變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料僅供參考文件編號：2022年4月變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)版本號：A修改號：1頁次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：課題名稱變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院(部)電子與控制工程學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級01學(xué)生姓名阿不都熱扎克·阿不都拉_學(xué)號13706月23日至06月27日共1周指導(dǎo)教師(簽字)2011年06月7日目錄摘要...........................................3一、設(shè)計(jì)內(nèi)容...................................4二、設(shè)計(jì)要求...................................4三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、方案的確定...................................52、變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)簡介及工作原理..........63、水泵的容量計(jì)算...............................84、水泵/變頻器/PLC的選擇........................95、變頻器參數(shù)設(shè)定...............................106、PID控制器參數(shù)選擇...........................107、PLC外部接線圖的設(shè)計(jì).........................118、主電路的設(shè)計(jì).................................129、系統(tǒng)的工作原理...............................12四、設(shè)計(jì)圖紙.....................................13五、操作使用說明書...............................14六、設(shè)計(jì)體會(huì).....................................15七、主要參考資料.................................16附錄一/附錄二....................................17附錄三...........................................18附錄四...........................................19

摘要隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，住房制度改革的不斷深入，人民生活水平的不斷提高，城區(qū)中各類小區(qū)建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)也對小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個(gè)重要方面，供水的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、穩(wěn)定性直接影響到小區(qū)住戶的正常生活與工作，也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)水平的高低。傳統(tǒng)的恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水燈供水方式普遍不通話程度的存在效率低、可靠性差、自動(dòng)化不高等缺點(diǎn)，難以滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)生活的需要。論文分析了采用變頻調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)恒壓供水的工作機(jī)理，通過對PID模塊的參數(shù)預(yù)置，利用遠(yuǎn)傳壓力表的水壓反饋量，構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，利用變頻器與水泵的配合作用實(shí)現(xiàn)恒壓供水且有效節(jié)能。論文論述了多種供水方案的合理性，同時(shí)也指出各種方案存在的問題，通過對比比較給出了比較適合該系統(tǒng)的方案——PLC控制變頻恒壓供水。關(guān)鍵字：恒壓供水變頻調(diào)速PLC

設(shè)計(jì)內(nèi)容變頻器是一種新型技術(shù)，將變頻調(diào)速技術(shù)用于供水控制系統(tǒng)中，具有高效節(jié)能、水壓恒定等優(yōu)點(diǎn)。本課程設(shè)計(jì)是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)《交流調(diào)速》課程的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，其主要目的是培養(yǎng)學(xué)生初步掌握交流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及理論知識(shí)的應(yīng)用能力。本課程設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是提高學(xué)生在調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的實(shí)踐技能，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)，分析和解決實(shí)際問題的能力。通過控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，初步掌握交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。設(shè)計(jì)要求一樓宇供水系統(tǒng)，正常供水量為20m3/小時(shí)，最大供水量30m3/小時(shí)，揚(yáng)程60米。采用變頻調(diào)速技術(shù)組成一閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，控制水泵的運(yùn)行，保證用戶水壓恒定。當(dāng)用水量增大或減小時(shí)，水泵電動(dòng)機(jī)速度發(fā)生變化，改變流量，以保證水壓恒定。具體要求如下：1．設(shè)二臺(tái)水泵。一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。正常工作時(shí)，始終由一臺(tái)水泵供水。當(dāng)工作泵出現(xiàn)故障時(shí)，備用泵自投。2.二臺(tái)泵可以互換。3．給定壓力可調(diào)。壓力控制點(diǎn)設(shè)在水泵出口處。4．具有自動(dòng)、手動(dòng)工作方式，各種保護(hù)、報(bào)警裝置。采用OMRONCPM1APLC、富士變頻器完成設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容1、方案的確定相對于傳統(tǒng)的加壓供水方式，變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)突出地體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）高效節(jié)能變頻恒壓供水系統(tǒng)的最顯著優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)約電能，節(jié)能量通常在1%～40%。從單臺(tái)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(shí)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(shí)候的用水壓力，不會(huì)出現(xiàn)在用水高峰期用戶的熱水器不能正常使用的情況。（3）安全衛(wèi)生系統(tǒng)實(shí)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）自動(dòng)運(yùn)行、管理簡便新型的變頻恒壓供水系統(tǒng)具各了過電流、過電壓、欠電壓、斷相、短路保護(hù)，瞬時(shí)停電保護(hù)，過載、失速保護(hù)，低液位保護(hù)，主泵定時(shí)輪換控制和密碼設(shè)定等功能，功能完善，全自動(dòng)控制，自動(dòng)運(yùn)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(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定使用變頻器后，機(jī)泵的轉(zhuǎn)速不再是長期維持額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，減少了機(jī)械磨損，降低了機(jī)泵故障率，而且主泵定時(shí)輪換控制功能自動(dòng)定時(shí)輪換主泵運(yùn)行，保證各泵磨損均勻且不銹死，延長了機(jī)泵使用壽命。變頻器的無級調(diào)速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了機(jī)泵軟起動(dòng)，避免了電動(dòng)機(jī)開停時(shí)的大電流對電動(dòng)機(jī)繞組和電網(wǎng)的沖擊，消除了水泵的水錘效應(yīng)。（6）占地少、投資回收期短新型的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水池上直接安裝立式泵，控制間只要安放一到兩個(gè)控制柜，體積很小，整個(gè)系統(tǒng)占地非常小，可以節(jié)省投資，降低運(yùn)行管理費(fèi)，再加上變頻供水的節(jié)能優(yōu)點(diǎn)，都決定了變頻恒壓供水系統(tǒng)的投資回收期短，一般約2年。但是變頻恒壓供水系統(tǒng)開發(fā)周期長，對操作人員的素質(zhì)要求比較高，可靠性較低，維修不方便，且不適用于惡略的環(huán)境。綜上所述，傳統(tǒng)的供水方式存在普遍不同程度的浪費(fèi)水力、電力資源、效率低、可靠性低、自動(dòng)化程度低等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了居民用水。目前的供水方式朝高效節(jié)能，自動(dòng)可靠的方向發(fā)展，PLC變頻調(diào)速技術(shù)顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)能，水泵，空氣壓縮機(jī)，制冷壓縮機(jī)等高耗能設(shè)備上廣泛應(yīng)用，特別是居民用水的恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能效果尤為突出，其優(yōu)越性在：一節(jié)能效果顯著；二是在開停機(jī)時(shí)能減小電流對電網(wǎng)的沖擊以及供水水壓對管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊；三是能減小水泵，電機(jī)自身的機(jī)械沖擊損耗。所以本系統(tǒng)采用PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)。2、變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)簡介及工作原理（1）簡介由PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)是一種十分靈活的供水系統(tǒng)，在較大的多臺(tái)水泵供水系統(tǒng)中應(yīng)用相當(dāng)?shù)钠毡?。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用場合主要有：高層小區(qū)，城鄉(xiāng)居民小區(qū)，企事業(yè)單位等生活用水；各類工業(yè)需要恒壓控制的用水，冷卻水循環(huán)，熱力水網(wǎng)循環(huán)，鍋爐補(bǔ)水等；中央空調(diào)系統(tǒng)；來自水廠增壓供水系統(tǒng)；農(nóng)田灌溉，污水處理，人造噴泉；各種流體恒壓供水系統(tǒng)；（2）工作原理變頻恒壓供水系統(tǒng)主要是由PLC、變頻器、PID調(diào)節(jié)器、壓力傳感器、動(dòng)力控制線路、2臺(tái)水泵以及各種電氣控制元件等組成。用戶通過控制柜面板上的指示燈、按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解系統(tǒng)運(yùn)行狀況和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。系統(tǒng)工作原理：通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號變成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號送入PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出一調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。通過PLC實(shí)現(xiàn)變頻器的啟停、故障報(bào)警和備用泵自投。在手動(dòng)狀態(tài)下，不再使用變頻器，直接手動(dòng)啟停水泵。（3）變頻恒壓供水系統(tǒng)原理框圖：n△x變頻器PID△n△x變頻器PID△u△f△x水泵給定水泵XXXX遠(yuǎn)傳壓力表遠(yuǎn)傳壓力表圖一變頻恒壓供水系統(tǒng)框圖3、水泵的容量計(jì)算公式如下：N=Q*H/367/g~式中,N，軸功率，單位是千瓦（kW）Q，流量，單位是立方米每小時(shí)（m3/h）H，揚(yáng)程，單位是米(m)367，是常數(shù)，是一個(gè)固定值g,~，是水泵的效率，一般流量大的取大值，流量小的取小值；假定g=（經(jīng)驗(yàn)值，各品牌效率均不同），N=30*60/367/=水泵功率=軸功率*安全系數(shù)即P=N*KK在N不同時(shí)有不同的值。P=K*N=*=一般水泵的功率有一些模數(shù)，從小到大有：，，3kW，4kW，，，11kW，15kW，，22kW，30kW，37kW，45kW，55kW，75kW，90kW，110kW，132kW……故選出的電機(jī)功率為：11KW。4、水泵/變頻器/PLC的選擇水泵型號：IS65-40-250A(流量：h；揚(yáng)程：70m；轉(zhuǎn)速：2900r/s)；變頻器的型號為：FRN11P11S-2JE；PLC型號為：CP1L-L20DR-A

20點(diǎn)CPU單元,AC100-220V

12入，8點(diǎn)繼電器輸出。斷路器選用DZ47-63D40A，熱繼電器選用JR36-4020-32A的，接觸器選用CJ20-40A的，電機(jī)的額定電流大約是22A左右。5、變頻器參數(shù)設(shè)定代碼設(shè)定值頻率設(shè)定命令001操作方法011最高頻率0250HZ基本頻率0350HZ電子過熱或繼電器081頻率限制上限1150HZ下限1228HZ6、PID控制器參數(shù)選擇7、PLC外部接線圖的設(shè)計(jì)PLC根據(jù)表1的I/O分配關(guān)系和C20P的端子排列位置進(jìn)行相應(yīng)的接線，PLC系統(tǒng)外部接線圖在中，圖中各接觸器采用220V電源，信號指示及報(bào)警指示燈與接觸器共用220V電源。（PLC外部接線圖的設(shè)計(jì)如附圖1所示）I/O分配表輸入輸出手動(dòng)或自動(dòng)旋鈕SA1000011號泵變頻啟動(dòng)接觸器KM1010011、2號泵備用旋鈕SA2000021號泵工頻啟動(dòng)接觸器KM301003自動(dòng)啟動(dòng)SB1000032號泵變頻啟動(dòng)接觸器KM201002停車SB4000062號泵工頻啟動(dòng)接觸器KM401004手動(dòng)1號泵啟動(dòng)SB2000041號泵變頻工作指示燈HL1010011號泵停車SB5000072號泵變頻工作指示燈HL2010022號泵啟動(dòng)SB3000051號泵工頻工作指示燈HL3010032號泵停車SB6000102號泵工頻工作指示燈HL4010041號泵熱保護(hù)觸電FR1000111號泵故障報(bào)警指示燈HL1010052號泵熱保護(hù)觸電FR2000122號泵故障報(bào)警指示燈HL2010068、主電路的設(shè)計(jì)主電路線路如附錄一所示，圖中的M1、M2、為帶動(dòng)水泵的電動(dòng)機(jī)，由于電動(dòng)機(jī)的功率較小，所以兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)都采用直接啟動(dòng)方式，各臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別使用兩個(gè)接觸器控制，KM1和KM2分別控制電動(dòng)機(jī)M1和M2的變頻運(yùn)行。KM3和KM4分別控制點(diǎn)動(dòng)機(jī)的工頻運(yùn)行。各電動(dòng)機(jī)分別由FR1、FR2、提供過載保護(hù)。（主電路的設(shè)計(jì)如附圖1所示）9、系統(tǒng)的工作原理工作方式選擇：變頻器電源開關(guān)QF1，將自動(dòng)檔位開關(guān)SA1旋到自動(dòng)檔位，此時(shí)觸點(diǎn)00001關(guān)閉。備用泵選擇：如選擇1號泵為備用泵，則將其備用選擇開關(guān)SA2旋到1號泵備用檔位，此時(shí)觸電00002被接通，選擇1號泵為備用泵。如選擇2號泵為備用泵，則將其備用選擇開關(guān)SA2旋到2號泵備用檔位，此時(shí)常閉觸電00002被關(guān)閉，選擇2號泵為備用泵。自動(dòng)狀態(tài)停止：轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕SA1則PLC內(nèi)部觸點(diǎn)00001被接通，可使轉(zhuǎn)換到手動(dòng)狀態(tài)。手動(dòng)啟動(dòng)1號泵：合工頻1號泵電源開關(guān)QF2，將自動(dòng)檔位開關(guān)SA1旋到手動(dòng)檔位，此時(shí)觸電00001被接通，即切除自動(dòng)狀態(tài)的功能。按下SB1啟動(dòng)1號泵工作，觸電01003被接通，輸出繼電器KM3動(dòng)作，啟動(dòng)1號泵工頻工作。手動(dòng)停止1號泵：按下SB5，觸電01003斷開，切斷輸出繼電器KM3，1號泵停止工作。手動(dòng)啟動(dòng)2號泵：合工頻2號泵電源開關(guān)QF3按下SB2啟動(dòng)2號泵工作，觸電01004被接通，輸出繼電器KM4動(dòng)作，啟動(dòng)2號泵工頻工作。手動(dòng)停止2號泵：按下SB6，觸電01004斷開，切斷輸出繼電器KM4，2號泵停止工作。故障排除：1號泵熱繼電器出現(xiàn)故障時(shí)，輸入端子FR1動(dòng)作，接通觸點(diǎn)01005，點(diǎn)亮HL5。2號泵熱繼電器出現(xiàn)故障時(shí)，輸入端子FR2動(dòng)作，接通觸點(diǎn)01006，點(diǎn)亮HL2。四、設(shè)計(jì)圖紙1（見附錄一）1（見附錄二）2、（見附錄三）PLC程序（見附錄四）五、操作使用說明書自動(dòng)啟動(dòng)：分別閉合總電源開關(guān)QF1，控制電路電源開關(guān)QF2，變頻器電源開關(guān)QF3，將自動(dòng)檔位開關(guān)SA1旋到自動(dòng)檔位，如選擇1號泵為備用泵，則將其備用選擇開關(guān)SA2旋到1號泵備用檔位。如選擇2號泵為備用泵，則將其備用選擇開關(guān)SA2旋到2號泵備用檔位。自動(dòng)啟動(dòng)：按下啟動(dòng)按鈕SB1，則系統(tǒng)可自動(dòng)工作。自動(dòng)停止：按下自動(dòng)停止按鈕SB4則可使整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)行，變頻器自動(dòng)關(guān)閉。如長時(shí)間不用最好切斷電源QF1、QF2、QF3。手動(dòng)啟動(dòng)1號泵：閉合1號泵電源開關(guān)QF2，將自動(dòng)檔位開關(guān)SA1旋到手動(dòng)檔位。按下SB2啟動(dòng)1號泵工作，按下SB3啟動(dòng)2號泵工作。手動(dòng)停車：按下SB5停止1號泵工作，斷開電源開關(guān)QF2。按下SB6停止2號泵工作，斷開電源開關(guān)QF3。故障排除:根據(jù)指示燈可判斷其故障具體位置。當(dāng)HL5點(diǎn)亮?xí)r，說明一號泵熱繼電器出現(xiàn)故障。當(dāng)HL2點(diǎn)亮?xí)r，說明二號泵熱繼電器出現(xiàn)故障。六、設(shè)計(jì)體會(huì)交流電機(jī)變頻調(diào)速及其應(yīng)用我們電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生必修的一門課程，也是比較重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，更是我們