城市管网的供水系统的毕业设计.docx

城市管网的供水系统的毕业设计目录1 前言11.1 供水系统发展过程及现状11.2 供水系统的概述21.2.1 变 频 恒 压 供 水 系 统 主 要 特 点 ：21.2. 3恒 压 供 水 设 备 的 主 要 应 用 场 合 ：21.2. 4恒 压 供 水 技 术 实 现：32 系统总体设计方案42.1 系统设计方案42.1.1 系统控制要求42.1.2 控制方案42.1.3 运行特征52.1.4 系统方案52.2 可编程控制器(PLC)的特点及选型72.2.1 PLC 特点及应用72.2.2 可编程控制器的选型82.2.3PLC CPM2A 模拟量输入/输出单元122.3 变频器选型及特点152.3.1 ABB 产品信息：152.3.2变 频 节 能 理 论 ：152.3.3 变 频 恒 压 供 水 系 统 及 控 制 参 数 选 择：162.3.4 变频恒压供水系统的优点及体现172.4 远传压力表182.4.1 主要技术指标192.4.2 结构原理192.5系统控制流程设计202.5.1 系统组成及作用202.5.2 系统运行过程203 软件设计233.1系统中检测及控制开关 I/O 分配233.2 I/O 地 址 及 标 志 位 分 配 表253.3 流程图273.4 程序设计：284.结论43致谢44参考文献451第一章前言1.1 供水系统发展过程及现状一般规定城市管网的水压只保证 6 层以下楼房的用水，其余上部各层 均须“提升”水压才能满足用水要求。以前大多采用传统的水塔、高位水 箱，或气压罐式增压设备，但它们都必须由水泵以高出实际用水高度的压 力来“提升”水量，其结果增大了水泵的轴功率和能量损耗。自从变频器问世以来，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。 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有着非常重要的意义。 新型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。恒压供水调速 系统的这些优越性，引起国内几乎所有供水设备厂家的高度重视，并不断投入开发、生产这一高新技术产品。 目前该产品正向着高可靠性、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，系列标准化是未来供水设备适应城镇建设成片 开发智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。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。虽然单泵产品系统 设计简易可靠，但由于单泵电机深度调速造成水泵、电机运行效率低，而 多泵型产品投资更为节省，运行效率高，被实际证明是最优的系统设计， 很快发展成为主导产品。1.2 供水系统的概述1.2.1 变频恒压供水系统主要特点：1、节能，可以实现节电 20%-40%，能实现绿色用电。2、占地面积小，投入少，效率高。3、配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。4、运行合理，由于是软起和软停，不但可以消除水锤效应，而 且电机轴上的平均扭矩和磨损减小，减少了维修量和维修费用，并且水泵 的寿命大大提高。5、由于变频恒压调速直接从水源供水，减少了原有供水方式的 二次污染，防止了很多传染疾病的传染源头。6、通过通信控制，可以实现无人值守，节约了人力物力。1.2.2 传统定压方式的弊病：1、管理不便、因与大气连通易引起的管道腐蚀。2.由于水箱内微生物、藻类孳生，还可能对系统造成二次污染，所以 每年定压水箱都需定期维护，并由卫生防疫部门检验。3.定压水箱需占用较大空间，需要专门的地点来放置。4.高位定压水箱系统的控制靠投入泵的台数来调节，但这种调节方式 不能做到供水量和用水量的最佳匹配，水泵长期偏离高效区工作，效率低 下。5.系统频繁的起停泵，对水泵、电机及开关器件都会缩短使用寿命。6.使用高位水箱供水，在系统流量较大时，管网压力会有较大的变化， 造成部分用户资用压头不够，出现诸如流量不足、冷热不均等情况。7.在供水泵的选型上，设计人员为了提高系统安全系数，电机选型都 较大；在用水负荷较小或低区采用减压阀、节流孔板等来调节剩余水头时， 大量的能量消耗在阀上，都造成电能的浪费。1.2.3 恒压供水设备的主要应用场合：1.高层建筑，城乡居民小区，企事业等生活用水。2.各类工业需要恒压控制的用水，冷却水循环，热力网水循环，锅炉 补水等。3.中央空调系统。4.自来水厂增压系统。145.农田灌溉，污水处理，人造喷泉。6.各种流体恒压控制系统。1.2.4 恒压供水技术实现：通过安装在管网上的压力传感器，把水压转换成420mA的模拟信号， 通过变频器内置的PID控制器，来改变电动水泵转速。当用户用水量增大， 管网压力低于设定压力时，变频调速的输出频率将增大，水泵转速提高， 供水量加大，当达到设定压力时，电动水泵的转速不再变化，使管网压力 恒定在设定压力上；反之亦然。目前交流电机变频调速技术是一项业已广泛应用的节能技术。由于电 子技术的飞速发展，变频器的性能有了极大提高，它可以实现控制设备软 启软停，不仅可以降低设备故障率，还可以大幅减少电耗，确保系统安全、 稳定、长周期运行。长期以来区域的供水系统都是由市政管网经过二次加压和水塔或天 面水池来满足用户对供水压力的要求。在小区供水系统中加压泵通常是用 最不利用水点的水压要求来确定相应的扬程设计，然后泵组根据流量变化 情况来选配，并确定水泵的运行方式。由于小区用水有着季节和时段的明 显变化，日常供水运行控制就常采用水泵的运行方式调整加上出口阀开度 调节供水的水量水压，大量能量因消耗在出口阀而浪费，而且存在着水池 “二次污染”的问题。变频调速技术在给水泵站上应用，成功地解决了能 耗和污染的两大难题。第二章系统总体设计方案2.1 系统设计方案2.1.1 系统控制要求恒压供水控制系统的基本控制要求是：采用电动机调速装置与可编程 控制器(PLC)构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整 泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定 供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系 统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU 运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动 机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。2.1.2 控制方案在住宅小区水厂的管网系统中，由于管网是封闭的，泵站供水的流量 是由用户用水量决定的，泵站供水的压力以满足管网中压力最不利点的压 力损失P和流量Q之间存在着如下关系：P=KQ2；式中K一为系数设PL为压力最不利点所需的最低压力，则泵站出口总 管压力P应按下式关系供水，则可满足用户用水的要求压力值，又有最佳 的节能效果。P=PL+P=PL+KQ2因此供水系统的设定压力应该根据流量的变化而不断修正设定值，这 种恒压供水技术称为变量恒压供水，即供水系统最不利点的供水压力为恒 值而泵站出口总管压力连续可调。典型的自动恒压供水系统的结构框图如 图所示；系统具有控制水泵出口总管压力恒定、变流量供水功能，系统通 过安装在出水总管上的压力传感器，实时将压力、流量非电量信号转换为 电信号，输入至可编程控制器(PLC)的输入模块，信号经CPU运算处理后与 设定的信号进行比较运算，得出最佳的运行工况参数，由系统的输出模块输出逻辑控制指令和变频器的频率设定值，控制泵站投运水泵的台数及变量泵的运行工况，并实现对每台水泵的调节控制。2.1.3 运行特征以4台水泵的恒压供水系统为例，系统在自动运行方式下，可编程控 制器控制变频器、软启动1#泵，此时1#泵进入变频运行状态，其转速逐渐 升高，当供水量 Q1/3Qmax时(Qmax为4台水泵全部工频运行时的最大流 量)，可编程控制器CPU根据供水量的变化自动调节1#泵的运行转速，以保 证所需的供水压力。当用水量Q在13QmaxQ23Qmax之间时，1#泵已不 能满足用户所需的用水量，这时可编程控制器发出指令将1#泵转为工频运 行，并软启动2#泵，使2#泵进入变频运行工况，2#泵的运行转速由用户用 水量决定，以保证供水系统最不利点所需的供水压力。当外需供水量Q为23QmaxQQmax时，可编程控制器发出指令再将2#泵置于工频运行状态， 同时软启动3#泵进入变频运行工况，此时3#泵的运行转速由用户的用水量 确定，以保证供水系统最不利点的供水压力恒定。2.1.4 系统方案目前，住宅小区变频恒压供水系统设计方案主要采用“一台变频器控 制一台水泵”(即“一拖一”)的单泵控制系统和“一台变频器控制多台水 泵”(即“一拖N”)的多泵控制系统。随着经济的发展，现在也有采用“二 拖三”、“二拖四”、“三拖五”的发展趋势。“一拖N”方案虽然节能 效果略差，但独有投资节省，运行效率高的优势;具有变频供水系统启动 平稳，对电网冲击小，降低水泵平均转速，消除“水锤效应”，延长水泵阀门、管道寿命，节约能源等优点，因此目前仍被普遍采用。 A.“一拖N”多泵系统的一般控制要求（1）多泵循环运行程序控制 以“一拖三”为例:先由变频器启动1#水泵运行，若工作频率已达到变频器的上限值50Hz而压力仍低于规定值时，将1#水泵切换成工频运行， 此时变频器的输出频率迅速下降为0，然后启动2#水泵，供水系统处于“1 工1变”的动行状态;若变频器再次达到上限值50Hz而压力仍低于规定值 时，将2#水泵也切换成工频运行，再由变频器去启动3#水泵，供水系统处 于“2工1变”的运行状态。反之，若变频器工作频率已下降至下限值(一 般设定为2535Hz)而压力仍高于规定值时，令1#水泵停机，供水系统又处 于“1工1变”的运行状态;若变频器工作频率又降至下限值而压力仍高于 规定值时，令2#水泵停机，系统回复到1台水泵变频运行状态。如此循环 不已。其他的“一拖N”程序控制，依此类推。（2）设置换机间隙时间当水泵电机由变频切换至工频电网运行时， 必须延时几秒进行定速运行后接触器才能自动合闸，以防止操作过电压; 而当水泵电机由工频切换至变频器供电运行时，也必须延时几秒后接触器 再闭合，以防止电动机高速运转产生的感应电动势损坏变频器。延时时间 根据水泵电机的功率而定:功率越大，时间越长，一般取值23s。（3）确保触点相互联连锁 在电路设计和PLC(可编程控制器)程序设计中，控制每台水泵“工频-变频”切换的两台接触器的辅助触点或者PLC内部“软触点”必须相互联 锁，以保证可靠切换，防止变频器UVW输出端与工频电源发生短路而损坏。 为杜绝切换时接触器主触点意外熔焊、辅助触点误动作而损坏变频器的事 故，最好采用两台连体、机械和电气双重联锁的接触器，如德力西公司的 CJX2-N型联锁接触器等。（4）水泵轮换启动控制 可以自由设置水泵启动顺序:可设置成1#水泵先启动，也可设置2#、3#或N#水泵先启动。所有水泵平均使用，能有效防止个别水泵可能长期不 用时发生的锈死现象。（5）设置定时换机时间在水泵群中，定时切换运行时间最长的水泵， 以保证所有水泵的均衡使用。（6）变频器或PLC带有PID调节器PID(比例-积分-微分)调节器的积分环节I(即积分时间)调整应合理: 时间太短，则系统动态响应快，反应灵敏，但易产生振荡，水泵来回切换; 时间太长，则当压力发生急剧变化时，系统反应过慢，容易产生压力过高， 导致管道爆裂。B.常用的“一拖N”多泵系统控制方式（1）变频器+PLC 这种配置不仅可以灵活地实现上述控制，而且可以实现更多复杂的控制。缺点是需要专业技术人员编制并现场调试PLC程序，安装调试费工、 费时，设备投资也较大。（2）变频器+专业供水控制器 最近，有的厂家专门为变频恒压供水研制了能实现上述控制要求的专业供水控制器，操作简单，调试方便，功能齐全，产品价格也与“变频器+PLC”接近。2.2可编程控制器(PLC)的特点及选型2.2.1 PLC 特点及应用可编程控制器（ProgrammableLogicController）是计算机技术与自 动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装 置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。它采用一种可编程的存储器， 在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的 指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产 过程。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程控制器更多地具有 了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制、定时控制、计数控制、顺序(步 进)控制，还具有了模拟量控制、闭环过程控制、数据处理和通信联网等 功能。由于可编程控制器可通过软件来改变控制过程，并且编程简单，同时 采用了模块化结构设计，易于扩展和拆装，因而具有体积小，功耗低，可 靠性高，组装维护方便，控制功能完善和抗干扰能力强等特点，已广泛应 用于工业控制的各个领域，成为当今自动化电气控制的主流。2.2.2 可编程控制器的选型1.本设计的主要控制过程是利用可编程控制器的A/D,D/A模块和可编程控制器内置的控制模块来控制水泵电机的切换从而调节供水管中水的 压力。整个控制系统除了用到PLC逻辑控制、定时控制和计数控制等基本控 制功能外，关键是要用到PLC的高级控制单元，主要包括A/D、D/A单元等。现代大中型的PLC一般都配备了专门的A/D和D/A转换模块，可以将现 场需要控制的模拟量通过A/D模块转换为数字量，经微处理器运算处理后， 再通过D/A模块转换，变成模拟量去控制被控对象。但现在考虑到系统的 安装以及成本问题，故本系统供水泵的自动控制采用的是日本欧姆龙公司 的PLC，机器型号为CPM2A-30CDR-A和模拟量控制模块CPM1A-MAD02。其特 性简介如下：2.CPM2A 为系统提供了众多的功能高速计数器能方便地测量高速运动的加工件。同步脉冲控制可方便地调整时间。带高速扫描和高速中断的高速处理。可方便地与 OMRON 的 PT 相连接，为机器操作提供一个可视化界面。 小机壳内汇集了先进的功能和优异的表现。为食品包装行业，传送设备和紧凑型设备的制造商提供更优越的性能和更高的附加值。通过脉冲输出可实现许多基本的位置控制。可进行分散控制和模拟量控制。 3.价格低廉CPM2A 的价值在于它具有非常卓越的性能价格比。 4.紧凑型设计能安装在任何地方机器设备的小型化对安装在控制板或机器内的 PLC 也提出了节省 空间的要求。PLC 规格介绍项目40 点 CPU 单元电源电压交流电源AC100240V，50/60Hz直流电源DC24V允许电源 电压交流电源AC85264V直流电源DC20.4V26.4V消耗 电力交流电源60VA 以下直流电源20W 以下浪涌 电流交流电源60A 以下直流电源20A 以下外部供给 电源（仅 交流型 号）供电电压24VDC供输出 容量300mA绝缘阻抗20M以上（DC500V）外部电源 AC 端子与所有端子之间耐压AC2300V，50/60Hz，1 分钟,外部电源 AC 端子和所有端子之间， 漏电六：10mA 以下抗干扰性抗干扰性：1500Vp-p:脉冲宽度：0.11s;上升延 1ns(通过模拟 干扰）抗振抗振：1057Hz;振幅 0.075mm;57150Hz,加速度 9.8m/s2,在 X,Y,Z 方向各 80 分钟（每次振动 8 分钟实验次数 10 次=合计 80 分钟耐冲击147m/s2,在 X,Y,Z 方向各 3 次环境温度使用：055保存：-2075环境湿度10%90%（不结露）气体环境无腐蚀性气体端子螺丝尺寸M3电源保持交流电源：最小 10ma 直流电源：最小 2msCPU 单元 重量交流形式800g 以下直流形式700g 以下扩展 I/O 单元重量20 点单元：300g 以下8 点输入单元：250g 以下8 点输出单元：200g 以下模拟量 I/O 单元：200g 以下CompoBus/SI/O 链接单元：200g 以下）项目规格控制方式存储程序方法I/O 控制方式循环扫描直接输出(通过 IORF(97)即时刷新处理)编程语言梯形图指令长度1 步/1 指令,15 字/1 指令指令基本指令:14 种特殊指令:105 种,185 条执行时间基本指令:0.64s(LD 指令）特殊指令:7.8s(MOV 指令）程序容量4096 字最大 I/O 点 数CPU 单元40 点带扩展 I/O 单元最大 100 点输入位IR00000IR00915(不使用的输入位可用作工作位)输出位IR00000IR01915(不使用的输出位可用作工作位)工作位928 位:IR02000IR04915 和 IR200000IR22715(IR200227CH)特殊位(SR 区)448 位:SR22800SR25515(IR228225CH)暂存位(TR 区)8 位:(TR0TR7)保持位(HR 区)320 位:HR0000HR1915(HR0019CH)辅助位(AR 区)384 位:HR0000HR2315(AR0023CH)链接位(LR 区)256 位:HR0000HR1515(HR0015CH)定时器/计数器256 位定时器/计数器(TIM/CNT000CNT255)1ms 定时期：TMHH（）10ms 定时期：TMHH（15）100ms 定时期：TIM1s/10s 定时期：TIML（）减法记数：CNT可逆记数：CNT（12）数据内存读写：2048 字（DM0000DM2047）只读：456 字（DM6144DM6599）PC 设定：56 字（DM6600DM6655）出错标志存储于 DM2000DM2021基本中 断中断处理外部中断：4（分为外部中断输入（计数模式）和快速响应输入）内部定时器 中断1（单触发模式或定时中断模式）高速计高速计数器一个高速计数器：20KHz 单相或 5KHz 双相（线性计数模式）数器计数器中断：1（设定值比较或设定值范围比较）中断输入 (计数器模 式)4 点输入（分为外接中断输入（计数器模式）和快速响应输入）计数器中断：4（分为外部中断输入和快速响应输入）脉冲输出2 点没有加速/减速，每个 1010KHz，并且没有方向控制1 点带有波形加速/减速，每个 1010KHz，并且有方向控制2 点带有 PWM（-）的可调脉宽比（仅晶体管输出型具有此功能，继电器输出型无该功能）同步脉冲控制1 点：可通过合并高速计数器和脉冲输出并将输入脉冲的频率乘以 一个特殊的系数，得到一个输出脉冲/（仅晶体管输出型具有此功 能，继电器输出型无该功能）快速响应输入4 点（最小输入脉冲宽幅 0.05ms)模拟控制2 点，设定范围（0200）输入时间常数可为所有输入点数进行设定 (1ms,2ms,3ms,5ms,10ms,20ms,40ms,80ms, 默认设置 10ms)时钟功能显示年，月，日，星期，小时，分钟和秒（电池后备）通信功能内置外设端口：支持上位链接，外设总线，无协议链结和编程器连 接。内置 RS-232C 端口:支持上位链接，无协议链接，1：1NT 链接扩展单元所附带的功 能模拟量 I/O 单元：提供 2 路模拟量输入，1 路模拟量输出。 CompoBus/SI/O 链接单元：作为一个 CompoBus/S 从单元提供 8 点输 入和 8 点输出。断电保持功能断电时，AR 区域，程序内容，CNT,读写 DM 区域中的内容能保存存储器后备快闪存储器，用户程序，只读 DM 区和 PC 设置，电池后备，读/写 DM 区，HR 区，AR 区和记数器值由电池提供后备（电池寿命约为 5 年）自我诊断功能CPU 异常（watchdogtimer),I/O 总线异常，存储器异常，电池异常程序检查在运转开始时检查无 END 指令和程序错误。2.2.3 PLC CPM2A模拟量输入/输出单元OMRON 模拟量输入/输出单元 CPM1A-MAD02 简介：输入/输出单元 CPM1A-MAD02 与 PLC 连接使用，具有 4 路输入通道 1 路输 出通道，输入信号范围为 010V、15V、420mA，输出信号为-10V 10V、110V、420mA；启动时，必须设定范围码后，模拟单元开始 AD/DA 的转换。序开始时，将范围码写入模拟单元的输出通道。 输入/输出范围设置设置字（“MAD02-输出通道 n”+“1”）位76543210输入 4输入 3输入 2输入 1启动量程启动量程启动量程启动量程设置字（“MAD02-输出通道 n”+“1”）位15141312111098不使用输入 4输入 3输入 2输入 1输出 111平均值启动量程设定值项目内容输入量程0:010V1:15V/420mA启动位0:不使用1:使用平均值0:不使用1:使用输出量程0:010V/420mA 1:-10+10V/420mA启动位0:不使用1:使用注:设定通道只能用于量程设定,不能作它用。 通道分配CPU输出 1输入 4输入 3输入 2输入 130CDR12CH低八位03CH高八位03CH低八位02CH高八位02CH低八位40CDR12CH低八位03CH高八位03CH低八位02CH高八位02CH低八位输入通道的 IR 位分配 “输入通道 1”1514131211109876543210ddDddddddddddddd输入 2输入 1“输入通道 1”11514131211109876543210ddDddddddddddddd输入 4输入 3输出通道的 IR 位分配输出通道1514131211109876543210Sdddddddd不使用（0）输出 1 数据位S：符号位0：正电压输出1：负电压输出注：只有当使用10V 量程时，符号位才有用。 CPM1A-MAD02 的输入/输出模拟单元的接线如下：输出接线图CPM 1A-MAD 02 -CH屏蔽电缆V+电压输出I+电流输出COM0V FG+-输入接线图屏蔽电缆CPM1A-MAD02-CH+ V+ 电压输入I+_COM250E 10K0V+V+ 电也流输就入是说，输出情况下，分I+别接出电25压0E 和电流的输出，而在输入情_ COM 况下，电流输入时，必须短接电流和电压端子。FG10K0VCPM1A-MAD02 的输入/输出模拟单元的输入输出数据都是 16 进制，分别对应的电流电压值如下：输出 电压/电流10V/20mA135V/12mA0V/4mA80FF 80800000008000FF输出数据（十六进制）输入 电压/电流10V/5V/20mA5V/3V/12mA210V/1V/4mA0080FF输入数据（十六进制）在系统设备中我们采用的压力传感器以及变频器频率的输入单元分 配如下：输入 1 是小区供水压力输入，输入 2 是水管压力输入，输入 3 是 变频器当前频率的输出。在硬件接线上，用扩展模拟单元连接电缆（MADO2 自带）与 PLC 上的扩展连接器连接。由于在本系统中，无其他扩展单元，我们采用的是 30 点的 PLC，所 以我们可以确定 MADO2 的通道分配是：输入 1 是 02CH、输入 2 是 02CH、 输入 3 是 03CH、输出是 12CH。范围码是 C2F3。2.3变频器选型及特点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。2.3.1 ABB产品信息：ACS400 变频器在 2.2-37KW 的功率范围内，节约能源，控制准确,安 全可靠,铸铝件和塑料件的使用,保证了足够的加工精度,ACS400 预置了九 种应用宏.主电源：230500V50/60HZ 控制电源：115230V.在励磁部分 中采用了最新的 IGBT 控制技术，不再需要磁场电压匹配变压器，磁场进 线熔断器和电抗器也已集成在 DCS400 模块中。由于磁场部分采用了三相进线供电方式，且直接取自为电枢供电的三相电源，因而 DCS400 不再需 要单独的磁场电源进线。DCS400 拥有多种调试工具。在调试向导的引导 下进行参数设定，加上全部的自优化调试过程，DCS400 的典型调试时间 为 15 分钟。2.3.2变频 节能 理论 ：a.交流电机变频调速原理：交流电机转速特性：n=60f(1-s)/p，其中n为电机转速，f为交流电频 率，s为转差率，p为极对数。电机选定之后s、p则为定值，电机转速n和 交流电频率f成正比，使用变频器来改变交流电频率，即可实现对电机变 频无级调速。b.各类工业需要恒压控制的用水，冷却水循环，热力网水循环，锅炉 补水等。流量与转速成正比： 转矩与转速的平方成正比： N 2功率与转速的三次方成正比： N 3而且变频调速自身的能量损耗极低，在各种转速下变频器输入功率几乎等 于电机轴功率，由此可知在使用变频调速技术供水时，系统中流量变化与 功率的关系：变3额3额采用出口阀控制流量的方式，电机 在工频运行时，系统中流量变化与功率的关系：阀（0.4+0.6） 额其中，为功率为转速为流量例如设定当前流量为水泵额定流量的 ，则采用变频调速时变额0.216额，而采用阀门控 制时阀（0.4+0.6）额0.76额，节电（阀-变）阀*71.6。流量1009080706050节电量022.541.861.571.682.1由 此 可 见 从 理 论 计 算 结 果 可 以 看 到 节 能 效 果 非 常 显 著 ， 而 且 在 实 际 运行中小区变频恒压供水技术比传统的加压供水系统还有自 动控制恒压、无污染等明显优势。而且新型的小区变频恒压供水系统能自 动地控制一至多台主泵和一台休眠泵的运行。在管网用水量减少到单台主泵流量的约1/6-1/8时，系统自动停止主泵，启动小功率的休眠泵工作， 保证系统小流量供水，解决小流量甚至零流量供水时大量电能的浪费问 题，从运行控制上进一步节能。2.3.3 变频 恒压 供水 系统 及控 制参 数选 择： a.变频恒压供水系统组成 小区变频恒压供水系统通常是由水池、离心泵（主泵+休眠泵）、压力传感器、PID调节器、变频器（主泵+休眠泵）、管网组成。工作流程是利 用设置在管网上的压力传感器将管网系统内因用水量的变化引起的水压 变化，及时将信号（4-20mA或 0-10V）反馈PID调节器，PID调节器对比设 定控制压力进行运算后给出相应的变频指令，改变水泵的运行或转速，使 得管网的水压与控制压力一致。b.变频恒压供水系统的参数选取（1）、合理选取压力控制参数，实现系统低能耗恒压供水。这个目的的 实现关键就在于压力控制参数的选取，通常管网压力控制点的选择有两 个：一个就是管网最不利点压力恒压控制，另一个就是泵出口压力恒压控 制。两者如何选择，我们来简单分析一下（如变频器控制原理图示）管网 最不利点压力恒定时，管网用水量由QMAX减少到Q1，水泵降低转速，与用 水管路特性曲线A（不变）相交于点C，水泵特性曲线下移，管网最不利点 压力H0。而泵出口压力恒压控制时，则 Ha不变，用水量由QMAX减少到Q1 与Ha交于B点，用水管路特性曲线A上移并通过B点，管网最不利点压力变 为Hb，Hb-H0的扬程差即为能量浪费，所以选择管网最不利点的最小水头 为压力控制参数，形成闭环压力自控系统，使得水泵的转速与PID调节器 设定压力相匹配，可以达到最大节能效果，而且实现了恒压供水的目的。（2）、变频器在投入运行后的调试是保证系统达到最佳运行状态的必要 手段。变频器根据负载的转动惯量的大小，在启动和停止电机时所需的时 间不相同，设定时间过短会导致变频器在加速时过电流、在减速时过电压 保护；设定时间过长会导致变频器在调速运行时使系统变得调节缓慢，反 应迟滞，应变能力差，系统易处在短期不稳定状态中。为了变频器不跳闸保护，现场使用当中的许多变频器加减速时间的 设置过长，它所带来的问题很容易被设备外表的正常而掩盖，但是变频器 达不到最佳运行状态。所以现场使用时要根据所驱动的负载性质不同，测试出负载的允许最短加减速时间，进行设定。对于水泵电机，加减速时间 的选择在0.2-20秒之间。2.3.4变频恒压供水系统的优点及体现a.高效节能 变 频 恒 压供 水系 统 的最 显著 优 点就 是节 约 电能 ，节 能 量通 常在10-40%。从单台水泵的节能来看，流量越小，节能量越大。 b.恒压供水变频恒压供水系统实现了系统供水压力稳定而流量可在大范围内连 续变化，从而可以保证用户任何时候的用水压力，不会出现在用水高峰期 热水器不能正常使用的情况。c.安全卫生 系统实行闭环供水后，用户的水全部由管道直接供给，取消了水塔、天面水池、气压罐等设施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期 清理的工作。d.自动运行、管理简便 新型的小区变频恒压供水系统具备了过流、过压、欠压、欠相、短路保护、瞬时停电保护、过载、失速保护、低液位保护、主泵定时轮换控制、 密码设定等功能，功能完善，全自动控制，自动运行，泵房不设岗位，只 需派人定期检查、保养。e.延长设备寿命、保护电网稳定 使用变频器后，机泵的转速不再是长期维持额定转速运行，减少了机械磨损，降低了机泵故障率，而且主泵定时轮换控制功能自动定时轮换主 泵运行，保证各泵磨损均匀且不锈死，延长了机泵使用寿命。变频器的无 级调速运行，实现了机泵软启动，避免了电机开停时的大电流对电机线圈 和电网的冲击，消除了水泵的水锤效应。f.占地少、投资回收期短 新型的小区变频恒压供水系统采用水池上直接安装立式泵，控制间只要安放一到两个控制柜，体积很小，整个系统占地就非常小，可以节省投 资。另外不用水塔或天面水池、控制间不设专人管理、设备故障率极低等 方面都实现了进一步减少投资，运行管理费低的特点，再加上变频供水的 节能优点，都决定了小区变频恒压供水系统的投资回收期短，一般约 2 年。2.4 远传压力表本系统采用 YTT-150 型差动远传压力表，此表适用于测量对钢及铜 合金不起腐蚀作用的液体、蒸汽和气体等介质的压力。因为在仪表内部设 置一滑线电阻式发送器，故可把被测值以电量值传至远离测量点的二次仪 表上，以实现集中检测和远距离控制。此外，YTT-150 型差动远传压力表 既可对所测压力作现场指示又能转换为 0-10mADC 或 4-20mA DC,标准 电流信号输出。2.4.1 主要技术指标 a.精确度等级：1.5 b.发送器起始电阻值：320 c.发送器满度电阻值：340400 d.发送器接线端外加电压不大于 6V e.滑线电阻式发送器接线图f.使用环境条件：-4060，相对湿度不大于 85%，且震动和被测（控）介质的急剧脉g.温度影响：使用 温度偏离 205时，其温度附加 误差不大 于 0.4%/10。h.重量：1.2kg2.4.2 结构原理 本仪表由一个弹簧管压力表和一个滑线电阻式发送器等所组成。 仪表机械部份的作用原理与一般弹簧管压力表相同。由于电阻发送器系设置在齿轮传动机构上，因此当齿轮传动机构中的扇形齿轮轴产生偏转时，电阻发送器的转臂（电刷）也相应地得以偏转，由于电刷在电阻器上 滑行，使得被测压力值的变化变换为电阻值的变化，而传至二次仪表上， 指示出一相应的读数值。同时，一次仪表也指示相应的压力值。2.5系统控制流程设计2.5.1 系统组成及作用恒压变频供水设备由变频器、传感器、低压电气控制柜和水泵等组成。 通过变频器和继电器、接触器控制水泵机组运行状态,实现管网的恒压变 流量供水要求。设备运行时,压力传感器不断将管网水压信号变换成电信 号送入PLC,经PLC运算处理后,获得最佳控制参数,通过变频器和继电控制 元件自动调整水泵机组高效率地运行。供水系统的监控主要包括水泵的自 动启停控制、水位流量、压力的测量与调节；使用水量、排水量的测量； 污水处理设备运转的监视、控制；水质检测；节水程序控制；故障及异常 状况的记录等。现场监控站内的控制器按预先编制的软件程序来满足自动 控制的要求，即根据水箱和水池的高/低水位信号来控制水泵的启/停及进 水控制阀的开关，并且进行溢水和枯水的预警等。PLC低压电气控制柜传感器变频器1234结构如图一：2.5.2 系统运行过程14 号水泵远程压力表监测管网供水压力，其输出的模拟量传递到PLC，经过PLC 转换后以模拟量输出的形式传给变频器（压力反馈），变频器根据管网压 力的变化调整电机频率。管网压力当前值高于变频器设定时，变频器就会 提高其频率；当前值低于变频器设定时，变频器就会降低其频率。当变频器的运行频率达到50hz时，若此时管网压力仍低，系统将自动启动一台工 频泵；当变频器的运行频率降到10hz时，若此时管网压力仍高，系统将自 动摘除一台工频泵。加泵、减泵时均需考虑30秒的延时，以免电机产生震 荡由于变频器采用的是一拖四的多频控制系统，四台泵都有可能处于变 频的状态。假设1号泵正处于变频的状态，向2号泵传递的工作流程如下：1先停止变频器的工作；2关闭1号泵的变频接触器3接通2号泵的工频接触器4最后在接通变频器变频器控制原理图 在供水系统中，4台泵的运行状态为一台处于变频而其他泵有可能处于工频。所以，每台泵的供电接触器其上口电源均来自与变频器输出和电 网的三相电源。供水管网压力进入PLC，经处理和转换后再由PLC以模拟量 的方式输出，将该输出模拟量信号与变频器的模拟量反馈信号连接，作为 变频器对管网压力的检测。同时，再将变频器输出的频率信号接入PLC， 作为频率的检测和控制缘。变频器中还有一些开关量的设置，如变频器的21启停控制（由PLC输出的数字点控制），多台泵运行的连锁控制（多台泵 的手/自动转换信号控制）等。在“变频自动”运行方式下，先利用变频 器启动并运行一台泵，同时系统检测供水管网的实时压力，当供水管网压 力低于设定值时（外界用水量增加），系统完成变频泵频率的上调，当频 率到达50Hz时，管网压力仍低则启动第一台工频泵（由PLC采用星/角启动 控制）。以此类推，顺序实现工频泵的加入。当供水管网压力高于设定值 时（外界用水量减少），系统完成变频泵频率的下调，当频率到达 10Hz 时，管网压力仍高则摘除一台工频泵（由PLC控制）。以此类推，顺序实 现工频泵的摘除。系统采用定时轮换工作制，其变频的工作顺序为1# 2#3#4#，当切换时，为了防止工频电源和变频输出短路，必须先 将变频器关闭，待外部将其接触器连接好后再开启变频器。工频和变频接 触器应有机械上的联锁。4台泵手动控制系统 当需要进行手动控制时（此时，只可以在工频下运行），由于电动机的功率较大，所以应对其进行降压启动。降压启动的方式采用的是星/角 启动控制。星/角启动过程全部由继电逻辑控制完成，为了防止主运行接触器与 变频控制接触器一起上电，本方案除了采用必要的互锁外，还对主接触器 和变频接触器选用了带机械联锁控制。从根本上杜绝了一起上电的可能 性。四台水泵没有严格规定哪一台是专门用于变频，而是采用了循环换泵 运行的特点，所以，其手动控制也是由四套完全独立的控制电路组成。4台泵自动控制系统 供水泵的自动控制系统主要完成供水泵的工频、变频自动运行。其控制包括14号泵的工频、变频接触器、报警灯、报警器、变频器启停控制 等。22图三1号、2号泵的手动星/角启动电路图四3号、4号泵的手动星/角启动电路第三章软件设计3.1 系统中检测及控制开关 I/O 分配在控制系统中，除各单元本身占用的I/0外，整个控制系统外部还有 其他控制开关及指示输出等，如报警消除、变频器起停指示等。接线情况 见下图在模拟量控制中，模拟量模块是由四路输入和一路输出组成，四路输 入分别连接为P1小区供水管网压力（002CH中的低八位）、P2市供水管网 压力（002CH中的高八位）、F变频器的当前频率（003CH中的低八位）。 一路输出为P11（12CH中的低八位，P11=P1）。一 路 输 出 为P11 （12C H中 的 低 八 位 ，P11=P1 ）。3.2 I/O 地 址 及标 志 位 分 配表电气符号类型PLC 地址说明25YXBPBOOL35.1循环变频器标志YHDBBOOL35.07循环倒泵YXBPOUTBOOL10变频器起停指示灯SWDBOOL30.01低水压报警指示灯SBGZBOOL30.05水泵故障标志RF4BOOL0.074 号水泵过载RF3BOOL0.063 号水泵过载RF2BOOL0.052 号水泵过载RF1BOOL0.041 号水泵过载PYSBOOL30.04变频器运行标志PQGZBOOL30.15变频器