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【正文】 water supply system and data transmission very well. Then constant pressure supply water controller is Ⅲ designed by PID. The design of the system39。 s hardware and soften is introduced thoroughly, The design of inverter constant pressure water supply system can be applied to many internal water supply systems, the effect of which is stable, credible and energysaving. Key word: Speedfrequency variable； Constant pressure water supply； PLCⅡ 目錄 摘要 ................................................... II .................................................. 1 變頻恒壓供水產生的背景和意義 ......................... 1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內研究現(xiàn)狀 ....................... 2 變頻調速恒壓供水的特點及應用范圍 ...................... 3 變頻調速恒壓供水控制系統(tǒng)的主要特點是： .............. 3 傳統(tǒng)定壓方式的弊病： ............................... 4 變頻調速恒壓供水控制系統(tǒng)的主要應用范圍 .............. 4 課題來源及本文的主要研究設計內容 ...................... 5 課題來源 ........................................... 5 研究設計的主要內容 ................................. 5 ............................... 6 水泵供水的主要參數(shù) ................................... 6 供水系統(tǒng)的基本特性 ................................... 6 水泵調速運行的節(jié)能原理 ............................... 7 變頻調速原理 ......................................... 9 .................... 10 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的構成 .......................... 10 系統(tǒng)要求實現(xiàn)的功能 .................................. 12 系統(tǒng)工作原理 ........................................ 13 ........................ 16 Ⅱ 系統(tǒng)硬件組成 ........................................ 16 可編程控制器 (PLC)選型 ............................... 16 變頻器選型 .......................................... 17 水泵及其電動機的選型 ................................ 19 遠傳壓力表選型 ...................................... 20 觸摸屏 .............................................. 21 軟啟動器、自耦變壓器 ................................ 21 PLC 用隔離變壓器、低壓電器、控制柜 ................... 21 系統(tǒng)電路設計 ........................................ 21 系統(tǒng)主電路 ........................................ 21 系統(tǒng)控制電路 ...................................... 22 PLC I/O 分配 ...................................... 23 缺水保護電路 ...................................... 24 計 ....................................... 25 PID 調節(jié) ............................................ 25 PID 調節(jié)原理 ...................................... 25 PID 參數(shù)設置 ...................................... 27 PID 設定值的調整 .................................. 27 PID 控制算法 ...................................... 28 系統(tǒng)運行主程序 ...................................... 29 故障檢測子程序 ...................................... 30 數(shù)字 PID 子程序 ...................................... 30 Ⅱ 泵切換程序 .......................................... 31 對外 通訊子程序 ...................................... 33 .................................. 33 硬件功能性調試 ...................................... 33 系統(tǒng)總體調試 ........................................ 34 小結 ................................................ 34 ...................................... 35 結束語 .............................................. 35 技術展望 ............................................ 36 致 謝 ................................................. 37 參考文獻 ............................................... 38 附錄 ................................................... 39 1 水是生命之源，人類生存離不開水。我國是一個水資源和電能相對短缺的國家，現(xiàn)代化進程的加快，城市的高層建筑越來越多， 在用水量高峰期時供水量普遍不足，造成城市公用管網水壓浮動較大。由于每天不同時段用水對供水壓力的要求變化較大，僅僅靠供水廠值班人員依據經驗進行人工手動調節(jié)很難及時有效的達到目的。這種情況造成用水高峰期時供水壓力不足，用水低峰期時供水壓力過高，不僅十分浪費能源而且存在事故隱患（例如壓力過高容易造成爆管事故） ，采用各種自動化手段來節(jié)約用水、節(jié)約用電已經成為我們國家發(fā)展的當務 之急。 隨著社會經濟的迅速發(fā)展，人們對供水質量和供水系統(tǒng)的可靠性要求不斷提高。衡量供水質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，不能迅速滅火，會造成更大的經濟損失或人員傷亡。但是用戶用水量是經常變動的，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量和質量，也確保了供水生產 以及電機運行的安全可靠性。 本設計采用簡單實用的 PLC和變頻調速技術，集變頻技術、電氣技術、現(xiàn)代控制技術于一體去改造傳統(tǒng)的城市高樓供水系統(tǒng)。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，同時系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設計該系統(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。 我國長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產循環(huán)供水等方面技術一直比較落后，工業(yè)自動化程度低。主要表現(xiàn) 生產生活中的用水量常隨時間而變化，季節(jié)、晝夜相差很大。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備的損壞。傳統(tǒng)調節(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節(jié)的方式，前者產生大量能耗的，而且對電網中其他負荷造成影響，設備不斷啟停會影響設備壽命 。后者則需要大量的占地與投資。且由于是二次供水，不能保證供水質的安全與可靠性。而變頻調速式的運行十分穩(wěn)定可 靠，沒有頻繁的啟動現(xiàn)象，啟動方式為軟啟動，設備運行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機械沖擊， 2 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、調節(jié)能力大、運行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應用前景和明顯的經濟效益與社會效益。 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計按最大揚程與最大流量這一最不利條件設計 ，水泵大多數(shù)時間在設計效率以下運行。導致電動機與水泵之間常常出現(xiàn)大馬拉小車問題 (如圖 11)。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，是各供水企業(yè)關心的焦點問題之一。所以研究設計基于 PLC變頻調速的恒定水壓供水系統(tǒng) (簡稱變頻調速恒壓供水，如圖 12)，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 [16]。 圖 11 傳統(tǒng)供水機泵示意圖 圖 12 變頻調速供水機泵示 Fig11 Diagram of traditional machine pump Fig12 Diagram of frequency conversion pump 變頻恒壓供水是在變頻調速技術的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的 [9]。在早期，由于國外生產的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉控制、起制動控制、起制動控制、壓頻比控制及各種保護功能。應用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機構，為了滿足供水量大小需求不同時，保證管網壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進行閉 環(huán)控制。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設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。隨著變頻技術的發(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 3 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，像日本 Samco公司，就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”，“變頻泵循環(huán)方式”兩種模式。它將 PID調節(jié)器和 PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設 置指令代碼實現(xiàn) PLC和 PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個內置的電磁接觸器工作，可構成最多 7臺電機 (泵 )的供水系統(tǒng)。這類設備雖微化了電路結構，降低了設備成本，但其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng) (如 BA系統(tǒng) )和組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據通信，并且限制了帶負載的容量，因此在實際使用時其范圍將會受到限制。 目前國內有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉速，水管管網壓力的閉環(huán)調節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器 (PLC)及相應的軟件予以實現(xiàn)；有的采用單片機及相應的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾性能以及開放性等多方面的綜合技術指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。原深圳華為 (現(xiàn)已更名為艾默生 )電氣公司和成都希望集團 (森蘭變頻器 )也推出子恒壓供水專用變頻器 ( w22kw) ，無需外接 PLC和 PID調節(jié)器，可完成最多 4臺水泵的循環(huán)切換、定時起、停和定時循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內部實現(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)據通信功能，因此 只適用于小容量，控制要求不高的供水場所。 可以看出，目前在國內外變頻調速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設計中，對于能適應不同的用水場合，結合現(xiàn)代控制技術、網絡和通訊技術同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性 (EMC)的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制研究得不夠。因此，有待于進一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性