恒压供水控制系统毕业设计.docx
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恒压供水控制系统毕业设计
华东交通大学理工学院
InstituteofTechnology.
EastChinaJiaotongUniversity
毕业设计(论文)
GraduationDesign(Thesis)
(2007—2011年)
题目恒压供水控制系统设计
分院:
机电分院
专业:
机械设计制造及其自动化
班级:
07机制3班
学号:
20070410220301
学生姓名:
崔建涛
指导教师:
蒋英钰
起讫日期:
2011/2/10——2011/5/28
华东交通大学理工学院
毕业设计(论文)原创性申明
本人郑重申明:
所呈交的毕业设计(论文)是本人在导师指导下独立进行的研究工作所取得的研究成果。
设计(论文)中引用他人的文献、数据、图件、资料,均已在设计(论文)中特别加以标注引用,除此之外,本设计(论文)不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式表明。
本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。
毕业设计(论文)作者签名:
日期:
年月日
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毕业设计(论文)作者签名:
指导教师签名:
签字日期:
年月日签字日期:
年月日
摘要
变频调速恒压供水系统,该系统能够根据运行负荷的变化自动调节供水系统水泵的数量和转速,使整个系统始终保持高效节能的最佳状态。
文中详细介绍了系统的控制原理及硬件电路。
恒压供水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,进行优化控制泵组的调速运行,并自动调整泵组的运行台数,完成供水压力的闭环控制,在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。
[4]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,其差值输入具有压力显示的PID调节器运算处理后,输出模拟信号给变频器,利用变频器的两个可编程的继电器输出口RO1,RO2,将信号传给PLC,从而PLC判断是否加泵还是切泵。
[14]用变频器来实现恒压供水,与用调节阀门来实现恒压供水相比较,节能效果十分显著。
系统的优点是启动平稳,启动电流可限制在额定电流以内,从而避免了启动时对电网的冲击;由于泵的平均转速降低了,从而可延长泵和阀门等使用寿命;可以消除启动和停机时的水锤效应。
关键词:
变频器;恒压供水系统;PLC
Abstract
Thispaperintroducesaconstantpressurewatersupplesystem.Itcanregulateauto-maticallythequantityandrotationalspeedofthewaterpumpwiththevariationoftheload.Thecontrollingprincipleandthehardwarecircuitarepresentedindetail.
Thebasiccontrolstrategyofthecontrolsystemofconstantpressureofwatersupplyis:
installthecontrolsystemwithmotorspeedadjustmentandprogrammablelogiccontroller(PLC),itcarriesoutoptimizationcontrolpumporganizationoftheoperationofspeedadjustment,andadjuststhenumberofrunningpumps,completespressureofwatersupplyclosed-loopcontrolsystem,reachesthesteadypressureofwatersupplyinthechangingofrateofflowinthepipenetandthepurposeofeconomizingelectricalenergy.Thecontrolgoalofsystemistheeffluentpressureofpumpstation.Comparingthepressureofsystemsettingandtheactualhydraulicpressurecomingfromfeedbackedwatersupplycontrolsystem,thecomparingresultinputsthePIDregulatorwhichhaspressureshow,afterhandlingtheresult,exportsanalogysignaltotheinverter,thenusingtheinverterofthetwoprogrammablerelayexportsRO1andRO2togivePLCsignal,soPLCjudgeswhetheraddpumporcutpump.Comparedrealizingtheconstantpressurewatersupplywithinverterwithrealizingtheconstantpressurewatersupplywithadjustablevalve,theeffectofenergysavingisverynotable.Thesystem’sadvantageisthatstartingsteadily,thestartingcurrentmayberestrictedwithinspecifiedcurrent,soavoidedtheimpactofelectricalnetworkwhenitstarts;becausetheaveragerotationalspeedofpumpisreduced,mayprolongtheusingofpumpandvalveetc.;mayeliminatewaterhammereffectwhenstartsandstopsmachines.
Keywords:
Inverter;Constantpressurewatersupplysystem;PLC
引言
水是生命之源,人类生存和发展都离不开水。
在通常的城市及乡镇供水中,基本上都是靠供水站的电动机带动离心水泵,产生压力使管网中的自来水流动,把供水管网中的自来水送给用户。
[1]但供水机泵供水的同时,也消耗大量的能量,如果能在提高供水机泵的效率、确保供水机泵的可靠稳定运行的同时,降低能耗,将具有重要经济意义。
随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高,变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统,广泛应用于多层住宅小区生活供水系统。
[6]然而,由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备(如水泵),在对原有供水系统进行变频改造的实践中,往往会出现一些在理论上意想不到的问题。
变频控制恒压供水系统,是在对一个典型的水塔供水系统的技术改造实践中,根据尽量保留原有设备的原则设计的,该系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题,既体现了变频控制恒压供水的技术优势,同时有效的节省了资金。
[10]
1变频恒压供水系统简介
1.1选题背景及供水系统现状和发展趋势
1.1.1选题的背景
我国长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后,工业自动化程度低。
主要表现在用水高峰期,水的供给量常常低于需求量,出现水压降低供不应求的现象;而在用水低峰期,水的供给量常常高于需求量,出现水压升高供过于求的情况,此时会造成能量的浪费,同时还有可能造成水管爆裂和用水设备的损坏。
传统调节供水压力的方式,多采用频繁启/停电机控制和水塔二次供水调节的方式,前者产生大量能耗的,而且对电网中其他负荷造成影响,设备不断启停会影响设备寿命;后者则需要大量的占地与投资。
[10]且由于是二次供水,不能保证供水质的安全与可靠性。
而变频调速式的运行十分稳定可靠,没有频繁的启动现象,启动方式为软启动,设备运行十分平稳,避免了电气、机械冲击,也没有水塔供水所带来的二次污染的危险。
由此可见,变频调速恒压供水系统具有供水安全、节约能源、节省钢材、节省占地、节省投资、调节能力大、运行稳定可靠的优势,具有广阔的应用前景和明显的经济效益与社会效益。
1.1.2变频恒压供水的现况
变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。
在早期,由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、压频比控制及各种保护功能。
应用在变频恒压供水系统中,变频器仅作为执行机构,为了满足供水量大小需求不同时,保证管网压力恒定,需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器,对压力进行闭环控制。
从查阅的资料的情况来看,国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式,几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况,因而投资成本高。
随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后,国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器,像日本SAMC公司,就推出了恒压供水基板,备有“变频泵固定方式”,“变频泵循环方式”两种模式。
[9]它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上,通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能,只要搭载配套的恒压供水单元,便可直接控制多个内置的电磁接触器工作,可构成最多7台电机(泵)的供水系统。
这类设备虽微化了电路结构,降低了设备成本,但其输出接口的扩展功能缺乏灵活性,系统的动态性能和稳定性不高,与别的监控系统(如BA系统)和组态软件难以实现数据通信,并且限制了带负载的容量,因此在实际使用时其范围将会受到限制。
目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程,大多采用国外的变频器控制水泵的转速,水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制,有的采用可编程控制器(PLC)及相应的软件予以实现;有的采用单片机及相应的软件予以实现。
但在系统的动态性能、稳定性能、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说,还远远没能达到所有用户的要求。
成都希望集团(森兰变频器)也推出恒压供水专用变频器(5.5kW-22kW),无需外接PLC和PID调节器,可完成最多4台水泵的循环切换、定时起、停和定时循环。
[9]该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现,但其输出接口限制了带负载容量,同时操作不方便且不具有数据通信功能,因此只适用于小容量,控制要求不高的供水场所。
可以看出,目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中,对于能适应不同的
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- 供水 控制系统 毕业设计