恒壓供水系統(tǒng)

1、畢業(yè)答辯答辯人：指導(dǎo)老師：張軒黠李強(qiáng) 恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究背景研究方法研究結(jié)果問(wèn)題討論論文總結(jié)CONTENTS研究背景 隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)城市供水的質(zhì)量和穩(wěn)定有兩人越來(lái)越高的要求。許多老供水站系統(tǒng)配置相對(duì)落后。機(jī)組控制主要靠人員手工操作。而手動(dòng)控制無(wú)法保證供水管的壓力和水位變化，在用水高峰期常常出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象?！啊?23水塔，就是先用水泵把水抽到高處，然后利用水的壓力供水，和直接用水泵供水有了進(jìn)一步提高。但是這種方法把水經(jīng)過(guò)兩次輸送。輸送過(guò)程中不可避免的造成二次污染，影響居民健康。所以這種方法不可取。高位水箱采取這種方法不但達(dá)到了高層樓房用戶不因城市水管

2、壓力減小而用不到水的目標(biāo)，也盡量避免了水源的二次污染?？伤耐顿Y成本價(jià)高。居民負(fù)擔(dān)加重，所以不可取。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。這種靠氣壓供水方式具有占地面積大、投資高、水泵電機(jī)啟動(dòng)頻繁、耗電多、管網(wǎng)水壓不穩(wěn)、爆管現(xiàn)象頻繁、漏失嚴(yán)重等缺點(diǎn) 傳統(tǒng)方法 隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)、交流變頻調(diào)速技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能控制技術(shù)的迅速發(fā)展并日趨完善，變頻調(diào)速技術(shù)在供水領(lǐng)域得以運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，能夠極大地改善給水管網(wǎng)的供水環(huán)境。 所有這些現(xiàn)代自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，無(wú)疑為現(xiàn)代化高性能的生活供水提供了可能。利用PLC控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)開(kāi)發(fā)的全自動(dòng)恒供水系統(tǒng)

3、,管道內(nèi)水壓恒定,既可以滿足供水要求,避免出現(xiàn)供水事故,還可節(jié)約電能。論文總結(jié)研究方法恒壓供水原理 對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行控制，是為了滿足用戶對(duì)流量的需求。所以，流量是系統(tǒng)的基本控制對(duì)象。但是，流量的大小取決于揚(yáng)程，揚(yáng)程難以進(jìn)行具體測(cè)量和控制?？紤]到在動(dòng)態(tài)情況下，管道中水壓的大小與供水能力和用水需求之間的平衡關(guān)系有關(guān)： 供水能力QG用水需求QU，則壓力上升； 供水能力QG用水需求QU，則壓力下降； 供水能力QG=用水需求QU，則壓力不變。 可見(jiàn)，供水能力與用水需求之間的矛盾反映在流體壓力的變化上。因此，壓力可以用來(lái)作為控制流量大小的參變量。即保持供水系統(tǒng)中某處壓力的恒定，也就保證了該處的供水能力和用水

4、流量處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了用戶所需的用水流量。供水系統(tǒng)方案圖主電路圖壓力傳感器論文總結(jié)擴(kuò)散硅壓力傳感器原理及應(yīng)用工作原理被測(cè)介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測(cè)這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動(dòng)機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成。通常由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)來(lái)供水,并且把電機(jī)和水泵做成一體,通過(guò)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(shí)現(xiàn)恒壓供水的。因此,供水系統(tǒng)變頻的實(shí)質(zhì)是異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速是通過(guò)改變定子供電

5、頻率來(lái)改變同步轉(zhuǎn)速而實(shí)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：異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：其中n1為異步電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速n為異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速f是異步電機(jī)的定子電源頻率p為異步電機(jī)的極對(duì)數(shù)。從上式可知,當(dāng)極對(duì)數(shù)p不變時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與定子電源頻率f城正比,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 系統(tǒng)工作時(shí)，每臺(tái)水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動(dòng)狀態(tài)、變頻器拖動(dòng)調(diào)速狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài).系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開(kāi)始運(yùn)行，第一臺(tái)水泵M1，啟動(dòng)且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時(shí)，

6、轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間M1處在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài).當(dāng)用水量增加水壓減小時(shí)，通過(guò)壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個(gè)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速;反之用水量減少水壓增加時(shí)，水泵按設(shè)定的速率減速到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速.當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻時(shí)，水壓仍低于設(shè)定值，由PLC控制切換至工頻后恒速運(yùn)行;同時(shí)，使第二臺(tái)水泵M2投入變頻器并變速運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，每當(dāng)加速運(yùn)行的變頻器輸出頻率達(dá)到工頻時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，并有新的水泵投人并聯(lián)運(yùn)行.當(dāng)最后一臺(tái)水泵M3投人運(yùn)行，變頻器輸出頻率達(dá)到工頻，壓力仍未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出故障報(bào)警. 降壓控制：當(dāng)

7、用水量下降水壓升高，變頻器輸出頻率降至起動(dòng)頻率時(shí)，水壓仍高于設(shè)定值，系統(tǒng)將工頻運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的一臺(tái)水泵關(guān)掉，恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達(dá)到設(shè)定值.當(dāng)用水量繼續(xù)下降，每當(dāng)減速運(yùn)行的變頻器輸出頻率降至起動(dòng)頻率時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下最后一臺(tái)變頻泵運(yùn)行為止。 水泵參數(shù) 采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器(PLC)構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)整泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)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(biāo)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(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入經(jīng)運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動(dòng)機(jī)的

8、投運(yùn)臺(tái)數(shù)和運(yùn)行變量泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。恒壓供水就是利用PID或PI功能實(shí)現(xiàn)的工業(yè)過(guò)程的閉環(huán)控制。即將壓力控制點(diǎn)測(cè)的壓力信號(hào)(420mA)直接輸入到變頻器中，由變頻器將其與用戶設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，并通過(guò)變頻器內(nèi)置PID運(yùn)算將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號(hào)調(diào)整水泵電機(jī)的電源頻率，從而實(shí)現(xiàn)控制水泵轉(zhuǎn)速。恒壓供水泵站一般需要設(shè)多臺(tái)水泵及電機(jī)，這比設(shè)單臺(tái)水泵電機(jī)節(jié)能而可靠。配單臺(tái)電機(jī)及水泵時(shí)，它們的功率必須足夠大，在用水量少時(shí)來(lái)開(kāi)一臺(tái)大電機(jī)肯定是浪費(fèi)的，電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水量則相應(yīng)的會(huì)不足。而且水泵與電機(jī)維修的時(shí)候，備用泵是必要的。而恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓的

9、恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化的，那么這就是要用變頻器為水泵電機(jī)供電。在此這里有兩種配置方案，一種是為每一臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)相應(yīng)的變頻器，從解決問(wèn)題方案這個(gè)比較簡(jiǎn)單和方便，電機(jī)與變頻器間不須切換，但是從經(jīng)費(fèi)的角度來(lái)看的話這樣比較昂貴。另一種方案則是數(shù)臺(tái)電機(jī)配一臺(tái)變頻器，變頻器與電機(jī)間可以切換的，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，其余的水泵工頻運(yùn)行，以滿足不同的水量需求。 S7-300系列PLC簡(jiǎn)介 S7-300屬于模塊式PLC，主要由機(jī)架、CPU 模塊、信號(hào)模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成。 PLC 采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式。OB1 是用于循環(huán)處理的組織塊

10、（主程序），它可以調(diào)用別的邏輯塊，或被中斷程序（組織塊）中斷。在起動(dòng)完成后，不斷地循環(huán)調(diào)用OB1，在OB1 中可以調(diào)用其它邏輯塊(FB, SFB, FC 或SFC)。循環(huán)程序處理過(guò)程可以被某些事件中斷。在循環(huán)程序處理過(guò)程中，CPU 并不直接訪問(wèn)I/O 模塊中的輸入地址區(qū)和輸出地址區(qū)，而是訪問(wèn)CPU 內(nèi)部的輸入/輸出過(guò)程映像區(qū)。批量輸入、批量輸出。 S7-300PLC是模塊式的PLC，本設(shè)計(jì)主要用得的有以下部分： （1）中央處理單元（CPU）各種CPU有不同的性能，例如有的CPU集成有數(shù)字量和模擬量輸入/輸出點(diǎn)，有的CPU集成有PROFIBUS-DP等通信接口。CPU前面板上有狀態(tài)故障指示燈、模

11、式開(kāi)關(guān)、24V電源端子、電池盒與存儲(chǔ)器模塊盒。（3）信號(hào)模塊（SM）信號(hào)模塊是數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊的總稱，它們使不同的過(guò)程信號(hào)電壓或電流與PLC內(nèi)部的電信號(hào)電平匹配。信號(hào)模塊主要有數(shù)字量輸入模塊SM321和數(shù)字量輸出模塊SM322，模擬量輸入模塊SM331和模擬量輸出模塊SM332。模擬量輸入模塊可以輸入熱電阻、熱電偶、DC420mA和DC010V等多種不同類型和不同量程的模擬信號(hào)。每個(gè)模塊上有一個(gè)背板總線連接器，現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程連接到前連接起的端子上。本設(shè)計(jì)主要用到的是模擬量輸入模塊SM331和模擬量輸出模塊SM332。（4）功能模塊（FM）功能模塊主要用于對(duì)實(shí)時(shí)性和存儲(chǔ)容量要求高的控制任務(wù)，例如計(jì)數(shù)器模塊、快速/慢速進(jìn)給驅(qū)動(dòng)位置控制模塊、電子凸輪控制器模塊、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定位模塊、伺服電動(dòng)機(jī)定位模塊、定位和連續(xù)路徑控制模塊、閉環(huán)控制模塊、工業(yè)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的接口模塊、稱重模塊、位置輸入模塊、超聲波位置解碼器等。恒壓供水的優(yōu)點(diǎn)1. 節(jié)能，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)電20%-40%，能實(shí)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(dòng)化程度