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时间:2020-05-27
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1、一.摘要变频调速是一种新兴的技术,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。随着社会经济的发展,绿色、节能、环保已成为社会建设的主题。对于一个城市的建设,供水系统的建设是其中重要的一部分,供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到居民的生活质量。近年来,随着自动化技术、控制技术的发展,以及这些技术在供水系统的应用,高性能、高节能的变频恒压控制的供水系统已成为现在城市供水管理的必然趋势。本次课程设计采用CPM1APLC控制器结合富士变频器控制两台水泵的各种转换,实现变频恒压供水系统的功能,并且实现故障转换与报警等保护功能,使得系统控制可靠,操作方便。二.设计要求一楼宇供水
2、系统,正常供水量为30m3/小时,最大供水量40m3/小时,扬程24米。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。要求设计实现:⑴设二台水泵。一台工作,一台备用。正常工作时,始终由一台水泵供水。当工作泵出现故障时,备用泵自投。⑵二台泵可以互换。⑶给定压力可调。压力控制点设在水泵出口处。⑴具有自动、手动工作方式,各种保护、报警装置。采用OMRONCPM1APLC、富士变频器完成设计。一.方案的论证分析传统的小区供水方式有:⑴恒速泵加压供水方式该方式无法对供水管网的压力做出及时的反应,水泵的增
3、减都依赖人工进行手工操作,自动化程度低,而且为保证供水,机组常处于满负荷运行,不但效率低、耗电量大,而且在用水量较少时,管网长期处于超压运行状态,爆损现象严重,电机硬起动易产生水锤效应,目前较少采用。⑵气压罐供水方式气压罐供水具有体积小、技术简单、不受高度限制等特点,但此方式调节量小、水泵电机为硬起动且起动频繁,对电器设备要求较高、系统维护工作量大,而且为减少水泵起动次数,停泵压力往往比较高,致使水泵在低效段工作,也使浪费加大,从而限制了其发展。⑶水塔高位水箱供水方式水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维修或停电可不停水等优点,但存在基建投资大,占地面积大,维护不方便,
4、水泵电机为硬起动,启动电流大等缺点,频繁起动易损坏联轴器,目前主要应用于高层建筑。综上所述,传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源;效率低;可靠性差;自动化程度不高等缺点。目前的供水方式朝向高效节能、自动可靠的方向发展,基于PLC和变频技术的恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性,同时系统具有良好的节能性,对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。一.变频恒压的理论分析及控制方案的确定1.系统原理分析水泵电机多采用三相异步电动机,其转速公式为:从上式可知,三相异步电动机的调速方法有:
5、变极对数调速变转差率调速变频调速三种方式。a.变极调速的调控方式控制简单,只需要改变鼠笼型异步电机的定子绕组的连接组别,便能达到变极的目的。这种方式节能效果显著,效率高,但是有级调速,因此转速变化较大,转矩也变化大,在实际中适用范围小。b.改变转差率调速一般采用串级调速的方式,该种方式属于转差功率回馈型调速,节能效果好,且调速性能也好,但由于线路过于复杂,增加了中间环节的电能损耗,且成本高,故实用性不好。c.根据公式可知,当转差率变化不大时,异步电动机的转速n基本上与电源频率f成正比。连续调节电源频率,就可以平滑地改变电动机的转速。随着电力电子技术的发展,已出现了各种性能良好、工作可靠的
6、变频调速电源装置,它们促进了变频调速的广泛应用。2.变频恒压供水的控制方案的确定图1变频恒压供水系统框图变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水,并且把电机和水泵做成一体,通过变频器调节异步电机的转速,从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。在供水系统中,通常以流量为控制目的,常用的控制方法为阀门控制法和转速控制法。阀门控制法是通过调节阀门开度来调节流量,水泵电机转速保持不变。其实质是通过改变水路中的阻力大小来改变流量,因此,管阻将随阀门开度的改变而改变,但扬程
7、特性不变。由于实际用水中,需水量是变化的,若阀门开度在一段时间内保持不变,必然要造成超压或欠压现象的出现。转速控制法是通过改变水泵电机的转速来调节流量,而阀门开度保持不变,是通过改变水的动能改变流量。因此,扬程特性将随水泵转速的改变而改变,但管阻特性不变。变频调速供水方式属于转速控制。其工作原理是根据用户用水量的变化自动地调整水泵电机的转速,使管网压力始终保持恒定,当用水量增大时电机加速,用水量减小时电机减速。调速控制方式要比阀门控
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