变频恒压供水控制新版系统标准设计.doc
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1、变频恒压供水控制系统设计摘 要 伴随中国社会经济发展,城市建设发展十分快速,同时也对基础设施建设提出了更高要求。城市供水系统建设是其中一个关键方面,供水可靠性、稳定性、经济性直接影响到用户正常工作和生活。伴随大家对供水质量和供水系统可靠性要求不停提升,利用优异自动化技术、控制技术和通讯技术,设计出高性能、高节能、能适应供水厂复杂环境恒压供水系统成为肯定趋势。本文首先依据管网和水泵运行特征曲线,说明了供水系统变频调速节能原理;具体分析了变频恒水压供水原理及系统组成结构,经过研究和比较,得出结论:变频调速是当今国际上一项效益最高、性能最好、应用最广、最有发展前途电机调速技术。所以本文以采取变频器和
2、PLC 组合组成系统方法,以某居民小区水泵电动机控制系统为对象,逐步说明怎样实现水压恒定供水。进行了控制系统主电路设计,控制电路设计。对输入输出点进行了统计,共有13个输入输出点,依据PLC选型标准,设备选择了在生产中应用最为广泛西门子企业生产S7-200系列(CPU222)PLC和MM430泵类专用变频器,利用变频器本身自有软开启功效实现水泵电机开启。在控制过程中,电控系统由S7-200完成,PID控制由变频器内置PID控制方法完成,依据控制系统软硬件设计和控制要求,结合变频器功效参数表预置了相关参数。在介绍了PLC编程方法基础上,选择了适合初学者逻辑代数编程,写出了恒压变频供水逻辑代数,并
3、设计了梯形图,利用PLCSIM仿真软件进行了仿真,仿真结果表明了设计程序正确性。利用了WinCC组态软件设计了高楼变频恒压供水控制系统界面,界面可动态反应水泵变频供水工作状态。最终对恒压供水进行了经济效益分析,分析结果表明含有显著节能效益。关键词:恒压供水,变频调速,PLC,设计,仿真ABSTRACTAs Chinas social and economic development, urban construction and development very quickly, but also the construction of infrastructure facilities ha
4、s put forward higher requirements. City water supply system construction is one of the important aspects of the water supply reliability and stability, the economy of a direct impact on the users normal work and life. As people on the water quality and water supply systems in the continuous improvem
5、ent of reliability requirements, the use of advanced automation technology, control technology and communication technology, design a high-performance, high-energy, water supply plants to adapt to the complex environment of constant pressure water supply Systems become an inevitable trendIn this pap
6、er, pipe network and pumps under the operation of the curve, clarify the water supply system for energy-saving Frequency Control Principle; specific analysis of the frequency of the principle of constant pressure water supply system and the composition of the structure, through research and comparis
7、on, concluded: Frequency Control is the highest international one-effectiveness, performance, the best and most widely, the most The future development of the Motor technology. Therefore this paper to adopt the PLC and inverter combination of a systematic approach to a small residential area pump mo
8、tor control system for the target, and gradually clarified how to achieve a constant supply pressure.A control system for the main circuit design, control circuit design. The input and output points to the statistics, a total of 13 input and output, the PLC in accordance with the principle of select
9、ion, equipment selection in the production of the most widely produced by Siemens S7-200 series (CPU222) of the PLC and pumps for MM430 The converter, using its own frequency converter itself to achieve the soft-start the pump motor launch. In the control process, the electronic control system compl
10、eted by the S7-200, PID control by the converter built-in PID control manner, in accordance with control system software and hardware design and control requirements, combining the functions of converter table preset parameters of the relevant parameters . After the introduction of the PLC programmi
11、ng methods, based on the choice of the logic of algebra for beginners programming, the constant pressure to write the logic of algebra frequency of water supply and design of the ladder, use of simulation software PLCSIM the simulation, simulation The results show that the correctness of the design
12、process. WinCC use of the configuration software designed high frequency constant pressure water supply control system interface, dynamic interface may reflect the work of pumping frequency of water supply status. Finally, the constant pressure of water supply for the economic benefit analysis, anal
13、ysis of the results showed that a significant energy efficiency.Keywords:Constant pressure Water Supply ,Variable velocity Variable frequency,PLC,Design,Simulation目 录第一章 绪论11.1 引言11.2 本课题产生背景和意义21.3 变频恒压供水现况21.3.1 中国外变频供水系统现实状况31.3.2 变频供水系统应用范围31.4 本人关键工作4第二章 变频恒压供水理论分析42.1 水泵工作原理42.2 供水电机搭配52.3 水泵调
14、整方法62.4 恒压供水系统能耗分析72.5 供水系统安全性问题92.5.1 水锤效应92.5.3 水锤效应消除102.5.4 延长水泵寿命其它原因11第三章 变频恒压供水控制系统硬件设计123.1 变频恒压供水控制系统组成方案123.2 变频恒压供水系统控制方案133.3 供水设备选择标准143.4 参数计算和供水设备选型163.4.1 水泵参数计算和型号选择163.4.2 变频器选择173.4.3 压力传感器选择193.4.4 水位传感器选择193.4.5 其它低压电器选择203.5 PLC选型203.5.1 I/O点统计203.5.2 PLC选型基础标准213.5.3 I/O分配223.
15、6 系统硬件线路设计223.7 PID参数预置23第四章 变频恒压供水控制系统软件设计254.1 常见编程方法254.1.1 经验设计法254.1.2 翻译设计法254.1.3 逻辑代数设计法264.2 编程软件简单介绍284.3 恒压供水系统梯形图设计294.4 程序仿真和调试334.4.1 仿真软件介绍334.4.2 恒压供水系统程序仿真调试344.5 恒压变频供水系统WinCC界面设计374.5.1 WinCC软件介绍374.5.2 恒压供水系统WinCC界面设计384.6 经济效益分析42第五章 总结和期望445.1 总结445.2 展望44参考文件46致 谢47附录 语句表48第一章
16、 绪论1.1 引言水是生命之源,人类生存和发展全部离不开水。在通常城市及乡镇供水中,基础上全部是靠供水站电动机带动离心水泵,产生压力使管网中自来水流动,把供水管网中自来水送给用户。但供水机泵供水同时,也消耗大量能量,假如能在提升供水机泵效率、确保供水机泵可靠稳定运行同时,降低能耗,将含相关键经济意义。中国供水机泵特点是数量大、范围广、类型多,在工程规模上也有一定水平,但在技术水平、工程标准和经济效益指标等方面和国外优异水平相比,还有一定差距。伴随社会经济快速发展,大家对供水质量和供水系统可靠性要求不停提升。衡量供水质量关键标准之一是供水压力是否恒定,因为水压恒定于一些工业或特殊用户是很关键,如
17、当发生火警时,若供水压力不足或无水供给,不能快速灭火,会造成更大经济损失或人员伤亡.不过用户用水量是常常变动,所以用水和供水之间不平衡现象时有发生,而且集中反应在供水压力上:用水多而供水少,则供水压力低;用水少而供水多,则供水压力大。保持管网水压恒定供水,可使供水和用水之间保持平衡,不仅提升了供水产量和质量,也确保了供水生产和电机运行安全可靠性。变频调速技术以其显著节能效果和稳定可靠控制方法,在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用。利用变频技术和自动控制技术相结合,在中小型供水企业实现恒压供水,不仅能达成比较显著节能效果,提升供水企业效率,更能有效确保从水系统安全可靠运行.
18、变频 恒 水 压供水系统集变频技术、电气传动技术、现代控制技术于一体。采取该系统进行供水能够提升供水系统稳定性和可靠性,方便地实现供水系统集中管理和监控;同时可达成良好节能性,提升供水效率。所以设计基于变频调速恒定水压供水系统(简称变频恒压供水,图1.2),对于提升企业效率和人民生活水平,同时降低能耗等方面含相关键现实意义。 图1.1 传统供水机示意图 图1.2 变频供水机示意图1.2 本课题产生背景和意义中国长久以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后,工业自动化程度低。传统调整供水压力方法,多采取频繁启/停电机控制和水塔二次供水调整方法,前者产生大量能耗,而且对
19、电网中其它负荷造成影响,设备不停启停会影响设备寿命;后者则需要大量占地和投资。而变频调速式运行十分稳定可靠,没有频繁开启现象,开启方法为软开启,设备运行十分平稳,避免了电气、机械冲击,也没有水塔供水所带来二次污染危险。由此可见,变频调速恒压供水系统含有供水安全、节省能源、节省钢材、节省占地、节省投资、调整能力大、运行稳定可靠优势,含有宽广应用前景和显著经济效益和社会效益。1.3 变频恒压供水现况1.3.1 中国外变频供水系统现实状况变频恒压供水是在变频调速技术发展以后逐步发展起来。现在国外恒压供水系统变频器成熟可靠,恒压控制技术优异。国外变频供水系统在设计时关键采取一台变频器只带一台水泵机组方
20、法。这种方法运行安全可靠,变压方法更灵活。此方法缺点必是电机数量和变频数量一样多,投资成本高。现在中国有不少企业在从事进行变频恒压供水研制推广,国产变频器关键采取进口元件组装或直接进口国外变频器,结合PLC 或PID调整器实现恒压供水,在小容量、控制要求低变频供水领域,国产变频器发展较快,并以其成本低廉优势占领了相当部分小容量变频恒压供水市场。但在大功率大容量变频器上,国产变频器有待于深入改善和完善。1.3.2 变频供水系统应用范围变频恒压供水系统在供水行业中应用,按所使用范围大致分为三类:(1) 小区供水(加压泵站)变频恒压供水系统这类变频供水系统关键用于包含工厂、小区供水、高层建筑供水、乡
21、村加压站,特点是变频控制电机功率小,通常在135kW以下,控制系统简单。因为这一范围用户群十分庞大,所以是现在中国研究和推广最多方法。(2) 中国中小型供水厂变频恒压供水系统这类变频供水系统关键用于中小供水厂或大中城市辅助供水厂。这类变频器、电机功率在135kV320kW之间,电网电压通常为220V或380V。受中小水厂规模和经济条件限制,现在关键采取国产通用变频恒压供水变频器。(3) 大型供水厂变频恒压供水系统这类变频供水系统用于大中城市主力供水厂,特点是功率大(通常全部大于320kW)、机组多、多数采取高压变频系统。这类系统通常变频器和控制器要求较高,多数采取了国外进口变频器和控制系统。现
22、在,中国除了高压变频供水系统,多数变频供水系统均声称只要改变容量就能够通用于多种供水范围,但在实际利用中,不一样供水环境对变频器要求和控制方法是不一致,大多数变频器并不能真正实现通用。所以在部分条件复杂中小水厂,采取通用恒压供水变频系统并不能完全满足实践要求,现部分中小水厂已认识到这一情况,并针对实际情况对变频恒压供水系统加以改善和完善1234。1.4 本人关键工作本课题关键经过研究PLC来控制变频器实现恒压供水,经过设计解并熟悉了PLC工作原理,编程原理和编程方法。进行了控制系统主电路设计、控制电路设计,系统控制设备选择S7-200系列PLC(CPU222),变频器选择西门子泵类专用变频器M
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