【正文】 維持一段時間（比如12分鐘），如果在這一段延時的時間內(nèi)切換條件仍然成立，則進行實際的機組切換操作。這個頻率在實際應(yīng)用中就是電機運行的下限頻率。要增加實際供水壓力，正如前面所講的那樣，只能夠通過水泵機組切換，增加運行機組數(shù)量來實現(xiàn)。盡管通用變頻器的頻率都可以在0400Hz范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，但當它用在供水系統(tǒng)中，其頻率調(diào)節(jié)的范圍是有限的，不可能無限地增大和減小。如果在晚間用水不多時，當最后一臺正在運行的主泵處于低速運行時，如果供水壓力仍大于設(shè)定值，則停機并啟動輔泵投入調(diào)速運行，從而達到節(jié)能效果。在PLC的邏輯控制下將1泵電機與變頻器連接的電磁開關(guān)斷開，1泵電機切換到工頻運行，同時變頻器與2泵電機連接， 控制2泵投入調(diào)速運行。增泵工作過程：假定增泵順序為l、3泵。變頻器根據(jù)頻率給定信號及預(yù)先設(shè)定好的加速時間控制水泵的轉(zhuǎn)速以保證水壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限范圍之內(nèi)，實現(xiàn)恒壓控制。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運行，防止因電機過載、變頻器報警、電網(wǎng)過大波動、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等等造成的故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報警量進行監(jiān)測，由PLC判斷報警類別，進行顯示和保護動作控制，以免造成不必要的損失。通過人機界面，使用者可以更改設(shè)定壓力，修改一些系統(tǒng)設(shè)定以滿足不同工藝的需求，同時使用者也可以從人機界面上得知系統(tǒng)的一些運行情況及設(shè)備的工作狀態(tài)。變頻器跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。(3)控制系統(tǒng)供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統(tǒng))、變頻器和電控設(shè)備三個部分。它們用于在用水量增大而調(diào)速泵的最大供水能力不足時，對供水量進行定量的補充。三臺水泵中每臺泵的出水管均裝有手動閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，三臺泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要；變頻供水系統(tǒng)中檢測管路壓力的壓力傳感器，一般采用電阻式傳感器(反饋0～5V電壓信號)或壓力變送器(反饋4～20mA電流)；變頻器是供水系統(tǒng)的核心，通過改變電機的頻率實現(xiàn)電機的無極調(diào)速、無波動穩(wěn)壓的效果和各項功能。由于變頻器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑，穩(wěn)定。所以，在變頻調(diào)速恒壓給水控制設(shè)備中，PID控制信號的產(chǎn)生和輸出就成為降低給水設(shè)備成本的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于帶模擬量輸入，輸出接口的可編程控制器價格很高，這無形中就增加了供水設(shè)備的成本。壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號在輸入可編程控后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部PID控制程序的計算，輸出給變頻器一個轉(zhuǎn)速控制信號。電路的可靠性和抗干擾能力都不太好。通過水泵加壓后，必須恒壓供給每一個用戶。 課題研究的對象 供水流程簡圖此次設(shè)計研究的對象是一棟樓房的供水系統(tǒng)。[1]姜興忠. 戴恒陽. 變頻恒壓供水系統(tǒng)的機理分析. 電氣傳動自動化,: 344號或控制軟件相連，能對供水的相關(guān)數(shù)據(jù)進行實時傳送，以便顯示和監(jiān)控以及報表打印等功能。(2)用戶管網(wǎng)中因為有管阻、水錘等因素的影響，同時又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個線性系統(tǒng)。目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正向著高可靠性、全數(shù)字化微機控制、多品種系列化的方向發(fā)展。第2章 總體方案論證與設(shè)計 變頻恒壓供水系統(tǒng)隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能和高品質(zhì)的供水質(zhì)量等特點，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)及高層建筑的生活、消防供水中。實際上，給水泵站的出口壓力允許在一定范圍內(nèi)變化。可以看出，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中，對于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)的變頻但壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。有的采用單片機及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)。即1968年，丹麥的丹佛斯公司發(fā)明并首家生產(chǎn)變頻器(丹佛斯是傳動產(chǎn)品全球五大核心供應(yīng)商之一)后，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像瑞典、瑞士的ABB集團推出了HVAC變頻技術(shù)，法國的施耐德公司就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”，“變頻泵循壞方式”兩種模式。 國內(nèi)外研究情況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。因此，研究提水系統(tǒng)的能量模型，找出能夠節(jié)能的控制策略方法，這里大有潛力可挖，是減少能耗，保障供水的一個很有意義的工作。我國泵站的特點是數(shù)量大、范圍廣、類型多、發(fā)展速度快，在工程規(guī)模上也有一定水平，但由于設(shè)計中忽視動能經(jīng)濟觀點以及機電產(chǎn)品類型和質(zhì)量上存在的一些問題等等原因，致使在技術(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，水對人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強，人民對供水的質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。由于氣壓罐的調(diào)節(jié)容量僅占其總?cè)莘e的1/31/6，因而每個罐的調(diào)節(jié)能力很小，只得依靠頻繁的啟動來保證供水，這樣將產(chǎn)生較大的噪聲，同時由于啟動過于頻繁，壓力不穩(wěn)，加之硬啟動，電氣和機械沖擊較大，設(shè)備損壞很快。而變頻調(diào)速式中的調(diào)速裝置占地面積僅為幾平米。而變頻恒壓供水在系統(tǒng)用水量下降時可無級調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使供水壓力與系統(tǒng)所需水壓大致相等，這樣就節(jié)省了許多電能，同時變頻器對水泵采用軟啟動，啟動時沖擊電流小，啟動能耗比較小。這種方式的節(jié)能效果是最佳的，但由于最不利點一般距離水泵較遠，壓力信號的傳輸在實際應(yīng)用中受到諸多限制，因此工程中很少采用。他比水泵出口恒壓控制方式能更節(jié)能，但這取決于將全天24小時分成的時段數(shù)及所需水泵出口壓力計算的精確程度。這種方式適用于管路的阻力損失在水泵揚程中所占比例較小，整個給水系統(tǒng)的壓力可以看作是恒定的，但這種控制方式若在供水面積較大的居住區(qū)中應(yīng)用時，由于管路能耗較大，在低峰用水時，最不利點的流出水頭高于設(shè)計值，故水泵出口恒壓控制方式不能得到最佳的節(jié)能效果。但氣壓罐供水的方式也存在著許多缺點，在介紹完變頻調(diào)速供水方式后，再將二者作一比較。水箱的水位監(jiān)控裝置也容易損壞，這樣系統(tǒng)的開、停，將完全由人工操作，使系統(tǒng)的供水質(zhì)量下降能耗增加。 恒速泵+高位水箱供水方式這種方式原理與水塔是相同的，只是水箱設(shè)在建筑物的頂層。但這種供水方式基建設(shè)備投資最大，占地面積也最大。水泵處于斷續(xù)工作狀態(tài)中。這種系統(tǒng)形式簡單、造價最低，但耗電、耗水嚴重，水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。在恒壓供水技術(shù)出現(xiàn)以前，出現(xiàn)過許多供水方式。 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)  基于PLC的住宅小區(qū)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文目 錄摘 要 IABSTRACT II第1章 緒論 1 城市供水系統(tǒng)介紹 1 一臺恒速泵直接供水系統(tǒng) 1 恒速泵+水塔的供水方式 1 射水泵+水箱的供水方式 2 恒速泵+高位水箱供水方式 2 恒速泵+氣壓罐供水方式 2 變頻調(diào)速供水方式 2 變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義 4 國內(nèi)外研究情況 4第2章 總體方案論證與設(shè)計 6 變頻恒壓供水系統(tǒng) 6 課題研究的對象 7 變頻恒壓供水控制方式的選擇 7 邏輯電子電路控制方式 7 單片機微機電路控制方式 8 帶PID回路調(diào)節(jié)器與PLC的控制方式 8 新型變頻調(diào)速供水設(shè)備 8第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 10 變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理 10 系統(tǒng)的構(gòu)成 10 工作原理 12 變頻恒壓供水系統(tǒng)加減水泵的條件分析 12 主電路設(shè)計 14 可編程控制器 15 PLC簡介 15 PLC的特點 16 PLC輸入輸出端子分配表 17 PLC的接線圖 18 變頻器 19 變頻器的構(gòu)成 19 變頻器的特點 22 變頻器的選型與接線 23 PID調(diào)節(jié)器 23 壓力傳感器接線圖 25 元器件選擇 25 控制面板正面效果圖和安裝接線圖 27 電控柜安裝接線圖 29第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 30 PLC控制 30 手動運行 31 自動運行 31 編程及介紹 32 自動運行 32 手動部分 33 公共部分 34第5章 系統(tǒng)的模擬運行結(jié)果及分析 37 程序調(diào)試 37 自動部分調(diào)試 37 自動部分調(diào)試 37結(jié) 論 38參考文獻 39附 錄 40致 謝 41III 長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第1章 緒論 城市供水系統(tǒng)介紹眾所周知，水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水節(jié)能己成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能短缺的國家，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，自動化程度低。此時將會造成能量的浪費，同時有可能導(dǎo)致水管爆破和用水設(shè)備的損壞。這種供水方式，水泵整日不停運轉(zhuǎn)，有的可能在夜間用水低谷時段停止運行。水塔注滿后水泵停止，水塔水位低于某一位置時再啟動水泵。供水壓力比較穩(wěn)定。 射水泵+水箱的供水方式這種方式是利用射流泵本身的獨特結(jié)構(gòu)進行工作，利用壓差和來水管粗，出水管細的變徑工藝來實現(xiàn)供水，但是由于其技術(shù)和工藝的不完善，加之該方式會出現(xiàn)有壓無量(流量)的現(xiàn)象，無法滿足高層供水的需要。一些動物甚至人都可能進入水箱污染水質(zhì)。而且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水質(zhì)因異物進入而被污染的可能性。(1)出口恒壓控制水泵出口恒壓控制是將壓力傳感器安裝在水泵出口處，使系統(tǒng)在運行過程中水泵出口水壓恒定。這種控制方式其實是水泵出口恒壓控制的特殊形式。使系統(tǒng)在運行過程中保持最不利點的壓力恒定。同時水泵是工頻率啟動，且啟動頻繁，又會造成一定的能耗。同時由于氣壓罐體積大，占地面積一般為幾十平米。氣壓罐方式的運行不穩(wěn)定，突出表現(xiàn)在它的頻繁啟動。由此可見，變頻調(diào)速式供水系統(tǒng)具有節(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。 變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義泵站擔負著工農(nóng)業(yè)和生活用水的重要任務(wù)，運行中需大量消耗能量，提高泵站效率:降低能耗，對國民經(jīng)濟有重大意義。造成不必要的能量浪費。同時系統(tǒng)具有良好節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計該系統(tǒng)，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(xiàn)實意義。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況，因而投資成本高。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外品牌的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管的管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負載容量，同時操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所。這種調(diào)控方式以穩(wěn)定水壓為目的，各種優(yōu)化方案都是以母管(市政來水管)進口壓力保持恒定為條件。以變頻器為核心結(jié)合PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本低能耗等諸多特點。變頻恒壓供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，運行的經(jīng)濟性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢，而且具有顯著的節(jié)能效果。同時用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)。在故障發(fā)生時，執(zhí)行專門的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進行供水(5)水泵的電氣控制柜，其有遠程和就地控制的功能和數(shù)據(jù)通訊接口，能與控制信。(7)當出現(xiàn)意外的情況(如突然停水、斷電、泵、變頻器或軟啟動器故障等)時，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況點自動進。自來水廠送來的水先儲存的水池中再通過水泵加壓送給用戶。 單片機微機電路控制方式這類控制電路優(yōu)于邏輯電路，但在應(yīng)付不同管網(wǎng)、不同供水情況時，調(diào)試較麻煩；追加功能時往往要對電路進行修改，不靈活也不方便。傳感器的任務(wù)是檢測管網(wǎng)水壓，壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。既要有模擬量輸入接口，又要有模擬量輸出接口。如果采用一個開關(guān)量輸入，輸出的可編程控制器和一個PID回路調(diào)節(jié)器，其成本也和帶模擬量輸入，輸出的可編程控制器差不多。由于PID運算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對可編程控制器存貯容量的要求和對PID算法的編程，而且PID參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。 供水系統(tǒng)方案圖 第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理 系統(tǒng)的構(gòu)成 系統(tǒng)原理圖，整個系統(tǒng)由三臺水泵，一臺變頻調(diào)速器，一臺PLC和一個壓力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。恒速泵:水泵運行只在工頻狀態(tài)，速度恒定。該信號為開關(guān)量信號。②變頻器:它是對水泵進行轉(zhuǎn)速控制的單元。(4)人機界面人機界面是人與機器進行信息交流的場所。(6)報警裝置作為一個控制系統(tǒng)，報警是必不可少的重要組成部分。根據(jù)壓力設(shè)定值(根據(jù)管網(wǎng)壓力要求設(shè)定)與壓力實際值(來自于壓力傳感器)的偏差進行PID調(diào)節(jié)，并輸出頻率給定信號給變頻器。此時PID會繼續(xù)通過由遠傳壓力表送來的檢測信號進行分析、計算、判斷，進一步控制變頻器的運行頻率，使管壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限偏差范圍之內(nèi)。當變頻器的輸出頻率達到上限，并穩(wěn)定運行后，如果供水壓力仍沒達到預(yù)置值，則需進入增泵過程。當供水壓力大于預(yù)置值時，變頻器輸出頻率降低，水泵速度下降，當變頻器的輸出頻率達到下限，并穩(wěn)定運行一段時間后，把變頻器控制的水泵停