喀什水协小区变频恒压供水控制系统.doc

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1、供水设备喀什水协恒压变频供水设备有限公司（长沙水协集团）2015-5-29目 录一、公司简介3二、小区变频恒压供水控制系统31 发展现状32 变频调速节能原理43 变频恒压供水控制系统44 系统的软件设计65 结论7三、设备案例展示8一、公司简介长沙水协（集团）有限公司系中国城镇给排水协会常务理事单位，下设喀什水协恒压变频供水设备有限公司等，在全国各大中小城市招有几十个分支机构，并建立了销售服务网络，有邵阳水协，洞口水协，湘西水协，岳阳水协，衡水水协，信阳水协，丹江口水协，随州水协，洛阳水协，贵阳水协，乌市水协，库尔勒水协，阿勒泰水协，泰安水协，成都水协，遂宁水协，潍坊水协，海口水协，西安水协

2、，临汾水协，运城水协，兰州水协，重庆水协，衡阳水协，宜春水协，银川水协，通辽水协公司等。喀什水协恒压变频供水设备有限公司主要从事高层楼供水设备的研发、制造、销售，产品主要包括无负压变频供水设备、变频恒压供水设备、智能化箱式泵站、箱式无负压供水设备、二次加压供水设备、无塔供水设备、深井变频供水设备、变频控制柜等。产品适用于高楼供水、加压泵站、宾馆酒店热水循环、小区改造、水厂自动化系统、管道直饮水、中水处理、农村安全饮水工程，工矿企业供水等。1951年-长沙水泵厂最早成为国家水泵试点基地。1978年至2006年,长沙工程机械,传统机械迅猛崛起,成为全国机械之都。1996年荣获湖南省环境保护产业协会

3、会员证。2000年成为中国城镇供排水协会团体会员。2006年系中国城镇给排水协会常务理事单位。2011年下设长沙水协供水设备有限公司。2012年评为中国水协设备材料贡献先进单位。2012年评为中国供排水行业企业文化先进单位。先后取得了ISO9001质量管理体系认证、CCC证、GS认证、卫生许可批件和多项专利技术、国家重点推广项目。二、小区变频恒压供水控制系统1 发展现状随着社会经济的快速发展，城市中各类小区建设特别是高层建筑发展十分迅速。小区供水系统的建设是其中的一个重要内容，供水的可靠性、稳定性和经济性直接影响到小区住户的正常工作生活。传统的解决办法是采用高位水箱、水塔和各种气压罐进行蓄水加

4、压，依赖挡板和阀门的阻力调节水流量。然而这些办法或自动化程度低，能量损耗大，压力变化大，或因为维护工作量大，水质容易受二次污染而不能很好供水。为此，介绍一种变频调速恒压供水系统，该系统由三菱变频器、三菱PLC、泵组电机、电控柜以及压力变送器等组成。PL C和变频器控制各台泵组电机的投入或切除、工频或变频运行，实现对水泵电机的软起动和变频调速，克服供水过程中的水锤效应。系统可根据管网瞬问压力变化，自动调节水泵的转速以及工频或变频状态，使管网主干管出口端保持在恒定的压力设定值，从而满足用户的流量需求，使整个系统实现节能、自动、可靠、稳定供水的全自动变频恒压供水控制。2 变频调速节能原理在高位水箱、

5、水塔和各种气压罐供水方式主要是采用阀门或挡板控制法来实现流量控制的，而阀门或挡板控制法的实质是：水泵本身的供水能力不变，通过改变水路中的阻力大小来改变供水的能力(反映为供水流量)，以适应用户对流量的要求 。此时，管阻特性随阀门或挡板的开度而改变，但扬程特性不变。如图1，设用户所需流量从 减为QB，当通过关小阀门来实现时，管阻特性曲线将变为，扬程特性曲线仍为曲线 ，系统的工作点从A点移至B点，这时，流量减小了但扬程却从HTA增大为HTB，供水功率PG与面积OEBF成正比。变频恒压供水方式主要是通过转速控制法来实现流量控制的，转速控制法的实质是通过改变水泵的全扬程来适应用户对流量的需求，是基频以下

6、调节，属于恒转矩调速。当水泵的转速改变时，扬程特性随之改变，而管阻特性不变。仍以用户流量从QA减为QB为例，当转速下降时，扬程特性下降为曲线 ，管阻特性则仍为曲线 ，故工作点移至C点，可见在流量减为9B的同时，扬程减dgHTc，供水功率尸G与面积OE C H成正比。显然此面积I：LOEBF要小，变频调速供水方式节能效果好。实际上采用变频调速供水后，不仅供水功率减小，水泵的工作效率也提升很多，所以，与调节阀门开度相比，调节转速时的节能是相当可观的。3变频恒压供水控制系统变频调速恒压供水系统由三菱变频器、泵组电机、储水箱、电控柜、压力变送器、三菱PLC控制单元等部分组成，现以3台泵组电机为例，其控

7、制系统原理图如图2。其中三菱变频器F R-A540的作用是为泵组电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化。同时，变频器还可作为电机软起动装置，限制电机的起动电流，克服供水过程中的水锤效应。变频器内还自带PID调节器，压力设定值与压力变送器检测管网水压的瞬时压力值进行PID运算，其输出量转化为可调频率控制泵组电机。压力变送器的作用是检测管网水压，变换为4mA20mA的电流量送入变频器与PLc。三菱FX2N系JPLClJ是泵组电机管理的执行设备，根据采样的模拟量频率值和管网水压值，自动调整工频泵和变频泵的运行台数，同时，PLC还是变频器的驱动控制。变频器和PLC的组合应用

8、为水泵转速的平滑性调节提供了方便，水泵电机实现变频软起动，消除了对电网、电气设备和机械设备的冲击，延长机电设备的使用寿命。整个电路分为主电路，手动控制电路和PLC自动控制电路。主电路和手动控制电路组成为手动运行模式，主电路和PL C自动控制电路组成为自动运行模式。手动运行主要用于检修及自动系统出现故障时的应急供水方式中。手动运行时，完全脱开PLc及变频器的控制，当合上开关SBl进行手动控制，根据实际用水量，合上开关SB2、SB3、SB4中的任一个，任两个或三个，可起动这几台泵作工频运行，按下按钮SBQ可停止。4系统的软件设计软件采用模块化结构设计，各种功能都由相应的子程序来完成，通用性强。软件

9、模块主要由模数转换子程序、数字滤波子程序、PID调节子程序、计算输出子程序、显示子程序等组成。这种设计方法给程序的调试带来了较大方便。主程序流程图如图3所示。单片机上电后首先执行的是初始化和自检，初始化包括标志位和变量的初始化、中断初始化、设置各接口芯片初始化，还包括各种程序模块的初始化等；然后，程序进入主循环，首先是数据采集和处理部分，如传感器采集的压力值在正常范围之内则首先进入的是显示子程序，显示包括采集的管网压力、给定压力以及PID系数等；接下来进人PID计算以及控制量计算部分。PID算法采用了一种智能变模态控制规律，根据系统偏差信号的大小、方向及变化趋势做出相应的决策，以选择适当的控制

10、模式进行控制。参数整定简单、方便，具有良好的适应能力和极强的鲁棒性。送给SLE4520的数字脉冲也由软件产生，脉冲宽度为一个指令周期，脉冲的重复速率决定了开关频率的大小，把寄存器中存储的数据装人可预置状态的计数器，启动计数器减法计数器状态为零时，计数器停止工作，直到下一个脉冲到来。自动运行为正常的运行状态。本系统采用三套电机水泵对水网进行恒压供水，每台电机均可工作在变频方式或工频方式，但每次仅有一台电机工作在变频调速状态。工作时，由压力变送器反馈4mA-20mA的电流信号送入变频器4号引脚，与压力设定值在变频器内部进行PID运算(三菱FR-A540变频器内部自带PID控制器，PID的参数设定由

11、变频器参数128134来担当)，用运算的结果来控制输出频率的增减，从而控制泵组电机的转速。另外，可编程序控制器PL C根据当前的压力情况和变频器输出频率值来对泵组电机进行合理切换，及时增泵和减泵，实现最佳匹配。当合上开关s Bo时，系统能够进入自动工作状态，由PLC和变频器联合控制各台电机的投入或切除、工频或变频运行方式。PL C程序控制变频器的起动与停止，起动变频器后，先由l号水泵变频运行，压力变送器检测管网出口总水压仍不能达到设定值，且变频器输出频率已达到上限频率495Hz(上限频率通过变频器参数1来设定)，说明用水量增大，管网压力小于设定值，延时20s后，PLC控制程序使1号泵工频运行，

12、并起动2号泵使之变频运行。压力变送器检测管网出口总水压如果已达到设定值，则1号泵工频运行，2号泵变频运行；如果压力变送器检测管网出口总水压还不能达到设定值，且变频器输出频率已达到上限频率495HZ，说明用水量还在增大，延时20s后，那么由PLC使2号泵变为工频运行，并起动3号泵使之变频运行。压力变送器检测管网出口总水压如果已达到设定值，则l号泵工频运行，2号泵工频运行，3号变频运行；压力变送器检测管网出口总水压如果超过设定值，且变频器输出频率已达到下限频率30Hz时(下限频率通过变频器参数2来设定)，延时20s后，由PLC切除1号泵的运行，2号泵工频运行，3号泵变频运行。运行段时间，压力变送器

13、检测管网出口总水压如果超过设定值，且变频器输出频率已达到下限频率，可由PLC切除2号泵，单独由3号泵变频运行；如果压力变送器检测管网出口总水压低于设定值，且变频器输出频率已达到上限频率，那么PLC使3号泵工频运行，同时起动l号作变频运行。总之，在用水量增大，管压降低时，增加泵组电机工作；在用水量减少，管压增加时，减少泵组电机工作，在切换过程中遵循先起先停原则。PLC程序通过互锁设计使同一台泵机不能同时处于变频和工频状态，以防发生短路，当然也不会出现多台泵机同时处于变频运行状态，因为变频器是按单台电机容量选配的。另外，变频器设定了起动频率为1 0Hz，水泵在起动前，其叶轮全部在水中，起动时，存在着一定的阻力，在从0Hz开始起动的一段频率内，实际上是转不起来的，因此，应适当预置起动频率值，使其在起动瞬间有点冲击力。5结论PL C具有性能稳定、功能强大及编程方便等特点，结合变频调速控制技术设计出基于PL C的多泵软起动变频调速J叵压供水控制系统，是现代化城市和生活小区供水的发展方向。该系系统具有节能效果显著、全自动控制、无二次污染等优点，是较理想的控制方式。三、设备案例展示