2022年plc变频恒压供水系统大学设计方案标准版.docx
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1、封面作者: PanHongliang仅供个人学习摘 要在城市化进程快速的今日,城市的居住形式主要是生活小区,那么小区供水系统的建设就显得尤为重要;而且随着城市用水量不断增加,对供水系统的建设提出了更高的要求;供水的经济性、牢靠性、稳固性直接影响到小区住户的正常生活和工作;本系统是针对居民生活用水而设计的一套由 变频器、PLC 、水泵机 组等设备组成的自动变频恒压供水掌握系统;该系统将PLC、变频器、相应的 传感器和执行机构有机地结合起来,并发挥各自优势,能够最大程度满意需要,具有运行稳固、操作简洁和高效节能等特点;该系统对变频器内置PID模块参数进行预置,通过压力传感器对水压的反馈构成闭环掌握
2、系统;PID模块依据用水量的变化调剂水泵的输出流量,实现恒压供水,并达到有效节能的目的;本文第一介绍了实行变频调速方式实现恒压供水相对于传统的阀门掌握恒压供水方式的节能原理;其次,对水泵机组的各种供水状态及转换的条件、水泵由变频转工频运行方式的切换过程进行分析,着重争论并提出了基于PLC和变频器的恒压供水系统的方案,并给出了硬件设计和PLC掌握程序设计;关键词:PLC;变频调速;恒压供水ABSTRACTIn todays rapid urbanization, urban living is mainly livingquarters, then the construction of res
3、idential water supply system is particularly important. And with the growing urban water demand, water supply systems, the proposed higher requirements. Economics of water supply, reliabilityand stability to the district residents directly affected the normal life and work.The system is designed for
4、 household water set by the frequency converter, PLC, water pump and other equipment consisting of automatic constant pressure water supply control system. System PLC, frequency converter, the corresponding sensors and actuators together organically, and play their respective advantages, the control
5、 system easy to operate, not only to the greatest extent to meet the needs of stability and security of its operating performance, simple and convenient mode of operation , and the complete and thoughtful features, willmake water saving water, saving, labor saving, high efficiencyhigh-qualityfinalru
6、n, reliable,energy-saving purposes. Thispaper introduces the way to achieve frequency control constant pressure water supply valve control compared to conventional energy-saving principle of constant pressure water supply. Converter built-inPID module on the preset parameters, using hydraulic pressu
7、re sensor feedback, closed loop system. Accordingto changes inwater consumption, to PID regulation mode, by adjusting the pump output flow, constant pressure water supply and efficient energy. Then it analyzes the state of pump units and conversion of various water conditions, analysis of the pump f
8、requency by the frequency change operating mode ofthe switchprocess. Importantparts of functional analysis, focusing on research and put forward based on PLC and frequency constant pressure water supply system program, were given control of the hardware design and PLC programming.Keywords:PLC ;frequ
9、encycontrol ;constant pressure watersupply目 录1 绪论 21.1 争论背景 21.2 变频恒压供水系统的国内外争论现状31.3 供水系统安全性争论31.4 本文的设计思想 42 系统的理论分析及方案的确定52.1 调速方式的比较与挑选 52.2 掌握系统方案 72.3 供水系统的掌握流程92.4 变频恒压供水系统中加减水泵的条件分析10 3 变频恒压供水系统的硬件设计123.1 PLC 选型及接线 123.1.1 PLC选型 123.1.2 PLC的接线及 I/O 安排 143.2 水泵机组选型 153.3 变频器选型及接线 173.3.1 变频器选
10、型 173.3.2 变频器的接线 183.4 PID 调剂器 193.5 压力传感器 203.6 系统主电路设计 20 4 系统软件设计 214.1 PLC 掌握 214.1.1 PLC程序流程图 214.1.2 手动运行 214.1.3 自动运行 214.2 编程及介绍 224.2.1 总程序的次序功能图 224.2.2 自动运行次序功能图 224.2.3 手动模式次序功能图 234.2.4 系统程序梯形图设计 23 5 总结与展望 24致谢 25参考文献 26附录 A 系统硬件总图 27附录 B 系统梯形图 281 绪论1.1 争论背景在城市化进程快速的今日,城市的居住形式主要是生活小区,
11、那么小区供水系统的建设就显得尤为重要;供水的经济性、牢靠性、稳固性直接影响到小区住户的正常生活和工作;假定一栋楼有 10层,由于高层楼对水压的要求高,在水压低时,高层用户将无法正常用水甚至显现无水的情形,水压高时将造成能源的铺张;因此,自来水厂通过水泵加压后,必需恒压供应每一个用户;传统的供水方式如水塔高位水箱供水,单片机变频调速供水系统等都存在不同程度铺张水力、电力资 源;效率低;牢靠性差;自动化程度不高等缺点,严峻影响了居民的用水和工业系统中的用水;目前的供水方式朝向高效节能、自动牢靠的方向进展;变频调速技术以其显著的节能成效和稳固牢靠的掌握方式,在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能
12、耗设备上广泛应用,特殊是在城乡工业用水的各级加压系统,居民生活用水的恒压供水系统中,变频调速水泵节能成效尤为突出;应用变频器恒压供水,由于水箱能大幅度减小,因此能有效地减小楼房的负 载,由于减小了供水水箱和楼房的负荷,何以节约工程造价,相应地也扩大了楼房的面积;由于采纳了变频调速,减小了供水水泵的频繁启动,可以使水泵工作在高效状态,从而可以节约能源,减小对电网的冲击;由于电动机所消耗的功率与转速的立方成正比,因此可以获得较好的节能成效;二是在开、停机时能减小电流对电网的冲击以及供水水压对管网系统的冲击;三是用变频器进行调速, 用调剂泵和固定泵的组合进行恒压供水,节能成效显著,对每台水泵进行软启
13、动,启动电流可从零到电机额定电流,削减了启动电流对电网的冲击同时削减了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击,延长了设备的使用寿命;变频恒压供水的调速系统可以实现水泵电机无级调速,依据用水量的变化自动调剂系统的运行参数,在用水量发生变化时保持水压恒定以满意用水要 求,是当今最合理的节能型供水系统;在实际应用中如何充分利用专用变频器内置的各种功能,对合理设计变频恒压供水设备、降低成本、保证产品质量等特殊重要; PLC变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代掌握技术于一体;采纳该系统进行供水可以提高供水系统的稳固性和牢靠性,同时系统具有良好的节能性,这在能源日益紧缺的今日尤为重要,所以争论设计该系统,
14、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;1.2 变频恒压供水系统的国内外争论现状目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程,大多采纳国外的变频器掌握水泵的转速,水管管网压力的闭环调剂及多台水泵的循环掌握,有的采纳PLC及相应的软件予以实现:有的采纳单片机及相应的软件予以实现;但在系统的动态性能、稳固性能、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来 说,仍远远没能达到全部用户的要求;原深圳华为电气公司和成都期望集团(森兰变频器)也推出了厦压供水专用变频器,无需外接PLC和PID调剂器,可完成最多 4台水泵的循环切换、定时起、停和定时循环;该变频器将压力闭环调剂与循环规
15、律掌握功能集成在变频器内部实现,但其输出接口限制了带负载容量,同时操作不便利且不具有数据通信功能,因此只适用于小容量,掌握要求不高的供水场所;可以看出,目前在国内外变频调速恒压供水掌握系统的争论设计中,对于能适应不同的用水场合,结合现代掌握技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性的变频恒压供水系统的水压闭环掌握争论得不够;因此,有待于进一步争论改善变频恒压供水系统的性能,使其能被更好的应用于生活、生产实践;1.3 供水系统安全性争论影响供水系统安全性的一大因素便是水锤效应,所谓的水锤效应就是在极短时间内,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
16、声,如同锤子敲击管子一样的现象;水锤效应具有极大的破坏性;压强过高,将引起管子的破裂;压强过低又会导致管子的瘪塌;此外,水锤效应仍可能损坏阀门和固定件;而采纳变频调速,对系统的安全性有一系列的好处:(1) 产生水锤效应的根本缘由是:水泵在起动和制动过程中的动态转矩太大,短时间内流量的庞大变化而引起的;采纳变频调速,通过削减动态转矩, 可以实现排除水锤效应,削减了对水泵及管道系统所受的冲击,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,从而减小叶片承担的应力,减小轴承的磨损,使水泵的工作寿命大大延长;(3) 变频调速的软启动器防止了电机和水泵的硬起动,可大大
17、延长联轴器寿命;(4) 削减了起动电流,也就削减了系统对电网的冲击,提高了自身系统的可靠性;1.4 本文的设计思想本设计针对恒压供水掌握系统包括软硬件方面在工业实际应用中具体作用进行具体的介绍;系统将 PLC 、变频器(含 PID )、相应的传感器 和执行机构有机地结合起来,并发挥各自优势,这个操作便利的自动掌握系统,以变频调速为核心,以智能供水掌握系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备,起动平稳,起动电流可限制在额定电流以内,从而防止了起动时对电网的冲击; 由于泵的平均转速降低了,从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命;可以排除起动和停机时的水锤效应;使得系统调试和使用都特别便利,而且大大简化
18、了水厂在治理、数据统计和分析等方面的工作量;变频器为主体构成的恒压供水系统不仅能够最大程度满意需要,其稳固安全的运行性能、简洁便利的操作方式、以及齐全周到的功能,将使供水实现节水、节电、节约人力,最终达到高效率优质运行,降低自来水的生产成本和提高生产治理水平的目的;2 系统的理论分析及方案的确定2.1 调速方式的比较与挑选供水系统的基本特性和工作点扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不变为前提,说明水泵在某一转速下扬程H与流量Q之间的关系曲线,如图 2-1所示;由图 2-1可以看出, 流量Q越大,扬程 H越小;由于在阀门开度和水泵转速都不变的情形下,流量的大小主要取决于用户的用水情形,因此,扬
19、程特性所反映的是扬程 H 与用水流量间的关系 ;而管阻特性是以水泵的转速不变为前提,说明阀门在某一开度下,扬程与流量之间的关系;管阻特性反映了水泵的 能量用来克服泵系统的水位及压力差、液体在管道中流淌阻力的变化规律;由 图可知,在同一阀门开度下, 扬程越大,流量也越大 ;由于阀门开度的转变,实际上是转变了在某一扬程下,供水系统向用户的供水才能;因此,管阻特性所反映的是扬程与供水流量间的关系 ;扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点, 称为供水系统的工作点,如图 2-1中交点;在这一点,用户的用水流量和供水系统的供水流量处于平稳状态,供水系统既满意了扬程特性,也符合了管阻特性,系统稳固运行;图2-1
20、供水系统的基本特性曲线对供水系统进行掌握,是为了满意用户对流量的需求;所以,流量是系统的基本掌握对象;如前所述,流量的大小取决于扬程,但扬程难以进行具体测量和掌握;考虑到在动态情形下,管道中水压的大小与供水才能和用水需求之间的平稳关系有关:供水才能用水需求,就压力上升; 供水才能用水需求,就压力下降; 供水才能用水需求,就压力不变;可见,供水才能与用水需求之间的冲突具体反映在流体压力的变化上;因此,压力可以用来作为掌握流量大小的参变量;即保持供水系统中某处压力的恒定,也就保证了该处的供水才能和用水流量处于平稳状态,恰到好处地满意了用户所需的用水流量;变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机
21、、管道和阀门等构成;通常由异步电动机 驱动水泵旋转来供水,并且把电机和水泵做成一体,通过变频器调剂异步电机的转速,从而转变水泵的出水流量而实现恒压供水的;因 此,供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速;异步电动机的变频调速是通过转变定子供电频率来转变同步转速而实现调速的;依据电机学理论 , 沟通电动机的转速公式为:2-1其中: f 为定子的电源或稳压器频率; p 为极对数; n 为转速; s 为转差率;从上式可知,当极对数 p不变时,电机转子转速刀与定子电源频率戚正比,因此连续调剂异步电机供电电源的频率,就可以连续平滑地调剂电机的同步转速,从而调剂其转子的转速;变频调速时,从高速到低速都可以
22、保持有限的转差率,因而变频调速具有高效率、高精度、调速范畴广、平滑性较高、机械特性较硬的优点,调速性能可与直流电动机调速系统相媲美;因此,变频调速是沟通异步电机中一种比较合理和抱负的调速方法,它被广泛地应用于对水泵电机的调速;在供水系统中,通常以流量为掌握目的,常用的掌握方法为阀门掌握法和转速掌握法;阀门掌握法是通过调剂阀门开度来调剂流量,水泵电机转速保持不变;其实质是通过转变水路中的阻力大小来转变流量,因此,管阻将随阀门开度的转变而转变,但扬程特性不变;由于实际用水中,需水量是变化的,如阀门开度在一段时间内保持不变,必定要造成超压或欠压现象的显现;转速掌握法是通过转变水泵电机的转速来调剂流量
23、,而阀门开度保持不变,是通过转变水的动能转变流量;因此,扬程特性将随水泵转速的转变而转变,但管阻特性不变;变频调速供水方式属于转速掌握;其工作原理是依据用户用水量的变化自动地调整水泵电机的转速,使管网压力始终保持恒定,当用水量增大时电机加速,用水量减小时电机减速;当用阀门掌握流量时,无论用水量多大,电机都一样运行,特殊用水量少时,效率很低,有许多功率被铺张掉;转速调剂时,用多少水,抽多少水,水泵的效率不变,总处于正确状态 3;随着电子技术的进展、完善,变频调速所具有的调速的机械特性好,效率高,调速范畴宽,精度高,调整特性曲线平滑,可以实现连续的、平稳的调 速,体积小、爱护简洁便利、自动化水平高
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