毕业论文-恒压供水系统的设计.doc

恒压供水系统的设计毕业设计开题报告一、课题设计（论文）目的及意义1通过这次的毕业设计，使我对恒压供水方面及相关专业课程方面的知识更加巩固了，同时也对供水系统有了一个系统的掌握和认识，培养了我的独立思考，独立解决问题，独立分析问题的能力。2同时也养成了工作认真，严谨的作风。提高了自身素质，使自己在以后的工作中更加的严格严格要求自己。形成一丝不苟的工作精神。3.熟练地掌握了对课题知识查询的能力，以及供水系统方面的知识在生活中的实际应用。使理论知识与实际生活相接轨。让自己更加对恒压供水有一个全方位的认知认识及更深入方面知识的探究。二、课题设计（论文）提纲1.恒压供水产生的背景及意义，以及它所面临的现状。2.变频恒压供水的理论分析1）水泵的工作原理2）供水压力和变频输出频率的关系3.变频恒压供水系统的构成及控制原理1）通用变频器+PLC（包括变频控制、调节器控制人机界面+传感器） 2）变频恒压供水系统的结构3）变频恒压供水系统的控制方案4）变频恒压供水系统的水压恒定控制5）变频供水水泵加减的控制4.变频恒压供水系统的设计1）理论可行性2）技术可行性3) 硬件设计4）软件设计三、课题设计（论文）思路、方法及进度安排思路方法：1）在图书馆阅读有关恒压供水方面的书籍，以及搜集此方面的知识。2）利用网络了解恒压供水在变频器方面的应用3）与指导老师及同学及共同进行交流和探讨，从老师那多了解一些恒压供水方面的资料，使自己对此课题有更深一步的了解。有利于自己的毕业设计能更加的完善。进度安排：第一周：弄清该设计的工作原理，选题方案，对比各种方案，选择合适的方案。第二、三周：在网上和书上搜集各种资料。第四周：写出论文的整体提纲。第五周：写毕业论文。第六周：毕业答辩四、课题设计（论文）参考文献：1王兆义可编程控制器原理及应用M北京：机械工业出版社，19932李世基微机与可编程控制器M北京：机械工业出版社，20013西门子SIMATIC S7-200可编程控制器操作与编程指南S重庆钢铁设计研究所，19984SIMATICS7200编程手册S常州机床电器厂，1997 5 谢仕宏. 恒压供水软启动节能控制系统设计J.中国给排水，2004.6 张建奇.数字PID变频调速在PLC恒压供水系统中的应用J.微计算机信息，20027 陈建洪.PID控制程序在恒压供水系统中的应用J.龙岩师专学报，20048 屈有安.变频器PID恒压供水系统J.江苏电器，2002.9 严盈富.恒压供水系统的控制与仿真J.南昌航空工业学院学报，2004 目 录摘 要91 绪论101.1引言102 变频恒压供水的理论分析122.1水泵的工作原理122.2供水压力和变频器输出频率的关系133 变频恒压供水系统的构成及控制原理173.1 通用变频器+PLC173.2变频恒压供水系统的结构183.3变频恒压供水系统的控制方案213.4变频恒压供水系统的水压恒定控制223.5变频供水水泵加减的控制234 变频恒压供水系统的设计274.1理论可行性274.2技术可行性274.3硬件设计284.4软件设计30本 章 小 节32致 谢33摘要随着我国社会经济的发展，住房制度改革的不断深入，人们生活水平的不断提高，城市建设发展十分迅速，同时也对基础设施建设提出了更高的要求。城市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、经济性直接影响到用户的正常工作和生活，也直接体现了供水管理水平的高低。传统供水厂，特别是中小供水厂所普遍采用的恒速泵加压供水方式存在效率较低、可靠性不高、自动化程度低等缺点，难以满足当前经济生活的需要。随着人们对供水质量和供水系统可靠性要求的不断提高，需要利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，要求设计出高性能、高节能、能适应供水厂复杂环境的恒压供水系统成为必然趋势。本文首先根据管网和水泵的运行特性曲线，阐明了供水系统的变频调速节能原理;从具体分析了变频恒水压供水的原理及系统的组成结构，提出不同的控制方案，通过研究和比较，得出结论:变频调速是一种优于调压调速、变极调速、串级调速、机械调速等的调速方式，是当今国际上一项效益最高、性能最好、应用最广、最有发展前途的电机调速技术.它集微机控制技术、电力电子技术和电机传动技术于一体，实现了工业交流电动机的无级调速，具有高效率、宽范围和高精度等特点的结论。因此本文以采用变频器和PLC 组合构成系统的方式，以德州第一水厂160kw和75kw水泵电动机控制系统为对象，逐步阐明如何实现水压恒定供水和数据传输的.最后，从分析该厂恒压变频供水的可行性，改造的理论、技术、经济可行性等方面进行多次实验分析:其次，分别从确定变频器的参数，设计变频主电路、变频电机的运行模式、控制模式及流程。在此基础上，对中小供水厂变频电机的选型、安装、调试和运行各步骤加以详细地阐述。然后归纳和分析了安装运行中的问题和注意事项。通过变频恒压供水系统的试运行，对该系统在实际供水中所取得的节约电耗、恒定压力、保护管网等实际效果进行了总结，指出变频技术在中小供水厂供水领域所取得的成果及应用中的局限性。关键词：PLC、恒压供水、变频器1 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。 对于大多数采用供水企业来说，传统供水机泵存在日常运行费用太高，供水成本居高不下，单位供水的能耗偏大的问题，寻求供水与能耗之间的最佳性价比，是困扰企业的一个长期问题。目前各供水厂的供水机泵设计按最大扬程与最大流量这一最不利条件设计，水泵大多数时间在设计效率以下运行。导致电动机与水泵之间常常出现大马拉小车问题(如图 1.1)。因此，如何解决供水与能耗之间的不平衡，寻求提高供水效率的整体解决方案，是各供水解水企业关心的焦点问题之一。 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。所以研究设计基于变频调速的恒定水压供水系统(简称变频恒压供水，如图1.2)，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。2 变频恒压供水的理论分析2.1水泵的工作原理 供水所用水泵主要是离心泵，普通离心泵如图2.1所示:叶轮安装在泵壳2内，并紧固在泵轴3上，泵轴由电机直接带动，泵壳中央有一液体吸入口4与吸入管5连接，液体经底阀6和吸入管进入泵内，泵壳上的液体排出口8与排出管9连接。 在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体:启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。2.2供水压力和变频器输出频率的关系 在变频恒压供水系统中，供水压力是通过对变频器输出频率的控制来实现的。确定供水压力和输出频率的关系是设计控制环节控制策略的基础，是确定控制算法的依据。 送水泵站所采用的水泵是离心泵，它是通过装有叶片的叶轮高速旋转来完成对水流的输送，也就是通过叶轮高速旋转带动水流高速旋转，靠水流产生的离心力将水流甩出去。离心泵也因此而得名。在给水排水工程中，从使用水泵的角度来看，水泵的工作必然要和管路系统以及许多外界条件联系在一起.在给水排水工程中，把水泵配上管路以及一切附件后的系统称为 “装置”，在控制系统的设计中，真正对系统的分析和设计有价值的也是这种成为系统的装置，而不是单单的孤立水泵。在水泵结构和理论中，有一些评价水泵性能的参数，供水系统的主要参数如下:： 流量(Q):单位时间内流过管道内某一截面的水流量，在管道截面不变的情况下，其大小决定于水流的速度。 扬程问:供水系统把水从一个位置上扬到另一位置时水位的变化量，数值上等于对应的水位差。其常用单位是m。 轴功率(几):水泵轴上的输入功率(电动机的输出功率)，或者说是水泵取用的功率。 供水功率(几):供水系统向用户供水时所消耗的功率几你叨，供水功率与流量和扬程的乘积成正比: 式中Cp一 比例常数。 工作效率伪，):水泵的供水功率Pc和轴功率界之比，如式2.6所示。这里所说的水泵工作效率，实际上包含了水泵本身的效率和供水系统的效率。其根据实际供水的扬程和流量算得的功率，是供水系统的输出功率。 其中有效功率是指单位时间内通过水泵的液体从水泵那里得到的能量叫做有效功率。转速(n卜水泵叶轮的转动速度。根据水泵理论，如图2.3所示. 由于水泵在送水过程中，清水池水位一般高于水泵的测量点，所以不存在进水口抽真空，所以在进水口的真空值为0.水泵进水口与出水口都沿水平方向放置，位置差为0。水泵在正常工作时，动能的变化相对较小。考虑这些具体情况，上式可以改写为: 由于水泵是由一台交流感应电动机带动运行的，电机的转速与水泵的转速相同。电机的输出有效功率与水泵的轴功率相等。在电机理论中，感应电机的机械功率为:在变频调速时，由于磁通中m不变，从电机公式(212)可以看出，要使主磁通中m保持不变，则UI/fl必须保持不变。因此在变频调速过程中.电压应该与频率成正比例变化，设代入式(2.n)得根据能量守恒定律，有水泵装置在变频调速的工作状态下运行时，有:其中杯为电机的效率。所以， 从上式可以看出，当变频器的输出频率一定的情况下，当用户用水量增大，从而Q增大时，压力表的读数将会变小，即管网供水压力将会降低。为了保持供水压力，就必须增大变频器的输出频率以提高水泵机组的转速;当用户的用水量减小时，Q减小，在变频器输出频率不变的情况下，管网的供水压力将会增大，为了减小供水的压力，就必须降低变频器的输出频率.由于用户的用水量是始终在变化的，虽然在时段上具有一定的统计规律，但对精度要求很高的恒压控制来讲，在每个时刻它都是一个随机变化的值。这就要求变频器的输出频率也要在一个动态的变化之中，依靠对频率的调节来动态地控制管网的供水压力，从而使管网中的压力恒定。3 变频恒压供水系统的构成及控制原理 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.。系统主要的设计任务是利用恒压控制单元使变频器控制一台水泵或循环控制多台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软启动以及变频水泵与工频水泵的切换，同时还要能对运行数据进行传输。根据系统的设计任务要求，结合系统的使用场所，本文选用通用变频器+PLC控制。 3.1 通用变频器+PLC(包括变频控制、调节器控制人机界面+压力传感器) 这种控制方式灵活方便。具有良好的通信接口，可以方便地与其他的系统进行数据交换;通用性强，由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同控制系统。在硬件设计上，只需确定P比 的硬件配置和拍 的外部接线，当控制要求发生改变时，可以方便地通过PC机来改变存贮器中的控制程序，所以现场调试方便。同时由于P比 的抗干扰能力强、可靠性高，因此系统的可靠性大大提高。因此该系统能适用于各类不同要求的恒压供水场合，并且与供水机组的容量大小无关。3.2变频恒压供水系统的结构 通过变频恒压供水系统我们可以看出变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检测、控制系统、人机界面、通讯接口以及报警装置等部分组成。如图3.1所示。 .3.2.1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。通常这些水泵包括:1)调速泵: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)恒速泵:水泵运行只在工频状态，速度恒定，它们用以在用水量增大而调速泵的最大供水能力不足时，对供水量进行定量的补充。. 此外，通常一些变频系统还会增设附属小泵，它只运行于启、停两种工作状态，用以在用水量很小的情况下(例如:夜间)对管网用水量进行少量的补充.。3.2.2信号检测在系统控制过程中，需要检测的信号包括水压信号、液位信号和报警信号: (l)。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。此信号是模拟信号，读入PLC时，需进行 冉刃 转换。另外为加强系统的可靠性，还需对供水的上限压力和下限压力用电接点压力表进行检测。检测结果可以送给PLC，作为数字量输入。(2)。液位信号:它反映水泵的进水水源是否充足。信号有效时。控制系统要对系统实施保护控制，以防止水泵空抽而损坏电机和水泵。此信号来自在安装于水源处(在乐山第一水厂设计中，为清水池水位)的液位传感器。(3)。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。3.2.3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(P比 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压力、液位、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，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构(即水泵成行控制)。.(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。根据水泵机组中水泵被变频器拖动的情况不同，变频器有如下两种工作方式: 1)变频循环式:变频器拖动某一台水泵作为调速泵，当这台水泵运行在50Hz时，其供水量仍不能达到用水要求，需要增加水泵机组时，系统先将变频器从该水泵电机中脱出，将该泵切换为工频的同时用变频去拖动另一台水泵电机。2)变频固定式:变频器拖动某一台水泵作为调速泵，当这台水泵运行在50Hz时，其供水量仍不能达到用水要求，需要增加水泵机组时，系统直接启动另一台恒速水泵，变频器不做切换，变频器固定拖动的水泵在系统运行前可以选择。 变频器的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/自动切换及就地/集中等工作。3.2.4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。人机界面还可以对系统的运行过程进行监视，对报警进行显示。3.2.5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。3.2.6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、供水水源中断造成故障，因此系统必须要对各种报警量进行监测，由P比 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。3.3变频恒压供水系统的控制方案 变频恒压供水系统的控制方案有多种，有1台变频器控制1台水泵的简单控制方案，也有1台变频器控制几台水泵的方案，本文简单介绍单台变频器控制单台水泵。 单台变频器控制单台水泵的控制方案在国内通常是指是一台变频器控制一台水泵。由于全部变频系统中，变频器、控制器、电机均无备份设备，出现问题无法切换，故目前多适用于用水量不大，对供水的可靠性要求不高的场合。该控制方案的控制原框图见图3.2，电路见图3.3。 值得一提的是，在国外或国内少数大企业，也有一种每台变频器只带一台水泵的运行方式，但它的控制方式与上面是不同的，这些泵站往往是同时配备了多台变频器配多台水泵，采用集中控制的办法，这种变频系统与国内水泵站常用的一台变频器控制单台水泵的工作方式是完全不一样的。在这种系统中，由于有多台变频器，各水泵既可以同时变频运行，也可以分别工频运行，使其可靠性、安全性、可调节性大大优于国内常见的各种控制方式，不过在成本上，也远远高于目前国内的常用的变频恒压供水系统。 3.4变频恒压供水系统的水压恒定控制 在变频恒压供水中，整个变频恒压供水控制系统要根据检测到的输入信号的状态，按照系统的控制流程，通过变频调速器和执行元件对水泵组进行控制实现恒压供水的目的。这个控制过程是一个闭环过程，它的反馈信号是由压力传感器产生的供水压力，执行机构是变频器，通过控制系统将控制结果传输到变频器中，改造变频器的输出频率，从而使供水压力发生改变，完成整个控制过程。其中需要完成的控制流程如图3.5所示。 对于一台变频器带两台或两台以上电机的系统，电机的控制通常按上节方案2所述流程进行. 在实际运用中，通常对水压的闭环控制都采用PID控制，电机增减的控制根据不同的情况有所不同，但多数采用频率、频率结合压力的方法来实现。PD 的算法和实现将在3一4.2节进行详细阐述，电机的增减控制算法在将在3.5节加以分析。3.5变频供水水泵加减的控制 在上面的工作流程中，我们提到当一台调速水泵己运行在上限频率，此时管网的实际压力仍低于设定压力，此时需要增加恒速水泵来满足供水要求，达到恒压的目的;当调速水泵和恒速水泵都在运行且调速水泵已运行在下限频率，此时管网的实际压力仍高于设定压力，此时需要减少恒速水泵来减少供水流量，达到恒压的目的。那么何时进行切换，才能使系统提供稳定可靠的供水压力，同时使机组不过于频繁的切换? 尽管通用变频器的频率都可以在60Hz甚于上百Hz范围内进行调节，但当它用在供水系统中，其频率调节的范围是有限的，不可能无限地增大和减小。当正在变频状态下运行的水泵电机要切换到工频状态下运行时，只能在50F吃时运行，由于电网的限制以及变频器和电机工作频率的限制，50Hz成为频率调节的上限频率。当变频器的输出频率已经到达 50比 时，即使实际供水压力仍然低于设定压力，也不能够再增加变频器的输出频率了。要增加实际供水压力，正如前面所讲的那样，只能够通过水泵机组切换，增加运行机组数量来实现。另外，变频器的输出频率不能够为负值，最低只能是OHz。其实，在实际应用中，变频器的输出频率是不可能降传到OHz，因为当水泵机组运行，电机带动水泵向管网供水时，由于管网中的水压会反推水泵，给带动水泵运行的电机一个反向的力矩，同时这个水压也在一定程度上阻止源水池中的水进入管网，因此，当电机运行频率下降到一个值时，水泵就己经抽不出水了，实际的供水压力也不会随着电机频率的下降而下降.这个频率在实际应用中就是电机运行的下限频率。这个频率远大于OHz，具体数值与水泵特性及系统所使用的场所有关，一般在20Hz左右.由于在变频状态下，水泵机组中电机的运行频率由变频器的输出频率决定，这个下限频率也就成为变频器频率调节的下限频率。 从上面的分析可以看出，当变频器的输出频率已经到达上限频率，而实际的供水压力仍然低于设定压力时，存在的实际供水压力差己经不能够使输出颁率增大，实际供水压力也不会提高.当变频器的输出频率己经下降到下限频率，实际的供水压力却仍高于设定的供水压力时，存在的压力差不会使输出频率继续降低，实际的供水压力也不会降低.所以，选择这两个时刻作为水泵机组切换的时机是合理的，但要做以下考虑。首先把上面的判别条件简写如下: 对于第一个判别条件，可能出现这种情况:输出频率达到上限频率时，实际供水压力在设定压力上下波动。在这种情况下，如果按照上面的判别条件，只要条件一满足就进行机组切换，很可能由于新增加了一台机组运行，供水压力一下就超过了设定压力。并且使新投入运行的机组几乎在变频器输出频率的下限运行，对供水作用很小。在极端的情况下，运行机组增加后，实际供水压力超过设定供水压力，而新增加的机组在变频器的下限频率运行，此时又满足了机组切换的停机条件，需要将一个在工频状态下运行的机组停掉。假设这一段时间内用户的用水状况保持不变(其实在一个稳定的供水时段可以看作这种情况)，那么按照要求停掉了一个工频状态下运行的机组之后，机组的整体运行情况与增加运行机组之前完全相同.可以预见，如果用水状况不变，供水泵站中的所有能够自动投切的机组将一直这样投入一切出，再投入再切出地循环下去。这增加了机组切换的次数，使系统一直处于不稳定的状态之中。同时，在切换过程和变频器从启动到稳定的过程中，系统的供水情况是不稳定的，实际供水压力也会在很大的压力范围内震荡。这样的工作状态既无法提供稳定可靠的供水压力，也使得机组由于相互切换频繁而增大磨损，减少运行寿命。 对于第二个判别条件，通过相同的讨论方法也能够得到类似的结论。所以，在实际应用中，应当在确实需要机组进行切换的时候才进行机组的切换。相应的判别条件是通过对上面两个判别条件的修改得到的，其实质就是增加了回滞环的应用和判别条件的延时成立。在恒压供水中，机组的切换为机组增加与机组减少两种情况，这两种情况由于变频器输出频率与供水压力的不同逻辑关系相对应。考虑到只有当变频器的输出频率在上下限频率时才可能发生切换，并且上限频率时不可能减泵，下限频率时不可能增泵，所以，可以采用回滞环思想进行判别如图3_7表示 即:如果变频器的输出为上限频率，则只有当实际的供水压力低于比设定压力小P故 的时候才允许进行机组增加:如果变频器的输出为下限频率，则只有当实际的供水压力高于比设定压力大P故 的时候才允许进行机组的减少。回滞环的应用提供了这样一个保障，即如果切换的判别条件满足，那就说明此时实际供水压力在当前机组的运行状况下满足不了设定的要求。但这个判别条件的满足也不能够完全证明当前确实需要进行机组切换，因为有两种情况可能使判别条件的成立存在问题:实际供水压力超调的影响;现场的干扰使实际压力的测量值有尖峰。 这两种情况都可能使机组切换的判别条件在一个比较短的时间内满足，造成判断上的失误，引起机组切换的误操作。这两种情况有一个共同的特点，即它们维持的时间短，只能够使机组切换的判别条件在一个瞬间满足。根据这个特点，在判别条件中加入延时的判断就显得尤为必要了。所谓延时判别，是指系统仅满足频率和压力的判别条件是不够的，如果真的要进行机组切换，切换所要求的频率和压力的判别条件必须成立并且能够维持一段时间，比如一、两分钟，如果在这段延时的时间内切换条件仍然成立，则进行实际的机组切换操作;如果切换条件不能够维持延时时间的要求，说明判别条件的满足只是暂时的，如果进行机组切换将可能引起一系列多余的切换操作。经过上面的讨论，将实际的机组切换的实际条件定为：4 变频恒压供水系统的设计4.1理论可行性 在第二章已对变频电机的理论和在恒压供水中所产生的效果进行了理论分析，在第一水厂中，供水压力长期恒定在0.35一0.4MPa之间，在实际操作中，也经常采用机组切换及阀门掩阀操作。.在理论上，如在第一水厂采用变频电机实现恒压供水，对恒定供水压力确保管网压力的稳定、减少启动电流、节约电耗都可以产生积极和效果。4.2技术可行性 供水行业作为特殊行业，在采用新技术的同时，对技术稳定性、可靠性也有较高要求，变频恒压供水技术虽然出现时间不长，但20世纪90年代，变频器大规模进人中国后，发展迅速，技术上己逐步成熟.目前国内有90多个品牌的变频器，产品主要为:来自日本的厂家如三菱、富士、东芝、安川、日立和松下等，欧洲的西门子、ABB、施耐德等。同时也有大量的国产品牌或合资品牌，如深圳的华为、四川的森兰、成都的佳灵、南京的耐特和烟台的惠丰等。在低压(4。ov)小容量(315kw以内)变频器范围上，国内产品在性价比和可维护性上己表现出良好的应用前景.在国内的上海、广东等大量中小型供水厂中，都己采用了低压变频供水设施。4.3硬件设计4.3.1变频供水主电路设计供水主电电路设计如图41，采用了以一台变频器连接同时连接Y3巧电机和Y28OS电机。由于变频恒压供水改造不需要对电机进行改进，故电路设计中尽可能保持现有的电气设备，以确保系统的可靠性。要注意的是，因为是一拖二方式，所以必须确保开关 IKM与IK入住电气联锁，ZKMI与ZKN12电气联锁。连锁功能由开关柜自身实现，在变频器出现问题时，要求可以手工实现工频、变频转换。开关柜KM上设过流保护，开关柜盘面上设电流表、有功电能表、开、停指按钮等，还应设一个多段LED显示器，以显示从变频器PLC 控制器内取得变频器运行参数，并能方便操作人员进行常用变频器参数设定。4.3.2控制系统硬件设计 变频器控制电路设计如图4.2，其中最主要的利用P比 采集压力信号进行反馈控制。 在硬件设计中，考虑了各种报警信号的处理，液位传感器用于处于清水池(电机水源)液位信号，当清水池水位过低，就必须报警，必要时PLC 应输出停机信号关闭运行电机。同样，考虑到变频器在送水泵房中长期运行可能造成的温度过高，可以利用PLC 来判断温度报警信号并启动强制制冷风车，以确保系统的安全运行。此外，在中小供水厂中，普遍缺少大型水厂那种齐全的生产监控设备及远程停机控制设备，应将流量和水质等信号接入PLC 中，以便生产环节出现事故时能自动紧急停机，这是不同于小区和加压泵站供水的一个重要方面。4.4软件设计 在控制系统中，变频器通过PLC 通过对电机出厂压力点处设置的压力变送器反馈信号，进行单闭环控制。此外，为了适应供水情况的突发变化等，在必要时，可以实现手动频率控制功能。P比 程序设计的主要任务是接受外部开关信号的输入以及管网的压力信号和水池水位信号，判断当前的系统状态是否正常，然后执行程序，由输出信号去控制接触器、继电器和变频器等器件，以完成相应的控制任务，除了PID运算，PLC主要控制任务就是输出频率的计算和工频、变频的切换。在设计时，需要注意的是由于供水系统是一个惯性较大无法突变的系统，不需要过高的响应速度，因而在设计思想上应以查询方式为主，中断方式为辅。.4.4.1系统初始化程序设计 在系统开始工作的时候，先要对整个系统进行初始化，即在开始启动的时候，先对系统的各个部分的当前工作状态进行检测，如出错则报警，接着对模拟量(管网压力、液位等)数据处理的数据表进行初始化处理，赋予一定的初值。4.4.2压力恒定控制程序设计 在变频恒压供水系统压力控制程序的设计流程如图43，检测压力的大小，信号传送到PLC，系统首选对数值进行分析，确认数据正常后，与压力设定值进行判断，如果与设定值相同，则直接进入下一采样周期，如果不同，则进行PID控制，通过PLC控制变频器改变频率参数，从而实现恒压供水。在恒压供水程序设计中，还应考虑到报警问题，通常要设计中断程序处理信号报警。特别要注意的是，在中小供水厂有条件的情况下，除了通常的液位报警和过载报警等外，还应将流量仪、浊度仪、余氯仪等报警信号接入PLC，从而实现在供水厂出现流量严重异常或水质事故时可以实现紧急停机。本 章 小 节本章首先分析了第一水厂的电机和水泵组成、电机和水泵在实际工作中的运行情况。对第一水厂电机进行恒压变频改造进行了可行性分析。从经济上进行了通过采用不同的流量控制方式浅阀和变频调速)的对比，体现了变频调速恒压供水具有的经济效益优势，在技术上，通过目前变频技术在国内外的分析及恒压变频供水的应用，说明了恒压变频供水的技术可行性。本章最后在可行性分析的基础上，对第一水厂变频恒压供水改造进行了系统设计，包括供水主电路的改造设计、电机启动流程的设计和PLC恒压供水控制的设计为第一水厂恒压变频供水改造工程打下基础。参 考 文 献1王兆义可编程控制器原理及应用M北京：机械工业出版社，19932李世基微机与可编程控制器M北京：机械工业出版社，20013西门子SIMATIC S7-200可编程控制器操作与编程指南S重庆钢铁设计研究所，19984SIMATICS7200编程手册S常州机床电器厂，1997 5 谢仕宏. 恒压供水软启动节能控制系统设计J.中国给排水，2004.6 张建奇.数字PID变频调速在PLC恒压供水系统中的应用J.微计算机信息，20027 陈建洪.PID控制程序在恒压供水系统中的应用J.龙岩师专学报，20048 屈有安.变频器PID恒压供水系统J.江苏电器，2002.9 严盈富.恒压供水系统的控制与仿真J.南昌航空工业学院学报 致 谢在本次设计中，我要真诚的感谢范兴隆老师给予我的指导，在设计过程范兴隆老师严格督促我的毕业设计速度，及时的帮我解决我在设计中遇到的各种问题和困难，在设计中一直对我严格要求，在整个毕业设计过程中都给我耐心的指导和讲解，并主动为我提供各种相关技术资料，在范老师的帮助和指导下我顺利完成了本次毕业设计，也让我在这次毕业设计中受益匪浅，在此谨向范兴隆老师致以深切的谢意！同时向在我毕业设计中给予了我帮助的同学们表示诚挚的感谢！在这次毕业设计中我同样还得到了电气工程系其他众多老师的帮助和指导，各位老师在工作中上的一丝不苟得精神和踏实的生活态度，更是我值得学习的地方。此还要感谢山东华宇学院的全体老师，感谢他们对我的培养！感谢家人的关心与支持！感谢评阅和阅读本文的老师为此付出的辛勤劳动！毕业设计（论文）指导教师意见书系别： 电气工程系 填表日期： 年 月 日学生姓名李朋学号20082340222班级08高职机电二班设计（论文）题目恒压供水系统的设计意 见： 指导教师职称工作单位毕业设计（论文）答辩委员会评语系别： 电气工程系 填表日期： 年 月 日学生姓名李朋学号20082340222班级08高职机电二班设计（论文）题目恒压供水系统的设计答辩成绩毕业设计（论文）答辩委员会评语毕业设计（论文）答辩委员会成员签字姓 名职 称工作单位签 字 山东华宇职业技术学院毕业设计(论文)答辩记录表系： 电气工程系 答辩日期： 年 月 日学生姓名李朋专 业机电一体化业班 级机电一体化二班学 号 20082340222毕业设计(论文)题目 恒压供水系统的设计指导教师范兴隆一、答辩委员会组成答辩委员会主任：委 员：二、答辩会议记录摘要三、答辩委员会评语（学生毕业设计(论文)质量与水平、分析论证能力、综合应用能力、表达能力、回答问题情况、是否达到毕业生设计(论文)水平及建议等）四、学生毕业设计（论文）成绩评定(1) 指导教师评定成绩： _分2) 答辩委员会评定成绩： _分(3) 综合评定毕业设计(论文)成绩(五级制)： _答辩委员会主任 (签名) ：记录人：(签名) 年 月 日备注：29