计算机控制论文变频恒压供水工艺.doc

变频恒压供水工艺 恒压供水就是能够自动保持水管内水压恒定的供水过程。供水管道有一个压力检测装置，能够检测出当前管网瞬间压力变化，并把当前的水压值传递给控制装置。当用水量增大的时候，水压减小，控制装置得到水压持续减小的信号，于是控制装置会自动调节水泵机组的转速和投入数量，进而提升水压；当用水量减小的时候，控制装置会降低水泵的转速和投入数量来减小水压，使管网主干管出口端保持在恒定的设定压力值，通过这样的控制过程保持水压恒定，满足用户的用水要求，使整个系统始终保持高效节能的最佳状态。 根据流体力学的原理，水泵的流量与转速成正比，而电动机轴上消耗的功率与转速的平方成正比。可见，采用交流变频调速恒压供水方式，既可以保证供水水压稳定，又可以有效降低电能的消耗。变频恒压供水基本原理是通过安装在系统中的压力传感器将系统压力信号与设定压力值进行比较，再通过控制器调节变频器的输出，无级调节水泵的转速，使系统水压在水流量变化时，能够稳定在一定的范围内，具有水压恒定，波动小，节能效果明显等特点。 系统的技术要求 (1) 供水压力正常设定为值0.5MPa。最大供水压力为0.6MPa，最小供水压力为0.1MPa，压力允许波动范围为。 (2) 采用四个水泵供水，并能够实现自动、手动控制。 (3) 水泵机组采用循环软启动工作方式运行：系统启动时，第一台水泵变频运行，当水压满足不了要求时，先将第一台水泵转为工频运行，再投入第二台变频自动运行，依此类推，直到第四台水泵起动；停泵时先停第一台工频泵，依此类推，然后停变频泵。 (4) 系统运行安全可靠，如果其中任意一台水泵故障停机，该系统能保证正常运行；具有短路、过载、欠电压、掉电保护、缺相、硬件自锁、互锁、故障声光报警指示、远程报警等保护功能。 (5) 实现系统的数据通信、采集、监控、管理、实时显示等功能。 (6) 水泵流量、扬程和功率分别为6.3m3/h、8m和1.5kW。 (7) 水箱容积为lm3，设有溢流口、排污口和防溢流控制功能。 (8) 各水泵出口设有止回阀以防止回灌，并在进、出设有闸阀；管路要求采用螺纹联接，以便系统重组及维修方便。 (9) 系统能够避免用水高峰时，水压波动造成频繁起动、停车现象。 控制方案选择 本系统采用目前较为先进的交流变频调速恒压供水的控制方案。变频恒压供水通常有两种运行方式，即补偿式和循环软启两种。 补偿式也称变频泵固定式，这种方式往往配置多台水泵，组成水泵机组。在运行时，一般只有一台水泵由变频器拖动。当水泵电动机的转速达到额定转速即达到工频50Hz时，此时的供水压力如果低于设定压力时，系统会在短时间内降低变频泵的工作频率，并以工频方式起动下一台水泵，使其投入运行进行供水。系统在运行中会根据反馈的压力值来确定水泵机组的投入和切出，并调整变频泵，以达到实际压力值和设定值一致。在短时间内降低变频泵的工作频率是为了防止系统超压。此种方式电控系统比较简单，可节约一部分成本。缺点是在水泵机组工频投入时对电网的冲击较大，—般水泵功率较小时，可采用此种工作方式。 循环软启动的主要特点在水泵的切换程序。变频泵运行到工频50Hz时，如果此时的实际供水压力还没有达到设定的供水压力时，不是直接起动另外一台水泵，而是首先将当前以变频运行的水泵切换到工频方式运行，以变频方式起动另外—台水泵，从而达到维持系统压力的目的。在切换水泵时，按照先起先停的方式进行，这样的好处是机组中的每一台水泵在工作中都可以被使用到，按照大循环的方式进行转换，可有效防止水泵机组长期闲置而锈死的现象发生。 通过以上的分析，所设计的变频恒压供水系统采用循环软启动的工作方式。 主机的选择及控制系统的组成。 主机的选择 变频恒压供水系统技术要求能够实现数据的通信、采集、监控、管理、实时显示等功能，因此本系统采用主-从控制结构，即上下两级计算机控制。 上位计算机采用PC机，通过串行口对下位机进行控制管理，利用组态软件，配合Windows软件平台，形成功能强大的控制管理系统，提供优质友好的图形界面。 由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同的控制系统。在硬件设计上，只需要确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线，当控制要求发生改变时，可以灵活地改变存储器中的控制程序，现场调试方便。因此，采用PLC作为下位机，实现水泵机组的变频控制以及温度、压力、流量、液位等过程量的监视和控制。 控制系统的组成 变频恒压供水系统结构原理图如图1所示。系统由水箱、管路、阀门和水泵机组，电气操作系统和各种传感器、仪表等组成。电气操作系统由PLC、变频器、小型断路器、交流接触器、热继电器、直流电源、小型电磁继电器以及各种指示灯和主令器件组成；传感器和仪表包括温度传感变送器、压力变送器、电压变送器、电流变送器、功率变送器等。 图1