基于plc的給水泵組變頻恒壓控制程序設(shè)計(jì)-wenkub
2023-07-08 20:43:06 本頁面
【正文】 用戶對流量的需求。將來用戶需求發(fā)生變化時(shí)，需要對給水系統(tǒng)做出調(diào)節(jié)，以適應(yīng)流量的變化。若：給水能力Qg用水需求Qv，則壓力P不變。而流量的大小又取決于揚(yáng)程，而揚(yáng)程難以進(jìn)行具體測量和控制。揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線的交點(diǎn)，稱為給水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖21中A點(diǎn)。管阻特性反映了水泵的能量用來克服泵系統(tǒng)的水位及壓力差、液體在管道中流動(dòng)阻力的變化規(guī)律。水系統(tǒng)的基本特性和工作點(diǎn)揚(yáng)程特性是以給水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤幔砻魉迷谀骋晦D(zhuǎn)速下?lián)P程與流量Q之間的關(guān)系曲線f（Q） [7][8]。 給水系統(tǒng)基本特性給水系統(tǒng)的參數(shù)表明了給水的性能。提出了設(shè)計(jì)需要解決的主要技術(shù)問題和本文的主要研究內(nèi)容。本文就最簡的給水泵組控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的敘述，包括硬件電路設(shè)計(jì)，控制軟件的總體方案及程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及相關(guān)的控制程序?qū)嶋H。 項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容 項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容通過對現(xiàn)有給水系統(tǒng)的調(diào)研和分析，確定以工作可靠、性能穩(wěn)定、價(jià)格合理等特點(diǎn)的西門子S7系列單片機(jī)和西門子變頻器構(gòu)成的控制核心來設(shè)計(jì)變頻恒壓給水系統(tǒng)，確定控制要求，設(shè)計(jì)控制軟件，并在工程項(xiàng)目實(shí)踐中考驗(yàn)與使用，保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。其構(gòu)成成本較低，使用較廣?？刂葡到y(tǒng)的核心通常有單片機(jī)或PLC加變頻器構(gòu)成。變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水泵電機(jī)無級調(diào)速，根據(jù)水泵出口的壓力情況自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而保持水壓恒定，以滿足人們對給水系統(tǒng)的高要求。即使如此，還常常不能滿足最不利給水點(diǎn)的給水要求，同時(shí)由于其存儲的水量比較大，在屋頂形成很大的負(fù)重，增加了結(jié)構(gòu)的承重和占用樓宇的建筑面積，也妨礙美觀，且投資大、增加建筑周期長，還存在二次污染問題。自來水的給水壓力已無法滿足次高層和高層建筑的生活消防給水的要求，只能依靠二次加壓給水設(shè)備進(jìn)行加壓。把先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用到給水領(lǐng)域，成為對給水系統(tǒng)的新要求。并詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的構(gòu)成及相應(yīng)的PLC程序設(shè)計(jì)。基于PLC的給水泵組變頻恒壓控制程序設(shè)計(jì)溫筱茜電子郵箱：wenxq168博客：126/二○○九年八月基于PLC的給水泵組變頻恒壓控制程序設(shè)計(jì)使用變頻器的PID功能、由PLC控制水泵切換摘 要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，高層建筑比例的不斷增加，人們對給水質(zhì)量和給水系統(tǒng)可靠性的要求在不斷提高，由于能源緊缺，如何利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)，設(shè)計(jì)出高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓給水系統(tǒng)成為必然趨勢。本文研究常規(guī)多泵變頻恒壓給水系統(tǒng)：使用變頻器的PID功能、由PLC控制水泵切換。 項(xiàng)目的背景及現(xiàn)狀分析[1][4]水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，城市的生活生產(chǎn)用水主要由自來水公司的市政管網(wǎng)提供。當(dāng)前的二次加壓生活給水設(shè)備的給水方式主要有高位水塔、水箱給水、增壓給水，其中增壓給水又包括氣壓給水和變頻恒壓給水。氣壓給水系統(tǒng)僅在地下室或某些空余之處設(shè)置水泵機(jī)組和氣壓儲水罐設(shè)備，采用氣壓增壓給水來滿足給水要求，即以氣壓罐代替水塔或高位水箱，利用密閉壓力水罐內(nèi)空氣的壓力將水加壓到管網(wǎng)中去，其優(yōu)點(diǎn)是不必設(shè)高位水箱。恒壓給水系統(tǒng)與傳統(tǒng)的水塔、高位水箱或氣壓給水系統(tǒng)相比，無論是投資的規(guī)模，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，可靠性，穩(wěn)定性和自動(dòng)化程度等方面都優(yōu)于水塔給水系統(tǒng)和水箱給水系統(tǒng)，而且還有顯著的節(jié)能效果。用于給水控制單片機(jī)由于無法達(dá)到足夠的批量，因而其可靠性、工作穩(wěn)定性、壽命的持久性均比不上PLC；單片機(jī)控制程序固定，無法更新；一旦生產(chǎn)廠服務(wù)跟不上，設(shè)備出故障用戶就無法維修和更換。但功能無法擴(kuò)展。具體的研究內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：分析給水系統(tǒng)特性和原理，分析和論證變頻調(diào)速方式在恒壓給水系統(tǒng)中的節(jié)能原理和效果。闡述設(shè)備的調(diào)試及變頻器參數(shù)設(shè)定。第二章 變頻恒壓給水系統(tǒng)的特性及原理變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)主要由水泵、電動(dòng)機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成，通常由鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)來給水。但各參數(shù)之間不是靜止孤立的，相互間存在一定的內(nèi)在聯(lián)系和變化規(guī)律。由圖21可以看出，流量Q越大，揚(yáng)程H越小。由圖可知，在同一閥門開度下，揚(yáng)程H越大，流量Q也越大。在這一點(diǎn)，用戶的用水流量Qv和給水系統(tǒng)的給水流量Qg處于平衡狀態(tài)，給水系統(tǒng)既滿足了揚(yáng)程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。考慮到動(dòng)態(tài)情況下，管道中水壓的大小是揚(yáng)程大小的反映，而揚(yáng)程與給水能力(由流量Qg表示)和用水需求(由用水流量Qg表示)之間的平衡情況有關(guān)。由此可見，流體壓力P的變化反映了給水能力Qg與用水需求Qv之間的矛盾。這種調(diào)節(jié)就是以壓力恒定為前提來實(shí)現(xiàn)的。這時(shí)的管阻特性將隨閥門開度的改變而改變，但揚(yáng)程特性則不變。 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的方法及其原理通過轉(zhuǎn)速控制法實(shí)現(xiàn)恒壓給水，需要調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。在電源頻率一定的情況下，改變電動(dòng)機(jī)的磁極對數(shù)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變。三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子銅損耗為[9]： （）該損耗和電機(jī)的轉(zhuǎn)差率成正比，又稱為轉(zhuǎn)差功率，以電阻發(fā)熱方式消耗。因此變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法不適用于恒壓給水系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速控制法。在改變輸出頻率的同時(shí)也改變輸出電壓，以保證電機(jī)磁通基本不變，其關(guān)系為：U1/f1=常數(shù)式中：U1為變頻器輸出電壓；f1為變頻器輸出頻率。圖22 變頻調(diào)速機(jī)械特性[9]Fig 22 The mechanical characteristics of frequency control 水泵調(diào)速運(yùn)行節(jié)能原理在給水系統(tǒng)中，通常以流量為控制目的，常用的控制方法為閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法。轉(zhuǎn)速控制法是通過改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度保持不變，是通過改變水的動(dòng)能改變流量[14]。圖23 管網(wǎng)及水泵的運(yùn)行特征曲線Fig 23 The operating characteristic curve of pipe network and pump用閥門控制時(shí)，若給水量高峰期水泵工作在E點(diǎn)，流量為Q1，揚(yáng)程為H0，當(dāng)給水量從Q1減小到Q2時(shí)，必須關(guān)小閥門，這時(shí)閥門的摩擦阻力變大，阻力曲線從β3移到β1，揚(yáng)程特性曲線不變。根據(jù)水泵變速運(yùn)行的相似定律，變速前后流量Q、揚(yáng)程H、功率P與轉(zhuǎn)速N之間關(guān)系為： ；； （）式中，QHP1為變速前的流量、揚(yáng)程、功率，QHP2為變速后的流量、揚(yáng)程、功率。非線性：用戶管網(wǎng)中因?yàn)橛泄茏?、水錘等因素的影響，同時(shí)又由于水泵的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化不成正比，因此變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)是一個(gè)非線性系統(tǒng)。對每臺水泵均采用軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流可從0到電機(jī)額定電流，減少了啟動(dòng)電流對電網(wǎng)的沖擊的同時(shí)減少了啟動(dòng)慣性對設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速
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