锅炉房恒压供水

计算机控制技术电子课程设计 1 第一章设计目的及系统概述 1 1 引言 目前 恒压供水控制在工业生产 建筑给水等方面扮演着日益重要 的角色 而用户用水量一般是动态的 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 用水区域采用恒压供水系统 能产生较大的经济效益和 社会效益 水已经成为中国 21 世纪的热点问题 水有其自然属性 它既是一种特 殊的 不可替换的资源 又是一种可重复使用 可再生的资源 水又有其经 济和社会属性 不仅工业 农业的发展要靠水 水更是城市发展 人民生活 的生命线 变频调速恒压供水技术其节能 安全 供水高品质等优点 在供 水行业得到了广泛应用 恒压供水调速系统实现水泵电动机无级调速 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 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先进 合理的节能 型供水系统 在实际应用中如何充分利用变频器内置的各种功能 对合理设 计变频器调速恒压供水设备 降低成本 保证产品质量等有着重要意义 1 2 系统概述 学校锅炉房的锅炉供水需要从软化水箱中出水 通过泵组将软化水送入 锅炉中 若水压波动较大 易引起管道损坏 电压不稳 供暖效果不好等状 况 造成对设备维护的不便 从而控制泵组保证供水压力恒定成为一个需要 解决的问题 控制泵组恒压供水的关键方法是调整机组运行的速度 也就是控制频率 目前采用较多的方法是变频器调速 变频调速技术是近十几年来迅速发展起来的比以往任何调速方法更加优 越的新技术 因其具有节能效果明显 调速曲线平滑 调速过程简单 安全 可靠 保护功能齐全 起动性能优越 自动化程度高等特点而受到越来越多 的青睐 被应用到工业生产控制过程中的任何场合 其显著的节能效果带来 了巨大的经济效益 1 3 设计目的 恒压供水系统设计保证了锅炉管网中压力的恒定 保证了供暖的效果 并使用变频器对机组的运行进行控制 实现有效的节能 计算机控制技术电子课程设计 2 恒压供水控制系统的基本控制策略是 采用变频器装置与工控机系统构 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组总管的出水压力 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 经 PID 运算处理后 发出 控制指令 控制电动机组的投运台数和运行泵电动机的转速 从而达到给水 总管压力稳定在设定的压力值上 计算机控制技术电子课程设计 3 第二章控制系统设计 2 1 控制要求 锅炉房的供水系统机组有两台泵 要求在流量充足时只启动一台泵 压 力不足时将第二台泵启动 工频运行 两台泵均手动可调 由水泵 管道供水原理可知 调节供水流量 原则上有两种方法 一是 节流调节 开大供水阀 流量上升 关小供水阀 流量下降 二是调速调节 水泵转速升高 供水流量增加 转速下降 流量降低 对于用水流量经常变 化的场合 采用调速调节流量 并具有优良的节能效果 除调节流量外 要求出水压力恒定 则需要压力变送器检测并返回压力 值控制变频器和执行器 从而构成控制回路 整体结构框图如下 2 2 设备选型及介绍 根据控制要求需要选用 变频器 控制电机转速 模拟量模块 采集管道出水压力信号 控制变频器运行 开关量模块 采集控制泵的运行和停止 1 变频器的选型 1 型号 FRENIC 5000G11S P11S 2 工作特性 用于三项感应电动机的变速控制 由模拟量采集模块输出 端控制 4 20mA 其他参数见铭牌及具体说明 3 选型说明 计算机控制技术电子课程设计 4 4 电机接线与控制接线 电动机和电源的接线 下图是控制电路端子 计算机控制技术电子课程设计 5 内部控制端接线 FWD CM 如果要外部控制正反转可以把两端接到开关量模块 DX DX 控制信号 模拟量采集模块输出端 36 高 I C1 I 11 外部用电流控制时变频器内部需设参数如下 F00 0 功能 数据保护设定范围 0 1 0 可改变数据 1 不可改变数据 F01 2 功能 频率设定设定范围 0 11 0 面板按钮设定 1 电压输入设定 端子 12 0 10V 2 电流输入设定 端子 C1 4 20mA 3 电流加电压输入设定 端子 12 端子 C1 E43 0 计算机控制技术电子课程设计 6 功能 LED 监视功能设定范围 0 12 0 显示频率 H20 0 功能 PID 控制 设定范围 0 2 0 不动作 1 正动作 2 反动作 2 模拟量模块介绍 一路输入模拟信号 管道压力 一路输出控制信号 变频器 4 20mA 并精密 250 欧姆电阻 并通过 485 信号和计算机交换数据 技术指标 可采集 8 通道标准 1 5V DC 八位精度 G 是模拟信号公共端 可控制 2 通道输出其中每通道包含 2 路电压信号 1 5V DC 2 路电流信号 4 20mA DC 电源电压 220V AC 通讯接口 含有 485 通讯端 使用 ModbusRTU 协议 3 开关量模块介绍 二路输入数字信号 1 号泵运行 停止 2 号泵运行停止 三路输出控制数字信号 控制 1 号 2 号泵运行 1 号 2 号泵停止 并通过 485 信号和计算机交换数据 技术指标 可采集 8 路隔离开关量输入 可有源或无源干接点 COM1 COM2 为公共端 可控制 8 路开关量输出 每通道由继电器控制 电源电压 220V AC 通讯接口 含有 485 通讯端 使用 ModbusRTU 协议 2 3 控制方式介绍及选择 1 变频器控制电机方式 由于锅炉房供水系统中的单个泵容量足够大 每个泵单独运行都可以达 到压力的设定值 所以采用变频器控制双泵交替运行方式 正常工作方式下 变频器带动第一台泵运行 通过变频器控制转速调整 水压 另一台泵不运行 如果第一台泵出现故障需要维修 则通过手动切换 到第二台泵运行 停第一台泵 同时控制变频器控制第二台泵运行 保证水 压稳定 两台泵运行停止通过电气互锁连接 保证运行安全 使用一组两台 泵 保证了系统足够稳定 2 PID 调节方式介绍 恒压供水系统为闭环系统 压力检测部分提供反馈信号 电机转速应根 计算机控制技术电子课程设计 7 据实际水压和设定水压的差值不断调节 最好使用 PID 调节方式 PID 调节原理 根据反馈原理 要想维持一个物理量不变或基本不变 就应该引这个物 理量与恒值比较 形成闭环系统 我们要想保持水压的恒定 因此就必须引 入水压反馈值与给定值比较 从而形成闭环系统 但被控制的系统特点是非 线性 大惯性的系统 现在控制和 PID 相结合的方法 在压力波动较大时使 用模糊控制 以加快响应速度 在压力范围较小时采用 PID 来保持静态精度 这通过工组态软件加变送器可时现该算法 同时对组态软件的编程来时现泵 的工频与变频之间的切换 实践证明 使用这种方法是可行的 而且造价也 不高 要想维持供水网的压力不变 根据反馈定理在管网系统的管理上安装了 压力变送器作为反馈元件 由于供水系统管道长 管径大 管网的充压都较 慢 故系统是一个大滞后系统 不易直接采用 PID 调节器进行控制 而采用 组态软件参与控制的方式来实现对控制系统调节作用 2 4 设计特点 一 恒压供水系统特点 1 节电 优化的节能控制软件 使水泵实现最大限度地节能运行 2 节水 根据实际用水情况设定管网压力 自动控制水泵出水量 减少了水 的跑 漏现象 3 运行可靠 由变频器实现泵的软起动 使水泵实现由工频到变频的无冲 击切换 防止管网冲击 避免管网压力超限 管道破裂 4 联网功能 采用全中文工控组态软件 实时监控各个站点 如电机的电 压 电流 工作频率 管网压力及流量等 并且能够累积每个站点的用电量 累积每台泵的出水量 同时提供各种形式的打印报表 以便分析统计 5 控制灵活 分段供水 定时供水 手动选择工作方式 6 自我保护功能完善 如某台泵出现故障 主动向上位机发出报警信息 同时启动备用泵 以维持供水平衡 万一自控系统出现故障 用户可以直接 操作手动系统 以保护供水 二 变频器调速的优点 1 变频调速给水的供水压力可调 可以方便地满足各种供水压力的需要 2 变频调速恒压供水具有优良的节能效果 3 目前 变频器技术已很成熟 市场上有很多国内外品牌的变频器 为变频 调速供水提供了充份的技术和物质基础 计算机控制技术电子课程设计 8 第三章人机界面及系统接线 3 1 力控 6 0 界面设计及 IO 设备变量设定 需要定义的设备 模拟量模块 数字量模块定义方法一样 计算机控制技术电子课程设计 9 计算机控制技术电子课程设计 10 变频器频率值数据库变量 压力值数据库变量 计算机控制技术电子课程设计 11 3 2 力控程序设计 PID 调节过程是在控制过程中一直运行 即在工程项目栏中选取动作 在展开的目录中选择应用程序动作 再打开的窗口中选择进入程序周期运行 变量说明 Set PV 压力设定值 Celiangzhi PV 压力测量值 Pinlvzhi PV 变频器输出频率 Pidshuchu PV PID 计算后的频率值 与输出频率值相等 手动控制部分程序 利用力控中的按钮和动作 左键动作禁止动作中 K1 PV 1 BK1 1 K2 PV 表达式为真 左键动作禁止动作 K2 PV 1 BK2 2 K1 PV 表达式为真 用禁止动作实现界面操作互锁 防止误操作 左键动作 STOP PV 1 BK1 PV 0 BK2 PV 0 K1 PV 0 K2 PV 0 计算机控制技术电子课程设计 12 3 3 电气连接示意图 使用电气互锁电路 防止手动误操作 并保证电机稳定运行 计算机控制技术电子课程设计 13 参考文献 1 张宏建 蒙建波 自动检测技术与装置 化学工业出版社 2006 183 184 2 张燕宾 SPWM 变频调速应用技术 第二版 北京 机械工业出版社 2002 86 87 3 深圳康沃电气技术有限公司 康沃变频调速器使用手册 1126 深圳 2006 48 49 4