恒压变频供水系统毕业论文(编辑修改稿)

恒压变频供水系统毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

....................... 16 附录 ........................................................................ 16 西 安 交通大学 继续 教育 学院毕业论文 1 前 言 随着变频技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统以其环保、节能和高品质的供水质量等特点，广泛应用于多层住宅小区及高层建筑的生活、消防供水中。 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节系统的运行参数，在用水量发生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。 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、保证产品质量等有着重要意义。 变频恒压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。 目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、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、系列化、标准化，是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。 西 安 交通大学 继续 教育 学院毕业论文 2 第一章 恒压变频供水简介 恒压变频供水产生的背景及国内现状 我 国长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，工业自动化程度低。 主要表现在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量，出现水压降低供不应求的现象。 而在用水低峰期，水的供给量常常高于需求量，出现水压升高供过于求的情况，此时会造成能量的浪费，同时还有可能造成水管爆裂和用水设备的损坏。 传统调节供水压力的方式，多采用频繁启 /停电机控制和水塔二次供水调节的方式，前者产生大量能耗的，而且对电网中其他负荷造成影响，设备不断启停会影响设备寿命。 后者则需要大量的占地与投资。 且由于是二次供水，不能保证 供水质的安全与可靠性。 而恒压变频供水系统就是在这种情况下产生的。 恒压变频供水系统通过安装在系统中的压力传感器将系统压力信号与设定压力值作比较，再通过控制器调节变频器的输出，无级调节水泵转速，设备运行十分平稳，使系统水压无论流量如何变化始终稳定在一定的范围内。 没有频繁的启动现象，启动方式为软启动，避免了电气、机械冲击，也没有水塔供水所带来的二次污染的危险。 这样供水系统所供应的水量就和用户的实际需求不断接近，最大程度上节约了水资源。 由此可见，变频调速恒压供水系统具有供水安全、节约能源、节省钢材、节省占地、节省 投资、调节能力大、运行稳定可靠的优势，具有广阔的应用前景和明显的经济效益与社会效益。 目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、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控制研究得不够。 因此，有待于进一步研究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。 恒压变频供水系统的优点 （ 1）恒压变频供水设备运行合理，由于是软起和软停，不但可以消除水锤效应，而且电机轴上的平均扭矩和磨损减小，减少了维修量和维修费 用，并且水泵的寿命大大提高。 （ 2）恒压变频供水设备由于变频恒压调速直接从水源供水，减少了原有供水方式的二西 安 交通大学 继续 教育 学院毕业论文 3 次污染，防止了很多传染疾病的传染源头。 （ 3）高效节能，因为变频恒压供水系统能够自动控制运行，水泵不必总是工作在最大功率的状态，所以恒压变频供水系统能够节约电能和水资源，节能量通常在 10%40%。 而且单台水泵流量越小，节约能量越多。 （ 4）小区变频恒压供水系统具备了过流、过压、欠压、欠相、短路保护、瞬时停电保护、过载、失速保护、液位保护、主泵定时轮换控制、密码设定等功能，功能完善，全自动 （ 5）恒压变频供水设备配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。 （ 6）用变频器进行调速，用调节泵和固定泵的组合进行恒压供水，节能效果显著，对每台水泵进行软启动，启动电流可从零到电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击同时减少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。 第二章 恒压变频供水系统的总体设计思想 恒压变频供水的原理 整个系统由三台水泵，一台变频调速器，一台 PLC 和一个压力传感器及若干辅助部件构成。 三台水泵中每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，三台泵 协调工作以满足供水需要；变频供水系统中检测管路压力的压力传感器，一般采用电阻式传感器 (反馈 0～ 5V 电压信号 )或压力变送器 (反馈 4～ 20mA 电流 )；变频器是供水系统的核心，通过改变电机的频率实现电机的无极调速、无波动稳压的效果和各项功能。 如下图所示： 西 安 交通大学 继续 教育 学院毕业论文 4 图 系统结构图 恒压变频供水系统的控制对象是供水系统出口的水流量，它是一个在时刻变化着的非线性量。 要使水流量时刻满足用户的要求，就必须得有检测装置来检测管网的压力，然后反馈给系统，再通过系统调节来使其不断向目标靠近。 我们从上面的描述中可以 看到，恒压变频供水系统是一个闭环系统。 原理框图如下： 图 原理框图 系统以 PLC 为核心，其输入信号主要包括 : （ 1）模拟量输入 :管网的当前压力 (420mA， 05V)。 （ 2）数字量输入 :进水压力继电器。 水箱水位。 出水压力继电器。 电机的过载保护。 变频器故障。 工作方式选择。 手动操作的按钮 (旋钮信号 )等。 PLC 的输出主要控制下列对象 : （ 1） 用于各水泵电机工、变频工作的中间继电器、交流接触器。 变频器启动、停车、故障复位的开关量信号。 （ 2）操作状态切换的中间继电器。 （ 3）变频器频率给定的模拟量信号 (010V)。 变频调速原理 恒压变频供水系统主要由水泵、电动机、管道等构成。 通常由鼠笼式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，通过变频器调节异步电机的转速，从而改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改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。 异步西 安 交通大学 继续 教育 学院毕业论文 5 电机的转差率定义为： 11 nnS  （ 25） 异步电机的同步速度为 : pfn 601  （ 26） 异步电机的转速为：  p sfn  160 （ 27） 其中： 1n 为异步电机的理想空载转速； n 为异步电机转子转速； f 是异步电机的定子电源频率； p 为异步电机的极对数。 从上式可知，当极对数 不变时，电机转子转速 与定子电源频率 成正比，因此连续调节异步电机供电电源的频率，就可以连续平滑地调节电机的同步转速，从而调节其转子的转速。 变频调速时，从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而变频调速具有高效率、高精度、调速范围广、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，变频调速是交流异步电机一种比较合理和理想的调速方法，它被广泛地应用于对水泵电机的调速。 PID 调节器 采用 PID 控制较单独的 P、 PI、 PD 控制效果要好，基本上能获得无偏差、精度高和系统稳定的控制过程。 这种控制方式用于从产生偏差到出现响应需要一定时间的负载系统 (即实时性要求不高，工业上的过程控制系统一般都是此类系统，本系统也比较适合 PID 调节 )效果比较好。 西 安 交通大学 继续 教育 学院毕业论文 6 图 PID 控制示意图 通过对被控制对象的传感器等检测控制量 (反馈量 )，将其与目标值 (温度、流量、压力等设定值 )进行比较。 若有偏差，则通过此功能的控制动作使偏差为零。 也就是使反馈量与日标值相一致的一种通用控制方式。 它比较适用于流量控制、压力控制、温度控制等过程量的控制。 在恒压供水中常见的 PID 控制器的控制形式主要有两种 : （ 1）硬件型：即通用 PID 控制器，在使用时只需要进行线路的连接和 P、 I、 D 参数及日标值的设定。 （ 2）软件型：使用离散形式的 PID 控制算法在可编程序控制器 (或单片机 )上做 PID 控制器。 PLC 的控制原理 PLC 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。 即在 PLC 运行时，。