基于plc的变频恒压供水控制调速系统设计

恒压供水PLC控制变频调速系统设计34摘褥子随着改革开放的不断深入我国中小城市的城市建设及其经济的快速发展人民的生活水平不断提高与此同时，随着城市对水的需求增加，对城市供水系统的需求也进一步增加。供水的可靠性、稳定性、经济的节能直接影响城市的建设和经济发展，也影响城市居民的正常工作和生活。本文在具有自动变频恒压供水和自动工频/变频恒压运行、远程自动控制和现场手动控制功能的城市供水网络转换项目的基础上，设计了一系列由PLC、变频器、远程压力表、多泵装置、计算机等主要设备组成的自动变频恒压供水和远程监控系统。利用变频调速方式实现恒压供水与传统阀门相比，分析了调节恒压供水方式的节能机制。预置了变频器内置的PID模块参数，利用远场压力表的水压反馈量构建闭环系统，根据用水量的变化采用PID调节方式，将变频泵在整个流量范围内的连续调节与工频泵的等级调节相结合，实现恒压供水和有效节能。本文论述了多泵并联供水系统的合理性，分析了多泵供水方式的各种供水状态和转换条件，并分析了变频到工频运行方式的电动机转换过程及存在的问题。给出了有效状态循环变换控制的电气设计和PLC控制程序设计。系统有效地解决了传统供水方式中存在的问题，提高了系统的可靠性。与计算机的有机结合提高了系统的整体性能。关键字：PLC；频率控制；恒压供水；变频电源频率切换Abstractwith The continuous deep pening of reforming and opening up，The construction and economy of small and medium-sized cities in China have developsthe供水系统is demanded more as city water consition increasing。The urban construction and economic development and also people s daily wor K and life are impacted directly by The relieability，Stability abilityit is of automatic line-frequency/conversion function，remote And local automatic control . in this paper，The mechanism of enersion functionusing the step regulation of converter pump and frequency pump in full rang of flow to apply PID con Trol on the change of water achieves energy saving of and analyses The conversion condition and The various States of water supply of The much pump way of water supply as well as The switch process and th E processkey words:PLC；variable velocity variab le frequency；Constantp ressure水-供应；variable frequency to working frequency列表第一章简介1第一节主题背景和重要性1第二节变频恒压供水现状1第三节变频恒压供水系统特性3第二章变频恒压供水系统的理论分析4第一节供水系统的基本特性4第二节不同控制方法下的能耗分析比较5第三节变频恒压控制的理论模型6第四节供水系统的水锤效应7第三章供水系统恒压控制和硬件设计7第一节感应电动机调速方法及选择7第二节供水系统方案决定10第三节控制系统硬件设计与选择12第四节系统可靠性措施21第四章PLC控制程序22第一节22泵工频/变频运行状态和转换过程分析第二节PLC编程方法24第三节供水系统控制程序25第五章恒压供水系统PID调节27结论29附录A30审计32参考文献33天津科技大学2011本科毕业设计(论文)第一章简介第一节主题的背景和意义中国的城市供水产业在过去的10多年里取得了惊人的发展。2007年我国城市水普及率达到93.8%，我国城市供水产业已顺利度过建设时期，进入以服务业为主题的成熟阶段。在节约用水和节约能源成为时代特征的现实中，我们作为一个水资源和电力不足的国家，长期在市政供水等方面技术有些落后，自动化程度较低，随着我国社会经济的发展，人们的生活水平不断提高，住房制度改革的不断深化，城市的各种社区建设发展很快，同时对社区基础设施建设提出了更高的要求。城市区域供水系统建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响当地居民的正常工作和生活，直接反映了区域房地产管理水平的高低。第二节变频恒压供水现状一、国内外变频供水系统现状变频恒压供水技术在变频调速技术的基础上逐步发展。在初期，变频器主要用于变频调速、变速控制、正向反转控制、起动制动控制、变频调速等。在此阶段，变频器仅用作变频恒压供水系统的执行机构。如果供水要求不同，为了确保管网压力保持不变，还需要在变频器外增加压力传感器和压力控制器，对压力进行闭环控制。在自来水事业中，用1台变频器只携带1台泵装置，用1台变频器拖动多台泵装置的情况很少，投资费用很高。变频恒压供水系统的稳定性、可靠性和自动化水平高的优点逐渐显现出来，具有显着的节能效果，许多变频器制造商开始推出具有一定压力供水功能的变频器。这些控制单元优化了电路结构，降低了设备成本，但输出接口的扩展能力缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，难以与其他监控系统和配置软件进行数据通信，限制了负载的容量，实际使用范围不太大。此后，日本富士电机公司将推出下一代风扇，泵专用变频器FRENIC。推出了VP系列。VP系列变频器具有适用于heat ventilation air conditioner(HVAC)行业的最佳功能，可以节省空间，易于操作，型号丰富，全球通用。这种类型的变频器可以根据风机、泵等二次减少力矩负荷特性进行调整，充分挖掘满足节能、节省劳动、降低总成本要求的系统的变形能力。国内很多企业在进行变频恒压供水项目时，大多使用国外变频器调节泵速度，实现管网压力的闭环调节和多泵的循环控制，部分需要用相应软件补充的可编程控制器和单片机及其软件实现。从使用调查情况来看，尽管取得了令人满意的进展，但系统的动态性能、稳定性能、抗干扰性能、开放性等方面还不能充分满足用户的要求。二、变频供水系统的适用范围变频恒压供水系统的应用，主要分为三类，具体取决于使用的范围：(1)区域供水(加压泵站)变频恒压供水系统这种变频供水系统主要用于包括工厂、区域供水、高层建筑供水、农村加压站，变频控制电机功率小，一般低于135千瓦，控制系统简单。这一范围是因为用户组庞大，所以是全国内研究和宣传最多的方式。希望集团推出的恒压供水专用变频器。(2)国内中小型供水厂变频恒压供水系统这种变频供水系统主要用于中小水厂或大城市的辅助水厂。这些变频器电机功率在135kW-320kW之间，电网电压一般为200V或380V。根据中小水厂规模和经济条件，目前主要采用国产通用变频恒压供水变频器。(3)变频恒压供水系统在大型水厂这种变频供水系统用于大中城市的主力供水厂，功率大(一般在320千瓦以上)，单位多，大部分采用高压变频系统。这种系统一般对变频器和控制器要求高，大部分采用国外进口变频器和控制系统。丽德福华的一些高压供水变频器。三、变频供水系统的发展趋势(1)变频供水系统目前正朝着简化集成、维护运行的方向发展国内外专门负责供水的变频器集成越来越高。许多专用供水变频器集成了PLC或PID，压力传感器也集成到了变频元件中。此外，维护工作变得越来越容易，一些新型产品的变频供水通过简单地设置压力值来运行，控制软件和其他参数在工厂设置，或使用传感器自动获取。(2)高压变频系统在供水行业的应用过去，变频供水包括较少的商用压力变频系统，也是发展的重要方向。高-低-高高压变频系统、系列多级高压变频供水系统目前实际上不断改善高压高频谐波等问题正在逐步解决。(3)变频供水系统集成在更全面的供水管理系统中。面对日益复杂的供水系统如何在满足供水需求的同时最大限度地提高供水系统的效率是所有供水部门共同面临的重要课题目前美国、日本、法国等地的一些城市已经基本实现了供水系统的计算机优化，将变频供水与计算机直接调度管理相结合，我国也在进行这方面的研究和小规模应用。第三节变频恒压供水系统特性现有的变频恒压供水系统具有以下特性：1、滞胀供水系统的控制对象是用户管网的水压，这是对控制角色响应可能延迟的过程控制量。变频器也用于泵速度控制，具有一定的延迟效果。2，非线性由于用户管网受管道阻力、水锤等因素的影响和部分固有泵特性，泵速度的变化与管网压力的变化不成比例，因此变频调速恒压供水系统是非线性系统。3、多重变性变频调速恒压供水系统以多种供水系统为对象，必须具有广泛的通用性，不同的供水系统管网结构、用水量和扬程等方面存在很大的差异，控制对象模型必须非常多样化。4、时变在变频调速恒压供水系统中，由于有定量泵附加控制，定量泵控制时不时发生，同时定量泵运行状态直接影响供水系统的模型参数，不确定性发生变化，因此变频调速恒压供水系统的控制对象随时间变化。5，完全容错保护该系统根据泵和变频器或软起动器的状态、电网状态和水源水位、管网压力等条件自动折中，保证了一定的管网压力。执行特殊故障程序，即使发生故障，在紧急情况下也能确保供水。6、节能用变频器调节速度，节能效果显着，每个泵上的软起动，启动电流从0到电动机额定电流，减少启动电流对电网的影响，同时减少启动惯性对设备的大惯性速度冲击，从而延长设备的使用寿命。第二章变频恒压供水系统的理论分析第一节供水系统的基本特点供水系统的基本特性和工作点提升特性不假定在特定速度下，表示正值和流量Q之间的关系曲线f(Q)的供水系统管路的阀门打开，如图2