改新的变频调速恒压供水系统的现状和发展

1、前 言本设计论文是电气工程及其自动化专业毕业论文，主要是利用SIEMENS PLC进行对恒压供水的控制。恒压供水控制系统的设计是一个很传统的课题，现在随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，恒压供水控制的设计方案也越来越先进，越来越趋于完美，各种参考文献也数不胜数。在我国7080年代供水系统大多数的开关量控制系统都是采用继电器控制,就是在90年代供水系统也有相当一部分辅机系统是采用继电控制。因此,继电器本身固有的缺陷,给电机的安全和经济运行带来了不利影响,用PLC对供水系统控制代替传统继电器式控制系统已是大势所趋。可编程控制器（简称PLC）由于其将系统的继电器技术，计算机技术和通信技术融为一体，

2、以其可靠性高，稳定性好、抗干扰能力强，以及编程简单，维护方便，通讯灵活等众多优点，广泛应用于工业生产过程和装置的自动控制中。PLC不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成定时、计算和各种闭环控制功能。设置性能完善、质量可靠、技术先进的可编程控制器PLC控制恒压供水系统，可以克服由于采用单纯手动控制系统进行控制带来的控制不方便、控制系统对供水管网中压力和水位变化反应迟钝的问题，降低能源消耗和资源浪费，提高设备的可维护性和运行的可靠性，以达到降低自来水的生产成本和提高生产管理水平的目的。此次毕业设计的课题内容即为恒压供水系统的PLC控制. 其设计内容和要求是：（1）生活供水时，系统应低恒压值运行，消防供

3、水时系统应高恒压值运行。（2）三台泵根据恒压的需要，采用“先开先停”的原则介入和退出。（3）在用水量小的情况下，如果一台泵连续运行的时间超过3H，则要切换到下一台泵，即系统具有“倒泵功能”，避免某一台泵工作时间过长。（4）三台泵在启动时要有软启动功能。整个系统可显示各水泵和变频器的运行状况，并对恒压供水过程会出现的所有情况做出了合理的自动控制，是极具实用价值的一项自动化应用实例。摘 要论文对变频调速恒压供水系统的节能原理做了较详细的分析和研究，变频调速技术是一种新型的、成熟的交流电机无级调速驱动技术，它以其独特优良的控制性被广泛应用在速度控制领域。特别是在供水行业中，由于生产安全和供水质量的特

4、殊需要，对恒压供水压力有着严格要求，变频调速技术也得到了更加深入的应用。 运用变频器技术设计了本系统的生活泵主电路部分，在此基础上设计了整个系统的控制电路，实现了PLC对变频器控制来满足建筑小区恒压供水的目的。论文为自动控制供水系统，克服由于采用单纯手动控制系统进行控制带来的控制不方便、控制系统对供水管网中压力和水位变化反应迟钝的问题，降低能源消耗和资源浪费，提高设备的可维护性和运行的可靠性，以达到降低自来水的生产成本和提高生产管理水平的目的。采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。关键字：PLC 变频调速 自动控制 恒压供水Abstract Papers on the frequency

5、 control water supply system to do a more energy-saving principle of detailed analysis and research, frequency control technology is a new, mature AC motor variable speed drive technology, which controlled its unique goodspeed control is widely used in the field.Especially in the water industry, pro

6、duction safety and water quality as the special needs of the constant pressure water supply pressure has strict requirements, frequency conversion technology has also been more in-depth application.The use of inverter technology to design the life of the system part of the main circuit pump, in this

7、 based on the design of the whole system control circuit, the PLC to the inverter control constant pressure water supply to meet the purpose of building communities. Articles for the automatic water supply system, to overcome the use of simple manual control system to control the control to bring in

8、convenience to the water supply network control system pressure and water level changes in response to slow the problem, reduce energy consumption and waste of resources, improve equipment availabilitymaintainability and reliability, in order to achieve lower production costs and increase water prod

9、uction management purposes.Constant pressure water supply system, with great economic and social significance.Keywords: PLC frequency control automatic control constant pressure water supply目 录前 言i摘 要iiAbstractiii第1章 变频调速恒压供水系统的现状和发展11.1 变频调速恒压供水的目的和意义11.2 变频调速及PLC在供水行业中的应用21.2.1 变频调速技术的特点及应用2 可编程序控

10、制器的特点及应用3第2章 恒压供水系统的基本构成62.1 恒压供水系统的基本构成62.2 PLC在恒压供水泵站中的主要任务7第3章 变频调速的节能、调速原理93.1 供水系统概述93.2 变频调速恒压供水系统分析103.3 变频调速的节能、调速原理103.4 变频调速恒压供水工况分析与能耗机理分析133.4.1 管路水力损失及性能曲线133.4.2 水泵工作点的确定和调节143.4.3 水泵变频调速节能分析163.5 调速范围的确定17第4章 器件选择204.1 水泵的选择204.2 电动机的选择224.3 变频器的选择224.4 压力变送器244.5 可编程控制器PLC的选择254.6 PL

11、C模拟量控制单元的配置以及应用264.6.1 EM235模拟量工作单元性能指标264.6.2 校准及配置284.6.3 EM235的安装使用284.6.4 EM235工作程序编制284.7 编程软件的选择304.8 文本显示器30第5章 变频调速恒压供水系统的设计335.1 恒压供水系统335.2 系统的方案设计345.3 电气控制系统原理图345.4 控制过程39第6章 系统程序设计416.1 由“恒压”要求出发的工作泵组数量控制管理416.2 多泵组泵站泵组管理规范416.3 程序的结果以及程序功能的实现416.4 程序流程图426.5 程序编写43附录44恒压供水PLC控制的流程图44恒

12、压供水程序51梯形图57中英文资料65参考文献71总 结72谢 辞73第1章 变频调速恒压供水系统的现状和发展1.1 变频调速恒压供水的目的和意义近年来我国中小城市发展迅速，集中用水量急剧增加。据统计，从1990年到1998年，我国人均日生活用水量（包括城市公共设施等非生产用水）有175.7升增加到241.1升，增长了37.2%，与此同时我国城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。在用水量高峰期时供水量普遍不足，造成城市公用管网水压浮动较大。由于每天不同时段用水对供水压力的要求变化较大，仅仅靠供水厂值班人员依据经验进行人工手动调节很难及时有效的达到目的。这种情况造成用水高峰期时供水压力不足，用水

13、低峰期时供水压力过高，不仅十分浪费能源而且存在事故隐患（例如压力过高容易造成爆管事故）。供水厂希望通过对原有系统的技术改造，提高生产过程的自动化水平。并在此基础之上配备相应的系统管理软件，改变传统的落后管理方式，使管理工作规范化，提高水厂的业务管理水平。由于水厂原有的供水控制系统是一个完全依靠值班人员手动控制的系统，所以对该系统技术改造的要求是在原有系统的基础进行，设计一套取水和供水的自动控制系统，克服由于采用单纯手动控制系统进行控制带来的控制不方便、控制系统对供水管网中压力和水位变化反应迟钝的问题，降低能源消耗和资源浪费，提高设备的可维护性和运行的可靠性，以达到降低自来水的生产成本和提高生产

14、管理水平的目的。在相当比较大规模的工业生产供水系统，变频调速恒压供水有它自身的特点：1.供水量在短时间内（一天时间内）变化大，这种变化在几个小时内甚至是几倍或上十倍。2.对供水压力的要求比较严格，供水的压力随供水的流量的变化而变化，甚至少量的水消耗都需要一定的管道压力。3.一般情况下，供水系统的水流量受到水消耗量的控制，而水流量又是通过供水水泵的输出来提供的。从上即可结论：以变频器为主体构成的恒压供水系统不仅能够最大程度满足需要，也提高整个系统的效率，延长系统寿命、节约能源、而且能够构成复杂的功能强大的供水系统。1.2 变频调速及PLC在供水行业中的应用 变频调速技术的特点及应用 作为高性能的

15、调速传动，直流发电机电动机调速控制方法长期以来一直应用广泛。但是直流电动机由于换向器和电刷维护保养很麻烦，价格也相当昂贵。使异步电机实现性能好的调速一直是人们的理想。异步电机的调速方法很多，例如变极调速、有极调速、定子调压调速、串级调速、变频调速等。但是因为各种各样的缺点没有得到广泛的应用。70年代以后，由于微电子技术、电力电子技术和微处理机技术的发展，促使晶体管变频器的诞生。晶体管变频器不但克服了以往交流调速的许多缺点，而且调速性能可以和直流电动机的调速性能相媲美。三相异步电动机具有维修方便、价格便宜、功率和转速适应面宽等优点，其变频调速技术在小型化、低成本和高可靠性方面占有明显的优势。到8

16、0年代末，交流电机的变频调速技术迅速发展成为一项成熟的技术，它将供给交流电机的工频交流电源经过二极管整流变成直流，再由IGBT或GTR模块等器件逆变成频率可调的交流电源，以此电源拖动电机在变速状态下运行，并自动适应变负荷的条件。它改变了传统工业中电机启动后只能以额定功率、定转速的单一运行方式，从而达到节能目的。现代变频调速技术应用于电力水泵供水系统中，较为传统的运行方式是可节电4060，节水1530。由于变频调速具有调速的机械特性好，效率高，调速范围宽，精度高，调整特性曲线平滑，可以实现连续的、平稳的调速，体积小、维护简单方便、自动化水平高等一系列突出的优点而倍受人们的青睐。尤其当它应用于风机

17、、水泵等大容量负载时，可以获得其它调速方式无法比拟的节能效果。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流直流交流变频器和交流交流变频器两大类，目前国内大都使用交直交变频器。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。在实际应用中得到了很大的发展

18、。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

19、和整体规划要求的必然趋势。在短短的几年内，变频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被多泵调速系统所代替。虽然单泵调速系统设计简易可靠，但由于单泵电机深度调速造成水泵、电机运行效率低，而多泵调速系统投资更为节省，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。 可编程序控制器的特点及应用早期的可编程序控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着计算机技术、通信技术和自动控制技术的迅速发展，可编程序控制器将传统的继电器控制技术与新兴的计算机技术和通信技术融为一体，具有可靠性高、功

20、能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优点，以及良好的工业环境工作性能和自动控制目标实现性能，在工业生产中得到了广泛的应用。1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器。早期的可编程控制器由分离元件和中小规模集成电路组成，主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。70年代初期，体积小、功能强和价格便宜的微处理器被用于PLC，使得PLC的功能大大增强。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块和各种特殊功能模块。在软件方面，PLC采用极易为电气人员掌握的梯形图编程语言，除了保持原有的逻辑运算等功能以外，还增加了算术运算、数据处

21、理和传送、通讯、自诊断等功能。进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还研制开发了专用逻辑处理芯片，大大提高了PLC软、硬件功能。在发达工业国家，PLC已经广泛的应用在所有的工业部门。据“美国市场信息”的世界PLC以及软件市场报告称，1995年全球PLC及其软件的市场经济规模约50亿美元。随着电子技术和计算机技术的发展，PLC的功能得到大大的增强，具有以下特点：1可靠性高。PLC的高可靠性得益于软、硬件上一系列的抗干扰措施和它特殊的周期循环扫描工作方式。2具

22、有丰富的I/O接口模块。PLC针对不同的工业现场信号，有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块。3采用模块化结构。为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4编程简单易学。PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5安装简单，维修方便。PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。由于PLC强大功能和优点，使得PLC在我国的水工业自动化中得到广泛的应用。PLC在水工业自动化中的应用主要有水厂监控系统、自动控制系统、自动加氯、自动加矾、水泵变频调速、SCADA系统和供水管网信息管理系统等。其主要功能是进行工艺参