变频恒压供水控制系统设计

1、交流调速课程设计任务书课题名称 变频恒压供水控制系统设计 学院（部）电子与控制工程学院专 业电气工程及其自动化班 级 32040802学生姓名学 号12月26_日至12 月 31日共 1 周指导教师（签字）2011年 12 月 9日摘要随着我国社会经济的不断发展，住房制度改革的不断深入，人民生活水平的 不断提高，城区中各类小区建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出 了更高的要求。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的经济性、可靠 性、稳定性直接影响到小区住户的正常生活与工作，也直接体现了小区物业水平的 高低。传统的恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水灯供水方式普遍不

2、通话程度的存在效率低、可靠性差、自动化不高等缺点，难以满足当前经济生活的 需要。论文分析了采用变频调速方式实现恒压供水的工作机理，通过对PID模块的参数预置，利用远传压力表的水压反馈量，构成闭环调节系统，利用变频器与水泵的 配合作用实现恒压供水且有效节能。论文论述了多种供水方案的合理性，同时也指出各种方案存在的问题，通过对 比比较给出了比较适合该系统的方案一一 PLC控制变频恒压供水。关键字：恒压供水变频调速PLC一、设计内容变频器是一种新型技术，将变频调速技术用于供水控制系统中, 具有高效节能、水压恒定等优点。本课程设计是电气工程及其自动化专业交流调 速课程的实践性环节，其主要目的是培养学生

3、初步掌握交流调速系统的设计方法 及理论知识的应用能力。本课程设计的基本任务是提高学生在调速系统设计方面的 实践技能，培养学生综合运用知识，分析和解决实际问题的能力。通过控制系统的 设计，初步掌握交流变频调速控制系统设计的方法。二、设计资料一楼宇供水系统，正常供水 45m3小时，最大供水量60m3/小时，扬程24m采用变频调速技术组成一闭环调节系统，控制水泵的运行，保证用户水压恒定。当用 水量增大或减小时，水泵电动机速度发生变化，改变流量，以保证水压恒定。三、设计内容1、方案的确定 相对于传统的加压供水方式，变频恒压供水系统的优点突出地体现在以下几个 方面：（1）高效节能 变频恒压供水系统的最显

4、著优点就是节约电能，节能量通常在 1% 40%从单台水泵的节能来看，流量越小，节能量越大。（2）恒压供水 变频恒压供水系统实现了系统供水压力稳定而流量可在大范围内连 续变化，从而可以保证用户任何时候的用水压力，不会出现在用水高峰期用户的热 水器不能正常使用的情况。（3）安全卫生 系统实行闭环供水后，用户的水全部由管道直接供给，取消了水 塔、天面水池、气压罐等设施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理 的工作。（4）自动运行、管理简便 新型的变频恒压供水系统具各了过电流、过电压、欠电 压、断相、短路保护，瞬时停电保护，过载、失速保护，低液位保护，主泵定时轮 换控制和密码设定等功能，功能完

5、善，全自动控制，自动运行，泵房不设岗位，只 需派人定期检查、保养。（5）延长设备寿命、保护电网稳定 使用变频器后，机泵的转速不再是长期维持额 定转速运行，减少了机械磨损，降低了机泵故障率，而且主泵定时轮换控制功能自 动定时轮换主泵运行，保证各泵磨损均匀且不锈死，延长了机泵使用寿命。变频器 的无级调速运行，实现了机泵软起动，避免了电动机开停时的大电流对电动机绕组 和电网的冲击，消除了水泵的水锤效应。（6）占地少、投资回收期短 新型的变频恒压供水系统在水池上直接安装立式泵， 控制间只要安放一到两个控制柜，体积很小，整个系统占地非常小，可以节省投 资，降低运行管理费，再加上变频供水的节能优点，都决定

6、了变频恒压供水系统的 投资回收期短，一般约 2 年。但是变频恒压供水系统开发周期长，对操作人员的素质要求比较高，可靠性较 低，维修不方便，且不适用于恶略的环境。综上所述，传统的供水方式存在普遍不同程度的浪费水力、电力资源、效率 低、可靠性低、自动化程度低等缺点，严重影响了居民用水。目前的供水方式朝高 效节能，自动可靠的方向发展， PLC 变频调速技术显著的节能效果和稳定可靠的控 制方式，在风能，水泵，空气压缩机，制冷压缩机等高耗能设备上广泛应用，特别 是居民用水的恒压供水系统中，变频调速系统节能效果尤为突出，其优越性在：一 节能效果显著；二是在开停机时能减小电流对电网的冲击以及供水水压对管网系

7、统 的冲击；二是能减小水泵，电机自身的机械冲击损耗。所以本系统米用PLC变频恒压供水系统。2、变频调速恒压供水系统简介及工作原理（1）简介由PLC控制变频恒压供水系统是一种十分灵活的供水系统，在较大的多台水泵 供水系统中应用相当的普遍。变频调速恒压供水系统的应用场合主要有：a 高层小区，城乡居民小区，企事业单位等生活用水；b 各类工业需要恒压控制的用水，冷却水循环，热力水网循环，锅炉补水 等；c 中央空调系统；d 来自水厂增压供水系统；e 农田灌溉，污水处理，人造喷泉；f 各种流体恒压供水系统；（2）工作原理变频恒压供水系统主要是由 PLC变频器、PID调节器、压力传感器、动力控制线路、 2

8、台水泵以及各种电气控制元件等组成。用户通过控制柜面板上的指示 灯、 按钮、 转换开关来了解系统运行状况和控制系统的 运行。系统工作原理：通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号变成 4- 20mA的标准信号送入PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出一调节 参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网 中的压力保持在给定压力上。当供水负载变化时，输入电机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力 为基准的闭环控制系统。通过 PLC实现变频器的启停、故障报警和备用泵自投。在 手动状态下，不再使用变频器，直接手动启停水泵。变频恒压供水系统原理框图：图

9、一 变频恒压供水系统框图2、水泵的容量公式如下： N=Q*H/367/g（0.60.85）式中,N，轴功率，单位是千瓦（kV）Q流量，单位是立方米每小时（m3/h）H,扬程，单位是米（m）367，是常数，是一个固定值g, 0.60.85 ，是水泵的效率，一般流量大的取大值，流量小的取小值； 假定g=0.68 （经验值，各品牌效率均不同），N=60*24/367/0.68=5.78kW水泵功率=轴功率*安全系数即P=N*K K在N不同时有不同的值，当 N22时，K=1.25=8.42*1.25=7.22kW一般水泵的功率有一些模数，从小到大有： 1.1kW， 2.2kW， 3kW， 4kW， 5

10、.5kW， 7.5kW， 11kW， 15kW， 18.5kW， 22kW， 30kW， 37kW， 45kW， 55kW， 75kW， 90kW， 110kW 132kW故选出的电机功率为： 7.5KW。3、系统的工作原理工作方式选择：分别闭合总电源开关 QF1,控制电路电源开关 QF2变频器电 源开关QF3，将自动档位开关SA2旋到自动档位，此时触点0001接通，进而使内 部辅助触电 1001 导通，选择工作方式为自动方式。备用泵选择：如选择1号泵为备用泵，则将其备用选择开关 SA1旋到1号泵备 用档位，此时触电 0000被接通，内部辅助触电 1002导通，选择 1 号泵为备用泵。 如选择

11、2号泵为备用泵，则将其备用选择开关 SA1旋到2号泵备用档位，此时常闭 触电 0000 被接通，内部辅助触电 1003 导通，选择 2 号泵为备用泵。自动状态启动：按下启动按钮 SB1, PLC内部触电002被接通，此时如果选择 1 号泵为备用泵则 0502触电被接通， 2号泵正常工作， 1 号泵为备用泵。此时如果 选择 2 号泵为备用泵则 0500 触电被接通， 1 号泵正常工作， 2 号泵为备用泵。自动状态停止：按下自动停止按钮 SB2则PLC内部触点0003被接通，此时可 断开 0502 和 0500 输出继电器，可使整个系统停止运行。同时，手动启动1号泵：分别闭合总电源开关 QF1,控

12、制电路电源开关 QF2变频器电源开关QF3，将自动档位开关SA2旋到手动档位，此时触电0001被接通，同时常闭触电0001断开，即切除自动状态的功能。按下SB3启动1号泵工作，触电0004被接通，输出继电器0501动作，启动1号泵工频工作。手动停止1号泵：按下SB4,触电0005闭合，切断输出继电器 0501, 1号泵 停止工作。同时常闭触电0501断开，2号泵无法启动。手动启动2号泵：按下SB5启动2号泵工作，触电0006被接通，输出继电器 0503动作，启动1号泵工频工作。手动停止2号泵：按下SBQ触电0007闭合，切断输出继电器 0503, 2号泵 停止工作。同时常闭触电0503断开，1

13、号泵无法启动。故障排除：1号泵热继电器出现故障时，输入端子 FR1动作，接通触点0009，使输出继电器0505接通，点亮L1。2号泵热继电器出现故障时，输入端子 FR2动作，接通触点0010,使输出继电器0506接通，点亮L2。当变频器出现故障 时，输入端子BP动作，接通触点0008,使输出继电器0507接通，蜂鸣器发出声 音。四、设计图纸1、电气原理控制图（见附录一）2、自动调节原理框图3、PLC梯形图（见附录二）4、I/O分配表（见附录三）5、PLC程序（见附录四）五、操作使用说明书自动启动：分别闭合总电源开关 QF1,控制电路电源开关 QF2变频器电源开 关QF3，将自动档位开关SA2旋

14、到自动档位，如选择1号泵为备用泵，则将其备 用选择开关SA1旋到1号泵备用档位。如选择2号泵为备用泵，则将其备用选择开 关SA1旋到2号泵备用档位。自动启动：按下启动按钮SB1,则系统可自动工作。自动停止：按下自动停止按钮SB2则可使整个系统停止运行，变频器自动关闭。如长时间不用最好切断电源 QF1 QF2 QF3手动启动1号泵：分别闭合总电源开关 QF1, 1号泵电源开关QF4控制电路 电源开关QF2将自动档位开关SA2旋到手动档位。按下SB3启动1号泵工作，按 下SB5启动2号泵工作。手动停车：按下SB4停止1号泵工作，断开电源开关 QF4按下SB6停止2号 泵工作，断开电源开关 QF5。

15、故障排除: 根据指示灯可判断其故障具体位置。当 L1 点亮时，说明一号泵热继 电器出现故障 。当 L2 点亮时，说明二号泵热继电器出现故障 。当蜂鸣器发出声 音时，说明变频器出现故障 。六、主要参考资料1 ）交流电机变频调速及其应用张承慧等机械工业出版社2）建筑电气控制技术 王俭建筑工业出版社3）过程控制金以慧清华大学出版社4 ）富士变频器使用手册5 ）电气图用图形符号（国标）6 ）给水排水工程仪表与控制崔福义建筑工业出版社7 ）水暖空调电气控制技术孙光伟建筑工业出版社8 ）有关杂志、报刊、资料附录三:I/O分配表输入输出1、2号泵备用旋钮SA100001号泵变频启动接触器KM10500手动或

16、自动旋钮SA200011号泵工频启动接触器KM20501自动启动SB100022号泵变频启动接触器KM30502停车SB200032号泵工频启动接触器KM40503手动1号泵启动SB30004变频器启停继电器KA05041号泵停车SB400051号泵故障报警指示灯L105052号泵启动SB500062号泵故障报警指示灯L205062号泵停车SB60007变频器报警蜂鸣器0507变频器报警30A0008 11号泵热保护触电FR100092号泵热保护触电FR20010附录四（PLC程序）：LD 0000AND NOT 1000OUT 1002LD NOT 0000AND NOT 1000OUT 1003LD 0001OUT 1000LD NOT 0001OUT 1001LD 0002OUT TR0AND 1001AND 1002OR 0506LD TR0AND 0507OR 0003OR 0505KEEP 0502LD TR0AND 1001AN