畢業(yè)設計論文基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)設計

1、1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，變頻調速技術在各個領域得到了廣泛的應用。變頻調速技術在各個領域得到了廣泛的應用。變頻調速恒壓供水設備以其節(jié)能、安全、高品質的供水質量等優(yōu)點，使我國供水行業(yè)的技術裝備水平從90年代初開始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機無級調速，依據(jù)用水量的變化自動調節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量的變化自動調節(jié)系統(tǒng)

2、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。充分利用變頻器內置的各種功能，對合理設計變頻調速恒壓供水設備，降低成本，保證產(chǎn)品質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，不論是設備的投資，運行的經(jīng)濟性，還是系統(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。恒壓供水調速系統(tǒng)的這些優(yōu)越性，引起國內幾乎所有供水設備廠家的高度重視，并不斷投入開發(fā)、生產(chǎn)這一高新技術產(chǎn)品。目前該產(chǎn)品正向著高可靠性、全數(shù)

3、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備適應城鎮(zhèn)建設成片開發(fā)智能樓宇、網(wǎng)絡供水調度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢。在短短的幾年內，調速恒壓供水系統(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)設計簡易可靠，但由于單泵電機深度調速造成水泵、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，被實際證明是最優(yōu)的系統(tǒng)設計，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

4、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。2.由于水箱內微生物、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)來調節(jié)，但這種調節(jié)方式

5、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、節(jié)流孔板等來調節(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.中央空調系統(tǒng)。4.自

6、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。1.2.4恒壓供水技術實現(xiàn)：通過安裝在管網(wǎng)上的壓力傳感器，把水壓轉換成420ma的模擬信號，通過變頻器內置的pid控制器，來改變電動水泵轉速。當用戶用水量增大，管網(wǎng)壓力低于設定壓力時，變頻調速的輸出頻率將增大，水泵轉速提高，供水量加大，當達到設定壓力時，電動水泵的轉速不在變化，使管網(wǎng)壓力恒定在設定壓力上；反之亦然。目前交流電機變頻調速技術是一項業(yè)已廣泛應用的節(jié)能技術。由于電子技術的飛速發(fā)展，變頻器的性能有了極大提高，它可以實現(xiàn)控制設備軟啟軟停，不僅可以降低設備故障率，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

7、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整加上出口閥開度調節(jié)供水的水量水壓，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。變頻調速技術在給水泵站上應用，成功地解決了能耗和污染的兩大難題。2系統(tǒng)總體設計方案21系統(tǒng)設計方案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：采用電動機調速裝置與可編程控制器(plc)構成控制

8、系統(tǒng)，進行優(yōu)化控制泵組的調速運行，并自動調整泵組的運行臺數(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轉速，從而達到給水總管壓力穩(wěn)定在設定的壓力值上。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之間存在著如下關系：p=kq2；式中k一為系數(shù)設pl為壓力最不利點所需的最低壓力，則泵站

9、出口總管壓力p應按下式關系供水，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)的設定壓力應該根據(jù)流量的變化而不斷修正設定值，這種恒壓供水技術稱為變量恒壓供水，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。典型的自動恒壓供水系統(tǒng)的結構框圖如圖所示；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、流量傳感器，實時將壓力、流量非電量信號轉換為電信號，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

10、率設定值，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)，其轉速逐漸升高，當供水量q<1/3qmax時(qmax為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節(jié)1#泵的運行轉速，以保證所需的供水壓力。當用水量q在13qmax<q<23qmax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#泵的運行轉速由用

11、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23qmax<q<qmax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。2.1.4系統(tǒng)方案目前，住宅小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)設計方案主要采用“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?！耙煌蟦”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

12、水系統(tǒng)啟動平穩(wěn)，對電網(wǎng)沖擊小，降低水泵平均轉速，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。1.“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(一般設定為

13、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)。如此循環(huán)不已。其他的“一拖n”程序控制，依此類推。（2）設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)連鎖在電路設計和plc(可編程

14、控制器)程序設計中，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置水泵啟動順序:可設置成1#水泵先啟動，也可設置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

15、頻器或plc帶有pid調節(jié)器pid(比例-積分-微分)調節(jié)器的積分環(huán)節(jié)i(即積分時間)調整應合理:時間太短，則系統(tǒng)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。2.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)技術人員編制并現(xiàn)場調試plc程序，安裝調試費工、費時，設備投資也較大。（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，調試方便，功能齊全，產(chǎn)品價格也與“變頻器

16、+plc”接近。2.2可編程控制器(plc)的特點及選型2.2.1 plc特點及應用可編程控制器（programmablelogiccontroller）是計算機技術與自動化控制技術相結合而開發(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，在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，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備或生產(chǎn)過程。隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發(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、

17、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過程，并且編程簡單，同時采用了模塊化結構設計，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)控制的各個領域，成為當今自動化電氣控制的主流。2.3.2可編程控制器的選型1.本設計的主要控制過程是利用可編程控制器的a/d,d/a模塊和可編程控制器內置的pid模塊來控制水泵電機的切換從而調節(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，關鍵是要用到plc的高級控制單元，主要包括a/d、d/a單元和pid模塊等?，F(xiàn)代大中型的plc

18、一般都配備了專門的a/d和d/a轉換模塊，可以將現(xiàn)場需要控制的模擬量通過a/d模塊轉換為數(shù)字量，經(jīng)微處理器運算處理后，再通過d/a模塊轉換，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-a和模擬量控制模塊cpm1a-mad01。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整時間。帶高速掃描和高速中斷的高速處理?？煞奖愕嘏comron的pt相連接，為機器操作提供一個可視化界面。小機殼內匯集了先進的功能和優(yōu)異的表現(xiàn)。為食品包裝

19、行業(yè)，傳送設備和緊湊型設備的制造商提供更優(yōu)越的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?？蛇M行分散控制和模擬量控制。3.價格低廉cpm2a的價值在于它具有非常卓越的性能價格比。4.緊湊型設計能安裝在任何地方機器設備的小型化對安裝在控制板或機器內的plc也提出了節(jié)省空間的要求。plc規(guī)格介紹項目40點cpu單元電源電壓交流電源ac100240v，50/60hz直流電源dc24v允許電源電壓交流電源ac85264v直流電源dc20.4v26.4v消耗電力交流電源60va以下直流電源20w以下浪涌電流交流電源60a以下直流電源20a以下外部供給電源（僅交流型號）供電電壓24vdc供輸

20、出容量300ma絕緣阻抗20m以上（dc500v）外部電源ac端子與所有端子之間耐壓ac2300v，50/60hz，1分鐘,外部電源ac端子和所有端子之間，漏電六：10ma以下抗干擾性抗干擾性：1500vp-p:脈沖寬度：0.11s;上升延1ns(通過模擬干擾）抗振抗振：1057hz;振幅0.075mm;57150hz,加速度9.8m/s2,在x,y,z方向各80分鐘（每次振動8分鐘×實驗次數(shù)10次=合計80分鐘）耐沖擊147m/s2,在x,y,z方向各3次環(huán)境溫度使用：055保存：-2075環(huán)境濕度10%90%（不結露）氣體環(huán)境無腐蝕性氣體端子螺絲尺寸m3電源保持交流電源：最小10

21、ma直流電源：最小2mscpu單元重量交流形式800g以下直流形式700g以下擴展i/o單元重量20點單元：300g以下8點輸入單元：250g以下8點輸出單元：200g以下模擬量i/o單元：200g以下compobus/si/o鏈接單元：200g以下項目規(guī)格控制方式存儲程序方法i/o控制方式循環(huán)掃描直接輸出(通過iorf(97)即時刷新處理)編程語言梯形圖指令長度1步/1指令,15字/1指令指令基本指令:14種特殊指令:105種,185條執(zhí)行時間基本指令:0.64s(ld指令）特殊指令:7.8s(mov指令）程序容量4096字最大i/o點數(shù)cpu單元40點帶擴展i/o單元最大100點輸入位ir

22、00000ir00915(不使用的輸入位可用作工作位)輸出位ir00000ir01915(不使用的輸出位可用作工作位)工作位928位:ir02000ir04915和ir200000ir22715(ir200227ch)特殊位(sr區(qū))448位:sr22800sr25515(ir228225ch)暫存位(tr區(qū))8位:(tr0tr7)保持位(hr區(qū))320位:hr0000hr1915(hr0019ch)輔助位(ar區(qū))384位:hr0000hr2315(ar0023ch)鏈接位(lr區(qū))256位:hr0000hr1515(hr0015ch)定時器/計數(shù)器256位定時器/計數(shù)器(tim/cnt00

23、0cnt255)1ms定時期：tmhh（）10ms定時期：tmhh（15）100ms定時期：tim1s/10s定時期：timl（）減法記數(shù)：cnt可逆記數(shù)：cnt（12）數(shù)據(jù)內存讀寫：2048字（dm0000dm2047）只讀：456字（dm6144dm6599）pc設定：56字（dm6600dm6655）出錯標志存儲于dm2000dm2021基本中斷中斷處理外部中斷：4（分為外部中斷輸入（計數(shù)模式）和快速響應輸入）內部定時器中斷1（單觸發(fā)模式或定時中斷模式）高速計數(shù)器高速計數(shù)器一個高速計數(shù)器：20khz單相或5khz雙相（線性計數(shù)模式）計數(shù)器中斷：1（設定值比較或設定值范圍比較）中斷輸入(計

24、數(shù)器模式)4點輸入（分為外接中斷輸入（計數(shù)器模式）和快速響應輸入）計數(shù)器中斷：4（分為外部中斷輸入和快速響應輸入）脈沖輸出2點沒有加速/減速，每個1010khz，并且沒有方向控制1點帶有波形加速/減速，每個1010khz，并且有方向控制2點帶有pwm（-）的可調脈寬比（僅晶體管輸出型具有此功能，繼電器輸出型無該功能）同步脈沖控制1點：可通過合并高速計數(shù)器和脈沖輸出并將輸入脈沖的頻率乘以一個特殊的系數(shù)，得到一個輸出脈沖/（僅晶體管輸出型具有此功能，繼電器輸出型無該功能）快速響應輸入4點（最小輸入脈沖寬幅0.05ms)模擬控制2點，設定范圍（0200）輸入時間常數(shù)可為所有輸入點數(shù)進行設定(1ms,

25、2ms,3ms,5ms,10ms,20ms,40ms,80ms,默認設置10ms)時鐘功能顯示年，月，日，星期，小時，分鐘和秒（電池后備）通信功能內置外設端口：支持上位鏈接，外設總線，無協(xié)議鏈結和編程器連接。內置rs-232c端口:支持上位鏈接，無協(xié)議鏈接，1：1nt鏈接。擴展單元所附帶的功能模擬量i/o單元：提供2路模擬量輸入，1路模擬量輸出。compobus/si/o鏈接單元：作為一個compobus/s從單元提供8點輸入和8點輸出。斷電保持功能斷電時，ar區(qū)域，程序內容，cnt,讀寫dm區(qū)域中的內容能保存存儲器后備快閃存儲器，用戶程序，只讀dm區(qū)和pc設置，電池后備，讀/寫dm區(qū)，hr區(qū)

26、，ar區(qū)和記數(shù)器值由電池提供后備（電池壽命約為5年）自我診斷功能cpu異常（watchdogtimer),i/o總線異常，存儲器異常，電池異常程序檢查在運轉開始時檢查無end指令和程序錯誤23變頻器選型及特點變頻調速恒壓供水設備以其節(jié)能、安全、高品質的供水質量等優(yōu)點，使我國供水行業(yè)的技術裝備水平從90年代初開始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機無級調速，依據(jù)用水量的變化自動調節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量的變化自動調節(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

27、內，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度,acs400預置了九種應用宏.主電源：230500v50/60hz控制電源：115230v.在勵磁部分中采用了最新的igbt控制技術，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擁有多種調試工具。在調試向導的引導下進行參數(shù)設定，加上全部的自優(yōu)化調試過程，dcs400的典型調試時間為15分鐘。2.3.2 變頻節(jié)能理論：1.交流電機變頻調速原理：交流電機轉速特性：

28、n=60f(1-s)/p，其中n為電機轉速，f為交流電頻率，s為轉差率，p為極對數(shù)。電機選定之后s、p則為定值，電機轉速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。流量與轉速成正比：轉矩與轉速的平方成正比：功率與轉速的三次方成正比：而且變頻調速自身的能量損耗極低，在各種轉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速技術供水時，系統(tǒng)中流量變化與功率的關系：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系：閥（0.4+0.6）額其中，為功率為轉速

29、為流量例如設定當前流量為水泵額定流量的，則采用變頻調速時變額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1/6-1/8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，解決小流量甚至零流量供水時大量電能的浪費問

30、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調節(jié)器、變頻器（主泵+休眠泵）、管網(wǎng)組成。工作流程是利用設置在管網(wǎng)上的壓力傳感器將管網(wǎng)系統(tǒng)內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調節(jié)器，pid調節(jié)器對比設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。這個目的的實現(xiàn)關鍵就在于壓力控制參數(shù)的選取，通常管網(wǎng)壓力

31、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)閔b，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)壓力自控系統(tǒng)，使得水泵的轉速與pid調節(jié)器設定壓力相匹配，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

32、）、變頻器在投入運行后的調試是保證系統(tǒng)達到最佳運行狀態(tài)的必要手段。變頻器根據(jù)負載的轉動慣量的大小，在啟動和停止電機時所需的時間不相同，設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；設定時間過長會導致變頻器在調速運行時使系統(tǒng)變得調節(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置過長，它所帶來的問題很容易被設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)所驅動的負載性質不同，測試出負載的允許最短加減速時間，進行設定。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

33、系統(tǒng)的優(yōu)點相對與傳統(tǒng)的加壓供水方式，變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點突出的體現(xiàn)在以下幾個方面：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

34、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、密碼設定等功能，功能完善，全自動控制，自動運行，泵房不設崗位，只需派人定期檢查、保養(yǎng)。5.延長設備壽命、保護電網(wǎng)穩(wěn)定使用變頻器后，機泵的轉速不再是長期維持額定轉速運行，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

35、常小，可以節(jié)省投資。另外不用水塔或天面水池、控制間不設專人管理、設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、蒸汽和氣體等介質的壓力。因為在儀表內部設置一滑線電阻式發(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測壓力作現(xiàn)場指示又能轉換 為0-10madc或 4-20madc,標準電流信號輸出。2.4.1 主要技

36、術指標1.精確度等級：1.5 2.發(fā)送器起始電阻值：320 3.發(fā)送器滿度電阻值：340400 4.發(fā)送器接線端外加電壓不大于6v 5.滑線電阻式發(fā)送器接線圖6.使用環(huán)境條件：-4060，相對濕度不大于85%，且震動和被測（控）介質的急劇脈 7.溫度影響：使用溫度偏離20±5時，其溫度附加誤差不大于0.4%/10。 8.重量：1.2kg2.4.2結構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)送器系設置在齒輪傳動機構上，因此當齒輪傳動機構中的扇形齒輪軸產(chǎn)生偏轉時，電阻發(fā)送器的轉臂（電刷）也相應地得以偏轉，由于電刷

37、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)控制流程設計2.5.1系統(tǒng)組成及作用恒壓變量供水設備由變頻器、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微機,經(jīng)微機運算處理后,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停控制、水位流量、壓力的測量與調節(jié)；使用水量、排水量的測量；污水處理設備運轉的監(jiān)視、控制；水質檢

38、測；節(jié)水程序控制；故障及異常狀況的記錄等。現(xiàn)場監(jiān)控站內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，并且進行溢水和枯水的預警等。結構如圖一：plc低壓電氣控制柜變頻器124314號水泵傳感器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)壓力的變化調整電機頻率。管網(wǎng)壓力當前值高于變頻器設定時，變頻器就會提高其頻率；當前值低于變頻器設定時，變頻器就會降低其頻率。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

39、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。供水管網(wǎng)壓力進入plc，經(jīng)處理和轉換后再由plc以模擬量的方式輸出，將該輸出模擬量

40、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量的設置，如變頻器的啟?？刂疲ㄓ蓀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)壓力低于設定值時（外界用水量增加），系統(tǒng)完成變頻泵頻率的上調，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，順序實現(xiàn)工頻泵的加入。當供水管網(wǎng)壓力高于設定值時（外界用水量減少），系統(tǒng)完成變頻泵頻

41、率的下調，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，順序實現(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

42、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 軟件設計3.1 系統(tǒng)中檢測及控制開關i/0分配在控制系統(tǒng)中，除各單元本身占用的i/0外，整個控制系統(tǒng)外部還有其他控制開關及指示輸出等，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

43、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 i/o地址及標志位分配表如下：電氣符號類型plc地址說明yxbpbool35.1循環(huán)變頻器標志yhdbbool35.07循環(huán)倒泵yxbpoutbool10變頻器起停指示燈swdbool30.01低水壓報警指示燈sbgzbool30.05水泵故障標志rf4bool0.074號水泵過載rf3bool0.063號水

44、泵過載rf2bool0.052號水泵過載rf1bool0.041號水泵過載pysbool30.04變頻器運行標志 pqgzbool30.15變頻器故障pbgzbool35.09變頻泵故障p_sec_minuint_bcdar18秒(00-07)&分(08-15)p_onbool253.13常通標志p_offbool253.14常斷標志p_nbool254.02負數(shù)(n)標志p_month_yearuint_bcdar20月(00-07) &年(08-15)p_max_cycle_timeuint_bcdar14最大循環(huán)次數(shù)p_ltbool255.07小于(lt)標志p_hour

45、_dateuint_bcdar19小時(00-07)日期(&d)(08-15)p_gtbool255.05大于(gt)標志p_first_cyclebool253.15第一次循環(huán)標志p_erbool255.03指令執(zhí)行錯誤(er)標志p_eqbool255.06等于(eq)標志p_cycle_time_valueuint_bcdar15當前掃描時間p_cycle_time_errorboolar13.05循環(huán)時間錯誤標志p_cybool255.04進位(cy)標志p_1sbool255.021.0秒時鐘脈沖位p_1minbool2541分鐘時鐘脈沖位p_0_2sbool255.010.

46、2秒時鐘脈沖位p_0_1sbool2550.1秒時鐘脈沖位p_0_02sbool254.010.02秒時鐘脈沖位p2bool220城市供水網(wǎng)壓力p1bool210小區(qū)供水網(wǎng)壓力ls4bool33.084號泵摘泵延時標志ls3bool33.073號泵摘泵延時標志ls2bool33.062號泵摘泵延時標志ls1bool33.051號泵摘泵延時標志km9bool113號水泵工頻運行km8bool10.072號水泵變頻運行km5bool10.062號水泵工頻運行km4bool10.051號水泵變頻運行km16bool11.034號水泵變頻運行km13bool11.024號水泵工頻運行km12bool1

47、1.013號水泵變頻運行km1bool10.041號水泵工頻運行kaplbool37.01供水低水壓報警kapbool0.11低水壓報警ka4gbool35.044號泵故障標志ka43bool33.094號水泵作為3號泵第1工頻運行標志ka42bool33.063號水泵作為2號泵第2工頻運行標志ka41bool33.084號水泵作為1號泵第3工頻運行標志ka4bool0.034號水泵手/自轉換ka3gbool35.033號泵故障標志ka34bool33.133號水泵作為4號泵第3工頻運行標志ka32bool33.053號水泵作為2號泵第1工頻運行標志ka31bool33.033號水泵作為1號泵

48、第2工頻運行標志ka3bool0.023號水泵手/自轉換ka2gbool35.022號泵故障標志ka24bool33.132號水泵作為4號泵第2工頻運行標志ka23bool33.12號水泵作為3號泵第3工頻運行標志ka21bool33.022號水泵作為1號泵第1工頻運行標志ka2bool0.022號水泵手/自轉換ka1gbool35.011號泵故障標志ka14bool33.121號水泵作為4號泵第1工頻運行標志ka13bool33.111號水泵作為3號泵第2工頻運行標志ka12bool33.071號水泵作為2號泵第3工頻運行標志ka1bool01號水泵手/自轉換jzkbbool35.05禁止開

49、泵inkm8bool1.012號水泵變頻運行inkm6bool0.092號水泵工頻運行inkm4bool11號水泵變頻運行inkm2bool0.081號水泵工頻運行inkm16bool1.034號水泵變頻運行inkm14bool1.054號水泵工頻運行inkm12bool1.023號水泵變頻運行inkm10bool1.043號水泵工頻運行fminbool39.14頻率下限fmaxbool39.13頻率上限bpyxbool30.04變頻運行標志位bpqtbool10變頻器起?？刂芺pb4bool36.044號泵變頻工作標志bpb3bool36.033號泵變頻工作標志 bpb2bool36.022

50、號泵變頻工作標志 bpb1bool36.011號泵變頻工作標志 bjxbool0.1報警消除bjqbool30.14報警器標志位bjqbool10.03系統(tǒng)故障報警蜂鳴器bjdbool10.02系統(tǒng)故障報警指示燈bjdbool30.12報警指示燈標志3.3 流程圖升頻控制第n臺泵水壓設定值小于k=n頻率50hz延 時yyn第n臺泵切換為市電運行第n1臺泵軟啟動n=n+1降頻控制第n臺泵頻率10hzn延 時水壓>設定值第k-1臺泵切換為市電運行k=k-1n大于3.4 程序設計：首先，對模擬量模塊進行參數(shù)的設定。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

51、擬量參數(shù)進行規(guī)定后的代碼。 處理002ch通道中的數(shù)值，利用常on指令，將002ch的內容與數(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的內容與數(shù)值#00ff進行邏輯與操作，目的是屏蔽高八

52、位，保留低八位。并將結果傳送到數(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)值轉換成bcd嗎后傳送到dm340中。 將dm210的內容傳送給12ch通道，即將p1的內容傳送給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/自動轉換信號在手動位置或2號泵電機

53、過載時，輸出一個手動或故障標志。 ka1rf1ka1gka2rf2ka2g001001011011101101110110當3號泵手動/自動轉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ka1gka4g的上升沿操作并放置于中間標志35.0135.04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，則視為變頻泵故障，該信號在后面用來關閉變頻器的運行。

54、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)其中的某一個時，變頻器運行允許將進入停止狀態(tài)。從而關閉變頻器的工作。設定工頻加泵頻率的區(qū)間和摘泵的區(qū)間。頻率設定在#00f8#00ff（大約在48hz52hz）時，為加工頻泵的上限頻率，頻率設定在#0000#0033（大約在0hz10hz）時，為減工