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1、恒压供水PLC控制变频调速系统设计摘 要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迅猛发展，人民的生活水平不断提高；同时，城市需水量日益加大，对城市供水系统提出了更高的要求。供水的可靠性、稳定性、经济节能性直接影响到城区的建设和经济的发展，也影响到城区居民的正常工作和生活。本文根据城区供水管网改造工程设计了一套由PLC、变频器、远传压力表、多台水泵机组、计算机等主要设备构成的全自动变频恒压供水及其远程监控系统，具有自动工频/变频恒压运行、可实现远程自动控制和现场手动控制等功能。论文分析了采取变频调速方式实现恒压供水相对于传统的阀门控制恒压供水方式的节能机理。通过对变频器内置PID模
2、块参数的预置，利用远传压力表的水压反馈量，构成闭环系统，根据用水量的变化，采取PID调节方式，在全流量范围内利用变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合，实现恒压供水且有效节能。 论文论述了采用多泵并联供水方案的合理性，分析了多泵供水方式的各种供水状态及转换条件，分析了电机由变频转工频运行方式的切换过程及存在的问题。给出了实现有效状态循环转换控制的电气设计方案和PLC控制程序设计方案。系统有效地解决了传统供水方式中存在的问题，增强了系统的可靠性。并与计算机实现了有机的结合，提升了系统的总体性能。关键词：PLC；变频调速；恒压供水；变频工频切换Abstract With the continuo
3、us deepening of reforming and opening up, the construction and economy of small and medium-sized cities in China have developed rapidly. Peoples living standards have improved constantly. The water supply system is demanded more as city water consum ption increasing. The urban construction and econo
4、mic development and also peoples daily work and life are impacted directly by the reliability, stability and the economical of energy conservation of the water supply system.An autom atic conversion and voltage constant Water Supply and remote monitoring system, which consist of the PLC, the convert
5、er, the remote transition pressure gauges, the multi-pumps unit, the computer and so on. It is of automatic line-frequency /conversion function, remote and local automatic control. In this paper, the mechanism of energy saving, which uses speed governing with invertor to design voltage constant wate
6、r supply system, competing with traditional valve controlled pressure constant system. Closed loop system is built by presetting the parameter of the PID inside of convertor, and feedback of remote transiton hydraulic meter. Using the step regulation of convertor pump and frequency pump in full rang
7、 of flow to apply PID control on the change of water achieves energy saving of voltage constant water supply. This paper discusses the reasonability of water supply scheme with much pump parallel connection, and analyses the conversion condition and the various states of water supply of the much pum
8、p way of water supply as well as the switch process and the problem of a generator from variable frequency operation mode to work frequency operation mode. In addition，the combination of the system and the computer is achieved，which improved the overall function of the systemKey words：PLC; Variable
9、Velocity Variab le frequency; Constantp ressurewater-supply; variable frequency to working frequency目 录 第一章 绪论1第一节课题背景及意义1第二节变频恒压供水的现况1第三节变频恒压供水系统的特点3第二章 变频恒压供水系统理论分析4第一节供水系统的基本特性4第二节不同控制方式下的能耗分析与比较5第三节变频恒压控制的理论模型6第四节供水系统中的水锤效应7第三章供水系统恒压控制与硬件设计7第一节异步电动机调速方法及选择7第二节供水系统的方案确定10第三节控制系统的硬件设计与选型12第四节系统可靠性
10、措施21第四章PLC 控制程序22第一节水泵工频/变频运行状态及转换过程分析22第二节PLC 程序设计方法24第三节供水系统控制程序25第五章 恒压供水系统的 PID 调节27结 论29附录A30致 谢32参考文献33第一章 绪论第一节 课题背景及意义我国城市供水行业在过去十多年中发展成效显著。2007年，我国城市自来水普及率已经达到93.8%，我国城市供水行业已经顺利度过建设期，进入以服务业为主题的成熟阶段。在节水节能已成为时代特征的现实条件下，我们这个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低，而随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，以及住房制
11、度改革的不断深入，城市中各类小区建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。城市小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活，也直接体现了小区物业管理水平的高低。第二节 变频恒压供水的现况一、国内外变频供水系统现状 变频恒压供水技术是在变频调速技术基础之上逐渐发展起来的。在初期阶段，变频器主要用来进行频率控制、变速控制、正反转控制、启制动控制、压频比控制等。在这个阶段，变频器仅仅用作变频恒压供水系统的执行机构。为了在供水量需求不同时，保证管网压力恒定，还需要在变频器外部增加压力传感器和压力控制器，以对压力进行闭环控制。
12、在供水工程中，也是采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，造成投资成本很高。随着变频恒压供水系统在稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点逐渐显现出来，再加上其显著的节能效果，许多变频器生产厂家开始推出具有恒压供水功能的变频器，这类控制设备虽然微化了电路结构，降低了设备成本，但因其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性也不高，且难以与别的监控系统和组态软件实现数据通信，限制了带负载的容量，其实际使用范围受到不小的限制。后来日本富士电机公司推出了新一代风机、水泵专用型变频器FRENICVP系列。VP系列变频器具备适合HVAC(Heat
13、 Ventilation Air Conditioner)行业所需的最佳功能，节省空间，操作简便，机型丰富，全球通用。该类变频器能够适应风机、水泵等2次方递减转矩负载特性，节能、省力，充分挖掘了系统的应变能力，满足了整体成本下降的需要。 国内不少公司在做变频恒压供水工程时，大多采用国外的交频器来控制水泵的转速并实现管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的还需要采用可编程控制器辅以相应的软件予以实现，有的则采用单片机及相应的软件予以实现。从使用调查情况来看，虽然取得了可喜的进步，但在系统的动态性能、稳定性能、抗干扰性能以及开放性等方面，还没有完全达到用户的要求。二、变频供水系统应用范围 变频
14、恒压供水系统在供水行业中的应用，按所使用的范围大致分为三类：(1)小区供水(加压泵站)变频恒压供水系统 这类变频供水系统主要用于包括工厂、小区供水、高层建筑供水、乡村加压站，特点是变频控制的电机功率小，一般在135kW以下，控制系统简单。由于这一范围的用户群十分庞大，所以是且前国内研究和推广最多的方式。如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类变频供水系统主要用于中小供水厂或大中城市的辅助供水厂这类变频器电机功率在135kW-320kW之间，电网电压通常为200V或380V。受中小水厂规模和经济条件限制，目前主要采用国产通用的变频恒压供水变频器。(3)大型供
15、水厂的变频恒压供水系统这类变频供水系统用于大中城市的主力供水厂，特点是功率大(一般都大于320kW)、机组多、多数采用高压变频系统。这类系统一般变频器和控制器要求较高，多数采用了国外进口变频器和控制系统。如利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在向集成化、维护操作简单化方向发展在国内外，专门针对供水的变频器集成化越来越高。很多专用供水变频器集成了PLC或PID，甚至将压力传感器也融入变频组件。同时维护操作也越来越简单，部分新品的变频供水只需简单设定压力值就可以正常运行，控制软件和其它参数在出厂时就已设定或利用传感器自动获取完毕。(2)高压变频系统在供水行业中的应用在过去变频供水涉及较少的商压变频系统，也是发展的重要方向，高一低高型的高压变频系统、串联多电平高压变频供水系统目前己在实际应用中不断完善高压高频中的谐波等问题也逐步得到解决。(3)变频送水系统正在融入更全面的供水管理系统面对日益复杂的供水系统，如何在满足供水需求的前提下，最大限度地提高供水系统的效益，是所有供水部门共同面临的重要课题。目前，在美国、日本、法国等地的有些城市已基本上实现了供水系统的计算机优化，把变频供水与计算机直接调度管理结
