居民楼字恒压供水系统设计_恒压供水系统设计

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石家庄铁道大学四方学院课程设计

题目:居民楼宇恒压供水系统设计

专 业 自动化

班 级 0853-1 学 号 20087110 姓 名 王克礼

完成日期: 2011 年 6 月 27 日

居民楼字恒压供水系统设计引言

传统生活及生产供水方法是建造水塔维持水压。，建造水塔需要花费财力，水塔还会造成水二次污染。那么，可不可以不借助水塔来实现恒压供水呢？当然可以，要解决水压随用水量大小变化问题，通常办法是:用水量大时，增加水泵数量或提高水泵转动速度以保持管网中水压不变，用水量小时又需做出相反调节。这就是恒压供水基本思路。交流变频器诞生和PLC运用为水泵转速平滑性连续调节提供了方便。恒压供水控制系统基本控制策略

采用电动机调速装置与可编程控制器(PLC)构成控制系统，进行优化控制泵组调速运行，并自动调整泵组运行台数，完成供水压力闭环控制，管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能目。系统控制目标是泵站总管出水压力，系统设定给水压力值与反馈总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机投运台数和运行变量泵电动机转速，达到给水总管压力稳定设定压力值上。恒压供水就是利用变频器PID或PI功能实现工业过程闭环控制。即将压力控制点测压力信号(4－20ｍＡ)直接输入到变频器中，由变频器将其与用户设定压力值进行比较，并变频器内置PID运算将结果转换为频率调节信号调整水泵电机电源频率，实现控制水泵转速。供水系统选用原则水泵扬程应大于实际供水高度，水泵流量总和应大于实际最大供水量。恒压供水系统基本构成恒压供水泵站一般需要设多台水泵及电机，这比设单台水泵电机节能而可靠。配单台电机及水泵时，它们功率必须足够大，用水量少时来开一台大电机肯定是浪费，电机选小了用水量大时供水量则相应会不足。水泵与电机维修时候，备用泵是必要。而恒压供水主要目标是保持管网水压恒定，水泵电机转速要跟随用水量变化而变化，那么这就是要用变频器为水泵电机供电。此这里有两种配置方案，一种是为每一台水泵电机配一台相应变频器，从解决问题方案这个比较简单和方便，电机与变频器间不须切换，从经费角度来看话这样比较昂贵。另一种方案则是数台电机配一台变频器，变频器与电机间可以切换，供水运行时，一台水泵变频运行，其余水泵工频运行，以满足不同水量需求。压力传感器用于检测管网中水压，常装设泵站出水口。当用水量大时，水压降低;用水量小时，水压升高。水压传感器将水压变化转变为电流或电压变化送给调节器。调节器是一种电子装置，它具有设定水管水压给定值、接受传感器送来管网水压实测值、给定值与实测值综合依一定调接规律发出系统调接信号等功能。调节器输出信号一般是模拟信号，4-20mA变化电流信号或0-10V间变化电压信号。信号量值与前边提到差值成正比例，用于驱动执行器设备工作。变频器恒压供水系统中，执行设备就是变频器。用PLC代替调节器，其控制性能和精度大大提高了，PLC作为恒压供水系统主要控制器，其主要任务就是代替调节器实现水压给定值与反馈值综合与调节工作，实现数字PID调节;它还控制水泵运行与切换，多泵组恒压供水泵站中，使设备均匀磨损，水泵及电机是轮换工作。如规定和变频器相连接泵为主泵。PLC则是泵组管理执行设备。PLC同时变频器驱动控制。恒压供水泵站中变频器常常采用模拟量控制方式，这需采用PLC模拟量控制模块，该模块模拟量输入端子接受到传感器送来模拟信号，输出端送出经给定值与反馈值比较并经PID处理后出模拟量信号，并依此信号变化改变变频器输出频率。另外，泵站其他控制逻辑也由PLC承担，如:手动、自动操作转换，泵站工作状态指示，泵站工作异常报警，系统自检等等。4.1 主电路设计

如图1为电控系统主电路图。三台电机分别为M1，M2，M3。接触器KM1，KM3，KM5分别控制电机M1，M2，M3供频运行;接触器KM2，KM4，KM6分别控制电机M1，M2，M3变频运行;FR1，FR2，FR3分别为三台水泵电机过载保护热继电器;QS1，QS2，QS3，QS4分别为变频器和三台水泵电机主电路隔离开关;FU1为主电路熔断 器;VVVF为通用变频器。

图1 恒压供水系统主控电路 4.2 控制电路设计

图2为电控系统控制电路图。SA为手动/自动转换开关，SA打1位置时候为手动控制状态;SA打2位置时候为自动控制状态;手动运行时，可用按钮SB1~SB8控制三台电机起/停和电磁阀YV2通/断;自动运行时，系统PLC程序控制下运行。

图2 控制电路图

图中HL10为自动运行状态时电源指示灯。对变频器频率进行复位控制时只提供一个干触点信号，PLC为4个输出点为一组共用一个COM端，而系统本身又没有剩下单独COM端输出组，一个中间继电器KA触点对变频器进行复位控制。图2中Q0.0－Q0.5及.Q1.0－Q1.5为PLC输出继电器触点。此可以看到检修是控制原理和水泵正常运行是控制原理一样，最终是控制接触器通与断来控制水泵启动与停泵。

PLC控制时候与检修时控制最大区别是，PLC可以变频器来控制水泵转速达到对水压压力控制，而检修目是对机器维护而控制水压，不必对其转速控制。5 结束语 恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门控制水泵出口压力方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失效能。变量泵工作变频工况，其出口流量小于额定流量时，泵转速降低，减少了轴承磨损和发热，延长泵和电动机机械使用寿命。实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员劳动强度，节省了人力。水泵电动机采用软启动方式，按设定加速时间加速，避免电动机启动时电流冲击，对电网电压造成波动影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统喘振。变量泵工作变频工作状态，其运行过程中其转速是由外供水量决定，故系统运行过程中可节约可观电能，其经济效益是十分明显。正此，系统具有收回投资快，而长期受益，其产生社会效益也是非常巨大。实际应用中，采用PLC控制恒压供水，还能容易随时修改控制程序，以改变各元件工作时间和工作状况，满足不同情况要求。与继电器或硬件逻辑电路控制系统相比，PLC控制系统具有更大灵活性和通用性。