恒压供水系统的plc控制设计(编辑修改稿)

恒压供水系统的plc控制设计(编辑修改稿)内容摘要：

些加压设施中越来越显示出其优越性。 @@@学院本科毕业设计（论文） 摘 要 6 2 系统的理论分析及方案的确定 供水系统的主要参数 ① 流量 流量是单位时间内流过管道内某一截面的水量，常用单位是 m3/s、 m3/min、m3/h等 .符号是 Q， 供水系统的基本任务是满足用户的流量需求。 ② 扬程 扬程是单位质量的水被上扬时所获得的能量，常用单位是 m，符号是 H。 扬程主要包含是以下几个方面：一、供水中水位提高需要的能量；二、供水中水在管道中流动时有阻力，要克服这个阻力所需的能量；三、要 使水在管网流动，具有流速所需的能量。 一般情况下，我们认为提高水位需要的能量是扬程的主要部分，因为在同一个管道里，上面所说的二和三是基本上不变化的，其数值相对较小。 由此我们在分析系统时，同一管道扬程常常只考虑把水位提高所需要的那部分能量而忽略了其他两个因素，即水位差就简单的代表了扬程。 ③ 全扬程 全扬程可以叫总扬程也可以叫做水泵扬程，它是一个说明水泵的泵水能力的物理量。 水从蓄水池被上扬到最高的水位时所要的那部分能量和使水具有流速及克服管道阻力所需要的能量，符号是 HT。 ④ 实际扬程 实际扬程 就是用 水泵提 声 水位 时 所需 的能量，符号是 HA。 ⑤ 损失扬程 全扬程 减去 实际扬程 就是 损失扬程，符号是 HL。 HT 、 HA和 HL 之间的关系是 : HT = HA + HL ⑥ 管阻 管阻是管道系统包括水管、阀门等对水流阻力的物理量，符号是 R。 通常用扬程与流量间的关系曲线来描述。 供水系统的基本特性 供水系统的基本特性和工作点扬程特性的前提是供水系统管网中的阀门开度为定值，如图 21所示，阐述的关系是水泵在某一转速下系统中扬程 H与流量 Q，从图中可以反映出，当流量 Q增大的时候，扬程 H逐渐变小。 以阀门开度和水泵转速都不改变为前提的情况下， 流量的大小主要是由用户的实际用水量来决定的。 所@@@学院本科毕业设计（论文） 摘 要 7 以，可以得出扬程特性主要是反映扬程 H与用水流量间的关系。 管阻特性是在前提为水泵的转速不变的情况下，表明阀门在某一开度下，扬程与流量之间的关系。 水泵中的能量用来克服水泵系统中的压力差、水位、水在管网中流动受到的阻力的变化规律就是由管阻特性来反映的。 从图中可以得知，在同一阀门开度下，扬程增大，流量也随着变大。 在某一扬程下，系统向用户供水的能力，取决于阀门开度的大小。 由此可知，扬程与供水流量间的关系是由管阻特性来反映。 供水系统的工作点是扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点 ，如图。 在这一点上，系统的供水量与系统中用户的用水量刚好相同。 达到一种平衡状态。 这样供水系统同时满足了管阻特性与扬程特性，系统达到稳定运行状态。 Q H管 阻 特 性扬 程 特 性Q AH A 图 供水系统的基本 特性曲线 研究恒压供水系统就是要提供一种能够在不同环境下满足用户对水流量的需求。 因此，供水系统的基本控制对象就是流量。 按照前面说叙述的，流量的大小决定于扬程，可是扬程是很难进行具体测量和控制。 在动态情况下，管道中水压的大小与用户用水需求、供水能力之间的平衡关系如下： 供水 能力＞用水需求，则压力上升； 供水能力＜用水需求，则压力下降； 供水能力＝用水需求，则压力不变。 可此可见，流体压力的变化诠释了供水能力与用水需求之间的矛盾。 所以，我们把压力作为一个控制流量大小的参考变量。 意思就是如果在系统中保证了检测管道处的压力保持不变，那么这个地方的供水能力与用水量的平衡状态就得到了保证。 这样就能使供水系统最优化的满足用户的用水需求。 变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵电机、阀门和管道等构成。 恒压供水系统通过异步电动机带动水泵工作，一般电机和水泵都做为一体的（所以文中将水泵直接代替电 机和水泵），由变频器对电机进行速度调节，进而根据需要来@@@学院本科毕业设计（论文） 摘 要 8 调节供水量实现恒压供水。 异步电动机的变频调速就是供水系统变频的实质。 变频器通过改变异步电动机定子供电的频率进而实现改变异步电动机同步转速。 根据电机学理论 ,交流电动机的转速公式为 ： )1(60 spfn  式（ 21） 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。 转差率 S，是同步转速减去异步转速的值再去比同步转速的百分比 ， 三相异步电 动机各机种型号及生产厂家的转差率不尽相同，应根据铭牌额定转速计算就能得出转差率。 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成正比，所以我们要连续平滑的调节电机的转速就可以通过连续调节异步电机供电电源频率来实现。 在进行变频调速过程中，电机从高速到低速都能够保持有限的转差率，因此变频调速具有高精度、机械特性较硬、高效率、平滑性较高、调速范围广的优点，其调速的性能完全可以同直流电动机调速系统相媲美。 综上所诉，采用变频器对交流异步电动机调速是一种比较理想合理调速方试，它被广泛地应用于对水泵电机的调速 中。 流量是供水系统中常用的控制量，通常采用控制阀门或转速来进行流量的控制。 阀门控制法不常用，此方法在控制中可能会出现超压或欠压现象。 原因是通过调节阀门开度来调节流量，此时的电机转速是保持不变的。 阀门控制法的实质是通过改变管道中水路阻力大小来改变流量，由此，管道阻力将随阀门开度的变化而变化，但其中的扬程特性是不变的。 而实际用水过程中，用户的用水需求是不定的，它在不断的变化，如果阀门的开度在某一段时间内维持恒定不变的化，就会造成这种现象的出现。 转速控制法是常用的一种控制方法。 它是保持阀门的开度不变，通过改变水泵 电机的转速来调节流量，实质是通过改变水的动能来使流量改变。 因此，这种方式下的管阻特性是不变的，扬程特性就会随水泵转速而改变。 变频调速供水方式属于转速控制。 其工作过程中，水泵电机的转速是根据用户用水量的变化自动地调节的，始终保持了管道压力的稳定不变，如果用水需求量增大，则电机开始加速运行。 如果用水需求量减小时，则电机减速运行。 当用阀门控制流量时，无论用水量多大，电机都一样运行，尤其用水量少时，效率很低，有很多功率被浪费掉。 转速调节时，用多少水，抽多少水，水泵的效率不变，总处于最佳状态。 电子技术的发展和完善， 促进了变频调速领域的发展，变频调速的机械特性好，精度高，效率高，调整特性曲线平滑，调速范围宽，可以实现连续的、平稳的调速，体积小、维护方便、自动化水平高。 这一系列突出的优点倍受人们的青睐。 现在交流电机的变频调速技术已经发展成为一项成熟的技术，它将配电网恒@@@学院本科毕业设计（论文） 摘 要 9 定频率的交流电经过整流二极管变成直流，再由 IGBT 或 GTR 模块等组成的逆变电路变成频率可调的交流电源，用此电源拖动交流电机在变速状态下运行，并能自动适应负荷变动的条件。 它改写传统工业中电机启动后只能以额定功率、定转速的单一运行方式的历史，达到现代社会节能的要 求。 变频调速技术应用于供水系统中，较传统的供水方式可节电 40％～ 60％，节水 15％～ 30％，所以本文采用变频调速恒压供水方式。 变频恒压供水方式的选择 目前国内变频恒压供水设备电控柜的控制方式有： ① 逻辑电子电路控制方式 这类控制电路往往采用一台泵变频运行，其余泵为工频运行的方式。 难实现水泵机组全部软启动、全流量变频调节，所以控制精度较低、抗干扰能力较弱、调试较麻烦、工频泵起动时对电网有冲击、水泵切换时水压波动大，但是成本较低。 ② 单片微机电路控制方式 此控制电路要好于逻辑电路，但在对不同供水、不同管网 情况时，调试比较繁琐。 追加功能时往往还要重新修改电路，不灵活也不方便。 电路的可靠性和抗干扰能力都不太好。 ③ 新型变频调速供水设备 由于传统的供水设备都有着不同的缺点，国内外很多厂家研制出了一批新的供水设备，华为的 TD2100、 富士公司的 GIIS／ PIIS系列产品、 SANKEN的 SAMCO— I系列、施耐德公司的 Altivar58泵切换卡、 ABB公司的 ACS600、 ACS400系列产品等等。 这些产品的特点是减少了对 PLC的容量的要求，不用对 PID调节器编程，调试容易，成本低，还提高了生产效率。 水压的调节很平滑， 反馈准确。 这些特点都源于新产品综合了 PLC的一些简单功能和 PID调节器。 而且， PID调节器采用了优化算法。 这种变频器在供水领域很受欢迎。 分析以上 3 种方案后，本次设计就采用的第四种方案，用新型的变频调速设备。 供水系统方案如图 所示。 @@@学院本科毕业设计（论文） 摘 要 10 用 户M压 力 变 送 器变 频 器P L C( 含 P I D )液 位 变 送 器水 池水 泵 机 组管 网 压 力 信 号报 警 信 号水 池 水 位 信 号 图 供水系统方案图 变频恒压供水系统的工作原理 系统的构成 本系统有变频器，可编程控制器（ PLC）， 3 台水泵电机，压力传感器和若干辅助部件构成。 每台水泵的出水管都配有手动阀门，便于系统维修和调节水量， 3台泵在控制信号下变频或工频运行， 以满足供水需求。 系统中压力传感器检测管道上的压力，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，是实现电机无极调速、无波动稳压和其他功能的重要器件。 通过的图 ，我们可以知道恒压供水系统由控制系统、信号检查、执行机构、报警装置等组成。 ① 控制系统 供水控制系统由可编程逻辑控制器、变频器、电控设备组成，安装在专门的控制柜中。 1) 可编程逻辑 控制器（ PLC） :它像人的大脑，是整个控制系统的核心。 它可以采集系统中的压力、工况、报警信号，分析数据信息 ，再处理运算，得出控制方案供水控制器，发送指令给变频器、接触器对执行机构实施控制。 2) 变频器 :它是控制水泵电机转速的单元。 变频器通过接收跟踪 PLC给出的控制信号来调节水泵的转速，其原理是通过改变运行频率来完成对调速水泵的转速控制。 @@@学院本科毕业设计（论文） 摘 要 11 3) 电控设备 :主要由一些转换开关、接触器、保护继电器等电气元件组成。 用于主电路中在控制系统的控制下进行水泵的切换，保护用电设备等。 ② 信号检测 在变频恒压供水系统中信号的检查主要是检查出水管中水的压力和一些报警信号。 水压信号 :它是整个系统的一个重要反馈信号，反映的是用户管网里水的压力通 过压力传感器测出来的水压值，是模拟量信号。 报警信号 :开关量信号，当系统不正常，水泵过载运行或变频器异常的时候会反映出来。 这个信号的检查对系统的正常运行和设备的保护起着重要作用。 ③ 执行机构 执行机构顾名思义就是系统的执行设备，在这个系统里就是 3台水泵，通过水泵把水送给用户。 它们用于将水供入用户管网。 ④ 通讯接口 通讯接口是用来与外界通信用的，比如可以结合组态软件制作一个实时监控系统，在 LED上显示，数据的交换就是通过通讯接口传送。 还可以利用现代网络技术对系统进行远程诊断和维护。 ⑤ 报警装置 为了保证控制系统的 安全、稳定、可靠运行，防止由于电网大的波动、水源终断、电机过载、站内溢水、变频器报警、出水超压等情况而造成故障，恒压供水系统的报警装置是必不可少的。 报警信号通过 PLC的判断，进行报警和保护动作的控制。 工作原理 首先将总电路上的空气开关闭合，使供水系统进入运行状态。 然后再将状态开关打到自动上，系统就开始自动运行（一般系统出故障时才需要手动运行）。 这个时候就可以通过 PLC程序来控制系统的运行了。 在 PLC程序中接通 KM6，并启动变频器，此时系统开始运转。 此时 PLC判断压力传感器检测的压力值与系统设置的压力值的偏差进行 PID调节，改变变频器的输出频率控制水泵的运转速度、水泵运行个数以及水泵运行状态。 增泵工作过程：本系统水泵电机 3台，分为 1号、 2号、 3号水泵，系统启动后，。