基于plc變頻調速恒壓供水系統設計畢業論文(已修改)

　

【正文】 基于PLC變頻調速恒壓供水系統設計畢業論文目 錄 摘 要………………………………………………… （4）一．緒論………………………………………………… （4）…………………………………………………（4） ………………………… （5）…………………………………… （5）二．變頻恒壓供水的理論分析………………………… （7）……………………………………… （7） ……………………………………… （7）……………………………………… （8） ……………………………… （11）…………………………………（14） …………………………………………… （16）三．變頻恒壓供水系統的構成及控制原理……………… （16）……………………… （16）……………………………… （17）………………………… （19）……………………… （21）……………………………… （22）…………………………………………… （24）四．變頻恒壓供水系統的設計…………………… （24）………………………………… （24） …………………………………（26） ………………………………………（27） …………………………………………（27） ……………………………………………（28） ……………………………………………（30） ………………………………………………（33）一 緒論 水是生命之源，人類生存和發展都離不開水。在通常的城市及鄉鎮供水中，基本上都是靠供水站的電動機帶動離心水泵，產生壓力使管網中的自來水流動，把供水管網中的自來水送給用戶。但供水機泵供水的同時，也消耗大量的能量，如果能在提高供水機泵的效率、確保供水機泵的可靠穩定運行的同時，降低能耗，將具有重要經濟意義。 我國供水機泵的特點是數量大、范圍廣、類型多，在工程規模上也有一定水平， 但在技術水平、工程標準以及經濟效益指標等方面與國外先進水平相比，還有一定的差距。 隨著社會經濟的迅速發展，人們對供水質量和供水系統的可靠性要求不斷提高。衡量供水質量的重要標準之一是供水壓力是否恒定，因為水壓恒定于某些工業或特殊用戶是非常重要的，如當發生火警時，若供水壓力不足或無水供應，不能迅速滅火，因此用水和供水之間的不平衡的現象時有發生，并且集中反映在供水的壓力上:用水多而供水少，則供水壓力低。用水少而供水多，則供水壓力大。保持管網的水壓恒定供水，可使供水和用水之間保持平衡，不但提高了供水的產量和質量，也確保了供水生產以及電機運行的安全可靠性11]。 對于大多數采用供水企業來說，傳統供水機泵存在日常運行費用太高，供水 成本居高不下，單位供水的能耗偏大的問題，尋求供水與能耗之間的最佳性價比，是困擾企業的一個長期問題。目前各供水廠的供水機泵設計按最大揚程與最大流量這一最不利條件設計，水泵大多數時間在設計效率以下運行。導致電動機與水泵之間常常出現大馬拉小車問題(如圖 )。因此，如何解決供水與能耗之間的不平衡，尋求提高供水效率的整體解決方案，是各供水解水企業關心的焦點問題之一。 變頻調速技術以其顯著的節能效果和穩定可靠的控制方式，在風機、水泵、空氣壓縮機、制冷壓縮機等高能耗設備上廣泛應用。利用變頻技術與自動控制技術相結合，在中小型供水企業實現恒壓供水，不僅能達到比較明顯的節能效果，提高供水企業的效率， 采用該系統進行供水可以提高供水系統的穩定性和可靠性，方便地實現供水系統的集中管理與監控。同時可達到良好的節能性，提高供水效率。所以研究設計基于變頻調速的恒定水壓供水系統(簡稱變頻恒壓供水，)，對于提高企業效率以及人民的生活水平，同時降低能耗等方面具有重要的現實意義。 我國長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業生產循環供水等方面技術一直比較落后，工業自動化程度低。主要表現在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現水壓降低供不應求的現象。而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現水壓升高供過于求的情況，此時會造成能量的浪費，同時還有可能造成水管爆裂和用水設備的損壞。傳統調節供水壓力的方式，多采用頻繁啟/停電機控制和水塔二次供水調節的方式，前者產生大量能耗的，而且對電網中其他負荷造成影響，設備不斷啟停會影響設備壽命。后者則需要大量的占地與投資。且由于是二次供水，不能保證供水質的安全與可靠性。而變頻調速式的運行十分穩定可靠，沒有頻繁的啟動現象，啟動方式為軟啟動，設備運行十分平穩，避免了電氣、機械沖擊，也沒有水塔供水所帶來的二次污染的危險。由此可見，變頻調速恒壓供水系統具有供水安全、節約能源、節省鋼材、節省占地、節省投資、調節能力大、運行穩定可靠的優勢，具有廣闊的應用前景和明顯的經濟效益與社會效益。 變頻恒壓供水是在變頻調速技術的發展之后逐漸發展起來的。目前國外的恒壓供水系統變頻器成熟可靠，恒壓控制技術先進。國外變頻供水系統在設計時主 要采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式。這種方式運行安全可靠，變壓方式更靈活。此方式的缺點必是電機數量和變頻的數量一樣多，因而投資成本高。 國外生產的變頻器，特別是供水廠用變頻器，相對于國產變頻器而言也高于國內品。 目前國內有不少公司在從事進行變頻恒壓供水的研制推廣，國產變頻器主要 采用進口元件組裝或直接進口國外變頻器，結合PLC或PID調節器實現恒壓供水，在小容量、控制要求的變頻供水領域，國產變頻器發展較快，并以其成本低廉的優勢占領了相當部分小容量變頻恒壓供水市場。但在大功率大容量變頻器上，國產變頻器有待于進一步改進和完善。變頻恒壓供水系統在供水行業中的應用，按所使用的范圍大致分為三類:(1)小區供水(加壓泵站)變頻恒壓供水系統這類變頻供水系統主要用于包括工廠、小區供水、高層建筑供水、鄉村加壓 站，特點是變頻控制的電機功率小，一般在 135kw以下，控制系統簡單。由于這一范圍的用戶群十分龐大，(森蘭變頻器)推出的恒壓供水專用變頻器()。(2)國內中小型供水廠變頻恒壓供水系統 這類變頻供水系統主要用于中小供水廠或大中城市的輔助供水廠。這類變頻 器電機功率在135kV沐320kw之間，電網電壓通常為ZooV或380V。受中小水廠規模和經濟條件限制，目前主要采用國產通用的變頻恒壓供水變頻器。(3)大型供水廠的變頻恒壓供水系統 這類變頻供水系統用于大中城市的主力供水廠，特點是功率大(一般都大于 犯okw)、機組多、多數采用高壓變頻系統。這類系統一般變頻器和控制器要求較 高，多數采用了國外進口變頻器和控制系統。如利德福華的一些高壓供水變頻器在本文中，研究和設計的變頻器是以第二種應用范圍為基礎。 目前國內，除了高壓變頻供水系統，多數恒壓供水變頻系統均聲稱只要改變容量就可以通用于各種供水范圍，但在實際運用中，不同供水環境對變頻器的要求和控制方式是不一致的，大多數變頻器并不能真正實現通用。以中小水廠供水環境來說，由于其包括了自來水生產系統，其溫濕度及腐蝕程度都大于常見小區和加壓泵站，在水泵組搭配上、需要處理的信號(如水質信號停機管理)也多于小區供水系統，所以在部分條件復雜的中小水廠，采用通用的恒壓供水變頻系統并不能完全滿足實踐要求，現部分中小水廠已認識到這一情況，并針對實際情況對變頻恒壓供水系統加以改進和完善.0)變頻供水系統正在向集成化、維護操作簡單化方向發展在國內，專門 越高， 了PLC 或PID，甚至將壓力傳感器也融入變頻組件 目前國內有不少公司在從事進行變頻恒壓供水的研制推廣，國產變頻器主要 采用進口元件組裝或直接進口國外變頻器，結合PLC 或PID調節器實現恒壓供水，在小容量、控制要求的變頻供水領域，國產變頻器發展較快，并以其成本低廉的優勢占領了相當部分小容量變頻恒壓供水市場。但在大功率大容量變頻器上，國產變頻器有待于進一步改進和完善r仆網。 變頻恒壓供水系統在供水行業中的應用，按所使用的范圍大致分為三類:(1)小區供水(加壓泵站)變頻恒壓供水系統這類變頻供水系統主要用于包括工廠、小區供水、高層建筑供水、鄉村加壓站，特點是變頻控制的電機功率小，一般在135kw以下，控制系統簡單。(2)國內中小型供水廠變頻恒壓供水系統這類變頻供水系統主要用于中小供水廠或大中城市的輔助供水廠。這類變頻 器電機功率在135kV沐320kw之間，電網電壓通常為ZooV或380V。受中小水廠規模和經濟條件限制，目前主要采用國產通用的變頻恒壓供水變頻器。(3)大型供水廠的變頻恒壓供水系統這類變頻供水系統用于大中城市的主力供水廠，特點是功率大(一般都大于 犯okw)、機組多、多數采用高壓變頻系統。這類系統一般變頻器和控制器要求較高，多數采用了國外進口變頻器和控制系統。如利德福華的一些高壓供水變頻器在本文中，研究和設計的變頻器是以第二種應用范圍為基礎。0)變頻供水系統目前正在向集成化、維護操作簡單化方向發展在國內外，專門針對供水的變頻器集成化越來越高，很多專用供水變頻器集成了PLC 或PID，甚至將壓力傳感器也融入變頻組件。同時維護操作也越來越簡二 .頻恒壓供水的理論分析供水所用水泵主要是離心泵，:葉輪安裝在泵殼2內，并緊固在泵軸3上，泵軸由電機直接帶動，泵殼中央有一液體吸入口4與吸入管5連接，液體經底閥6和吸入管進入泵內，泵殼上的液體排出口8與排出管9連接。在泵啟動前，泵殼內灌滿被輸送的液體:啟動后，葉輪由軸帶動高速轉動，葉片間的液體也必須隨著轉動。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴大而減速，又將部分動能轉變為靜壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場所。液體由葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續壓入葉輪中。可見，只要葉輪不斷地轉動，液體便會不斷地被吸入和排出。，盡量使電 動機在額定負載下運行。選擇時應注意以下兩點: (1)如果電動機功率選得過小，就會出現“小馬拉大車”現象，造成電動機長期過載，使其絕緣因發熱而損壞，甚至電動機被燒毀。 (2)如果電動機功率選得過大，就會出現‘吠馬拉小車”現象，其輸出機械功 率不能得到充分利用，功率因數和效率都不高，不但對用戶和電網不利，而且還會造成電能浪費。要正確選擇電動機的功率，必須經過以下計算或比較:對于恒定負載連續工作方式，如果知道負載的功率(即生產機械軸上的功率)P堆叨，(kW)式中，爪為生產機械的效率