基于变频调速技术的恒压供水系统设计Word下载.docx
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是今后小区供水方式的一个发展方向。
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毕业设计（论文）任务书
指导教师意见
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1.指出论文存在的问题及错误
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优良中及格不及格
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江苏农林职业技术学院毕业设计（论文）
答辩小组评议意见
学号 0805080135姓名王腾让
答辩小组意见：
1、对论文的评价
2.建议成绩等级
3.需要说明的问题
答辩小组长签字
摘要：
随着中国经济的快速发展，城市化步伐加快。
现在很多人已经住进小区，所以小区必
须提供给人们很好的供水质量，但也不能浪费有限的水资源。
每个小区都建有自己的供水系统。
小区供水系统的稳定性，可靠性，经济性直接影响到供水质量，传统的供水方式普遍存在占地面
积大、可靠性差、难以维护等缺点，所以现在基本已经被淘汰了。
本文主要设计一套小区变频恒压供水系统，该系统由
PLC，变频器，水泵机组，压力传感器，
液位传感器，上位机，通信模块等设备组成。
该系统具有生活管网和消防管网。
该系统可以手动
运行，也可以自动运行，同时还设计了人机界面，通过远程通信可以远程控制系统的运行。
系统
针对传统供水方式的缺点有了大大的改善，不仅提高了供水质量，同时也节约了水资源，投入资
金较少，维护方便。
变频恒压供水系统与传统供水系统相比，节能效果非常显著。
为了实现系统的恒压，本设计
通过压力传感器检测压力，然后反馈给变频器的
PID
模块，这样就构成一个闭环控制系统。
再通
过变频器控制电机的转速，这就是变频调速。
论文同时也讨论了消防供水的问题，在消防管网中
配备了两台高功率的电机。
最后，还通过组态软件编译了人机界面，使系统更加完善。
同时通过通信模块与上位机相连
接，构成一个远程监控系统，通过上位机就可以实现远程监控系统的运行情况，还可以改变系统
的运行参数。
对于保护环节，系统设计了水位报警，变频器故障报警，软启动器保护等。
关键词：
变频器；
PLC；
恒压供水；
变频调速；
监控系统
ABSTRACT
Along
with
the
rapid
development
of
Chinese
economy,
urbanization
step
is
quickly.
Now
many
people
have
moved
to
communities,
so
Community
has
provide
good
water
supply
quality
to
people,
but
can
not
waste
resources.
built
their
own
systems.
water
system
must
supplies
stability,
credibility
system,
economy
directly
influences
.The
traditional
means
cover
big
area,
and
low
efficiency，hard
maintenance
etc.
So
it’s
already
been
eliminated
now.
This
text
mainly
designs
a
cell
constant
pressure
which
by
PLC,
transducer,
pump,
sensors,
liquid
level
host
computer,
communication
modules
other
equipment
composition.
The
live
tube
net
fire
net.
control
hand,
it
also
automatically.
It
still
designed
man-machine
interface
at
same
time．Passing
the
long
range
correspondence
movement
that
system.
has
solved
problem
existing
in
way
supply,
such
as
economize
resources,
are
little
throw
funds,
convenience.
compare
it
energy
conservation
effect
extraordinary
prominence.
For
carrying
out
pressure,
this
design
spreads
feeling
machine
examination
through
Then
feedback
give
mold
piece
inverter.
Therefore
made
one
cyclic
And
then
variable-frequency
controls
electric
machine,
variable
velocity
frequency.
thesis
discussed
fire
fight
time
took
care
electrical
engineering
two
set
high
powers
fight.
Finally,
edited
translated
set
software.
is
more
perfect.
At
we
Build
up
conjunction
between
computer.
protection
link,
report
police,
inverter
breakdown
reports
soft
starter
protects
etc.
Key
words：
Variable-frequency;
PLC;
Constant
water-supply;
Variable
Velocity
variable
frequency;
monitorandcontrol-system
1
绪论
.....................................................................1
1.1
恒压供水产生的背景和意义
............................................1
1.2
现有的几种供水系统的比较
1.3
变频恒压供水的主要研究方向
..........................................1
2
变频恒压供水现有的理论支持
...............................................2
2.1
变频控制恒压供水控制方式
............................................2
2.2
供水系统的安全性讨论
................................................3
3
变频恒压供水系统的硬件设计
...............................................3
3.1
供水专用变频器的功能
3.2
变频恒压供水系统总体控制方案的确定
..................................3
3.3
变频恒压供水系统主要器件
............................................4
3.4
变频器的选型
........................................................4
3.4.1
及其扩展模块的选型
.........................................4
3.4.2
水泵机组的选型
................................................5
3.4.3
压力传感器的选型
..............................................5
3.5
变频器和ＰＬＣ控制电路设计
..........................................5
3.6
系统控制电路的设计
..................................................7
4
变频恒压供水系统的软件设计
...............................................7
4.1
变频恒压供水系统的工作原理
..........................................7
4.1.1
生活供水系统工作原理
...........................................7
4.1.2
消防供水系统的工作原理
.........................................8
4.2
系统的主程序流程图
..................................................8
4.3PID
调节器控制以及参数整定
........................................10
4.3.1
调节器控制
................................................10
4.3.2
变频器
参数调整流程图
......................................10
4.3.3
参数设置及参数调整
..................................12
5
系统远程监控系统的设计
..................................................13
5.1PLC
通信程序设计
..................................................13
5.2
上位机监控软件设计
.....................................................13
6
总结
....................................................................14
参考文献
..................................................................16
绪论
恒压供水产生的背景和意义
自从通用变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。
变频调速
恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，是当今最先进、合理的节能型供水系统。
随
着电力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强。
充分利用变频器内置的各种功
能，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着非常重要
的意义。
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，
而且具有显著的节能效果。
目前该产品正向着高可靠性、全数字化微机控制，多品种系列化的方向发展。
追求
高度智能化，系列标准化是未来供水设备适应城镇建设成片开发`智能楼宇、网络供水调
度和整体规划要求的必然趋势。
现有的几种供水系统的比较
水池－水泵（恒压变频或气压罐）－管网系统－用水点是目前国内外普遍采用的方
法。
该系统供水采用变频泵循环方式，以“先开先关”的顺序关泵，工作泵与备用泵不
固定死。
这样，既保证供水系统有备用泵，又保证系统泵有相同的运行时间，有效地防
止因为备用泵长期不用发生锈死现象，提高了设备的综合利用率，降低了维护费用。
水池－水泵－高位水箱－用水点这种供水方式通过水泵抽水送至高位水箱，再由高
位水箱向下供水至各用户。
但是这第种二次供水方式不可避免造成二次污染，影响居民
的身体健康。
所以这种方案并不可取，终将淘汰。
单元水箱－单元增压泵－单元高位水箱－各单位用水点的确也达到了楼房高层的用
户不因城市供水管网水压减小而用不到水的目标，但是它的投资较大，总费用比上两种
方式增加一、二十万元。
这些费用要在用户的水电费上来扣除，这对于居民和学校来说
是巨大的压力，所以也不可取。
结合小区用水的特点和经济效益的考虑,决定采用恒压变频供水系统。
变频恒压供水的主要研究方向
通过对现有供水系统的调研和分析，依据用户对供水系统的要求，确定以可靠性高、
使用简单、维护方便、编程灵活的工控设备变频器和
作为主要控制设备来设计变频
调速恒压供水系统，并引入计算机对供水系统进行远程监控与管理，保证整个系统运行
可靠，安全节能，获得最佳的技术经济性能。
论文包括以下内容：
1．论文在对课题对进行分析和研究的基础上，提出了系统的设计方案和思路，确
定论文主要的研究内容和研究方法；
2．分析供水系统基本模型及主要参数，对恒压供水系统中采用转速调节法和阀门控
制法作了比较，详细分析和论证变频调速方式在恒压供水系统中的节能原理和效果。
并
分析了变频调速方式对减少供水系统的水锤效应，提高系统安全性的作用。
3．论文就变频调速恒压供水控制系统的设计做了详细的分析和研究。
从用户的需求
入手确定设备的选型；
详细分析全自动变频恒压运行方式水泵运行的各种有效状态及其
转换过程，讨论
的程序设计方法及程序执行特点，并在此基础上提出供水系统控制
程序的功能模块和设计方案；
最后还提出了保障系统可靠性的一些措施。
4．通过计算机和
的通信，实现供水系统运行状态的实时远程监控是本论文的
一个特色之处。
通信系统的组成和通信协议，给出了通信程序，
并提出供水系统监控软件设计方法。
变频恒压供水现有的理论支持
变频控制恒压供水控制方式
水泵设计是按工频运行时设计的，但供水时除高峰外，大部分时间流量较小，由于命
名用了变频技术及微机技术有微机控制，因此可以使水泵运行的转速随流量的变化而变
化，最终达到节能的目的。
新型变频调速供水设备将
调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器
内，形成了带有各种应用宏的新型变频器。
为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，
可对该信号设置滤波时间常数，还可对反馈信号进行换算，使系统的调试非常简单、方
便。
这类变频器的价格仅比通用变频器略微高一点，但功能却强很多，所以采用带有内
置
功能的变频器生产出的恒压供水设备，降低了设备成本，提高了生产效率，节省
了安装调试时间。
供水系统的安全性讨论
水锤效应
在极短时间内，因水流量的急巨变化，引起在管道的压强过高或过低的冲击，并产
生空化现象，使管道受压产生噪声，犹如锤子敲击管子一样，称为水锤效应。
2．
产生水锤效应的原因及消除办法
产生水锤效应的根本原因，是水泵在起动和制动过程中的动态转矩太大，短时间内
流量的巨大变化而引起的。
采用变频调速，通过减少动态转矩，可以实现彻底消除水锤
效应。
3.变频调速对供水系统安全性的作用
（1）
消除了水锤效应，减少了对水泵及管道系统的冲击，可大大延长水泵及管道系统
的寿命；
（2）
降低水泵平均转速，减小工作过程中的平均转矩，从而减小叶片承受的应力，减
小轴承的磨损，使水泵的工作寿命将大大延长；
（3）
避免了电机和水泵的硬起动，可大大延长联轴器寿命；
（4）
减少了起动电流，也就减少了系统对电网的冲击，提高了自身系统的可靠性：
变频恒压供水系统的硬件设计
供水专用变频器的功能
供水专用变频器（普通变频器+PLC），是集供水控制和供水管理一体化的系统。
内置
供水专用
调节器，只需加一只压力传感器，即可方便地组成供水闭环控制系统。
系统供水有两种基本运行方式：
变频泵固定方式和变泵循环方式。
变频泵固定方式
最多可以控制
7
台泵，可选择“先开先关”和“先开后关”（适用泵容量不用场合）2
种
水泵关闭顺序。
变频泵循环方式最多可以控制
台泵，系统以“先开先关”的顺序关泵。
灵活配置常规泵、消防泵、排污泵、休眼泵，便于实现供水泵房全面自动化。
变频恒压供水系统总体控制方案的确定
从变频恒压供水的原理分析可知，该系统主要有压力传感器、压力变送器、变频器、
恒压控制单元、水泵机组以及低压电器组成。
（1）执行机构
执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入用户管网，其中由变频泵构成，变
频泵是由变频调速器控制、可以进行变频调整的水泵，用以根据用水量的变化改变电机
的转速，以维持管网的水压恒定。
（2）信号检测
在系统控制过程中，需要检测的信号包括自来水出水水压信号和报警信号:
①水压信号:
它反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号。
②报警信号:
它反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有异常。
该
信号为开关量信号。
（3）控制系统
供水控制系统一般安装在供水控制柜中，包括供水控制器（PLC
系统）、变频器和电控
设备三个部分。
①供水控制器:
它是整个变频恒压供水控制系统的核心。
供水控制器直接对系统中的
工况、压力、报警信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实
施控制算法.
②变频器:
它是对水泵进行转速控制的单元。
变频器跟踪供水控制器送来的控制信号
改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。
③电控设备:
它是由一组接触器、保护继电器、转换开关等电气元件组成。
用于在供
水控制器的控制下完成对水泵的切换、手/自动切换等。
（4）人机界面
人机界面是人与机器进行信息交流的场所。
通过人机界面，使用者可以更改设定压
力，修改一些系统设定以满足不同工艺的需求，同时使用者也可以从人机界面上得知系
统的一些运行情况及设备的工作状态。
（5）通讯接口
通讯接口是本系统的一个重要组成部分，通过该接口，系统可以和组态软件以及其
他的工业监控系统进行数据交换，同时通过通讯接口，还可以将现代先进的网络技术应
用到本系统中来，例如可以对系统进行远程的诊断和维护等
（6）报警装置
作为一个控制系统，报警是必不可少的重要组成部分。
由于本系统能适用于不同的
供水领域，所以为了保证系统安全、可靠、平稳的运行，防止因电机过载、变频器报警、
电网过大波动、供水水源中断、出水超压、泵站内溢水等等造成的故障，因此系统必须
要对各种报警量进行监测，由
判断报警类别，进行显示和保护动作控制，以免造成
不必要的损失。
变频恒压供水系统主要器件
系统所需的主要硬件有：
①变频器
升级会员 