變頻供水畢業(yè)設(shè)計(正文)(已修改)
2025-07-16 22:00 本頁面
【正文】 宜 賓 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 1 緒論 目前，我們國家在水位控制中有很大一部分水泵電機是不變速拖動系統(tǒng)，不變速電機的電能大多消耗在適應(yīng)供水量的變化而頻繁的開停水泵中。這樣不但使電機工作在低效區(qū)、減短電機的使用壽命， 而且電機的頻繁開停使設(shè)備故障率很高，導(dǎo)致水資源嚴重浪費，系統(tǒng)的 維護、維修工作量較大。 隨著高位生活用水和工業(yè)用水逐漸增多，傳統(tǒng)的控制方法已經(jīng)落后。原先用人工進行水位控制，由于無法每時每刻對水位進行準(zhǔn)確的定位監(jiān)測，很難準(zhǔn)確控制水泵的起停 。使用浮標(biāo)或機械等水位控制裝置使供水狀況有了一些改變，但由于機械裝置的故障多，可靠性差，給維 修帶來很大的麻煩 。 變頻技術(shù)以其在節(jié)能與恒壓方面的優(yōu)越性能 ， 可以解決水壓控制系統(tǒng)存在的以上問題?？紤]選用單片機或 PLC 與變頻器結(jié)合為核心構(gòu)成的系統(tǒng)都能達到較好的控制效果。但在軟件設(shè)計上， PLC 比單片機的編程更簡潔、直觀 ，從硬件接口考慮，單片機電路稍微復(fù)雜一些 。 從經(jīng)濟方面考慮，由于 PLC 工藝的日漸成熟，小型 PLC 的成本與單片機相差無幾 。 由于要根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)， PLC 的軟件中時間參數(shù)的調(diào)整更簡單，這樣更有利于售后服務(wù)人員掌握。 本系統(tǒng) 控制效果好，軟件設(shè)計簡單，硬件接口簡易可行、可靠性高，則整個系統(tǒng)的性價比非 常高。本次設(shè)計將電力和機械相輔相成的結(jié)合起來，并以此為目標(biāo)進行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)研究和思考鍛煉自己的綜合能力 。 宜 賓 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 2 電機控制系統(tǒng)原理 及 水泵 加、卸載供 水 控制方式存在的電能浪費 能耗分析 交流異步電動機的轉(zhuǎn)速公式為 ： n=60f（ 1s） /p （式 21） 其中 n—電機轉(zhuǎn)速 f—運行電頻率 ； p—電機極對數(shù) s—轉(zhuǎn)差率 ； 加、卸載控制方式使得 水的壓力 在 Pmin～ Pmax 之間來回變化。 Pmin 是最低壓力值，即能夠保 證用戶正常工作的最低壓力。 一般情況下， Pmax、 Pmin 之間關(guān)系可以用下式來表示 ： Pmax＝（ 1＋ δ） Pmin δ 是一個百分數(shù)，其數(shù)值大致在 15%～ 30%之間。 在加、卸載供 水 控制方式下的 水泵電機 ，所浪費的能量主要在 2 個部分 ： 1） 加載時的電能消耗 在壓力達到最小值后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會繼續(xù)上升直到最大壓力值。在加壓過程中 ， 一定要 克服 外界 摩擦做功 ，從而導(dǎo)致電能損失。另一方面，高于壓力最大值的自來水 在進入 供水 元件前，其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓 ， 這一過程同樣是一個耗能過程。 2）卸載時電能的消耗 當(dāng)壓 力達到壓力最大值時， 水泵 通過如下方法來降壓卸載 ： 關(guān)閉進 水 閥使電機處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時將 水箱 分離罐中多余的 水 通過放空閥放空。這種調(diào)節(jié)方法要造成很大的能量浪費。據(jù)測算 ，水泵 卸載時的能耗約占 水泵 滿載運行時的 10%～ 25%。換言之，該水泵電機 20%的時間處于空載狀態(tài)，在作無用功。很明顯在加卸載供 水 控制方式下， 水泵 電機存在很大的節(jié)能空間。 電機控制系統(tǒng)原理的 不足之處 1）靠機械方式 來 調(diào)節(jié) 水體流量 ，使供 水 量無法連續(xù)調(diào)節(jié)，當(dāng)用 水 量不斷變化時，供 水 壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動。 嚴重影響了我們生活中的使用 要求。再加 上頻繁調(diào)節(jié) 電機轉(zhuǎn)速 ，會加速 電機 的 沖擊 磨損，增加維修量和維修成本 。 宜 賓 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 3 2） 頻繁調(diào)節(jié) 電機轉(zhuǎn)速， 啟動沖擊電流和啟動給 水泵電機 帶來機械沖擊 ， 耐用性得不到保障。 因此，對電機的性能要求較高。 恒壓供 水 控制方案的設(shè)計 針對原有供 水 控制方式存在的諸多問題，可應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)進行恒壓供 水 控制。我們把管網(wǎng)壓力作為控制對象，壓力 傳感 器 YB 將 水池中水 的壓力 P 轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査徒oPID 調(diào)節(jié)器，與壓力設(shè)定值 P0 作比較，并根據(jù)差值的大小按 給 定的 PID 控制模式進行運算，產(chǎn)生 的 控制信號送 到 變頻調(diào)速 器 VF， 通過變頻器控制電機的工作頻率與轉(zhuǎn)速，從而使實際壓力 P 始終接近設(shè)定壓力 P0。 另外，采用該方案后， 水泵 電機從靜止到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻器來啟動，實現(xiàn)了軟啟動，避免了啟動沖擊電流和啟動給 水泵電機 帶來的機械沖擊。 變頻器恒壓供水 簡介 變頻恒壓供水系統(tǒng)原理如圖 31 所示，它主要是由 PLC、變頻器、 PID 調(diào)節(jié)器、 TC時間控制器、壓力傳感器、液位傳感器、動力控制線路 、工業(yè)控制計算機（ IPC）系統(tǒng)以及 3 臺水泵等組成。用戶通過控制柜面板上的指示燈 、 按鈕 和 轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運行。 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 ， 與給定壓力參數(shù)進行比較，得出一調(diào)節(jié)參數(shù)， 傳 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)用水量超過一臺 水 泵的供水量時，通過 PLC 控制器 增加水 泵 數(shù)量 。 即 根據(jù)用水量的大小由 PLC 控制 所需工作水 泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速，實現(xiàn)恒壓供水 。 同時系統(tǒng)配備的時間控制器和 PID 控制器，使其具有定時換泵運行功能（由時間控制器實現(xiàn)）和雙工作壓力設(shè)定功能（ 由 PID 控制器和時間控制器實現(xiàn)）。充分保證了水泵的及時維修和系統(tǒng)的正常供水。 正常情況（無泵檢修） 時，各泵的運行順序為 1， 2， 3。 宜 賓 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 4 圖 31 供水系統(tǒng)原理 圖 水泵水位傳感器，防止水泵干抽給用戶供水水位傳感器，高于該水位，水泵停止抽水低于該水位，水位開始抽水 圖 32 水位傳感器 宜 賓 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 5 工作原理 運行方式 本 系統(tǒng)有手動和自動兩種運行方式： 1） 手動運行
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