PLC控制的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)程序

PLC控制的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)程序,plc,控制,節(jié)制,變頻,調速,供水系統(tǒng),程序 浙江工業(yè)大學浙西分校信息與電子工程系畢業(yè)設計（文獻綜述） 文獻綜述 摘 要：傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)存在著占地面積大、建設費用高、管理維護復雜困難、供水質量低下等缺點和不足。為了解決這些問題，本文采用控制技術和變頻調速技術相結合的方法來研究恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)與現(xiàn)場液位傳感器、壓力傳感器一起組成了兩個獨立的閉環(huán)控制子系統(tǒng)。設計好的系統(tǒng)每天24小時不間斷按預先設定的水壓恒定地向城市供水，保證了水廠的不間斷生產。 通過該項目的研制和應用，不僅能夠節(jié)約寶貴的水、電資源，降低了生產成本，減少設備維護，降低維修成本；而且提高了整個水廠的生產調度管理水平，減輕工人勞動強度，有效的提高了生產率。 關鍵字：恒壓供水，控制，變頻器， 一、 引言 隨著社會經濟的飛速發(fā)展，城市建設規(guī)模的不斷擴大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對城市供水的數量、質量，經濟、穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。據統(tǒng)計，從1990年到1998年。我國人均日生活用水量(包括城市公共設施等非生產用水)由175.7升增加到241.1升，增長了37.2％，與此同時我國城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。而另一方面，在全國的666個城市中有330個不同程度缺水，其中嚴重缺水的達108個；在32個百萬人口以上的特大城市中，有30個城市長期受缺水的困擾，特別是水資源短缺地區(qū)的城市，水的供需矛盾尤為突出。由于供水不足，城市工業(yè)每年的經濟損失達2300億元；同時給城市居民生活造成許多困難和不便，成為城市社會中的一種隱患。 在供水企業(yè)中，水泵的電能消耗及設備的維護管理費用。在生產成本中占有很大的比例：水泵電機作為一種高耗能通用機械，其耗電量占全國總耗電量的21％以上，具有很大的節(jié)能潛力。由于常規(guī)恒速供水系統(tǒng)是采用常規(guī)的閥門來控制供水量的，而軸功率與轉速的三次方成正比，造成相當部分電能消耗在閥門和額定轉速運行下的電機。因此，這種調控方式雖然簡單，但從節(jié)約能耗的角度來看。很不經濟。近年來，電機調速技術的應用，為水泵電機的節(jié)能開辟了一個新途徑。它可以通過調節(jié)電動機的轉速來適應水量和水壓的變化，使水泵始終在高效區(qū)工作，將大大地降低水泵能耗，合理地進行設備管理與維護，對節(jié)約能源和提高供水企業(yè)的經濟效益具有極其重要的意義。 二、恒壓供水技術的發(fā)展現(xiàn)狀 本課采用和變頻調速技術研制控制變頻調速恒壓供水系統(tǒng)，與現(xiàn)場液位傳感器、壓力傳感器一起組成了各自的閉環(huán)控制系統(tǒng)。每天24小時不間斷按預先設定的水壓恒定地向城市供水，保證了水廠的不間斷生產。通過該項目的研制和應用，不僅能夠節(jié)約寶貴的水、電資源，降低了生產成本，減少設備維護，降低維修成本；而且提高了整個水廠的生產調度管理水平，減輕工人勞動強度，有效的提高了生產率。由于中小型自來水廠的自動化技術改造在我國有著廣泛的應用前景，本控制系統(tǒng)具有較大的發(fā)展?jié)摿洼^高的推廣價值。 1、 PLC的發(fā)展現(xiàn)狀 進入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展，使得各種類型的所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進一步提高的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。 是一門綜合技術，其發(fā)展與微電子技術和計算機技術密切相關。隨著可編程序控制器應用領域的不斷擴大，它本身也在不斷發(fā)展。目前主要朝小型化和大型化兩個方向發(fā)展。 2、變頻調速技術在恒壓供水技術中的發(fā)展狀況 近年來，交流調速中最活躍、發(fā)展最快的就是變頻調速技術。變頻調速是交流調速的基礎和主干內容。上個世紀變壓器的出現(xiàn)使改變電壓變得很容易，從而造就了一個龐大的電力行業(yè)。但長期以來，交流電的頻率卻一直固定而不能受人為控制。變頻調速技術的出現(xiàn)使頻率變成可以利用的資源。 隨著科學技術的進步，人民生活正趨向于高標準、高質量和現(xiàn)代化。在居民生活用水供水系統(tǒng)中，由于高層建筑越來越高，采用傳統(tǒng)設備不能滿足高層建筑高水壓、大流量的快速供水需求。另外，在現(xiàn)代供水需求中，供水量是隨機變化的，如果采用傳統(tǒng)供水方式，難以保證供水的實時性，且能量浪費嚴重。隨著交流電機變頻調速技術的日臻完善，變頻調速恒壓供水方式可以很好地克服傳統(tǒng)供水方法的缺點，成為一種很有發(fā)展前途的供水方式。 3、模糊控制理論在恒壓供水系統(tǒng)中的應用[6、8、9、12] 在變頻調速恒壓供水系統(tǒng)中，利用模糊控制的相關理論，把系統(tǒng)輸入的壓力、流量等傳感器信號以及系統(tǒng)的輸出變量進行了模糊化處理，然后結合根據操作經驗等制成的控制規(guī)則表，經過模糊推理，得到了系統(tǒng)控制的模糊控制表。在實時控制過程中，系統(tǒng)通過查找模糊控制表把實時采集的壓力等輸入信號轉化成輸出，然后通過模糊決策得到輸出的清晰量，最后系統(tǒng)根據該清晰量進行電機變頻控制，完成了恒壓控制的模糊控制過程。 三、變頻調速的節(jié)能、調速原理 1、水泵工況點的確定以及變化[2、7] 水泵工作點（工況點）是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中，實際運行時所具有的揚程、流量以及相應的效率、功率等參數。如圖3-1、3-2、3-3所示。 圖3-1 水泵工作點的確定 圖3-2水泵工況點的變化 圖3-3 水泵變速恒壓工況 圖3-4變頻調速恒壓供水水泵工況調節(jié)圖 2、 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)中水泵工況調節(jié)過程 交流電動機的轉速n與電源頻率f具有如下關系： （3-1） 式3-1中：—極對數,—轉差率 因此不改變電動機的極對數，只改變電源的頻率，電動機的轉速就按比例變動。在變頻調速恒壓供水系統(tǒng)中，通過變頻器來改變電源的頻率來改變電機的轉速改變水泵的轉速，可以使水泵性能曲線改變，達到調節(jié)水泵工況目的。見圖3-4。當管網負載減小時，通過VVVF降低交流電的頻率，電動機的轉速從降低到。另外根據葉片泵工作原理和相似理論，改變轉速,可使供水泵流量、揚程和軸功率以相應規(guī)律改變。 　　　 （3-2） 　　　　?。?-3） 　　 （3-4） 或 （3-5） 式3-5是頂點在坐標原點的二次拋物線族的方程，在這種拋物線上的各點具有相似的工作狀況，所以稱為相似工況拋物線。 3、變頻調速恒壓供水系統(tǒng)調速范圍的確定 考察水泵的效率曲線，水泵轉速的工況調節(jié)必須限制在一定范圍之內，也就是不要使變頻器頻率下降得過低，避免水泵在低效率段運行。水泵的調速范圍由水泵本身的特性和用戶所需揚程規(guī)定，當選定某型號的水泵時即可確定此水泵的最大調速范圍，在根據用戶的揚程確定具體最低調速范圍，在實際配泵時揚程設定在高效區(qū)，水泵的調速范圍將進一步變小，其頻率變化范圍在40以上，也就是說轉速下降在20%以內，在此范圍內，電動機的負載率在50%-100%范圍內變化，電動機的效率基本上都在高效區(qū)。 四、系統(tǒng)的方案設計與工作過程 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)構成：系統(tǒng)采用一臺變頻器拖動4臺電動機的起動、運行與調速，采用循環(huán)使用的方式運行。未接工控計算機，壓力傳感器采樣水壓力信號，變頻器輸出電機頻率信號，這兩個信號反饋給控制器, 控制器根據這兩個信號經運算，發(fā)出指令，對水泵電機進行工頻和變頻之間的切換。 圖5-1 恒壓供水系統(tǒng)方案圖 五、設計總結及展望 S7-200控制的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計是比較完備的，但是并非沒有有待改進之處，例如該系統(tǒng)設計為４組泵，它的可擴充性就沒有再設計中被充分考慮到，如果遇到大型水廠，需要更多泵組，那么該設計就基本沒有用武之地，需要重新設計，又如，該系統(tǒng)的保護功能并不完整，系統(tǒng)應該設置２組變頻器，防止其中一組出錯時造成事故，這樣也可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，連續(xù)工作時間，減少故障損失。 展望未來，以后的恒壓供水系統(tǒng)設計應該改進我上述不足之處，以提高整體系統(tǒng)的性能。降低錯誤率。 參考文獻 [1] 宋序彤.我國城市供水發(fā)展有關問題分析[J].城鎮(zhèn)供水.2001, 2: 22～27. 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