【正文】 基于PLC變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計目 錄 摘 要………………………………………………… （4）一．緒論………………………………………………… （4）…………………………………………………（4） ………………………… （5）…………………………………… （5）二．變頻恒壓供水的理論分析………………………… （7）……………………………………… （7） ……………………………………… （7）……………………………………… （8） ……………………………… （11）…………………………………（14） …………………………………………… （16）三．變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及控制原理……………… （16）……………………… （16）……………………………… （17）………………………… （19）……………………… （21）……………………………… （22）…………………………………………… （24）四．變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計…………………… （24）………………………………… （24） …………………………………（26） ………………………………………（27） …………………………………………（27） ……………………………………………（28） ……………………………………………（30） ………………………………………………（33）一 緒論 水是生命之源，人類生存和發(fā)展都離不開水。在通常的城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水中，基本上都是靠供水站的電動機帶動離心水泵，產(chǎn)生壓力使管網(wǎng)中的自來水流動，把供水管網(wǎng)中的自來水送給用戶。但供水機泵供水的同時，也消耗大量的能量，如果能在提高供水機泵的效率、確保供水機泵的可靠穩(wěn)定運行的同時，降低能耗，將具有重要經(jīng)濟意義。 我國供水機泵的特點是數(shù)量大、范圍廣、類型多，在工程規(guī)模上也有一定水平， 但在技術(shù)水平、工程標準以及經(jīng)濟效益指標等方面與國外先進水平相比，還有一定的差距。 隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)的可靠性要求不斷提高。衡量供水質(zhì)量的重要標準之一是供水壓力是否恒定，因為水壓恒定于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的，如當發(fā)生火警時，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，因此用水和供水之間的不平衡的現(xiàn)象時有發(fā)生，并且集中反映在供水的壓力上:用水多而供水少，則供水壓力低。用水少而供水多，則供水壓力大。保持管網(wǎng)的水壓恒定供水，可使供水和用水之間保持平衡，不但提高了供水的產(chǎn)量和質(zhì)量，也確保了供水生產(chǎn)以及電機運行的安全可靠性11]。 對于大多數(shù)采用供水企業(yè)來說，傳統(tǒng)供水機泵存在日常運行費用太高，供水 成本居高不下，單位供水的能耗偏大的問題，尋求供水與能耗之間的最佳性價比，是困擾企業(yè)的一個長期問題。目前各供水廠的供水機泵設(shè)計按最大揚程與最大流量這一最不利條件設(shè)計，水泵大多數(shù)時間在設(shè)計效率以下運行。導致電動機與水泵之間常常出現(xiàn)大馬拉小車問題(如圖 )。因此，如何解決供水與能耗之間的不平衡，尋求提高供水效率的整體解決方案，是各供水解水企業(yè)關(guān)心的焦點問題之一。 變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風機、水泵、空氣壓縮機、制冷壓縮機等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用。利用變頻技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合，在中小型供水企業(yè)實現(xiàn)恒壓供水，不僅能達到比較明顯的節(jié)能效果，提高供水企業(yè)的效率， 采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控。同時可達到良好的節(jié)能性，提高供水效率。所以研究設(shè)計基于變頻調(diào)速的恒定水壓供水系統(tǒng)(簡稱變頻恒壓供水，)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平，同時降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。 我國長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，工業(yè)自動化程度低。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象。而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，此時會造成能量的浪費，同時還有可能造成水管爆裂和用水設(shè)備的損壞。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)供水壓力的方式，多采用頻繁啟/停電機控制和水塔二次供水調(diào)節(jié)的方式，前者產(chǎn)生大量能耗的，而且對電網(wǎng)中其他負荷造成影響，設(shè)備不斷啟停會影響設(shè)備壽命。后者則需要大量的占地與投資。且由于是二次供水，不能保證供水質(zhì)的安全與可靠性。而變頻調(diào)速式的運行十分穩(wěn)定可靠，沒有頻繁的啟動現(xiàn)象，啟動方式為軟啟動，設(shè)備運行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機械沖擊，也沒有水塔供水所帶來的二次污染的危險。由此可見，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有供水安全、節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。 變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。目前國外的恒壓供水系統(tǒng)變頻器成熟可靠，恒壓控制技術(shù)先進。國外變頻供水系統(tǒng)在設(shè)計時主 要采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式。這種方式運行安全可靠，變壓方式更靈活。此方式的缺點必是電機數(shù)量和變頻的數(shù)量一樣多，因而投資成本高。 國外生產(chǎn)的變頻器，特別是供水廠用變頻器，相對于國產(chǎn)變頻器而言也高于國內(nèi)品。 目前國內(nèi)有不少公司在從事進行變頻恒壓供水的研制推廣，國產(chǎn)變頻器主要 采用進口元件組裝或直接進口國外變頻器，結(jié)合PLC或PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)恒壓供水，在小容量、控制要求的變頻供水領(lǐng)域，國產(chǎn)變頻器發(fā)展較快，并以其成本低廉的優(yōu)勢占領(lǐng)了相當部分小容量變頻恒壓供水市場。但在大功率大容量變頻器上，國產(chǎn)變頻器有待于進一步改進和完善。變頻恒壓供水系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應(yīng)用，按所使用的范圍大致分為三類:(1)小區(qū)供水(加壓泵站)變頻恒壓供水系統(tǒng)這類變頻供水系統(tǒng)主要用于包括工廠、小區(qū)供水、高層建筑供水、鄉(xiāng)村加壓 站，特點是變頻控制的電機功率小，一般在 135kw以下，控制系統(tǒng)簡單。由于這一范圍的用戶群十分龐大，(森蘭變頻器)推出的恒壓供水專用變頻器()。(2)國內(nèi)中小型供水廠變頻恒壓供水系統(tǒng) 這類變頻供水系統(tǒng)主要用于中小供水廠或大中城市的輔助供水廠。這類變頻 器電機功率在135kV沐320kw之間，電網(wǎng)電壓通常為ZooV或380V。受中小水廠規(guī)模和經(jīng)濟條件限制，目前主要采用國產(chǎn)通用的變頻恒壓供水變頻器。(3)大型供水廠的變頻恒壓供水系統(tǒng) 這類變頻供水系統(tǒng)用于大中城市的主力供水廠，特點是功率大(一般都大于 犯okw)、機組多、多數(shù)采用高壓變頻系統(tǒng)。這類系統(tǒng)一般變頻器和控制器要求較 高，多數(shù)采用了國外進口變頻器和控制系統(tǒng)。如利德福華的一些高壓供水變頻器在本文中，研究和設(shè)計的變頻器是以第二種應(yīng)用范圍為基礎(chǔ)。 目前國內(nèi)，除了高壓變頻供水系統(tǒng)，多數(shù)恒壓供水變頻系統(tǒng)均聲稱只要改變?nèi)萘烤涂梢酝ㄓ糜诟鞣N供水范圍，但在實際運用中，不同供水環(huán)境對變頻器的要求和控制方式是不一致的，大多數(shù)變頻器并不能真正實現(xiàn)通用。以中小水廠供水環(huán)境來說，由于其包括了自來水生產(chǎn)系統(tǒng)，其溫濕度及腐蝕程度都大于常見小區(qū)和加壓泵站，在水泵組搭配上、需要處理的信號(如水質(zhì)信號停機管理)也多于小區(qū)供水系統(tǒng)，所以在部分條件復雜的中小水廠，采用通用的恒壓供水變頻系統(tǒng)并不能完全滿足實踐要求，現(xiàn)部分中小水廠已認識到這一情況，并針對實際情況對變頻恒壓供水系統(tǒng)加以改進和完善.0)變頻供水系統(tǒng)正在向集成化、維護操作簡單化方向發(fā)展在國內(nèi)，專門 越高， 了PLC 或PID，甚至將壓力傳感器也融入變頻組件 目前國內(nèi)有不少公司在從事進行變頻恒壓供水的研制推廣，國產(chǎn)變頻器主要 采用進口元件組裝或直接進口國外變頻器，結(jié)合PLC 或PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)恒壓供水，在小容量、控制要求的變頻供水領(lǐng)域，國產(chǎn)變頻器發(fā)展較快，并以其成本低廉的優(yōu)勢占領(lǐng)了相當部分小容量變頻恒壓供水市場。但在大功率大容量變頻器上，國產(chǎn)變頻器有待于進一步改進和完善r仆網(wǎng)。 變頻恒壓供水系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應(yīng)用，按所使用的范圍大致分為三類:(1)小區(qū)供水(加壓泵站)變頻恒壓供水系統(tǒng)這類變頻供水系統(tǒng)主要用于包括工廠、小區(qū)供水、高層建筑供水、鄉(xiāng)村加壓站，特點是變頻控制的電機功率小，一般在135kw以下，控制系統(tǒng)簡單。(2)國內(nèi)中小型供水廠變頻恒壓供水系統(tǒng)這類變頻供水系統(tǒng)主要用于中小供水廠或大中城市的輔助供水廠。這類變頻 器電機功率在135kV沐320kw之間，電網(wǎng)電壓通常為ZooV或380V。受中小水廠規(guī)模和經(jīng)濟條件限制，目前主要采用國產(chǎn)通用的變頻恒壓供水變頻器。(3)大型供水廠的變頻恒壓供水系統(tǒng)這類變頻供水系統(tǒng)用于大中城市的主力供水廠，特點是功率大(一般都大于 犯okw)、機組多、多數(shù)采用高壓變頻系統(tǒng)。這類系統(tǒng)一般變頻器和控制器要求較高，多數(shù)采用了國外進口變頻器和控制系統(tǒng)。如利德福華的一些高壓供水變頻器在本文中，研究和設(shè)計的變頻器是以第二種應(yīng)用范圍為基礎(chǔ)。0)變頻供水系統(tǒng)目前正在向集成化、維護操作簡單化方向發(fā)展在國內(nèi)外，專門針對供水的變頻器集成化越來越高，很多專用供水變頻器集成了PLC 或PID，甚至將壓力傳感器也融入變頻組件。同時維護操作也越來越簡二 .頻恒壓供水的理論分析供水所用水泵主要是離心泵，:葉輪安裝在泵殼2內(nèi)，并緊固在泵軸3上，泵軸由電機直接帶動，泵殼中央有一液體吸入口4與吸入管5連接，液體經(jīng)底閥6和吸入管進入泵內(nèi)，泵殼上的液體排出口8與排出管9連接。在泵啟動前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體:啟動后，葉輪由軸帶動高速轉(zhuǎn)動，葉片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴大而減速，又將部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場所。液體由葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中?？梢姡灰~輪不斷地轉(zhuǎn)動，液體便會不斷地被吸入和排出。，盡量使電 動機在額定負載下運行。選擇時應(yīng)注意以下兩點: (1)如果電動機功率選得過小，就會出現(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象，造成電動機長期過載，使其絕緣因發(fā)熱而損壞，甚至電動機被燒毀。 (2)如果電動機功率選得過大，就會出現(xiàn)‘吠馬拉小車”現(xiàn)象，其輸出機械功 率不能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不高，不但對用戶和電網(wǎng)不利，而且還會造成電能浪費。要正確選擇電動機的功率，必須經(jīng)過以下計算或比較:對于恒定負載連續(xù)工作方式，如果知道負載的功率(即生產(chǎn)機械軸上的功率)P堆叨，(kW)式中，爪為生產(chǎn)機械的效率。飛為電動機的效率，即傳動效率.按上式求出的功率，所