自动化工程应用实例二-恒压供水ppt课件

1、自动化工程运用实例二恒压供水系统.由水泵-管道供水原理可知，调理供水流量，原那么上有两种方法： 1.节流调理：开大供水阀，流量上升；关小供水阀，流量下降。水泵转速不变，浪费能量。 2.转速调理：水泵转速升高，供水流量添加，转速下降，流量降低。对于用水量经常变化的生活用水场所，节能效果明显。 一、供水流量调理原理.1.变频器闭环控制 供水系统的关键是压力恒定，压力低那么高层无法得到供水，压力高那么浪费能量。传统的方法是运用水箱或水塔，但在供水质量、日常维护和应付火警等方面均显示出明显的缺乏。利用变频器压力闭环控制可以实现无塔恒压供水，获得了广泛运用。二、变频器 在恒压供水系统中的运用.1.变频器

2、闭环控制 不同品牌的变频器端子称号不同。图2-1 变频恒压 供水系统.图2-1示出了一个恒压供水系统。水泵电动机M由变频器VF供电,SP是压力传感器,其检测到的压力信号作为反响信号XF被送到变频器的反响信号输入端(VPF)。压力给定信号XT从外接电位器RP上取出,接到变频器的给定信号输入端(VRF)。不同的变频器端子符号有所不同。变频器内置有PID调理器，调理器的输出是频率给定。.假设Q1是水泵输出的“供水流量,而Q2是用户所需求的“用水流量,显然：假设Q2Q1,那么压力必减小,反响信号XF也随之减小；反之,假设Q2Q1,那么压力必增大,反响信号XF也随之增大；假设Q1=Q2,那么压力坚持不变

3、,反响信号XF也坚持不变,那么水泵的“供水流量和用户的“用水流量之间处于平衡形状；变频器经过内部的PID调理功能,不断地根据给定信号XT与来自SP的反响信号XF之间的比较结果,调整变频器的频率,从而调整电动机的转速,到达供需平衡,使水压坚持恒定。. Q P(XF) PID fXtttt0 t1 t2 t3 t4图2-2恒压供水的调理过程(a)流量 (b)压力 (c)调理量 (d)频率a)b)c)d) 0t1段：流量Q无变化,压力P也无变化,PID的调理量PID为0,变频器的输出频率fX也无变化； t1t2段：流量Q添加,压力P有所下降,产生正的调理量(PID为正),变频器的输出频率fX上升；

4、t2t3段：流量Q稳定在一个较大的数值,压力P曾经恢复到给定值,调理量PID=0,变频器的输出频率fX停顿上升； t3t4段：流量Q减小,压力P有所添加,产生负的调理量(PID为负),变频器的输出频率fX下降； t4以后：流量Q停顿减小,压力P又恢复到给定值,调理量为0,变频器的输出频率fX停顿下降。.由于采用变频调速，该恒压供水系统可以节能，特别是在流量小的情况下节能效果明显。多数品牌通用变频器支持恒压供水功能，无须添加任何硬件，也无须修正软件，只需适当设定变频器的任务方式与有关参数PID参数等就可以了，这是通用变频器众多功能当中的一个。1.变频器闭环控制 .变频恒压供水系统由PLC控制器、

5、变频调速器、压力变送器、水位变送器、交流接触器和其它电控设备及泵组构成，如图2-3所示。在供水系统总出水管上安装压力变送器。PLC具有模拟量输入模块，可检测压力变送器和液位变送器输出的4-20mA信号，并将检测的压力信号与给定的压力信号的差值经运算后，输出频率给定给变频器,到达调理电动机的转速，坚持供水压力的恒定的目的。2.恒压供水系统的组成. 蓄水池小区水厂交流接触器PLC变频器 4#泵3#泵2#泵1#泵 P P 压力信号 液位信号市政供水管闸 图2-3 小区变频恒压供水系统框图 出水管网前往10.PLC自动检测水池水位信号并与设定的水位下限比较，假设水位低于下限，输出水位报警信号或直接停机

6、。该系统还有多种维护功能，可以保证正常供水，做到无人值守。假设供水系统配置一台变频器和多台水泵电机，PLC还要自动完成多台水泵电机的投切。2.恒压供水系统的组成. 该系统有手动和自动二种任务方式。 1手动运转 按下按钮，工频启动或停顿水泵，可根据需求控制泵的启、停。该方式主要供检修及变频器出缺点时运用。 手动启动水泵电机需求运用软启动器或其它降压启动措施。3.恒压供水系统的任务原理 .2自动运转 合上自动开关后，系统自动变频启动1#泵，频率从0Hz开场上升，同时PID调理器接纳到来自压力传感器的信号，与压力给定信号比较，假设压力不够，那么调理器指挥频率继续上升。直到 50Hz，此时假设压力仍达

7、不到给定值，阐明一台水泵不够，1#泵由变频运转切换到工频运转，然后变频启动2#泵，逐渐升高频率至适当值，水压到达给定值。多次加泵依次类推。3.恒压供水系统的任务原理 .假设用水量减少，那么先启动的泵开场退出。假设电源瞬时停电，那么系统停机。待电源恢复正常后，系统自动恢复运转，按自动运转方式变频启动1#泵，反复上述操作，直到在给定水压值上稳定运转。变频自动运转无需软启动器。？3.恒压供水系统的任务原理 .运用外加的PID调解器完成闭环控制，如以下图所示，外加的PID调解器可以是PLC，如图2-3所示；也可以是公用的恒压供水控制器，如图2-5所示。.图2-5 公用恒压供水系统控制器.在供水系统中采

8、用变频调速运转方式，可根据实践需求设定水压，系统自动调理水泵电动机的转速或加减泵，使供水系统管网中的压力坚持在给定值，以求最大限制的节能、节水、节地、节资，使系统可靠运转，实现恒压供水。该项技术曾经获得推行，是今后的开展方向。4.总结 .1.系统引见在自来水厂的供水泵站中，系统普通由假设干台扬程相近的水泵组成，传统的调理水压和流量的方式是人工投切运转水泵的台数。以供水才干为4-6万吨日的自来水厂为例，一种能够的水泵配置为3台160kW和一台90kW的水泵组成。三、自来水厂循环投切 变频恒压供水系统.1.系统引见传统的调理方法是，假设供水量较大，流量和管网水压曾经不能满足要求，这时需人工投入水泵

9、；假设供水量减小，管网水压会升高，此时又需人工切除水泵。在深夜用水量较小时，用一台功率较小的水泵供水。三、自来水厂循环投切 变频恒压供水系统.1.系统引见为防止“水锤效应，人工投切时，投入泵应遵照“先开机，后开阀，切除泵应遵照“先关阀，后停机的操作顺序。假设是小功率的水泵，那么水泵的出水侧都装有“止回阀。如今最常用的方法是变频恒压供水。三、自来水厂循环投切 变频恒压供水系统. BP1 BU1 PLC PTM13M23M33M43 DZ1 DZ2 DZ3 DZ4 DZ5 DZ6KM3 KM5 KM7 KM9 RJ1 RJ2 RJ3 RJ4 KM2 KM4 KM6 KM8KM1KM10FU1 FU

10、2LRO1RO2RO3ZJ1ZJ2图2-6 变频恒压供水循环投切方案系统图变频器软启动器压力变送器可编程控制器水泵电机前往26前往24前往34.1变频恒压供水系统的控制方案由于城市自来水的用量随季节的变化而变化，随每日时段的不同而不同，所以，为使供水压力恒定，最常用的方案是采用变频恒压供水系统。即压力变送器装在主管网上检测压力信号，再将此压力信号送到变频器的模拟信号输入端，由此构成构成压力闭环控制系统。1.系统引见.1变频恒压供水系统的控制方案可以采用的一种方案是循环投切，见图1-6所示。图中，BP1为变频器；BU1为软启动器，PT为压力变送器；ZJ1 、 ZJ2用于控制系统的启动/停顿和自动

11、/手动转换开关。1.系统引见.1变频恒压供水系统的控制方案变频器首先驱动第一台水泵电动机变频运转，需求加泵时，变频器停顿运转，并由变频器的输出端口RO1-RO3输出信号给PLC，由PLC控制切换过程。1.系统引见.1变频恒压供水系统的控制方案切换开场时，变频器自在停车，第一台水泵切换到工频运转，变频器衔接到第二台水泵上启动并运转。假设需求继续加泵，将第二台水泵切换到工频运转，变频器衔接到第三台水泵启动并运转。1.系统引见.1变频恒压供水系统的控制方案需求减泵时，系统先将第一台水泵停顿，假设需求接着将第二台水泵也停顿。再需求加泵时，切换从第三台水泵开场循环。1.系统引见.1变频恒压供水系统的控制

12、方案这种方案保证总有一台水泵电机处在变频运转，四台水泵中的任何一台都能够变频运转，长期看各台水泵运转时间根本一样，给维护检修带来方便。大部分供水厂钟情此方案。1.系统引见.1变频恒压供水系统的控制方案但是，必需设置一套备用系统，图2-6中的软启动器就是作为备用，当变频器或PLC缺点时，可用软启动器手动依次启动各泵运转，以保证供水不中断。1.系统引见.2循环投切的任务过程变频器的输出端只能接负载，不能接电源，也不能在运转中切断负载，切换过程应严厉遵照这些限制。系统启动后，变频器频率按设定斜率上升，假设频率升到了50Hz上限，运转60秒后管网水压未到达给定值，那么该台水泵需求切换到工频运转。其切换

13、过程如下：1.系统引见.先封锁该台水泵电磁阀，然后变频器自在停车，水泵电动机靠惯性继续运转，思索到电动机中的剩余电压，不能将电动机立刻切换到工频，而是延时一段时间约600ms，待剩余电压下降到较小值后再切换，以保证切换冲击电流较小。剩余电压是由于切换时电机磁场能量经过转子回路释放,在定子上感应出电压所致。1.系统引见.2循环投切的任务过程关阀后停车，水泵电动机根本上处于空载运转形状，到600ms时，电动机的转速下降不是很多，使切换时冲击电流较小。1.系统引见.2循环投切的任务过程切换完成后再翻开电磁阀，已停车的变频器切换到另一台水泵上启动并运转，翻开电磁阀。切除工频泵时，先关阀，后停车，这样无

14、“水锤景象发生。这些操作都是由PLC操作自动完成的。1.系统引见.3软启动与切换电流冲击变频器缺点或检修时可以运用手动方式运转系统。鉴于供水系统水泵电机普通功率较大，不宜直接手动启动，需求采用星-三角、自耦变压器降压或软启动器启动。1.系统引见.3软启动与切换电流冲击自耦变压器降压启动时先加60%的额定电压，延时数秒或数十秒钟后，再切换到全电压，可以有效地减小启动电流的冲击。1.系统引见.3软启动与切换电流冲击电动机从变频向工频切换,只需切换延时时间适当如前述600ms,冲击电流不会很大。电动机剩余电压的衰减时间普通为1-2秒。电机磁场能量经过转子回路释放,感应出定子电压所致。1.系统引见.3

15、软启动与切换电流冲击延时长,剩余电压小,但速度降落大；延时短,剩余电压大,但速度降落小,选择延时时间需二者兼顾,以求得到最小的切换冲击电流。1.系统引见. 某市自来水二厂招标，标书提出的要求 设计供水才干为6万吨日； 城市管网压力为0.4MPa； 泵组为3台160kW、1台90kW水泵； 要求恒压供水并采用计算机控制； 变频器或控制系统缺点可由软启动器手动启动各泵。2.运用实例.1计算机监控的内容 管网压力、流量； 泵的运转形状、阀启闭形状； 电动机温度； 各泵电动机电流、电压、功率、功率因数； 水质参数：包括余氯、浊度、含铁量、PH值等。2.运用实例.2方案框图本系统采用循环投切方式，备用系

16、统用一软启动器和相关器件构成，如图2-6所示。2.运用实例.2方案框图上位PC机用于管理，用组态软件构成假设干工艺流程图，实时显示系统的运转情况，并统计历史数据，打印统计报表，还用于缺点的报警与处置。PLC选用西门子S7-300，采用Profibus现场总线与总控室的计算机联网。2.运用实例.2方案框图BP1为160kW变频器DZ1为400A空气开关FU1为500A、FU2为600A快速熔断器KM1-KM10为为LG GMC-400交流接触器PT为森纳斯压力变送器，量程为1MPa切换延时定为600ms，无明显电流冲击据厂家统计，节能20%，每年节约电费10万元2.运用实例.图2-7具有闭环调理功能的变频器恒压供水系统(10)(2)(5)(1)假设所用变频器是FR-A700系列，那么对应的端子号