基于PLC的变频调速恒压自动控制供水系统

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1、浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（论文）第1章绪论1.1课题来源及其研究竞义近年来，随着国民经济建设的蓬勃发展，城市居住小区的建设也犹如雨后春笋，纷纷拔地而起。城市给水系统的水量、水压如能随时满足居住小区用水要求，无疑应采用直接供水方式。然而我国某些城市的供水能力不足，城镇水厂发展速度滞后于居住小区建设发展速度，城市给水管道老化、输水能力下降，城郊供水水压不能满足用水要求的情况时有发生。水压不足，需采用加压设备进行增压。目前，恒压变频调速给水加压设备已成功地应用于居住小区给水增压系统且有明显的节能效果和经济效益。例

2、如：有一幢10层（550人）的高层建筑，该楼宇第6层以上有居民90户（270人）且每人每天用水104.14升，该建筑供水系统极不稳定，高峰期供水上不到第7层楼，无法满足居民的用水要求基于以上情况，该业主进行了供水系统的改造。本文在智能化要求的基础上，研究了PLC及变频调速技术在该楼宇恒压供水系统电气控制中的应用，提出了供水系统的总体设计方案，并论述了硬件电路的设计和软件的实现方案。以及通过运行实测。分析了节能节水的效果。本课题采用二次供水系统PLC和变频调速技术研制PLC控制变频调速自动恒压供水系统，与压力传感器一起组成了各自

3、的闭环控制系统。每天24小时不间断按预先设定的水压恒定地向小区供水，保证居民的正常生活。通过该项目的研制和应用，不仅能够节约宝贵的水、电资源，降低了成本，减少设备维护，降低维修成本:而且提高了整个小区生活质量。1.2水泵电机的调控技术在小区的供水系统中，水泵的电能消耗及设备的维护管理费用，在生产成本中占很大的比例;水泵电机作为一种高耗能通用机械，其耗电量占全国总耗电量的21%以上[3]，具有很大的节能潜力。由于常规恒速供水系统是采用常规的阀门来控制供水量的，而轴功率与转速的三次方成正比，造成相当部分电能消耗在阀门和额定转速运行

4、下的电机。因此，这种调控方式虽然简单，但从节约能耗的角度来看，很不经济。近年来，电机调速技术的应用，为水泵电机的节能开辟了一个新途径。它可以通过调节电动机的转速来适应水量和水压的变化，使水泵始终在高效区工作，将大大地降低水泵能耗，合理地进行设备管理与维护，对节约能源和提高供水企业的经济效益具有极其重要的意义。1.2.1调速控制节能分析水泵的设计负荷是按最不利条件下最大时流量及相应扬程设定的。但实际运行中水泵每天只有很短的最大时流量，其流量随外界用水情况在变化，扬程也因流量和水位的变化而变化。因此水泵不能总保持在一个工况点，需要

5、根据实际情况进行控制。通常采用的方法有阀门控制和调速控制。阀门控制是通过增加管道的阻抗而达到控制流量的目的，因而浪费了能量;而电动机调速控制可以通过改变水泵电动机的转速来变更水泵的工况点，使其流量与扬程适应管用水量的变化，维持压力恒定，从而达到节能效果。-46-浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（论文）由流体力学可知，水泵给管网供水时，水泵的输出功率与管网的水压H及出水流量的乘积成正比;水泵的转速与出水流量成正比:管网的水压与出水流量的平方成正比。由上述关系有，水泵的输出功率与转速的三次方成正比，即:（1-1）(1-

6、2)(1-3)(1-4)式中、、、为比例常数。图1.1变频调速节能原理图当系统出水流量减小时，通过变频调速装置将供水转速调小，则水泵的输出功率将随转速的变化而减小。变频调速节能原理图如图1.1所示。图中曲线1,2,3为管网阻力特性曲线，曲线4为水泵转速为时的运行特性曲线5为水泵转速为n2时的运行特性曲线。水泵原来的工作点为曲线3和曲线4的交点A，此时出水流量为，管网压力为H1，水泵转速为。当系统的出水流量减小到时，系统管网特性为曲线1，曲线1和曲线4的交点B为运行工作点。此时管网压力为H2，水泵的输出功率正比于。由于.高出的压

7、力能量被浪费了，同时过高的压力对管网和设备还可能造成危害。如采用变频调速装置，将此时水泵的转速调至n2，曲线5和曲线2的交点C为水泵的运行工作点。调速后管网的压力仍保持为H1，出水流量为，水泵的输出功率正比于。从图中可见，阴影部分正比于浪费的功率输出。例如，当为的80%时，通过调速将调为的80%，则水泵的输出功率为的51.2%。如不采用调速控制，48.8%的能量将被浪费。可见变频调速的经济效益十分可观。1.2.2常用的调速方式水泵多配用交流异步电机拖动，当电机转速降低时，既可节约能量，经济效益十分显著。由异步电动机的转速公式:

8、=(1-)=(1-)（1-5）式中，：异步电动机的同步转速，r/min;：异步电动机转子的转速。r/min;-46-浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业设计（论文）：电动机的磁极对数;：电源频率，电动机定子电压频率;：转速差=（1-6）改变电动机极对数、改变转速差及改变电