【正文】 恒壓供水系統(tǒng) 的基本構(gòu)成與 原理簡(jiǎn)介 人們的生產(chǎn)和生活都離不開用水。揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線的交點(diǎn) ， 稱為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn) ， 如圖 中的 A 點(diǎn)。由 于閥門開度的改變 ， 實(shí)際上是改變了在某一揚(yáng)程下 ， 供水系統(tǒng)向用戶的供水能力。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。由于在閥門開度和水泵轉(zhuǎn)速都不變的情況下 ， 流量的大小主要取決于用戶的用水情況 ， 因此 ， 揚(yáng)程特性所反映的是揚(yáng)程 H 與用水流量 QV之間的關(guān)系。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 12 第二章 變頻恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng) 簡(jiǎn)介 供水系統(tǒng)的基本特性 供水系統(tǒng)的基本特性和工作點(diǎn)揚(yáng)程特性是以供 水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤?， 表明水泵在某一轉(zhuǎn)速下?lián)P程 H 與流量 Q 之間的關(guān)系曲線 f(Q)如圖 21 所示。 主要介紹了該恒壓供水系統(tǒng)的 功能、結(jié)構(gòu) 組成 、 實(shí)現(xiàn)方法 、 設(shè)備選型、主電路以及控制電路設(shè)計(jì)等內(nèi)容。 主要介紹變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的工作原理 ，變頻器的節(jié)能、調(diào)速原理；變頻器的工況點(diǎn)的確定和能耗機(jī)理分析 ， 以及系統(tǒng)調(diào)速范圍的確定。 主要介紹 該系統(tǒng)的 目的 、 意義 、應(yīng)用、現(xiàn)狀和發(fā)展 ，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 11 同時(shí) 還 介紹該供水系統(tǒng) 中 起關(guān)鍵作用的變頻調(diào)速技術(shù)和 PLC 技術(shù)及其 特點(diǎn)。該系統(tǒng)可以用于深井泵恒壓供水系統(tǒng) 、 各類型的自來水廠 、 消防用水系統(tǒng)、工業(yè)鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng) ， 還可以廣泛應(yīng)用于化工、制冷空調(diào)和其他工業(yè)及民用領(lǐng)域。變 頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器、人機(jī)界面、各種傳感器等組成。 課題來源及本文的主要 研究?jī)?nèi)容 課題來源 本課題來源于生產(chǎn)、生活供水的實(shí)際應(yīng)用 。 隨著 國(guó)外交流變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展 、 工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高和全球 性能源短缺 ， 變頻器越來越廣泛地應(yīng)用在機(jī)械、紡織、供水、化工、造紙、冶金、食品等各個(gè)行業(yè) ， 并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。這無疑將推動(dòng)交流變頻調(diào)速技術(shù)向新的方向發(fā)展。電力電子技術(shù)的發(fā)展與后來的正弦波脈寬調(diào)制技術(shù) （ SPWM） 的結(jié)合推動(dòng)了變頻調(diào)速應(yīng)用于恒壓供水系統(tǒng)中。 20 世紀(jì) 80 年代 ， 又進(jìn)一步開發(fā)成功了絕緣柵雙極性晶體管 (IGBT)， 它是一種電壓 (場(chǎng)控 )型自關(guān)斷的電力電子器件 ， 具有在任意時(shí)刻用基極 (柵極、門極 )信號(hào)控制導(dǎo)通或關(guān)斷的功能 ， 從而使變頻調(diào)速技術(shù)又向前邁進(jìn)了一步。電力電子器件最初是普通晶閘管 ， 它主要是電流控制型開關(guān)器件 ， 以小電流控制大功率的變換 ， 其開關(guān)頻率低 ， 且 只能導(dǎo)通不能自關(guān)斷。因此 ， 有待于進(jìn)一步研究改善變頻 恒壓供水系統(tǒng)的性能 ，使其能被更好 地 應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐。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(shí)現(xiàn) ， 但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量 ， 同時(shí) ， 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(chǎng)所。但在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)方面 ， 還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。 目前國(guó)內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程 ， 大多采用國(guó)外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速 。它將 PID 調(diào)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(shè)置指令代碼實(shí)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(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作 ， 可構(gòu)成最多 7 臺(tái)電機(jī) (泵 )的供水系統(tǒng)。在早期 ， 由于國(guó)外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動(dòng)控制、壓頻比控制及各種保護(hù)功能 ， 應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中 ， 變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu) ， 為了滿足供水量大小需求不同時(shí)保證管網(wǎng)壓力恒定 ， 需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力變送器 ， 對(duì)壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。 由此可見 ， 變頻調(diào)速式供水系統(tǒng)具有節(jié)能、節(jié)省 資源消耗、節(jié)省投資 、 調(diào)節(jié)能力大、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 8 運(yùn)行穩(wěn)定可靠等諸多優(yōu)勢(shì) ， 具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。調(diào)速式的供水系統(tǒng)沒有頻繁的啟動(dòng)現(xiàn)象 ， 加之啟動(dòng)方式為軟啟動(dòng) ， 設(shè)備運(yùn)行十分穩(wěn)定、可靠 ， 不僅可避免電氣、機(jī)械沖擊 ， 又由于壓力穩(wěn)定 ， 可使小區(qū)管網(wǎng)和衛(wèi)生設(shè)備的泄漏量明顯降低 ， 噪音、振動(dòng)下降 ， 周圍居民的生活也不受影響或甚微。氣壓罐式的運(yùn)行不穩(wěn)定 ， 突出表現(xiàn)在它啟動(dòng)頻繁 ， 而且由于氣壓罐的調(diào)節(jié)容積僅占其總?cè)莘e的 1/3～ 1/6， 因而每個(gè)罐的調(diào)節(jié)能力很小 ， 只得依靠頻繁的啟動(dòng)來保證供水 ， 這樣不僅增加了啟動(dòng)能耗 ， 還將產(chǎn)生較大的噪聲和電信號(hào)的干擾 ， 嚴(yán)重影響居民生活。而變頻調(diào)速供水系統(tǒng)的變頻器是一臺(tái)由微機(jī)控制的電氣設(shè)備 ，不存在消耗大量鋼材的問題 ； 另外 ， 由于氣壓罐體積大 ， 一般數(shù)量多為 2～ 3 個(gè) ， 這樣需占地面積一般為幾十平米；而變頻調(diào)速中的調(diào)速裝置占地面積僅為零點(diǎn)幾平米 ， 由此可見 ， 變頻調(diào)速比氣壓罐式供水系統(tǒng)節(jié)省了占地面積 ， 由此將帶來土建投資的節(jié)省。氣壓罐是用鋼材制造 ， 一般情況下建筑面積 萬 m2需安裝φ ， 的氣壓罐 2 個(gè)。而 對(duì)于 變頻調(diào)速式 ， 當(dāng)系統(tǒng)用水量下降時(shí) ， 可無級(jí)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。當(dāng)系統(tǒng)所需水量下降時(shí) ， 供水壓力超出系統(tǒng)所需壓力而造成能量的浪費(fèi)。 變頻調(diào)速式在節(jié)能效果上明顯優(yōu)于氣壓罐式。 變頻調(diào)速供水方式 的 基建、設(shè)備投資和占地面積比水塔式和氣壓罐式供水系統(tǒng)都要少 ， 輸出水壓設(shè)定值可任意調(diào)節(jié) ， 方便靈活 ， 適應(yīng)力強(qiáng) ， 可以說是目前最理想 的 節(jié)能效果 ， 最好的供水方式。 ⑶ 最不利點(diǎn)恒壓控制 最不利點(diǎn)恒壓控制是將壓力傳感器設(shè)在系統(tǒng)最不利點(diǎn)處 ， 使系統(tǒng)在運(yùn)行過程中 ， 最不利點(diǎn)的壓力恒定。它 比水泵出口 恒 壓控制方式更能節(jié)能 ， 但這取決于將全天 24 小時(shí)分成的時(shí)段數(shù)及所需水泵出口壓力計(jì)算的精確程度。是將每日 24 小時(shí)按用水曲線分成若干時(shí)段 ， 計(jì)算出各時(shí)段所需的水泵出口壓力 ， 進(jìn)行全日按時(shí)段變壓 ， 各時(shí)段恒壓控制。這種方式適用于管路的阻力損失在水泵揚(yáng)程中所占比例較小 ， 最不利點(diǎn)的流出水頭高于設(shè)計(jì)值 ， 故水泵出口恒壓控制方式不能得到最佳的節(jié)能效果。變頻調(diào)速供水的水泵調(diào)速控制方式有三種 即 水泵出口恒壓控制、水泵出口變壓控制、給水系統(tǒng)最不利點(diǎn)的恒壓控制。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 6 這種系統(tǒng)的原理是通過設(shè)在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號(hào)與設(shè)定值作比較 ，再通過控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出 ， 無 級(jí)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。因此很受歡迎 ， 應(yīng)用十分廣泛。罐的占地面積與水塔水箱供水方式相比較小 ， 而且可以放在地上 ， 設(shè)備的成本比水塔要低得多。水箱的水位監(jiān)控裝置也容易損壞 ， 這樣系統(tǒng)的開停將全靠人來操作 ， 使系統(tǒng)的供水質(zhì)量下降 和能耗急劇增加。對(duì)于高層建筑 ， 還可分層設(shè)水箱。而且 在使用過程中 ， 如果該系統(tǒng)水塔的水位監(jiān)控裝置損壞 ， 泵不能進(jìn)行自動(dòng)地開、停 ， 這樣泵的開、停將完全由人 工 操作 ， 這樣將會(huì)出現(xiàn)能量的嚴(yán)重浪費(fèi)和供水質(zhì)量的嚴(yán)重下降。但這種供水方式基建設(shè)備投資最大 ， 占地面積也最大 ， 水壓不可調(diào) ， 不能兼顧近期與遠(yuǎn)期的需要。這種供水方式 的 水泵工作在額定流量 、 額定揚(yáng)程的條件下 ， 水泵效率處于高效區(qū)。水塔注滿后水泵停止 ， 水塔水位低于某一位置時(shí)再啟動(dòng)水泵。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 5 這種方式是水泵先向水塔供水 ， 再 由 水塔向用戶供水。這種供水方式 ， 水泵整日不停運(yùn)轉(zhuǎn) ， 有的可能在夜間用水低谷時(shí)段停止運(yùn)行。在恒壓供水技術(shù)出現(xiàn)以前 ， 出現(xiàn)過許多供水方式 ， 以下 將 逐一分析 [1]。 變頻恒壓供水 產(chǎn)生 的 背景 及研究意義 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(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下 ， 我們這個(gè)水資源和電能短缺的國(guó)家 ， 長(zhǎng)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 的 技術(shù)一直比較落后 ， 自動(dòng)化程度低。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)用到供水領(lǐng)域 ， 成為對(duì)供水系統(tǒng)的新要求。 Automatic control。 frequency control。 關(guān)鍵詞： 恒壓供水；變頻調(diào)速；可編程控制器；自動(dòng)控制；節(jié)能 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） II Automatic control system of constant press water supply based on converter and PLC Abstract With the developement of society,it demands higher and higher water supply quality,both in producing and living. However,one of the important guide lines of the water supply quality is offer the relatively steady water supply hydraulic , the paper closely bines actuality of water supply and designs a suit of constant pressure water supply automatic control system based on variable frequency speedregulating technology and PLC. The constant pressure water supply automatic control system is made up of PLC,transducer,pump assembling unit,pressure sensor,industrial control puter and system used a transducer to make four electromotors starting,running,and timing. The three highpower electromotors and one lowpower electromotors are circulated running. In the system, water pump’s start amp。分析水泵的能耗比較圖 ， 可以看出 ， 在 利用變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速恒壓供水 時(shí) ， 當(dāng)轉(zhuǎn)速降低 ， 流量與轉(zhuǎn)速成正比 ， 功率以轉(zhuǎn)速的三次方下降 ，這 與傳統(tǒng)供水方式 — 閥門節(jié)流控制相比 ， 在一定程度上可以減少能量損耗 ， 節(jié)能效果明顯 。 在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中 ， 水泵的啟停和工作方式的切換是由 PLC 來控制的。系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)四臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行、 啟動(dòng) 、調(diào)速。為此， 本論文 緊密結(jié)合當(dāng)前供水現(xiàn)狀 ， 設(shè)計(jì)了一套基于 PLC 和變頻器的 恒壓供水系統(tǒng) 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書 （ 畢業(yè) 論文） 題 目： 基于 PLC 和變頻器的恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 楊蓉 學(xué) 號(hào)： 202040503237 專 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 班 級(jí)： 測(cè)控 20202 班 指導(dǎo)教師： 李忠虎 副 教授 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） I 基于 PLC 和變頻器的恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 隨著社會(huì)的發(fā)展 ，對(duì)生產(chǎn)和生活供水的質(zhì)量要求也越來越高 。 而供水質(zhì)量的重要指標(biāo)之一就是供水壓力 的 相對(duì)穩(wěn)定。 變頻調(diào)速恒壓自動(dòng)控制供水系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、水泵機(jī)組、壓力傳感器、工控機(jī)、及控制柜等組成 。其中 ， 三 臺(tái)大 電 機(jī) 和一 臺(tái)小 電 機(jī)采用循環(huán)使用的方式運(yùn)行。 單臺(tái)水泵工況的調(diào)節(jié)是通過變頻器實(shí)現(xiàn)的。 該系統(tǒng)能夠?qū)┧到y(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制 ， 并 有效的降低能耗 ，可使 系統(tǒng)維持在最佳運(yùn)行狀態(tài) ， 并 提高生產(chǎn)管理水平。 stop and workings switch are controled by water pum’s working condition is adjusted by analyzing the figure of energy wasting of pump ,we know when using transducer timing constant water supply, rotate speed lower,flux and rotate speed is direct proportion,the power of electromotor drop three cube of rotate speed. So the energy wasting of constant pressure water supply based on variable frequency speed regulation technology is evident less than the traditional mode is used throttle to supply water. This