DZ114PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)程序

DZ114PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)程序,dz114plc,控制,節(jié)制,變頻,調(diào)速,供水系統(tǒng),程序 文獻(xiàn)綜述摘 要：傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)存在著占地面積大、建設(shè)費(fèi)用高、管理維護(hù)復(fù)雜困難、供水質(zhì)量低下等缺點(diǎn)和不足。為了解決這些問題，本文采用 控制技術(shù)和變PLC頻調(diào)速技術(shù)相結(jié)合的方法來研究恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)與現(xiàn)場液位傳感器、壓力傳感器一起組成了兩個獨(dú)立的閉環(huán)控制子系統(tǒng)。設(shè)計好的系統(tǒng)每天 24 小時不間斷按預(yù)先設(shè)定的水壓恒定地向城市供水，保證了水廠的不間斷生產(chǎn)。通過該項目的研制和應(yīng)用，不僅能夠節(jié)約寶貴的水、電資源，降低了生產(chǎn)成本，減少設(shè)備維護(hù)，降低維修成本；而且提高了整個水廠的生產(chǎn)調(diào)度管理水平，減輕工人勞動強(qiáng)度，有效的提高了生產(chǎn)率。關(guān)鍵字：恒壓供水， 控制，變頻器，PIDPLC一、引言隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對城市供水的數(shù)量、質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。據(jù)統(tǒng)計，從 1990 年到 1998 年。我國人均日生活用水量(包括城市公共設(shè)施等非生產(chǎn)用水)由 175.7 升增加到 241.1 升，增長了 37.2％，與此同時我國城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。而另一方面，在全國的 666個城市中有 330 個不同程度缺水，其中嚴(yán)重缺水的達(dá) 108 個；在 32 個百萬人口以上的特大城市中，有 30 個城市長期受缺水的困擾，特別是水資源短缺地區(qū)的城市，水的供需矛盾尤為突出。由于供水不足，城市工業(yè)每年的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2300 億元；同時給城市居民生活造成許多困難和不便，成為城市社會中的一種隱患。在供水企業(yè)中，水泵的電能消耗及設(shè)備的維護(hù)管理費(fèi)用。在生產(chǎn)成本中占有很大的比例：水泵電機(jī)作為一種高耗能通用機(jī)械，其耗電量占全國總耗電量的 21％以上，具有很大的節(jié)能潛力。由于常規(guī)恒速供水系統(tǒng)是采用常規(guī)的閥門來控制供水量的，而軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，造成相當(dāng)部分電能消耗在閥門和額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行下的電機(jī)。因此，這種調(diào)控方式雖然簡單，但從節(jié)約能耗的角度來看。很不經(jīng)濟(jì)。近年來，電機(jī)調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，為水泵電機(jī)的節(jié)能開辟了一個新途徑。它可以通過調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來適應(yīng)水量和水壓的變化，使水泵始終在高效區(qū)工作，將大大地降低水泵能耗，合理地進(jìn)行設(shè)備管理與維護(hù)，對節(jié)約能源和提高供水企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有極其重要的意義。二、恒壓供水技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀本課采用 和變頻調(diào)速技術(shù)研制 控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，與現(xiàn)PLCPLC場液位傳感器、壓力傳感器一起組成了各自的閉環(huán)控制系統(tǒng)。每天 24 小時不間斷按預(yù)先設(shè)定的水壓恒定地向城市供水，保證了水廠的不間斷生產(chǎn)。通過該項目的研制和應(yīng)用，不僅能夠節(jié)約寶貴的水、電資源，降低了生產(chǎn)成本，減少設(shè)備維護(hù)，降低維修成本；而且提高了整個水廠的生產(chǎn)調(diào)度管理水平，減輕工人勞動強(qiáng)度，有效的提高了生產(chǎn)率。由于中小型自來水廠的自動化技術(shù)改造在我國有著廣泛的應(yīng)用前景，本控制系統(tǒng)具有較大的發(fā)展?jié)摿洼^高的推廣價值。1、PLC 的發(fā)展現(xiàn)狀浙江工業(yè)大學(xué)浙西分校信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計（文獻(xiàn)綜述）- 1 -進(jìn)入 80 年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，使得各種類型的 所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高 的PLC PLC處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得 軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。是一門綜合技術(shù)，其發(fā)展與微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)密切相關(guān)。隨著可編程序控制器應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，它本身也在不斷發(fā)展。目前 主要朝小型化和大型化兩個方向發(fā)展。2、變頻調(diào)速技術(shù)在恒壓供水技術(shù)中的發(fā)展?fàn)顩r近年來，交流調(diào)速中最活躍、發(fā)展最快的就是變頻調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速是交流調(diào)速的基礎(chǔ)和主干內(nèi)容。上個世紀(jì)變壓器的出現(xiàn)使改變電壓變得很容易，從而造就了一個龐大的電力行業(yè)。但長期以來，交流電的頻率卻一直固定而不能受人為控制。變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)使頻率變成可以利用的資源。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人民生活正趨向于高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量和現(xiàn)代化。在居民生活用水供水系統(tǒng)中，由于高層建筑越來越高，采用傳統(tǒng)設(shè)備不能滿足高層建筑高水壓、大流量的快速供水需求。另外，在現(xiàn)代供水需求中，供水量是隨機(jī)變化的，如果采用傳統(tǒng)供水方式，難以保證供水的實(shí)時性，且能量浪費(fèi)嚴(yán)重。隨著交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的日臻完善，變頻調(diào)速恒壓供水方式可以很好地克服傳統(tǒng)供水方法的缺點(diǎn)，成為一種很有發(fā)展前途的供水方式。3、模糊控制理論在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[6、8、9、12]在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，利用模糊控制的相關(guān)理論，把系統(tǒng)輸入的壓力、流量等傳感器信號以及系統(tǒng)的輸出變量進(jìn)行了模糊化處理，然后結(jié)合根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)等制成的控制規(guī)則表，經(jīng)過模糊推理，得到了系統(tǒng)控制的模糊控制表。在實(shí)時控制過程中，系統(tǒng)通過查找模糊控制表把實(shí)時采集的壓力等輸入信號轉(zhuǎn)化成輸出，然后通過模糊決策得到輸出的清晰量，最后系統(tǒng)根據(jù)該清晰量進(jìn)行電機(jī)變頻控制，完成了恒壓控制的模糊控制過程。三、變頻調(diào)速的節(jié)能、調(diào)速原理1、水泵工況點(diǎn)的確定以及變化 [2、7]水泵工作點(diǎn)（工況點(diǎn)）是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中，實(shí)際運(yùn)行時所具有的揚(yáng)程、流量以及相應(yīng)的效率、功率等參數(shù)。如圖 3-1、3-2、3-3 所示。圖 3-1 水泵工作點(diǎn)的確定 圖 3-2 水泵工況點(diǎn)的變化浙江工業(yè)大學(xué)浙西分校信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計（文獻(xiàn)綜述）- 2 -圖 3-3 水泵變速恒壓工況 圖 3-4 變頻調(diào)速恒壓供水水泵工況調(diào)節(jié)圖2、 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中水泵工況調(diào)節(jié)過程交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 與電源頻率 f 具有如下關(guān)系：（3-1）??601sNp??式 3-1 中： —極對數(shù), —轉(zhuǎn)差率ps因此不改變電動機(jī)的極對數(shù)，只改變電源的頻率，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速就按比例變動。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，通過變頻器來改變電源的頻率 來改變電f機(jī)的轉(zhuǎn)速 改變水泵的轉(zhuǎn)速，可以使水泵性能曲線改變，達(dá)到調(diào)節(jié)水泵工況目0n的。見圖 3-4。當(dāng)管網(wǎng)負(fù)載減小時，通過 VVVF 降低交流電的頻率，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速從 降低到 。另外根據(jù)葉片泵工作原理和相似理論，改變轉(zhuǎn)速 ,可使供水22 n泵流量 、揚(yáng)程 和軸功率 以相應(yīng)規(guī)律改變。QHN（3-12Qn?2）212n??????（3-3）（3-212P???????4）或 （3-5） KQH式 3-5 是頂點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)的二次拋物線族的方程，在這種拋物線上的各點(diǎn)具有相似的工作狀況，所以稱為相似工況拋物線。 3、變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)調(diào)速范圍的確定考察水泵的效率曲線 ，水泵轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍之內(nèi)，??也就是不要使變頻器頻率下降得過低，避免水泵在低效率段運(yùn)行。水泵的調(diào)速范圍由水泵本身的特性和用戶所需揚(yáng)程規(guī)定，當(dāng)選定某型號的水泵時即可確定此水泵的最大調(diào)速范圍，在根據(jù)用戶的揚(yáng)程確定具體最低調(diào)速范圍，在實(shí)際配泵時揚(yáng)程設(shè)定在高效區(qū)，水泵的調(diào)速范圍將進(jìn)一步變小，其頻率變化范圍在 40以上，也就是說轉(zhuǎn)速下降在 20%以內(nèi)，在此范圍內(nèi)，電動機(jī)的負(fù)載率在 50%-Hz100%范圍內(nèi)變化，電動機(jī)的效率基本上都在高效區(qū)。浙江工業(yè)大學(xué)浙西分校信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計（文獻(xiàn)綜述）- 3 -四、系統(tǒng)的方案設(shè)計與工作過程變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成：系統(tǒng)采用一臺變頻器拖動 4 臺電動機(jī)的起動、運(yùn)行與調(diào)速，采用循環(huán)使用的方式運(yùn)行。 未接工控計算機(jī)，壓力傳感器采PLC樣水壓力信號，變頻器輸出電機(jī)頻率信號，這兩個信號反饋給 控制器, PID控制器根據(jù)這兩個信號經(jīng) 運(yùn)算，發(fā)出指令，對水泵電機(jī)進(jìn)行工頻和變PIDID頻之間的切換。圖 5-1 恒壓供水系統(tǒng)方案圖五、設(shè)計總結(jié)及展望S7-200 控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計是比較完備的，但是并非PLC沒有有待改進(jìn)之處，例如該系統(tǒng)設(shè)計為４組泵，它的可擴(kuò)充性就沒有再設(shè)計中被充分考慮到，如果遇到大型水廠，需要更多泵組，那么該設(shè)計就基本沒有用武之地，需要重新設(shè)計，又如，該系統(tǒng)的保護(hù)功能并不完整，系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)置２組變頻器， 防止其中一組出錯時造成事故，這樣也可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，連續(xù)工作時間，減少故障損失。展望未來，以后的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)該改進(jìn)我上述不足之處，以提高整體系統(tǒng)的性能。降低錯誤率。參考文獻(xiàn)[1] 宋序彤.我國城市供水發(fā)展有關(guān)問題分析[J].城鎮(zhèn)供水.2001, 2: 22～27.[2] 崔玉川，傅濤.我國城市給水發(fā)展現(xiàn)狀與特點(diǎn)[J].中國給水排水.1999，(2):52～54.[3] 劉黎成，孫偉.離心泵壓力自控調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能[J].中國給水排水.1993, (5):58～61.[4] 趙相賓，劉國林.變頻調(diào)速和軟起動技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].自動化博覽.2000,(6): 1～6.[5] 蔣藝，楊俊生.變頻調(diào)速器在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用閉.山東冶金.1999, 21(5):49～50.[6] 邱文淵，童國道.國內(nèi)外變頻器技術(shù)的現(xiàn)狀及我國發(fā)展策略初探[J].電子與自動化，1995, (5): 3～5.[7] 黃金波，郭麗春.可編程控制器在自動給水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2002, (3): 338～339.[8] 賀玲芳等.基于 控制的全自動變頻恒壓供水系統(tǒng)[J].西安科技學(xué)院學(xué)報，PLC浙江工業(yè)大學(xué)浙西分校信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計（文獻(xiàn)綜述）- 4 -2000，(3): 243～245.[9] 羅鎖玉.“南化”自備水廠變頻改造實(shí)現(xiàn)恒壓自動供水[J].電力需求與管理，2002,（2）: 43～44.[10] 丁學(xué)又，金大海.交流電機(jī)變頻軟起動時的問題及解決方法[J].電力電子技術(shù)，2001，(5): 1～5.[11] 胡綱衡，唐瑞球.高(中)壓變頻器應(yīng)用基礎(chǔ)許座，第三講高壓交頻器的切換[J].變頻器世界，2001(10): 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