恒压供水毕业设计

1、市政给水浮感开黄I Li 1OIG?iH T 用 户亠箱7K瑚献油tl灌式醛関式./电捋m/込冲供水方式水加惨水画高未 观的時純使水屣的肋壮毗拿it没 化忠.才*:讥水诃f虫据空寸咲 对就童三-4行盛霖幵肚帕比吃也勲 熾尬乱茁罠秋M曲.軽1K甲貳牴门k d 拧制H引*卜卅就 U L台:* i 功 辻跡变模医存+糕期便熙断的耶m.1 rfc-T2. 3系统软件设计系统软件设计主要包括上位机监控软件设计和 下位机PI。C控制软件设计。上位机与下位机之间 通过以太网方式通信，共同完成整个控制系统的现 场流程控制和远程监测管理功能。上位机控制系统主要实现远程监测和管理功能，利用组态软件进行组态，通过具

2、体运行工况动态 显示、实时数据获取及显示、历史数据存储与打印、 故障报警等功能，实现整个系统的集中监测和控制。由于供水系统是一个惯性较大的系统，不需要过高的响应速度，因而在 PI。C程序的设计思想上以 查询方式为主，中断方式为辅。其具体程序流程如 图3所示。篋行给舉埔岀卸* PLC输岀鮭电器，f押智水更运行或停机图3 PLC控制主程序流程国2. 4核心技术该恒压系统采用PID控制，具体结构如图4所示。其流程如下所述：当系统开始工作时，首先接通 变频器，然后通过接触器把水泵电机接入变频输出 电路，实现电机软启动；同时，安装在供水管网出水1: 1的压力传感器将水压转换为 420 mA的电信号，PL

3、C根据给定值与测量值的偏差大小，按照PID控制器的控制策略选择原则，在压力允许范围内，由变频器调整电机转速达到调节压力的目的。在超出压力允许的范围内，通过结构调整，再结合变 频达到调节压力的目的。当用户用水量增加时，使得水管压力下降，此时PLC输出相应控制信号，使变频器带动水泵电机升 速，直至变频器输出至工频，把更多的水送往出水管网。电机由变频到工频的转换时间应尽可能短。而 电机脱离变频后，在水压的作用下，电机转速下降很 快，转换时间过长，会导致电机启动电流增加。因 此，应在电路设计与软件设计中，考虑变频与工频接 触器的互锁。此外，根据日用水量变化情况，用水高峰集中在早、中、晚3个时段，而在深

4、夜用水量处于低谷。因 此，如果改变不同时段的压力给定值，就能更进一步 地起到节能的作用。上位机接M鄴组图4 PID控制结掏示虑圏变频调速恒压供水设备以其节能、安令、高晶质的供水质量等优点，使供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历r 一次乜跃。恒J采供水iI封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凋节系统 的运行参数，在用水量发牛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。1恒压供水原理通过管网中压力传感器将信号送人变频控制装置中，恒压控 制器（由PLC和软件组成），恒压控制器将信号送入变频控制器， 当管网中压/ J

5、增大时，恒压控制器输出的值增大，即变频器输入 端值增大，使得速度电压下降，同时控制电机速度下降，水泵轴功 率减小，水泵的流最减少，当到达所需恒定压力值时，此时系统处 于动态平衡。当管网中压力减小时，这时恒压控制器中的输出值 减小，即变频器输入端值减小，从ffli使得变频器速度电压下降，直到动态平衡。当夜晚不用水时，由于管嘲压力已达恒定，此时电 机不转，水泵停止 T作。冈为N=KHQ , Q=0时，N=0。系统处于 等待状态。当白天用水量增大，或13、夜有用水量变化时，Q跟随变化，N也跟随变化，因而造成压力也跟随变化，从而达到恒压动 态调节水的流鼍。2变频、软启设备的选型采用变频设备的日的不外乎

6、两个，其一是为了节能降耗，其 二足为了 T艺的需要或优化。经过各种性能指标的综合比较以 及方便今后的维护、保养，水厂采用了ABB公司的ACS800变频器、PSTB470/570软肩动器及主要无器件（断路器、接触器等）。 PSTB470/ 570软启动器性能稳定可靠，操作直观，能自行实现对水 泵的软启软停。既能实现水泵的无机械应力肩动及有效防止停泵 时水锤对水泵的危害，并具有各种保护过载、短路等功能。ACS800变频器不但节能效果好，而 FL具有调速甲滑、运行平稳等 优点。它能准确地判断电机负载的变化，使输出频率、电流与电 压关系达到优化；同时，在控制电路中运， H微处理器的高度智能 性，结合软

7、件设计使变频控制更加灵活方便；具有丰富的信号采 集处理与输m能力，全面的保护功能与故障处理能力。ACS800交流变频器不仅只是一台变频设备，还相当一台高性能且使用方 便的智能控制设备。根据水厂操作及维护人员的意见。反映电动 阀f】在手动控制其开启或笑闭的过程 Ifl，由于机械或电气原因， 常会出现打开过度或炎闭过度的情形，称阀门过力矩。一旦阀门 过力矩，要求变频器能提供报警。应用户要求，变频器配置了该 功能。电机温度自动控制变频器对电机温度进行检测，Jf在变频殳定电器主界面上提供电机温度值显示。在变频器的模拟输入通道参数设定巾，用户可以 机超温报警、过热跳闸保护、电机冷风 机启动、电机冷风机火

8、闭四个温度值，实现变频器对电机的温度 监测和自动保护功能。3配置工频旁路三：恒压供水的实现方式3. 1压力控制点的选择恒压供水系统按住力控制点位置不同，如图所示口 r分两类：一是将控制点设在最不利处，直接按最不 利点水压进行工况i|司节；-.是将控制点设于泵站出 u,按该点的 水压进行工况凋节，间接的保证最小利点的水压稳定。压力控制 点设在水泵出u，按此雎力设定值变频调节水泵T况是常用方式。这种设置管理方便，但其技术、经济性能不十分理想.对用户 而言水压波动范围大，并在一定程度上导致了静扬程的浪费，影 响了变频系统先进性能的充分发挥。将雎力控制点设存最不利 处，町以保证用户水握的稳定，无论供水

9、管路等因素发生什么变 化。最不利点的水压是恒定的，但这种控压方式又由于存在电缆 过长、信号易十扰等问题而受到限制。根据多年的使用经验，将 压力控制点没在r出厂t-I管嘲上，尽町能将正力控制点靠近最不 利点。这种方案埘给水设备本身无显著的影响与改变，又口T尽可能的发挥出变频调速供水的先进性和经济性。3. 2控制过程水厂在正常供水情况下只运行串联加住泵组， 以充分利用进水管脚中的水头，只有在供水蛩不能满足使用要求 时才f耳开启另一清水池加雎泵组。变频泵拥有优先使用权，在开 机时，首先启动串联加压泵组1号变频泵，如不能满足供水要求，冉由软启动器启动2号T频泵或四、变频器廊用效果从变频器投 入运行4个

10、多月的运行效果看，完全达到了用户进行水泵变频改 造的H的，较改造胁其优越性体现千。操作简便，易于观察。 变频器运行时的所有数据及运行状态在值班审内上位机的显示 屏都可直观的了解：如运行频率，泵口及管网水压，变频器输入、 输出侧的电压、电流，开环或闭环运行状态等；只需掌握了计算机 的最基木的操作即可完成水压或频率的给定，加减速，启泵与停 泵的操作等。即使操作失误，相应的保护功能也很完善。比如正 常操作中不慎点击了停机键，在运行频率缓慢下降过程中，仍可 通过点击启动键重新恢复IF常状态。启泵与停泵完拿实现了 自动控制。根据经验，用户在参数设定页设定厂允许开阀的最小 水压(0. 48MP)，在肩动水

11、泵升速过程中，水泵出口水压逐渐增 高，当犬十设定的“允许开阀最小水压”时阀门开始打开直至开 全。在停泵时，阀门同步关闭，阀门关严后自动开始减速停机。 变频器故障停机时，会自动发出关闭阀门指令。如果开泵时，阀 门因各种原因未能开全，将提示“阀门没有开全”，停泵时，如阀门 未关严，将提示“阀门没有天严”。在对阀门进行检修时，可通过设定将阀门联锁功能取消。 这样在开泵和停泵过程巾，值班人员 无需再对阀门执行任何操作，不仅减少了操作的失误，由于变频 器平稳的启动与停机过程，也不会造成对管网的冲击。水厂恒压供水系统凭借自身技术力量和实践经验成功开发 的，它不但为企业带来了高效益、高自动化，也为交流变频设

12、备在 供水行业中的应用方式做 r有益的探索。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，而凡具自显著的节能效果。随着供水行业 应用者水平的不断提高，供水下艺的不断革新，必将自.越来越多 的新技术、新方案得到开发、使用。3自动加减泵程序设计圆图图4为3泵可自动进入睡眠状态的自动加减泵供水系统的最佳程序圆图。 在进行恒压变量供水装置的程序控制软件设计时，一般都要求各泵尽量均衡工作，以保证各泵 工作相对一致，同时也达到延长泵寿命的目的。这就要求各泵“先起先停”、“先停先起”。从图 4 所

13、示来说明其工作进程：当起动主令发出后，首先 使A泵投入变频供水，系统在该工作状态下有两 种变化趋势：用水量减小，回到睡眠状态，此后 如再需供水，则自行起动 B泵投入变频供水。若 B泵也回到睡眠状态，再起动的则是c泵；用水量加大，则自行加入 B泵投入变频供水，投入之 前，A泵已先行转为工频运行。若系统自A。状态（A泵单独工作状态）直接 返回睡眠状态，如果再次供水，则白行起动B泵。这时也有两种变化趋势：用水量减小，又返回睡 眠状态，一旦需要供水，则自行起动c泵；用水量加大，即自动将 B泵转至工频后加入 c泵，成 为B。，C。状态： 当A泵单独工作并进入 A。，B。状态时，仍有 两种程序选择：用水量

14、加大，自行进入AcB。c。三泵同时工作状态，此时供水量可以达到设计供 水量的最大值（当c泵也达额定转速时）。用 水量减小，即把先行工作的 A泵切除，回到B。状 态。以此类推，形成封闭的程序圆图。图5为3泵带辅泵自动加减泵供水系统最佳 程序圆图。图5与图4的区别仅在于睡眠状态被辅助图，各泵带辅的自动加诚泵程序圆屋 几一辅臬1-Cr 时起动仏 2%几时起剔G3 An Dr时起动R*水泵所取代。当供水系统的泄漏水量大到不可忽 视或用水量很小时，为保汪供水压力可进入辅泵 丁作状态。一般辅泵的功率仅为主泵的儿分之一 甚至几十分之一，这也体现了个节能的问题。 既然主泵已有变频调速功能，系统可不没辅 泵以减

15、少设备投资。但当主泵功率过大 （45 kw）时，考虑电机长时、低速运转的发热问题，设 辅泵还是有必要的。3控制方案及工作原理3. 1控制方案给水泵站控制系统根据现场需要，需要配备1套S7300 PLC, 3台EC01 132阴变频器，3台ECOI 5500/ 3。其中变频器用于给水泵的控制，PLC用于控制各给水泵之间的切换顺序与启/停操 作。给水泵既可以通过现场控制柜的操作按钮进行 手动控制，也可以由 PLC进行自动控制。手动控制 时可以控制任一台给水泵的启/停。自动控制时给 水泵的启动顺序为先启动功率大的给水泵，再启动 功率小的给水泵；停止顺序为，先停功率小的给水 泵，再停功率大的给水泵血

16、J。3. 2控制系统工作原理3. 2 . 1自动闭环控制过程当系统处于自动调节状态时，自动控制指示灯 亮，系统进入自动控制状态。系统以给水连接管上 的压力变送器的输出作为反馈信号。反馈信号采取 16rnA电流信号，给水连接管压力值可在PLC中人为设定，通过其内部的 PID控制功能，调节变频器的输出额率。系统控制廉理见图3。N&f炉助匸| *泉 匸斗 中 Ff匡2 I 反;| azjKga |-_*R13系统担制原耳方枢PB控制系统给水泵电机的运行切换是根据设定的 压力三给水连接管压力变送器测定的现场压力的茎 值3来控制的。当卸#0时.PLC内祁的PID功 艇块划3进行P1D运算，按照爭先整定好

17、的洵节 规律改变PLC的瑜岀直，来茂变变频器的施出频 率，从而改变电机转速，进而改变连接管的给水压 力。经过调整至Ap=O,PID籀岀不冉变化，给水泵 电机在一个新的转速下稳定下系。此时.逢接钱实 际压力在设定值附近波动.可以保证连接管供水压 力怛星。控制系统采用PIDIBH5规律可以碱小控制 静态淚差和缩短系统週节时间&为了减小切懊时的 电流冲击，只有当变频器输出达到50 Hz时，才切换 至电网。如果实际压力太小某台调速栗调整到50 Hm运行供水仍不足以使g =0,则该台变频泵切换 为工頻，而使下一台泵转为变频王作;如果实际压力 过大,本台调速乗爾垫到最小頻率5 Hz运行仍不足 以使即三0,

18、則关闭上次转换成工频的水跃，再进行 上述P1D运算、转速滔整，直至总接管压力达到设定 ttl,Ap=0o翌套系统的切換顺序为先开后停，后开 先停，使大功率泵提供基本负荷流就而让小功率泵 担当涼凰负荷调峰任务合理利用条统资源。茶统 状杰切换直程田如图4所示.3-2.2 手动开环控制过栈该系统也可进行手动开环运行D如果连接管压=1力传感器出现故障时了人为将手动/自动开关置于手 动位置*系统处于手动调节状态,手动指示灯亮，可 在控制面板实现频率的手动设定，并变频启动水泵。 手动控制主要用于系统调试，同时也可以在生活/消 防供水时根据实际情况人为闊节水泵运行来达到 恒压供水的目的厲打1自动恒压供水系统

19、的基本构成变频恒压供水系统原理如图1所示它主要是由 PLC，变频器、PID调节器、Tc时间控制器，压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及 4台水泵等组成。可能通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了 解和控制系统的运行。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4-20mA的标准信号送入p1D调节器，绎运算与给定压力参数进行比较，得出一调节 参数，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七；当用水量超过一台泵的供水鼍时， 通过PLC控制器加泵。根据用水量的大小由PLC控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。当供水

20、负载变化时，输入电机的电压 和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。I11 i一i(,Imw 11 wgiBintuwnv2恒压变流量供水控制系统的基本控制策略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，在管网流置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。恒

21、压供水就是利用变频器的PID或PI功能实现的工业过程的闭环控制。即将压力控制点测的压力信号（4 20 mA）直接输入到变频器中，由变频器将其与用户设定的压力值进行比较.并通过变频器内置PID运算将结果转换为频率调节信号调整水泵电机的电源频率，从而实现控制水 泵转速。供水系统选用水泵扬程应大于实际供水高度，水泵流量总和应大于实际 最大供水量。3。全自动恒压供水控制原理当主水管网压力传感器的压力信号4 20mA送给数字PID控制器，控制器根据压力设定值与实际检测值进行PID运算，并给出信号直接控制变频器的转速以使管网的压力稳定。当用水量不足很大时，一台泵在变频器的控 制下稳定运行；当用水量大到变频

22、器全速运行也不能保证管网的压力稳定 时，控制器的压力下限信号与变频器的高速信号同时被PLC检测到，PLC自动将原工作在变频状态下的泵，投入到工频运行，以保持压力的连续性， 同时将一台备用的泵用变频器起动后投入运行，以加人管网的供水量.保 证压力稳定若两台泵运转仍，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频 运行，而将另一台备用泵投入变频运行。当用水量减少时。首先表现为变频器已工作在最低速信号有效，这时压力上限信号如仍出现，PLC首先将工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述两个信号仍存在时，PLC再停掉一台工频运行的电机，直到最后一台泵用主频器恒压供水。另外，控制 系统设两台泵为一组，每台泵的电机累计

23、运行时间可显示，24小时轮换一次，既保证供水系统有备用泵，又保证系统的泵有相同的运行时间，确保 了泵的可靠寿命。4系统运行方式该系统具有手动和自动两种运行方式：4. 1手动运行方式选择手动运行方式时，根据需要，通过按启动和停止按钮，来控制各 水泵。这种方式只在检修及系统出现故障时使用.4. 2自动运行方式4. 2. 1启动程序在自动运行方式下开始启动运行时，首先检测水池水位，若水池水位符合设定水位要求，1#泵交频交流接触器吸合，电机与变频器连通，变颏器输出频率从 OHz开始上升，此时压力变送器检测压力信号反馈PLC。由PLc经PID运算后控制变频器的频率输出：如压力不够，则频率上升至50Hz,

24、延时一定时间后，将I#泵切换为工频，2#泵变频交流接触器吸合，变频 启动2#水泵，频率逐渐上升，直至出水压力达到设定压力，依次类推增 加水泵。4. 2 . 2水泵切换程序如用水量减小，出水压力超过设定压力，则PLC控制变频器降低输出频率，减少出水量来稳定出水压力。若变频器输出频率低于某一设定值 （水泵出水频率，一般为 2 5Hz）。而出水压力仍高于设定压力值时，PLC开始计时.若在一定时间内.出水压力降低到设定压力，PLC放弃计时，继续变频调速运行：若在一定时间内出水压力仍高于设定压力，根据先投先 停的原则，PLC将停止正在运行的水泵中运行时问最长的工频泵，直至出 水压力达到设定值。4. 2

25、. 3启动小流量泵对于居民生活供水或其它用水时段性较强的供水系统。可设置一台小流量水泵。例如在晚上12点到凌晨5点，居民生活用水很少，一台30kW的水泵为了维持供水压力也需要长时间工作在25Hz左右，电动机不仅要消耗十几个千瓦的电能，同时还要长期工作在低频状态。大大影响电动机的寿 命。若系统中设置一台 5KW左右的小流量水泵.为了维持出水压力，由小 流量水泵变频工作，不仅电动机工作在较高频率。而且消耗的电能也很 小。在小流量水泵的选择上，其功率一般是主水泵功率的I/4到1/6，扬程和主泵相同。4. 2 . 4水池水位检测在自动供水的过程中，PLC实时检测水池水位，若水位低于设定的报警水位时。蜂鸣器发出缺水报警信号：若水位低于设定的停机水位时，停止 全部水泵工作.防止水泵干抽，并发出停机报警信号：若水池水位高于设定 的水池上限水位时，自动关断水池给水管电动阀门.4. 2. 5自动启动有时电源会突然断电，若无人值班，恢复供电后若系统无法启动会造PLC成断水，为此本系统设置了通电后自动变频启动方式。在电源恢复后， 会发出指令，蜂鸣器发出警告，然后按自动运行方式变频启动I#泵，直到稳定地运行在给定水压值。4. 2 . 6消防报警？当出现消防报警信号时，系统立即按照消防压力运 行。4. 2 . 7故障处理变频故障从冗余设计原则考虑在变频器