本科毕业论文变频恒压供水系统 变频恒压供水论文 恒压供水系统Word下载.docx

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1.可编程控制器（PLC）的概述

可编程控制器（ProgrammableLogicController）简称为PLC，它的应用面广、功能强大、使用方便，已成为当代工业自动化的主要控制设备之一，在工业生产的所有领域得到了广泛的应用，在其他领域（例如民用和家庭自动化）的应用也得到了迅速的发展。

国际电工委员会（IEC）在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了以下定义：

“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

”从上述定义可以看出，PLC是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还有与其他计算机通信联网的功能。

2．变频器的工作原理

我们知道，交流电动机的同步转速表达式位：

n＝60f（1－s）/p

（1）

式中n———异步电动机的转速；

f———异步电动机的频率；

s———电动机转差率；

p———电动机极对数。

由式

（1）可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。

变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

3.恒压供水的定义及工作原理

3.1所谓恒压供水,是指供水系统的供水压力始终保持在差值较小的上、下限之间。

PLC控制的组合全自动供水系统,指的是当供水系统的用水量变化时,由装在供水主管道的电接点压力表检测设定的供水压力上限P上限和下限P下限的开关信号,输入PLC后,PLC根据这两个压力开关的信号的状态,自动控制数台扬程相同、流量不等的水泵组合启动运行。

3.2恒压供水原理

通过管网中压力传感器将信号送入变频控制装置中，恒压控制器（由PLC和软件组成），恒压控制器将信号送人变频控制器，当管网中压力增大时，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，水泵的流量减少，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，从而使得变频器速度电压下降，直到动态平衡。

3.3变频恒压供水的构成

变频恒压供水系统主要由水池、变频控制柜、压力传感器、离心泵、触摸屏显示器等组成。

变频控制柜由断路器、变频调速器、接触器、中间继电器、PLC等组成。

4.变频恒压供水系统的设计

4.1变频恒压供水系统主要特点如下：

1）解决低水压问题：

采用恒压变频供水设备使得整个建筑屋内的供水保持压力恒定。

2）避免使用屋顶水箱造成的水质污染：

取代传统的屋顶水箱供水方式，消除了水污染的源头。

3）减小建筑成本，增大空间面积：

取消传统的屋顶水箱，使建筑受力减小，结构简单，成本降低。

4）节约电能，缩小占地面积：

比一般供水设备节电30%以上，该设备占地面积小，安装简单，缩短施工工期。

5）高品质智能开电脑控制：

专用自主开发，具有多样化功能，能够提供尖端水准的精密控制，已经达到世界领先水平。

4.2工作条件：

·

输送介质：

冷热清洁、非易燃易爆并不含固体颗粒或纤维的液体。

液体温度：

常温型-15oC至+70oC热水型+70oC至+120oC

周围环境：

无水滴、蒸汽，无漂浮性尘埃及金属微粒场所。

无日光照射，高温及严重落尘场所。

无腐蚀、易燃性气体及液体场所。

无震动、保养检查容易之场所。

环境温度：

最高+45oC且通风良好。

联接，进行组态控制。

变频器恒压供水系统如图1所示：

图1变频器恒压供水系统连接图

该系统主要由3台水泵、1台变频器、PLC、PID及线性压力传感器等组成。

其中PLC、PID调节器和压力传感器组成闭环反馈控制系统。

PLC控制各台水泵的运行状态（如工频运行、变频运行、停止），从而控制水泵的运行台数，在大范围上控制供水的流量;

PID调节器控制变频器对变频泵进行速度调节，在小范围上控制供水的流量。

水泵的速度调节采用变频调速技术，利用变频器对水泵进行速度控制，采用“一变多定”的控制方式，并根据PID调节器输出电流信号驱动变频水泵。

4.3主电路设计

该系统包括3台水泵电动机M1、M2、M3，其中M1的功率为45kW，M2为22kW，M3为22kW。

该系统为一台变频器依次控制每台水泵实现软启动及转速的调节，实现恒压控制。

系统具有变频及工频两种运行状态，当变频泵达到水泵额定转速后，如水压在所设定的判断时间内还不能满足恒压值时，系统自动将当前变频泵状态切换为工频状态，并指示下一台泵为变频泵。

主电路如图2所示。

图2变频器恒压供水系统主电路

其中接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3工频运行，KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3变频运行，KM0控制变频器的工作。

选用西门子公司最新的专用变频器MICROMASTEREco型变频器。

西门子MICROMASTEREco型变频器的功能有:

1）优化的输入输出功能;

2）优化的调试过程:

仅12个基本参数设定便可满足绝大多数的HVAC应用;

3）长电缆运行:

电机与变频器的连接电缆长度可达150m而无需加输出电抗器;

4）通讯功能:

内带的RS－485可简便地与DDC从站或楼宇管理系统连接通讯，速率可达19200bps;

5）可与所有感应电机匹配:

通过简单的参数设定即可使Eco与各种电机适配，Eco内带电机保护功能，防止电机过热;

6）多电机传动功能:

MICROMASTEREco可控制一组电机以同一频率运行;

7）捕捉再启动:

为确保电源故障恢复后的正确自动再启动，即使电机还在运转，控制系统会控制变频器输出与电机同步的频率;

8）能耗的优化:

在达到给定值后，控制系统会自动优化电机的能耗;

9）高启动转矩:

即使在长时间的运行之后，MICROMA-STEREco仍可确保各种泵类负载的稳定启动，在加速时，会自动提供附加的启动转矩;

10）内带PID控制模块:

PID功能可与外部的传感器直接连接，可以实现精确的流量、压力或温度控制，可接收0～10V，0～20mA或4～20mA标准反馈信号。

闭环系数均可调节以实现不同应用时优化、准确的控制。

4.4控制电路设计

控制电路包括继电器控制电路及PLC控制电路。

继电器控制电路图如图3所示。

图3继电器控制电路

KA0～KA6为中间继电器，它们分别控制KM0～KM6工作。

HL0～HL6为指示灯，其中HL0为电源指示灯，HL1～HL3分别指示M1～M3的工频运行，HL4～HL6分别指示M1～M3的变频运行。

图4系统PLC控制电路

图4给出了系统的PLC控制电路。

图4中SA7为手动/自动控制转换开关，SA8为自动起/停控制转换开关，P1为压力上限，P2为压力下限，SA1为1#水泵手动起动开关，SA2为1#水泵手动停止开关，SA3为2#水泵手动起动开关，SA4为2#水泵手动停止开关，SA5为3#水泵手动起动开关，SA6为3#水泵手动停止开关，KA0～KA6为中间继电器，它们分别控制KM0～KM6工作。

3.5PID调节器电路

PID调节器电路如图5所示，PID调节器的引脚11、12为电流输出信号，接图1中的变频器的引脚3、4，PID调节器的引脚18接图3中的PLC输入端子X4，PID调节器的引脚19接图3中的PLC输入端子X5。

PID调节器接受压力传感器送来的压力信号，自动调整变频器的频率给定输入，从而控制变频器的输出电压，进而控制变频泵的转速，实现变频泵水流量的稳定控制。

图5PID调节器电路

4.变频恒压供水系统的应用

1）各类型自来水系统，井用潜水电泵恒压供水系统。

2）高层建筑及住宅小区的生活用水；

3）工矿企业用水，对生产流程要求恒压变量的供水系统，如循环冷却用水、空调制冷、锅炉采暖系统的稳压供水、游泳池循环用水；

4）油田管道、油库、泵站、油港恒压输油系统及其它输液系统；

5）农村自来水、农业排灌和建设施工用水、园林喷洒、水景和音乐喷泉系统。

5.结束语

变频恒压供水在企业及高层生活小区的应用越来越广泛，变频恒压供水系统具有供水压力稳定,能实现水泵电机的软启动、软停止和高效节能等特点。

它可取代传统的水塔、高位水箱或气压罐等供水方式，不仅节能效果显著，还可以极大地改善系统的工作性能，并能延长系统的使用寿命，具有良好的技术、经济效益。

6.致谢

感谢我的指导老师

7.参考文献

●PLC基础及应用/廖常初主编.<

2>

版.北京:

机械工业出版社,2007.6（2009.7重印）;

●通用变频器及其应用/韩安荣.<

版.北京:

机械工业出版社,2000