基于plc的城市小區(qū)供水綜合節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

11緒論1.1變頻調(diào)速恒水位供水的目的和研究意義隨著人們生活質(zhì)量的提高，在生活用水方面的質(zhì)量要求也越來越高。同時(shí)，城市小區(qū)供水是給水排水工程的重要組成部分，與人民生活、生產(chǎn)活動(dòng)、消防安全保障密切相關(guān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1990年到1998年，我國人均日生活用水量（包括城市公共設(shè)施等非生產(chǎn)用水）有175.7升增加到241.1升，增長了37.2%1.與此同時(shí)我國城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。當(dāng)水源離用水場所較遠(yuǎn)，而將水送到較遠(yuǎn)或較高的地方，管路中是需要有一定水壓的，水壓高才能將水輸送到遠(yuǎn)處或較高的樓層。生產(chǎn)水壓的設(shè)備是水泵，水泵轉(zhuǎn)動(dòng)的越快，產(chǎn)生的水壓越高。傳統(tǒng)的維持水壓的方法是建造水塔，但是，建造水塔需要花費(fèi)財(cái)力，水塔還會造成水的二次污染。因此研制一套基于PLC技術(shù)與變頻調(diào)速控制技術(shù)的城市小區(qū)供水綜合節(jié)能系統(tǒng)，解決供水系統(tǒng)負(fù)荷壓力不穩(wěn)定和供水拖動(dòng)電機(jī)一直高速運(yùn)行而造成的浪費(fèi)電能等問題，且具有手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換、在線監(jiān)控及在現(xiàn)場調(diào)試等功能，具有很高的實(shí)用價(jià)值。在城市小區(qū)化的發(fā)展中，采用以小區(qū)或社區(qū)為統(tǒng)一整體的供水方案，會使設(shè)備的利用率大大提高，并減少初始投資和占地面積。在此，來設(shè)計(jì)一套取水和供水的自動(dòng)控制系統(tǒng)，克服由于采用單純手動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制帶來的控制不方便、控制系統(tǒng)對供水管網(wǎng)中壓力和水位變化反應(yīng)遲鈍的問題，降低能源消耗和資源浪費(fèi)，提高設(shè)備的可維護(hù)性和運(yùn)行的可靠性，以達(dá)到降低自來水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的。1.2變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用交流電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)，主要是將供給交流電機(jī)的工頻交流電源經(jīng)過二極管整流變成直流，再由IGBT或GTR模塊等器件逆變成頻率可調(diào)的交流電源，以此電源拖動(dòng)電機(jī)在變速狀態(tài)下運(yùn)行。它改變了傳統(tǒng)工業(yè)中電機(jī)啟動(dòng)后只能以額定功率的單一運(yùn)行方式，從而達(dá)到節(jié)能目的?，F(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于電力水泵供水系統(tǒng)中，較傳統(tǒng)的運(yùn)行方式是可節(jié)電4060，節(jié)水15302。對于一定型號的水泵機(jī)組，供水量與揚(yáng)程呈現(xiàn)反比關(guān)系。水泵機(jī)組工作效率只有在一定范圍內(nèi)才處于高效運(yùn)行狀態(tài)。機(jī)組軸功率P、揚(yáng)程H、流量Q、與轉(zhuǎn)速n之間存在一定關(guān)系：Pn3，Hn2，Qn，而水泵的轉(zhuǎn)速可以通過下式得到改變：nfxb0p（11）式11中：2n-水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速；p-電機(jī)極對數(shù)；f-電機(jī)供電頻率；b0-常數(shù)由上式知，改變電機(jī)供電頻率即可改變水泵轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到改變水泵機(jī)組出水流量，揚(yáng)程與電機(jī)輸入功率的目的，這就是變頻調(diào)速供水技術(shù)。常用的變頻調(diào)速供水技術(shù)有恒壓變量和變壓變量兩種模式。本設(shè)計(jì)采用恒壓變量模式。恒壓變量變頻調(diào)速技術(shù)是保持供水泵房總出水管壓力不變，改變水泵運(yùn)行臺數(shù)或者變頻泵轉(zhuǎn)速，以達(dá)到改變泵房出水量的方式。恒壓變頻變量供水特點(diǎn)：較傳統(tǒng)供水方式節(jié)省能效20%；控制方便，根據(jù)泵房出水管壓力控制儀表即可實(shí)現(xiàn)水泵機(jī)組控制；可基本解決由于水量降低造成壓力增加帶米的管網(wǎng)爆管及漏水損耗大的問題。節(jié)能，運(yùn)行成本低，管網(wǎng)運(yùn)行安全性較高。變頻供水技術(shù)由于啟動(dòng)電流減少，可以節(jié)省電力增容與變壓器容量。1.3可編程序控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用早期的可編程序控制器(ProgrammableLogicController，PLC)，主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)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(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)“美國市場信息”的世界PLC以及軟件市場報(bào)告稱，1995年全球PLC及其軟件的市場經(jīng)濟(jì)規(guī)模約50億美元。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能得到大大的增強(qiáng)，具有可靠性、高豐富的I/O接口模塊、采用模塊化結(jié)構(gòu)、編程簡單易學(xué)、安裝簡單，維修方便等特點(diǎn)3。2變頻調(diào)速恒水位控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)2.1變頻器的控制方式變頻器有著如圖1所示的基本結(jié)構(gòu)5圖1變頻器的基本結(jié)構(gòu)頻率和電壓可調(diào)的交流電整流電路直流中間電路逆變電路控制電路交流電商用電源交流電3變頻調(diào)速的控制方式經(jīng)歷了V/F控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制的發(fā)展，前者屬于開環(huán)控制，后兩者屬于閉環(huán)控制，正在發(fā)展的是直接轉(zhuǎn)矩控制。2.2系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)及工作過程變頻調(diào)速恒水位供水系統(tǒng)構(gòu)成由可編程控制器、變頻器、水泵電機(jī)組、水位傳感器、工控機(jī)以及接觸器控制柜等構(gòu)成.系統(tǒng)采用一臺變頻器拖動(dòng)3臺電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)行與調(diào)速，其中兩臺大電機(jī)(30KW)和一臺小電機(jī)(15KW)分別采用循環(huán)使用的方式運(yùn)行。圖2恒壓供水泵的構(gòu)成根據(jù)實(shí)際情況，白天一般只需開動(dòng)一臺大水泵和一臺小水泵，就能滿足需要，小電機(jī)工頻運(yùn)行作恒速泵，大電機(jī)變頻運(yùn)行作變量泵；晚上用水低峰時(shí)，只需開動(dòng)一臺大電機(jī)就能滿足供水需要。因此可以采用一大一小搭配的分組方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。一個(gè)完整的工作過程,可分為以下三個(gè)工作狀態(tài)：1)1#電機(jī)變頻起動(dòng)；2)1#電機(jī)工頻運(yùn)行，2#電機(jī)變頻運(yùn)行；3)3#電機(jī)單獨(dú)變頻運(yùn)行。一般情況下，水泵電機(jī)都處于這三種工作狀態(tài)之中，當(dāng)源水的水位發(fā)生變化時(shí)，管網(wǎng)壓力也就隨之變化，三種工作狀態(tài)就要發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)換，因此這三種工作狀態(tài)對應(yīng)著三個(gè)切換過程。具體工作流程圖如圖32.3變頻調(diào)速的節(jié)能、調(diào)速原理交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f具有如下關(guān)系：n=60f(1-s)/p（21）現(xiàn)場開關(guān)信息主電源啟動(dòng)器變頻器PLC去用戶進(jìn)水水泵機(jī)組變送器、傳感器組控制面板報(bào)警ACDC220V24VAC380v4式21中：p極對數(shù)；s轉(zhuǎn)差率；因此不改變電動(dòng)機(jī)的極對數(shù)，只改變電源的頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就按比例變動(dòng)。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，通過變頻器來改變電源的頻率f