【正文】 第三章 變頻恒壓供水系統(tǒng)原理分析 電動機的調(diào)速原理 交流電動機的同步轉(zhuǎn)速 Pfn 11 60? （ ） 式中 1n 同步轉(zhuǎn)速， r/min； 1f 定子頻率， Hz； P 電機的磁極對數(shù)。 (6) 完善的保護、報警功能 在供電控制回路上對工頻、變頻電源實現(xiàn)電氣與機械互鎖，防止產(chǎn)生短路。 (5) 平穩(wěn)切換，恒壓控制 主水管網(wǎng)采集到的壓力信號經(jīng) 壓力傳感器與 PLC 的擴展模塊 PID 運算傳送給變頻器，并給出直接控制水泵電動機的轉(zhuǎn)速以使管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定的信號。 (4) 采用 “規(guī)律自動切換” 原則 “規(guī)律自動切換”原則指水泵運行連續(xù)在某一種控制規(guī)律下時間達到所設(shè)定時間時自動換泵運行。 (2) 手動運行 當(dāng)壓力傳感器故障或變頻器發(fā)生故障時，為保障用水，三臺常規(guī)泵可以手動控制工頻運行。等待電源恢復(fù)后，系統(tǒng)將自動恢復(fù)運行，然后按照自動運行方式啟動 1泵變頻運行（與上述規(guī)律相同），直到達到給定水壓值，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程如下 : （ 1) 自動運行 閉合自動開關(guān)后， 1泵電機有電，變頻器輸出頻率從 0Hz 開始 上升，同時 PID調(diào)節(jié)程序?qū)⒔邮兆詨毫鞲衅鞯男盘枺?jīng)運算后與系統(tǒng)給定壓力值進行比較，把調(diào)節(jié)參數(shù)傳送到變頻器，如果壓力不足，則頻率上升，直到 50Hz（理論） ， 1泵由變頻運行切換到工頻，同時 2泵變頻啟動，變頻器頻率逐漸上升，直到滿足供水需要，加泵規(guī)律依此類推；當(dāng)用水量減小即壓力過大，變頻器持續(xù)出現(xiàn)下限頻率，則切除一臺工頻泵，達到使供水壓力恒定的目的。 (6) 報警裝置 在一個控制系統(tǒng)中，報警必須是不可或缺的組成部分。同時通過人機界面報警進行顯示，使用者還可以對系統(tǒng)的運行過程進行監(jiān)示。 (4) 人機界面 人機界面是人與機器進行信息交互的場所。 3）電控設(shè)備 :它包括一組接觸器、保護繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件。 2）變頻器 :主要作用是實現(xiàn)對水泵進行轉(zhuǎn)速控制。 1）供水控制器 :它是變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心器件，包括變頻器和電控設(shè)備。該信號為開關(guān)量信號。 (2) 信號檢測 在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信 號包括自來水出水水壓信號和危險報警信號 : 1) 水壓信號 :它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。 S7200 PLC 壓力傳感器 變頻器 1泵 2泵 3泵 輔助泵 6 恒速泵 :水泵只工作在工頻狀態(tài)，速度恒定。 可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機構(gòu)、信號檢測機構(gòu)、控制系統(tǒng)、人機界面、以及報警裝置等部分構(gòu)成。原理圖如圖 所示 設(shè)定壓力 + 圖 變頻恒壓供水系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理圖 PID 調(diào)節(jié) 變頻器 水泵 壓力檢測 PLC 5 變頻恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 圖 供 水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 如圖 ，整個系統(tǒng)由四臺水泵，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。 此設(shè)計系統(tǒng)以設(shè)定壓力為控制目標(biāo)，以 PID 為控制算法，和變頻器、水泵、壓力傳感器組成恒壓閉環(huán)控制系統(tǒng)。 完成 硬件設(shè)備選型、 PLC 選型，估算所需 I/O 點數(shù)，進行 I/O 模塊選型，繪制系統(tǒng)硬件連接圖：包括系統(tǒng)硬件配置圖、 I/O 連接圖，分配 I/O點數(shù)，列出 I/O 分配表，熟練使用相關(guān)軟件，設(shè)計梯 形圖控制程序，對程序進行調(diào)試和修改。 4 第二章 恒壓供水系統(tǒng)控制方案確定 系統(tǒng)設(shè)計要求 本 設(shè)計是以 普通 小區(qū)供水系統(tǒng)為控制對象 ， 設(shè)計一套城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)， 保證整個系統(tǒng)運行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的運行工況。 本文的結(jié)構(gòu) 本文以普通城市小區(qū)恒壓供水作為應(yīng)用背景，對基于 PLC 的變頻調(diào)速技術(shù)進行研究。 該產(chǎn)品正在向著高可靠性、全數(shù)字化微機控制、多品種系列化等方向發(fā)展。 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)正在經(jīng)歷一個逐步完善的發(fā)展過程，早期的單泵恒壓系統(tǒng)正在被多泵恒壓系統(tǒng)取代。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諸多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠未達到所有用戶的要求，只適用于小容量，控制要求不高的供水場所 [4]。 這類設(shè)備雖說微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但是其輸出接口 3 的擴展功能缺少靈活性，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)軟件很難實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，且限制了帶負載的容量所以在實際使用時其范圍將會受到局限 [3]。 1968年，丹麥的丹佛斯公司發(fā)明并首家生產(chǎn)變頻器。 恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 變頻恒壓供水方式是在變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展以后逐漸發(fā)展起來的。 變頻調(diào)速式供水系統(tǒng)具有節(jié)約能源、安全性高、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。氣壓罐供水的方式也存在著許多缺點，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。同時一些污染源有可能進入水箱帶來水質(zhì)的污染。 (4) 恒速泵十高位水箱的供水方式 ：這種供水方式原理與水塔供水方式是相同的，區(qū)別僅在于水箱設(shè)在建筑物的頂層。 (3) 射流泵十水箱的供水方式：這種方式是根據(jù)射流泵本身的特有結(jié)構(gòu)進行工 2 作。這種供水方式 ，供水壓力相對穩(wěn)定。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉，但耗電、耗水嚴重、水壓不穩(wěn)、供水質(zhì)量不佳，電機硬起動易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，破壞性大，目前較少采用。 供水系統(tǒng)發(fā)展歷程 恒壓供水技術(shù)出現(xiàn)以前，出現(xiàn)了水箱和水塔或氣罐式增壓設(shè)備等供水方式時，在造成水的二次污染、造成水質(zhì)變差的同時，由于它們必須由水泵以高出實際用水高度的壓力來提升水量，結(jié)果造成了水泵電機的 軸功率和能量損耗。所以 保持供水壓力恒定可以實現(xiàn)供、用水的平衡 [1]。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)作為其中的一個重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性將直接影響到小區(qū)住戶的正常工作和生活，也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平。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，較長階段以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直較為落后，自動化程度不高， 水資源浪費現(xiàn)象十分嚴重，不能適應(yīng)現(xiàn)代社會發(fā)展的需 求。 inverter。 關(guān)鍵詞： PLC； PID；變頻器；恒壓供水 II ABSTRACT The design of a city district water supply system as a controlled object, the study is based on the PLC constant pressure water supply system, allowing the system to obtain better performance indicators, and strive to make sure that the system is stable and easy to operate, to correct the problem that is the actual water supply to ensure water supply safe, fast, reliable, constant pressure water supply system has been widely used in domestic and foreign real water supply control system. Constant pressure water supply system consists of a pump unit, including a total of four pump motor, three conventional pumps, one for the auxiliary water pump, a variable frequency with a programmable logic controller, inverter, pressure sensors and other related devices cycle operation system. Realtime parison system pipe work pressure and pressure setpoint deviation changes, the PID operation by the PLC, the PLC controlled pump motor frequency, frequency switching, automatic control of the number of units put into operation the pump motor and the motor speed to achieve constant loop automatic adjustment pressure water supply. The software simulation and laboratory testing, proof system could meet the design requirements. Keywords: PLC。系統(tǒng)實時比較管網(wǎng)壓力與壓力設(shè)定值偏差的變化情況，經(jīng)PLC 進行 PID 運算，由 PLC 控制水泵電機的變頻、工頻切換，自動控制水泵電機投運臺數(shù)和電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)恒壓供水。 南京工程學(xué)院 自動化學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目： 基于 PLC 的恒壓供水泵站系統(tǒng)設(shè)計 專 業(yè)： 自動化 Graduation Design (Thesis) Design of Constant Pressure Watersupply System Based on PLC By Jia Ruiyong Supervised by Associate Prof. Liu Yunxia Department of Automation Engineering Nanjing Institute of Technology June, 20xx I 摘 要 本設(shè)計以一個城市小區(qū)供水系統(tǒng)作為被控對象，研究基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)，使系統(tǒng)獲得較好的性能指標(biāo)，力求做到使系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作簡單，解決實際供水中問題，保證供水安全、快捷、可靠，目前變頻恒壓供水系統(tǒng)已在國內(nèi)外實際供水控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 此變頻恒壓供 水系統(tǒng)由水泵機組，共包括四臺水泵電機，其中三臺為常規(guī)水泵，一臺為輔助水泵，其與可編程序控制器、變頻器、壓力傳感器等相關(guān)器件組成了一個變頻循環(huán)運行系統(tǒng) 。 經(jīng)軟件仿真及實驗室調(diào)試，證明系統(tǒng)基本可以滿足設(shè)計要求。 PID。 constant pressure water supply III 目錄 第一章 緒論 .................................................................................................................. 1 引言 ........................................................................................................................ 1 供水系統(tǒng)發(fā)展歷程 ................................................................................................ 1 恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ........................................................................ 2 本文的結(jié)構(gòu) ............................................................