動控制壓頻比控制及各種保護(hù)功能應(yīng)用在中大容量的變頻恒壓供水系統(tǒng)中為了滿足供水量大小需求不同時保證水管管網(wǎng)壓力恒定需在變頻器外部提供壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)多臺水泵的循環(huán)控制需外部提供邏輯控制在變頻與工頻電源的切換技術(shù)上大多采用主電路串

16、接軟啟動器降壓啟動的方法司可編程控制器簡介可編程序控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)它是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)綜合了計算機(jī)技術(shù)自動控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)國家自動控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一由于采用了三機(jī)一體化的綜合技術(shù)即集計算機(jī)儀器儀表電氣控制于一身具有高可靠性強(qiáng)抗干擾能力組合靈活編程簡單維修方便和低成本等諸多特點因而與其它控制器相比它更加適合工業(yè)控制環(huán)境和市場的要求再加上展過程中產(chǎn)品的系列化產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化使之從早期的邏輯控制順序控制迅速擴(kuò)展到連續(xù)控制開始進(jìn)入批量控制和過程控制領(lǐng)域并迅速成為工業(yè)自動化系統(tǒng)的支柱目前小型化大型化大容量強(qiáng)

17、功能等方面有了質(zhì)的飛躍早期的可編程序控制器隨著計算機(jī)技術(shù)通信技術(shù)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展可編程序控制器將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與新興的計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體具有可靠性高功能強(qiáng)應(yīng)用靈活編程簡單使用方便等優(yōu)點以及良好的工環(huán)境工作性能和自動控制目標(biāo)實現(xiàn)性能在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用具有以下特點障由于采用模塊化結(jié)構(gòu)因此一旦某模塊發(fā)生故障用戶可以通過更換模塊的方法使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行PLC工作時將采集到的輸入信號狀態(tài)存放在輸入映像區(qū)對應(yīng)的位上將運(yùn)算的結(jié)果存放到輸出映像區(qū)對應(yīng)的位上PLC在執(zhí)行用戶程序時所需輸入繼電器輸出繼電器的數(shù)據(jù)取自于IO映像區(qū)而不直接與外部設(shè)備發(fā)生關(guān)系當(dāng)處于停止工作模式時PLC只

18、進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)等內(nèi)容當(dāng)處于運(yùn)行工作模式時PLC要進(jìn)行內(nèi)部處理通信服務(wù)輸入處理程序處理輸出處理然后按上述過程循環(huán)掃描工作如下圖所示圖1-1 PLC工作流程在運(yùn)行模式下PLC通過反復(fù)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能為了使PLC的輸出及時地響應(yīng)隨時可能變化的輸入信號用戶程序不是只執(zhí)行一次而是不斷地重復(fù)執(zhí)行直至PLC斷電或切換至STOP工作模式除了執(zhí)行用戶程序之外在每次循環(huán)過程中PLC還要完成內(nèi)部處理通信服務(wù)等工作當(dāng)PLC運(yùn)行時一次循環(huán)可分為五個階段內(nèi)部處理通信服務(wù)輸入處理程序處理和輸出處理PLC的這種周而復(fù)始地工作方式稱為掃描工作方式當(dāng)然由于PLC執(zhí)行指令的速度極快所以從輸入與輸出關(guān)

19、系來看處理過程似乎是同時完成的但嚴(yán)格地說它們是具有時間差異的1內(nèi)部處理階段電器的觸點保持原狀態(tài)即常開觸點斷開常閉觸點閉合號經(jīng)輸出單元隔離和功率放大后繼電器型輸出單元中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電其常開觸點閉合使外部負(fù)載通電工作若梯形圖中輸出繼電器的線圈斷開對應(yīng)的輸出映像區(qū)中的位輸出處理階段之后繼電器輸出單元中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電其常開觸點斷開外部負(fù)載斷開可編程序控制器對用戶程序進(jìn)行循環(huán)掃描可分為三個階段進(jìn)行即輸入采樣階段程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段本文研究主要內(nèi)容通過前面對供水技術(shù)現(xiàn)狀和變頻恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用前景分析可知變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)在我國已成為供水行業(yè)發(fā)展的主流趨勢變頻恒壓供水系統(tǒng)主

20、要由變頻器可編程控各種傳感器和變送器等組成本文將從供水系統(tǒng)探討變頻恒壓供水技術(shù)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能效果得到進(jìn)一步提高操作更加簡捷故障報警及時迅速主要內(nèi)容如下對水泵電機(jī)的調(diào)速原理進(jìn)行分析根據(jù)供水特點分析供水系統(tǒng)對電氣調(diào)速的要求設(shè)計處理從而控制變頻器的輸出電壓和頻率進(jìn)而改變水泵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變水泵出水口流量實現(xiàn)管網(wǎng)壓力的自動調(diào)節(jié)適應(yīng)用戶用水量改變的需求保持管網(wǎng)壓力恒定進(jìn)行變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件程序的設(shè)計變頻器功能預(yù)置等分析提恒壓供水變頻調(diào)速控制系統(tǒng)存在的問題并提出可能的解決方法第二章 變頻恒壓供水系統(tǒng)分析21 供水系統(tǒng)的基本特性和方式長期以來我國的用電用水行業(yè)的技術(shù)水平相對比較落后自動化程度低節(jié)

21、能節(jié)水具有較大的發(fā)展空間如供水系統(tǒng)由于用戶用水的不穩(wěn)定性經(jīng)常出現(xiàn)在用水高峰期水的供給量常常低于需求量出現(xiàn)水壓降低水供不應(yīng)求的現(xiàn)象而在用水低峰期水的供給量常常高于需求量出現(xiàn)水壓升高水供過于求的情況不僅白白造成電能的浪費有時還造成水管破裂和用水設(shè)備損壞等情況傳統(tǒng)的解決辦法是采用高位水箱水塔和各種氣壓罐進(jìn)行蓄水加壓依賴擋板和閥門的阻力調(diào)節(jié)水流量以下對各種供水方式的優(yōu)缺點進(jìn)行討論恒速泵供水恒速泵供水即水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定通過改變閥門的開度及投入運(yùn)行的泵的數(shù)量來適應(yīng)用戶用水量的改變需求水泵機(jī)組全部或部份不間斷運(yùn)行通過人工調(diào)節(jié)運(yùn)行機(jī)組數(shù)量和調(diào)節(jié)出口閥門開度從而調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力這種方式過去較多使用但自動化程度低壓

22、力變化大水泵電機(jī)啟動頻繁電力消耗大能量大量損失在閥門和調(diào)節(jié)閥上且頻繁停將影響設(shè)備使用壽命及電網(wǎng)電壓因此這種方法已逐漸被淘汰高位水箱供水此種方法利用水泵工作時將水位提高到高于用戶位置儲存水源利用水源自身重量形成重力供水但需要修建水塔水箱水池等這種方式占用空間大建址地勢高修建周期長建筑投資大后期維護(hù)管理工作量較大且高位水箱供水還存在以下問題供水壓力由水位重力形成當(dāng)用戶發(fā)生變化時管道阻力也會發(fā)生變化如用水量增多時管道阻力減小用水量減小時管道阻力增加因此這種方法不能保證恒壓供水用戶在不同用水段得到的用水質(zhì)量不同在用水高峰期將有可能得到的水流量較小水箱容易受到二次污染由于高樓的承重有限水箱容積受到限制儲

23、水量受到限制當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)等意外情況時靠水箱儲水滅火遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠此種方法安全可靠技術(shù)較簡單在過去的高樓供水廣泛采用但由于存在以上種種問題已逐漸被其他方式所取代氣壓罐供水氣壓罐供水是用水罐儲存水源用戶用水時通過壓縮空氣使水進(jìn)入用戶管道隨著罐內(nèi)水的減小壓力也會降低氣壓供水技術(shù)簡單不受高度限制近年來已在高層建筑中廣泛采用但其體積大實際應(yīng)用中受場地限制且電機(jī)啟動頻繁對設(shè)備要求較高另外這種方式制造成本高投資大電力消耗較大因此一般常用于增壓及穩(wěn)壓設(shè)施然而在一些小區(qū)生產(chǎn)用水和生活用水都非常大并且生活用水具有非常明顯的時段性為了解決大量人口的住房問題近年來不斷新建小高層住宅且由于有些地區(qū)地勢相差較大部分地勢較高的小區(qū)

24、及小高層用戶的用水問題突出變頻調(diào)速供水方式其工作原理是通過安裝在系統(tǒng)中的壓力器將系統(tǒng)壓力信號與設(shè)定壓力值作比較再通過控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出來無級調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速使系統(tǒng)水壓無論流量如何變化始終穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)細(xì)分起來又有如下種水泵出口恒壓控制水泵出口變壓控制給水系統(tǒng)最不利點恒壓控制出口恒壓控制水泵出口恒壓控制是將壓力傳感器安裝在水泵出口處使系統(tǒng)在運(yùn)行過程中始終保持出口水壓恒定這種方式適用于管路的阻力損失在水泵揚(yáng)程中所占比例較小的情況即整個給水系統(tǒng)的壓力可以看作是恒定的當(dāng)在供水面積較大的居住區(qū)中應(yīng)用時由于管路損耗較大在低峰用水時容易造成最不利點的流出水頭高于設(shè)計值不能得到最佳的節(jié)能效果出口變壓控制在

25、這種供水方式中也是將壓力傳感器安裝在水泵出口處但其壓力設(shè)定值不只有一個而是多個即按用水曲線將每日時分成若干時段計算出各個時段所需的水泵出口壓力進(jìn)行全日變壓各時段恒壓控制這種控制方式其實是水泵出口恒壓控制的特殊形式它比水泵出口恒壓控制方式更能節(jié)能其節(jié)能效果取決于將際情況就越節(jié)能將全天分得越細(xì)也越節(jié)能當(dāng)然實現(xiàn)起來也越復(fù)雜最不利點恒壓控制最不利點恒壓控制是將壓力傳感器安裝在系統(tǒng)最不利點處使系統(tǒng)在運(yùn)行過程中保持最不利點的壓力恒定這種方式的節(jié)能效果是最佳的但由于最不利點一般距離水泵較遠(yuǎn)壓力信號的傳輸在實際應(yīng)用中受到諸多限制因此工程中很少采用變頻調(diào)速方式在節(jié)能效果上明顯優(yōu)于氣壓罐方式氣壓罐供水方式依靠壓力

26、罐中的壓縮空氣送水當(dāng)氣壓罐配套水泵運(yùn)行時水泵在額定轉(zhuǎn)速額定流量的條件下工作當(dāng)系統(tǒng)所需水量下降時供水壓力將超出系統(tǒng)所需要的壓力從而造成能量的浪費加上水泵是工頻啟動且啟動頻繁又會造成一定的電能損耗相比之下變頻恒壓供水能在系統(tǒng)用水量下降時無級調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速使供水壓力與系統(tǒng)所需水壓大致相等這樣就節(jié)省了許多電能同時變頻器對水泵采用軟啟動啟動時沖擊電流小啟動能耗也比較小另外氣壓罐供水需要配備一定量的鋼罐氣壓罐體積一般比較大占地面積達(dá)幾十平方米在變頻調(diào)速方式中調(diào)速裝置占地面積僅有幾平方米相比氣壓罐供水方式將節(jié)省大量占地面積從運(yùn)行效果上看氣壓罐方式與調(diào)速式相比也存在著一定的差距氣壓罐方式運(yùn)行不太穩(wěn)定突出表現(xiàn)在頻

27、繁啟動時由于氣壓罐的調(diào)節(jié)容量僅占其總?cè)莘e的個罐的調(diào)節(jié)能力很小只能依靠頻繁的啟動來保證供水穩(wěn)定性這不僅將產(chǎn)生較大的噪聲同時由于啟動過于頻繁常常造成供水壓力不穩(wěn)由于是硬啟動電氣和機(jī)械沖擊也較大設(shè)備損壞很快變頻調(diào)速式的運(yùn)行則十分穩(wěn)定可靠沒有頻繁的啟動現(xiàn)象加之啟動方式為軟啟動設(shè)備運(yùn)行十分平穩(wěn)避免了電氣機(jī)械沖擊在小區(qū)供水中由于是經(jīng)水泵加壓后直接送往用戶的防止了水質(zhì)的二次污染保證了飲水水質(zhì)質(zhì)量通過上述比較可以看出變頻調(diào)速式供水系統(tǒng)具有節(jié)約能源節(jié)省占地節(jié)省投資調(diào)節(jié)能力大運(yùn)行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢因而具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由水泵電動機(jī)管道和閥門等構(gòu)成通常由鼠籠式異步電動機(jī)驅(qū)動

28、水泵來供水并且把電機(jī)和水泵做成一體變頻供水系統(tǒng)是通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速從而改變水泵的出水流量而實現(xiàn)恒壓供水的因此供水系統(tǒng)變頻的實質(zhì)是異步電動機(jī)的變頻調(diào)速異步電動機(jī)的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)調(diào)速的異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率定義為異步電機(jī)的同步速度為 22 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 式中異步電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速異步電機(jī)的定子供電電源頻率異步電機(jī)的極對數(shù)轉(zhuǎn)差率由式可知當(dāng)極對電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電源頻率成正比因此連續(xù)調(diào)節(jié)異步電機(jī)供電電源的頻率就可以連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速從而調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速變級對數(shù)調(diào)速在電源頻率一定的情況下電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速與極對數(shù)成反比改變電動機(jī)極對數(shù)就

29、可以改變轉(zhuǎn)速可以通過改變定子繞阻的接線方法來改變極對數(shù)以電動機(jī)一相繞組為例只要改變定子繞組的連接方法就可以成倍地改變磁極對數(shù)等不同的同步轉(zhuǎn)速從而得到不同的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速這種調(diào)控方式控制簡單投資省節(jié)能效果顯著效率高但需要專門的變極電機(jī)是有級調(diào)速而且級差比較大只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機(jī)器變頻調(diào)速變頻調(diào)速是將電網(wǎng)工頻交流電經(jīng)過變頻器變?yōu)殡妷汉皖l率均可調(diào)的交流電然后供給電動機(jī)使其可在變速的情況下運(yùn)行改變電動機(jī)定子頻率可以平滑地調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速相應(yīng)地也就改變了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速而轉(zhuǎn)差率可保持不變或很小但對電動機(jī)來說定子頻率改變后其運(yùn)行會受到影響如果電壓不變頻率增加時磁通量將減少電動機(jī)轉(zhuǎn)矩會下降嚴(yán)重時會使電機(jī)堵轉(zhuǎn)而當(dāng)頻率降低時

30、磁通增加會使磁路飽和勵磁電流上升導(dǎo)致鐵芯損失急劇增加而發(fā)熱是不允許出現(xiàn)的情況因此在實用上要求在調(diào)頻的同時也改變定子電壓以保持磁通基本不變既不使鐵芯發(fā)熱又保持轉(zhuǎn)矩不變它由三個環(huán)節(jié)組成可控硅整流電路其作用是將電壓定頻率的交流電變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)的直流電可控硅逆變電路其作用是將整流電路輸出的直流電變換為頻率可調(diào)的交流電濾波環(huán)節(jié)它在整流電路和逆變電路之間一般是利用無源電容或電抗器對整流后的電壓或電流進(jìn)行濾波在交一直一交變頻器中根據(jù)濾波方式不同又有電壓型變頻器和電流型變頻器近年來由于電力電子器件和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展脈沖寬度調(diào)制型簡稱前以電壓為主由不可控整流電路濾波電容及逆變電路組成它不僅可改變逆變器輸出電壓而

31、且具有抑制諧波功能是一種比較理想的方式交一交變頻器它是由兩組反并聯(lián)的整流電路組成直接將電網(wǎng)的交流電通過變頻電路同時調(diào)節(jié)電壓和頻率變成電壓和頻率可調(diào)的交流電輸出交一交變頻器由于直接交換減少了換流電路損耗少效率高波型好但調(diào)速范圍小控制線路復(fù)雜功率因數(shù)低目前較少采用利用變頻技術(shù)對水泵電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速可以獲得優(yōu)良的運(yùn)行特性和明顯的節(jié)能效果是目前常用的技術(shù)它是把異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子電勢經(jīng)過整流逆變后回饋給電網(wǎng)回收功率就是轉(zhuǎn)差功率當(dāng)改變逆變角時逆變電勢轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差率都將隨之改變從而達(dá)到調(diào)速的目的電動機(jī)運(yùn)行時經(jīng)氣隙傳送到轉(zhuǎn)子的電磁功率一部分成為機(jī)械功 另一部分則成為轉(zhuǎn)差功電動機(jī)正常運(yùn)行時轉(zhuǎn)差率很小轉(zhuǎn)差功率也很小轉(zhuǎn)差

32、功率在轉(zhuǎn)子回路中以熱的形式損耗掉但在調(diào)速時隨著轉(zhuǎn)速的降低轉(zhuǎn)差率升高轉(zhuǎn)差功率也直線上升可控硅串級調(diào)速就是把這部分功率取出來然后回送到電網(wǎng)從而大大提高電動機(jī)低速運(yùn)行時的效率串級凋速的最大優(yōu)點是它可以回收轉(zhuǎn)差功率節(jié)能效果好且調(diào)速性能也好但是由于調(diào)速線路過于復(fù)雜且還需要增加一臺與電動機(jī)相匹配的變壓器增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗帶來了成本高占水泵房面積大等缺點因而影響它的推廣使用目前國內(nèi)大都使用交直交變頻器其特點如下變頻調(diào)速技術(shù)變頻調(diào)速在驅(qū)動水泵電動機(jī)組中具有良好的節(jié)能降耗功效其節(jié)電率很高因為采用變頻調(diào)速可通過變頻改變驅(qū)動電動機(jī)速度來改變水泵出口流量由于流量與轉(zhuǎn)速成正比而電動機(jī)的消耗功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比因

33、此當(dāng)需水量降低時電動機(jī)轉(zhuǎn)速降低水泵出口流量減少電動機(jī)的消耗功率大幅度下降從而達(dá)到節(jié)約能源的目的幾年內(nèi)就能將因設(shè)計冗余和用量變化而浪費的電能全部節(jié)省下來又由于其具有調(diào)速精度高功率因數(shù)高等特點使用它可以提高出水質(zhì)量并降低物料和設(shè)備的損耗同時也能減少機(jī)械磨損和噪聲改善車間勞動條件滿足生產(chǎn)工藝要求因此利用與交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)對管網(wǎng)供水進(jìn)行自動控制近幾年在國內(nèi)得到了極大發(fā)展變頻恒壓供水系統(tǒng)是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的在早期由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制升降速控制正反轉(zhuǎn)控制起制動控制壓頻比控制及各種保護(hù)功能應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)為了滿足供水量大小需求不同時

34、保證管網(wǎng)壓力恒定需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器對壓力進(jìn)行閉環(huán)控制目前國內(nèi)也有不少公司在做變頻恒壓供水的工程大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制有的采及相應(yīng)的軟件實現(xiàn)有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件實現(xiàn)在變頻與工頻電源的切換技術(shù)上多數(shù)采用主電路串接軟啟動器的方法進(jìn)行降壓起動也有采用切換時封鎖變頻器的控制脈沖使變頻器輸出為零切換到工頻電源上系統(tǒng)的動態(tài)性能穩(wěn)定性能抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的無需器可完成不具有數(shù)據(jù)通信功能因此只適用于小容量控制要求不高的供水場所可以看出目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中對

35、于能適應(yīng)不同的用水場合結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制研究得不夠因此有待于進(jìn)一步研究改善使其能被更好的應(yīng)用于生活生產(chǎn)實踐在供水系統(tǒng)中通常以流量為控制目標(biāo)常用的控制方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種閥門控制法是通過調(diào)節(jié)閥門開度來調(diào)節(jié)流量水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變其實質(zhì)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(yáng)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(nèi)保持不變必然要造成超壓或欠壓現(xiàn)象的出現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制法是通過改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量而閥門開度保持不變這種控制方法是通過改變水的動能來改變流量因此揚(yáng)程特性將隨水泵轉(zhuǎn)速的改變而改變但管

36、阻特性不變變頻調(diào)速供水方式屬于轉(zhuǎn)速控制其工作原理是根據(jù)用戶用水量的變化自動地調(diào)整水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速使管網(wǎng)壓力始終保持恒定當(dāng)用水量增大時電機(jī)加速用水量減小時電機(jī)減速改變水泵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變水泵出水口流量實現(xiàn)管網(wǎng)壓力的自動調(diào)節(jié)使管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近變頻恒壓供水的特點分析變頻恒壓供水系統(tǒng)能適應(yīng)生活用水工業(yè)用水以及消防用水等多種場合與傳統(tǒng)供水方式相比變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點突出體現(xiàn)在以下幾個方面口恒壓供水技術(shù)因為采用變頻器改變電動機(jī)的供電頻率從而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變水泵出口壓力相對于閥門調(diào)節(jié)控制水泵出口壓力的方式來說具有降低管道阻力大大減少截流損失的效應(yīng)同時由于變量泵工作在變頻電源下其運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)速

37、是由外界供水量決定的故系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可節(jié)約大量的電能經(jīng)濟(jì)效益十分明顯由于其節(jié)能效果明顯所以系統(tǒng)投資成本可在短期內(nèi)收回并能長期受益其產(chǎn)生的社會效益也是非常巨大的變頻恒壓供水系統(tǒng)實現(xiàn)了系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定而流量可在大范圍內(nèi)連續(xù)變化從而可以保證用戶任何時候的用水壓力不會出現(xiàn)在用水高峰期熱水器不能正常使用的情況安全衛(wèi)生系統(tǒng)實行閉環(huán)供水后用戶的水全部由管道直接供給取消了水塔天面水池氣壓罐等設(shè)施避免了用水的二次污染取消了水池定期清理的工作自動運(yùn)行管理簡便小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)具備了過流過壓欠壓欠相短路保護(hù)瞬時停電保護(hù)過載失速保護(hù)低液位保護(hù)主泵定時輪換控制密碼設(shè)定等功能功能完善全自動控制自動運(yùn)行延長設(shè)備壽命保護(hù)

38、電網(wǎng)穩(wěn)定使用變頻器后機(jī)泵的轉(zhuǎn)速不再是長期維持額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行減少了機(jī)械磨損降低了機(jī)泵故障率而且各泵定時輪換控制功能自動定時輪換泵運(yùn)行保證各泵磨損延長了機(jī)泵的使用壽命變頻器的無級調(diào)速運(yùn)行實現(xiàn)了機(jī)泵軟啟動避免了電機(jī)開停時的大電流對電機(jī)線圈和電網(wǎng)的沖擊消除了水泵的水錘效應(yīng)占地少投資回收期短小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)采用水池上直接安裝立式泵控制間只要安放一到兩個控制柜體積小整個系統(tǒng)占地就非常小可以節(jié)省投資另外不用水塔或水池設(shè)備故障率極低等方面都實現(xiàn)了進(jìn)一步減少投資運(yùn)行管理費低的特點再加上變頻供水的節(jié)能優(yōu)點都決定了小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)的投資回收期短而以供水壓力為主要控制對象的變頻供水控制系統(tǒng)則具有以下特性滯后性供

39、水系統(tǒng)的控制對象是用戶管網(wǎng)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(yīng)具有滯后性同時用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)非線性用戶管網(wǎng)中因為有管阻水錘等因素的影響同時又由于水泵一些固有特性使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化不成正比因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個非線性系統(tǒng)多變性變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性面向各種各樣的供水系統(tǒng)而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)用水量和揚(yáng)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(qiáng)的多變性時變性在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中由于有定量泵的加入控制而定量泵的控制包括定量泵的停止和運(yùn)行是時時發(fā)生的同時定量泵的運(yùn)行狀態(tài)直接影響

40、供水系統(tǒng)的模型參數(shù)使其不確定性地發(fā)生變化因此可以認(rèn)為變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是時變的容錯性當(dāng)出現(xiàn)意外的情況例如突然斷電或水泵變頻器軟啟動器等出現(xiàn)故障時系統(tǒng)能根據(jù)泵變頻器或軟啟動器的狀態(tài)電網(wǎng)狀況及水源水位以及管網(wǎng)壓力等工況自動進(jìn)行投切保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定在故障發(fā)生時執(zhí)行專門的故障程序保證在緊急情況下的仍能進(jìn)行供水PLC控制變頻器進(jìn)行PID運(yùn)算實現(xiàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)根據(jù)檢測到外部傳感器的狀態(tài)對設(shè)備進(jìn)行啟停調(diào)速控制其工作過程如下第一步系統(tǒng)初始化程序并測量水池水位是否正常第二步采集壓力傳感器反饋的信號通過AD轉(zhuǎn)換將該傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成PLC可處理的數(shù)字信號第三步PLC根據(jù)壓力反饋值變頻器輸出頻率

41、對模擬量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理第四步PLC的CPU通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理產(chǎn)生輸出控制信號對執(zhí)行器進(jìn)行實時控制第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計通過前面對供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制方案的分析確定下來了本系統(tǒng)所需要的硬件設(shè)備主頻器壓力傳感器和壓力控制器構(gòu)成的壓力變送器以及水泵機(jī)組和繼電設(shè)備等本章將這些硬件設(shè)備進(jìn)行具體選型分析和配置恒壓供水系統(tǒng)的實現(xiàn)就是靠變頻器控制水泵的變頻運(yùn)行所以變頻器的選擇也是很重慮系統(tǒng)的投入成本要根據(jù)負(fù)載的具體要求比如需要考慮系統(tǒng)特性負(fù)載的起動轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍等參數(shù)選擇性價比相對較高的類型和品牌變頻器的種類有簡易通要長期穩(wěn)定運(yùn)行的多種特定用途中變頻器的規(guī)格指標(biāo)包括變頻器的型號電壓級別最大適配電機(jī)額定輸出電源控制

42、特性保護(hù)功能其中變頻器的額定輸出包括額定輸出容量和額定輸出電流兩個方面額定輸出容量為變頻器在額定輸出電壓和電流的情況下的三相視在功率P VI×式中P額定輸出容量KVAV額定輸出電壓V額定輸出電流A變頻器對電源的要求主要是電壓頻率允許電壓變動率允許頻率變動率電壓頻率是指電源的相數(shù)單相三相和電壓的范頻率允許頻率變動率一般為額定頻率的綜合以上因素并進(jìn)行相關(guān)市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)西門子變頻器在國內(nèi)變頻器市場有很高的占有率并且工作性能穩(wěn)定有較強(qiáng)的組合功能和良好的力矩特性所以本控制系統(tǒng)選用西門子它能適用于各種變頻調(diào)速控制系統(tǒng)其對水泵風(fēng)機(jī)類負(fù)載進(jìn)行調(diào)速具有突出優(yōu)勢選擇時還需要注意一個問題是一定按照變頻器說明

43、書內(nèi)規(guī)定配用電機(jī)水泵容量要特征易于安裝調(diào)試具有具有矢量控制功能并有兩種矢量控制方式變頻器的保護(hù)特性就具有過電壓欠電壓保護(hù)具有變頻器過熱保護(hù)具有接地故障保護(hù)具有短路保護(hù)以及電動機(jī)過熱保護(hù)具有PTCKTY84溫度傳感器的電動機(jī)保護(hù)變頻調(diào)速能夠應(yīng)用在大部分的電機(jī)拖動場合由于它能夠提供精確的速度控制因而能夠方便地控制機(jī)械傳動的上升下降和變速運(yùn)行變頻應(yīng)用還可以大大地提高工藝的高效性變速不依賴于機(jī)械部分同時可以比原來的定速運(yùn)行電機(jī)更加節(jié)能變頻器主要有以下作用控制動電流劇增的同時電壓也會大幅度波動電壓下降的幅度將取決于啟動電動機(jī)的功率大小和配電網(wǎng)的容量電壓下降將會導(dǎo)致同一供電網(wǎng)絡(luò)的電壓敏感設(shè)備故障跳閘或工作

44、異常啟動時需要的功率更低電動機(jī)的功率與電流和電壓的乘積成正比那么通過工頻直接啟動的電動機(jī)消耗的功率將大大高于變頻啟動所需要的功率在一些工況下其配電系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了最高極限其直接工頻啟動電動機(jī)所產(chǎn)生的電涌就會對同電網(wǎng)上的其他用戶產(chǎn)生嚴(yán)重的影響從而將受到電網(wǎng)運(yùn)營商的警告甚至罰款如果采用變頻器進(jìn)行電動機(jī)啟停就不會產(chǎn)生類似的問題可控的加速功能變頻調(diào)速在零速啟生劇烈的振動這種振動將進(jìn)一步加劇機(jī)械磨損和損耗降低機(jī)械部分和電動機(jī)的壽命另外變頻啟動還能應(yīng)用在類似灌裝線上以防止瓶子倒翻或損壞可調(diào)的運(yùn)行速度運(yùn)用變頻調(diào)速能優(yōu)化工藝過程并能根據(jù)工藝過程迅速改變還能通過遠(yuǎn)控控制一樣設(shè)置精確的轉(zhuǎn)矩值來動作受控的停止方式如同

45、可控的加速一樣在變頻調(diào)速中停止方式可以受控并且有不同的停止方式可以選擇減速停車自由停車減速停車直流制動同樣它能減少對機(jī)械部件和電動機(jī)的沖擊從而使整個系統(tǒng)更加可靠壽命也會相應(yīng)增加節(jié)能離心風(fēng)機(jī)或水泵采用變頻器后都能大幅度地降低能耗這在十幾年的工程經(jīng)驗中已經(jīng)得到了體現(xiàn)由于最終的能耗是與電動機(jī)的轉(zhuǎn)速成立方比所以采用變頻后投資回報就更快廠家也樂意接受可逆運(yùn)行控制在變頻器控制中要實現(xiàn)可逆運(yùn)行控制無須額外的可逆控制裝置只需要改變輸出電壓的相序即可這樣就能降低維護(hù)成本和節(jié)省安裝空間減少機(jī)械傳動部件由于目前矢量控制變頻器加上同步電動機(jī)就能實現(xiàn)高效的轉(zhuǎn)矩輸出從而節(jié)省齒輪箱等機(jī)械傳動部件最終構(gòu)成直接變頻傳動系統(tǒng)從而

46、就能降低成本和空間提高設(shè)備的性價比電路和控制電路兩部分主電路完成電能的轉(zhuǎn)換整流逆變控制電路處理信息的收集變換和傳輸在主電路中由電源輸入單相或三相恒壓恒頻的交流電經(jīng)過整流電路轉(zhuǎn)換成恒定的直流電供給逆變電路精度的直流穩(wěn)壓電源作為模擬電壓信號輸入的直流電源在進(jìn)行快速調(diào)試之前必須確認(rèn)所用的機(jī)械部分和電氣部分結(jié)構(gòu)安裝工作已經(jīng)完成并進(jìn)行必要的清場對于要求的場合還要做好相關(guān)的安全保護(hù)工作如按規(guī)范要求執(zhí)行操作開出完善的調(diào)試步驟作為操作的附件以保證人身和設(shè)備的安全選由于供水系統(tǒng)在運(yùn)行時靠水泵抽水來實現(xiàn)的它是整個系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)因此水泵選擇的合適有否也是影響系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定節(jié)能高效的重要因素根據(jù)水泵供水的總揚(yáng)程選擇

47、滿足揚(yáng)程要求的水泵所謂揚(yáng)程是指所需揚(yáng)程而并不是提水高度明確這一點對選擇水泵尤為重要水泵揚(yáng)程大約為提水高度的115120倍如某水源到用水處的垂直高度對三臺水泵電動機(jī)組恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是三臺水泵電動機(jī)根據(jù)恒壓需要采取先開先停的原則接入和退出在用水量小的情況下如果一臺水泵電動機(jī)連續(xù)運(yùn)行時間超過3h則要切換下一臺水泵電動機(jī)即系統(tǒng)具有倒泵功能避免某一臺水泵電動機(jī)工作時間過長三臺水泵電動機(jī)組在啟動時都要有軟啟動功能要有完善的報警對泵的操作要有手動控制功能手動只在應(yīng)急或檢修時臨時使用變頻器的輸出圖4-1 恒壓供水主路為監(jiān)控電機(jī)負(fù)載運(yùn)行情況主回路的電流大小可以通過電流互感器和變送器電壓并通過轉(zhuǎn)換開關(guān)利用

48、同一個電壓表顯示不同相之間的線電壓初始運(yùn)行時必須觀察電動機(jī)的轉(zhuǎn)向使之符合要求如果轉(zhuǎn)向相反則可以改變電源的相序來獲得正確的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)啟動運(yùn)行和停止的操作不能直接斷開主電路如直接使斷路器或接觸器斷開而必須通過變頻器實現(xiàn)軟啟動和軟停為提高變頻器的功率因數(shù)必須接電抗器當(dāng)采用手動控制時必須采用自耦變壓器降壓啟動或軟啟動的方式以降低電流本系統(tǒng)采用軟啟動器由于整個系統(tǒng)都采用自動控制故閥門的開啟也采用電磁閥的通斷電實現(xiàn)系統(tǒng)實現(xiàn)恒壓供水的主體理性程序的可靠性直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的運(yùn)行性能本系統(tǒng)采用西門子公司的系列產(chǎn)品它體積小執(zhí)行速度快抗干擾能力接口電路形式如果直接驅(qū)動接觸器線圈電器驅(qū)動同時應(yīng)采干擾獨立接地方式不與其

49、它設(shè)備串接接地嚴(yán)格的互鎖也是保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵因素本系統(tǒng)有三臺變頻電機(jī)故當(dāng)三臺電動機(jī)運(yùn)行時每臺變頻電動機(jī)既有工頻運(yùn)行又有變頻運(yùn)行工頻與變頻電源絕對不允許同時接通故兩者必須嚴(yán)格的互鎖除了在程序中實現(xiàn)互鎖外在外部電路中也應(yīng)采用電氣互鎖另外系統(tǒng)還應(yīng)考慮必要的指示如電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)變頻工頻停止的顯示故障報警信號指示閥門狀態(tài)顯示這些信號除了在上位機(jī)上有狀態(tài)指示外在電氣控制柜上也設(shè)置了相應(yīng)的指示燈的指示電氣柜上信號指示燈可以通圖4-2 1電機(jī)的控制原理圖45 PLC IO分配PLC的輸入輸出點數(shù)根據(jù)系統(tǒng)的控制要求確定本系統(tǒng)輸入信號有開關(guān)量信號和模擬量信號輸出也有開關(guān)量和模擬量信號系統(tǒng)分為自動和手動控

50、制每臺電動機(jī)有變頻和工頻運(yùn)行在加上對應(yīng)的指示報警等信號因此系統(tǒng)輸入輸出信號有1PLC輸入信號變頻調(diào)速恒壓供水中為保證供水的不間斷性要求有手動和自動控制方圖4-2 PLC外部接線圖47 變頻器與PLC的連接由于PLC是一種數(shù)字運(yùn)算和操作的電子控制裝置可以通過軟件來改變控制過程且具有體積小組裝靈活編程簡單抗干擾能力強(qiáng)及可靠性高等優(yōu)點非常適合于惡劣工作環(huán)境下運(yùn)行所以常用PLC來控制變頻器可以由PLC來提高控制信號如速度信號和指令通斷信號啟動停止反向等開關(guān)指令信號的輸入變頻器的輸入信號中包括對運(yùn)行停止正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)微動等運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行操作的開關(guān)型指令數(shù)字輸入信號變頻器通常利用繼電器接點或具有繼電器接點開關(guān)特性

51、的元器件如晶體管與PLC連接獲取運(yùn)行狀態(tài)指令使用繼電器接點時常因接觸不良而帶來誤動作使用晶體管進(jìn)行連接時則需要考慮晶體管本身的電壓電流容量等因素保證系統(tǒng)的可靠性在考慮變頻器的輸入信號電路時還應(yīng)該注意到當(dāng)輸入信號電路連接不當(dāng)時有時會造成變頻器的誤動作如當(dāng)輸入信號電路采用繼電器等感性負(fù)載繼電器開閉時產(chǎn)生的浪涌電流帶來的噪聲有可能引起變頻器的誤動作應(yīng)該盡量避免這時可以考慮采用阻容振蕩吸收光電隔離的方式圖4-3 系統(tǒng)硬件連接圖第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的控制要求控制過程可分為自動控制功能和手動控制功能系統(tǒng)平時運(yùn)行處于自動控制狀態(tài)當(dāng)自動運(yùn)行出現(xiàn)故障可以切換到手動控制狀態(tài)下在手動控制狀態(tài)下每個設(shè)備都對應(yīng)

52、一個啟停按鈕同樣能夠保障系統(tǒng)繼續(xù)正常工作不影響供水模式選擇流程圖如圖5-1 控制方式選擇流程圖在手動運(yùn)行狀態(tài)下由于每個設(shè)備都對應(yīng)了一個啟動按鈕所以可單獨控制每臺設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)手動運(yùn)行模式流程圖如圖5-2 手動運(yùn)行模式流程圖在這種工作模式下可以通過按鈕對三個水泵進(jìn)行工頻變頻的控制在變頻的工作模式下可以通過調(diào)節(jié)鈕改變變頻器的頻率從而改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度滿足不同時間段用戶用水量的大小為了編寫程序方便易于調(diào)試和分析進(jìn)行軟件程序設(shè)計前首先需要制定程序流程圖在自動控制模式流程圖中調(diào)用了各個控制系統(tǒng)的程序主要包括水池水位檢測程序圖5-3 水池水位檢測流程圖程圖圖5-6 2泵控制流程圖圖5-7 3泵控制流程圖圖5

53、-8 工頻運(yùn)行泵切除流程圖52 各個模塊梯形圖設(shè)計com 軟元件設(shè)置在前一章根據(jù)系統(tǒng)功能的要求和修改在程序編寫前先列出可能用元件意義元件意義M00系統(tǒng)停止標(biāo)志M34指示變頻器的禁止位狀態(tài)標(biāo)志M01手動控制標(biāo)志M35指示變頻器的故障位狀態(tài)標(biāo)志M02自動控制啟動標(biāo)志T37水池水位高于高位傳感器定時M03進(jìn)水閥開啟標(biāo)志T38水池水位低于低位傳感器定時M04水池故障標(biāo)志T39進(jìn)水閥啟動后定時M051泵工頻運(yùn)行標(biāo)志T40管壓測量防波動定時M062泵工頻運(yùn)行標(biāo)志T41管壓測量防波動定時M073泵工頻運(yùn)行標(biāo)志T42管壓測量防波動定時M101泵變頻運(yùn)行標(biāo)志VD10手動變頻器速度寄存器M112泵變頻運(yùn)行標(biāo)志VD

54、20自動1泵速度寄存器M123泵變頻運(yùn)行標(biāo)志VD30自動2泵速度寄存器M131泵變頻到工頻切換標(biāo)志VD40自動3泵速度寄存器M142泵變頻到工頻切換標(biāo)志VD50自動變頻器速度寄存器M153泵變頻到工頻切換標(biāo)志VD100壓力傳感器標(biāo)準(zhǔn)值寄存器M20斷開1泵工頻運(yùn)行標(biāo)志VD102壓力傳感器反饋值寄存器M21斷開2泵工頻運(yùn)行標(biāo)志VD104變頻器50HZ標(biāo)準(zhǔn)值寄存器M22斷開3泵工頻運(yùn)行標(biāo)志VB200USS-INIT指令執(zhí)行結(jié)果M30USS-INIT指令完成標(biāo)志VB202USS-CTRL錯誤狀態(tài)字節(jié)M31確認(rèn)變頻器的響應(yīng)標(biāo)志VW24變頻器返回狀態(tài)字的原始值M32變頻器的運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志M33變頻器的運(yùn)行方

55、向標(biāo)志表3軟元件設(shè)置表com 手動控制程序設(shè)計在系統(tǒng)上電后控制方式選擇手動方式時可通過電控柜內(nèi)相應(yīng)的按鈕控制每個設(shè)備運(yùn)行手動控制系統(tǒng)主要為了防止系統(tǒng)程序出現(xiàn)故障保證供水系統(tǒng)能夠通過手動運(yùn)行方式完成正常供水同時便于在系統(tǒng)設(shè)計完成后進(jìn)行調(diào)試檢測各個設(shè)備是否正常運(yùn)行行從而滿足了在不同的供水時間段用戶水量的正常需求 圖5-10 自動控制梯形圖程序供水系統(tǒng)在正常工作中處于自動運(yùn)行狀態(tài)系統(tǒng)通過變送器的反饋信號控制變頻器以及調(diào)速控制其自動控制梯形圖程序如圖5-10所示在上面程序中當(dāng)操作按鈕SB6PLC的輸入信號I11接通系統(tǒng)便進(jìn)入自動運(yùn)行狀態(tài)通過調(diào)用不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的控制功能下面將介紹各部分的流程圖和程序

56、的功能1水位檢測梯形圖程序圖5-11 水位檢測梯形圖程序水位檢測程序完成對水池中水位的檢測控制系統(tǒng)的運(yùn)行于停止在此程序中完成對水池中水位的檢測中間繼電器M03線圈得電啟動進(jìn)水閥門檢圖5-12 1水泵控制梯形圖程序此程序是要完成關(guān)于控制1水泵工作當(dāng)按下SB6自動控制啟動按鈕后中間繼電器M02得電并且實現(xiàn)自鎖使中間繼電器M10得電1水泵進(jìn)入變頻運(yùn)行狀態(tài)通過變頻器監(jiān)測水位來調(diào)整水泵電機(jī)的頻率同時調(diào)用PID回路子程序啟動PID運(yùn)算若是管內(nèi)水壓小于設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值則定時器T40開始定時5秒定時時間到了管內(nèi)水壓仍小于設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值中間繼電器M13M15得電1泵變頻切換到工頻50HZ滿負(fù)荷運(yùn)行并啟動2泵控制程序系統(tǒng)進(jìn)

57、入1泵工頻運(yùn)行2泵變頻運(yùn)行狀態(tài)32水泵的梯形圖程序圖5-13 2水泵控制梯形圖程序此程序是要完成上2水泵工作的控制在運(yùn)行時通過PID運(yùn)算若是管內(nèi)壓力反饋值大于設(shè)定值即監(jiān)測到管內(nèi)壓力已超過上限中間繼電器M20得電切除1水泵的工頻運(yùn)行維持2泵變頻調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)如果1泵的工頻運(yùn)行2泵變頻運(yùn)行水壓仍不夠即管內(nèi)水壓反饋值小于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值啟動定時器T41經(jīng)過延時5秒后仍小于設(shè)定值中間繼電器M06得電2泵變頻切換到工頻運(yùn)行狀態(tài)同時啟動3水泵控制程序系統(tǒng)進(jìn)入1泵工頻運(yùn)行2泵工頻運(yùn)行3泵變頻運(yùn)行狀態(tài)在選擇水泵時通過選取合適的電機(jī)容量保證三臺水泵同時運(yùn)行時水壓一定足夠因此不會出現(xiàn)三臺水泵同時運(yùn)行水壓不夠的情況43水泵的梯形圖程序此程序是要完成3水泵工作的控制在運(yùn)行時當(dāng)管內(nèi)水壓超過壓力上限則切除1泵工頻運(yùn)行經(jīng)過延時后如果管內(nèi)水壓仍然超過壓力上限再使中間繼電器M06得電使中間繼電器M21斷電關(guān)閉2水泵工頻運(yùn)行只留3水泵變頻運(yùn)行如果水壓再次不夠即監(jiān)測