(完整版)PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計論文.doc

1、優(yōu)秀論文未經(jīng)允許審核通過切勿外傳煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院機電系機電一體化專業(yè) 2010級畢業(yè)設(shè)計（論文）題目: PLC的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計姓名張凱學號指導教師（簽名）二年月日煙臺工程職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文)誠信承諾書本人慎重承諾：我所撰寫的設(shè)計（論文）是在老師的指導下自主完成，沒有剽竊或抄襲他人的論文或成果。如有剽竊、抄襲，本人愿意為由此引起的后果承擔相應責任。畢業(yè)論文（設(shè)計）的研究成果歸屬學校所有。學生 (簽名 )：張凱20年月日摘 要隨著人民生活水平的日趨提高，新技術(shù)和先進設(shè)備的應用，使給供水設(shè)計得到了發(fā)展的機遇。 于是選擇一種符合各方面規(guī)范、 衛(wèi)生安全而又經(jīng)濟合理的供水方式，對我們給供水設(shè)

2、計帶來了新的挑戰(zhàn)。本系統(tǒng)采用 PLC進行邏輯控制，采用帶 PID 功能的變頻器進行壓力調(diào)節(jié)，系統(tǒng)存在工作可靠，使用方便，壓力穩(wěn)定，無沖擊等優(yōu)越性。本設(shè)計恒壓變頻供水設(shè)備由PLC、變頻器、傳感器、低壓電氣控制柜和水泵等組成。通過PLC、變頻器、繼電器、接觸器控制水泵機組運行狀態(tài) , 實現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓變流量供水要求。 設(shè)備運行時 , 壓力傳感器不斷將管網(wǎng)水壓信號變換成電信號送入PLC,經(jīng)PLC運算處理后 , 獲得最佳控制參數(shù) , 通過變頻器和繼電器控制元件自動調(diào)整水泵機組高效率地運行。供水系統(tǒng)的監(jiān)控主要包括水泵的自動啟?？刂?、供水壓力的測量與調(diào)節(jié)、系統(tǒng)主管道水壓的；系統(tǒng)水處理設(shè)備運轉(zhuǎn)的監(jiān)視、控制；故

3、障及異常狀況的報警等?，F(xiàn)場監(jiān)控站內(nèi)的控制器按預先編制的軟件程序來滿足自動控制的要求，即根據(jù)供水管的高低水壓位信號來控制水泵的啟停及進水控制閥的開關(guān)，并且進行溢水和枯水的預警等。文中詳細介紹了所選 PLC機、變頻器、傳感器的特點、各高級單元的使用及設(shè)定情況， 給出了系統(tǒng)工作流程圖、 程序設(shè)計流程圖及設(shè)計程序。關(guān)鍵詞：可編程控制器；變頻器；傳感器目錄1 前言. 11.1 供水系統(tǒng)發(fā)展過程及現(xiàn)狀. . 11.2 供水系統(tǒng)的概述 .21.2.1 變 頻 恒 壓供 水 系 統(tǒng) 主要 特點 ： .21.2.3恒 壓供 水設(shè) 備的 主要 應 用 場合 ： .21.2.4恒 壓供 水技 術(shù)實 現(xiàn)： .32 系

4、統(tǒng)總體設(shè)計方案 .42.1 系統(tǒng)設(shè)計方案 .42.1.1系統(tǒng)控制要求 .42.1.2控制方案 .42.1.3運行特征 .52.1.4系統(tǒng)方案 .52.2 可編程控制器 (PLC) 的特點及選型 . .72.2.1 PLC 特點及應用 .72.2.2可編程控制器的選型 .82.3 變頻器選型及特點 .152.3.1 ABB 產(chǎn)品信息： .152.3.2變頻 節(jié)能 理論 ： .152.3.3 變 頻恒壓供水系統(tǒng)及控制參數(shù)選擇： .162.3.4變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點及體現(xiàn). . 172.4 遠傳壓力表 .192.4.1主要技術(shù)指標 .192.4.2結(jié)構(gòu)原理 .192.5 系統(tǒng)控制流程設(shè)計 .202

5、.5.1系統(tǒng)組成及作用 .202.5.2系統(tǒng)運行過程 .203軟件設(shè)計 .243.1系統(tǒng)中檢測及控制開關(guān)IO 分配. 243.2流程圖 .283.4程序設(shè)計： .294.節(jié)能實例計算 .435.結(jié)論. .45致謝.46參考文獻 .471 前言1.1供水系統(tǒng)發(fā)展過程及現(xiàn)狀一般規(guī)定城市管網(wǎng)的水壓只保證 6 層以下樓房的用水， 其余上部各層均須“提升”水壓才能滿足用水要求。 以前大多采用傳統(tǒng)的水塔、高位水箱，或氣壓罐式增壓設(shè)備， 但它們都必須由水泵以高出實際用水高度的壓力來“提升”水量，其結(jié)果增大了水泵的軸功率和能量損耗。自從變頻器問世以來， 變頻調(diào)速技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應用。變頻調(diào)速技術(shù)在各

6、個領(lǐng)域得到了廣泛的應用。 變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點， 使我國供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從 90 年代初開始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求， 是當今最先進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實際應用中得到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展， 變頻器的功能也越來越強。 充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著非常重要的意義。新型供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，運行的經(jīng)濟性，還

7、是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢，而且具有顯著的節(jié)能效果。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)的這些優(yōu)越性， 引起國內(nèi)幾乎所有供水設(shè)備廠家的高度重視，并不斷投入開發(fā)、生產(chǎn)這一高新技術(shù)產(chǎn)品。目前該產(chǎn)品正向著高可靠性、全數(shù)字化微機控制，多品種系列化的方向發(fā)展。追求高度智能化， 系列標準化是未來供水設(shè)備適應城鎮(zhèn)建設(shè)成片開發(fā)智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢。在短短的幾年內(nèi)， 調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個逐步完善的發(fā)展過程，早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸為多泵系統(tǒng)所代替。雖然單泵產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計簡易可靠， 但由于單泵電機深度調(diào)速造成水泵、電機運行效率低，而多泵型產(chǎn)品投資更為節(jié)省，運行效率高，

8、被實際證明是最優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計，很快發(fā)展成為主導產(chǎn)品。1.2供水系統(tǒng)的概述1.2.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要特點：1、節(jié)能，可以實現(xiàn)節(jié)電20%-40%，能實現(xiàn)綠色用電。2、占地面積小，投入少，效率高。3、配置靈活，自動化程度高，功能齊全，靈活可靠。4、運行合理，由于是軟起和軟停，不但可以消除水錘效應，而且電機軸上的平均扭矩和磨損減小，減少了維修量和維修費用， 并且水泵的壽命大大提高。5、由于變頻恒壓調(diào)速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，防止了很多傳染疾病的傳染源頭。6、通過通信控制，可以實現(xiàn)無人值守，節(jié)約了人力物力。1.2.2傳統(tǒng)定壓方式的弊?。?、管理不便、因與大氣連通易引起的管道腐蝕

9、。2. 由于水箱內(nèi)微生物、藻類孳生，還可能對系統(tǒng)造成二次污染，所以每年定壓水箱都需定期維護，并由衛(wèi)生防疫部門檢驗。3. 定壓水箱需占用較大空間，需要專門的地點來放置。4. 高位定壓水箱系統(tǒng)的控制靠投入泵的臺數(shù)來調(diào)節(jié)， 但這種調(diào)節(jié)方式不能做到供水量和用水量的最佳匹配，水泵長期偏離高效區(qū)工作，效率低下。5. 系統(tǒng)頻繁的起停泵， 對水泵、電機及開關(guān)器件都會縮短使用壽命。6. 使用高位水箱供水， 在系統(tǒng)流量較大時， 管網(wǎng)壓力會有較大的變化，造成部分用戶資用壓頭不夠，出現(xiàn)諸如流量不足、冷熱不均等情況。7. 在供水泵的選型上， 設(shè)計人員為了提高系統(tǒng)安全系數(shù)， 電機選型都較大；在用水負荷較小或低區(qū)采用減壓閥

10、、 節(jié)流孔板等來調(diào)節(jié)剩余水頭時，大量的能量消耗在閥上，都造成電能的浪費。1.2.3恒壓供水設(shè)備的主要應用場合：1.高層建筑，城鄉(xiāng)居民小區(qū)，企事業(yè)等生活用水。2.各類工業(yè)需要恒壓控制的用水，冷卻水循環(huán)，熱力網(wǎng)水循環(huán)，鍋爐補水等。3.中央空調(diào)系統(tǒng)。4.自來水廠增壓系統(tǒng)。5.農(nóng)田灌溉，污水處理，人造噴泉。6.各種流體恒壓控制系統(tǒng)。1.2.4恒壓供水技術(shù)實現(xiàn)：通過安裝在管網(wǎng)上的壓力傳感器，把水壓轉(zhuǎn)換成420mA的模擬信號，通過變頻器內(nèi)置的PID控制器，來改變電動水泵轉(zhuǎn)速。當用戶用水量增大，管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力時， 變頻調(diào)速的輸出頻率將增大，水泵轉(zhuǎn)速提高，供水量加大，當達到設(shè)定壓力時，電動水泵的轉(zhuǎn)速不再

11、變化，使管網(wǎng)壓力恒定在設(shè)定壓力上；反之亦然。目前交流電機變頻調(diào)速技術(shù)是一項業(yè)已廣泛應用的節(jié)能技術(shù)。 由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展， 變頻器的性能有了極大提高， 它可以實現(xiàn)控制設(shè)備軟啟軟停，不僅可以降低設(shè)備故障率，還可以大幅減少電耗，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長周期運行。長期以來區(qū)域的供水系統(tǒng)都是由市政管網(wǎng)經(jīng)過二次加壓和水塔或天面水池來滿足用戶對供水壓力的要求。 在小區(qū)供水系統(tǒng)中加壓泵通常是用最不利用水點的水壓要求來確定相應的揚程設(shè)計， 然后泵組根據(jù)流量變化情況來選配， 并確定水泵的運行方式。 由于小區(qū)用水有著季節(jié)和時段的明顯變化， 日常供水運行控制就常采用水泵的運行方式調(diào)整加上出口閥開度調(diào)節(jié)供水的水量水壓

12、， 大量能量因消耗在出口閥而浪費，而且存在著水池“二次污染”的問題。變頻調(diào)速技術(shù)在給水泵站上應用，成功地解決了能耗和污染的兩大難題。2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案2.1系統(tǒng)設(shè)計方案2.1.1 系統(tǒng)控制要求恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制要求是：采用電動機調(diào)速裝置與可編程控制器 (PLC) 構(gòu)成控制系統(tǒng)，進行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運行，并自動調(diào)整泵組的運行臺數(shù)， 完成供水壓力的閉環(huán)控制， 在管網(wǎng)流量變化時達到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實際值進行比較，其差值輸入 CPU 運算處理后， 發(fā)出控制指令， 控制泵電動機的投運臺數(shù)和運行變量泵電動機的

13、轉(zhuǎn)速， 從而達到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。2.1.2控制方案在住宅小區(qū)水廠的管網(wǎng)系統(tǒng)中， 由于管網(wǎng)是封閉的， 泵站供水的流量是由用戶用水量決定的， 泵站供水的壓力以滿足管網(wǎng)中壓力最不利點的壓力損失 P和流量 Q之間存在著如下關(guān)系：P=KQ2；式中 K一為系數(shù)設(shè) PL為壓力最不利點所需的最低壓力，則泵站出口總管壓力 P應按下式關(guān)系供水，則可滿足用戶用水的要求壓力值，又有最佳的節(jié)能效果。P=PL+P=PL+KQ2因此供水系統(tǒng)的設(shè)定壓力應該根據(jù)流量的變化而不斷修正設(shè)定值，這種恒壓供水技術(shù)稱為變量恒壓供水， 即供水系統(tǒng)最不利點的供水壓力為恒值而泵站出口總管壓力連續(xù)可調(diào)。 典型的自動恒壓供水系統(tǒng)

14、的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示； 系統(tǒng)具有控制水泵出口總管壓力恒定、 變流量供水功能，系統(tǒng)通過安裝在出水總管上的壓力傳感器， 實時將壓力、流量非電量信號轉(zhuǎn)換為電信號， 輸入至可編程控制器 (PLC) 的輸入模塊，信號經(jīng) CPU 運算處理后與設(shè)定的信號進行比較運算， 得出最佳的運行工況參數(shù)，由系統(tǒng)的輸出模塊輸出邏輯控制指令和變頻器的頻率設(shè)定值，控制泵站投運水泵的臺數(shù)及變量泵的運行工況， 并實現(xiàn)對每臺水泵的調(diào)節(jié)控制。2.1.3運行特征以 4臺水泵的恒壓供水系統(tǒng)為例，系統(tǒng)在自動運行方式下，可編程控制器控制變頻器、軟啟動 1#泵，此時 1#泵進入變頻運行狀態(tài)，其轉(zhuǎn)速逐漸升高，當供水量 Q13Qmax時(Qmax為

15、4臺水泵全部工頻運行時的最大流量 ) ，可編程控制器 CPU根據(jù)供水量的變化自動調(diào)節(jié) 1#泵的運行轉(zhuǎn)速，以保證所需的供水壓力。 當用水量 Q在13QmaxQ23Qmax之間時，1#泵已不能滿足用戶所需的用水量， 這時可編程控制器發(fā)出指令將1#泵轉(zhuǎn)為工頻運行，并軟啟動 2#泵，使2#泵進入變頻運行工況， 2#泵的運行轉(zhuǎn)速由用戶用水量決定， 以保證供水系統(tǒng)最不利點所需的供水壓力。當外需供水量 Q為 23QmaxQQmax時，可編程控制器發(fā)出指令再將 2#泵置于工頻運行狀態(tài)， 同時軟啟動 3#泵進入變頻運行工況， 此時3#泵的運行轉(zhuǎn)速由用戶的用水量確定， 以保證供水系統(tǒng)最不利點的供水壓力恒定。2.1

16、.4系統(tǒng)方案目前，住宅小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計方案主要采用“一臺變頻器控制一臺水泵” ( 即“一拖一” ) 的單泵控制系統(tǒng)和“一臺變頻器控制多臺水泵” ( 即“一拖 N” ) 的多泵控制系統(tǒng)。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)在也有采用“二拖三”、“二拖四”、“三拖五”的發(fā)展趨勢。“一拖N”方案雖然節(jié)能效果略差， 但獨有投資節(jié)省，運行效率高的優(yōu)勢;具有變頻供水系統(tǒng)啟動平穩(wěn)，對電網(wǎng)沖擊小，降低水泵平均轉(zhuǎn)速，消除“水錘效應”，延長水泵閥門、管道壽命，節(jié)約能源等優(yōu)點，因此目前仍被普遍采用。（一） . “一拖 N”多泵系統(tǒng)的一般控制要求（ 1）多泵循環(huán)運行程序控制以“一拖三”為例 : 先由變頻器啟動 1#水泵運行，若

17、工作頻率已達到變頻器的上限值 50Hz而壓力仍低于規(guī)定值時， 將 1#水泵切換成工頻運行，此時變頻器的輸出頻率迅速下降為 0，然后啟動 2#水泵，供水系統(tǒng)處于“ 1工 1變”的動行狀態(tài) ; 若變頻器再次達到上限值 50Hz而壓力仍低于規(guī)定值時， 將2#水泵也切換成工頻運行， 再由變頻器去啟動3#水泵，供水系統(tǒng)處于“ 2工1變”的運行狀態(tài)。反之，若變頻器工作頻率已下降至下限值 ( 一般設(shè)定為 2535Hz)而壓力仍高于規(guī)定值時，令 1#水泵停機，供水系統(tǒng)又處于“ 1工1變”的運行狀態(tài) ; 若變頻器工作頻率又降至下限值而壓力仍高于規(guī)定值時， 令 2#水泵停機，系統(tǒng)回復到 1臺水泵變頻運行狀態(tài)。如此

18、循環(huán)不已。其他的“一拖 N”程序控制，依此類推。（ 2）設(shè)置換機間隙時間當水泵電機由變頻切換至工頻電網(wǎng)運行時，必須延時幾秒進行定速運行后接觸器才能自動合閘，以防止操作過電壓 ; 而當水泵電機由工頻切換至變頻器供電運行時，也必須延時幾秒后接觸器再閉合， 以防止電動機高速運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應電動勢損壞變頻器。延時時間根據(jù)水泵電機的功率而定: 功率越大，時間越長，一般取值 23s。（ 3）確保觸點相互聯(lián)連鎖在電路設(shè)計和 PLC(可編程控制器 ) 程序設(shè)計中，控制每臺水泵“工頻- 變頻”切換的兩臺接觸器的輔助觸點或者 PLC內(nèi)部“軟觸點” 必須相互聯(lián)鎖，以保證可靠切換，防止變頻器 UVW輸出端與工頻電源發(fā)生

19、短路而損壞。為杜絕切換時接觸器主觸點意外熔焊、 輔助觸點誤動作而損壞變頻器的事故， 最好采用兩臺連體、 機械和電氣雙重聯(lián)鎖的接觸器，如德力西公司的 CJX2-N型聯(lián)鎖接觸器等。（ 4）水泵輪換啟動控制可以自由設(shè)置水泵啟動順序: 可設(shè)置成 1#水泵先啟動，也可設(shè)置2#、3#或 N#水泵先啟動。所有水泵平均使用，能有效防止個別水泵可能長期不用時發(fā)生的銹死現(xiàn)象。（ 5）設(shè)置定時換機時間在水泵群中，定時切換運行時間最長的水泵，以保證所有水泵的均衡使用。（ 6）變頻器或 PLC帶有 PID調(diào)節(jié)器PID( 比例 - 積分 - 微分 ) 調(diào)節(jié)器的積分環(huán)節(jié)I( 即積分時間 ) 調(diào)整應合理 : 時間太短，則系統(tǒng)

20、動態(tài)響應快，反應靈敏，但易產(chǎn)生振蕩，水泵來回切換 ; 時間太長，則當壓力發(fā)生急劇變化時，系統(tǒng)反應過慢，容易產(chǎn)生壓力過高，導致管道爆裂。（二） . 常用的“一拖 N”多泵系統(tǒng)控制方式（ 1）變頻器 +PLC這種配置不僅可以靈活地實現(xiàn)上述控制， 而且可以實現(xiàn)更多復雜的控制。缺點是需要專業(yè)技術(shù)人員編制并現(xiàn)場調(diào)試 PLC程序，安裝調(diào)試費工、費時，設(shè)備投資也較大。（ 2）變頻器 +專業(yè)供水控制器最近，有的廠家專門為變頻恒壓供水研制了能實現(xiàn)上述控制要求的專業(yè)供水控制器，操作簡單，調(diào)試方便，功能齊全，產(chǎn)品價格也與“變頻器 +PLC”接近。2.2可編程控制器 (PLC) 的特點及選型2.2.1 PLC 特點及

21、應用可編程控制器（ ProgrammableLogicController）是計算機技術(shù)與自動化控制技術(shù)相結(jié)合而開發(fā)的一種適用工業(yè)環(huán)境的新型通用自動控制裝置，是作為傳統(tǒng)繼電器的替換產(chǎn)品而出現(xiàn)的。 它采用一種可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令， 通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程。隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展， 可編程控制器更多地具有了計算機的功能，不僅能實現(xiàn)邏輯控制、定時控制、計數(shù)控制、順序 ( 步進 ) 控制，還具有了模擬量控制、閉環(huán)過程控制、 數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)等功能。由于可編程控制器可通過軟件來改變控制

22、過程，并且編程簡單，同時采用了模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，易于擴展和拆裝，因而具有體積小，功耗低，可靠性高， 組裝維護方便，控制功能完善和抗干擾能力強等特點，已廣泛應用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域， 成為當今自動化電氣控制的主流。2.2.2可編程控制器的選型1. 本設(shè)計的主要控制過程是利用可編程控制器的AD,DA模塊和可編程控制器內(nèi)置的控制模塊來控制水泵電機的切換從而調(diào)節(jié)供水管中水的壓力。整個控制系統(tǒng)除了用到PLC邏輯控制、定時控制和計數(shù)控制等基本控制功能外，關(guān)鍵是要用到PLC的高級控制單元，主要包括AD、DA單元等?，F(xiàn)代大中型的 PLC一般都配備了專門的 AD和 DA轉(zhuǎn)換模塊，可以將現(xiàn)場需要控制的模擬量通過AD

23、模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量， 經(jīng)微處理器運算處理后，再通過 DA模塊轉(zhuǎn)換，變成模擬量去控制被控對象。但現(xiàn)在考慮到系統(tǒng)的安裝以及成本問題， 故本系統(tǒng)供水泵的自動控制采用的是日本歐姆龍公司的 PLC，機器型號為 CPM2A-30CDR和-A模擬量控制模塊CPM1A-MAD02。其特性簡介如下：2.CPM2A為系統(tǒng)提供了眾多的功能? 高速計數(shù)器能方便地測量高速運動的加工件。? 同步脈沖控制可方便地調(diào)整時間。? 帶高速掃描和高速中斷的高速處理。? 可方便地與 OMRON的 PT相連接，為機器操作提供一個可視化界面。小機殼內(nèi)匯集了先進的功能和優(yōu)異的表現(xiàn)。 為食品包裝行業(yè)， 傳送設(shè)備和緊湊型設(shè)備的制造商提供更優(yōu)越的

24、性能和更高的附加值。? 通過脈沖輸出可實現(xiàn)許多基本的位置控制。? 可進行分散控制和模擬量控制。2.3變頻器選型及特點變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點，使我國供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從90 年代初開始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當今最先進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。2.3.1 ABB 產(chǎn)品信息：ACS400變頻器在 2.2-37KW 的功率范圍內(nèi)，節(jié)約能源，控制準確 ,安全可靠 , 鑄鋁件和塑料件的使用 , 保證了足夠的加工精

25、度,ACS400預置了九種應用宏 . 主電源： 230500V5060HZ控制電源： 115230V. 在勵磁部分中采用了最新的 IGBT 控制技術(shù)，不再需要磁場電壓匹配變壓器，磁場進線熔斷器和電抗器也已集成在 DCS400模塊中。由于磁場部分采用了三相進線供電方式， 且直接取自為電樞供電的三相電源，因而 DCS400不再需要單獨的磁場電源進線。 DCS400擁有多種調(diào)試工具。在調(diào)試向?qū)У囊龑逻M行參數(shù)設(shè)定， 加上全部的自優(yōu)化調(diào)試過程， DCS400的典型調(diào)試時間為 15 分鐘。2.3.2變頻節(jié)能理論：1. 交流電機變頻調(diào)速原理：交流電機轉(zhuǎn)速特性： n=60f(1-s)p ，其中 n為電機轉(zhuǎn)速

26、， f 為交流電頻率， s為轉(zhuǎn)差率， p為極對數(shù)。電機選定之后 s、p則為定值，電機轉(zhuǎn)速 n和交流電頻率 f 成正比，使用變頻器來改變交流電頻率， 即可實現(xiàn)對電機變頻無級調(diào)速。2. 各類工業(yè)需要恒壓控制的用水，冷卻水循環(huán)，熱力網(wǎng)水循環(huán)，鍋爐補水等。流量與轉(zhuǎn)速成正比：轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比：功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比：而且變頻調(diào)速自身的能量損耗極低， 在各種轉(zhuǎn)速下變頻器輸入功率幾乎等于電機軸功率， 由此可知在使用變頻調(diào)速技術(shù)供水時， 系統(tǒng)中流量變化與功率的關(guān)系： 變 3額 3額采用出口閥控制流量的方式，電機在工頻運行時，系統(tǒng)中流量變化與功率的關(guān)系：閥（0.4+0.6 ）額其中，為功率為轉(zhuǎn)速為流量例

27、如設(shè)定當前流量為水泵額定流量的，則采用變頻調(diào)速時變額0.216 額 ，而采用閥門控制時 閥 （0.4+0.6 ） 額 0.76 額，節(jié)電（ 閥 - 變） 閥 * 71.6 。流量1009080706050節(jié)電量022.541.861.571.682.1由此可見從理論計算結(jié)果可以看到節(jié)能效果非常顯著 ， 而 且 在 實際 運行中小區(qū)變頻恒壓供水技術(shù)比傳統(tǒng)的加壓供水系統(tǒng)還有自動控制恒壓、 無污染等明顯優(yōu)勢。 而且新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)能自動地控制一至多臺主泵和一臺休眠泵的運行。 在管網(wǎng)用水量減少到單臺主泵流量的約 16-18 時，系統(tǒng)自動停止主泵，啟動小功率的休眠泵工作， 保證系統(tǒng)小流量供水，

28、 解決小流量甚至零流量供水時大量電能的浪費問題，從運行控制上進一步節(jié)能。2.3.3變頻恒壓供水系統(tǒng)及控制參數(shù)選擇：1. 變頻恒壓供水系統(tǒng)組成小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)通常是由水池、離心泵（主泵+休眠泵）、壓力傳感器、 PID調(diào)節(jié)器、變頻器（主泵+休眠泵）、管網(wǎng)組成。工作流程是利用設(shè)置在管網(wǎng)上的壓力傳感器將管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)因用水量的變化引起的水壓變化，及時將信號（4-20mA或 0-10V）反饋 PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器對比設(shè)定控制壓力進行運算后給出相應的變頻指令，改變水泵的運行或轉(zhuǎn)速，使得管網(wǎng)的水壓與控制壓力一致。2. 變頻恒壓供水系統(tǒng)的參數(shù)選?。?）、合理選取壓力控制參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)低能耗恒壓供水。這個

29、目的的實現(xiàn)關(guān)鍵就在于壓力控制參數(shù)的選取，通常管網(wǎng)壓力控制點的選擇有兩個：一個就是管網(wǎng)最不利點壓力恒壓控制，另一個就是泵出口壓力恒壓控制。兩者如何選擇， 我們來簡單分析一下（如變頻器控制原理圖示）管網(wǎng)最不利點壓力恒定時，管網(wǎng)用水量由 QMAX減少到 Q1，水泵降低轉(zhuǎn)速，與用水管路特性曲線 A（不變）相交于點 C，水泵特性曲線下移，管網(wǎng)最不利點壓力 H0。而泵出口壓力恒壓控制時，則 Ha 不變，用水量由 QMAX減少到 Q1與Ha交于 B點，用水管路特性曲線 A上移并通過 B點，管網(wǎng)最不利點壓力變?yōu)?Hb，Hb-H0的揚程差即為能量浪費，所以選擇管網(wǎng)最不利點的最小水頭為壓力控制參數(shù)， 形成閉環(huán)壓力

30、自控系統(tǒng)，使得水泵的轉(zhuǎn)速與 PID調(diào)節(jié)器設(shè)定壓力相匹配，可以達到最大節(jié)能效果，而且實現(xiàn)了恒壓供水的目的。（2）、變頻器在投入運行后的調(diào)試是保證系統(tǒng)達到最佳運行狀態(tài)的必要手段。變頻器根據(jù)負載的轉(zhuǎn)動慣量的大小， 在啟動和停止電機時所需的時間不相同， 設(shè)定時間過短會導致變頻器在加速時過電流、 在減速時過電壓保護； 設(shè)定時間過長會導致變頻器在調(diào)速運行時使系統(tǒng)變得調(diào)節(jié)緩慢，反應遲滯， 應變能力差， 系統(tǒng)易處在短期不穩(wěn)定狀態(tài)中。為了變頻器不跳閘保護， 現(xiàn)場使用當中的許多變頻器加減速時間的設(shè)置過長， 它所帶來的問題很容易被設(shè)備外表的正常而掩蓋， 但是變頻器達不到最佳運行狀態(tài)。 所以現(xiàn)場使用時要根據(jù)所驅(qū)動的負

31、載性質(zhì)不同，測試出負載的允許最短加減速時間，進行設(shè)定。對于水泵電機，加減速時間的選擇在 0.2-20 秒之間。2.3.4變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點及體現(xiàn)1. 高效節(jié)能變頻恒壓供水系統(tǒng)的最顯著優(yōu)點就是節(jié)約電能，節(jié)能量通常在10-40%。從單臺水泵的節(jié)能來看，流量越小，節(jié)能量越大。2. 恒壓供水變頻恒壓供水系統(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。3. 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。4. 自

32、動運行、管理簡便新型的小區(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、瞬時停電保護、過載、失速保護、低液位保護、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，自動運行，泵房不設(shè)崗位，只需派人定期檢查、保養(yǎng)。5. 延長設(shè)備壽命、保護電網(wǎng)穩(wěn)定使用變頻器后， 機泵的轉(zhuǎn)速不再是長期維持額定轉(zhuǎn)速運行， 減少了機械磨損，降低了機泵故障率， 而且主泵定時輪換控制功能自動定時輪換主泵運行，保證各泵磨損均勻且不銹死， 延長了機泵使用壽命。變頻器的無級調(diào)速運行， 實現(xiàn)了機泵軟啟動， 避免了電機開停時的大電流對電機線圈和電網(wǎng)的沖擊，消除了水泵的水錘效應。6. 占地少、投資回收期短新型的小區(qū)變頻

33、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，體積很小，整個系統(tǒng)占地就非常小，可以節(jié)省投資。另外不用水塔或天面水池、控制間不設(shè)專人管理、設(shè)備故障率極低等方面都實現(xiàn)了進一步減少投資，運行管理費低的特點，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，一般約2 年。2.4遠傳壓力表本系統(tǒng)采用YTT-150 型差動遠傳壓力表，此表適用于測量對鋼及銅合金不起腐蝕作用的液體、蒸汽和氣體等介質(zhì)的壓力。 因為在儀表內(nèi)部設(shè)置一滑線電阻式發(fā)送器，故可把被測值以電量值傳至遠離測量點的二次儀表上，以實現(xiàn)集中檢測和遠距離控制。此外，YTT-150型差動遠傳壓力表既可對所

34、測壓力作現(xiàn)場指示又能轉(zhuǎn)換為0-10mA?DC 或 4-20mA?DC, 標準電流信號輸出。2.4.1主要技術(shù)指標1. 精確度等級： 1.52. 發(fā)送器起始電阻值： 3 203. 發(fā)送器滿度電阻值： 3404004. 發(fā)送器接線端外加電壓不大于 6V5. 滑線電阻式發(fā)送器接線圖6. 使用環(huán)境條件： -40 60，相對濕度不大于 85%，且震動和被測（控）介質(zhì)的急劇脈7. 溫度影響：使用溫度偏離 205時，其溫度附加誤差不大于0.4%10。2.4.2結(jié)構(gòu)原理本儀表由一個彈簧管壓力表和一個滑線電阻式發(fā)送器等所組成。儀表機械部份的作用原理與一般彈簧管壓力表相同。由于電阻發(fā)送器系設(shè)置在齒輪傳動機構(gòu)上，

35、因此當齒輪傳動機構(gòu)中的扇形齒輪軸產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)時，電阻發(fā)送器的轉(zhuǎn)臂（電刷）也相應地得以偏轉(zhuǎn)，由于電刷在電阻器上滑行， 使得被測壓力值的變化變換為電阻值的變化， 而傳至二次儀表上，指示出一相應的讀數(shù)值。 同時，一次儀表也指示相應的壓力值。2.5系統(tǒng)控制流程設(shè)計2.5.1系統(tǒng)組成及作用恒壓變頻供水設(shè)備由變頻器、傳感器、低壓電氣控制柜和水泵等組成。通過變頻器和繼電器、接觸器控制水泵機組運行狀態(tài) ,實現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓變流量供水要求。設(shè)備運行時 ,壓力傳感器不斷將管網(wǎng)水壓信號變換成電信號送入 PLC,經(jīng)PLC運算處理后 ,獲得最佳控制參數(shù) ,通過變頻器和繼電控制元件自動調(diào)整水泵機組高效率地運行。 供水系統(tǒng)的監(jiān)控主

36、要包括水泵的自動啟?？刂?、 水位流量、壓力的測量與調(diào)節(jié)；使用水量、排水量的測量；污水處理設(shè)備運轉(zhuǎn)的監(jiān)視、控制；水質(zhì)檢測；節(jié)水程序控制；故障及異常狀況的記錄等?，F(xiàn)場監(jiān)控站內(nèi)的控制器按預先編制的軟件程序來滿足自動控制的要求， 即根據(jù)水箱和水池的高低水位信號來控制水泵的啟停及進水控制閥的開關(guān)， 并且進行溢水和枯水的預警等。結(jié)構(gòu)如圖一：2.5.2系統(tǒng)運行過程遠程壓力表監(jiān)測管網(wǎng)供水壓力，其輸出的模擬量傳遞到PLC，經(jīng)過PLC轉(zhuǎn)換后以模擬量輸出的形式傳給變頻器（壓力反饋），變頻器根據(jù)管網(wǎng)壓力的變化調(diào)整電機頻率。管網(wǎng)壓力當前值高于變頻器設(shè)定時，變頻器就會提高其頻率；當前值低于變頻器設(shè)定時，變頻器就會降低其頻

37、率。當變頻器的運行頻率達到50hz時，若此時管網(wǎng)壓力仍低，系統(tǒng)將自動啟動一臺工頻泵；當變頻器的運行頻率降到10hz時，若此時管網(wǎng)壓力仍高，系統(tǒng)將自動摘除一臺工頻泵。加泵、減泵時均需考慮30秒的延時，以免電機產(chǎn)生震蕩由于變頻器采用的是一拖四的多頻控制系統(tǒng)，四臺泵都有可能處于變頻的狀態(tài)。 假設(shè) 1號泵正處于變頻的狀態(tài)， 向 2號泵傳遞的工作流程如下：1先停止變頻器的工作；2關(guān)閉 1號泵的變頻接觸器3接通 2號泵的工頻接觸器4最后在接通變頻器變頻器控制原理圖在供水系統(tǒng)中， 4臺泵的運行狀態(tài)為一臺處于變頻而其他泵有可能處于工頻。所以，每臺泵的供電接觸器其上口電源均來自與變頻器輸出和電網(wǎng)的三相電源。供水

38、管網(wǎng)壓力進入PLC，經(jīng)處理和轉(zhuǎn)換后再由PLC以模擬量的方式輸出，將該輸出模擬量信號與變頻器的模擬量反饋信號連接，作為變頻器對管網(wǎng)壓力的檢測。同時，再將變頻器輸出的頻率信號接入 PLC，作為頻率的檢測和控制緣。變頻器中還有一些開關(guān)量的設(shè)置，如變頻器的啟?？刂疲ㄓ蒔LC輸出的數(shù)字點控制），多臺泵運行的連鎖控制（多臺泵的手自動轉(zhuǎn)換信號控制）等。在“變頻自動”運行方式下， 先利用變頻器啟動并運行一臺泵，同時系統(tǒng)檢測供水管網(wǎng)的實時壓力， 當供水管網(wǎng)壓力低于設(shè)定值時（外界用水量增加），系統(tǒng)完成變頻泵頻率的上調(diào)，當頻率到達50Hz時，管網(wǎng)壓力仍低則啟動第一臺工頻泵（由PLC采用星角啟動控制）。以此類推，順序

39、實現(xiàn)工頻泵的加入。 當供水管網(wǎng)壓力高于設(shè)定值時（外界用水量減少），系統(tǒng)完成變頻泵頻率的下調(diào)，當頻率到達10Hz時，管網(wǎng)壓力仍高則摘除一臺工頻泵（由PLC控制）。以此類推，順序?qū)崿F(xiàn)工頻泵的摘除。系統(tǒng)采用定時輪換工作制，其變頻的工作順序為1# 2# 3# 4#，當切換時，為了防止工頻電源和變頻輸出短路，必須先將變頻器關(guān)閉， 待外部將其接觸器連接好后再開啟變頻器。 工頻和變頻接觸器應有機械上的聯(lián)鎖。4臺泵手動控制系統(tǒng)當需要進行手動控制時（此時，只可以在工頻下運行），由于電動機的功率較大， 所以應對其進行降壓啟動。 降壓啟動的方式采用的是星角啟動控制。星角啟動過程全部由繼電邏輯控制完成， 為了防止主運

40、行接觸器與變頻控制接觸器一起上電， 本方案除了采用必要的互鎖外， 還對主接觸器和變頻接觸器選用了帶機械聯(lián)鎖控制。 從根本上杜絕了一起上電的可能性。四臺水泵沒有嚴格規(guī)定哪一臺是專門用于變頻， 而是采用了循環(huán)換泵運行的特點， 所以，其手動控制也是由四套完全獨立的控制電路組成。4臺泵自動控制系統(tǒng)供水泵的自動控制系統(tǒng)主要完成供水泵的工頻、變頻自動運行。其控制包括 14號泵的工頻、變頻接觸器、報警燈、報警器、變頻器啟?？刂频?。圖三 1號、 2號泵的手動星角啟動電路圖四 3號、 4號泵的手動星角啟動電路3 軟件設(shè)計3.1系統(tǒng)中檢測及控制開關(guān)IO 分配在控制系統(tǒng)中， 除各單元本身占用的 I0 外，整個控制系

41、統(tǒng)外部還有其他控制開關(guān)及指示輸出等， 如報警消除、變頻器起停指示等。接線情況見下圖在模擬量控制中， 模擬量模塊是由四路輸入和一路輸出組成， 四路輸入分別連接為 P1小區(qū)供水管網(wǎng)壓力（ 002CH中的低八位）、 P2市供水管網(wǎng)壓力（ 002CH中的高八位）、 F變頻器的當前頻率（ 003CH中的低八位）。一路輸出為 P11（12CH中的低八位， P11=P1）。一 路輸出為 P11（12CH中 的低 八 位，P11=P1）。3.2.1流程圖3.2.2程序設(shè)計：首先，對模擬量模塊進行參數(shù)的設(shè)定。在 PLC運行的第一個周期里，將數(shù)值 #C2F3送入 13CH。其中， #C2F3是對模擬量參數(shù)進行規(guī)定

42、后的代碼。處理002CH通道中的數(shù)值，利用常ON指令，將 002CH的內(nèi)容與數(shù)值 #00FF進行邏輯與操作， 目的是屏蔽高八位， 保留低八位。并將結(jié)果傳送到數(shù)據(jù)區(qū)DM210（ P1 當前值）中。處理 002CH通道中的數(shù)值，利用常ON指令，將 002CH的內(nèi)容與數(shù)值 #FF00 進行邏輯與操作，目的是屏蔽低八位，保留高八位。并將結(jié)果傳送到數(shù)據(jù)區(qū)DM220（P2 當前值）中。將 DM220中的高八位傳送到 DM230的低八位中，再將 DM230中的二進制數(shù)值轉(zhuǎn)換成 BCD嗎后傳送到 DM240中。處理003CH通道中的數(shù)值，利用常ON指令，將 003CH的內(nèi)容與數(shù)值 #00FF進行邏輯與操作，目

43、的是屏蔽高八位，保留低八位。并將結(jié)果傳送到數(shù)據(jù)區(qū) DM310（ F 當前值）中。處理003CH通道中的數(shù)值，利用常ON指令，將 003CH的內(nèi)容與數(shù)值 #FF00進行邏輯與操作，目的是屏蔽低八位，保留高八位。并將結(jié)果傳送到數(shù)據(jù)區(qū)DM320（備用）中。將 DM320中的高八位傳送到DM330的低八位中，再將 DM330中的二進制數(shù)值轉(zhuǎn)換成 BCD嗎后傳送到 DM340中。將 DM210的內(nèi)容傳送給 12CH通道，即將 P1 的內(nèi)容傳送給 P11，為變頻器提供管網(wǎng)壓力值。手動或電機過載的信號處理程序：當 1號泵手動自動轉(zhuǎn)換信號在手動位置或 1號泵電機過載時，輸出一個手動或故障標志。 當 2號泵手動

44、自動轉(zhuǎn)換信號在手動位置或 2號泵電機過載時，輸出一個手動或故障標志。KA1RF1ka1gKA2RF2Ka2g001001011011101101110110當 3 號泵手動自動轉(zhuǎn)換信號在手動位置或3 號泵電機過載時，輸出一個手動或故障標志。當 4 號泵手動自動轉(zhuǎn)換信號在手動位置或 4 號泵電機過載時，輸出一個手動或故障標志。KA1RF1ka1gKA2RF2Ka2g001001011011101101110110分別取 ka1g ka4g的上升沿操作并放置于中間標志35.01 35.04 中，分別將上升沿信號與變頻器控制信號進行與操作，即在供水泵處于變頻工作時， 改變頻泵換到手動控制或電機過載，

45、則視為變頻泵故障，該信號在后面用來關(guān)閉變頻器的運行。市供水壓力超低 （ T80經(jīng)延時后）、循環(huán)倒泵的上升沿 （ 35.07 ）、變頻泵故障的上升沿（ 35.09 ）、出現(xiàn)任意信號時，將輸出一個禁止變頻泵工作信號。經(jīng)過 2秒后解鎖。設(shè)定循環(huán)倒泵時間為 24小時，到達時間后輸出倒泵信號， 禁止變頻泵運行， 對變頻運行標志實施左移操作，將變頻運行權(quán)移交到下一臺泵上。 PLC第一次運行或變頻運行標志超界時，設(shè)定第一臺泵為變頻泵。在變頻狀態(tài)下時， 變頻泵處于自動運行且無過載現(xiàn)象， 同時市供水管網(wǎng)壓力正常、 無循環(huán)倒泵信號、 變頻泵無故障、變頻器無故障時，系統(tǒng)允許變頻器進入運行狀態(tài)。 當各聯(lián)鎖出現(xiàn)其中的某

46、一個時， 變頻器運行允許將進入停止狀態(tài)。 從而關(guān)閉變頻器的工作。 設(shè)定工頻加泵頻率的區(qū)間和摘泵的區(qū)間。 頻率設(shè)定在 #00F8 #00FF（大約在 48Hz 52Hz）時，為加工頻泵的上限頻率，頻率設(shè)定在 #0000 #0033 （大約在 0Hz 10Hz）時，為減工頻泵的下限頻率。用變頻器輸出頻率的當前值（ DM310）與 DM10至DM40數(shù)據(jù)區(qū)進行比較，并將對應的結(jié)果放到 039通道。當變頻器的頻率值低于 10Hz時，系統(tǒng)并不時立刻摘工頻泵， 而需要進行一定時間的延時， 摘泵的順序是先投入的工頻泵后摘， 而后投入的工頻泵則先摘。 下段程序是完成工頻泵在摘泵時的聯(lián)鎖控制， 即在出現(xiàn)摘泵條件

47、時， 應在規(guī)定的延時時限下方可操作， 避免在信號出現(xiàn)時連續(xù)摘泵現(xiàn)象的出現(xiàn)。1號泵變頻組合（ 1號泵變頻、 2號泵作為第一臺工頻、 3號泵作為第二臺工頻、 4號泵作為第三臺工頻）程序。 1號泵處于變頻狀態(tài)，當出現(xiàn)下列任意信號時， 1號泵退出變頻運行。注：手動或電機故障、禁止開泵標志、變頻器故障、市供水管網(wǎng)壓力低。 2號泵作為第一臺工頻泵必須在 1號泵變頻工作正常下有效，根據(jù)上限頻率和下限頻率來實施加泵和摘泵操作。注：當3號或 4號泵也在工頻運行時， 2號泵不可以退出工頻運行。3號泵作為第二臺工頻泵必須在2號泵工頻工作正常下有效， 根據(jù)上限頻率和下限頻率來實施加泵和摘泵操作。注：當 4號泵也在工頻運行時，3號泵不可以退出工頻運行。 當 2號泵處于手動或出現(xiàn)故障時，3號泵應替代 2號泵運行。4號泵作為第三臺工頻泵必須在 3號泵工頻工作正常下有效， 根據(jù)上限頻率和下限頻率來實施加泵和摘泵操作。 注：當 2號