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plc 控制 节制 变频 调速 供水系统 程序设计 全套 cad 图纸

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购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 I 摘 要 传统的供水系统存在着占地面积大、建设费用高、管理维护复杂困难、供水质量低下等缺点和不足。为了解决这些问题， 本文采用 制技术和 变频调速技术相结合的方法来研究恒压供水系统，该系统与现场液位传感器、压力传感器一起组成了 两个独立的 闭环控制 子 系统。 设计好的系统 每天 24小时不间断按预先设定的水压恒定地向城市供水，保证了水厂的不间断生产。 通过该项目的研制和应用，不仅能够节约宝贵的水、电资源，降低了生产成本，减少设备维护，降低维修成本；而且提高了整个水厂的生产调度管 理水平，减轻工人劳动强度，有效的提高了生产率。 关键字 ：恒压供水， 制，变频器 ， 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 so In to to to to to of we of of s 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 录 第 1 章 绪论 . 1 采用恒压 供水系统的目的和意义 1、 2、 7、 9. 1 恒压供水的特点 . 1 恒压供水方式讨论 . 1 恒压 供水的实现 . 2 现行高楼供水的模式 19 . 2 恒速泵供水 . 2 高位水箱供水 . 2 气压罐供水 . 3 毕业设计的主要任务 . 3 第 2 章 变频调速恒压供水分析 . 4 变频恒压供水的工艺调节过程介绍 6. 4 速系统的构建 25. 4 调速原理 . 4 恒压供水系统的组成 . 5 调节系统的计算方法 12、 13. 5 频恒压供水频率变化分析 . 7 节能分析 3 . 8 水泵的基本参数和特性 1436， 37. 8 水泵调速运行的节能原理 . 11 第 3 章 恒压供水系统 . 13 系统概述 31 . 13 控制系统的组成 . 13 供水系统的组成 . 13 系统功能说明 . 13 恒压供水系统的机理及调速泵的调速原理 . 14 恒压供水系统的工作原理 . 14 调速泵系统构成 . 14 变频器 6 . 14 变频器输入输出接口 . 14 变频器外围设备的选择及保养 . 15 频调速恒压供水系统的特点 . 16 第 4 章 可编程控制器 . 17 定义 20. 17 发展阶段及发 展方向 . 17 特点与应用领域 . 18 可编程序控制器的特点 . 18 可编程序控制器与继电器控制系统的比较 . 19 可编程序控制器的应用领域 . 19 现代自动控制系统应用中所面临的问题 . 20 我国常用 性能比较研究 . 20 一般结构 . 20 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 本工作原理 . 22 我国常用 性能特点 . 23 7 系列 24 . 23 列可编程序控制器 . 23 制系统设计内容 . 24 制系统设计步骤 . 24 制系统的硬件设计 . 25 制系统的软件设计 . 26 件设计概述 . 26 软件设计 . 27 序设计的常用方法 . 28 序设计步骤 . 29 第 5 章 制系统的设计 . 31 述 . 31 入输出 /. 31 输入口 . 31 输出口 . 31 助触点 . 31 制系统功能介绍 . 32 恒压供水系统 流程图 . 33 制系统的可靠性及应用程序设计 . 34 序的优化设计 . 34 应用程序的设计 . 35 故障检测程序的设计 . 37 第 6 章 系统调试 . 38 变频器关键参数的设定 . 38 调试 . 38 致 谢 . 43 附录 序 . 44 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 1 第 1 章 绪论 采 用恒压供水系统的目的和意义 1、 2、 7、 9 随着社会经济的飞速发展，城市建设规模的不断扩大，人口的增多以及人们生活水平的不断提高，对城市供水的数量、质量、稳定性提出了越来越高的要求。我国中小城市水厂尤其是老水厂自动控制系统配置相对落后，机组的控制主要依赖值班人员的手工操作。控制过程繁琐，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，机组通常处于超压状态运行，不但效率低、耗电量大，而且城市管网长期处于超压运行状态，曝损也十分严重 7。 本文从我国中小城市供水厂的现状出发 ，设计了一套基于 变频调速恒压供水系统。 恒压供水的特点 恒压供水是指用户段不管用水量大小，总保持管网水压基本恒定，这样，既可满足各部位的用户对水的需求，又不使电动机空转，造成电能的浪费。 恒压供水方式讨论 水泵多配用交流异步电机拖动，当电机转速降低时，既可节约能量，经济效益十分显著。由异步电动机的转速公式： 0 6011fn n S （ 1 式中： 0n ：异步电动机的同步转速 n ：异步电动机转子的转速 p ：电动机的磁极对数 f ：电源频率，电动机定子电压频率 s ：转速差： %1000 n （ 1 因此改变，电动机极对数 p 、改变转速差 s 及改变电源频率 f 都可以改变转速。 变级对数调速 在电源频率 定的情况下，电动机的同步转速与极对数成反比，改变电动机极对数，就可以改变转速。通过改变定子绕阻的接线方法来改变极对数以电动机一相绕组为例，电流方向都是一致的，只要改变定子绕组的连接方法，就可以成倍地改变磁极对数 p 。如果使 3,2,1p 等，就可以得到 m 0 0 0,1 5 0 0,3 0 0 00 等不同的同步转速，从而得到不同的转子转速。这种调控方式控制简单，投资省，节能效果显著，效率高，但需要专门的变极电机，是有极调速，而且级差比较大，只适用于特定转速的生产机器。 变频调速 变频凋速是将电网交流电经过变频器变为电压和频率均可调的交流电，然后供给电购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 2 动机，使其可在变速的情况下运行。改变电动机定子频率 f 可以平滑地调节同步转速0n，相应地也就改变转子转速 n ，而转差率 s 可保持不变或很小。但对电动机来说，定子频率改变后，其运行影响，如果电压不变，频率增加时，磁通减少，电动机转矩 下降，严重时会使电机堵转：频率增减少，磁通增加，会使磁路饱和，励磁电流上升，导致铁芯损失急剧增加而发热，是不允许的。因此，在实用上，要求调频的同时，改变定子电压，保持磁通基本不变，既不使铁芯发热，又保持转矩不变。实现调频调压的电路有两种：交 交 它是由三个环节组成：可控硅整流电路，其作用是将电压，定频率的 交流电路变为电压可调的直流电：可控硅逆变电路，其作用是将整流电路输出的直流电变换为频率可调的交流电：滤波环节，它在整流电路和逆变电路之间，一般是利用无电源电容或电抗器对整流后的电压或电流进行滤波。 在交 据滤波方式不同，又有电压型变频器和电流型变频器。 近年来，由于电力电子器件和微机控制技术的发展，脉冲宽度调制型 (简称变频器技术获得了飞速的发展。 前以电压为主，由不可控整流电路、滤波电容及逆变电路组成。 他不仅可改变逆变器输出电压，而且具有抑制谐波功能，是一种比较理想的方式。 交 它是由两组反并联的整流电路组成，直接将电网的交流电通过交频电路同时调节电压和频率，变成电压和频率可调的交流电输出。 交 少换流电路，减少损耗，效率高，波型好。但调速范围小，控制线路复杂，功率因数低，目前较少采用。 变频技术对水泵电动机进行调速，以获得优良的运行特性和明显的节能效果，是目前常用的技术。 恒压供水的实现 恒压供水是指用户段不管用水量大小，总保持管网水压基本恒定，这样， 既可满足各部位的用户对水的需求，又不使电动机空转，造成电能的浪费。 而变频调速是指靠改变电源的频率，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0以使水泵性能曲线改变，达到调节水泵工况目的。 现行高楼供水的模式 19 恒速泵供水 恒速运行时，一般采用节流调节，这种方式的缺点是效率低、能耗大。也就是依靠阀门来控制供水量。 高位水箱供水 采用电流及电压的相位大小等变化特性对高位水箱泵组进行控制。供水系统利购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 3 用高位水箱及地下水池的水位变化来自动启闭水泵，以向各水箱供水 。改供水方式可控性差。 气压罐供水 气压供水设备是利用压缩空气的涨力将水送往用水点的通用供水设备。气压供水整套设备高压密封，没有外部污染，内部不长青苔。并且供水压力可以根据需要很方便地在控制器上进行调整，不象高位水箱当放置的高度确定后，水压就已确定，无法调整。 但是气压供水能耗大，且控制水压能力有限，不如水泵供水的压力控制。 毕业设计的主 要任务 随着变频调速技术的发展，变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，变频恒压供水已广泛应用于厂矿企业及生活、消防等供水系统。 制的变频调速恒压供水系统采用变频调速方式自动完成泵组软启动及无冲击切换，自动调节水泵电机转速，改变以往“先启后停”方式，使水压平稳过渡。采用硬件 /软件备用及时钟控制功能，使各泵进行轮休，延长设备的机械使用寿命。变频器故障时系统仍可运行，保证不间断供水。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 4 第 2 章 变频调速恒压供水分析 变频恒压供 水的工艺调节过程介绍 6 泵组的切换开始时，若硬件、软件皆无备用（两者同时有效时硬件优先）， 1 泵变频启动，转速从 0 开始随频率上升，如变频器频率到达 而此时水压还在下限值，延时一段时间（由 部时间继电器控制，目的是避免由于干扰而引起误动作）后， 1 泵切换至工频运行，同时变频器频率由 停至 2 泵变频启动，如水压仍不满足，则依次启动 3 、 4 泵；若开始时 1 泵备用，则直接启 2 变频，转速从开始随频率上升，如变频器频率到达 而此时水压还在下限值，延时一段时间后， 2 泵切换至工频运行，同时变频器频率由 停至 3泵变频启动，如水压仍不满足，则启动 4 泵；若 1 、 2 泵都备用，则直接启 3 变频，具体泵的切换过程与上述类同。 同样，如水压在上限值，若台泵 （假设为 1 、 2 和 3 ）运行时， 3 泵变频运行降到 此时水压仍处于上限值，则延时一段时间后使 1 泵停止， 3 泵变频器频率从 迅速上升，若此后水压仍处于上限值，则延时一段时间后使 2 泵停止。这样的切换过程，有效地减少泵的频繁启停，同时在实际管网对水压波动做出反应之前，由变频器迅速调节，使水压平稳过渡。以往的变频恒压供水系统在水压高时，通常是采用停变频泵，再将变频器以工频运行方式切换到正在以工频运行的泵上进行调节。这 种切换的方式，理论上要比直接切工频的方式先进，但其容易引起泵组的频繁启停，从而减少设备的使用寿命。而我们这次的设计的系统中，要求直接停工频泵，同时由变频器迅速调节，只要参数设置合适，即可实现泵组的无冲击切换，使水压过渡平稳，有效的防止水压的大范围波动及水压太低时的短时缺水现象，提高供水品质。 速系统的构建 25调速原理 异步电动机定子三相对称绕组空间相隔 120 ，当通以三相对称电流时，产生旋转磁场，旋转磁场的转速，即同步转速为： 11 60fn p （ 2 异步电动机的转差率为： 11()n （ 2 11 6 0 ( 1 )( 1 ) n s p （ 2 式中： 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 5 1f ：定子绕组电源频率 p ：磁场极对数 s ：转差率 1n ：同步转速 ( r ) n ：异步电动机转速 ( r ) 恒压供水系统的组成 变频恒压供水系统原理如图 2示，它主要是由 007 （包括一块模拟量扩展模块 235、变频器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及若干台水泵等组成。通过控制柜面板上的按钮、转换开关和指示灯来控制系 统的运行。 图 2供水系统组成 调节系统的计算方法 12、 13 法： 设定了一个 法，所有泵的自动切换，变频器的工作全部依赖这个 原理 法控制原则基于以下公式： in 0)(（ 2 输出 = 比例项 + 积分项 + 微分项 式中： ()为时间函数的回路输出 ： 回路增益 E ： 回路错误（设定值和进程变量之间的差别） 回路输出的初始值 为了在数字计算机中运行该控制函数，必须将连续函数量化为错误值的定期样购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 6 本，并随后计算输出。数 字计算机运算以下列相应的公式为基础： 11()nn i n i t i a l n nM n K C e K I M K D e e （ 2 输出 = 比例项 + 积分项 + 微分项 式中： ：采样时间 n 的回路输出计算值 ：回路增益 ： 采样时间 n 的回路错误值 1： 回路错误的前一个数值（在采样时间 1n ） 积分项的比例常数 微分项的比例常数 微分项的比例常数 在该公式中，积分项被显示为全部错误项的函数，从第一个样本至当前样本。微分项是当前样本和前一个样本的函数，而比例项仅是当前样本的函数 。在数字计算机中，既不可能也没有必要存储所有的错误项样本。 因为从第一个样本开始，每次对错误采样时数字计算机都必须计算输出值，因此仅需存储前一个错误值和前一个积分项数值。由于数字计算机计算结果的重复性，可在任何采样时间对公式进行简化。简化后的公式为： 1()n n nM n K C e K I M X K D e e （ 2 输出 =比例项 + 积分项 + 微分项 式中： ： 采样时间 n 的回路输 出计算值 ： 回路增益 ： 采样时间 n 的回路错误值 1 ： 回路错误的前一个数值（采样时间 1n ） ： 积分项的比例常数 ： 积分项的前一个数值（采样时间 1n ） ： 微分项的比例常数 计算回路输出值时， 用对上述简化公式的修改格式。修改后的公式为： n n nM n M P M I M D （ 2 输出 =比例项 +积分项 +微分项 式中： ： 采样 时间 n 的回路输出计算值 ： 采样时间 n 的回路输出比例项数值 ： 采样时间 n 的回路输出积分项数值 ： 采样时间 n 的回路输出微分项数值 比例 项 比例项 增益 错误（ e ）的乘积，其中增益控制输出计算的敏感度，错误是在某一特定采样时间设定值（ 和进程变量（ 之间的差。 用的计算比例项的公式为： ()M P K c S P n P V n （ 2 式中： ： 采样时间 n 的回路输出比例项数值 ： 回路增益 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 7 ： 采样时间 n 的设定值数值 ： 采样时间 n 的进程变量数 值 积分项 积分项 e ）和成比例。 用的积分项公式为： () K c S P n P V n M （ 2 式中： ： 采样时间 n 的回路输出积分项数值 ： 回路增益 ： 回路采样时间 ： 积分时间（亦称为积分时间或复原） ： 采样时间 n 的设定值数值 ： 采样时间 n 的进程变量数值 ： 采样时间 1n 的积分项 数值（亦称为积分和或偏差） 积分和或偏差（ 是积分项所有先前数值的运行和。每次 算后，根据 数值更新偏差，该数值可能被调节或截取（详情请参阅 变量和范围 一节）。偏差的初始值通常被设为第一次回路输出计算之前的输出值。其他几个常数也是积分项的一部分，例如增益 采样时间 即 路重新计算输出值的循环时间）以及积分时间或复原 即用于控制积分项对输出计算影响的时间）。 微分项 微分项 错误变化成比例。计算微分项的公式为： ( ( ) ( ) ) K c S P n P V n S P n P V （ 2 为了避免步骤改变或由于对设定值变化求导带来的输出变化，对该公式进行修改，假定设定值为常数 1P 。如下所示，会导致计算进程变量的变化，而不计算错误的变化： 1() K c S P n P V n S P n P （ 2 或者 1() K c P V P V （ 2 ： 采样时间 n 的回路输出微分项数值 ： 回路增益 ： 回路采样时间 ： 回路微分阶段（亦称为微分时间或速率） ： 采样时间 n 的设定值数值 1 ： 采样时间 1n 的设定值数值 ： 采样时间 1n 的进程变量数值 1 ： 采样时间 1n 的进程变量数值 必须保存进程变量，而不必保存错误，用于下一次微分项计算。第一次采样时，数值 1被初始化，等于 变频恒压供水频率变化分析 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 8 交流电机的转速 n 与电源频率 f 的关系如下： 60 (1 ) （ 2 式中： p 是级对数， s 是转差率 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。 图 2变频调速的水泵特性曲线 节能分析 3 水泵的基本参数和特性 1436， 37 水泵工作参数共有六个，即 :流量、扬程、功率、效率、转速及允许吸上真空高度或气穴余量。在六个参数中，流量、扬程和转速是基本参数，只要其中一个发生变化，其余参数都会按照一定的规律发生相应的变化。 水泵流量是指水泵在单位时间从水泵出水口排出的水量，可分为体积流量和 质量流量两种。 相似工况抛物线管路性能曲线水泵性能曲线 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 9 水泵扬程也称水头，是水泵由叶轮传给单位质量液体的总能量，可以由水泵进水口、出水口断面上的单位总能量 1E ， 2E 的差值表示，其单位以 m 计。水泵扬程可用下式表示为 22212 1 2 1 2 1 2 E Z Z H H g （ 2 式中： 分别为真空表测压点、压力表零位点至基准面的垂 直距离，低于基准面时取负值 (m )。 式中： 12, 分别为真空表、压力表读数 (m )。 22212为水泵进，出水口断面的流速水头 (m )。 水泵功率有以下两种，有效功率 轴功率 有效功率 泵内液体实际所获得的净功率 (，可以根据流量和扬程来计算。 1000M （ 2 式中： 为液体的比重（ 3/ Q 为液体的流量（ ） H 为水泵的扬程（ m ）。 轴功率程下运行时所需的外来功率，即由动力机传给水泵轴上的功率 (。轴功率不可能全部传给液体，而要消耗一部分功率后，才成为有效功功率。 1 0 0 % 1 0 01000 Q （ 2 式中： ： 水泵效率（ %） 有效功率与轴功率的比值为效率 。 100% （ 2 水泵效率标志着水泵传递能量的有效程度，亦即反映了泵内功率损失的大小，是一项重要的技术经济指标。它由泵内水力效率、机械效率及容积效率等三个局部效率组成。 (1)机械损失与机械效率 机械损失包括轴与轴承的磨擦损失、轴与填料函的磨擦损失 以及叶轮在水中旋转时引起的损失即轮盘损失。水泵克服了机械损失之后，把剩下的功率传给所抽的水，这部分功率叫做水功率 （ 2 式中： ： 流过叶轮的全部流量 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 10 q ： 漏损量 水泵理论扬程 机械损失的大小用机械效率表示 100% （ 2 (2)容积损失与容积效率 在流过叶轮的全部流量中，除了出水量 Q 外，另有一部分流量，经过减漏环的间隙或轴流泵叶轮外缘与泵壳的间隙流回进水侧，以及经过填料函渗出泵外，流量带走的功率为 L （ 2 剩余的功率为： S W P （ 2 容积损失 用容积效率 j ，表示 100%r （ 2 各式带入上式后的： 100%()r QQ q H Q q （ 2 (2)水力损失与水力效率 水泵吸入室、叶槽、压出室中的磨擦阻力、旋涡及撞击等引起的水力损失，可用水力效率表示 100% t h t H H H （ 2 用 以上式右端可的： W S M j r P P （ 2 由上式可见水泵效率，是三个局部效率的乘积。要提高水泵效率，必须尽量减少机械磨擦和漏水量，并力求改善过流部分的设计和提高制造、装配质量。 n 转速 n 是指叶轮每分钟的转数。水泵铭牌上所标明的额定转速是设计工况时的转速，当转速改变后，水泵工作性能也随着改变。 二者是表征水泵吸水性能曲线或气穴性能的参数，它们是确定水泵安装高度和评述水泵发生气穴与气蚀问题的主要参数。 工况点调节方法： 在选择和使用水泵的实践中，常常会出现确定的工作点偏离水泵设计工作点较远，以至引起水泵装置效率降低、功率升高或者发生严重的气穴现象 ，这就必须采用改变管路性能曲线或改变水泵性能曲线的方法来移动工作点，使其符合要求。这种方法叫做水泵工况的调节。现将常用的几种调节方法分述如下。 沿外径车小离心泵的叶轮，可以改变水泵的性能曲线，从而扩大水泵的使用范购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 11 围，这种方法称为车削调节。离心泵叶轮车削不能超出某一范围，否则原来的构造被破坏，使叶片末端变粗，使叶轮和泵壳之间间隙过大，增加回流损失，以致水利效率降低。因而使用单位一般不采用这种调节方法来改变水泵工作点。 通过改变叶片安装角，使水泵性能曲线改变的方法成为 水泵工况的变角调节，它适用于叶片安放角可以改变的轴流泵及混流泵，并不适合离心泵，因此这里不作详述。 对于出水管路中装有闸阀的水泵装置来说，当把闸阀关小时，由于在管路中增加了一个局部阻力，则管路性能曲线变陡，于是，其工作点就沿着水泵的 H 阀关得越小，附加阻力越大，流量就变得越小。这种通过关小闸阀来改变水泵工作点位置的方法，称为节流调节。 变速调节是通过改变水泵的转速，可以使水泵性能曲线改变，达到调节水泵工况以扩大水泵使用范围的目的。变速调节就是对水泵 相似理论的应用。 水泵调速运行的节能原理 水泵的设计负荷是按最不利条件下最大时流量及相应扬程设定的。但实际运行中水泵每天只有很短的最大时流量，其流量随外界用水情况在变化，扬程也因流量和水位的变化而变化。因此水泵不能总保持在一个工况点，需要根据实际情况进行控制。通常采用的方法有阀门控制和调速控制。阀门控制是通过增加管道的阻抗而达到控制流量的目的，因而浪费了能量：而电动机调速控制可以通过改变水泵电动机的转速来变更水泵的工况点，使其流量与杨程适应管用水量的变化，维持压力恒定，从而达到节能效果。 图 2变频调速节能原理 由流体力学可知，水泵给管网供水时，水泵的输出功率 及出水流量 Q 的乘积成正比；水泵的转速 n 与出水流量 Q 成正比：管网的水压 H 与出水流量 Q 的平方成正比。由上述关系有，水泵的输出功率 P 与转速 n 的三次方成正比，即： 1P k 2 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 12 2n k Q（ 2 23H k Q （ 2 3P （ 2 上面各 式中1 2 3, , ,k k k 当系统出水流量减小时，通过变频调速装置将供水水泵转速调小，则水泵的输出功率将随转速的变化而减小。变频调速节能原理田如图 2示。图中曲线 1、 2、 3为管网阻力特性曲线，曲线 4 为水泵转速为1线 5 为水泵转速为2泵原来的工作点为曲线 3 和曲线 4 的交点 A ，此时出水流量为1Q，管网压力为1H，水泵转速为1n。当系统的出水流量减小到2Q，系统管网特性为曲线 1。曲线 1 和曲线 4 的交点 B 为运行工作点。此时管网压力为2H，水泵的输出功率正比于22由于21 高出的压力能量被浪费了，同时过高的压力对管网和设备还可能造成危害。如采用变频调速装置，将此时水泵的转速调至2n，曲线 5 和曲线 2 的交点 C 为水泵的运行工作点。调速后管网的压力仍保持为1H，出水流量为口2Q，水泵的输出功率正比于11从图中可见，阴影部分正比于浪费的功率输出。例如，当20%时，通过调速将20，则水泵的输出功率21. 2。如不采用调速控制， 能量将被浪费。可见变频调速的经济效益十分可观。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 13 第 3 章 恒压供水系统 系统概述 31 恒压供水是指用户段不管用水量大小，总保持管网水压基本恒定，这样，既可满足 各部位的用户对水的需求，又不使电动机空转，造成电能的浪费。 为实现上述目标，本系统利用 数据采集模块根据给定压力信号和反馈压力信号，通过 制算法控制变频器调节水泵转速，从而达到控制管网水压的目的。 控制系统的组成 供水系统的组成 图 3压供水系统原理图 系统功能说明 本系统主要可以分为手动和自动两大块，手动状态下又可分为强制关闭和强制工频自动 运行时能进行 节，进行加泵，减泵，在手动状态下也能进行自动运行，能通过 算及加，减泵控制水压，防止出现超压，欠压现象的出现。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 14 - 1 - 毕业设计 (论文 )任务书 学生姓名 _ 指导教师 _ 职称 副教授、助教、助教 系别 _信息与电子工程系 _专业 工业电气自动化 年级 _ _班级 课题名称 制的变频调速恒压供水系统设计 任务与要求： 一、 设计（论文）要求： 随着变频调速技术的发展，变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，变频恒压供水已广泛应用于厂矿企业及生活、消防等供水系统。 制的变频调速恒压供水系统采用变频调速方式自动完成泵组软启动及无冲击切 换，自动调节水泵电机转速，改变以往“先启后停”方式，使水压平稳过渡。采用硬件 /软件备用及时钟控制功能，使各泵进行轮休，延长设备的机械使用寿命。变频器故障时系统仍可运行，保证不间断供水。 系统组成及原理 1、组成 变频恒压供水系统原理如图 1 所示，它主要是由 括一块模拟量扩展模块变频器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及若干台水泵等组成。通过控制柜面板上的按钮、转换开关和指示灯来控制系统的运行。 3、运行方式 2、工作原理 通过安装在 出水管网上的压力传感器，把出口压力信号变成 4标准信号经西- 2 - 门子模拟量扩展单元 入 与给定压力参数进行比较、运算后，发出控制信号送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过 制增加水泵。根据用水量的大小由 制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。同时系统通过软件设计具有定时换泵和系统声、光报警及多种保护功能。 3、运行方式 系统 应具 有手动和自动两种运行方式 （通过变频工频选择开关选择）： 手动运行 按下按钮启动或停止水泵，可根据需要分别控制 1 4 泵的启停。该方式主要供检修及变频器故障时用。 自动运行 合上自动开关后， 1 泵电机通电，变频器输出频率从 0升， 受压力传感器的标准信号，经运算与给定压力参数进行比较，将调节参数送给变频器，如压力不够，则频率上升到 50， 1 泵由变频切换为工频，启动 2 泵 变频，变频器逐渐上升频率至给定值，加泵依次类推；如用水量减小，从先启的泵开始减，同时根据系统的 法调节参数使系统平稳运行 。 4、故障处理 故障报警 当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压、差压等情况时，系统皆能发出声、光报警信号；通知维修人员前来维修。此外，变频器故障时，系统自动停机，此时可切换至手动方式保证系统不间断供水。 水泵检修 为维护和检修水泵，要求在系统正常供水状态下，在一段时间间隔内使某一台水泵停运，系统 应 设有水泵强制备用功能（硬件备用），可随意备用某一台水泵，同时不影响系统正常运行；为了使水泵进行轮休，系统还 应 设有软件备用功能，工作泵与备用泵 应 具有周期定时切换功能。 制系统 该系统采用西门子 机 I/O 点数为 14 入 10 出，另为获取和发出模拟信号选用 4 入 2 出的 块， 程采用 件，它是西门子 视窗软件支持工具，提供完整的编程环境，可进行离线编程和在线连接和调试，并能实现梯形图与语句表的相互转换。 控制过程 ：泵组的切换开始时，若硬件、软件皆无备用（两者同时有效时硬件优先），1 泵变频启动，转速从开始随频率上升，如变频器频率到达 50而此时水压还在下限值，延时一段时间（由 部时间继电器控制，目的 是 避免由 于干扰而引起误动作）后，1 泵切换至工频运行，同时变频器频率由 50停至 02 泵变频启动，如水压仍不满足，则依次启动 3 、 4 泵；若开始时 1 泵备用，则直接启 2 变频，转速从开始随频率上升，如变频器频率到达 50而此时水压还在下限值，延时一段时间后， 2 泵切换至工频运行，同时变频器频率由 50 停至 0 3 泵变频启动，如水压仍不满足，则启动 4泵；若 1 、 2 泵都备用，则直接启 3 变频，具体泵的切换过程与上述类同。 同样，如水压在上限值，若台泵（假设为 1 、 2 和 3 ）运行时， 3 泵变频运行降到 0时水压仍处于上限值，则延时一段时间后使 1 泵停止， 3 泵变频器频率从 速上升，若此后水压仍处于上限值，则延时一段时间后使 2 泵停止。这样的切换过程，有效地减少泵的频繁启停，同时在实际管网对水压波动做出反应之前，由变频器迅速调节，使水压平稳过渡。以往的变频恒压供水系统在水压高时，通常是采用停变频泵，再将变频器以- 3 - 工频运行方式切换到正在以工频运行的泵上进行调节。这种切换的方式 ， 理论上要比直接切工频的方式先进，但其容易引起泵组的频繁启停，从而减少设备的使用寿命。而 我们这次的设计的系统中 ， 要求 直接停工频泵，同时由变频器迅速调节，只要参数设置合适，即可实现泵组的无冲击切换，使水压过渡平稳，有效的防止水压的大范围波动及水压太低时的短时缺水现象，提高供水品质。 注意事项 1、 变频转工频开关切换时间 T 设置是为了确保在加泵时，泵由变频转为工频的过程中，同一台泵的变频运行和工频运行各自对应的交流接触器不会同时吸合而损坏变频器，同时为了避免工频启动时启动电流过大而对电网产生的冲击，所以在允许范围内必须尽可能的小。 2、 上下限频率持续时间 频器运行的频率随管网用 水量增大而升高，系统以变频器运行的频率是否达到上限（下限）、并保持一定的时间为依据来判断是否加泵（减泵），这个判断的时间就是 如果设定值过大，系统就不能迅速的对管网用水量的变化做出反应；如果设定值过小，管网用水量变化时就很可能引起频繁的加减泵动作；两种情况下都会影响恒压供水的质量。 本毕业设计课题 的 主要内容： 1、 学习 括一块模拟量扩展模块 变频器的有关知识 ； 2、 了解变频 恒压供水原理及工艺 ，根据设计任务和工艺要求设计并构成系统硬件，同时进行设备及元器件的选型 ； 3、 掌握 变频调速 原理及其 升速 、 启动 、 降速和制动 的方法 ； 4、 学习并掌握 用的开发步骤 ， 节原理 、 参数设置 和 设定值的调整 方法，序 编制及 运行和模拟调试 ； 5、 根据设计任务书完成开题报告 1 份，根据指导教师要求完成外文文献的翻译，按系规划格式完成设计说明书 1 份 ； 6、 按指导教师要求参加相关的实习，完成实习总结 。 二、 设计（论文）条件： 自备计算机一台， 程软件 、提供设计所需 参考 资料及相应的设计场所等。 三、 设计（论文）资料： 1、黄云龙 北京 :科学 出版社 ,2003. 2、 袁任光 北京 :机械工业出版社 ,2002. 3、 陈宇 广州 :华南理工大学出版社 ,1999. 4、 李景学、金广业 北京 :电子工业出版社 ,1995. 5、 黄立培、张学编 人民邮电出版社 ,1999. 6、 黄大雷、吴庚申 民交通出版社 1993. 7、 洱洪涛 理及应用 ,中国水利水电出版社 1999. 8、 韩焱青 制变频调速恒压供水系统，武汉化工学院学报 2000 年 04 期 9、 、变频器、低压电器、自动化软件的查询，下载 程软件 ，学习相关的应用实例。 四、 设计（论文）教学要求： - 4 - 要求同学们有较强的学习和自学能力，能根据需要查找资料，独立思考和设计。在设计过程当中要求同学们相互协作。 五、 设计（论文）进度安排：（可以同一专业相同） 第 01 周至第 03 周：查阅相关网站及英文资料（并翻译一篇外文资料），收集有关 频器、低压电器、 程软件 的资料。 第 04 周至第 04 周： 根据设计任务书的要求， 完成毕业设计（论文）开题报告。 第 05 周至第 12 周： 根据系统组成原理及给定的供水流量、压力 和电机参数，进行变频器、拟量扩展单元、压力传感器等的选型，设计恒压供水系统硬件原理系统，设定变频器特性，编制 序， 通过软件设计具有定时换泵和系统声、光报警等多种保护功能，进行 仿真 试验，并 分析仿真 结果。 第 13 周至第 15 周：整理相关资料，完成毕业设计（论文）手稿及最终电脑打印的毕业论文； 第 16 周： 毕业设计（论文）小组答辩； 第 17 周：答辩。 六、 学生分组名单 ： 毕业设计 (论文 )翻译资料 信息与电子工程 系 工业电气自动化 专业 04 级 1 班 课题名称： 制的变频 调速恒压供水系统设计 毕业设计 (论文 )起止时间： 2007 年 3 月 1 日 6 月 10 日 (共 17 周 ) 学生姓名： 赵晋 学号： 3040221123 指导教师： 黄云龙、朱秋琴、廖东进 报告日期： 2007 毕业设计（翻译资料） 1 - of of s of by in s be to 1、 t in of of It a of in of as it is a of to of 990s, as of of on in is In on to in of on of of is it a To of of 2 =n1/(1) 2 = (n1/ (2) of Q2 n2 H2 1/f1/ of a is in of of of 2 1 of is p2 of of of of on , of of of in of to to in of 业设计（翻译资料） 2 - of in of is p1/n1/. as 50Hz at is to 0% oof of 5%. is to is in of is it is it to to 2 it is of 2、 is it of to to up to in to it is ID of to a is of or by a is a no ID or 1M , 2M ) to of is it of in to to of LC of is in of as an it of it is to of to ; is it to go on is it is it LC to to to to by in is of of in a if be by of of in of to to at 业设计（翻译资料） 3 - of Is it to to ID in to 1kW 00 at at In by of to in to is it to be to at in of an in so as to in of an of in is it to At M is it to it is in to In of by 222, KM At M is by of 1M is at to In on a up in of of is 5% on is 0% is 3、 in of he of is as is it to is it to ut it of of in of of 200m on of of 0%), is a of of of we 业设计（翻译资料） 4 - in of on of of of in is a in of of on to of to is is to to of is it to to of of to of in to to in in of 4、 re by of as in is to on on be 0 or it is of is is of of of it is to be in 、 of A of of of of 1999 (10): 22of of of of 244 . of 业设计（翻译资料） 5 - 恒压供水的 控制与节能的探索 摘要 :在简要分析国内外给水系统现状的基础上 ,介绍了系统的组成 ,提出了以变频调速为核心所构成的全自动给水系统控制方式 ,并以实例详细分析了该系统的组成、工作原理以及在控制与节能方面所表现出的优越性 简要阐述了该系统在应用中应注意的一些问题。 关键词 : 变频调速 ;恒压供水。 节器中图法 一、引 言 目前 ,我国居民小区与高层建筑的生活供水 ,普遍采用工频方式 噪音高 ,水源存在二次污染等诸多问题 理想的模式 0 年代中后期 ,随着变频调速技术的不断发展与完善 ,基于该项技术的全自动恒压给水方式已在发达国家得到广泛的应用 ,且日趋成熟 作者在变频调速给水控制系统的设计与施工方面做了些实际工作 ,积累了一些经验 ,并形成了对于一些问题的看法 一个很重要的原因就是它有较好的节能效果 . 一台水泵的实际扬程与电源频率的平方成正比 就可控制水泵的供水压力 所示 . 为给定的压力值 , 为压力 传感器从管道上所测得的实际压力值 ,节器通过对两者的误差运算 ,并经过控制变频器的频率输出 ,从而使管道的压力始终保持在设定值上。 该系统能自动检测用户的瞬时水压 ,据此调节给水量的多少及电机的运行状况 让设备始终处于恒压状态 ,从负载电机的特性可知 ,所配电机的轴功率与其转速的三次方成正比 ,即 当变频器输出频率为 35高设定为 50也就是实际转速为额定转速的 70%时 ,调速器的用电量为 占额定的 35%水泵总处于恒压变流量匹配方式的 工作状态 ,从而消除了超压和回流的无功损耗 所示 ,比较可知 ,变频调速方式节能效果最为明显。 二、实例分析： 恒压供水 是通过变频调速来调节水的流量从而达到恒压的目的 ,它最终控制的目标是水压 后特性 节器性能的好坏 ,在很大程度上决定了 恒压供水 的质量 或压力设定值大幅度变化时 ,由于在短时间内存在很大的偏差 ,因而无论 节器的控制算法采用增量