毕业设计(论文）-基于PLC的变频恒压供水系统设计.doc

I摘要随着我国社会的发展和进步，住房制度改革的不断深入，人们生活水平的不断提高，城市建设发展十分迅速，同时也对基础设施建设提出了更高的要求。城市供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到用户的正常工作和生活，也直接体现了供水管理水平的高低。传统供水厂，特别是中小供水厂所普遍采用的恒速泵加压供水方式存在效率较低、可靠性不高、自动化程度低等缺点，难以满足当前经济生活的需要。随着人们对供水质量和供水系统可靠性要求的不断提高，需要利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，要求设计出高性能、高节能、能适应供水厂复杂环境的恒压供水系统成为必然趋势。本文阐明了供水系统的变频调速节能原理，具体分析了变频恒压供水的原理及系统的组成结构，提出不同的控制方案，通过研究和比较，得出结论：变频调速是一种优于调压调速、机械调速等其他调速方式的方案，也是当今国际上一项效益最高、性能最好、应用最广、最有发展前途的电机调速技术.它集微机控制技术、电力电子技术和电机传动技术于一体，实现了工业交流电动机的无级调速，具有高效率、宽范围和高精度等特点的结论。因此本文以采用变频器和PLC组合构成系统方式，逐步阐明如何实现水压恒定供水得实现。最后，从分析恒压变频供水的可行性，改造的理论、技术、经济可行性等方面，确定变频器的参数，设计变频主电路、变频电机的运行模式、控制模式及流程。关键词：变频调速，PLC，恒压供水IIABSTRACTWiththedevelopmentofChinassociallife,thedeepeningofhousingreform,thecontinuousimprovementoflivingstandards,rapiddevelopmentofurbanconstruction,butalsoonahigherinfrastructuredemands.Theconstructionofurbanwatersupplysystemisoneimportantaspectofwatersupplyreliability,stability,economydirectlyaffecttheusersnormalworkandlife,butalsodirectlyreflectsthelevelofwatersupplymanagement.Traditionalwatersupplyplant,inparticularsmallandmediumwaterplantwidelyusedbytheconstantspeedpumppressurethereislessefficientwatersupply,reliabilityisnothigh,lowautomationshortcomings,cannotmeetthecurrentneedsofeconomiclife.Thispaperhighlightstheenergysupplysystemfrequencycontroltheory,detailedanalysisoftheprincipleofvariablefrequencyandconstantpressurewatersupplysystem,thecompositionofthestructureandproposedadifferentcontrolscheme,throughresearchandcomparison,concludedthat:akindoffrequencycontrolisbetterthansurgespeed,mechanicalspeedgovernormeansotherprograms,isalsoabenefitoftodaysinternational,highestperformance,mostwidely,themostpromisingofmotorcontroltechnology.Itcombinescomputercontroltechnology,electricpowerelectronicsandmotordrivetechnology,andimplementationofindustrialvariablespeedACmotorswithhighefficiency,widerangeandhighprecisioncharacteristicsoftheconclusions.ThisarticleincombinationswithfrequencyconverterandPLCsystemstepbysteptoclarifyhowtoachieveaconstantwaterpressurewasachieved.Keywords：Frequencyconversionspeed，PLC，ConstantpressurewatersupplyIII1目录摘要.IABSTRACT.II目录.11基于PLC的变频恒压供水系统设计.31.1变频恒压供水产生的背景和意义.31.2变频供水系统应用范围.41.3变频供水系统的发展趋势.52变频恒压供水系统构成及工作原理.62.1系统的构成.72.1.1执行机构.72.1.2信号检测.72.1.3控制系统.82.1.4通讯接口.82.1.5报警装置.92.2工作原理.92.3变频恒压供水系统中加减水泵的条件分析.103基于PLC的变频恒压供水系统设计与实现.123.1控制要求.123.2变频器的选择与接线.123.3压力传感器的接线图.143.4原其它元器件的选择.153.5PLC控制I/O口配置.173.6电气控制系统原理及线图.183.6.1主电路图.183.6.2控制电路接线图.193.7基于PLC的变频恒压供水系统程序流程.203.8控制方式.2223.8.1手动运行.223.8.2自动运行.223.9主要程序说明.233.9.1总程序的顺序功能图.233.9.2自动运行顺序功能图.233.9.3手动模式顺序功能图.243.9.4程序.243.9.5程序说明.26结束语.33参考文献.3431基于PLC的变频恒压供水系统设计1.1变频恒压供水产生的背景和意义随着变频技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统以其环保、节能和高品质的供水质量等特点，广泛应用于多层住宅小区及高层建筑的生活、消防供水中。变频恒压供水的调速系统可以实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。对于大多数采用供水企业来说，传统供水机泵存在日常运行费用太高，供水成本居高不下，单位供水的能耗偏大的问题，寻求供水与能耗之间的最佳性价比，是困扰企业的一个长期问题。目前各供水厂的供水机泵设计按最大扬程与最大流量这一最不利条件设计，水泵大多数时间在设计效率以下运行。导致电动机与水泵之间常常出现大马拉小车问题。因此，如何解决供水与能耗之间的不平衡，寻求提高供水效率的整体解决方案，是各供水解水企业关心的焦点问题之一。在实际应用中如何充分利用专用变频器内置的各种功能，对合理设计变频恒压供水设备、降低成本、保证产品质量等有着重要意义。变频恒压供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种系列化的方向发展。追求高度智能化、系列化、标准化，是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。变频恒压供水系统能适用于生活水、工业用水以及消防用水等多种场合的供水要求，该系统具有以下特点：(1)供水系统的控制对象是用户管网的水压，它是一个过程控制量，同其他一些过程控制量(如:温度、流量、浓度等)一样，对控制作用的响应具有滞后性。同时用于水泵转速控制的变频器也存在一定的滞后效应。(2)用户管网中因为有管阻、水锤等因素的影响，同时又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵转速的变化与管网压力的变化成正比，因此变频调速恒压供水系统是一个线4性系统。(3)变频调速恒压供水系统要具有广泛的通用性，面向各种各样的供水系统，而不同的供水系统管网结构、用水量和扬程等方面存在着较大的差异，因此其控制对象的模型具有很强的多变性。(4)在变频调速恒压供水系统中，由于有定量泵（即为每转的理论排量不变的泵）的加入控制，而定量泵的控制是时时发生的，同时定量泵的运行状态直接影响供水系统的模型参数，使其不确定性地发生变化，因此可以认为，变频调速恒压供水系统的控制对象是时时变化的。(5)当出现意外的情况(如突然停水、断电、泵、变频器或软启动器故障等)时，系统能根据泵及变频器或软启动器的状态，电网状况及水源水位，管网压力等工况点自动进行切换，保证管网内压力恒定。在故障发生时，执行专门的故障程序，保证在紧急情况下的仍能进行供水。(6)用变频器进行调速，用调节泵和固定泵的组合进行恒压供水，节能效果显著，对每台水泵进行软启动，启动电流可从零到电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击同时减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。1.2变频供水系统应用范围变频恒压供水系统在供水行业中的应用，按所使用的范围大致分为三类:(1)小区供水(加压泵站)变频恒压供水系统这类变频供水系统主要用于包括工厂、小区供水、高层建筑供水、乡村加压站，特点是变频控制的电机功率小，一般在135kw以下，控制系统简单。由于这一范围的用户群十分庞大，所以是目前国内研究和推广最多的方式.如希望集团(森兰变频器)推出的恒压供水专用变频器。(2)国内中小型供水厂变频恒压供水系统这类变频供水系统主要用于中小供水厂或大中城市的辅助供水厂。这类变频器电机功率在135Kw和320Kw之间，电网电压通常为220V或380V。受中小水厂规模和经济条件限制，目前主要采用国产通用的变频恒压供水变频器。(3)大型供水厂的变频恒压供水系统这类变频供水系统用于大中城市的主力供水厂，特点是功率大(一般都大于额定功率)、机组多、多数采用高压变频系统。这类系统一般变频器和控制器要求较高，多数采