【正文】 能模塊 操作模塊 輸出模塊 輸入模塊 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 恒壓供水系統(tǒng)硬件配置 11 PLC 是在系統(tǒng)軟件的控制和指揮下，采用循環(huán)順序掃描的工作方式，其工作過程就是程序的執(zhí)行過程，它分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段，如圖 所示。 現(xiàn)代可編程控制器不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)量的邏輯控制，還具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)學(xué)處理、運(yùn)動(dòng)控制、模擬量 PID 控制、通信網(wǎng)絡(luò)等功能。 PLC 結(jié)構(gòu)如圖 所示?？删幊炭刂破骶哂胸S富的輸入 /輸出接口，并具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，但它的產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，其靈活標(biāo)準(zhǔn)的配置能夠適應(yīng)工業(yè)上的各種控制。 工頻電 QS FU1 FU2 FU3 KM7 KM1 KM2 KM3 KM4 FR1 KM5 FR2 KM6 FR3 圖 水泵主回路接線圖 R S T 變 頻 器 U V W M1 M3 M2 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 恒壓供水系統(tǒng)硬件配置 10 3 恒壓供水系統(tǒng)硬件配置 可編程控制器 選型 簡(jiǎn)介 PLC 可編程控制器是 60 年代末在繼電器系統(tǒng)上 發(fā)展起來的，當(dāng)時(shí)稱作可編程邏輯控制器 (Programmable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱 PLC。使用中，由于電流超過允許值產(chǎn)生的熱量使串接于主電路中的熔體熔化而切斷電路，防止電氣設(shè)備短路和嚴(yán)重過載 [5]。 熱繼電器 (FR)是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護(hù)電路，它在電路中的用作電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)。 主電路接線圖 電機(jī)有兩種工作模式即：在工頻電下運(yùn)行和在變頻電下運(yùn)行。即在接到高低限報(bào)警時(shí)不是立即執(zhí)行增減泵操作，而是進(jìn)行一定時(shí)間的延時(shí)，防止因偶然情況導(dǎo)致不必要 的增減泵，這樣不僅會(huì)影響管網(wǎng)水壓穩(wěn)定，還使得泵起停頻繁，使用壽命減短。相對(duì)的，當(dāng)用水量比較少時(shí)， 變頻頻率就會(huì)降低，但也不能無限將至 0HZ甚至以下，在實(shí)際應(yīng)用中 ， 因?yàn)楣芫W(wǎng)中是存在水壓的，所以會(huì)施加一個(gè)反向力給水泵，同時(shí)也會(huì)阻止水池的水進(jìn)入管網(wǎng)，所以變頻頻率不可能降至 0HZ，甚至在 10～ 20HZ時(shí)水泵已經(jīng)無法將水送入管網(wǎng)，所以 PID模塊低限報(bào)警設(shè)定值一般就為水泵不能送水的臨界值，此值更加管網(wǎng)水壓以及其他原因會(huì)有所不同，此系統(tǒng)中低限報(bào)警值設(shè)為 20HZ。 就變頻器本身而言，它的變頻范圍是很廣的 ， 一般都是 0到幾百赫茲，但我們?cè)诖讼到y(tǒng)中應(yīng)用卻不能使頻率過大或過小，頻率過大將導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩不足等問題，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)中電機(jī)可能在工頻與變頻之間切換，當(dāng)變頻切工頻時(shí) 只能 是工頻頻率在 50Hz時(shí)進(jìn)行。反過來講，當(dāng)因?yàn)楦呦迗?bào)警后執(zhí)行了增泵程序，用戶用水量降下來以后，兩臺(tái)泵運(yùn)行的功率過剩，此時(shí)就需要將其中一臺(tái)泵停下來，另一臺(tái)泵變 頻運(yùn)行。 減泵工作過程 為 假定 開始時(shí)二號(hào)泵工頻運(yùn)行，三號(hào)泵變頻運(yùn)行， 當(dāng)供水壓力大于預(yù)置值時(shí)，變頻器 輸出頻率降低，水泵速度下降，當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到下限，并穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，把 三號(hào) 水泵停機(jī) ，二號(hào)變頻運(yùn)行。 增泵 工作過程為 假定開始時(shí) 二號(hào)泵變頻運(yùn)行 ， 則二號(hào) 泵電機(jī)在 PLC控制下先投入 工頻運(yùn)行 ， 三號(hào)泵變頻啟動(dòng)， 其運(yùn)行速 度由變頻器調(diào)節(jié)。 通過壓力傳感器傳來的管網(wǎng)水壓與設(shè)定的值以下 PID運(yùn)算 ， 控制變頻器改變水泵電源頻率，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到恒壓供水的目的。將自動(dòng)開關(guān) SB0閉合 ， 再按下 SB3啟動(dòng)， SB2確認(rèn)后系統(tǒng)正式開始運(yùn)行。 （ 4） 通訊接口 在自動(dòng) 化項(xiàng)目中，通信永遠(yuǎn)是重要的一環(huán)，通過通信，能實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)或監(jiān)控軟件之間的數(shù)據(jù)交換，更加方便的了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及控制 [4]。 (2)信號(hào)檢測(cè) 整個(gè)系統(tǒng)中的信號(hào)檢測(cè)主要是管網(wǎng)水壓的檢測(cè)，為系統(tǒng)的運(yùn)行提供數(shù)據(jù)。 從原理框圖，我們可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由 信號(hào)檢測(cè)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)組成。 P 壓力變送器 變 頻器 PLC M 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 恒壓給水系統(tǒng)簡(jiǎn)介 7 圖 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 圖 如圖 ，系統(tǒng)由三臺(tái)水泵，一臺(tái)變頻器，一臺(tái) 西門子 200可編程控制器 和一個(gè)壓力傳感器 組 成。 系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu) 如圖 所示。 恒壓供水系統(tǒng)控制方式介紹 本系統(tǒng)采 用 PLC 外加變頻器的控制方式，主要設(shè)備有壓力傳感器，可編程控制器，變頻器已經(jīng)水泵 。自來水廠送來的水先儲(chǔ)存的水池中再通過水泵加壓送給用戶。這棟樓有 10 層，由于高層樓對(duì)水壓的要求高，在水壓低時(shí)，高層用戶將無法正常用水甚至出現(xiàn)無水的情況，水壓高時(shí)將造成能源的浪費(fèi)。 S7200產(chǎn)品的多樣 化以及基于 Windows的編程工具，能夠更加靈活地完成自動(dòng)化任務(wù)。 S7200系列小型 PLC可應(yīng)用于各種自動(dòng)化系統(tǒng)。徹底消除水錘現(xiàn)象。 由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額 定流量，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長(zhǎng)泵和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械使用壽命。由最初發(fā)展至今， S S5系列 PLC已逐 步退出市場(chǎng)，停止生產(chǎn)，而 S7系列 PLC發(fā)展成為了西門子自動(dòng)化系統(tǒng)的控制核心，而 TDC系統(tǒng)沿用SIMADYN D技術(shù)內(nèi)核，是對(duì) S7系列產(chǎn)品的進(jìn)一步升級(jí)，它是西門子自動(dòng)化系統(tǒng)最尖端，功能最強(qiáng)的可編程控制器。 西門子 SIMATIC系列 PLC，誕生于 1958年，經(jīng)歷了 C3,S3,S5,S7系列。 從第一臺(tái) PLC誕生到目前可分為 4階段。目前市面上出現(xiàn) 一種恒壓供水專用變頻器，自帶一定的數(shù)字量模擬量處理模塊，無需外接 PLC等控制器就能完成四臺(tái)泵的循環(huán)運(yùn)行，簡(jiǎn)單方便，經(jīng)濟(jì)適用，但也只適合規(guī)模小，控制 要求低的場(chǎng)所 [2]。這樣的系統(tǒng)雖然建設(shè)方便，成本低，但是系統(tǒng)缺乏靈活性，與其他系統(tǒng)的兼容性比較低，數(shù)據(jù)交換比較困難，而且監(jiān)控起來也不方便，整體來說只適合于比較下且控制要求不高的場(chǎng)所 我國(guó)的恒壓供水技術(shù)比較落后，缺乏自主研發(fā)的品牌，一般都采用國(guó)外大公司的變攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 4 頻器，在配 合 PLC等控制器完成系統(tǒng)的配置組態(tài)，實(shí)現(xiàn)用戶所需要求。 ，像瑞典、瑞士的 ABB集團(tuán)推出了 HVAC變頻技術(shù)，法國(guó)的施耐德公司開發(fā)了一種變頻恒壓供水專用基板，提供固定泵變頻和循環(huán)泵變頻方式，它的核心是將 PLC與變頻 器結(jié)合起來，通過 PLC程序指令控制，實(shí)現(xiàn)不同的功能，所以此基本只需配備恒壓供水系統(tǒng)硬件單元就可以直接投入應(yīng)用。一些先進(jìn)的恒壓供水系統(tǒng)一般是一臺(tái)泵配一臺(tái)變頻器 ，這樣雖然系統(tǒng)的可靠性非常高，但是投入成本太大，不適合廣泛推廣使用。 以 PLC為核心結(jié)合變頻器構(gòu)造的恒壓供水系統(tǒng) 具有 成本低 ， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)， 變頻恒 壓供水系統(tǒng) 結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)，變頻技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，電氣技術(shù)，對(duì) 于提高恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性有很大作用 ， 使系統(tǒng)的監(jiān)控方便快捷，提高系統(tǒng)的性能，同時(shí)咋節(jié)能方面有很大的貢獻(xiàn)，所以此課題有很大的實(shí)際應(yīng)用意義，對(duì)于提高供水質(zhì)量節(jié)能減排的有非凡的貢獻(xiàn)。 在目前的實(shí)際應(yīng)用中 ， 水泵風(fēng)機(jī)的能源浪費(fèi)比較嚴(yán)重，做了很多無用功，人們生活用水上浪費(fèi)的能源比重較大， 由于我國(guó) 人口 多，用水量大， 需要的能源更多，而且 因?yàn)槲覈?guó)供水設(shè)備 比較落后 ， 效率不夠高，控制不到位，造成的能源浪費(fèi)比較嚴(yán)重 。 變頻恒壓供水的背景和意義 泵站 主要為工農(nóng)業(yè)和生活供水 ， 供水量大，能耗較高 ，提高泵站效率 對(duì)于節(jié)能有著重要意義 。隨著社會(huì)的迅 猛 發(fā)展，水對(duì)人 們生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益 增 強(qiáng)，人 們 對(duì)供水的要求不斷提高。在 生活 小區(qū)供水中， 因?yàn)?是經(jīng)水泵加壓后直接送 往用戶的， 避免 了的水質(zhì)二次污染，保證了飲用水 質(zhì)量 [1]。由于氣壓罐的調(diào)節(jié)容量 只 占其總?cè)莘e的 1/31/6，因而每個(gè)罐的調(diào)節(jié)能力 較 小，只 能 依靠頻繁的啟停 來保證 水壓 ，這樣將產(chǎn)生較大的噪聲，同時(shí)由于啟 停 過于頻繁，壓力 波動(dòng)較大 ，加之直接工頻 啟動(dòng)， 對(duì) 電氣和機(jī)械 設(shè)備 沖擊較大。 最主要的是 在運(yùn)行效果上氣壓罐方式與調(diào)速式相比 有 著一定差距。而變頻調(diào)速式 系統(tǒng) 中的調(diào)速裝置占地面積僅為幾平米。而變頻調(diào)速 給 水系統(tǒng)的變頻器是一臺(tái)由微 型計(jì)算 機(jī)控制的電氣設(shè)備，不存在 鋼材消耗 問題。 變頻調(diào)速是當(dāng)用水量下降時(shí)改變水泵電源頻率，降低轉(zhuǎn)速，達(dá)到恒壓的目的， 這樣就 可以 節(jié)省許多電能，同時(shí) 水泵是變頻啟動(dòng) ，沖擊電流小，能耗比較小。氣壓罐方式 是 依靠壓力罐中的 空氣壓力 送水， 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí) 運(yùn)行時(shí) 水泵都是在額定狀態(tài)下運(yùn)行 ， 用戶需水量較少時(shí)，由于水泵不能調(diào)速壓力將升高不僅系統(tǒng)不穩(wěn)定還會(huì)浪費(fèi)能源 。 節(jié)能效果最好 ， 但 一般 最不利點(diǎn)的位置 距離水泵 比 較遠(yuǎn)， 信號(hào)的采集 傳輸 成了最大的制約，實(shí)際應(yīng)用相對(duì)較少。 壓力值計(jì)算越精確，時(shí)段分的越細(xì)供水效果越好。 ② 水泵出口變壓 這種方式壓力傳感器的位置跟出口恒壓一樣 ， 不同的是此系統(tǒng)的壓力設(shè)定值 是 按照每日用水量變化規(guī)律 在 24小時(shí) 內(nèi)分時(shí)段設(shè)定不同的壓力值 ，進(jìn)行全 天 變壓， 在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)恒壓控制 。 ① 水泵出口恒壓 這種變頻調(diào)速方式是在泵的出口管道上安裝壓力傳感器 ， 恒壓的位置在水泵出口處 。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 2 (6)變頻調(diào)速 恒壓 供水 恒壓供水系統(tǒng) 通過安裝在 管網(wǎng) 中的壓力 變送 器將壓力 值 與設(shè)定壓力值作比 較， PID調(diào)節(jié)后 ， 通過變頻 器改變電源頻率從而改變 水泵轉(zhuǎn)速 ，達(dá)到恒壓的目的。占地面積 相對(duì)于 水塔水箱較小， 價(jià)格低廉 。水位監(jiān)控裝置也 比較 容易損壞， 整個(gè)系統(tǒng)的起停 完全由人工操作， 費(fèi)時(shí)費(fèi)力且不穩(wěn)定。 占地面積 和設(shè)備投資都有所減少，但這對(duì)建筑物的造價(jià) 和 設(shè)計(jì)都有 一定 影響，受建筑物 面積 的限制水箱 容積不能過大，供水 規(guī)模一般 較小。 (3)射流泵 +水箱的供水 這種方式 就 是利用射流泵本身的獨(dú)特結(jié)構(gòu)工作，利用 進(jìn)出口管徑不同 工藝來實(shí)現(xiàn)供水，但是由于其技術(shù)和工藝不完善，加之該方式 可能 出現(xiàn)有壓 無流量 的現(xiàn)象，無法 完全滿足高層供水 系統(tǒng) 的需要。但這種供水方式設(shè)備 投資大，占地面積也大，不能 根據(jù)實(shí)際供水需要調(diào)整， 而且系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需 更改 ， 所以 還存在一些能量 的 損失和二次污染問題。水泵 都是運(yùn)行在額定功率下， 處于高效能 區(qū)，這種方式比 第一種 節(jié)電。 水泵在水位達(dá)到設(shè)定高水位時(shí)停止運(yùn)行，低水位時(shí)啟動(dòng)運(yùn)行 。 (2) 恒速泵 +水塔供水 這種方式 就 是 通過水泵給水塔注水 ，再由水塔 在高勢(shì)能作用下供水 。 (1) 單 臺(tái)恒速泵供水系統(tǒng) 單臺(tái)恒速泵供水系統(tǒng)就是泵直接將水池 的水送到用戶 ，有的甚至 是 從城市公用水網(wǎng)中 直接 抽水， 可能導(dǎo)致公用管網(wǎng)的水壓波動(dòng)，并且 水泵整日 額定功率 不停運(yùn)轉(zhuǎn)，在夜間用水低谷 期直接 停運(yùn)。主要 存在問題為 用水高峰期 間 ， 供水功率達(dá)不到要求 ，出現(xiàn)水壓下降甚至斷水的情況 ， 在用水低峰 ， 常常供給過量，不僅會(huì)浪費(fèi)能源 ， 還 有可能 因水壓過高損壞供水設(shè)施 。 ABSTRACT .........................................................................................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 and munication. Meanwhile, the System can also adapt to various water Supply regions. This paper analyzes the structure of VF speed regulating constantpressure water supply,and proposes several control careful study and parison, PLC and inverter39。具體講述了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與軟件的實(shí)現(xiàn)，并對(duì)系統(tǒng)采取的可靠性措施進(jìn)行了說明。 摘 要 隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高；再加上目前能源緊缺，利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然的趨勢(shì) 本論文分析 恒壓給水系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu) ， 設(shè)計(jì)不同方案 ，