基于plc的生活小区供水设计

基于plc的生活小区供水设计内容摘要：

（０ .４ +０ .６Ｑ）Ｐ 额 ＝０ .７６Ｐ 额 ，节电＝（Ｐ 阀 Ｐ 变 ）／Ｐ 阀 １００％＝７１ .６％。 流量（ %）分别为100， 90， 80， 70， 60， 50时，对应的节电率（ % ）为 0， ， ， ， ，。 由此可见：从理论计算结果可以看到节能效果非常显著，而且在实际运行中生活小区变频恒压供水技术比传统的加压供水系统还有自动控制恒压 、无污染等明显优势，并且新型的生活小区变频恒压供水系统能自动地控制一至多台主泵和一台休眠泵的运行。 在管网用水量减少到单台主泵流量的约 1/61/8时，系统自动停止主泵，启动小功率的休眠泵工作，保证系统小流量供水，解决小流量甚至零流量供水时大量电能的浪费问题，从运行控制上进一步节能。 生活小区变频恒压供水系统通常是由水池、离心泵（主泵 +休眠泵）、压力传 8 感器、 PID调节器、变频器（主泵 +休眠泵）、管网组成。 工作流程是利用设置在管网上的压力传感器将管网系统内因用水量的变化引起的水压变化，及时将信号（ 420mA或 010V）反馈到 PID调节器， PID调节器对比设定控制压力进行运算后给出相应的变频指令，改变水泵的运行或转速，使得管网的水压与控制压力一致。 选取压力控制参数 ① 合理选取压力控制参数 实现系统低能耗恒压供水的关键在于压力控制参数的选取，通常管网压力控制点的选择有两个：一个是管网最不利点压力恒压控制，另一个是泵出口压力恒压控制。 ② 两者的选择 管网最不利点压力恒定时，管网用水量由 QMAX减少到 Q1，水泵降低转速，与用水管路特性曲线 A（不变）相交于点 C，水泵特性曲线下 移，管网最不利点压力 H0。 而泵出口压力恒压控制时，则 Ha不变，用水量由 QMAX减少到 Q1 与 Ha交于 B 点，用水管路特性曲线 A上移并通过 B点，管网最不利点压力变为 Hb， Hb H0的扬程差即为能量浪费，所以选择管网最不利点的最小水头为压力控制参数，形成闭环压力自控系统，使得水泵的转速与 PID 调节器设定压力相匹配，可以达到最大节能效果，而且实现了恒压供水的目的。 变频器对恒压供水的作用 变频器在投入运行后的调试是保证系统达到最佳运行状态的必要手段。 变频器根据负载的转动惯量的大小，在启动和停止电机时所 需的时间不相同，设定时间过短会导致变频器在加速时过电流、在减速时过电压保护；设定时间过长会导致变频器在调速运行时使系统变得调节缓慢，反应迟滞，应变能力差，系统易处在短期不稳定状态中。 为了实现变频器不跳闸保护，现实使用中的许多变频器加减速时间的设置过长，它所带来的问题很容易被设备外表的正常而掩盖，但是变频器达不到最佳运行状态。 所以使用时要根据所驱动的负载性质不同，测试出负载的允许最短加减速时间，进行设定。 对于水泵电机，加减速时间的选择在。 相对与传统的加压供水方式，变频恒压供水系统的优点突 出体现在以下几个方面： ① 变频恒压供水系统的最显著优点就是节约电能，节能量通常在 1040%。 从单台水泵的节能来看，流量越小，节能量越大。 ② 变频恒压供水系统实现了系统供水压力稳定而流量可在大范围内连续变化，从而可以保证用户任何时候的用水压力，不会出现在用水高峰期热水器不能正常使用的情况。 9 ③ 系统实行闭环供水后，用户的水全部由管道直接供给，取消了水塔、天面水池、气压罐等设施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。 ④ 新型的生活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、低液位保护、主泵定时轮换控制、密码设定等功能，功能完善，全自动控制，自动运行，泵房不设岗位，只需派人定期检查、保养。 ⑤ 使用变频器后，机泵的转速不再是长期维持额定转速运行，减少了机械磨损，降低了机泵故障率，而且主泵定时轮换控制功能自动定时轮换主泵运行，保证各泵磨损均匀且不锈死，延长了机泵使用寿命。 变频器的无级调速运行，实现了机泵软启动，避免了电机开停时的大电流对电机线圈和电网的冲击，消除了水泵的水锤效应。 新型的生活小区变频恒压供水系统采用水池上直接安装立式泵 ，控制间只要安放一到两个控制柜，体积很小，整个系统占地也非常小，可以节省投资。 另外不用水塔或天面水池、控制间不设专人管理、设备故障率极低等方面都实现了进一步减少投资，运行管理费低的特点，再加上变频器供水的节能优点，都决定了小区变频恒压供水系统的投资回收期短，一般约 2年。 变频恒压供水的工作原理 水泵的特性 变频恒压供水技术是 80 年代后期发展起来的，主要用于楼宇高层的加压供水，具有水压恒定、水质好、占地小、无高位水箱、噪音小、节能等一系列优点。 该技术能实现水泵的软起动，减小水泵起动时的冲击 电流，使水泵的使用寿命延长，在调节水泵流量时，可以节约可观的能量。 水泵的输出特性既决定于水泵的种类，也随供水管网系统的阻力特性曲线不同而不同。 离心式水泵的特性公式如下： P=kHQ/η （ 1） 式中， P 为水泵的功耗 (kW)； Q为使用工况点的水泵流量 (m3/s)； H 为使用工况点的扬程 (m)； k 为输出介质常数 (kg/m3)；η为使用工况点的泵效率 (%)。 10 图 1 离心水泵的 HQ 曲线 图 1 给出了离心式水泵的 HQ曲线，可见，在水泵的工作过程中，在等于原设计工况 (点 A)时效率最高，偏离这 个工况 (点在 B、 C两点间 )效率就会降低。 根据水泵理论的相似定律，当水泵的转速发生变化时，它的扬程 H、流量 Q及水泵功率 P 也随之变化，它们之间的关系可以表示为： Q2/Q1=n2/n1 H2/H1=(n2/n1)178。 P2/P1=(n2/n1)179。 流量 Q与转速 n的一次方成正比；扬程 H 与转速 n 的平方成正比；水泵功率 P与转速 n 的立方成正比。 图 2 供水管网的 HQ 曲线 供水管网的 HQ曲线如图 2所示 ,管网特性曲线与泵特性曲线之交点即为泵的正常使用工况点。 变频 恒压供水系统 的 特点 ① 节电 : 优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度地节能运行； ② 节水：根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水 的 跑 、 漏 现象； 11 ③ 运行可靠：由变频器实现泵的软起动，使水泵实现由工频到变频的无冲击切换， 防止管网冲击、避免管网压力超限，管道破裂 ； ④ 联网功能：采用全中文工控组态软件，实时监控各个站点，如电机的电压、电 流、工作频率、管网压力及流量等。 并且能够累积每个站点的用电量，累积每台泵的 出水量，同时提供各种形式的打印报表，以便分析统计 ； ⑤ 控制灵活：分 压 供水，手动选择工作方式 ； ⑥ 自我保护功能完善：如某台泵出现故障，主动向上位机发出报警信息，同时启 动 另一台 泵，以维持供水平衡。 万一自控系统出现故障，用户可以直接操作手动系统， 以保护供水。 变频恒压供水系统的节能原理 （ 1）系统的原理 图 3 供水流量变化时的 HQ 曲线 在图 3中，水泵额定运行时的工况点 D是泵的特性曲线 Nn 与管路阻力曲线R1的交点。 传统的利用阀门控制的水泵，由于要减小流量，关小阀门，使阀门的摩擦阻力变大，阻力曲线从 R1转移到 R1′，扬程则从 H0升到 H1，流量从 Qn减小到 Q1，运行工况点从 D点转移到 A 点。 而调速控制水泵时，阀门没有开关变化，因此阻力曲线 R1不变。 为使流量改变，需要改变水泵的转速。 如果把速度从 Nn降到 N1，特性曲线也从 Nn转移到 N1。 此时，运行工况点从 D 点转移到 C点，扬程从 H0下降到 H3，流量从 Qn减小到 Q1。 根据公式 (1)求出，运行时，在 A 点水泵的功耗为 /11QkHPA  ， C点水泵的功耗为 /13QkHPC  ，两者的差值为：   /113 QHHkPPP CA 。 也就是说，用阀门控制水泵流量时，有Δ P功率被浪费掉了，并且这个损耗随着阀门的关小而增加。 （ 2）系统构成与控制方式选择 针对给定的条件进行系统设计，由于各泵容量相等，可只用一个变频器，额定功率稍大 于或等于泵的额定功率。 由于变频器的价格较高，因此不建议使用变 12 频器的双余度备份，但可在保护和故障容错中做一定投资，以更好地保证系统安全稳定运行。 控制器件与控制方案选择如下： 现阶段使用较多的控制器件为：微处理器（单片机或 DSP）、 PLC或专用变频器。 专用变频器的主要生产厂商有三菱、 ABB等公司。 不同的控制装置在控制的原理上基本是一样的，主要有 PID 调节器、变频 /。