变频恒压供水控制系统地研究与设计综述Word格式.docx

变频恒压供水控制系统地研究与设计综述Word格式.docx

《变频恒压供水控制系统地研究与设计综述Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变频恒压供水控制系统地研究与设计综述Word格式.docx（39页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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：

变频调速；

恒压供水；

PLC

Abstract

Alongwiththedevelopmentofthesocialistmarketeconomy,thepeopleoftherequirementofincreasingthequalityofwatersupplyandwatersupplysystemreliability;

Combinedwiththecurrentenergyshortage,theuseofadvancedautomationtechnology,controltechnologyandcommunicationtechnology,thedesignofhighperformance,highenergysaving,canadapttodifferentareasofconstantpressurewatersupplysystembecomeinevitabletrend

AccordingtotherequirementsoftheChineseurbancommunitywatersupply,thispaperdesignedasetoffrequencyconversionvelocitymodulationconstantpressurewatersupplysystembasedonPLC.Frequencyconstantpressurewatersupplysystembyprogrammablecontroller,inverter,pump,pressuresensors,industrialcontrol,etc.

Thissystemcontainsthreewaterpumpmotor,theiroperationmodeoffrequencyconversioncycle.Usingfrequencyconverteroffourphasewaterpumpmotorsoftstartandfrequencycontrolofmotorspeed.Thecurrenthydraulicpressuresensorsignal,intoaftercomparedwiththesetvalueofPIDofPLC,frequencyconvertertocontroltheoutputvoltageandfrequency,andchangethewaterpumpmotorspeedtochangewatersupply,eventuallymaintainstabilityofthepipenetworkpressurenearthesetpoint.ThroughtheindustrialcomputerandPLCconnection,usingconfigurationsoftwaretocompletethesystemmonitoring,thedynamicrunningstatedisplayanddata.

KeyWords:

Variablefrequencyspeed-regulating；

Constant-pressurewatersupply；

摘要……………………………………………………………………………………I

Abstract………………………………………………………………………II

第1章绪论

1.1引言

水是生命之源，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，还有一定的差距。

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。

所以设计基于变频调速的恒定水压供水系统，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]。

1.2变频恒压供水产生的背景和意义

在我国泵站担负着工农业和生活用水的重要任务，运行中需大量消耗能量，提高泵站效率:

降低能耗，对国民经济有重大意义。

我国泵站的特点是数量大、范围广、类型多、发展速度快，在工程规模上也有一定水平，但由于设计中忽视动能经济观点以及机电产品类型和质量上存在的一些问题等等原因，致使在技术水平、工程标准以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比，还有一定的差距。

目前，大量的电能消耗在水泵、风机负载上，城乡居民用水设备所消耗的电量在这类负载中占了相当的比例。

这一方面是由于我国居民多，用水量大，造成用电量大:

另一方面是因为我国供水设备工作效率低，控制方式不够科学合理。

造成不必要的能量浪费。

因此，研究提水系统的能量模型，找出能够节能的控制策略方法，这里大有潜力可挖，是减少能耗，保障供水的一个很有意义的工作[2]。

以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点。

同时系统具有良好节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。

1.3变频恒压供水的现况

1.3.1国内外变频供水系统现状

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。

目前国外的恒压供水系统变频器成熟可靠，恒压控制技术先进。

国外变频供水系统在设计时主要采用一台变频器只带一台水泵机组的方式。

这种方式运行安全可靠，变压方式更灵活。

此方式的缺点必是电机数量和变频的数量一样多，投资成本高。

目前国内有不少公司在从事进行变频恒压供水的研制推广，国产变频器主要采用进口元件组装或直接进口国外变频器，结合PLC或PID调节器实现恒压供水，在小容量、控制要求低的变频供水领域，国产变频器发展较快，并以其成本低廉的优势占领了相当部分小容量变频恒压供水市场。

但在大功率大容量变频器上，国产变频器有待于进一步改进和完善。

1.3.2变频供水系统应用范围

变频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，所以是目前国内研究和推广最多的方式。

（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220V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。

目前，国内除了高压变频供水系统，多数变频供水系统均声称只要改变容量就可以通用于各种供水范围，但在实际运用中，不同供水环境对变频器的要求和控制方式是不一致的，大多数变频器并不能真正实现通用。

所以在部分条件复杂的水厂，采用通用的恒压供水变频系统并不能完全满足实践要求，现部分中小水厂已认识到这一情况，并针对实际情况对变频恒压供水系统加以改进和完善。

1.4设计任务及要求

本课题主要通过研究PLC来控制变频器实现恒压供水，通过设计了解并熟悉了PLC的工作原理，编程原理以及编程方法。

进行了控制系统的主电路设计、控制电路设计，系统的控制设备选用S7-200系列的PLC（CPU222），变频器选用西门子泵类专用的变频器MM430。

进行了控制程序（梯形图）的设计。

在控制过程中，电控系统由S7-200完成，PID控制由变频器完成。

最后，对变频恒压供水系统进行调试，对该系统在供水中所取得的节约电耗、恒定压力、保护管网等进行了总结，指出变频技术在供水领域所取得的成果及局限性。

第2章系统的理论分析及方案确定

2.1变频恒压供水的理论分析

2.1.1电动机的调速原理

水泵电机多采用三相异步电动机，而其转速公式为：

（2-1）

式中：

f表示电源频率，p表示电动机极对数，s表示转差率。

从上式可知，三相异步电动机的调速方法有：

（1）改变电源频率

（2）改变电机极对数

（3）改变转差率

改变电机极对数调速的调控方式控制简单，投资省，节能效果显著，效率高，但需要专门的变极电机，是有级调速，而且级差比较大，即变速时转速变化较大，转矩也变化大，因此只适用于特定转速的生产机器。

改变转差率调速为了保证其较大的调速范围一般采用串级调速的方式，其最大优点是它可以回收转差功率，节能效果好，且调速性能也好，但由于线路过于复杂，增加了中间环节的电能损耗，且成本高而影响它的推广价值。

下面重点分析改变电源频率调速的方法及特点。

[3]

根据公式可知，当转差率变化不大时，异步电动机的