畢業(yè)設(shè)計(jì)：變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)-精品(共24頁(yè))

1、摘 要供水工程往往成為高層建筑或工礦企業(yè)和小型企業(yè)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。任何時(shí)候都能提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、合格的水質(zhì)是對(duì)給水系統(tǒng)提出的基本要求。就目前而言，多數(shù)工業(yè)、生活供水系統(tǒng)都采用水塔、層頂水箱等作為基本儲(chǔ)水設(shè)備，由一級(jí)或二級(jí)水泵從地下市政(shzhng)水管供給。因此，如何建立一個(gè)可靠安全、又易于維護(hù)的供水系統(tǒng)是值得我們研究的課題。本文將研究和介紹利用PLC/PID/單片機(jī)等來(lái)檢測(cè)它的水位狀況，結(jié)合可編程控制技術(shù)、變頻控制技術(shù)、電機(jī)泵組控制技術(shù)的新型機(jī)電一體化供水裝置,通過(guò)PLC/PID解決控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。從而取得較好的控制效果。關(guān)鍵詞：PLC 變頻控制(kngzh)/

2、恒壓供水 恒壓測(cè)試目 錄摘 要目 錄第1章前言1第2章變頻恒壓供水工作原理2第3章 變頻恒壓供水系統(tǒng)技術(shù)方案43.1 系統(tǒng)介紹43.2 PLC功能43.2.1 控制信號(hào)采集43.2.2 被自動(dòng)控制(z dn kn zh)的工作對(duì)象4第4章建筑給水系統(tǒng)超壓出流的實(shí)測(cè)分析64.1 測(cè)試對(duì)象64.2 測(cè)試裝置64.3 測(cè)試內(nèi)容和方法74.3.1 測(cè)試點(diǎn)和測(cè)試時(shí)間74.3.2 測(cè)試方法74.4 普通水龍頭半開(kāi)狀態(tài)74.5 節(jié)水龍頭半開(kāi)狀態(tài)84.6 結(jié)語(yǔ)8第5章變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)105.1 變頻恒壓供水技術(shù)概述105.1.1 系統(tǒng)構(gòu)成與控制方式選擇105.1.2 各條件下供水具體控制方式115.2

3、實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)125.2.1 實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)考慮的其他因素125.2.2 管網(wǎng)水壓控制點(diǎn)的選擇135.3 抗干擾問(wèn)題135.4故障時(shí)的問(wèn)題13第6章專用變頻器在恒壓供水裝置中的應(yīng)用156.1 回顧156.2 變頻控制恒壓供水控制方式166.2.1 邏輯電子電路控制方式166.2.2 單片微機(jī)電路控制方式176.2.3 新型變頻調(diào)速供水設(shè)備18第7章PLC控制變頻器恒壓供水系統(tǒng)217.1 概述217.2 控制系統(tǒng)構(gòu)成217.3 PLC控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介227.4 恒壓供水的控制原理237.5 相關(guān)控制功能實(shí)現(xiàn)257.6.1 運(yùn)行效果分析267.6.2 高效節(jié)能277.7 提高自動(dòng)化水平27第8章小區(qū)變頻

4、恒壓供水系統(tǒng)288.1 概述288.2 變頻節(jié)能理論288.2.1 交流電機(jī)變頻調(diào)速原理288.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)及控制參數(shù)選擇298.3.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)組成298.3.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的參數(shù)選取308.4 變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)30第9章結(jié)論33致謝34參考文獻(xiàn)35第1章前言為了使用戶用水的多少是經(jīng)常變動(dòng)的，因此供水不足或供水過(guò)剩的情況時(shí)有發(fā)生。而用水和供水的平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則壓力大。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時(shí)用水也多，用水少時(shí)用水也少，從而提高了供水的質(zhì)量。恒壓供水是指在供水網(wǎng)中用水量發(fā)生變

5、化的時(shí)候，出口壓力保持不變的供水方式。供水網(wǎng)系出口壓力值是根據(jù)用戶需求確定的。傳統(tǒng)的恒壓供水方式是采用水塔、高位水箱、氣壓管等設(shè)施實(shí)現(xiàn)的。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟和廣泛應(yīng)用，利用內(nèi)部包含有PID調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、PLC等器件有機(jī)結(jié)合的供水專用變頻器，構(gòu)成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。此外,這次課程設(shè)計(jì)對(duì)我還有以下意義:(1) 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)PLC等理論方面的理解。(2) 了解和掌握PLC應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)過(guò)程、方法及實(shí)現(xiàn)，為以后設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)PLC應(yīng)用系統(tǒng)打下良好基礎(chǔ)。(3) 通過(guò)簡(jiǎn)單的課題設(shè)計(jì)練習(xí)，了解必須提交的各項(xiàng)工程文件，也達(dá)到鞏固、充實(shí)和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)

6、題的目的。 第2章變頻恒壓供水工作原理全自動(dòng)變頻調(diào)速供水設(shè)備是應(yīng)用先進(jìn)的現(xiàn)代控制理論，結(jié)合可編程控制技術(shù)、變頻控制技術(shù)、電機(jī)泵組控制技術(shù)的新型機(jī)電一體化供水裝置。該設(shè)備通過(guò)安裝在水泵出水總管上的遠(yuǎn)傳壓力表（內(nèi)為一滑動(dòng)電阻），將出口壓力轉(zhuǎn)換成0-5V電壓信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并送入可編程序控制器，經(jīng)可編程內(nèi)部PID運(yùn)算，得出一調(diào)節(jié)參量并將該參量送入D/A轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)數(shù)摸轉(zhuǎn)換后將得出模擬量傳送變頻器，進(jìn)而控制其輸出頻率的變化。設(shè)備采用多泵并聯(lián)的供水方式，用戶用水量的大小決定了投入運(yùn)行的水泵的數(shù)量，當(dāng)用水量較小時(shí)，單臺(tái)泵變頻工作，當(dāng)用水量增加，水泵運(yùn)行頻率隨之增加，如達(dá)到水

7、泵額定輸出功率仍無(wú)法滿足用戶供水要求時(shí)，該泵自動(dòng)轉(zhuǎn)換成工頻運(yùn)行狀態(tài)，并變頻啟動(dòng)下一臺(tái)水泵。反之，當(dāng)用水量減少，則降低水泵運(yùn)行頻率直至設(shè)定(sh dn)下限運(yùn)行頻率，如供水量仍大于用水量，則自動(dòng)停止工頻運(yùn)行泵同時(shí)變頻泵轉(zhuǎn)速增加。當(dāng)用水量降至某一程度時(shí)（如夜間用水很少時(shí)），變頻主泵停止工作，改由輔泵及小型氣壓罐供水。節(jié)能運(yùn)行：變頻恒壓供水控制器采用最新微電腦設(shè)計(jì)處理器設(shè)計(jì)制造配備液晶中文顯示,參數(shù)顯示、設(shè)定就一目了然了。產(chǎn)品特點(diǎn)：(1)外部接線簡(jiǎn)單:用戶只需通過(guò)菜單設(shè)置，即可使控制器適用于不同的供水控制系統(tǒng)；無(wú)需改變復(fù)雜的外部接線。(2)可靠性:由于控制器已將各種功能模塊集成于內(nèi)部，外部配件少，、

8、進(jìn)一步降低了整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的機(jī)會(huì)。(3)調(diào)試簡(jiǎn)單方便:豐富而完美的漢字提示。使一般的操作人員無(wú)需經(jīng)過(guò)復(fù)雜的培訓(xùn)，也能對(duì)各種操作應(yīng)用自如。(4)系統(tǒng)功能完善:與目前國(guó)內(nèi)同類設(shè)備比較，本設(shè)備更顯示出其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)備工作現(xiàn)場(chǎng)，工程人員可根據(jù)泵組的實(shí)際情況在顯示下，隨時(shí)改變各種控制參數(shù)，由于保證泵組處于最優(yōu)化的運(yùn)行狀態(tài)。(5)控制精度高本控制程序中所有的模擬量均為數(shù)碼處理。改良的PID數(shù)字控制系統(tǒng)能夠避免一般PID死區(qū)（對(duì)水泵控制而言）所帶來(lái)的控制誤差,使系統(tǒng)的供水壓力更加穩(wěn)定。(6)睡眠功能的最新應(yīng)用可使機(jī)組在每天的零流量的區(qū)域中自動(dòng)啟、停，間歇型的供水方式,使節(jié)電效果更佳。(7)控制功能先進(jìn)

9、控制系統(tǒng)可在漢字顯示屏上明確顯示其工頻、變頻、轉(zhuǎn)換的運(yùn)行工況。(8)維修簡(jiǎn)單方便獨(dú)有的系統(tǒng)故障檢測(cè)、明確的故障部位（中文）提示,使工程人員能夠清楚地了解故障所在,幫助維修人員檢查故障發(fā)生的部位的部位和原因。1 引言(ynyn)恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于某些工業(yè)(gngy)或特殊用戶是非常重要的，例如在某些生產(chǎn)過(guò)程中，若自來(lái)水供水壓力不足或短時(shí)斷水，可能會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)使產(chǎn)品報(bào)廢和設(shè)備損壞。又如當(dāng)發(fā)生火警時(shí)，若供水壓力不足或無(wú)水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。所以，某些用水區(qū)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)(shhu)意義。基于上述情況對(duì)某生活區(qū)供水系統(tǒng)進(jìn)行了改造，采用PL

10、C作為中心控制單元，利用變頻器與PID相結(jié)合，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調(diào)整供水系統(tǒng)的工作壓力，達(dá)到恒壓供水的目的，提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，得到了良好的控制效果。2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理供水系統(tǒng)由主供水回路、備用回路、儲(chǔ)水池及泵房組成，其中泵房裝有1#3#共3臺(tái)150kW泵機(jī)。另外，還有多個(gè)電動(dòng)閘閥或電動(dòng)蝶閥控制各供水回路和水流量。由于該供水網(wǎng)較大，系統(tǒng)需要供水量每小時(shí)開(kāi)2臺(tái)泵機(jī)向管網(wǎng)充壓，供水量大時(shí)，開(kāi)3臺(tái)泵機(jī)同時(shí)向管網(wǎng)充壓。要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，在管網(wǎng)系統(tǒng)的管道上安裝了壓力變送器作為反饋元件，為控制系統(tǒng)提供反饋信號(hào)，由于供水系統(tǒng)管道長(zhǎng)、管徑大，管網(wǎng)的充壓比較慢，故系統(tǒng)是一個(gè)大滯后系統(tǒng)，不宜直接采

11、用PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，而應(yīng)采用PLC參與控制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用?？删幊绦蚩刂破鬟x擇日本松下FP1-C40型，且配有A/D和D/A模塊，其原理框圖如圖1所示。變頻器選擇FRN1 60G7P-4實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)主要由PLC、變頻器、切換繼電器、壓力傳感器等部分組成?？刂坪诵膯卧狿LC根據(jù)手動(dòng)設(shè)定壓力信號(hào)與現(xiàn)場(chǎng)壓力傳感器的反饋信號(hào)經(jīng)PLC的分析和計(jì)算，得到壓力偏差和壓力偏差的變化率，經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算后，PLC將05V的模擬信號(hào)輸出到變頻器，用以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及進(jìn)行電機(jī)的軟起動(dòng);PLC通過(guò)比較模擬量輸出與壓力偏差的值，通過(guò)I/O端口開(kāi)關(guān)量的輸出驅(qū)動(dòng)切換繼電器組，以此來(lái)協(xié)調(diào)投

12、入工作的電機(jī)臺(tái)數(shù)，并完成電機(jī)的起停、變頻與工頻的切換。通過(guò)調(diào)整電機(jī)組中投入工作的電機(jī)臺(tái)數(shù)和控制電機(jī)組中一臺(tái)電機(jī)的變頻轉(zhuǎn)速，使動(dòng)力系統(tǒng)的工作壓力穩(wěn)定，進(jìn)而達(dá)到恒壓供水的目的。圖1 恒壓供水系統(tǒng)原理圖3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)(chn x sh j)和PLC的I/O分配系統(tǒng)程序包括起動(dòng)子程序和運(yùn)行子程序，其流程圖如圖2所示。運(yùn)行子程序又包括模擬調(diào)節(jié)子程序(其流程圖如圖3所示)和電機(jī)切換子程序(流程圖略)，電機(jī)切換子程序又包括加電機(jī)子程序和減電機(jī)子程序(程序設(shè)計(jì)略)。PLC的輸入(shr)、輸出端子分配情況如附表所示。圖 2 起動(dòng)(q dn)程序流程圖圖3 模擬(mn)調(diào)節(jié)流程圖附表 可編程序控制器(C40)

13、部分輸入、輸出(shch)端子分配4 系統(tǒng)工作(gngzu)過(guò)程加上起動(dòng)信號(hào)(X4)后，此信號(hào)被保持，當(dāng)條件滿足(即X2為“1”)時(shí)，開(kāi)始起動(dòng)程序，此時(shí)由PLC控制1# 電機(jī)變頻運(yùn)行(此時(shí)Y0、Y6、Y7亮)，同時(shí)定時(shí)器T0開(kāi)始計(jì)時(shí)(10s)，若計(jì)時(shí)完畢X2仍亮，則關(guān)閉Y0、Y6(Y7仍亮)，T2延時(shí)1s(延時(shí)是為了兩方面的原因:一是使開(kāi)關(guān)充分熄弧，防止電網(wǎng)倒送電給變頻器，燒毀變頻器;二是讓變頻帶器減速為零，以重新起動(dòng)另一臺(tái)電機(jī))。延時(shí)完畢，則有1#機(jī)投入工頻運(yùn)行，2#機(jī)投入變頻運(yùn)行，此時(shí)Y1、Y2、Y6、Y7亮，同時(shí)定時(shí)器T1開(kāi)始計(jì)時(shí)(10s)，若計(jì)時(shí)完畢X2仍未滅，則關(guān)閉Y2、Y6，(Y1

14、、Y7仍亮，)T3延時(shí)1s，延時(shí)完畢，將2#機(jī)投入工頻運(yùn)行，3#機(jī)投入變頻運(yùn)行，(此時(shí)Y1、Y3、Y4、Y6、Y7亮，)再次等待Y7滅掉后，則整個(gè)起動(dòng)程序執(zhí)行完畢，轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行調(diào)節(jié)程序，此后起動(dòng)程序不再發(fā)生(fshng)作用，直到下一次重新起動(dòng)。在起動(dòng)過(guò)程中，無(wú)論幾臺(tái)電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，X2一旦滅掉，則應(yīng)視為起動(dòng)結(jié)束(Y7滅掉)，轉(zhuǎn)入相應(yīng)程序。綜合整個(gè)起動(dòng)過(guò)程，完成3臺(tái)電機(jī)的起動(dòng)最多需要22s的時(shí)間。運(yùn)行過(guò)程中，若模擬調(diào)節(jié)器節(jié)上、下限值均未達(dá)到(即X1、X2滅)，則此時(shí)變頻器處于模擬調(diào)節(jié)狀態(tài)(此時(shí)相應(yīng)電機(jī)運(yùn)行信號(hào)和Y6亮)。若達(dá)到模擬調(diào)節(jié)上限值(X1亮)，則定時(shí)器T4馬上開(kāi)始定時(shí)(5s)。定時(shí)過(guò)

15、程中監(jiān)控X1，若X1又滅掉，則關(guān)閉定時(shí)器，繼續(xù)摸擬調(diào)節(jié);若T4定時(shí)完畢，X1仍亮，則起動(dòng)一低速(Y8亮)，進(jìn)行多段速調(diào)節(jié)，同時(shí)定時(shí)器T5開(kāi)始定時(shí)(3s)，定時(shí)完畢。若X1仍亮，則關(guān)閉此多段速，起動(dòng)一更低速(Y9)，同時(shí)定時(shí)器T6定時(shí)(10s)。定時(shí)完畢，若X1仍亮，則關(guān)掉Y9，此后X0很快會(huì)通，轉(zhuǎn)入切換動(dòng)作程序。在此兩級(jí)多段速調(diào)節(jié)過(guò)程中，無(wú)論何時(shí)，若X0亮，則會(huì)關(guān)閉相應(yīng)多段速和定時(shí)器，同時(shí)進(jìn)行切換動(dòng)作，即轉(zhuǎn)入切換程序。同樣，若無(wú)論何時(shí)，X1滅掉，則關(guān)閉運(yùn)行多段速和定時(shí)器，轉(zhuǎn)入模擬調(diào)節(jié)。若達(dá)到模擬調(diào)節(jié)下限值(X2亮)，則定時(shí)器T7馬上開(kāi)始定時(shí)(5s)，定時(shí)過(guò)程中監(jiān)控X2，若X2又滅掉，則關(guān)閉定時(shí)

16、器，繼續(xù)摸擬調(diào)節(jié)，若T7定時(shí)完畢，X2仍亮，則起動(dòng)一高速(Y7、Y2)，進(jìn)行多段速調(diào)節(jié)，同時(shí)定時(shí)器T8開(kāi)始定時(shí)(3s)，定時(shí)完畢。若X2仍亮，則關(guān)閉此多段速，起動(dòng)一更高速(Y8、Y9)，同時(shí)定時(shí)器T9定時(shí)(10s)，定時(shí)完畢。若X2仍亮，則關(guān)掉Y8、Y9，此后X3很快會(huì)通，轉(zhuǎn)入加電機(jī)動(dòng)作程序。在此兩級(jí)多段速調(diào)節(jié)過(guò)程中，無(wú)論何時(shí)，若X3亮，則會(huì)關(guān)閉相應(yīng)多段速和定時(shí)器，同時(shí)進(jìn)行加電機(jī)動(dòng)作，即轉(zhuǎn)入加電機(jī)程序。同樣，若無(wú)論何時(shí)，X2滅掉，則關(guān)閉運(yùn)行多段速和定時(shí)器，轉(zhuǎn)入模擬調(diào)節(jié)。電機(jī)切換程序分為(fn wi)電機(jī)切除程序和加電機(jī)程序兩部分。此程序動(dòng)作的條件是:起動(dòng)結(jié)束后無(wú)論何時(shí)X0亮，一旦條件滿足，即由

17、PLC根據(jù)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)決定相應(yīng)切換哪臺(tái)電機(jī)，切換時(shí)只能切換工頻運(yùn)行電機(jī)。若工作狀態(tài)是1臺(tái)變頻1臺(tái)工頻，則立即切除工頻電機(jī)，然后計(jì)數(shù)值減1，即完成此過(guò)程，再由調(diào)節(jié)程序運(yùn)行，調(diào)節(jié)至滿足要求為止。若3臺(tái)電機(jī)同時(shí)工作，則應(yīng)由PLC來(lái)決定切除哪臺(tái)工頻運(yùn)行電機(jī)。切除依據(jù)是3臺(tái)電機(jī)對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器的大小，誰(shuí)大切誰(shuí)，切除掉一臺(tái)后，要由定時(shí)器定時(shí)(5s)等待，以便變頻器調(diào)節(jié)一段時(shí)間，防止連續(xù)切除動(dòng)作。這主要是考慮到本系統(tǒng)的非線性和大小慣性因素而采取的措施。 圖3運(yùn)行時(shí)模擬調(diào)節(jié)子程序流程圖加電機(jī)程序，其動(dòng)作程序是:起動(dòng)結(jié)束后無(wú)論何時(shí)X2亮，一旦條件滿足，立即關(guān)掉變頻運(yùn)行電機(jī)和變頻器，延時(shí)一段時(shí)間后(原因同上)，將

18、原變頻運(yùn)行電機(jī)投入工頻運(yùn)行，同時(shí)打開(kāi)變頻器和將要起動(dòng)電機(jī)的變頻開(kāi)關(guān)，完成加電機(jī)。同樣，若原有2臺(tái)電機(jī)工頻工作，則X2一亮，立即開(kāi)始加另一臺(tái)電機(jī)(無(wú)延時(shí))，(加電機(jī)依據(jù)是判斷計(jì)數(shù)值，誰(shuí)小加誰(shuí))但加電機(jī)完成以后，定時(shí)器要開(kāi)始定時(shí)(5s)等待，讓變頻器調(diào)節(jié)一段時(shí)間，防止連續(xù)加電機(jī)動(dòng)作。其過(guò)程分為:1# 2#、1# 3#、2# 3#、2# 1#、3# 2#、 3# 1#。5 結(jié)束語(yǔ)用變頻調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水相比較，節(jié)能效果十分顯著。其優(yōu)點(diǎn)是:起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊;由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長(zhǎng)泵和閥門(mén)等的使用壽命;可以(ky

19、)消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng);在鍋爐和其他燃燒重油的場(chǎng)合，恒壓供油可使油的燃燒更加充分，大大地減輕了對(duì)環(huán)境的污染。參考文獻(xiàn)1 FP1型可編程控制器C24/C40/C60操作手冊(cè)Z.2 變頻器說(shuō)明手冊(cè)(shuc)Z. 富士電機(jī)有限公司.3 曾毅等.變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)M. 濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社,2000.4 陳國(guó)呈.PWM變頻調(diào)速技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001。摘要(zhiyo)：本文介紹(jisho)了我們生活小區(qū)供水系統(tǒng)的要求，講述了現(xiàn)供水系統(tǒng)存在的問(wèn)題，為了解決存在的問(wèn)題，提高供水系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，采用(ciyng)PLC與變頻器構(gòu)成恒壓變頻供水系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行改造，改造

20、后的系統(tǒng)完全可以達(dá)到各用戶用水的要求。一、引言：生活小區(qū)有近千用戶，現(xiàn)在的供水系統(tǒng)，在用水量大的時(shí)間段，出現(xiàn)嚴(yán)重的供水不足，水壓下降，嚴(yán)重影響住戶的生活質(zhì)量。現(xiàn)供水系統(tǒng)采用水泵定速控制，通過(guò)改變閥門(mén)的大小的方法調(diào)節(jié)流量和壓力，以達(dá)水壓恒定。這種方式在運(yùn)行中存在以下問(wèn)題。1.人工操作存在調(diào)節(jié)滯后，整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性差，自動(dòng)化程度低，使得溢水管經(jīng)常排水造成資源浪費(fèi)；2.水泵定速運(yùn)行，不僅造成電能的浪費(fèi)，而且由于泵長(zhǎng)期高速運(yùn)行，易使軸承損壞，影響泵的使用壽命，且備用水泵出現(xiàn)過(guò)銹死的現(xiàn)象；3.每年夏天用水高峰時(shí)段水壓不能得到保證，當(dāng)出現(xiàn)了突發(fā)性電網(wǎng)故障時(shí)，由于水量不足給住戶生活造成不便；為了提供恒壓供水，

21、因而對(duì)生活小區(qū)供水系統(tǒng)進(jìn)行改造就顯得非常重要。二、系統(tǒng)要求：1.原供水系統(tǒng)原供水系統(tǒng)采用兩臺(tái)（一臺(tái)備用）.KW電機(jī)控制水塔水位，通過(guò)改變閥門(mén)的大小的方法調(diào)節(jié)流量和壓力，以達(dá)到調(diào)節(jié)水壓供水，系統(tǒng)中電機(jī)采用硬啟動(dòng)，且供水中只有一種壓力。2.改造后供水系統(tǒng)要求(1)供水管網(wǎng)壓力按時(shí)間自動(dòng)變化如圖一曲線所示。 (2)水泵工作時(shí)可由變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)換為工頻運(yùn)行，也可由工頻運(yùn)行轉(zhuǎn)換為變頻運(yùn)行，工頻運(yùn)行與變頻運(yùn)行之間有連鎖控制。(3)當(dāng)電機(jī)由變頻運(yùn)行切換至工頻電網(wǎng)運(yùn)行和由工頻電網(wǎng)切換到變頻器電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，必須有一定的延時(shí)，進(jìn)行速度穩(wěn)定后接觸器才自動(dòng)合閘，以防止操作過(guò)電壓和電機(jī)高速(o s)產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)損壞電力電子

22、器件。(4) 具有自動(dòng)、穩(wěn)定、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)等。三、改造(gizo)方案確定及系統(tǒng)的構(gòu)成1.改造方案(1)根據(jù)系統(tǒng)節(jié)能、經(jīng)濟(jì)(jngj)的要求選用三臺(tái)10KW電機(jī)控制三臺(tái)水泵進(jìn)行供水。其中一臺(tái)備用，當(dāng)用水高峰時(shí)兩臺(tái)水泵運(yùn)行以滿足水壓要求，用水低峰時(shí)一臺(tái)水泵運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。(2)選用PLC、變頻器、壓力傳感器、時(shí)控開(kāi)關(guān)作為控制單元，實(shí)現(xiàn)出水管網(wǎng)壓力的自動(dòng)化控制，水泵之間的自動(dòng)切換和閥門(mén)的自動(dòng)開(kāi)關(guān)等，大幅度提高設(shè)備的自動(dòng)化水平和可靠度。2.系統(tǒng)構(gòu)成變頻器是調(diào)速核心設(shè)備，其主要作用是通過(guò)改變輸出電源頻率而對(duì)電機(jī)，水泵實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，達(dá)到隨用水量變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)、水泵轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)保持恒壓的目的。另外，

23、系統(tǒng)通過(guò)軟硬件實(shí)現(xiàn)過(guò)壓過(guò)流過(guò)熱等較齊全的保護(hù)功能，以及對(duì)電機(jī)實(shí)施熱啟動(dòng)，每臺(tái)水泵均具有變頻，手動(dòng)等操作功能。從而，根據(jù)用水所需的壓力來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)速度控制壓力，達(dá)到節(jié)能的目的。 四、系統(tǒng)(xtng)改造1.元件選型(1)時(shí)控開(kāi)關(guān)選用LT311A型時(shí)控開(kāi)關(guān)。它為單片機(jī)可編程時(shí)間控制器，具有(jyu)24個(gè)可預(yù)置的時(shí)間程序，按順序設(shè)置可組成12對(duì)定時(shí)開(kāi)關(guān)。其中18程序組成4對(duì)定時(shí)開(kāi)關(guān)為第一路輸出，916程序組成4對(duì)定時(shí)開(kāi)關(guān)為第二路輸出，1724程序組成4對(duì)定時(shí)開(kāi)關(guān)為第三路輸出，若將三路輸出合并為一路使用，可實(shí)現(xiàn)每天12次開(kāi)12次關(guān)的定時(shí)控制。其使用接線如圖三所示。 (2)壓力傳感器選用PS4型壓力傳感

24、器，該傳感器具有開(kāi)關(guān)量與模擬量輸出(shch)功能，傳感器的測(cè)量范圍為0.30.8Mpa，外形引腳如圖四所示。其開(kāi)關(guān)量輸出可通過(guò)壓力預(yù)置，當(dāng)檢測(cè)到的壓力達(dá)到預(yù)置壓力時(shí)開(kāi)關(guān)閉合。 (3) PLC選型：根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)數(shù)選擇。時(shí)控開(kāi)關(guān)有三個(gè)時(shí)控輸出信號(hào)，再加上啟動(dòng)、停止，手動(dòng)控制三臺(tái)電機(jī)及六個(gè)電磁閥等共計(jì)有22個(gè)輸入點(diǎn)，22個(gè)輸出點(diǎn)；另整個(gè)系統(tǒng)對(duì)PLC沒(méi)有特殊功能指令要求，因此可選擇經(jīng)濟(jì)小型的FXON-60MR型PLC。(4)根據(jù)電機(jī)的功率選擇變頻器：電機(jī)功率為10KW，可選擇日本三菱公司的FR-A540-10KW變頻器，其變頻器本身(bnshn)具有制動(dòng)功能，可不用外接制動(dòng)元件。2.全系統(tǒng)控制

25、(1)時(shí)間壓力匹配控制時(shí)控開(kāi)關(guān)時(shí)間設(shè)定：0:005:00,11:0014:00,21:0024:00為16組時(shí)間程序，由第一路輸出；5:008:00,14:0017:00為811組時(shí)間程序，由第二路輸出；8:0011:00,17:0021:00為1720組時(shí)間程序由第三路輸出。然后接于PLC輸入端的X10、X11、X12端子。壓力設(shè)置分別為0.38MPa、0.5MPa、0.47MPa、0.52MPa、0.48MPa、0.53MPa、0.42MPa，其實(shí)現(xiàn)可通過(guò)PLC輸出的開(kāi)關(guān)量信號(hào)來(lái)控制變頻器2端子輸入電壓大小以達(dá)到實(shí)現(xiàn)的目的。其電氣接線圖如圖五所示。 變頻器在某一時(shí)段給定壓力后，與壓力傳感器

26、檢測(cè)到的壓力信號(hào)反饋到變頻器的4端子進(jìn)行比較，可隨時(shí)調(diào)整變頻器輸出頻率，以達(dá)到實(shí)際壓力與給定壓力相等，從而實(shí)現(xiàn)了變頻器的PID控制。(2)變頻運(yùn)行與工頻運(yùn)行的轉(zhuǎn)切換當(dāng)電機(jī)的變頻供電頻率上升到工頻運(yùn)行時(shí)，則PLC控制繼電器斷開(kāi)變頻器的供電，直接由電網(wǎng)進(jìn)行供電，當(dāng)供水管壓力還達(dá)不到要求時(shí)，第二臺(tái)電機(jī)變頻啟動(dòng)運(yùn)行。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)情況有如下特點(diǎn)：當(dāng)壓力達(dá)到0.5Mpa時(shí)變頻器輸出頻率為工頻，此時(shí)(c sh)要求將變頻運(yùn)行切換成電網(wǎng)供電運(yùn)行。其實(shí)現(xiàn)是將壓力傳感器設(shè)定值為50Hz，通過(guò)傳感器開(kāi)關(guān)量的輸出來(lái)控制PLC，實(shí)現(xiàn)電機(jī)變頻與電網(wǎng)運(yùn)行的切換。PLC控制變頻及電機(jī)運(yùn)行的情況如下表:(3)PLC輸入、輸出分

27、配表 (4)PLC梯形圖如圖七所示。(5)變頻器程序設(shè)置如下：Pr79=2；(操作模式選擇外部操作模式)Pr128=20；(PID控制動(dòng)作(dngzu)選擇負(fù)反饋)Pr129=300%；(PID比例范圍)Pr130=180s；(PID積分時(shí)間)Pr134=3s；(PID微分時(shí)間)Pr1=10Hz；(下限頻率)Pr2=50Hz；(上限頻率)Pr904=0mA;0Hz；(傳感器輸出校正)Pr905=16mA;50Hz；(傳感器輸出校正)五、結(jié)束語(yǔ)：采用(ciyng)該P(yáng)LC控制的恒壓變頻供水系統(tǒng)肯定能保證小區(qū)用戶的用水，同時(shí)很大程度上降低了維修的勞動(dòng)強(qiáng)度和延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，實(shí)現(xiàn)了真正的自動(dòng)控制

28、，不僅可解決了現(xiàn)供水系統(tǒng)存在的問(wèn)題，而且節(jié)能效果顯著。因此，從節(jié)能和改善用戶的生活條件上有著重大的價(jià)值。系統(tǒng)簡(jiǎn)介為改善生產(chǎn)環(huán)境，沱牌公司投資清潔水技改工程并建成一座日產(chǎn)水2.5萬(wàn)頓的供水系統(tǒng)，分別建設(shè)了抽水泵系統(tǒng)、加壓泵系統(tǒng)和高位水池。根據(jù)公司用水需求特點(diǎn)，從抽水泵系統(tǒng)過(guò)來(lái)的水一部分直接供給生產(chǎn)用水部門(mén)，一部分則需通過(guò)加壓泵輸送到高位水池，而供給生產(chǎn)用水部門(mén)的水壓與供給高位水池的水壓相差較大。同時(shí)高位水池距抽水泵房較遠(yuǎn)達(dá)十多公里，高位水池的液位高低和加壓泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及如何與抽水泵系統(tǒng)“聯(lián)動(dòng)”也是較難解決(jiju)的。鑒于以上特點(diǎn)，從技術(shù)可靠和經(jīng)濟(jì)實(shí)用角度綜合考慮，我們?cè)O(shè)計(jì)了用PLC控制與變

29、頻器控制相結(jié)合的自動(dòng)恒壓控制供水系統(tǒng)，同時(shí)通過(guò)主水管線壓力傳遞較經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)了加壓泵系統(tǒng)與抽水泵系統(tǒng)“遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)”的控制目的。2 系統(tǒng)方案系統(tǒng)主要由三菱公司的PLC控制器、ABB公司的變頻器、施耐德公司的軟啟動(dòng)器、電機(jī)保護(hù)器、數(shù)據(jù)采集及其輔助設(shè)備組成（見(jiàn)圖1）。 2.1 抽水泵系統(tǒng)整個(gè)抽水泵系統(tǒng)有150KW深井泵電機(jī)四臺(tái)，90KW深井泵電機(jī)兩臺(tái)，采用變頻器循環(huán)工作方式，六臺(tái)電機(jī)均可設(shè)置在變頻方式下工作。采用一臺(tái)150KW和一臺(tái)90KW的軟起動(dòng)150KW和90KW的電機(jī)。當(dāng)變頻器工作在50HZ，管網(wǎng)壓力仍然低于系統(tǒng)設(shè)定的下限時(shí)，軟起動(dòng)器便自動(dòng)起動(dòng)一臺(tái)電機(jī)投入到工頻運(yùn)行，當(dāng)壓力達(dá)到高限時(shí)，自動(dòng)停掉工頻

30、運(yùn)行電機(jī)。一次主電路(dinl)接線示意圖見(jiàn)圖2所示。系統(tǒng)為每臺(tái)電機(jī)配備電機(jī)保護(hù)器，是因?yàn)殡姍C(jī)功率較大，在過(guò)載、欠壓、過(guò)壓、過(guò)流、相序不平衡、缺相、電機(jī)空轉(zhuǎn)等情況下為確保電機(jī)的良好使用條件，達(dá)到延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命的目的。系統(tǒng)配備水位顯示儀表，可進(jìn)行高低位報(bào)警，同時(shí)通過(guò)PLC可確保取水在合理水位的水質(zhì)監(jiān)控，同時(shí)也保護(hù)電機(jī)制正常運(yùn)轉(zhuǎn)工況。系統(tǒng)配備流量計(jì)，既能顯示一段時(shí)間的累積流量，又能顯示瞬時(shí)流量，可進(jìn)行出水量的統(tǒng)計(jì)和每臺(tái)泵的出水流量監(jiān)控。2.2 公司內(nèi)不同壓力供水需求的解決為穩(wěn)定可靠地滿足公司內(nèi)部分區(qū)域供水太力（0.40.45Mpa）低于主管網(wǎng)水壓力（0.80.9Mpa）的要求，配備穩(wěn)壓減壓閥來(lái)

31、調(diào)節(jié)，可調(diào)范圍為0.10.8Mpa。2.3 加壓泵系統(tǒng)由于抽水泵房距離高位水池較遠(yuǎn)，直接供水到高位水池抽水泵的揚(yáng)程不足，為此在距離高位水池落差為36米處設(shè)計(jì)有一加壓泵房，配備立式離心泵兩臺(tái)（一用一備）電機(jī)功率為75KW，揚(yáng)程36米。該加壓泵的控制系統(tǒng)需考慮以下條件：（1）若高位水池水位低和主管有水，則打開(kāi)進(jìn)水電動(dòng)蝶閥和起動(dòng)加壓泵向高位水池供水；（2）若高位水池水位滿且主管有水，則給出報(bào)警信號(hào)并關(guān)閉加壓泵和進(jìn)水電動(dòng)蝶閥；（3）若主管無(wú)水表明用水量增大或抽水泵房停止供水，必須開(kāi)啟出水電動(dòng)蝶閥由高位水池向主管補(bǔ)充不。像抽水泵一樣，我們?yōu)榧訅罕门鋫淞塑浧饎?dòng)器和電機(jī)保護(hù)器，確保加壓泵長(zhǎng)期可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)

32、配備了高位水池的水位傳感器和數(shù)顯儀和缺水傳感器。為保證整個(gè)主水管網(wǎng)的恒壓供不，當(dāng)高位水池滿且主水管有水時(shí)，加壓泵停止，此時(shí)主管壓力將“憋壓”，最終導(dǎo)致主管壓力上升(shngshng)，并將此壓力傳遞到抽水泵房，抽水泵的控制系統(tǒng)檢測(cè)到此壓力進(jìn)行恒壓變頻控制，進(jìn)而達(dá)到整個(gè)主管網(wǎng)的恒壓供水，這是整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能3.1 全自動(dòng)平穩(wěn)切換，恒壓控制主水管網(wǎng)壓力傳感器的壓力信號(hào)420mA送給數(shù)字PID控制器，控制器根據(jù)壓力設(shè)定值與實(shí)際檢測(cè)值進(jìn)行PID運(yùn)算，并給出信號(hào)直接控制變頻器的轉(zhuǎn)速以使管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定。當(dāng)用水量不是很大時(shí)，一臺(tái)泵在變頻器的控制下穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)用水量大到變頻器全速運(yùn)行也不能保證管網(wǎng)的壓和穩(wěn)定時(shí)，控制器的壓力下限信號(hào)與變頻器的高速信號(hào)同時(shí)被 PLC檢測(cè)到，PLC自動(dòng)將原工作在變頻狀態(tài)下泵投入到工頻運(yùn)行，以保持壓力的連續(xù)性，同時(shí)將一臺(tái)備用的泵用變頻器起動(dòng)后投入運(yùn)行，以加大管網(wǎng)的供水量保證壓力穩(wěn)定。若兩臺(tái)泵運(yùn)轉(zhuǎn)仍，則依次將變頻