供水廠電氣及儀表控制系統(tǒng)設(shè)計_畢業(yè)設(shè)計說明書-免費(fèi)閱讀

　　

【正文】 按下運(yùn)行按鈕 SB2，線圈 KM2 得電吸合，使其主觸點(diǎn)在主回路吸合，而且 其常開觸點(diǎn)閉合，使得在松開運(yùn)行按鈕 SB2 時， 線路自鎖， 2電機(jī)手動啟動。 QF4 是 給 控制回路 上電 的兩相空 氣開關(guān) ； HL1是當(dāng)控制回路通電時的指示燈 ； HLHL HL4 分別為 三臺電機(jī) M M M3 運(yùn)行時的指示燈 ； HL HL HL7 分別 是三臺電機(jī)M M M3 過載時的指示燈 ； FT FT FT FT4分別為液位傳感器的四個限位開關(guān)的常開觸點(diǎn)，能夠自動的控制電機(jī)的起停 ； KV KV KV3 是 3 個中間繼電器，利用他們的常開、常閉觸點(diǎn)可以 控制 電機(jī) 的通斷； SB SB SB SBS SBS SBS3 分別為 3組啟動、停止按鈕，可手動的實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的控制； KM KM KM KM KM5 分別為接 觸器的線圈，當(dāng)接觸器通電，線圈先得電， 接著 其常開、常閉觸點(diǎn)動作； KT1 是時間繼電器，可以進(jìn)行得電延時和斷電延時。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 20 （ 2） 離散 PID 控 制算法 在用單片機(jī)、計算機(jī)、 PLC 等等作為控制裝置進(jìn)行直接數(shù)字控制的時候，對于各個被控制變量的離散處理在 直接數(shù)字 控制的特點(diǎn)就是采樣控制，而且將每個被控制變量的測量值隔與設(shè)定值定時進(jìn)行比較，按預(yù)定的控制算法取得輸出值，通常把它保留直到下一個采樣時刻。 對于比例微分控制，當(dāng)發(fā)生偏差的時候，很快的產(chǎn)生了比單獨(dú)微分的動作較大的操作量，以便來抑制偏差不斷的增加。 ② 積分環(huán)節(jié)：主要用在消除靜差，提高系統(tǒng)無差度，積分作用強(qiáng)弱取決于積分時間常數(shù) TI， TI越大，積分作用越弱， TI 越小，積分作用則越強(qiáng)。在引入積分作用后， cK應(yīng)比單純比例作用時減小 10%左右。因此，如果有 ? 的估計值，那么 iT 和 dT 值就不難決定出來了。 PID 參數(shù)整定的相關(guān)原則 針對一個較為具體的系統(tǒng)，具體的設(shè)置及調(diào)整 PID參數(shù)，以使調(diào)節(jié)的過程達(dá)到用戶滿意的品質(zhì)，我們稱之為參數(shù)整定，無論是用常規(guī)的調(diào)節(jié)器還是用數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器，都統(tǒng)稱之為調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這就是說，在控制器中僅引入 “ 比例 ” 項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目 前需要增加的是 “ 微分項 ” ，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例 +微分的控制器，就能 夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入 “ 積分項 ” 。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握 或者 得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。 PID 控制和模糊控制是 目前使用的兩種主要方法。在這種控內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 15 制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。同理，為了防止由于水泵 電機(jī) 故障或者 過載、變頻器 故障 、 多臺電機(jī)突然啟動對 電網(wǎng) 電流過大的沖擊 、供水水源 突然 中斷 等 造成故障， 供水系統(tǒng)必須 對 各種可能的故障 均設(shè)有 有相應(yīng)的指示燈或者電鈴進(jìn)行報警，同時 對警報信息進(jìn)行實(shí)時的 監(jiān)測， 在 顯示 的同時，對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù) ，以免造成不必要的損失。 第二組執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由兩臺加壓水泵組成的， 都是從水池取水，進(jìn)而 將水供給用戶。 水壓 信號是模擬信號 ， 需進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換才能讀入變頻器。系統(tǒng)的主要的 目的 是利用變頻器 內(nèi)置的功能 循環(huán) 控制 3 臺水泵， 讓其保證管 網(wǎng)水壓的恒定和 對加壓水泵 的 變頻軟啟 動以及 加壓水泵的變頻、工頻之間的自動 切換，同時還要能對運(yùn)行 參數(shù) 進(jìn)行 變換、 傳輸和監(jiān)控。水源井是由 3 眼井組成的，距離水池最遠(yuǎn)為 200 米，放在 3眼井中的電機(jī)功率 依次 為 15KW、 和 22KW。 (2) 葉片承受的壓力也大為減小。此外，水錘效應(yīng)也 有 可能 導(dǎo)致 閥門和固定件 的損壞 。在 A 點(diǎn)，系統(tǒng)的 的流量在 供水 和 用戶的用水處于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng) 同時 滿足了揚(yáng)程特性 和 管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行 ，同時也節(jié)約了設(shè)備及能源 。 變頻調(diào)速恒壓供水的節(jié)能原理 圖 供水系統(tǒng)的基本特性 圖 如圖 所示，為 供水系統(tǒng)的基本特性 圖，它 是 在 供水系統(tǒng) 中 ，管路 的閥門開度 保持 不變?yōu)榍疤?的條件下，供水 系統(tǒng)的基本特性 和揚(yáng)程特性，表明 加壓 泵在某同 一轉(zhuǎn)速下 的 流量 （ Q） 與 揚(yáng)程 （ H） 之 間的關(guān)系 f(Q)。面向多種的供水系統(tǒng)，不同用 水量和揚(yáng)程，供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在著很大的差異，因此模型要有很強(qiáng)的多變性，供水系統(tǒng)要有通用性。兩臺水泵既能實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行又能實(shí)現(xiàn)工頻運(yùn)行，當(dāng)變頻器故障時，應(yīng)能工頻運(yùn)行供水。 本設(shè)計的主要研究 內(nèi)容 本設(shè)計是以由加壓站和水源井群組成的某供水廠為遠(yuǎn)在方圓 15KM外的幾十個村莊供水系統(tǒng)為控制對象，設(shè)計一套基于電氣及儀表控制的的變頻恒壓供水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠地運(yùn)行。它們的主要特點(diǎn)如下。在石油、化工、電力、鋼鐵、輕工等行業(yè)的壓力測量及現(xiàn)場控制中應(yīng)用非常廣泛。 在今天 ，液位傳感器 在生產(chǎn)領(lǐng)域的 發(fā)展仍 然 存在 很大 的挑戰(zhàn)。 儀表在控制系統(tǒng)中的作用 控制儀表 是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化的一種重要工具。隨著變頻調(diào)速技術(shù) 的 飛速發(fā)展， 大部分廠家 開始推出相應(yīng)的零部件及變頻器本身。 它在近 幾年 內(nèi) 經(jīng)歷了一個逐步完善的發(fā)展過程， 現(xiàn)在 多泵逐漸 代替 了 早期的單泵 的 恒壓 供水 調(diào)速系統(tǒng)， 節(jié)約了成本 ，提高 了 運(yùn)行效率，成為主導(dǎo) 的系統(tǒng) 產(chǎn)品 。 variable frequency speed regulation。變頻恒壓供水 控制 系統(tǒng)由變頻器、壓力傳感器、水泵機(jī)組、 數(shù)字顯示儀表 等 組 成。 關(guān)鍵詞： 恒壓供水 ； 變頻器 ； PID 控制 ； 變頻調(diào)速；儀表內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） II Rural Water Supply Plant Electrical and Instrumentation Control System Design Abstract According to the requirement of the rural water supply, Design a set of electrical and instrument control of frequency conversion constant pressure water supply system. Frequency conversion constant pressure water supply control system by frequency converter, pressure sensor, pumping unit, Digital display instrument, etc. Water supply plant for dozens of villages in fangyuan 15 km outside the water supply, Water supply plant is posed of pressure and water well group, Source well group consists of three Wells. Put water Wells water injection pressure in the reservoir, Then the pump water from the reservoir through the frequency control of motor speed control for users. Reservoir contains three submersible pump motor control water level, According to the water level is different, Start the different sets of submersible pump, Power of freshman should adopt stepdown startup. At the same time contains three pressurized water pump motor, They are posed of variable frequency cycle operation system, control cabi should be able to supply pressure water supply according to user requirements, Frequency converter, is adopted to realize of pressurized water pump soft start and frequency control of motor speed, Implement as a pump of variable, power frequency switching and automatic start and stop, between the two pumps, Current hydraulic pressure sensor signal, Into the inverter pared with the set value to PID arithmetic, To control the output voltage and frequency of the inverter, Can make a big difference to the speed of water pump motor to change water supply, Eventually maintain stability of the pipe work pressure near the set point, To realize constant pressure water supply. Key words: constant pressure water supply。 變頻 恒壓供水系統(tǒng) 是變頻調(diào)速技術(shù)一個很重要的應(yīng)用領(lǐng)域， 是 依據(jù) 用戶用 水量的變化 (即 為供水管網(wǎng)壓力 的 變化 )，運(yùn)用變頻器內(nèi)部的 PID 參數(shù)構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)來 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的 運(yùn)行 參數(shù)， 實(shí)現(xiàn) 水泵 電機(jī) 的 無級調(diào)速， 保持水 壓 恒定以滿足 用戶的 用水要求，是當(dāng)今 最 先進(jìn)、 最 合理的供水系統(tǒng) 。由于對變頻技術(shù)的要求及精確性不斷提高，變頻調(diào)速技術(shù)飛速發(fā)展，通用變頻器的出 現(xiàn)更是鞏固了變頻技術(shù)在工業(yè)自動化領(lǐng)域的強(qiáng)大地位。但該變頻器其輸出接口仍然限制了所帶負(fù)載容量大小，操作不方便的同時不能實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，所以只這類變頻器適用范圍小，控制要求低。最常用的就是液位傳感器、壓力變送器等 液位傳 感器 是一種 相當(dāng)于變壓 、 變流用的 用來 測量液位 高度 的 壓力傳感器 。 壓力變送器是指輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號的壓力傳感器 。 (4)到今天，科學(xué)技術(shù)達(dá)到飛速發(fā)展的高潮 ， 出現(xiàn)的這批 變送器 更加符合我們的應(yīng)用實(shí)際， 精度高 、 逐漸 實(shí)現(xiàn) 智能化 ， 輸出的 數(shù)字信號 更容易被 采集。 (5)擁有 自補(bǔ)償功能 ， 如非線性、響應(yīng)時間、噪聲 、 溫度誤差和交叉感應(yīng)等 的補(bǔ)償 。 供水部分是由兩臺加壓水泵組成的，采用變頻調(diào)速控制。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 6 第二章 控制方案擬定 變頻調(diào)速恒壓供水的主 要特點(diǎn) 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 與過去的典型的供水方式相比在運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、設(shè)備的節(jié)約性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面都有具有典型的優(yōu)勢。 (5)當(dāng)意外情況出現(xiàn)的時候 (如突然斷電、停水等外部故障，或者水泵、變頻器或軟啟動器等內(nèi)部故障 )，系統(tǒng)能根據(jù)當(dāng)前工況自動進(jìn)行調(diào)節(jié)切換，保證供水壓力的恒定，且能同時滿足用戶的用水需求。由圖 可 知 ，在 某個 時刻，相同 閥門開度下，揚(yáng)程 和流量的變化基本一致，隨著揚(yáng)程增大， 流量 也 增大 。由于水的 不可壓縮性， 還具有動量， 因此，在極短時間內(nèi) ， 流量 發(fā)生 的巨大變化 會直接 引起對管道的 過高或過低的 壓強(qiáng)沖擊，并 由此 產(chǎn)生空化現(xiàn)象。 當(dāng)系統(tǒng) 采用了變頻調(diào)速 方式以后，可以通過預(yù)置升速時間 來延長啟動 的 過程，使動態(tài)轉(zhuǎn)矩 在很大程度上有所 減小，在停機(jī) 制動 過程中， 停機(jī)過程的延長 同樣可以通過 預(yù)置降速時間來 實(shí)現(xiàn) ，使動態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減小，從而 從根本上 消除了水錘效應(yīng)。由于對供水水壓的要求很高， 同在白天或某一用水高峰期時，系統(tǒng)供水時電機(jī)的負(fù)荷很大，常常需要滿載甚至超載運(yùn)行；但在深夜或用水低峰期的時候，所需用水量就會很小，但電機(jī)會仍然處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，這樣既造成資源的浪費(fèi)，又會對電機(jī)的損耗很大，還有可能會損壞水管和設(shè)備。 圖 恒壓供水系統(tǒng)方框圖 水壓由壓力傳感器的 420mA信號送入變頻器 ，內(nèi)部 PID 模塊 與 最初 設(shè)定的壓力值比較， 算出給定值與反饋值之間的偏差 ， 將結(jié)果轉(zhuǎn)換為 調(diào)節(jié)頻率的 信號，以調(diào)整 加壓 水泵的頻率，從而實(shí)現(xiàn) 調(diào)節(jié)加壓 水泵轉(zhuǎn)速 ，實(shí)現(xiàn)恒壓供水 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 13 第三章