【正文】 rol puter PLC and state view software, This paper put forward Siemens s7200 for lower level puter inverter, PLC and PID adjustor position control system, adjust the water pump output flow. Motor pump group of three pumps and a auxiliary pump parallel and bee, by inverter or industrial frequency power supply, according to the water supply system to control the pressure and flow export of frequency switching between motor pump group, so the system and speed in the most reasonable position, make sure ondemand water supply. a kingview for the monitoring software . Commissioning and operation shows that the system can be automatic control of water supply process can effectively reduce the energy consumption and ensure the water supply system to maintain in the best operation condition, improve production management level. Monitoring systems easy installation and maintenance, operation is stable, reliable。 第一章 緒論 1 第一章 緒論 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)產(chǎn)生的背景及其意義 水是生命之源，是人類賴以生存和發(fā)展的不可替代的重要資源之一。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。據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載約占我國(guó)總耗電量的 80%，這主要是由于我國(guó)供水設(shè)備工作效率低，控制方式不合理，據(jù)統(tǒng)計(jì)，水泵的效率大多不足 60%，存在著很大的能源浪費(fèi) [1]，因此運(yùn)用水泵供水節(jié)能技術(shù)，設(shè)計(jì)可靠性高，運(yùn)行效率高的供水系統(tǒng)具有重大的經(jīng)濟(jì)意義。它可以根據(jù)用水管網(wǎng)瞬間用水量的不同所引起的壓力變化，自動(dòng)地改變 水泵的轉(zhuǎn)速，自動(dòng)調(diào)節(jié)峰谷供水量，保證管網(wǎng)供水壓力恒定，以滿足用水的要求。這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)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(shí)意義。當(dāng)用水量很小時(shí)，可以長(zhǎng)時(shí)間不再開泵。 （ 3） 恒速泵加壓供水 廣東石油化工 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文： 基于 PLC 的 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 2 恒速泵加壓供水方式無法對(duì)供水管網(wǎng)的壓力做出及時(shí)的反應(yīng)，水泵的增減都依賴人工進(jìn)行手工操作，自動(dòng)化程度低，而且為保證供水，機(jī)組常處于滿負(fù)荷運(yùn)行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時(shí)，管網(wǎng)長(zhǎng)期處于超壓運(yùn)行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴(yán)重，電機(jī)硬起動(dòng)易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，破壞性大，目前較少采用。優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，維修方便。 綜上所述，傳統(tǒng)的供水方式普遍存在不同程度的浪費(fèi)水力，電力資源，效率低，可靠性差，自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，已經(jīng)不能滿足當(dāng) 前社會(huì)的發(fā)展和需求，嚴(yán)重影響了居民的生活用水和工業(yè)生產(chǎn)用水質(zhì)量。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng) ，對(duì)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(shí)意義。加氯加礬、沉淀池、濾池及泵房、變電所也同樣實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及計(jì)算機(jī)管理，構(gòu)成完整的 DCS 系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)的小城鎮(zhèn)的供水狀況比較落后，基本上還停留在氣壓罐、水塔供水方式。同時(shí)，管網(wǎng)壓力的不穩(wěn)定，很容易造成管路曝?fù)p，管路和水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。企業(yè)內(nèi)部之間以及與外部交換信息的需求不斷擴(kuò)大，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)的管理要求不斷提高，這種要求已不局限于通常意義上的對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的監(jiān)視和控制，同時(shí)還要求把現(xiàn)場(chǎng)信息和管理信息結(jié)合起來，通過對(duì)經(jīng)營(yíng)決策、管理、計(jì)劃、調(diào)度、過程優(yōu)化、故障診斷、現(xiàn)場(chǎng)控制等信息的綜合處理，形成一個(gè)意義更廣泛的綜合 管理系統(tǒng)，亦稱為“管控一體化”。在運(yùn)行當(dāng)中，還采用了自動(dòng)化智能措施，運(yùn)用實(shí)時(shí)指示器不斷評(píng)定每一階段程序處理效果和作出微小糾正[3]，并融合了以太網(wǎng)技術(shù)，提高了水廠的信息化程度。 （ 2） 可延長(zhǎng)電機(jī)和水泵壽命 由于水泵在變頻下工作，其出口流量小于額定流量時(shí)，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長(zhǎng)了泵和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械使用壽命。 （ 4） 聯(lián)網(wǎng)功能 采用全中文工控組態(tài)軟件，實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)站點(diǎn)，如電機(jī)的電壓、電流、工作頻率、管網(wǎng)壓力及流量等。 （ 5） 控制靈活 分段供水，定時(shí)供水，手動(dòng)選擇工作方式。在故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)會(huì)轉(zhuǎn)而執(zhí)行專門的故障子程序，保證在緊急情況下仍能進(jìn)行供水。 (2) 特殊種類工業(yè)需要恒壓控制的用水如冷卻水循環(huán)、熱力網(wǎng)水循環(huán)、鍋爐補(bǔ)水等 。 廣東石油化工 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文： 基于 PLC 的 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 4 (4) 農(nóng)田灌溉，污水處理，人造噴泉 。 變頻恒壓供水的發(fā)展趨勢(shì) (1)變頻恒壓供水目前正向集成化，維護(hù)操作簡(jiǎn)單化方向發(fā)展在國(guó)外專門針對(duì)供水的變頻器集成化越來越高，很多專用變頻器集成了 PLC和 PID，甚至將壓力變送器也融入變頻組件，同時(shí)維護(hù)操作也越來越簡(jiǎn)單，部分 新品的變頻供水只需簡(jiǎn)單設(shè)定壓力值就可正常運(yùn)行，控制軟件和其他參數(shù)在出廠時(shí)就已設(shè)定，或利用傳感器自動(dòng)獲取完畢。 (3)變頻供水系統(tǒng)正在融入更全面的供水管理系統(tǒng) 面對(duì)日益復(fù)雜的供水系統(tǒng)，如何在滿足供水需求的前提下，最大限度的提高供水系統(tǒng)的效益，是所有供水部門共同面臨的重要課題，目前，在美國(guó)，日本，法 國(guó)等地的有些城市己基本上實(shí)現(xiàn)了供水系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)優(yōu)化。 由于具有自動(dòng)化程度高、高效節(jié)能、安全衛(wèi)生、維護(hù)方便等特點(diǎn)，在小區(qū)供水和 工廠供液供水控制中得到廣泛應(yīng)用，并取得了良好的控制效果和社會(huì)效 [5]。 通過前面對(duì)傳統(tǒng)供水現(xiàn)狀和變頻恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用前景分析可知，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)在我國(guó)已成 為供水行業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)。本文研究的目標(biāo)是對(duì)恒壓控制技術(shù)給予提升，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能效果進(jìn)一步提高，操作更加簡(jiǎn)捷，故障報(bào)警及時(shí)迅速，同時(shí)具有開放的數(shù)據(jù)傳輸。 2） 分析變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)，探討變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制策 第一章 緒論 5 略，并歸納實(shí)用性的控制方案。 4） 設(shè)計(jì)變頻 恒壓供水系統(tǒng)的硬件和軟件。 7） 以 組態(tài)軟件組態(tài)王設(shè)計(jì)工控機(jī)監(jiān)控程序。 (1) 流量 Q 水泵流量是指水泵在單位時(shí)間從水泵出水口排出的水量，可分為體積流量和質(zhì)量流量?jī)煞N。供水系統(tǒng)的基本任務(wù)是滿足用戶的流量要求。揚(yáng)程主要包括三個(gè)方面 :提高水位所需的能量 。使水流具有一定流速所需的能量。因此把水從一個(gè)位置“上揚(yáng)”到另一位置時(shí)，用水位的變化量 (即水位差 )代表?yè)P(yáng)程。水泵總揚(yáng)程包括把水上揚(yáng)到最高水位所需的能量，以及克服管阻所需的能量和保持流速所需的能量，等于排水垂直水柱和管路阻力損失水柱之和。損失揚(yáng) 程是全揚(yáng)程與實(shí)際揚(yáng)程之差 ,即 : 總揚(yáng)程 =實(shí)際揚(yáng)程 +損失揚(yáng)程 (3) 功率 水泵功率有兩種 :有效功率 PM和軸功率 PN。軸功率不可能全部傳給液體，而要消耗一部分功率后，才成為有效功率。 (5) 轉(zhuǎn)速 n 第二章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 7 轉(zhuǎn)速 n 是指葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)。 (6) 壓力 p P 表示 供水系統(tǒng)中某個(gè)位置或某個(gè)點(diǎn)水壓的物理量，其大小在靜態(tài)時(shí)取決于管路的結(jié)構(gòu)和所處的位置，而在動(dòng)態(tài)情況下，則還與供水流量與用水流量之間的平衡情況有關(guān)。 (1) 揚(yáng)程特性 在管路中閥門完全打開的情況下，表明全揚(yáng)程 H隨用水量 Q變化曲線 H=f(Q)，稱為揚(yáng)程特性曲線，如圖 21 所示。當(dāng)流量越大時(shí)，管道中的摩擦損失以及保持一定流速所需的能量也越大，故供水系統(tǒng)的全揚(yáng)程就越小。因此，揚(yáng)程特 性 反映了用戶的用水需求對(duì)全揚(yáng)程的影響。通常用揚(yáng)程與流量間的關(guān)系曲線來描述。實(shí)際上是表明當(dāng)閥門開度一定時(shí)，為了提供一定流量的水所需要的揚(yáng)程，因此這里的流量可以理解為“供水流量”，用 Q 表示 .所以管阻特性的函數(shù)關(guān)系是 H=f(Q)，如圖 22 所示，供水流量較小 (Q=Q1)時(shí)，所需揚(yáng)程也較小 (H=H1)，如點(diǎn) B1。管阻特性的起始揚(yáng)程等于靜揚(yáng)程 HA，如果全揚(yáng)程小于 靜揚(yáng)程的話，將不足以克服管路的管阻，從而不能供水，因此，靜揚(yáng)程也是能夠供水的“基本揚(yáng)程 ”。 水泵在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的工況點(diǎn)取決于水泵性能管路性能以及所需實(shí)際揚(yáng)程。如果把某一水泵揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線畫在同一坐標(biāo)系中 (圖 23)，則這兩條曲線的交點(diǎn) A 就是水泵的工 作點(diǎn)。從圖中可以看 出，水泵在工作 點(diǎn) A 點(diǎn)提供的揚(yáng)程和管路所需的揚(yáng)程相等，水泵抽送的流量等于管路所需的流量，從而達(dá)到流量和能量的平衡，這個(gè)平衡點(diǎn)是有條件的，平衡也是相對(duì)的。一旦當(dāng)水泵和管阻特性中的一個(gè)參數(shù)或所有參數(shù)同時(shí)發(fā)生變化時(shí)，平衡就會(huì)被打破，并且在新的條件下出現(xiàn)新的平衡。 工 作 點(diǎn)的參數(shù)，反映水泵裝置的工作能力，是泵站設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理中的一個(gè)重要問題 [9]。 水泵的工作 點(diǎn)調(diào)節(jié) 對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行的控制，歸根結(jié)底是為了滿足用戶對(duì)流量的需求。而流量的大小又取決于揚(yáng)程，實(shí)際運(yùn)行中水泵的流量是隨著用水量的變化而變化的，揚(yáng)程也因水位和流量的變化而變化，因此水泵不能總工作在一個(gè)工況點(diǎn)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行控制，因此要討論節(jié)能問題，必須從考察調(diào)節(jié)流量的方法入手，即工況點(diǎn)的調(diào)節(jié)方法，常見的方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種 [9][10]： (1) 閥門控制法 圖 24 管網(wǎng)和泵運(yùn)行曲線 閥門控制法屬于節(jié)流調(diào)節(jié)，即通過關(guān)小或開大閥門來調(diào)節(jié)流量，而 泵的 轉(zhuǎn)速保持 不變。這時(shí)管阻特性將隨閥門H BF H A Hc H 0B4123 閥門關(guān)小 閥門開大 額定轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速下降C 0 Q B Q A Q廣東石油化工 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文： 基于 PLC 的 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 10 開度的改變而改變，但是揚(yáng)程特性不變。 泵的初始工作點(diǎn)在 A 點(diǎn)，水泵提供的揚(yáng)程、流量恰好與管路所需得揚(yáng)程、流量相等。此時(shí)，管阻特性由曲線 2 變?yōu)榍€ 4，水泵的工況點(diǎn)則沿著水泵特性曲線由 A 點(diǎn)移至 B 點(diǎn)，此時(shí)流量減小了，但揚(yáng)程卻由 HA增大到 HB。并且隨著閥門的不斷關(guān)小，閥門的摩擦阻力不斷變大，管阻特性曲線上移，運(yùn)行工況點(diǎn)也隨之上移，于是 H 增大，而被浪費(fèi)的功率要隨之增加。如圖 24，當(dāng)用戶所需用水流量由 QA減小至 QB，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，揚(yáng)程特性變?yōu)榍€ 3，管阻特性仍為特性曲線 2，故工作點(diǎn)從 A 點(diǎn)移動(dòng)到 C 點(diǎn)，在 C 點(diǎn)流量減小為 QB，而揚(yáng)程減小為 HC，供水功率與面積 0ECHC成正比。而電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制可以通過改變水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來變更水泵的工況點(diǎn)，使其流量與揚(yáng)程適應(yīng)管網(wǎng)用水量的變化，從而達(dá)到節(jié)能的效果。 PHH ’H*0QAQBQCA’ABCn2n1nNQ圖 變頻恒壓控制工況點(diǎn)調(diào)節(jié) 第二章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 11 因此采用閉環(huán)恒壓控制，對(duì)于變頻調(diào)速恒壓控制，工況點(diǎn)如圖 所示，理想運(yùn)行特性曲線為直線 H*ABC。因此，供水系統(tǒng)變頻調(diào)速的實(shí)質(zhì)是異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。這種調(diào)速方式，可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)中的變速機(jī)構(gòu)，提 高 系統(tǒng)的 性 能價(jià)格比。 異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為 : 10 60fn=p （ 22） 其中 n0是異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速， f1是異步電動(dòng)機(jī)的電源頻率， p為異步電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)。 根據(jù)公式 ()和公式 ()，得三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為 : 160fn= Sp （ 1 ） （ 2