恒压供水毕业设计Word格式文档下载.docx

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2.3系统软件设计

系统软件设计主要包括上位机监控软件设计和下位机PI。

C控制软件设计。

上位机与下位机之间通过以太网方式通信，共同完成整个控制系统的现场流程控制和远程监测管理功能。

上位机控制系统主要实现远程监测和管理功

能，利用组态软件进行组态，通过具体运行工况动态显示、实时数据获取及显示、历史数据存储与打印、故障报警等功能，实现整个系统的集中监测和控制。

由于供水系统是一个惯性较大的系统，不需要

过高的响应速度，因而在PI。

C程序的设计思想上以查询方式为主，中断方式为辅。

其具体程序流程如图3所示。

篋行给舉埔岀卸

*PLC输岀鮭电器，f

押智水更运行或停机

图3PLC控制主程序流程国

2.4核心技术

该恒压系统采用PID控制，具体结构如图4所

示。

其流程如下所述：

当系统开始工作时，首先接通变频器，然后通过接触器把水泵电机接入变频输出电路，实现电机软启动；

同时，安装在供水管网出水

1:

1的压力传感器将水压转换为4〜20mA的电信

号，PLC根据给定值与测量值的偏差大小，按照PID控制器的控制策略选择原则，在压力

允许范围

内，由变频器调整电机转速达到调节压力的目的。

在超出压力允许的范围内，通过结构调整，再结合变频达到调节压力的目的。

当用户用水量增加时，使得水管压力下降，此时

PLC输出相应控制信号，使变频器带动水泵电机升速，直至变频器输出至工频，把更多的水送往出水管

网。

电机由变频到工频的转换时间应尽可能短。

而电机脱离变频后，在水压的作用下，电机转速下降很快，转换时间过长，会导致电机启动电流增加。

因此，应在电路设计与软件设计中，考虑变频与工频接触器的互锁。

此外，根据日用水量变化情况，用水高峰集中在

早、中、晚3个时段，而在深夜用水量处于低谷。

因此，如果改变不同时段的压力给定值，就能更进一步地起到节能的作用。

图4PID控制结掏示虑圏

变频调速恒压供水设备以其节能、安令、高晶质的供水质量

等优点，使供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历r一

次乜跃。

恒J采供水iI封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凋节系统的运行参数，在用水量发牛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。

1恒压供水原理

通过管网中压力传感器将信号送人变频控制装置中，恒压控制器（由PLC和软件组成），恒压控制器将信号送入变频控制器，当管网中压/J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，水泵的流最减少，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ffli使得变频器速度电压下降，直

到动态平衡。

当夜晚不用水时，由于管嘲压力已达恒定，此时电机不转，水泵停止T作。

冈为N=KHQ,Q=0时，N=0。

系统处于等待状态。

当白天用水量增大，或13、夜有用水量变化时，Q跟随

变化，N也跟随变化，因而造成压力也跟随变化，从而达到恒压动态调节水的流鼍。

2变频、软启设备的选型

采用变频设备的日的不外乎两个，其一是为了节能降耗，其二足为了T艺的需要或优化。

经过各种性能指标的综合比较以及方便今后的维护、保养，水厂采用了ABB公司的ACS800变频

器、PSTB470/570软肩动器及主要无器件（断路器、接触器等）。

PSTB470/570软启动器性能稳定可靠，操作直观，能自行实现对水泵的软启软停。

既能实现水泵的无机械应力肩动及有效防止停泵时水锤对水泵的危害，并具有各种保护过载、短路等功能。

ACS800变频器不但节能效果好，而FL具有调速甲•滑、运行平稳等优点。

它能准确地判断电机负载的变化，使输出频率、电流与电压关系达到优化；

同时，在控制电路中运，H微处理器的高度智能性，结合软件设计使变频控制更加灵活方便；

具有丰富的信号采集处理与输m能力，全面的保护功能与故障处理能力。

ACS800

交流变频器不仅只是一台变频设备，还相当一台高性能且使用方便的智能控制设备。

根据水厂操作及维护人员的意见。

反映电动阀f】在手动控制其开启或笑闭的过程Ifl，由于机械或电气原因，常会出现打开过度或炎闭过度的情形，称阀门过力矩。

一旦阀门过力矩，要求变频器能提供报警。

应用户要求，变频器配置了该功能。

电机温度自动控制变频器对电机温度进行检测，Jf在变频

｝殳定电

器主界面上提供电机温度值显示。

在变频器的模拟输入通道参数设定巾，用户可以机超温报警、过热跳闸保护、电机冷风机启动、电机冷风机火闭四个温度值，实现变频器对电机的温度监测和自动保护功能。

3配置工频旁路三：

恒压供水的实现方式

3.1压力控制点的选择恒压供水系统按住力控制点位置不

同，如图所示口r分两类：

一是将控制点设在最不利处，直接按最不利点水压进行工况i|司节；

--.是将控制点设于泵站出u,按该点的水压进行工况凋节•，间接的保证最小利点的水压稳定。

压力控制点设在水泵出u，按此雎力设定值变频调节水泵T况是常用方

式。

这种设置管理方便，但其技术、经济性能不十分理想.对用户而言水压波动范围大，并在一定程度上导致了静扬程的浪费，影响了变频系统先进性能的充分发挥。

将雎力控制点设存最不利处，町以保证用户水握的稳定，无论供水管路等因素发生什么变化。

最不利点的水压是恒定的，但这种控压方式又由于存在电缆过长、信号易十扰等问题而受到限制。

根据多年的使用经验，将压力控制点没在r出厂t-I管嘲上，尽町能将』正力控制点靠近最不利点。

这种方案埘给水设备本身无显著的影响与改变，又口T尽可

能的发挥出变频调速供水的先进性和经济性。

3.2控制过程水厂在正常供水情况下只运行串联加住泵组，以充分利用进水管脚中的水头，只有在供水蛩不能满足使用要求时才f耳开启另一清水池加雎泵组。

变频泵拥有优先使用权，在开机时，首先启动串联加压泵组1号变频泵，如不能满足供水要求，

冉由软启动器启动2号T频泵或四、变频器廊用效果从变频器投入运行4个多月的运行效果看，完全达到了用户进行水泵变频改造的H的，较改造胁其优越性体现千。

①操作简便，易于观察。

变频器运行时的所有数据及运行状态在值班审内上位机的显示屏都可直观的了解：

如运行频率，泵口及管网水压，变频器输入、输出侧的电压、电流，开环或闭环运行状态等；

只需掌握了计算机的最基木的操作即可完成水压或频率的给定，加减速，启泵与停泵的操作等。

即使操作失误，相应的保护功能也很完善。

比如正常操作中不慎点击了停机键，在运行频率缓慢下降过程中，仍可通过点击启动键重新恢复IF常状态。

②启泵与停泵完拿实现了自动控制。

根据经验，用户在参数设定页设定厂允许开阀的最小水压（0.48MP），在肩动水泵升速过程中，水泵出口水压逐渐增高，当犬十设定的“允许开阀最小水压”时•阀门开始打开•直至开全。

在停泵时，阀门同步关闭，阀门关严后自动开始减速停机。

变频器故障停机时，会自动发出关闭阀门指令。

如果开泵时，阀门因各种原因未能开全，将提示“阀门没有开全”，停泵时，如阀门未关严，将提示“阀门没有天严”。

在对阀门进行检修时，可通过设定将阀门联锁功能取消。

这样在开泵和停泵过程巾，值班人员无需再对阀门执行任何操作，不仅减少了操作的失误，由于变频器平稳的启动与停机过程，也不会造成对管网的冲击。

水厂恒压供水系统凭借自身技术力量和实践经验成功开发的，它不但为企业带来了高效益、高自动化，也为交流变频设备在供水行业中的应用方式做r有益的探索。

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，而凡具自•显著的节能效果。

随着供水行业应用者水平的不断提高，供水下艺的不断革新，必将自.越来越多的新技术、新方案得到开发、使用。

3自动加减泵程序设计圆图

图4为3泵可自动进入睡眠状态的自动加减泵供水系统的最佳程序圆图。

在进行恒压变量供水装置的程序控制软件设

计时，一般都要求各泵尽量均衡工作，以保证各泵工作相对一致，同时也达到延长泵寿命的目的。

这就要求各泵“先起先停”、“先停先起”。

从图4所示来说明其工作进程：

当起动主令发出后，首先使A泵投入变频供水，系统在该工作状态下有两种变化趋势：

①用水量减小，回到睡眠状态，此后如再需供水，则自行起动B泵投入变频供水。

若B泵也回到睡眠状态，再起动的则是c泵；

②用水

量加大，则自行加入B泵投入变频供水，投入之前，A泵已先行转为工频运行。

若系统自A。

状态（A泵单独工作状态）直接返回睡眠状态，如果再次供水，则白行起动B泵。

这时也有两种变化趋势：

①用水量减小，又返回睡眠状态，一旦需要供水，则自行起动c泵；

量加大，即自动将B泵转至工频后加入c泵，成为B。

，C。

状态：

当A泵单独工作并进入A。

，B。

状态时，仍有两种程序选择：

①用水量加大，自行进入AcB。

c。

三泵同时工作状态，此时供水量可以达到设计供水量的最大值（当c泵也达额定转速时）。

②用水量减小，即把先行工作的A泵切除，回到B。

状态。

以此类推，形成封闭的程序圆图。

图5为3泵带辅泵自动加减泵供水系统最佳程序圆图。

图5与图4的区别仅在于睡眠状态被辅助

图，各泵带辅的自动加诚泵程序圆屋几一辅臬1-Cr时起动仏2—%几时起剔G

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水泵所取代。

当供水系统的泄漏水量大到不可忽视或用水量很小时，为保汪供水压力可进入辅泵丁作状态。

一般辅泵的功率仅为主泵的儿分之一甚至几十分之一，这也体现了•个节能的问题。

既然主泵已有变频调速功能，系统可不没辅泵以减少设备投资。

但当主泵功率过大（>

45kw）时，考虑电机长时、低速运转的发热问题，设辅泵还是有必要的。

3控制方案及工作原理

3.1控制方案

给水泵站控制系统根据现场需要，需要配备1

套S7—300PLC,3台EC01—132阴变频器，3台

ECOI—5500/3。

其中变频器用于给水泵的控制，

PLC用于控制各给水泵之间的切换顺序与启/停操作。

给水泵既可以通过现场控制柜的操作按钮进行手动控制，也可以由PLC进行自动控制。

手动控制时可以控制任一台给水泵的启/停。

自动控制时给水泵的启动顺序为先启动功率大的给水泵，再启动功率小的给水泵；

停止顺序为，先停功率小的给水泵，再停功率大的给水泵血J。

3.2控制系统工作原理

3.2.1自动闭环控制过程

当系统处于自动调节状态时，自动控制指示灯亮，系统进入自动控制状态。

系统以给水连接管上的压力变送器的输出作为反馈信号。

反馈信号采取16rnA电流信号，给水连接管压力值可在PLC中人

为设定，通过其内部的PID控制功能，调节变频器的

输出额率⑴。

系统控制廉理见图3。

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R13系统担制原耳方枢PB

控制系统给水泵电机的运行切换是根据设定的压力三给水连接管压力变送器测定的现场压力的茎值3来控制的