pid变频恒压供水系统的设计

PID变频恒压供水系统的设计摘要随着社会的飞速发展和城市建设规模的扩大，人口的增多以及人们生活水平的提高，对城市供水的质量、数量、稳定性等问题提出了越来越高的要求，我国中小城市供水的自动化配置相对落后，机组的控制主要依靠值班人员的手操作，控制过程烦琐，而且手动控制无法对供水管网的压力和水位变化及时做出恰当的反应。为了保证供水，机组常保持在超压的状态下运行，爆损现象也挺严重。本论文结合现状，设计了一套基于PLC的变频调速恒压供水系统。控制系统主要由PLC、变频器、切换继电器、压力传感器等部分组成。控制核心单元PLC根据手动设定压力信号与现场压力传感器的反馈信号经PLC的分析和计算，得到压力偏差和压力偏差的变化率，经过PID运算后，PLC将420MA的模拟信号输出到变频器，用以调节电机的转速以及进行电机的软起动PLC通过比较模拟量输出与压力偏差的值，通过I/O端口开关量的输出驱动切换继电器组，以此来协调投入工作的电机台数，并完成电机的起停、变频与工频的切换。通过调整电机组中投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使动力系统的工作压力稳定，进而达到恒压供水的目的。在变频调速恒压供水系统中，单台水泵工况的调节是通过变频器来改变电源的频率F来改变电机的转速N,从而改变水泵的性能曲线来实现的。分析水泵的能耗比较图，可以看出利用变频器实现调速恒压供水，当转速降低时，流量与转速成正比，功率以转速的三次方下降，与传统供水方式阀门节流控制相比，在一定程度上可以减少能量损耗，能够明显节能。该系统能够对供水系统进行自动控制，有效的降低能耗，保持系统维持在最佳运行状态，提高生产管理水平。目录第一章绪论第二章PID恒压供水系统介绍11主要结构12主要运动形式13控制要求第三章PID恒压供水系统的硬件选型21主电动机M1的正、反转控制22主电动机M1停车与制动的控制23主电动机在主轴边素与进给变速时的连续低速冲动控制24镗头架的工作台快速移动的控制25机床的连锁保护环节第四章PID恒压供水系统软件设计31T68型卧式镗床继电器与PLC兼容控制的工作原理32具体步骤33根据继电器控制电路进行梯形图改造、注意点34I/O口35梯形图第五章PID恒压供水系统的调试与分析41安装准备工作42按照接线图接线44按照PLC外部接线图接线结束语致谢参考文献PID恒压供水系统附录1课题的背景及意义随着社会经济的迅速发展，水对人民生活与工业生产的影响日益加强，人们对供水的质量和安全可靠性的要求不断提高。而用户用水的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水的质量。恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的。例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。把先进的自动化技术、通讯技术、网络技术等应用到供水领域，成为对供水企业新的要求。在大力提倡节约能源的今天，研究高性能、经济型的恒压供水监控系统。所以，对于某些用水区提高劳动生产率、降低能耗、信息共享，采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。12本课题研究的目的及意义变频调速恒压供水技术以其节能、安全、供水高品质等优点，得到了广泛应用，恒压供水调速系统可依据用水量的变化实际上为供水管网的压力变化自动调节系统的运行参数，保持水恒定以满足用水要求，是当今先进、合理的节能型供水系统，在短短的几年内、调速恒压供水系统经历了一个逐步完善的发展过程，早期的单泵调速恒压系统逐渐为多泵系统所代替，投资更为节省，运行效率提高，成为主导产品。自从通用变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统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。恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的。例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面很有潜力，恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的，例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时缺水时，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。13课题研究的内容生产和生活用水需通过水厂送至各供水点然后增压提升送至厂房或办公住宅。水厂的一级泵站及二级泵站以及厂房和办公住宅小区的多泵控制都可分别用PLC与变频调速器来共同实现供水控制系统的。高层恒压供水是现代城市高层建筑的一项主要配套工程，它具有供水模式变换多、水压稳定、自动保护等特点，可以广泛应用于工业及民用建筑中。PLC控制的高层恒压供水系统采用了数字PID控制技术，使PID的参数整定和调整实现在线控制，通过对系统压力的检测，根据水压的大小使系统分时对正常工作和消防供水两种分别采用PID控制，使系统实现了快速、稳定的输出。将管网的实际压力经反馈后送到比较器的输入端与给定压力进行比较，当管网压力不足时，通过对参数运算，调整PID的参数，控制电压上升，使VVVF频率相应增大，水泵转速加快，供水量加大，近使管网压力上升。反之，水泵转速减慢，供水量减少，近使管网压力下降。以保持恒压供水的稳定。采用变频恒压供水控制后，首先，在设计、施工中彻底取代了高位水箱、水池、水塔和气压罐供水等传统的供水方式，消除水质的二次污染，而且更具有节省能源、操作方便、自动化程度高等优点；其次，供水调峰能力明显提高，不仅对一天之内的中午和晚上的生活用水高峰，而且对由于天气情况引起的绿化用水高峰和时问不确定的基建用水高峰，都能正确自动调节；再者，大大减少了开泵、切换和停泵次数，由此减少对设备的冲击，延长使用寿命。1课题的背景及意义随着社会经济的迅速发展，水对人民生活与工业生产的影响日益加强，人们对供水的质量和安全可靠性的要求不断提高。而用户用水的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水的质量。恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的。例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。把先进的自动化技术、通讯技术、网络技术等应用到供水领域，成为对供水企业新的要求。在大力提倡节约能源的今天，研究高性能、经济型的恒压供水监控系统。所以，对于某些用水区提高劳动生产率、降低能耗、信息共享，采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。12本课题研究的目的及意义变频调速恒压供水技术以其节能、安全、供水高品质等优点，得到了广泛应用，恒压供水调速系统可依据用水量的变化实际上为供水管网的压力变化自动调节系统的运行参数，保持水恒定以满足用水要求，是当今先进、合理的节能型供水系统，在短短的几年内、调速恒压供水系统经历了一个逐步完善的发展过程，早期的单泵调速恒压系统逐渐为多泵系统所代替，投资更为节省，运行效率提高，成为主导产品。自从通用变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统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。恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的。例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面很有潜力，恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的，例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时缺水时，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。据统计资料报道，我国现有约5000万台水泵和风机在运行，总计年用化量可达约1000亿度。泵和风机均属于叶片式流体机械；由流体机械理论，在相似工况下，泵、风机的流量，扬程和功率分别与其转速的一次方、二次方和三次方成正比。如转速下降一半，其功率可下降到原来的。流量是给水系统在使用过程中需要调节的主要参数。由水泵通过管路供水的理论可知，调节流量原则上有两大方法；一是节流调节，泵的转速不变，改变供水管路上阀门的开度以调节流量；开大阀门，流量增加；关小阀门，流量减少。采用流调节，有大量能量消耗在节流损耗上。调节流量的第二种方法是变速调节，即供水管路的状态不变供水阀门度不变，改变泵的转速以进行流量调节；转速升高，流量增加，转速降低，流量减少。用调速调节流量可以大幅度降低节流能量损耗，具有显著的节能效果。我国政府机关国家科委、国家经贸委在颁发的中国节能技术政策大纲中把泵和风机的变频调速技术列为国家九五计划重点推广的节能技术项目。13课题研究的内容生产和生活用水需通过水厂送至各供水点然后增压提升送至厂房或办公住宅。水厂的一级泵站及二级泵站以及厂房和办公住宅小区的多泵控制都可分别用PLC与艾默生TD2100变频调速器来共同实现供水控制系统的。高层恒压供水是现代城市高层建筑的一项主要配套工程，它具有供水模式变换多、水压稳定、自动保护等特点，可以广泛应用于工业及民用建筑中。PLC控制的高层恒压供水系统采用了数字PID控制技术，使PID的参数整定和调整实现在线控制，通过对系统压力的检测，根据水压的大小使系统分时对正常工作和消防供水两种分别采用PID控制，使系统实现了快速、稳定的输出。将管网的实际压力经反馈后送到比较器的输入端与给定压力进行比较，当管网压力不足时，通过对参数运算，调整PID的参数，控制电压上升，使VVVF频率相应增大，水泵转速加快，供水量加大，近使管网压力上升。反之，水泵转速减慢，供水量减少，近使管网压力下降。以保持恒压供水的稳定。采用变频恒压供水控制后，首先，在设计、施工中彻底取代了高位水箱、水池、水塔和气压罐供水等传统的供水方式，消除水质的二次污染，而且更具有节省能源、操作方便、自动化程度高等优点；其次，供水调峰能力明显提高，不仅对一天之内的中午和晚上的生活用水高峰，而且对由于天气情况引起的绿化用水高峰和时问不确定的基建用水高峰，都能正确自动调节；再者，大大减少了开泵、切换和停泵次数，由此减少对设备的冲击，延长使用寿命。第2章供水系统的方案的确定21水厂及供水工艺流程图1水源一般为河水、湖泊、地下水等等2一级泵站的作用从水源中抽取水源，水位底时需抽真空。3反应池在反应池里加钒等沉淀剂，又称加药。4滤池使水澄清，有虹吸滤池，浮阀滤池，斜板滤池等水处理设备及工艺；因有大量沉淀，备有排泥车/排泥泵。5清水池澄清后的水还需加氯消毒并中和。因也有少量沉淀，故定期进行反冲洗。6二级泵站的组成通过供水泵和集水管将清水送往各需水点。22二级泵站管路组成从清水池里接若干进水阀，分别经过泵M1,M2,M3,M4再由出口电动阀到集水管内，最后再由1，2输出管送到用户。如上图所示。这其中4为清水泵，3消防泵，1、2为管网增压泵，构成二级泵站供水电气控制系统。本图分析二级泵站系统的基本特性。众所周知，水泵的负载转矩与其转速的平方成正比，输入功率与转速的三次方成正比。作为平方类转矩负载，最佳的驱动则是由驱动器输出符合此类转矩特性的驱动源。艾默生TD2100型变频器，针对水泵类负载而设计，具有较强的控制功能，作为供水专用型变频器。221供水方式的发展变频调速供水方式减少了高位水箱储水环节，避免了水质的二次污染。泵组及控制系统集中设在泵房，占地面积小，安装快，投资省。采用闭环式供水方式，根据观望压力信号调节水泵转速，实现变量供水。水质稳定，全自动运行，可无人值守，可靠性高。变频调速供水方式中，水泵的转速随着管网流量的变化而变化，与恒速泵运行方式相比，明显节省电能，因为轴功率与转速的三次方成正比另外，变频调速水泵的启动为软启动，减少了对水泵及电网的冲击，且多台泵组采用先投入，先推出的运行方式，确保每台泵的运行时间相同，能够有效延长泵组的使用寿命。变频调速闭环供水方式确保管网压力恒定。减少了水能的消耗。能源紧缺是制约我国经济发展的重要因素，节能节水是我国经济持续发展的基本国策。但我国长期以来在城市供水、楼宇供水、工业生产供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低，效率低下。究其原因，主要是由于受供水设备和供水方式的限制。传统的供水系统可分为重力供水和压力供水。重力供水方式有水箱和水塔供水，压力供水方式有气压供水。1对于气压式供水方式，压力给水系统在地下室或某些空余之处设置水泵机组和气罐等设备，采用压力给水来满足建筑物的供水要求。气压供水系统是以气压罐利用密闭压力将罐内贮水送到管网去，其优点是灵活性大，建设快，污染少，有利于抗震，可消除管道中的噪声。缺点是需用金属制造，其体积和投资大，压力变化大，运行效率低，还需使用张力膜或设置空气压缩机充气，维护费用高。2对于水箱供水方式，需要将水箱置于屋顶的最高处，在大型建筑中即使如此，还常常不能满足供水要求，同时由于其存水量较大，增加了结构的承重和占用了楼层的建筑面积，有碍美观。此外，屋顶水箱必须高出屋面几米，建筑立面较难处理，投资大，周期长。3对于水塔供水供水方式，水塔供水在无人值守时，总要开启一个泵运行，而且多个泵不能自动循环使用，不能均衡泵的使用寿命。此外，水塔供水易造成二次污染，需要定期清理、消毒，周期性维投入多。水塔供水需要专门的泵房，要有人值班。222水泵调速运行的节能原理在供水系统中，通常以流量为控制对象，常用的控制方法为阀门控制法和转速控制法。阀门控制法是通过调节阀门开度的大小来调节流量，水泵电机转速保持不变。其实质是通过改变水路中的阻力大小来改变流量，因此，管阻特性将随阀门开度的改变而改变，但扬程特性不变。由于实际用水中，需水量是变化的，若阀门开度在一段时间内保持不变，必然要造成超压或欠压现象的出现。转速控制法是通过改变水泵电机的转速来调节流量，而阀门开度保持不变，是通过改变水的动能改变流量。因此，扬程特性将随水泵转速的改变而改变，但管阻特性不变。变频调速供水方式属于转速控制。其工作原理是根据用户用水量的变化自动地调整水泵电机的转速，使管网压力始终保持恒定，当用水量增大时电机加速，用水量减小时电机减速。图21为管网及水泵的特性曲线。图