變頻恒壓供水控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)書(shū)

1、交流調(diào)速課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題名稱(chēng)) 電子與控制工程學(xué)院學(xué)院(部 電氣工程及其自動(dòng)化 業(yè) 專(zhuān) 32040802級(jí)班學(xué)生姓名號(hào)學(xué)周 1 月 31日共2612月日至 12)(簽字指導(dǎo)教師日月年2011129摘要隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，住房制度改革的不斷深入，人民生活水平的不斷提高,城區(qū)中各類(lèi)小區(qū)建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)也對(duì)小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)捉出了更高的妥求。小區(qū)供水 系統(tǒng)的建設(shè)是其中的個(gè)垂要方而，供水的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、穩(wěn)定性直接影響到小區(qū)住戶的正常 生活與工作，也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)水平的高低。傳統(tǒng)的恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、 氣壓罐供水燈供水方式普遍不通話程度的存在效

2、率低、可靠性差、n動(dòng)化不高等缺點(diǎn)，難以滿 足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)生活的需要。論文分析了采用變頻調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)恒壓供水的匸作機(jī)理，通過(guò)對(duì)PID 模塊的參數(shù)預(yù)置，利用遠(yuǎn)傳壓力衣的水壓反饋雖，構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，利用變頻器與水泵的配合 作用實(shí)現(xiàn)恒壓供水且有效節(jié)能。論文論述了多種供水方案的合理性，同時(shí)也指出各種方案存在 的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)比比較 控制變頻恒壓供水。一一給出了比較適合該系統(tǒng)的方案PLCPLC變頻調(diào)速關(guān)鍵字：恒壓供水一、設(shè)計(jì)內(nèi)容變頻器是種新型技術(shù)，將變頻調(diào)速技術(shù)用于供水控制系統(tǒng)中，具有高效節(jié)能、水壓恒定等優(yōu)點(diǎn)。本課程設(shè)計(jì)是電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)交流調(diào)速課程的實(shí) 踐性環(huán)節(jié)，其主要目的是培養(yǎng)學(xué)生初步掌握交流調(diào)速系

3、統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及理論知識(shí)的應(yīng)用能力。本 課程設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是捉高學(xué)生在調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方而的實(shí)踐技能，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)，分析 和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，初步掌握交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。二、設(shè)計(jì)資料.樓宇供水系統(tǒng)，正常供水45m3J、時(shí)，最大供水60m3/小時(shí)，揚(yáng)程24m。采用變頻調(diào)速技術(shù) 組成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，控制水泵的運(yùn)行，保證用戶水壓恒定。當(dāng)用水量增人或減小時(shí)，水泵電 動(dòng)機(jī)速度發(fā)生變化，改變流量，以保證水壓恒定。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容、方案的確定1相對(duì)于傳統(tǒng)的加壓供水方式，變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)突出地體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）高效節(jié)能變頻恒壓供水系統(tǒng)的最顯著優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)約電能，節(jié)能量

4、通常在1%40%。從單 臺(tái)水泵的節(jié)能來(lái)看，流量越小，節(jié)能量越大。（2）恒壓供水變頻恒壓供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定而流量可在人范用內(nèi)連續(xù)變化，從而 可以保證用戶任何時(shí)候的用水壓力，不會(huì)出現(xiàn)在用水高峰期用戶的熱水器不能正常使用的情況。（3）安全衛(wèi)生系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)供水后，用戶的水全部由管道宣接供給，取消了水塔、天而水池、 氣壓罐等設(shè)施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期淸理的工作。（4）自動(dòng)運(yùn)行、管理簡(jiǎn)便新型的變頻恒壓供水系統(tǒng)具各了過(guò)電流、過(guò)電壓、欠電壓、斷相、短 路保護(hù)，瞬時(shí)停電保護(hù)，過(guò)載、失速保護(hù)，低液位保護(hù)，主泵定時(shí)輪換控制和密碼設(shè)定等功能， 功能完善，全自動(dòng)控制，自動(dòng)運(yùn)行，泵房不設(shè)崗

5、位，只需派人定期檢査、保養(yǎng)。（5）延長(zhǎng)設(shè)備壽命、保護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定使用變頻器后，機(jī)泵的轉(zhuǎn)速不再是長(zhǎng)期維持額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行， 減少了機(jī)械磨損，降低了機(jī)泵故障率，而且主泵定時(shí)輪換控制功能自動(dòng)定時(shí)輪換主泵運(yùn)行，保證 各泵磨損均勻且不銹死，延長(zhǎng)了機(jī)泵使用壽命。變頻器的無(wú)級(jí)調(diào)速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了機(jī)泵軟起動(dòng)，避 免了電動(dòng)機(jī)開(kāi)停時(shí)的大電流對(duì)電動(dòng)機(jī)繞組和電網(wǎng)的沖擊，消除了水泵的水錘效應(yīng)。（6）占地少、投資回收期短新型的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水池上去接安裝立式泵，控制間只要安 放到兩個(gè)控制柜，體積很小，整個(gè)系統(tǒng)占地非常小，可以節(jié)省投資，降低運(yùn)行管理費(fèi)，再加上 變頻供水的節(jié)能優(yōu)點(diǎn)，都決定了變頻恒壓供水系統(tǒng)的投資回收期短，般約2年。但

6、是變頻恒壓供水系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，對(duì)操作人員的素質(zhì)要求比較高，可靠性較低，維修不方便, 且不適用于惡略的環(huán)境。綜上所述，傳統(tǒng)的供水方式存在普遍不同程度的浪費(fèi)水力、電力資源、效率低、可靠.性低、自動(dòng)化程度低等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了居民用水。目前的供水方式朗高效節(jié)能，自動(dòng)可靠的方 向發(fā)展，PLC變頻調(diào)速技術(shù)顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)能，水泵，空氣壓縮 機(jī)，制冷壓縮機(jī)等高耗能設(shè)備上廣泛應(yīng)用，特別是居民用水的恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié) 能效果尤為突出，其優(yōu)越性在：節(jié)能效果顯著；二是在開(kāi)停機(jī)時(shí)能減小電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊以及 供水水壓對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊：三是能減小水泵，電機(jī)向身的機(jī)械沖擊損耗。所以本系統(tǒng)

7、采用PLC 變頻恒壓供水系統(tǒng)。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)簡(jiǎn)介及工作原理、2）簡(jiǎn)介1由PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)是一種十分靈活的供水系統(tǒng)，在較大的多臺(tái)水泵供水系統(tǒng)中應(yīng)用相當(dāng)?shù)钠毡椤Ｗ冾l調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合主要有：a. 高層小區(qū)，城鄉(xiāng)居民小區(qū)，企事業(yè)單位等生活用水；b. 各類(lèi)工業(yè)需要恒壓控制的用水，冷卻水循環(huán)，熱力水網(wǎng)循環(huán)，鍋爐補(bǔ)水等：c. 中央空調(diào)系統(tǒng)：d. 來(lái)自水廠增壓供水系統(tǒng)：e. 農(nóng)田灌溉，污水處理，人造噴泉；f. 各種流體恒壓供水系統(tǒng)：）工作原理（2變頻恒壓供水系統(tǒng)主要是由PLC、變頻器、PID調(diào)節(jié)器、壓力傳感器、動(dòng)力控 制線路、2臺(tái)水泵以及各種電氣控制元件等組成。用戶通過(guò)控制柜而板上的

8、指示燈、按鈕、轉(zhuǎn)換 開(kāi)關(guān)來(lái)了解系統(tǒng)運(yùn)行狀況和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。系統(tǒng)工作原理：通過(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把曲口壓力信號(hào)變成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信 號(hào)送入PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻 器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán) 控制系統(tǒng)。通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)變頻器的啟停、故障報(bào)警和備用泵自投。在手動(dòng)狀態(tài)下，不再使用變 頻器，直接手動(dòng)啟停水泵。變頻恒壓供水系統(tǒng)原理框圖：.管網(wǎng)壓給PLD/變頻管水接機(jī)PLCAQ壓力變送器圖變頻恒壓供水系統(tǒng)框圖

9、、水泉的容量2公式如下：N=Q*H/367/g（0.60.85）式中,N,軸功率，單位是千瓦（k'V）Q.流量，單位是立方M每小時(shí)（m3%）H,揚(yáng)程，單位是M（m）367,是常數(shù)，是-個(gè)固定值g. 0-60.85,是水泵的效率，般流量人的取人值，流量小的取小值：假定g=0.68 （經(jīng)驗(yàn)值，各品牌效率均不同），N=60*24/367/0.68=5.78kW水泵功率=軸功率.安全系數(shù)即P=N*K K在N不同時(shí)有不同的值，當(dāng)N22時(shí)，K=1.25=8.42*1.25=7.22kW-般水泵的功率有些模數(shù)，從小到人有：l.lk'V, 2.2kW, 3kW, 4kW, 5.5kW, 7.5

10、kW, UkW, 15kW, 18.5kW, 22kW, 30kW, 37kW, 45kW, 55kW, 75kW, 90kW, UOkW, 132kW故選岀的電機(jī)功率為：7.5KW-、系統(tǒng)的工作原理3匚作方式選擇：分別閉合總電源開(kāi)關(guān)QF1,控制電路電源開(kāi)關(guān)QF2,變頻 器電源開(kāi)關(guān)QF3 ,將自動(dòng)檔位開(kāi)關(guān)SA2旋到自動(dòng)檔位，此時(shí)觸點(diǎn)0001接通，進(jìn)而使內(nèi)部輔助 觸電1001導(dǎo)通，選擇工作方式為自動(dòng)方式。備用泵選擇：如選擇1號(hào)泵為備用泵，則將其備用選擇開(kāi)關(guān)SA1旋到1號(hào)泵備用檔位，此時(shí)觸 電0000彼接通，內(nèi)部輔助觸電1002導(dǎo)通，選擇1號(hào)泵為備用泵。如選擇2號(hào)泵為備用泵，則將 其備用選擇開(kāi)關(guān)S

11、A1旋到2號(hào)泵備用檔位，此時(shí)常閉觸電0000被接號(hào)泵為備用泵。2導(dǎo)通，選 擇1003通，內(nèi)部輔助觸電.自動(dòng)狀態(tài)啟動(dòng)：按下啟動(dòng)按鈕SB1, PLC內(nèi)部觸電002被接通，此時(shí)如果選擇1號(hào)泵為備用泵 則0502觸電被接通，2號(hào)泵正常工作，1號(hào)泵為備用泵。此時(shí)如果選擇2號(hào)泵為備用泵則0500 觸電彼接通，1號(hào)泵正常工作，2號(hào)泵為備用泵。自動(dòng)狀態(tài)停止:按下自動(dòng)停止按鈕SB2則PLC內(nèi)部觸點(diǎn)0003被接通,此時(shí)可斷開(kāi)0502和0500 輸出繼電器，可使整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)行。同時(shí)，手動(dòng)啟動(dòng)1號(hào)泵：分別閉合總電源開(kāi)關(guān)QF1,控制電路電源開(kāi)關(guān)QF2,變頻器電源開(kāi)關(guān)QF3 , 將自動(dòng)檔位開(kāi)關(guān)SA2旋到手動(dòng)檔位，此時(shí)觸

12、電0001彼接通，同時(shí)常閉觸電0001斷開(kāi)，即切除 自動(dòng)狀態(tài)的功能。按下SB3啟動(dòng)1號(hào)泵匸作，觸電0004被接通，輸出繼電器0501動(dòng)作，啟動(dòng)1 號(hào)泵工頻工作。手動(dòng)停止1號(hào)泵:按下SB4,觸電0005閉合,切斷輸出繼電器0501, 1號(hào)泵停止工作。同時(shí)常 閉觸電0501斷開(kāi)，2號(hào)泵無(wú)法啟動(dòng)。手動(dòng)啟動(dòng)2號(hào)泵：按下SB5啟動(dòng)2號(hào)泵工作，觸電0006被接通，輸出繼電器0503動(dòng)作，啟動(dòng)1 號(hào)泵工頻工作。手動(dòng)停上2號(hào)泵：按下SE6,觸電0007閉合，切斷輸出繼電器0503, 2號(hào)泵停止工作。同時(shí)常 閉觸電0503斷開(kāi)，1號(hào)泵無(wú)法啟動(dòng)。故障押:除：1號(hào)泵熱繼電器出現(xiàn)故障時(shí)，輸入端了 FR1動(dòng)作，接通觸點(diǎn)

13、0009,使輸出繼電器0505 接通，點(diǎn)亮L1。2號(hào)泵熱繼電器出現(xiàn)故障時(shí),輸入端了 FR2動(dòng)作，接通觸點(diǎn)0010,使輸岀繼 電器0506接通，點(diǎn)亮L2。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí),輸入端f BP動(dòng)作，接通觸點(diǎn)0008,使輸出繼 電器0507接通，蜂鳴器發(fā)出聲音。四、設(shè)計(jì)圖紙1、電氣原理控制圖（見(jiàn)附錄-）、自動(dòng)調(diào)節(jié)原理框圖2.3、PLC梯形圖（見(jiàn)附錄二）4、I/O分配衣（見(jiàn)附錄三）程序（見(jiàn)附錄四）PLC、5.五、操作使用說(shuō)明書(shū)，變頻器電源開(kāi)關(guān)，控制電路電源開(kāi)關(guān)QF2 H動(dòng)啟動(dòng)：分別閉合總電源 開(kāi)關(guān)QF1號(hào)泵為備用泵，則將其備用選擇開(kāi)關(guān)旋到自動(dòng)檔位，如選擇1QF3 ,將自動(dòng)檔位開(kāi)關(guān) SA2號(hào)泵旋到2號(hào)泵備

14、用檔位。如選擇2號(hào)泵為備用泵，則將其備用選擇開(kāi)關(guān)SA1SA1旋到1備 用檔位。，則系統(tǒng)可自動(dòng)工作。自動(dòng)啟動(dòng)：按下啟動(dòng)按鈕SB1則可使整個(gè)系統(tǒng)停II：運(yùn)行，變頻 器自動(dòng)關(guān)閉。如長(zhǎng)SB2自動(dòng)停止：按下自動(dòng)停止按鈕。、QF2、QF3時(shí)間不用最好切斷電源QF1, 控制電路電源開(kāi)QF4, 1號(hào)泵電源開(kāi)關(guān)手動(dòng)啟動(dòng)1號(hào)泵：分別閉合總電源開(kāi)關(guān)QF12號(hào)泵工作， 按下SB5啟動(dòng)旋到手動(dòng)檔位。按下QF2,將自動(dòng)檔位開(kāi)關(guān)SA2SB3啟動(dòng)1關(guān)號(hào)泵工作。號(hào)泵工 停止2。按下停止1號(hào)泵工作，斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)QF4SB6手動(dòng)停車(chē)：按下SB4QF5。作，斷開(kāi)電源 開(kāi)關(guān)點(diǎn)亮?xí)r，說(shuō)明號(hào)泵熱繼電器出根據(jù)指示燈可判斷其故障具體位置。當(dāng)L

15、1故障扌II：除:。當(dāng)蜂 鳴器發(fā)出聲音時(shí)，說(shuō)明變頻。當(dāng)現(xiàn)故障L2點(diǎn)亮?xí)r，說(shuō)明二號(hào)泵熱繼電器出現(xiàn)故障。器出現(xiàn)故 障六、主要參考資料機(jī)械工業(yè)出版社張承慧等1）交流電機(jī)變頻調(diào)速及其應(yīng)用王儉建筑工業(yè)出版社2）建筑電氣控制技術(shù)清華大學(xué)出版社3）過(guò)程控制金以慧）富士變頻器使用手冊(cè)4 ）電氣圖用圖形符號(hào)（國(guó)標(biāo)）5崔福義建筑工業(yè)出版社6）給水排水工程儀農(nóng)與控制建筑工業(yè)出版社孫光偉7）水暖空調(diào)電氣控制技術(shù)8）有關(guān)雜志、報(bào)刊、資料附錄三：分配農(nóng)LO輸出輸入號(hào) 泵備用旋鈕1、2手動(dòng)或自 動(dòng)旋鈕自動(dòng)1 手動(dòng) 號(hào)泵熱保護(hù) 觸電1 2號(hào)泵 熱保護(hù)觸電啟動(dòng) 停車(chē) 號(hào)泵 啟動(dòng)122 變頻 器報(bào)警號(hào)泵 變頻啟 動(dòng)接觸 器1KN

16、I1KM2KM3KM4KAL1L2SA1SA2SB1000000010002工頻啟 動(dòng)接觸 器1 2號(hào)泵變 頻啟動(dòng) 接觸器變頻器啟停 繼電器變 頻器報(bào)警蜂 鳴器05000501050205030504050505060507SB2SB3號(hào)泵停車(chē)號(hào)泵 啟動(dòng)號(hào)泵停車(chē)號(hào)泵工頻啟動(dòng)接觸器21號(hào)泵故障報(bào)警指示燈2號(hào)泵故障報(bào)警指示燈000300040005SB4 0006SB50007SB6 000830A0009FR1 0010FR2附錄四（PLC程序人KEEP O5O3LD 0000 LD 0008AND NOT 1000 OUT 05070UT 1002 LD 0009LD NOT 0000 OUT O5O5AND NOT 1000 LD 00100UT 1003 OUT 0506LD 0001 LD 05000UT 1000OR 0502LD NOT 0001 LD 05050UT 1001 OR 0506LD 0002 OR 05070UT TRO KEEP 0504AND 100