毕业设计32变频调速定压供水系统的研究与实现new.doc
毕业设计32变频调速定压供水系统的研究与实现new
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共59页)
编号：546434
类型：共享资源
大小：442.27KB
格式：ZIP
上传时间：2015-12-01
上传人：QQ28****1120
认证信息
个人认证
孙**（实名认证）
辽宁
IP属地：辽宁
6
积分
- 关 键 词：
-
电气电子毕业设计论文
- 资源描述：
-
毕业设计32变频调速定压供水系统的研究与实现new,电气电子毕业设计论文
- 内容简介：
-
1 目录 第 一 章 绪 论 . 1 1 1 二次供水的发展现状 . 1 1 1 1 传统的供水方式 . 1 1 1 2 定压供水方式 . 2 1 2 变频调速技术的 国内外发展现状 . 3 1 2 1 我国变频调速技术的发展概况 . 3 1 2 2 国外现状 . 6 1 2 3 未来的发展方向 . 6 1 3 变频定压供水系统的参数选取 . 8 1 4 论文的目的意义及研究内容 . 9 1 4 1 目的及意义 . 9 1 4 2 研究内容 . 10 第 二 章 定压供水控制系统方案 . 12 2 1 控制方案及运行特征 . 12 2 2 定压供水系统的设计 方案 . 13 2 2 1 变频定压供水控制方式 . 15 2 2 2 硬件线路 . 16 2 2 3 系统软件 . 17 2 3 系统的保护功能 . 17 2 3 1 水泵维护和轮换功能 . 17 2 3 2 故障检测与报警功能 . 18 第 三 章 系统设 计方案及实施 . 19 3 1 系统控制工艺流程设计 . 19 3 2 ACS40/ABB 变频器 . 20 3 3 水泵手动控制系统 . 22 3 4 水泵自动控制系统 . 23 第 四 章 四泵恒压供水程序设计及控制算法 . 29 4 1 程序设计及注解说明 . 29 4 2 控制算法原理 . 42 结束语 . 45 参考文献 . 46 附录 . 48 nts 2 附录 A：程序清单 . 49 附录 B： 软件流程图 . 56 附录 C：硬件图 . 57 nts 1 第 一 章 绪 论 城市供水系统担负着为生产和日常生活供水和消防用水的重要任务。 在居民生活用水、工业用水、各类自来水厂、油田、油库、锅炉供热和定压补水喷淋及消防等供水系统中，采用传统的水塔、高位水箱、气压增压等设备，不但占地面积和设备投资大，维护困难，且不能满足高层建筑、工业、消防等高水压、大流量的快速供水需求。另一方面，由于供水量的随机性，采用传统方法，难以保证供水的实时性，且能量浪费严重 。 目前国内城市供水系统的控制和管理还处于相当落后的局面 ,与国外相比有着很大的差距。总体自动化监控程度低 ,大部分的供水系统仅有单级的常规控制。随着国民经济的飞速发展 ,对供水系统提出了更高的要求 ,所以必需对现有供水系统的控制和管理进行改造 ,向着高度自动化乃至无人化供水系统的方向发展 ,以达到减员增效和提高管理水平的目的。 随着交流电机变频调速技术的完善，变频调速定压供水系统克服了传统方法的缺点，成为比较完善的供水系统。 开发可靠性高、控制性能好的定压供水系统具有很高的实用价值。 1 1 二次供水的发展现状 1 1 1 传统的供水方式 一般城市管网的水压为 1.4-2.4kg/cm2，只能保证 6 层楼以下楼房的用水， 6 层以上各楼层均须提升水压才能保证用水要求，以前大多采用传统的水塔，高位水箱或是气压增压设备，但它们都必须有水泵以高出实际用水高度的压力来提升水量，增大了水泵的轴功率和能耗。 水箱 /水塔供水 ： 系统供水是由水箱 /水塔直接供应，用上水泵把水送入高位水箱，水箱中的水靠重力自流向用户供水 ， 即为重力供水。它是由位置高度所形成的压力来进行供水的，因此，必须建造高大的水塔或在建筑特屋顶建立贮水箱。由于水箱和水塔的 容积是一定的，在用水高峰常常不能满足供水要求。同时，由于其存水量大，在屋顶形成很大的负重，增加了结构的承重和占用楼层的建筑面积。此外，水箱和水塔的贮水，增加了水被二次污染的机会。 气压供水系统 ： 气压供水系统不在屋顶上设置水箱，也不用单独建筑水塔，仅在地下室或某些空余之处设置水泵机组和气罐设备。采用压力给水来满足供水要求。气压供水系统是以气压罐代替水塔或高位水箱，利用密闭压力罐内的压力将水压送入管网，其优点是灵nts 2 活性大，建设快，少受污染，利于抗震等；缺点是体积和投资大，压力变化大，运行效率低，还需空气压缩机充 气。因此，耗费动力较多，维护费用高。 1 1 2 定 压供水 方式 定压供水是指在供水网中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。供水网系出口压力值是根据用户需求确定的。随着变频调速技术的日益成熟和广泛应用，利用变频器、 PID 调节器、单片机、 PLC 等器件的有机结合，构成控制系统，调节水泵的输出流量，实现定压供水。该技术以在供水行业普及。变频定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、 由于变频定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。 变频调速 定 压供水系统，无须贮水箱或塔，它由单台泵或多台泵将水源的水直接打入用户主管网中，根据用水量随时调速水泵的速度和水泵运行的台数，以保持管网压力恒定。在用水高峰能保持恒定水压，在用水低谷或无人用水时，可调 低水泵运行速度或进入睡眠状态，具有显著的节能效果。除此之外，该系统还具有设备占地面积小，综合造价低，减轻水质二次污染，便于使用和维护等优点。 普通循环软启动变频供水设备 ： 该类型设备在实际应用中较多系统由水泵机组循环软启动变频柜，压力仪表管路系统等构成变频柜由变频调速器 PLC 低压电器等构成系统一般选择同型号水泵 2 3台以 3 台泵为例系统的工作情况如下： 平时 1 台泵变频供水当 1 台泵供水不足时先开的泵倒为工频运行变频柜再软启动第 2 台泵，若流量还不够第 2 台泵倒为工频运行变频柜再软启动第 3 台泵，若用水 量减少按启泵顺序依次停止工频泵直到最后 1 台泵变频定压供水。 另外系统具有定时换泵功能，若某台泵连续运行超过 24 h 变频柜可自动停止该泵切换到下一台泵继续变频运行。换泵时间由程序设定可按要求随时调整，这样可均衡各泵的运行时间延长整体泵组的寿命。 该系统一般适用于规模较小的多层住宅小区 (如 300 户以内 )或其它小规模用水系统水泵功率一般不超过 7.5 kW， 另外也适用于小流量用水时间很短或用水量变化nts 3 不大的其它场合如循环水系统。 基于 PLC的定压供水系统 ： 7 可编程逻辑控制器 (PLC) 及其网络是现代工业 自动化的支柱之一 , 由于近年来PLC 的数据运算处理、图形显示、联网通信功能得到了很大的加强 , 使得 PLC 得以向过程控制渗透和发展。过程控制通常是指工业生产中连续的或按一定周期进行的生产过程自动控制。在过程控制领域 , PID是最主要的调节器之一 , 其原理简单、适用性和鲁棒性强 , 最突出的特点是它不依赖于对象精确的数学模型 , 因此可以解决工业过程精确建模时的困难。 有一种用于教学和培训用途的定压供水系统。系统具有自动水循环功能 , 控制模型采用典型的工业过程控制 (PID)。通过远传压力表采集系统供水压力并传送 给 PLC, 经过 PLC 中的 PID 算法程序得到输出控制信号 , 控制变频器改变水泵电机转速 , 从而实现定压供水功能。此系统中使用的硬件设备 , 主要包括 PLC、 Flex I/O 、 Device Net、变频器、 SMC 电机软启动器、操作员终端等 , 都是美国公司的产品。 系统功能的实现过程如下：系统工作时先通过 SMC 软启动 , 正常运转后 , 将控制切换到变频器控制档 , 进入变频定压供水工作状态，使整个系统受 ControlLogix 处理器的控制。在此之前应通过操作员终端向处理器发送变频起动命令 , 使水泵起动 , 然后变频器接管对水泵的控制 ,定压供水过程开始。此时 , 远传压力表将水的压力信号转换成为 0 5V 的电压信号 , Flex I/O 的模型量输入模块获得这个电压信号后 , 将 A/D 转换后的信号交给处理器 , 由处理器交给 PID 程序处理。程序将 PID 调节的输出通过设备网通讯模块传到变频器的控制端口 , 从而改变变频器的输出 , 由此改变水泵的转速。水循环回路中的水压随之发生变化 , 远传压力表采集到的这些变化 , 再次交给处理器 , 由此实现闭环控制 , 使水压稳定在设定值 , 实现系统的定压供水。 目前各种 PLC 都提供相 应的 PID控制指令和相应的回路调节软件。因此 , 将 PLC 应用于 PID 控制 , 能够使控制系统小型化 , 使控制模块高度集成 , 且易于操作和维护。又由于 PLC 可通过 Flex I/O 连接局域网 ,使得系统的远程控制成为可能。 1 2 变频调速技术的 国内外发展现状 1 2 1 我国变频调速技术的发展概况 电气传动控制系统通常由电动机、控制装置和信息装置 3部分组成。电气传动关系到合理地使用电动机以节约电能和控制机械的运转状态 (位置、速度、加速度等 )，实现电能 -机械能的转换，达到优质、高产、低耗的目的。电气 传动分成不调速和调速两大类，调速又分交流调速和直流调速两种方式。不调速电动机直接由电网供电，但随着电力电子技术的发展这类原本不调速的机械越来越多地改用调速传动以节约nts 4 电能 (节约 15% 20%或更多 )，改善产品质量，提高产量。在我国 60%的发电量是通过电动机消耗掉的，因此调速传动是一个重要行业，一直得到国家重视，目前已有一定规模。 近年来交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术。变频调速是交流调速的基础和主干内容。上个世纪变压器的出现使改变电压变得很容易，从而造就了一个庞大的电力行业。长期以来，交流电的 频率一直是固定的，变频调速技术的出现使频率变为可以充分利用的资源。 我国电气传动产业始建于 1954 年，当时第一批该专业范围内的学生从各大专院校毕业，同时在机械工业部属下建立了我国第一个电气传动成套公司，这就是后来的天津电气传动设计研究所的前身。我国电气传动与变频调速技术的发展简史见表 1。现在我国已有 200家左右的公司、工厂和研究所从事变频调速技术的工作。 表 1 我国电气传动与变频调速技术的发展简史 技 术 特 征 应 用 年 代 带电机扩大机的发电机 -电动机机组传动 50年代初 70年代中 汞孤整流器供电的直流调速传动 50年代后期 60 年代后期 磁放大器励磁的发电机 -电动机机组传动 60年代初 70年代中 晶闸管变流器励磁的发电机 -电动机机组 60年代后期 70 年代后期 晶闸管变流器供电的直流调速传动 70年代初现在 饱和磁放大器供电的交流调速传动 60年代初 60年代后期 静止串级调速交流调速传动 70年代中现在 循环变流器供电的交流变频调速传动 80年代后期现在 电压或电流型 6脉冲逆变器供电的交流变频调速传动 80年代初现在 BJT(IGBT)PWM逆变 器供电的交流变频调速传动 90年代中现在 我国第 1台电机扩大机是在 1955年制造出来的。 我国第 1台汞孤整流器 (5 A， 600 V)是在 1952年制造出来的。 我国第 1只晶闸管 (5 A， 400 V)是在 1963 年制造出来的。 我国是一个发展中国家，许多产品的科研开发能力仍落后于发达国家。至今自行开发生产的变频调速产品大体只相当于国际上 80年代水平。随着改革开放，经济高速发展，形成了一个巨大的市场，它既对国内企业，也对外国公司敞开。很多最先进nts 5 的产品从发达国家进口，在我国运行良好，满 足了我国生产和生活需要。国内许多合资公司生产当今国际上先进的产品，国内的成套部门在自行设计制造的成套装置中采用外国进口公司和合资企业的先进设备，自己开发应用软件，能为国内外重大工程项目提供一流的电气传动控制系统。虽然取得很大成绩，但应看到由于国内自行开发、生产产品的能力弱，对国外公司的依赖性严重。 目前国内主要的产品状况如下 ： (1)晶闸管变流器和可关断器件 (BJT、 IGBT、 VDMOS)斩波器供电的直流调速设备。这类设备的市场很大，随着交流调速的发展，该市场虽在缩减，但由于我国旧设备改造任务多，以及它 在几百至一千多 kW范围内价格比交流调速低得多，所以在短期内市场不会缩减很多。国产设备能满足需要，部分出口。自行开发的控制器多为模拟控制，近年来主要采用进口数字控制器配国产功率装置。 (2)IGBT或 BJT PWM 逆变器供电的交流变频调速设备。这类设备的市场很大，总容量占的比例不大，但台数多，增长快，应用范围从单机扩展到全生产线，从简单的V/f控制到高性能的矢量控制。约有 50家工厂和公司生产，其中合资企业占很大比重。 (3)负载换流式电流型晶闸管逆变器供电的交流变频调速设备。这类产品在抽水蓄能电站的机 组起动，大容量风机、泵、压缩机和轧机传动方面有很大需求。国内只有少数科研单位有能力制造，目前容量最大做到 12 MW。功率装置国内配套，自行开发的控制装置只有模拟式的，数字装置需进口，自己开发应用软件。 (4)交 -交变频器供电的交流变频调速设备。这类产品在轧机和矿井卷扬传动方面有很大需求，台数不多，功率大。主要靠进口，国内只有少数科研单位有能力制造。目前最大容量做到 7 000 8 000 kW。功率部分国产，数字控制装置进口，包括开发应用软件。 变频调速技术在国民经济和日常生活中的重要地位是由以下因素 决定的。 (1)应用面广，是工业企业和日常生活中普遍需要的新技术。 (2)是节约能源的高新技术。 (3)是国际上技术更新换代最快的领域。 (4)是高科技领域的综合性技术。 (5)是替代进口，节约投资的最大领域之一。 从总体上看我国电气传动的技术水平较国际先进水平差距 10 15年。 在大功率交 -交、无换向器电机等变频技术方面，国内只有少数科研单位有能力制造，但在数字化及系统可靠性方面与国外还有相当差距。而这方面产品在诸如抽水蓄能电站机组起动及运行、大容量风机、压缩机和轧机传动、矿井卷扬 方面有很大需求。在中小功率变频技术方面，国内几乎所有的产品都是普通的 V/f 控制，仅有少量的样机采用矢量控制，品种与质量还不能满足市场需要，每年大量进口。 nts 6 国内交流变频调速技术产业状况表现如下。 (1)变频器的整机技术落后，国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力，但由于力量分散，并没有形成一定的技术和生产规模。 (2)变频器产品所用半导体功率器件的制造业几乎是空白。 (3)相关配套产业及行业落后。 (4)产销量少，可靠性及工艺水平不高。 1 2 2 国外现状 在大功率交 -交变频 (循环 变流器 )调速技术方面，法国阿尔斯通已能提供单机容量达 3万 kW的电气传动设备用于船舶推进系统。在大功率无换向器电机变频调速技术方面，意大利 ABB 公司提供了单机容量为 6万 kW的设备用于抽水蓄能电站。在中功率变频调速技术方面，德国西门子公司 Simovert A 电流型晶闸管变频调速设备单机容量为 10 2 600 kVA 和 Simovert P GTO PWM 变频调速设备单机容量为 100 900 kVA，其控制系统已实现全数字化，用于电力机车、风机、水泵传动。在小功率交流变频调速技术方面，日本富士 BJT变频器最大单 机容量可达 700 kVA,IGBT 变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化。 国外交流变频调速技术高速发展有以下特点。 (1)市场的大量需求。随着工业自动化程度的不断提高和能源全球性短缺，变频器越来越广泛地应用在机械、纺织、化工、造纸、冶金、食品等各个行业以及风机、水泵等的节能场合，并取得显著的经济效益。 (2)功率器件的发展。近年来高电压、大电流的 SCR、 GTO、 IGBT、 IGCT等器件的生产以及并联、串联技术的发展应用，使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。 (3)控制 理论和微电子技术的发展。矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础； 16位、 32位高速微处理器以及信号处理器 (DSP)和专用集成电路 (ASIC)技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段。 (4)基础工业和各种制造业的高速发展，变频器相关配套件社会化、专业化生产。 1 2 3 未来的发展方向 交流变频调速技术是强弱电混合、机电一体的综合性技术，既要处理巨大电能的转换 (整流、逆变 )，又要处理信息的收集、变换和传输，因此它的共性技术必定分成功率和 控制两大部分。前者要解决与高压大电流有关的技术问题和新型电力电子器件nts 7 的应用技术问题，后者要解决 (基于现代控制理论的控制策略和智能控制策略 )的硬、软件开发问题 (在目前状况下主要是全数字控制技术 )。其主要发展方向有如下几项。 (1)实现高水平的控制。基于电动机和机械模型的控制策略，有矢量控制、磁场控制、直接转矩控制和机械扭振补偿等；基于现代理论的控制策略，有滑模变结构技术、模型参考自适应技术、采用微分几何理论的非线性解耦、鲁棒观察器，在某种指标意义下的最优控制技术和逆奈奎斯特阵列设计方法等；基于智能控制思想 的控制策略，有模糊控制、神经元网络、专家系统和各种各样的自优化、自诊断技术等。 (2)开发清洁电能的变流器。所谓清洁电能变流器是指变流器的功率因数为 1，网侧和负载侧有尽可能低的谐波分量，以减少对电网的公害和电动机的转矩脉动。对中小容量变流器，提高开关频率的 PWM控制是有效的。对大容量变流器，在常规的开关频率下，可改变电路结构和控制方式，实现清洁电能的变换。 (3)缩小装置的尺寸。紧凑型变流器要求功率和控制元件具有高的集成度，其中包括智能化的功率模块、紧凑型的光耦合器、高频率的开关电源，以及采用新型电 工材料制造的小体积变压器、电抗器和电容器。功率器件冷却方式的改变 (如水冷、蒸发冷却和热管 )对缩小装置的尺寸也很有效。 (4)高速度的数字控制。以 32位高速微处理器为基础的数字控制模板有足够的能力实现各种控制算法， Windows操作系统的引入使得可自由设计，图形编程的控制技术也有很大的发展。 (5)模拟与计算机辅助设计 (CAD)技术。电机模拟器、负载模拟器以及各种 CAD软件的引入对变频器的设计和测试提供了强有力的支持。 主要的研究开发项目有如下各项。 (1)数字控制的大功率交 -交变频器供电的传 动设备。 (2)大功率负载换流电流型逆变器供电的传动设备在抽水蓄能电站、大型风机和泵上的推广应用。 (3)电压型 GTO 逆变器在铁路机车上的推广应用。 (4)电压型 IGBT、 IGCT逆变器供电的传动设备扩大功能，改善性能。如 4象限运行，带有电机参数自测量与自设定和电机参数变化的自动补偿以及无传感器的矢量控制、直接转矩控制等。 (5)风机和泵用高压电动机的节能调速研究。众所周知，风机和泵改用调速传动后可节约大量电力。特别是电压电动机，容量大，节能效果更显著。研究经济合理的高压电动机调速方法是当今 重大课题。 主要的研究内容及关键技术有如下各项。 (1)高压、大电流技术： 动态、静态均压技术 (6 kV、 10 kV回路中 3英寸晶闸管串联，静动态均压系数大于 0.9)； 均流技术 (大功率晶闸管并联的均流技术，均流系数大于 0.85)； 浪涌吸收技术 (10 kV、 6 kV回路中 )； 光控及电磁触发技术 (电nts 8 /光，光 /电变换技术 )； 导热与散热技术 (主要解决导热及散热性好、电流出力大的技术，如热管散热技术 )； 高压、大电流系统保护技术 (抗大电流电磁力结构、绝缘设计 )； 等效负载模拟技术。 (2)新型电力 电子器件的应用技术： 可关断驱动技术； 双 PWM 逆变技术； 循环变流 /电流型交 -直 -交 (CC/CSI)变流技术 (12脉波变频技术 )； 同步机交流励磁变速运行技术； 软开关 PWM变流技术。 (3)全数字自动化控制技术： 参数自设定技术； 过程自优化技术； 故障自诊断技术； 对象自辨识技术。 (4)现代控制技术： 多变量解耦控制技术； 矢量控制和直接力矩控制技术； 自适应技术。 变频调速技术作为高新技术、基础技术和节能技术，已经渗透到经济领域的所有技术部门中。我国以后在变频调速技术方面应积极做的工作如下 ： (1)应用变频调速技术来改造传统的产业，节约能源及提高产品质量，获得较好的经济效益和社会效益。 (2)大力发展变频调速技术，必需把我国变频调速技术提高到一个新水平，缩小与世界先进水平的差距，提高自主开发能力，满足国民经济重点工程建设和市场的需求。 (3)规范我国变频调速技术方面的标准，提高产品可靠性及工艺水平，实现规模化、标准化生产。 变频调速器是优秀的交流电动机调速装置若我们正确地应用变频器，它则能显著地节省电力，在节能领域时里得到广泛地应用。 变频调速技术是一种新型成熟的交流电机无极调速 技术 ,它以其独特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域 ,特别是供水行业中。由于安全生产和供水质量的特殊需要 ,对定压供水压力有着严格的要求 ,因而变频调速技术得到了更加深入的应用。 1 3 变频定压供水系统的参数选取 （ 1）、合理选取压力控制参数，实现系统低能耗定压供水。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定压控制，另一个就是泵出口压力定压控制。两者如何选择，我们来简单分析一下。 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。而泵出口压力定压控制时，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nts 9 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，而且实现了定压供水的目的。 （ 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。 1 4 论文的目的意义及研究内容 1 4 1 目的及意义 传统的恒速泵供水系统，供水压力不能调节，用水量的变化造成管道压力大幅变化，压力大时造成管路损坏，电能损耗大。水塔供水和压力罐供水造价高，占地面积大，水泵起动频繁，由于水锤效应的影响，水泵容易损坏，维修费用高。研究变频定压供水系统的目的是设计具有供水压力调整方便、精度高、占地面积小、灵活性强、投资小、高效节能等优点的供水系统，控制系统内置微电脑控制器，可实现全自动定时供水，彻底实现无人值守自动供水，具有过流、过载、过压、欠压、缺相、失速、过热等多 种保护功能，水泵起动方式为软起动，无水锤效应，对电网和水泵无冲击，延长了水泵及电器的使用寿命，增加了系统的可靠性，控制系统具有故障报警和显示功能，并可进行工频直接运行，应急供水。 相对与传统的加压供水方式，变频定压供水系统的意义突出的体现在以下几个方面： 1. 高效节能 变频定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。 2. 恒压供水 变频定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。 nts 10 3. 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。 4. 自动运行、管理简便 新型的小区变频定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。 5. 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。 6. 占地少、投资回收期短 新型的小区变频定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，都决定了小区变频定压供水系统的投资回收期短，一般约 2年。 1 4 2 研究内容 本文介绍以可编程控制器 (PLC)和 ABB 系列变频器为控制核心， 4 个水泵为执行元件，采用 PID算法控制水泵电机转速，即可调节出口管网压力，使之达到用户设定的压力。本文主要内容是建立在恒压供水原理、 PLC原理、变频调速原理之上，通过选择和设置几个主要器件，实现定压供水 控制功能 ， 以达到用水量和供水量的统一 。 水泵工作程序：第一台水泵变频启动、运行，当水压满足不了使用要求时（即水压不足），先将第一台水泵转为工频运行，再投入第二台变频自动。依次类推直到第四台水泵启动。停泵时先停变频泵，将变频切回到工频后变频运行，即先启动的后停止，后启动的先停止（即为顺开，逆停）。设置其中任意一台水泵故障停机，该系统能保证饶过故障泵运行和停止。可实现定时开停、长期运转。具有故障报警指示功能。具有远程报警功能。 其主要功能： 1、系统具有软起软停及恒压供水功能 ， 设有自动和 手动两种运转功能 ； 2、系统具有一定的抗干扰能力； 3、控制电源：电压： AC 220V；功率： 40W 4、定压范围： 0 0.5Mpa, nts 11 5、 定压 控制精度： 0.01Mpa 6、 完成 4 台水泵的组合逻辑控制系统设计，其中每台泵都可以采取变频控制方式和工频控制方式，其中同一时间仅有一台泵采取变频控制，其他为工频控制， 单台水泵的 流量 : Q=50m3/h 扬程 ： P=50m 功率： P=15KW 其中要求各个泵工作顺序为先开先停，保证每个水泵的工作时间大致相同。 nts 12 第 二 章 定压供水控制系统方案 定压供水控制系统的基本控制策略是：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 控制方案及运行特征 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。 典型的自动定压供水系统的结构框图如图 2.1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、流量传感器，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。 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 Q0-50Hz频率给定； 0-20mA(Ri=500K ) （ DIP 开关： AI1 短接） 0-50Hz 频率给定 3AGND 模拟输入 0V（通过 1M电阻连接到机壳 ） A01 模拟输出，可编程。缺省： 0-20mA（带载能力 0-50Hz输出频率。精度： +/-3%典型值 +24V 辅助电源 24VDC+20%， -10%/250Ma(参考 AGND)。有短路保护。 DVCM1 DI1-3 数据输入公共端 1。当输入端与 DVCM1 间电压 =10V（或 ，则 0，采用 PD算法 nts 43 则 )1()()1()( kgkeTTkku dp，其中： )1()()21()()( keTTkkeTTkkukg dpdp图 4.2 系统运算程序 图中： )1()()()( kCekBekukf ， )1(TTkA dp ， )21(TTkB dp ，TTkC dpVW56为中断调用次数； VW30为给定偏差量； VW60为系统偏差值； VW60为系统反馈参量；该反馈参量通过压力传感器获得，由于环境的影响可能会使该参量发生扰动，该变化会直接影响到参量偏差，因此，为了减小参量的误差，该信号的取得通过子程序的数字滤波获得。本系统的 PID参数装载位置为： VD0 PID的过程变量； VD4 PID的设定值； VD8 PID的输出； VD12 PID的增益； VD16 PID的采样时间； VD20 PID的积分时间； VD24 PID的微分时间； VD28 PID的偏置值； VD32 PID先前的过程变量； VB0起动 PID表； 过程变量的设置根据采样数据的工作状态不同而不断的修正，系统设置只由被测参量的变化状态来确定，由于 PID运算过程需要参数量在 1以下，故在运算过程中需要作单位量化处理，而且需要对偏差值符号进行处理，因此在运算过程中采用 32位数据运算。 在频率调节过程中，考虑到变频器的利用率和系统的可靠性，调频的下限值设定为 25Hz，上限值设定为 50Hz。当系统刚启动时，电动机的转速很低， 无法满足系统要求，此时将参数值强制设置到使系统nts 44 稳点工作在 50Hz，当系统进入调节区内时，调节参数的偏差、偏差变化率、输出量和速率都对系统输出产生影响，随着目标参数的接近程度不同，调整参数值逐渐平缓接近目标函数。 图 4.3 PID运算子程序 由于考虑到系统运行惯性的影响，调节过程可能出现震荡，因此，在程序中设计了目标预测程序。当运行参数远离目标参数时，调节幅度加快，随着运行参数与目标参数的逐步接近。跟踪调节幅度逐渐减小，直至运行参数与目标参数近似相等时，系统按照运行参数变化的预测值进行调节，使系统达到一个 动态平衡，以维持系统的恒压稳定值。 同时，由于系统调节的惯性较大，而系统数据的采集速度很快，在运算过程中，运算结果可能会使调频输出大于 50Hz或小于 25Hz，因此，当输出频率大于 50Hz或小于25Hz时，将输出频率强制设定为极限值。 对于系统扰动的处理，由于系统是定时采样，在采样过程中扰动是难免的，当扰动超过预期值时，作为错误值处理，当扰动量小于预测值时，采样数值作为有效数据处理，作为调节参数的依据。 nts 45 结束语 变频式恒压供水的最大好处，就是用多少水供多少水，不做无用功，因而达到节能节水的目的。根 据流体力学原理和试验结论，对于水机水泵等的流量与转速成正比，压力与转速的二次方成正比，所需功率与转速的三次方成正比，所以水泵调速运行的节电效果非常显著。根据实际使用统计数据，采用变频式恒压供水，可节电 30 60。 近年来国内高层建筑不断兴建，它的特点是高度高、层数多、体量大。面积可达几万平方米到几十万平方米。这些建筑都是一个个庞然大物，高高的耸立在地面上，这是它的外观，而随之带来的内部的建筑设备也是大量的。为了提高设备利用率，合理地使用能源，加强对建筑设备状态的监视等，自然地就提出了楼宇自动化控制系统。 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。楼宇自动化恒压供水系统的飞跃发展 给我国的小区供水带来了很大的便利。它充分利用了变频软启动和 PLC技术的相结合实现一拖多泵的供水系统。 PLC编程在工业领域更适用，它通过梯形图编程、它更容易被人们理解。 PID调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用宏的新型变频器。由于 PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存贮容内部，这就省去了对可编程控制器存贮容量的要求和对 PID算法 的编程，而且 PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。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。 致谢 nts 46 回想将近半年的毕业设计过程，首先要感谢我的导师尤文老师对我的谆谆教导。尤老师在我们论文的前期准备、编写过程及收尾阶段都给予了很多帮助和指导意见。他教会我们的一些学习方法和处理问题技巧使我受益终身。同时 感谢自动化系的各位老师对我的教育和帮助。 我们的毕业设计在学校进行，各位老师、同寝兄弟、同学、师兄、师姐给我们提供了很好的环境和很大帮助，在次也表示衷心感谢。 参考文献 nts 47 1 杨凤兰 .变 频调速水泵在自动化供水系统中的节能实践 .电气时代 2005 年 第11期 2李国厚，赵明富，徐君鹏 .可编程控制器在恒压供水控制系统中的应用 . 自动第 2化仪表 6卷 第 8期 2005年 8月 3赵勇飞，陈启卷 .PLC及变频调速技术在泵站恒压供水中的应用 .工业 仪表与自动化装置 2004年 第 4期 4张红星，李 鸣，汤志彪，杨大勇 .基于变频调速的恒压供水控制系统 . 机电设备 2005年 第 3期 总第 24卷 5杜亚洲，王晓燕 .基于数据采集卡恒压供水变频调速系统的研究与设计 . 甘肃科技 第 21卷 第 11期 2005年 11月 6周 征，蔡 炜 .单片机控制的恒压供水系统 .兰州工业高等专科学校学 报 第 7卷 第 2期 2000年 6月 7饶 楠，翁志恒，张定会 .基于 PLC 的恒压供水系统研究 .仪器仪表学报 第 26卷 第 8期增刊 2005年 8月 8邵 杰，初学导 .基于 PLC 的模糊控制变频调速系统 .电气时代 2005 年 第10期 9王鹏飞 . LG IH 变频器在恒压供水上的应用 .电气时代 2005 年 第 4期 10 宋素宽 ,，杜 煜 .变频调速恒压供水的自动控制系统 .制造业自动化 第 27卷 第 10期 2005-10 11李江涛 .变频调速恒压供水系统 .工矿自动化 第 2期 2003 年 4月 12侯存玉，马维明 .变频器在恒压供水系统中的应用 .河北省科学院学报 第 17卷 第 1期 2000年 2月 13 王峰 .基于 S7-200的变频调速恒压供水系统 .中国工控信息网 收录 14林立 .农村恒压供水自动控制系统 .邵阳高等专科学校学报 第 15 卷 第 2期 2002年 2月 15 吴肖甫，王小海，祁才君 .恒压供水系统控制策略及其实现 .浙江大学学 报（理学版） 第 29 卷 第 6期 2002年 11月 16贺东伟，赵志宽，徐晓刚 .囊式锅炉自动定压供水设备 .机械工程师 1997. 2 17. 谢莉萍，粱慧冰，沈起奋 .自来水加压站 PLC控制恒压供水系统 .中国工控信息网 收录 18 郭荣祥， 弓 小龙 .采暖锅炉定压控制装置的变频调速改造 . 自动化与仪表第nts 48 14卷 1999年第 5期 19. 李莉英 ,曹磊 . 锅炉微机变频调速系统的设计 . 氯碱工业 第 11期 2005年 11月 20 何立民 . 单片机应用系统 2000.3北行出版社 21尤文 . 变频调速顶压供水系统 2000 自动化学会论文集 22. 甘煊 . 怎样应用变频调速器节能 . 电气耐代 1999年第 11期 23李香萍 .一种实用变频调速恒压供水系统的设计应用 . 机床与液压2002 No 4 24. 张红星，石海燕，李 鸣，汤志彪 . 一种基于变频调速的恒压供水控制系统 . 国内外机电一体化技术 2005年第二期 25 龚育林 . 恒压供水变频控制系统 . 新余高专学报 第 10卷第 5期 2005年 10月 26. 邹振春 ， 邓立新 . 参数自整定模糊 PID控制 恒压供水系统 . 仪表技术与传感器 2005年 第 8期 27李志荣，安吉秀 . 变频调速恒压供水系统 . 电气时代 1999年 第 12期 28 刘兴弛，章建辉，王树青 . 变频调速器在恒压供水系统中的应用 .
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
|
2:不支持迅雷下载,请使用浏览器下载
3:不支持QQ浏览器下载,请用其他浏览器
4:下载后的文档和图纸-无水印
5:文档经过压缩，下载后原文更清晰
|
川公网安备: 51019002004831号