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变频器在恒压供水方面的应用

2005-7-19

作者：

贝西电气

文章出处：

责任编辑：

GZBC

一、变频调速的特点及分析

　　用户用水的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。

而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少，则压力低；

用水少而供水多，则压力大。

保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水的质量。

　　恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的。

例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。

又如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。

所以，某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。

　　随着电力技术的发展，变频调速技术的日臻完善，以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；

由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命；

可以消除起动和停机时的水锤效应。

其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能，将使供水实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率的运行目的。

二、恒压供水的变频应用方式

　　通常在同一路供水系统中，设置多台常用泵，供水量大时多台泵全开，供水量小时开一台或两台。

在采用变频调速进行恒压供水时，就用两种方式，其一是所有水泵配用一台变频器；

其二是每台水泵配用一台变频器。

后种方法根据压力反馈信号，通过PID运算自动调整变频器输出频率，改变电动机转速，最终达到管网恒压的目的，就一个闭环回路，较简单，但成本高。

前种方法成本低，性能不比后种差，但控制程序较复杂，是未来的发展方向，我公司开发NKL-A系列恒压供水控制系统就可实现一变频器控制任意数马达的功能。

下面讲到的原理都是一变频器拖动多马达的系统。

三、PID控制原理

　　根据反馈原理：

要想维持一个物理量不变或基本不变，就应该引这个物理量与恒值比较，形成闭环系统。

我们要想保持水压的恒定，因此就必须引入水压反馈值与给定值比较，从而形成闭环系统。

但被控制的系统特点是非线性、大惯性的系统，现在控制和PID相结合的方法，在压力波动较大时使用模糊控制，以加快响应速度；

在压力范围较小时采用PID来保持静态精度。

这通过PLC加智能仪表可时现该算法，同时对PLC的编程来时现泵的工频与变频之间的切换。

实践证明，使用这种方法是可行的，而且造价也不高。

　　要想维持供水网的压力不变，根据反馈定理在管网系统的管理上安装了压力变送器作为反馈元件，由于供水系统管道长、管径大，管网的充压都较慢，故系统是一个大滞后系统，不易直接采用PID调节器进行控制，而采用PLC参与控制的方式来实现对控制系统调节作用。

四、变频控制原理

　　用变频调速来实现恒压供水，与用调节阀门来实现恒压供水相比，节能效果十分显著（可根据具体情况计算出来）。

其优点是：

1、 

起动平衡，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；

2、 

由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等的使用寿命；

3、 

可以消除起动和停机时的水锤效应；

　　一般地说，当由一台变频器控制一台电动机时，只需使变频器的配用电动机容量与实际电动机容量相符即可。

当一台变频器同时控制两台电动机时，原则上变频器的配用电动机容量应等于两台电动机的容量之和。

但如在高峰负载时的用水量比两台水泵全速供水量相差很多时，

可考虑适当减小变频器的容量，但应注意留有足够的容量。

　　虽然水泵在低速运行时，电动机的工作电流较小。

但是，当用户的用水量变化频繁时，电动机将处于频繁的升、降速状态，而升、降速的电流可略超过电动机的额定电流，导致电动机过热。

因此，电动机的热保护是必需的。

对于这种由于频繁地升、降速而积累起来的温升，变频器内的电子热保护功能是难以起到保护作用的，所以应采用热继电器来进行电动机的热保护。

　　在主要功能预置方面，最高频率应以电动机的额定频率为变频器的最高工作频率。

升、降速时间在采用PID调节器的情况下，升、降速时间应尽量设定得短一些，以免影响由PID调节器决定的动态响应过程。

如变频器本身具有PID调节功能时，只要在预置时设定PID功能有效，则所设定的升速和降速时间将自动失效。

五、恒压供水系统特点

节电：

优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度地节能运行；

节水：

根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水的跑、漏现象；

运行可靠：

由变频器实现泵的软起动，使水泵实现由工频到变频的无冲击切换，防止管网冲击、避免管网压力超限，管道破裂。

4、 

联网功能：

采用全中文工控组态软件，实时监控各个站点，如电机的电压、电流、工作频率、管网压力及流量等。

并且能够累积每个站点的用电量，累积每台泵的出水量，同时提供各种形式的打印报表，以便分析统计。

5、 

控制灵活：

分段供水，定时供水，手动选择工作方式。

6、 

自我保护功能完善：

如某台泵出现故障，主动向上位机发出报警信息，同时启动备用泵，以维持供水平衡。

万一自控系统出现故障，用户可以直接操作手动系统，以保护供水。

六、系统应用范围

自来水厂、加压泵房

居民生活区、宾馆及其它建筑

企业生产用水

锅炉循环水系统

农田灌溉系统

变频恒压供水控制系统

　　供水工程往往成为高层建筑或工矿企业和小型企业中最重要的基础设施之一。

任何时候都能提供足够的水量、平稳的水压、合格的水质是对给水系统提出的基本要求。

就目前而言，多数工业、生活供水系统都采用水塔、层顶水箱等作为基本储水设备，由一级或二级水泵从地下市政水管供给。

因此，如何建立一个可靠安全、又易于维护的供水系统是值得我们研究的课题。

本文将研究和介绍利用PLC/PID/单片机等来检测它的水位状况，结合可编程控制技术、变频控制技术、电机泵组控制技术的新型机电一体化供水装置,通过PLC/PID解决控制系统的稳定性和准确性。

从而取得较好的控制效果。

关键词：

PLC 

变频控制/恒压供水 

恒压测试

Abstract

目录

摘 

要 

.............................................................................i

目录.............................................................................. 

ii

第1章　前言........................................................................ 

1

第2章　变频恒压供水工作原理 

....................................................... 

2

第3章　变频恒压供水系统技术方案................................................... 

4

3.1系统介绍 

...................................................................... 

3.2 

PLC功能 

3.2.1 

控制信号采集 

............................................................... 

3.2.2被自动控制的工作对象......................................................... 

第4章　建筑给水系统超压出流的实测分析 

............................................. 

6

4.1测试对象...................................................................... 

4.2 

测试装置............................................................ 

......... 

4.3 

测试内容和方法 

...............................................................7

4.3.1 

测试点和测试时间.............................................................7

4.3.2 

测试方法.....................................................................7

4.4 

普通水龙头半开状态 

............................................................7

4.5 

节水龙头半开状态.............................................................. 

8

4.6 

结语...........................................................................8

第5章　变频恒压供水系统的设计.......................................................10

5.1 

变频恒压供水技术概述...........................................................10

5.1.1 

系统构成与控制方式选择 

..................................................... 

10

5.1.2 

各条件下供水具体控制方式.....................................................11

5.2 

实际系统的设计 

12

5.2.1实际系统中应考虑的其他因素 

.................................................. 

5.2.2 

管网水压控制点的选择 

13

5.3 

抗干扰问题.................................................................. 

5.4故障时的问题 

................................................................... 

第6章　专用变频器在恒压供水装置中的应用 

........................................... 

15

6.1 

概述 

......................................................................... 

6.2 

变频控制恒压供水控制方式...................................................... 

16

6.2.1 

逻辑电子电路控制方式 

........................................................16

6.2.2 

单片微机电路控制方式 

........................................................17

6.2.3 

新型变频调速供水设备 

.......................................................18

第7章　plc控制变频器恒压供水系统....................................................21

7.1 

概述...........................................................................21

7.2 

控制系统构成 

..................................................................21

7.3 

PLC控制系统简介 

.............................................................. 

22

7.4 

恒压供水的控制原理............................................................ 

23

7.5 

相关控制功能实现 

............................................................. 

25

7.6.1运行效果分析 

................................................................ 

26

7.6.2 

高效节能 

27

7.7 

提高自动化水平 

第8章　小区变频恒压供水系统 

........................................................28

8.1 

..........................................................................28

8.2 

变频节能理论................................................................. 

28

8.2.1 

交流电机变频调速原理.........................................................28

8.3 

变频恒压供水系统及控制参数选择 

............................................... 

29

8.3.1变频恒压供水系统组成..........................................................29

8.3.2 

变频恒压供水系统的参数选取...................................................30

8.4 

变频恒压供水系统的优点 

........................................................30

第9章　结............................................. 

33

致.................................................................. 

34

参考文献 

.......................................................................... 

35

　摘要

　　随着人民生活水平的日趋提高，新技术和先进设备的应用，使给供水设计得到了发展的机遇。

于是选择一种符合各方面规范、卫生安全而又经济合理的供水方式，对我们给供水设计带来了新的挑战。

本系统采用PLC进行逻辑控制，采用带PID功能的变频器进行压力调节，系统存在工作可靠，使用方便，压力稳定，无冲击等优越性。

　　本设计恒压变频供水设备由PLC、变频器、传感器、低压电气控制柜和水泵等组成。

通过PLC、变频器、继电器、接触器控制水泵机组运行状态,实现管网的恒压变流量供水要求。

设备运行时,压力传感器不断将管网水压信号变换成电信号送入PLC,经PLC运算处理后,获得最佳控制参数,通过变频器和继电器控制元件自动调整水泵机组高效率地运行。

供水系统的监控主要包括水泵的自动启停控制、供水压力的测量与调节、系统主管道水压的；

系统水处理设备运转的监视、控制；

故障及异常状况的报警等。

现场监控站内的控制器按预先编制的软件程序来满足自动控制的要求，即根据供水管的高/低水压位信号来控制水泵的启/停及进水控制阀的开关，并且进行溢水和枯水的预警等。

　　文中详细介绍了所选PLC机、变频器、传感器的特点、各高级单元的使用及设定情况，给出了系统工作流程图、程序设计流程图及设计程序。

　　关键词：

可编程控制器；

变频器；

传感器

　　目录

　　1前言1

　　1.1供水系统发展过程及现状1

　　1.2供水系统的概述2

　　1.2.1．变频恒压供水系统主要特点：

2

　　1.2.3．恒压供水设备的主要应用场合：

　　1.2.4．恒压供水技术实现：

3

　　2系统总体设计方案4

　　2.1系统设计方案4

　　2.1.1系统控制要求4

　　2.1.2控制方案4

　　2.1.3运行特征5

　　2.1.4系统方案5

　　2.2可编程控制器（PLC）的特点及选型7

　　2.2.1PLC特点及应用7

　　2.2.2可编程控制器的选型8

　　2.2.3．PLCCPM2A模拟量输入/输出单元12

　　2.3变频器选型及特点15

　　2.3.1ABB产品信息：

15

　　2.3.2变频节能理论：

　　2.3.3．变频恒压供水系统及控制参数选择：

16

　　2.3.4．变频恒压供水系统的优点及体现17

　　2.4远传压力表19

　　2.4.1主要技术指标19

　　2.4.2结构原理19

　　2.5系统控制流程设计20

　　2.5.1系统组成及作用20

　　2.5.2系统运行过程20

　　3软件设计24

　　3.1系统中检测及控制开关I/O分配24

　　3.2I/O地址及标志位分配表25

　　3.3流程图28

　　3.4程序设计：

29

　　4.结论43

　　致谢44

　　参考文献45

双恒压供水西门子PLC毕业设计

zjh251666126分类:

PLC控制系统类提交日期：

2008-7-312:

16:

00浏览:

222

　　摘要

　　该毕业设计对环保、节能、自动补压型给水设备作了介绍。

从节能科技的实践出发，阐述了变频调速技术在高楼给水设备中的应用。

以PLC电路控制方式，介绍了智能水压控制系统的工作原理及PLC控制系统。

在分析水压控制的工作流程的基础上，给出了PLC控制系统的硬件和软件设计。

智能水压控制系统的基本控制策略是：

采用电动机调速装置与可编程控制器（PLC）构成控制系统，进行优化控制,完成供水压力的恒定控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。

系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入变频器运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压