基于plc的城市小区供水综合节能系统设计毕业论文.doc

11绪论1.1变频调速恒水位供水的目的和研究意义随着人们生活质量的提高，在生活用水方面的质量要求也越来越高。同时，城市小区供水是给水排水工程的重要组成部分，与人民生活、生产活动、消防安全保障密切相关。据统计，从1990年到1998年，我国人均日生活用水量（包括城市公共设施等非生产用水）有175.7升增加到241.1升，增长了37.2%1.与此同时我国城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。当水源离用水场所较远，而将水送到较远或较高的地方，管路中是需要有一定水压的，水压高才能将水输送到远处或较高的楼层。生产水压的设备是水泵，水泵转动的越快，产生的水压越高。传统的维持水压的方法是建造水塔，但是，建造水塔需要花费财力，水塔还会造成水的二次污染。因此研制一套基于PLC技术与变频调速控制技术的城市小区供水综合节能系统，解决供水系统负荷压力不稳定和供水拖动电机一直高速运行而造成的浪费电能等问题，且具有手动自动转换、在线监控及在现场调试等功能，具有很高的实用价值。在城市小区化的发展中，采用以小区或社区为统一整体的供水方案，会使设备的利用率大大提高，并减少初始投资和占地面积。在此，来设计一套取水和供水的自动控制系统，克服由于采用单纯手动控制系统进行控制带来的控制不方便、控制系统对供水管网中压力和水位变化反应迟钝的问题，降低能源消耗和资源浪费，提高设备的可维护性和运行的可靠性，以达到降低自来水的生产成本和提高生产管理水平的目的。1.2变频调速技术的特点及应用交流电机的变频调速技术，主要是将供给交流电机的工频交流电源经过二极管整流变成直流，再由IGBT或GTR模块等器件逆变成频率可调的交流电源，以此电源拖动电机在变速状态下运行。它改变了传统工业中电机启动后只能以额定功率的单一运行方式，从而达到节能目的。现代变频调速技术应用于电力水泵供水系统中，较传统的运行方式是可节电4060，节水15302。对于一定型号的水泵机组，供水量与扬程呈现反比关系。水泵机组工作效率只有在一定范围内才处于高效运行状态。机组轴功率P、扬程H、流量Q、与转速n之间存在一定关系：Pn3，Hn2，Qn，而水泵的转速可以通过下式得到改变：nfxb0p（11）式11中：2n-水泵电机转速；p-电机极对数；f-电机供电频率；b0-常数由上式知，改变电机供电频率即可改变水泵转速，从而达到改变水泵机组出水流量，扬程与电机输入功率的目的，这就是变频调速供水技术。常用的变频调速供水技术有恒压变量和变压变量两种模式。本设计采用恒压变量模式。恒压变量变频调速技术是保持供水泵房总出水管压力不变，改变水泵运行台数或者变频泵转速，以达到改变泵房出水量的方式。恒压变频变量供水特点：较传统供水方式节省能效20%；控制方便，根据泵房出水管压力控制仪表即可实现水泵机组控制；可基本解决由于水量降低造成压力增加带米的管网爆管及漏水损耗大的问题。节能，运行成本低，管网运行安全性较高。变频供水技术由于启动电流减少，可以节省电力增容与变压器容量。1.3可编程序控制器的特点及应用早期的可编程序控制器(ProgrammableLogicController，PLC)，主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着计算机技术、通信技术和自动控制技术的迅速发展，可编程序控制器将传统的继电器控制技术与新兴的计算机技术和通信技术融为一体，在工业生产中得到了广泛的应用。据“美国市场信息”的世界PLC以及软件市场报告称，1995年全球PLC及其软件的市场经济规模约50亿美元。随着电子技术和计算机技术的发展，PLC的功能得到大大的增强，具有可靠性、高丰富的I/O接口模块、采用模块化结构、编程简单易学、安装简单，维修方便等特点3。2变频调速恒水位控制系统的方案设计2.1变频器的控制方式变频器有着如图1所示的基本结构5图1变频器的基本结构频率和电压可调的交流电整流电路直流中间电路逆变电路控制电路交流电商用电源交流电3变频调速的控制方式经历了V/F控制、转差频率控制、矢量控制的发展，前者属于开环控制，后两者属于闭环控制，正在发展的是直接转矩控制。2.2系统的方案设计及工作过程变频调速恒水位供水系统构成由可编程控制器、变频器、水泵电机组、水位传感器、工控机以及接触器控制柜等构成.系统采用一台变频器拖动3台电动机的起动、运行与调速，其中两台大电机(30KW)和一台小电机(15KW)分别采用循环使用的方式运行。图2恒压供水泵的构成根据实际情况，白天一般只需开动一台大水泵和一台小水泵，就能满足需要，小电机工频运行作恒速泵，大电机变频运行作变量泵；晚上用水低峰时，只需开动一台大电机就能满足供水需要。因此可以采用一大一小搭配的分组方式进行设计。一个完整的工作过程,可分为以下三个工作状态：1)1#电机变频起动；2)1#电机工频运行，2#电机变频运行；3)3#电机单独变频运行。一般情况下，水泵电机都处于这三种工作状态之中，当源水的水位发生变化时，管网压力也就随之变化，三种工作状态就要发生相应转换，因此这三种工作状态对应着三个切换过程。具体工作流程图如图32.3变频调速的节能、调速原理交流电动机的转速n与电源频率f具有如下关系：n=60f(1-s)/p（21）现场开关信息主电源启动器变频器PLC去用户进水水泵机组变送器、传感器组控制面板报警ACDC220V24VAC380v4式21中：p极对数；s转差率；因此不改变电动机的极对数，只改变电源的频率，电动机的转速就按比例变动。在变频调速恒压供水系统中，通过变频器来改变电源的频率f来改变电机的转速n。改变水泵的转速，可以使水泵性能曲线改变，达到调节水泵工况目的7。水泵的调速范围由水泵本身的特性和用户所需扬程规定，当选定某型号的水开始调用并启动1#泵启动2#泵，1#工频1#泵停机3#泵工作f>=Ff<Ft>3H图3工作过程流程图