雙恒壓無(wú)塔供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、.電氣專業(yè)高級(jí)工畢業(yè)課題設(shè)計(jì)說(shuō)明書電氣系高級(jí)工畢業(yè)課題設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書課題名稱 雙恒壓無(wú)塔供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 寧波技師學(xué)院電氣技術(shù)系 二 零 一 四 年 二 月目 錄1前言41.1雙恒壓供水的目的和意義41.2消防、生活供水的特點(diǎn)41.3消防、生活供水的實(shí)現(xiàn)51.4論文的主要工作71.5本章小結(jié)72變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)理論分析82.1序言82.2工藝調(diào)節(jié)過(guò)程簡(jiǎn)介82.3變頻調(diào)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)82.4節(jié)能分析132.5小結(jié)153總體方案設(shè)計(jì)173.1系統(tǒng)總述173.2壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略173.3壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成183.4總體設(shè)計(jì)框架193.5本章小結(jié)21

2、4硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)224.1設(shè)備選擇224.2外部電路設(shè)計(jì)294.3控制電路設(shè)計(jì)304.4 變頻器參數(shù)設(shè)定324.5本章小結(jié)345軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)355.1 泵站軟件的設(shè)計(jì)分析445.2程序結(jié)構(gòu)355.3程序功能實(shí)現(xiàn)355.4 控制程序設(shè)計(jì)385.5 本章小結(jié)396系統(tǒng)調(diào)試406.1變頻器調(diào)試406.2 PLC的調(diào)試426.3本章小結(jié)43結(jié)論471前言傳統(tǒng)的生活及生產(chǎn)供水的方法是通過(guò)建造水塔維持水壓。但是，建造水塔需要花費(fèi)財(cái)力，水塔還會(huì)造成水的二次污染。那么，可不可以不借助水塔來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水呢？當(dāng)然可以，但是要解決水壓隨用水量的大小變化的問(wèn)題，通常的辦法是:用水量大時(shí)，增加水泵數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度

3、以保持管網(wǎng)中的水壓不變，用水量小時(shí)又需做出相反的調(diào)節(jié)。這就是恒壓供水的基本思路。交流變頻器的誕生和PLC的運(yùn)用為水泵轉(zhuǎn)速的平滑性連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。1. 1雙恒壓供水系統(tǒng)的目的和意義 變頻調(diào)速雙恒壓系統(tǒng)，是現(xiàn)今社會(huì)供水的一個(gè)新興的課題。首先，它把傳統(tǒng)的消防、生活兩套供水系統(tǒng)綜合在一個(gè)系統(tǒng)中，通過(guò)特殊的方法，兼顧生活、消防各自供水的特點(diǎn)和差異性，既能保證正常情況下高質(zhì)量生活供水，又能保證消防狀態(tài)下可靠的消防水源。其次，雙恒壓供水系統(tǒng)，能根據(jù)不同的季節(jié)，不同的供水時(shí)段，以及各種意外的情況作出反應(yīng)，保證系統(tǒng)管網(wǎng)的恒壓，減少供水欠壓和過(guò)壓兩種不合理現(xiàn)象。改變了傳統(tǒng)的恒速泵，或水塔、水箱供水方式的缺點(diǎn);

4、也避免了像水塔或水箱二次污染的可能，使設(shè)備和系統(tǒng)平穩(wěn)和可靠，同時(shí)節(jié)能顯著。此外，構(gòu)造這樣一個(gè)控制系統(tǒng)可減小占地面積，降低一次性投資，系統(tǒng)安全可靠，維修管理方便。 本論文就如何構(gòu)筑這樣一個(gè)系統(tǒng)提出了一套較完備的方案，對(duì)此方案的實(shí)際運(yùn)用，做了較深入的理論探討，并結(jié)合工作實(shí)際，做了一套切實(shí)可行的系統(tǒng)。1. 2消防、生活供水的特點(diǎn) 傳統(tǒng)的消防、生活供水方式是分別獨(dú)立的兩套系統(tǒng)，這樣既不經(jīng)濟(jì)又不合理，而且在真正發(fā)生火災(zāi)時(shí)，系統(tǒng)的可靠性使人置疑，并且人為地增加投資成本和運(yùn)行費(fèi)用。 合理選擇給水系統(tǒng)對(duì)住宅給排水的設(shè)計(jì)尤為重要。中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)居住小區(qū)給排水設(shè)計(jì)規(guī)范(CECS57:94)中明確規(guī)定:

5、多層建筑居住小區(qū)，應(yīng)采用生活消防共用的給水系統(tǒng)。同樣，對(duì)于多層住宅建筑內(nèi)的生活給水與室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)的共用，則有利于給水系統(tǒng)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)化多層住宅建筑的生活、消防給水系統(tǒng)的設(shè)置目的和運(yùn)行方式不同。消防用水必備但不常用，是應(yīng)急使用系統(tǒng)，力求簡(jiǎn)單，應(yīng)盡可能減少設(shè)備:生產(chǎn)(生活)用水是常用系統(tǒng)，但所需水量時(shí)大時(shí)小。如合理地采用加壓供水系統(tǒng)，并使消防、生活供水系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，則不僅可以大大減少不必要的投資，而且能省去日常的維護(hù)費(fèi)用1.3生活、消防供水的實(shí)現(xiàn) 給水系統(tǒng)由三臺(tái)工頻水泵和一套變頻控制系統(tǒng)組成，工頻泵組各根據(jù)負(fù)荷情況選定不同臺(tái)數(shù)的水泵及電機(jī)。三臺(tái)泵輪流備用。這樣就避免了長(zhǎng)期不使用水泵，發(fā)生水

6、泵銹死的現(xiàn)象。 平時(shí)生活用水由一臺(tái)泵組供給，工作在低壓狀態(tài)下，保證給水管網(wǎng)末端用戶所需要的水壓和水量，同時(shí)保持消防管網(wǎng)的一定水壓和水量。保證了水質(zhì)的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和水量的穩(wěn)定性。火災(zāi)時(shí)，根據(jù)消火栓的緊急按鈕指令或消防指令信號(hào)啟動(dòng)(手動(dòng)或自動(dòng))消防供水系統(tǒng)，三臺(tái)泵啟動(dòng)加頻工作保證消防管網(wǎng)消防所需要的水壓和水量。但為使此供水系統(tǒng)安全可靠，此供水系統(tǒng)要求有獨(dú)立的供電電源或獨(dú)立的供電回路，保證泵房給水的安全可靠，以保證火災(zāi)區(qū)斷電不斷水，同時(shí)該系統(tǒng)應(yīng)該用雙路自動(dòng)切換電源，以確保消防水泵的用電可靠安全。 變頻調(diào)速恒壓供水用于高層建筑群和住宅小區(qū)，可節(jié)約設(shè)備投資，而且集中管理維護(hù)較為方便，既可靠又經(jīng)濟(jì)。此外，此供

7、水方式和每幢樓有屋頂水箱或用氣壓罐給水方法比較，有許多優(yōu)點(diǎn)。用此方式供水，隨時(shí)都能保證消防管網(wǎng)所需要的水壓和水量，根據(jù)用水量大小自動(dòng)調(diào)節(jié)給水量、自動(dòng)增加或減少運(yùn)行工作泵，節(jié)省電力，壓力穩(wěn)定，不會(huì)有超壓或欠壓運(yùn)行的現(xiàn)象。備用泵參與運(yùn)行，可避免長(zhǎng)期不運(yùn)行而銹死。在變頻器發(fā)生故障時(shí)，能自動(dòng)切換到工頻供電繼續(xù)維持供水。水泵發(fā)生故障時(shí)，故障泵退出，備用泵自動(dòng)投入。不僅可以全自動(dòng)運(yùn)行，而且可以無(wú)人值守，方便維修管理。它還避免了原屋頂水箱里水質(zhì)的二次污染，減輕了建筑負(fù)荷，節(jié)省建筑造價(jià)，保持建筑結(jié)構(gòu)完美，節(jié)省使用空間等等。有利于開發(fā)建設(shè)行業(yè)統(tǒng)一規(guī)劃，綜合管理，提高經(jīng)濟(jì)效益。1. 3.1目前供水系統(tǒng)的模式 對(duì)于

8、居住住宅樓的給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的供水方式一般采用恒速泵直接供水;采用高位水箱供水;氣壓罐供水。1.3.1恒速泵供水 此方式是一種傳統(tǒng)的水系統(tǒng)供給方式，對(duì)于離心式機(jī)泵，過(guò)去常采用手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)控制閥、調(diào)節(jié)閥的開度來(lái)改變和調(diào)節(jié)流量，即用人為增減阻力的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。當(dāng)工藝需要小流量時(shí)，調(diào)小調(diào)節(jié)閥開度機(jī)泵的能量大量損失在閥門和調(diào)節(jié)閥上，浪費(fèi)了許多能量。而往復(fù)式機(jī)泵常通過(guò)備用機(jī)組、直流電機(jī)調(diào)速、旁路調(diào)節(jié)來(lái)適應(yīng)工況的波動(dòng)。但若備用機(jī)組頻繁啟停，可能會(huì)導(dǎo)致工況的振蕩，同時(shí)也會(huì)影響設(shè)備壽命和電網(wǎng)電壓。改變機(jī)泵的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量是最經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)手段，因?yàn)檗D(zhuǎn)速降低后，流量成比例下降，而功耗的下降是大于該比例的。但是

9、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)受驅(qū)動(dòng)機(jī)的限制，采用直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速較為方便，但增加了整流裝置，而且直流電動(dòng)機(jī)價(jià)格昂貴。且兩者都有運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性較差、維修工作量大的缺點(diǎn)。恒速泵由于耗能不合理，控制方法的不足，適應(yīng)性差將逐漸被淘汰。1 .3. 2高位水箱供水 采用樓頂設(shè)高位水箱供生活用水的方式，雖較為安全可靠，設(shè)備、技術(shù)等方面也較成熟。然而，在后期給水系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)和管理過(guò)程中，此供水方式存在一些問(wèn)題。例如，由于屋頂水箱的材質(zhì)及表面防腐物質(zhì)的有機(jī)成分不同，造成水質(zhì)嚴(yán)重的二次污染;目前對(duì)水箱內(nèi)存水的消毒問(wèn)題并未得到較好的解決，水箱內(nèi)經(jīng)常還發(fā)現(xiàn)有死老鼠的情況;加之屋頂高位水箱的有效容積受建筑負(fù)荷限制，一般考慮只貯存10分鐘的消

10、防用水量，高層建筑一旦發(fā)生為災(zāi)，靠水箱供應(yīng)撲滅火災(zāi)的消防水量，是遠(yuǎn)不夠的。如對(duì)于消防水泵長(zhǎng)期不使用，經(jīng)常發(fā)生銹死現(xiàn)象，消防管網(wǎng)中長(zhǎng)期存水而形成死水，對(duì)發(fā)生火災(zāi)時(shí)不利。故高層建筑的二次加壓供水設(shè)施高位水箱，給人們的生活和物業(yè)管理者帶來(lái)的問(wèn)題急需解決。 高位水箱的供水系統(tǒng)，雖實(shí)際是一個(gè)壓力大致恒定的系統(tǒng)，這個(gè)壓力就是水位的高度。而管道的阻力特性卻是變化的，當(dāng)水的用戶多時(shí)(也即打開閥門，放水的支路多時(shí))，管道的阻力就相應(yīng)減少，反之則阻力增大，大大降低了生活供水質(zhì)量。 雖然高位水箱供水由于運(yùn)行較為經(jīng)濟(jì)合理、適應(yīng)性強(qiáng)而被廣泛采用，目前國(guó)內(nèi)大部分高層建筑均采用此方式供水，但此方式存在著投資大、占用面積大二

11、次污染等豁占。1.3.3氣壓罐供水 氣壓罐給水設(shè)備用于消防供水系統(tǒng)，在工程實(shí)踐中已屢見不鮮。氣壓罐在消防工程中的用途不外乎:一、其調(diào)節(jié)水量可滿足十分鐘消防初期用水量，從而替代屋頂水箱;二、作為增壓設(shè)施，以彌補(bǔ)高位水箱設(shè)置高度之不足即滿足大樓頂層消火栓處7m靜水壓要求;三、作為消防系統(tǒng)穩(wěn)壓用，啟停穩(wěn)壓泵及啟動(dòng)消防泵并發(fā)出火警訊號(hào)用。上述三種用途有一共同點(diǎn)，即均需貯存滿足規(guī)范要求的消防用水量。氣壓供水由于體積小、技術(shù)簡(jiǎn)單、不受高度限制等特點(diǎn)，近幾年來(lái)己在高層建筑中采用，但由于此方式存在著調(diào)節(jié)量小、水泵啟動(dòng)頻繁、對(duì)電器設(shè)備要求較高等缺點(diǎn)，因而使這種供水系統(tǒng)的發(fā)展受到限制。事實(shí)上要制造滿足貯存調(diào)節(jié)水量

12、為18, 12. 6m的氣壓水罐，在技術(shù)上是可以做得到的。但在實(shí)際工程中，由于受到建筑物內(nèi)場(chǎng)地限制而很難實(shí)現(xiàn)。為此廣大設(shè)計(jì)人員對(duì)氣壓水罐只用作增壓及穩(wěn)壓設(shè)施1. 4論文的主要工作 本論文的主要工作是城鎮(zhèn)小區(qū)供水系統(tǒng)(包括生活和消防)的實(shí)施和控制，采用無(wú)塔和無(wú)箱供水方式進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施，其實(shí)施結(jié)果證明是可行的，具體而言，本論文的主要工作如下: 構(gòu)筑城鎮(zhèn)小區(qū)的雙恒壓供水系統(tǒng)(設(shè)計(jì)、論證)。 系統(tǒng)詳細(xì)構(gòu)件組成(變頻器、PLC、水泵、電機(jī)及電器輔助驅(qū)動(dòng)器件等)，及這些構(gòu)件選用的理論依據(jù)。 整個(gè)系統(tǒng)調(diào)速過(guò)程和節(jié)能的理論分析。 系統(tǒng)通訊實(shí)現(xiàn)(包括變頻器、PLC通訊的硬件實(shí)現(xiàn)和軟件實(shí)現(xiàn))。 PLC、變頻器、外

13、圍接口的連接及PLC的編程。 系統(tǒng)的總體調(diào)試(關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)的設(shè)定，調(diào)試遇到問(wèn)題及解決辦法和措施)。 本論文是用理論去分析，解決實(shí)際工程問(wèn)題來(lái)實(shí)施設(shè)計(jì)的一個(gè)完整控制系統(tǒng)，證明是可行的，它為以后的城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施提供了一個(gè)范例。1. 5本章小結(jié) 綜上所述，城鎮(zhèn)社區(qū)生活、消防給水人用系統(tǒng)，在解決了常規(guī)性技術(shù)問(wèn)題后優(yōu)點(diǎn)凸現(xiàn)。 生活消防共用給水系統(tǒng)是一種經(jīng)濟(jì)可行的給水方式，減少了投資的成本。對(duì)于集中水泵層，在室外總體上僅設(shè)一路生活給水管，節(jié)省了建設(shè)費(fèi)用，且便于管理維護(hù)。設(shè)置屋頂水箱能滿足消防初期給水的要求，符合現(xiàn)行的防火計(jì)規(guī)范;通過(guò)緊急關(guān)閉閥的采用，保證了消防給水系統(tǒng)的可靠，適合于住宅物業(yè)的維護(hù)

14、管理。但是，消防水箱的設(shè)置并不一定能滿足最不利消火栓水壓和水量的需求，而且水箱設(shè)置高度還需滿足住宅設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)室內(nèi)分戶水表前的給水靜水壓力要求。同時(shí)，屋頂水箱的設(shè)置也增加了給水二次污染的機(jī)會(huì)。不設(shè)屋頂水箱的給水方式有利于生活給水，既能保證生活給水的水量、水壓，又能保證水質(zhì)的衛(wèi)生。 2變頻調(diào)速恒壓供水理論分析2. 1序言 變頻調(diào)速恒壓供水是90年代發(fā)展的新技術(shù)，由于采用了微機(jī)控制和大功率晶體管(GTR)技術(shù)，生產(chǎn)出了交流電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的先進(jìn)產(chǎn)品交流電機(jī)變頻調(diào)速器。這些技術(shù)和裝備在給水系統(tǒng)中的應(yīng)用，使得變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)成為當(dāng)前高層建筑供水方式中一種新型的供水方案。利用變頻調(diào)速裝置和壓力傳感器組成閉

15、環(huán)控制系統(tǒng)來(lái)控制水泵的轉(zhuǎn)速，保持水壓恒定。下面就詳細(xì)介紹雙恒壓供水系統(tǒng)的理論構(gòu)置情況。2. 2工藝調(diào)節(jié)過(guò)程簡(jiǎn)介 系統(tǒng)由三臺(tái)變速泵及可編程控制器、遠(yuǎn)程壓力表、控制柜等單元設(shè)備和器件組成。其中變速變量泵是利用變頻器改變電機(jī)工作頻率來(lái)改變水泵的輸出流量，利用速度變化來(lái)恒定系統(tǒng)壓力的。 當(dāng)系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，遠(yuǎn)程壓力表檢測(cè)管網(wǎng)壓力并將信號(hào)傳送到變頻器和PLC在變頻控制軟件和PLC的作用下，系統(tǒng)根據(jù)不斷收取到的管網(wǎng)壓力信號(hào)，發(fā)出變頻調(diào)速泵運(yùn)轉(zhuǎn)速度和各泵投運(yùn)和輪休的指令，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)論用水量怎樣變化，管網(wǎng)壓力始終保持在設(shè)定壓力范圍，變化誤差符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，即1*108壓力循環(huán)（25） 相對(duì)濕度（%RH） 1

16、080 振 動(dòng) （Hz） 0300 加速度（ms-2） 39.81 沖 擊（ms-2） 109.81 測(cè)量介質(zhì) 與316L不銹鋼兼容的各種介質(zhì) 膜片材料 316L不銹鋼 殼體材料 1Cr18Ni9Ti 接 口 M201.5或用戶自定 特點(diǎn)31/2位LED（LCD）顯示精度高：0.1%FS（模擬信號(hào)）；0.5（數(shù)字顯示）激光調(diào)阻溫度補(bǔ)償，使用溫域?qū)捒垢蓴_設(shè)計(jì)，適合惡劣使用環(huán)境可靠穩(wěn)定：溫漂0.01%FS/；時(shí)漂0.2%FS/年輸出420mA信號(hào)，適于遠(yuǎn)傳防浪涌電壓，極性反向保護(hù)零點(diǎn)滿量程可在儀表后面板方便調(diào)節(jié)校準(zhǔn)過(guò)載能力強(qiáng)，3倍于滿量程體積小，安裝方便選用量程為0.0-1.0MPa的壓力表。4.

17、1.4PLC的選型在整個(gè)供水系統(tǒng)中，市網(wǎng)來(lái)水存儲(chǔ)在水池只中，水池的水位高低由水位控制器控制注水閥的開閉。它們自動(dòng)把水注滿水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水箱中注水。水池的高低水位信號(hào)也直接送給PLC，作為低水位報(bào)警用。生活/消防用水共用三臺(tái)泵，平時(shí)消防電磁閥處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺(tái)泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，使生活供水在恒壓狀態(tài)。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，電磁閥得電，消防水網(wǎng)打開，三臺(tái)泵提供高恒壓水。三臺(tái)泵根據(jù)恒壓需要，采取先開先停的原則接入和退出，在用水量小時(shí)，如果一太泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過(guò)三小時(shí)則要切換到下一臺(tái)泵，避免某臺(tái)泵工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，三臺(tái)泵具有軟啟動(dòng)功能，有完善的報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)泵

18、有手動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)使用。根據(jù)系統(tǒng)控制的要求得出的系統(tǒng)I/O配置及地址分配如下表：PLC模擬量擴(kuò)展單元的配置及應(yīng)用PLC的普通輸入輸出端口均為開關(guān)量處理端口，為了使PLC能完成模擬量的處理，常見的方法是為整體式PLC加配模擬量擴(kuò)展單元。模擬量擴(kuò)展單元可以將外部模擬量轉(zhuǎn)換為PLC可處理的數(shù)字量及將PLC內(nèi)部運(yùn)算結(jié)果數(shù)字量轉(zhuǎn)換為機(jī)外所需的模擬量。模擬量擴(kuò)展單元有單獨(dú)用于模/數(shù)轉(zhuǎn)換的，單獨(dú)用于數(shù)/模轉(zhuǎn)換的，也有兼具模/數(shù)及數(shù)/模兩種功能的。如用S7-200系列PLC的模擬量擴(kuò)展模塊EM235，它具有四路模擬量輸入及一路模擬量輸出，可以用于恒壓供水控制中。PLC系統(tǒng)的選型 系統(tǒng)共有開關(guān)

19、量輸入點(diǎn)6個(gè)、開關(guān)量輸出點(diǎn)12個(gè);模擬量輸入點(diǎn)1個(gè)，模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)。如果選用CPU224的PLC，也需要擴(kuò)展單元;如果選用CPU226的PLC，價(jià)格比較高，這樣形成的浪費(fèi)較大。因此參照西門子S7-200產(chǎn)品目錄及市場(chǎng)價(jià)格可知選用的主機(jī)為CPU222一臺(tái)，加上一臺(tái)數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM222，再擴(kuò)展一個(gè)模擬量模塊EM235。這樣配置是最經(jīng)濟(jì)的，整個(gè)PLC配置如下圖所示：圖4.1 PLC的系統(tǒng)組成4.2外部電路設(shè)計(jì)4.2.1主控制電路如下圖為電控系統(tǒng)的主電路圖。三臺(tái)電機(jī)分別為M1，M2，M3。接觸器KM1，KM3，KM5分別控制電機(jī)M1，M2，M3的工頻運(yùn)行;接觸器KM2，KM4，KM6分別控制電機(jī)M1，M2，M3的變頻運(yùn)行;FR1，F(xiàn)R2，F(xiàn)R3分別為三臺(tái)水泵電機(jī)的過(guò)載保護(hù)的熱繼電器;QS1，QS2，QS3，QS4分別為變頻器和三臺(tái)水泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān);FU1為主電路的熔斷器;VVVF為通用變頻器。系統(tǒng)的工作過(guò)程中，首先由變頻器逐漸升頻，帶動(dòng)電機(jī)慢慢加速啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)