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1、 毕业设计(论文)恒压供水L变频调速控制系统设计专业（系） 电气工程系 班 级 电机电器091 学生姓名 江朋 指导老师 刘 小 春 完成日期 2011-11-5 目 录1第1章任务与要求51.课题概述71.1.1变频恒压供水概论82变频恒压供水的应用9. 变频恒压供水的现状及发展第2章 变频恒压供水系统的基本构成和工作原理22.恒压供水系统的工作原理122.1 调速泵系统构成142.1.3变频恒压供水系统各元件的选择19214变频器的基本原理及特点221.5电压型变频器2第3章PLC的选择及作用283.1.1 LC的介绍.931.2 的发展阶段及发展方向33.3 的特点与应用领域31. 可编
2、程序控制器的特点33.5 可编程序控制器与继电器控制系统的比较13.1.6 可编程序控制器的应用领域3. 在现代自动控制系统应用中所面临的问题323.2 我国常用的性能比较研究33.21 的一般结构323.2.2 基本工作原理343.3 我国常用的性能特点353.31 SIMTIC7系列353.3 S-30系列可编程序控制器33.3. 控制系统设计内容53. 控制系统设计步骤36 PLC的选型6第4章 基于LC的变频恒压供水系统设计4.1系统要求37.2控制系统的I/分配及回路设计843第三节外围接线图39第5章 结束语及感想41致 谢41摘要本文是在我国城市化日益进步的情况下，城市高层建筑日
3、益发展所面临的问题所提出的，建筑越建越高,这就出现了一个问题:那就是供水问题。本课题经由学院提出分配到我们组，我们深入探讨，指导老师也及时的给予我们帮助,本文主要涉及课题的讨论，历史背景，以及所面临的问题,在此基础上要实现高层建筑的恒压供水需要哪些技术积累，在实际供水中水锤效应的产生,以及它所造成的危害，解决的办法,本文都详实的做了探讨，PLC,变频器的应用这些技术的发展都使得恒压供水成为现实。变频恒压供水系统由可编程控制器、变频器、水泵机组、压力传感器、工控机等构成。本系统包含三台水泵电机,它们组成变频循环运行方式。采用变频器实现对三相水泵电机的软启动和变频调速,运行切换采用“先启先停”的原
4、则。压力传感器检测当前水压信号，送入P与设定值比较后进行PD运算,从而控制变频器的输出电压和频率，进而改变水泵电机的转速来改变供水量，最终保持管网压力稳定在设定值附近。通过工控机与PLC的连接,采用组态软件完成系统监控，实现了运行状态动态显示及数据、报警的查询。关键字:恒压供水 变频器 P 设计 调试第1章任务与要求.1课题概述PLC控制的恒压无塔供水是一种新的控制方式，主要是针对城市高层建筑的供水问题。它一方面能通过变频调速的恒压控制实现供水的水压稳定,提高供水质量,另一方面能保证供水质量的可靠性和安全性。2、设计内容与要求1）工艺流程图2）控制要求（1)二台水泵根据恒压要求,采取“先开先停
5、”的原则接入和运行,即：启动时，M先变频启动,用水量一定时,变频器频率稳定在某一值。用水量增加时,1输出频率增加，当达到5HZ后，延时5S,M1切换为工频运行,M2变频启动运行。当用水量又减小时，经延时5S,M1停,M2仍为变频运行。用水量继续减小，M2将运行与最低转速。如此时用水量增加,转为工频,M变频,如此周而复始。(每一状态之间的转换均有融S延时)(2）二台泵采用变频器控制其启动和水压的恒压控制（3）具有完善的运行显示和报警显示,如变频器故障显示、变频运行显示、工频运行显示(4）在应急或临时检修时,对泵的操作有工频手动控制功能。人类生存和发展都离不开水。在通常的城市及乡镇供水中，基本上都
6、是靠供水站的电动机带动离心水泵，产生压力使管网中的自来水流动，把供水管网中的自来水送给用户。但供水机泵供水的同时,也消耗大量的能量,如果能在提高供水机泵的效率、确保供水机泵的可靠稳定运行的同时，降低能耗，将具有重要经济意义。我国供水机泵的特点是数量大、范围广、类型多，在工程规模上也有一定水平，但在技术水平、工程标准以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比，有一定的差距随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统的可靠性要求不断提高。衡量供水质量的重要标准之一是供水压力是否恒定,因为水压恒定于某些工业或特殊用户是非常重要的,如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，会造成更大的
7、经济损失或人员伤亡.但是用户用水量是经常变动的,因此用水和供水之间的不平衡的现象时 有发生,并且集中反映在供水的压力上:用水多而供水少，则供水压力低;用水少而供 水多,则供水压力大。保持管网的 水压恒定供水，可使供水和用水之间保持平衡,不但提高了供水的产量和质量,也确保了供水生产以及电机运行的安全可靠性。对于大多数采用供水企业来说，传统供水机泵存在日常运行费用太高，供水成本居高不下,单位供水的能耗偏大的问题，寻求供水与能耗之间的最佳性价比,是困扰企业的一个长期问题。目前各供水厂的供水机泵设计按最大扬程与最大流量这一最不利条件设计,水泵大多数时间在设计效率以下运行。导致电动机与水泵之间常常出现大
8、马拉小车问题。因此，如何解决供水与能耗之间的不平衡，寻求提高供水效率的整体解决方案，是各供水解水企业关心的焦点问题之一。变频调速技术以其显著的节能效果和稳定可靠的控制方式，在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用。利用变频技术与自动控制技术相结合,在中小型供水企业实现恒压供水，不仅能达到比较明显的节能效果,提高供水企业的效率，更能有效保证从水系统的安全可靠运行变频恒水压供水系统集变频技术、电气传动技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便地实现供水系统的集中管理与监控;同时可达到良好的节能性，提高供水效率。所以研究设计基于L变频调速的恒
9、定水压供水系统(简称变频恒压供水),对于提高企业效率以及人民的生活水平，同时降低能耗等方面具有重要的现实意义。1.1变频恒压供水概论对于大多数采用供水企业来说，传统供水机泵存在日常运行费用太高,供水成本居高不下,单位供水的能耗偏大的问题，寻求供水与能耗之间的最佳性价比，是困扰企业的一个长期问题。目前各供水厂的供水机泵设计按最大扬程与最大流量这一最不利条件设计，水泵大多数时间在设计效率以下运行。导致电动机与水泵之间常常出现大马拉小车问题。因此，如何解决供水与能耗之间的不平衡，寻求提高供水效率的整体解决方案，是各供水企业关心的焦点问题之一。随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统的可靠性要
10、求不断提高。衡量供水质量的重要标准之一是供水压力是否恒定,因为水压恒定于某些工业或特殊用户是非常重要的,如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应,不能迅速灭火,会造成更大的经济损失或人员伤亡。但是用户用水量是经常变动的,因此用水和供水之间的不平衡的现象时有发生，并且集中反映在供水的压力上:用水多而供水少,则供水压力低;用水少而供水多,则供水压力大。保持管网的水压恒定供水，可使供水和用水之间保持平衡,不但提高了供水的产量和质量,也确保了供水生产以及电机运行的安全可靠性。变频恒压供水系统能适用于生活用水场合的供水要求,该系统具有以下特点：（1)供水系统的控制对象是用户管网的水压,它是一个过程控制量
11、，同其他一些过程控制量(如:温度、流量、浓度等)一样，对控制作用的响应具有滞后性。同时用于水泵转速控制的变频器也存在一定的滞后效应。(2)用户管网中因为有管阻、水锤等因素的影响，同时又由于水泵自身的一些固有特性,使水泵转速的变化与管网压力的变化成正比,因此变频调速恒压供水系统是一个线性系统。()变频调速恒压供水系统要具有广泛的通用性,面向各种各样的供水系统，而不同的供水系统管网结构、用水量和扬程等方面存在着较大的差异，因此其控制对象的模型具有很强的多变性。(4)在变频调速恒压供水系统中,由于有定量泵(即为每转的理论排量不变的泵）的加入控制,而定量泵的控制是时时发生的,同时定量泵的运行状态直接影
12、响供水系统的模型参数，使其不确定性地发生变化,因此可以认为，变频调速恒压供水系统的控制对象是时时变化的。（5）当出现意外的情况(如突然停水、断电、泵、变频器或软启动器故障等）时，系统能根据泵及变频器或软启动器的状态，电网状况及水源水位,管网压力等工况点自动进行切换,保证管网内压力恒定。在故障发生时,执行专门的故障程序，保证在紧急情况下的仍能进行供水。(7）用变频器进行调速，用水泵调节和固定的组合进行恒压供水，节能效果显著，对水泵进行软启动,启动电流可从零到电机额定电流,减少了启动电流对电网的冲击同时减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击,延长了设备的使用.2变频恒压供水的应用众所周知,水是生产
13、生活中不可缺少的重要组成部分，而变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器,像日本Smco公司,就推出了恒压供水基板,备有“变频泵固定方式”、“变频泵循环方式”两种模式它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上,通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元,便可直接控制多个内置的电磁接触器工作,可构成最多台电机(泵)的供水系统。这类设备虽微化了电路结构,降低了设备成本，但其输出接口
14、的扩展功能缺乏灵活性,系统的动态性能和稳定性不高,与别的监控系统(如BA系统)和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量,因此在实际使用时其范围将会受到限制。它的节能系统特点有如下五点:、变频器界面为LED显示,设定参数丰富;键盘布局简洁、易于操作;、变频器有过流、过压、过热、缺相等多种电子保护装置,并具有故障报警输出功能,可有效保护供水系统的正常运作;、专用数字P调节器为LED双屏显示,参数设定方便,易于监控；、加装变频节能器后,水泵电机具有软启动及变频调速功能,可有效降低系统的机械磨损,同时减轻管路负担；5、有“手动”“自动”两种工作模式，在变频器出现故障的情况下，仍可按原有工作方式继续运行。1.3 变频恒压供水的现状及发展目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程,大多采用国外的变频器控制水泵的转速,水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制,有的采用可编程控制器(LC)及相应的软件予以实现；有的采用单片机及相应的软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求。原深
