【正文】 第七章 水廠監(jiān)控網絡的設計 ..........................................43 引言 .........................................................43 泵站計算機監(jiān)測與管理系統的選擇 ...............................43 系統監(jiān)控軟件的選擇 ........................................43 組態(tài)王的介紹 .............................................43 組態(tài)王軟件的使用方法和特點 ................................44 組態(tài)王與 S7200PLC 通訊 ....................................44 組態(tài)王系統的設計 .............................................45 組態(tài)王系統設計的步驟 ......................................45 組態(tài)王系統設計過程 ........................................45 變頻調速恒壓供水系統用戶畫面 .................................48 恒壓供水系統登錄畫面 ......................................48 恒壓供水主窗口 ............................................49 泵房流程窗口 ..............................................49 報警窗口 ..................................................50 歷史趨勢曲線窗口 ..........................................50 恒壓供水報表窗口 .........................................51 本章小結 .....................................................52結束語 .............................................................53參考文獻 ...........................................................54致 謝 .............................................................55第一章緒論 變頻調速恒壓供水系統產生的背景及其意義水是生命之源，是人類賴以生存和發(fā)展的不可替代的重要資源之一。隨著社會經濟的迅速發(fā)展，水對人民生活與工業(yè)生產的影響日益加強，人民對供水的質量和供水系統可靠性的要求不斷提高。把先進的自動化技術、控制技術、通訊及網絡技術等應用到供水領域，成為對供水系統的新要求。我國家是一個在水資源和電能方面都很短缺的國家，在大力提倡節(jié)約能源的今天，人們也更加重視有關降低供水系統能耗的問題。據統計，風機和泵類負載約占我國總耗電量的 80%，這主要是由于我國供水設備工作效率低，控制方式不合理，據統計，水泵的效率大多不足 60%，存在著很大的能源浪費 [1]，因此運用水泵供水節(jié)能技術，設計可靠性高，運行效率高的供水系統具有重大的經濟意義。變頻調速恒壓供水系統是集變頻技術，電氣傳動技術，現代控制技術于一體先進的供水控制系統。它可以根據用水管網瞬間用水量的不同所引起的壓力變化，自動地改變水泵的轉速，自動調節(jié)峰谷供水量，保證管網供水壓力恒定，以滿足用水的要求。變頻恒壓供水系統自 80 年代世界各國將其投入工業(yè)應用以來，它顯示出了強勁的競爭力，采用該系統供水可以取得非常顯著的節(jié)能效果，從而提高企業(yè)的經濟效益和社會效益。這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設計該系統，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現實意義。在恒壓供水技術之前出現了很多種供水方式，經過調研，發(fā)現各種傳統的供水方式的優(yōu)缺點如下 [2]:(l)重力供水水塔高位水箱供水方式屬于重力供水方式，缺點是基建投資大，占地面積廣，維修清洗不方便，需要定期清理，消毒，容易造成水源的二次污染，水泵電機為硬啟動，啟動電流大，控制柜內觸點多，易燒壞，優(yōu)點是控制方式簡單，短時維修或斷電可不停水。當用水量很小時，可以長時間不再開泵。(2)壓力供水氣壓罐供水方式屬于壓力供水，具有體積小、技術簡單、不受高度限制等特點，但此方式調節(jié)量小、水泵電機為硬起動且起動頻繁，聯軸器沖擊大，起動電流大，觸點易燒，系統維護工作量大，而且為減少水泵起動次數，停泵壓力往往比較高，致使水泵在低效段工作，而出水壓力無謂的增高，也使浪費加大，從而限制了其發(fā)展。（3）恒速泵加壓供水恒速泵加壓供水方式無法對供水管網的壓力做出及時的反應，水泵的增減都依賴人工進行手工操作，自動化程度低，而且為保證供水，機組常處于滿負荷運行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時，管網長期處于超壓運行狀態(tài)，爆損現象嚴重，電機硬起動易產生水錘效應，破壞性大，目前較少采用。(4)調速供水液力禍合器和電池滑差離合器調速的供水方式易漏油，發(fā)熱需冷卻，效率低，改造麻煩，只能是一對一驅動，需經常檢修。優(yōu)點是價格低廉，結構簡單明了，維修方便。單片機變頻調速供水方式優(yōu)點是能做到變頻調速、自動化程度優(yōu)于以上幾種供水方式，可以定時供水等，缺點是系統開發(fā)周期較長、參數設置煩瑣、可靠性比較低、維修不方便，不適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。綜上所述，傳統的供水方式普遍存在不同程度的浪費水力，電力資源，效率低，可靠性差，自動化程度不高等缺點，已經不能滿足當前社會的發(fā)展和需求，嚴重影響了居民的生活用水和工業(yè)生產用水質量。PLC變頻恒壓供水系統集變頻技術、電氣技術、現代控制技術于一體。采用該系統進行供水可以提高供水系統的穩(wěn)定性和可靠性，同時系統具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設計該系統，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現實意義。 變頻調速恒壓供水技術簡介 國內外變頻恒壓供水的現狀目前，國內大中城市的水廠基本上都采用變頻恒壓供水方式，生產過程的重要參數可以實行自動監(jiān)測。加氯加礬、沉淀池、濾池及泵房、變電所也同樣實現自動控制及計算機管理，構成完整的 DCS 系統。現代化水廠除了中心調度室和化驗室以外都可以做到無人值班。國內的小城鎮(zhèn)的供水狀況比較落后，基本上還停留在氣壓罐、水塔供水方式。這些供水方式都需要將水提升到一個滿足最高層用戶用水的固定高度上，這樣，就有相當一部分電能被浪費。同時，管網壓力的不穩(wěn)定，很容易造成管路曝損，管路和水資源浪費嚴重。而在西方發(fā)達國家，以 PLC 為基礎的集散型控制系統已成為當今水工業(yè)自動化系統的主流，其控制系統正向著智能化、分散化、網絡化發(fā)展。企業(yè)內部之間以及與外部交換信息的需求不斷擴大，現代工業(yè)企業(yè)對生產的管理要求不斷提高，這種要求已不局限于通常意義上的對生產現場狀態(tài)的監(jiān)視和控制，同時還要求把現場信息和管理信息結合起來，通過對經營決策、管理、計劃、調度、過程優(yōu)化、故障診斷、現場控制等信息的綜合處理，形成一個意義更廣泛的綜合管理系統，亦稱為“管控一體化” 。在國外,一個 10x10，m3/d 的水廠只需 3~5 人管理。在運行當中，還采用了自動化智能措施，運用實時指示器不斷評定每一階段程序處理效果和作出微小糾正 [3]，并融合了以太網技術，提高了水廠的信息化程度。 變頻調速恒壓供水系統的特點和應用范圍變頻調速恒壓供水系統集合了變頻技術、PLC 應用、工控機應用技術等多方面的現代化技術，所以有較好的性能特點：（1）節(jié)能性恒壓供水技術通過變頻調速閉環(huán)控制方式調節(jié)水泵轉速改變水泵出口壓力，相對于閥門調節(jié)控制水泵出口壓力的方式來說，具有降低管道阻力、大大減少截流損失的效應，系統在運行過程中可節(jié)約一定的電能，并能長期受益，并且由于電動機故障率的減少，設備壽命的延長，產品質量的提高等等，都必將產生難以估計的經濟效益。（2）可延長電機和水泵壽命由于水泵在變頻下工作，其出口流量小于額定流量時，泵轉速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長了泵和電動機的機械使用壽命。 （3） 運行安全可靠水泵電機采用軟啟動方式，可以避免電動機啟動時的電流沖擊，減少對電網電，避免管網壓力超限，管道破裂而造成波動的影響，同時也避免了電動機突然加速造成水泵系統的喘振。 （4） 聯網功能采用全中文工控組態(tài)軟件，實時監(jiān)控各個站點，如電機的電壓、電流、工作頻率、管網壓力及流量等。并且能夠累積每個站點的用電量，累積每臺泵的出水量，同時提供各種形式的打印報表，以便分析統計。 （5） 控制靈活分段供水，定時供水，手動選擇工作方式。 （6）容錯性當出現意外情況時，系統能根據水泵及變頻器的狀態(tài)，電網狀況及水源水位，管網壓力等工況自動切換，保證管網內壓力恒定。在故障發(fā)生時，系統會轉而執(zhí)行專門的故障子程序，保證在緊急情況下仍能進行供水。變頻恒壓供水系統的應用范圍非常的廣泛，其廣泛的應用如下 [4]:(1) 高層建筑、城鄉(xiāng)供水小區(qū)、企事業(yè)生活用水。(2) 特殊種類工業(yè)需要恒壓控制的用水如冷卻水循環(huán)、熱力網水循環(huán)、鍋爐補水等。(3) 自來水廠增壓系統。(4) 農田灌溉，污水處理，人造噴泉。(5) 各種液體恒壓控制系統。 變頻恒壓供水的發(fā)展趨勢(1)變頻恒壓供水目前正向集成化，維護操作簡單化方向發(fā)展在國外專門針對供水的變頻器集成化越來越高，很多專用變頻器集成了 PLC 和 PID，甚至將壓力變送器也融入變頻組件，同時維護操作也越來越簡單，部分新品的變頻供水只需簡單設定壓力值就可正常運行，控制軟件和其他參數在出廠時就已設定，或利用傳感器自動獲取完畢。(2)高壓變頻系統在供水行業(yè)中的應用在過去變頻供水較少涉及高壓變頻系統，這也是系統發(fā)展的重要方向，高一低一高型的高壓變頻系統，串聯多電平高壓變頻系統目前已在實際應用中不斷完善，高壓變頻中的諧波問題己逐步得到解決。(3)變頻供水系統正在融入更全面的供水管理系統面對日益復雜的供水系統，如何在滿足供水需求的前提下，最大限度的提高供水系統的效益，是所有供水部門共同面臨的重要課題，目前，在美國，日本，法國等地的有些城市己基本上實現了供水系統的計算機優(yōu)化。基于PLC 的變頻調速恒壓控制是現代供水控制系統的主要方式，它利用ＰＬＣ、傳感器、電氣控制設備、變頻器及水泵機組組成閉環(huán)控制系統，使供水管網壓力保持恒定。由于具有自動化程度高、高效節(jié)能、安全衛(wèi)生、維護方便等特點，在小區(qū)供水和工廠供液供水控制中得到廣泛應用，并取得了良好的控制效果和社會效 [5]。 課題來源及本設計的主要內容本課題來源于茂名市河東水廠的實習。通過前面對傳統供水現狀和變頻恒壓供水系統的應用前景分析可知，變頻調速恒壓供水系統在我國已成為供水行業(yè)發(fā)展的主流趨勢。變頻恒壓供水系統主要由變頻器、可編程控制器、人機界面、各種傳感器等組成。本文研究的目標是對恒壓控制技術給予提升，使系統的穩(wěn)定性和節(jié)能效果進一步提高，操作更加簡捷，故障報警及時迅速，同時具有開放的數據傳輸。本設計的主要內容如下:1）通過揚程特性曲線和管阻特性曲線分析供水系統的工作點，根據管網和水泵的運行曲線，說明供水系統的節(jié)能原理。2）分析變頻恒壓供水系統的組成及特點，探討變頻恒壓供水系統的控制策略，并歸納實用性的控制方案。3）研究 PDI 控制器的設計原理及方法。4）設計變頻恒壓供水系統的硬件和軟件。5）對變頻調速技術及可編程序控制器(PLC)進行簡單介紹。7）以組態(tài)軟件組態(tài)王設計工控機監(jiān)控程序。第二章 變頻調速恒壓供水系統的理論分析 供水系統的基本特性 水泵的主要參數水泵主要工作參數有:流量、揚程、功率、效率、轉速以及壓力 [6]。(1) 流量 Q水泵流量是指水泵在單位時間從水泵出水口排出的水量，可分為體積流量和質量流量兩種。以耐/s( 米 3/秒)、m3/h(米 3/小時 )、七/:(千克/秒)、t/:(噸/ 秒)等表示。供水系統的基本任務是滿足用戶的流量要求。(2) 揚程水泵揚程也稱水頭，是水泵由葉輪傳給單位質量液體的總能量，單位以 m計。揚程主要包括三個方面:提高水位所需的能量。克服水在管網中流動時所需的能量。 使水流具有一定流速所需的能量。其中提高水位所需的能量是揚程的主體部分。因此把水從一個位置“上揚”到另一位置時，用水位的變化量(即水位差) 代表揚程。即水泵揚程最終反映的是水泵供水高度。水泵總揚程包括把水上揚到最高水位所需的能量，以及克服管阻所需的能量和保持流速所需的能量，等于排水垂直水柱和管路阻力損失水柱之和。實際揚程是通過水泵實際提高的水位所需的能量。損失揚程是全揚程與實際揚程之差,即 :總揚程= 實際揚程+損失揚程(3) 功率水泵功率有兩種:有效功率 PM 和軸功率 PN。有效功率 PM(KW)為泵內液體實際所獲得的凈功率；軸功率 PM(KW)是水泵在一定流量、揚程下運行時所需的外來功率，即由電動機傳給水泵軸上的功率。軸功率不可能全部傳給液體，而要消耗一部分功率后，才成為有效功率。(4) 效率有效功率與軸功率的比值為效率 η （21 ）mnP=?水泵效率