变频恒压供水控制系统毕业论文
1 前 言
1.1背景
随着社会的飞速发展和城市建设规模的扩大，人口的增多以及人们生活水平的提高，对城市供水的质量、数量、稳定性等问题提出了越来越高的要求，我国中小城市供水的自动化配置相对落后，机组的控制主要依靠值班人员的手动操作，控制过程烦琐，而且手动控制无法对供水管网的压力和水位变化及时做出恰当的反应。为了保证供水，机组常保持在超压的状态下运行，爆损现象也挺严重。在农村中,传统的水塔供水方式存在许多实际问题，如顶层水箱结构和建筑设计、水箱易对水源造成二次污染、水塔供水无法维持供水压力的恒定等问题。近年来，随着异步电动机变频调速技术的迅速发展，居民区供水系统正逐步采用无塔变频供水，利用变频调速技术，不仅可使水泵供水系统取得显著的节能效果，还可以极大地改善系统的工作性能，并能延长系统的使用寿命，克服传统供水方式的种种缺点。
随着工业企业和人们生活用水量的增大以及对供水要求不断的提高，恒压供水变得也来越重要。目前国内多数企业仍使用传统的恒速泵组切换加压供水方式，其水压不稳而且浪费电能。我国每年水泵消耗电能约占电能总消耗量20％以上，而电能消耗又占水费成本60％以上，故优化对水泵的控制，具有重要意义。
在生活用水过程中存在不同时间段用水量不均现象。如果不对供水量进行调节,管网压力的波动也会很大,容易出现管网失压或爆管事故,同时也浪费了大量能源。为了节约电能,又能保证正常用水,供水部门也采取了不少措施。近几年最为常用的变频恒压供水系统能根据压力变化情况及时调整电机转速,将供水压力控制在一定范围之内,既满足了变化的用水需求,也起到了节能降耗的目的
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1.2 变频调速恒压供水的基本原理
变频恒压供水, 一般由压力变送器采样水压信号与系统设定压力值比较后产生输出信号, 再经变频器控制水泵电机转速, 实现恒压供水。水泵转动的越快,产生的水压越高, 才能将水输送到远处或较高的楼层。恒压供水泵站中变频器常常采用模拟量控制方式, 这需采用PLC 的
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模拟量控制模块, 该模块的模拟量输入端接受传感器送来的模拟信号, 输出端送出经给定值与反馈值比较并经PID 处理后得出的模拟量控制信号, 并依此信号的变化改变变频器的输出频率。采用PLC 控制, 不仅可减少系统控制接线, 提高可靠性, 用软件实现上述硬件, 维修简易,充分发挥了可编程控制器配置灵活、控制可靠、编程方便和可现场调试的优点, 使整个系统的稳定性有了可靠的保障。
1.3 变频调速使水泵电机节能的原理水泵额定运行状态下的输出功率： N = rHQ = pQ
式中： Q 为输出流量,单位为m/s； p 为泵的水压, 单位为MPa ； H 为泵的扬程, 单位为m ；r 为重要系数, 单位为N/m。
根据泵的相似律,当驱动转速改变时,输出流量Q 、泵的水压p 、扬程H 分别与驱动转速的一次方、二次方和三次方成正比例。
图1 示出水泵Q - p 运行特性,其中曲线①、②分别是转速为n1 、n2 时的特性曲线,曲线③、④是转速为n2 时的等效管阻特性, 曲线⑤是转速为n1 时的等效管阻特性。设水泵电机由电网直接供电驱动,水泵运行于A 点,此时泵功率为： N1 =Q1 p1 ,对应于图中的矩型面积A p1 OQ1 , 若将水量减为Q2 , 工作点将由A 滑向B ,水压增为p2 ,功率N2 则由面积B p2 OQ2 描述。若水泵改为变频调速驱动,在小水量时降为低速n2 , 水泵可运行于C 点稳定,功率N3 由面积Cp1 OQ2 描述,而水压则维持为p1 ,节约的能耗对应阴影面积B p2 p1 C。
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图1 Q - p运行特性及管阻特性
以下以数值定性说明节能效果。
因流量与转速成正比,功率与转速立方成正比,总需求为Q , 在某一工作点时, Q 是一定值。
当变频器运行在45 Hz 时, Q ∝ f = 45 Hz ,节
3E=1-(0.9)=27.1%； 电率
当变频器运行在40 Hz 时, f = 40 Hz ,节电率
E=1-(0.8)3=48.8%；
当变频器运行在35 Hz 时, f = 35 Hz ,节电率
E=1-(0.7)3=65.7%；
以75 kW为例,平均运行在45 Hz ,1 年可节约 电能75 ×24 ×365 ×27. 1 % = 178 047 kWh。 若电价为0 . 8 5 元/ kWh , 则1 年可节约电 费0. 85 ×178 047 = 151 339. 95 元。 1.4 国内外的研究现状及分析
针对目前国内民用建筑行业的发展，特别是卫星城和小区建设的发展，给各个技术行业带来的许许多多的研究课题。小区供水系统的设计与研究，从工程而言是成熟的，己有规范的设计和施工标准，但从多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到用户的要求。从目前的供水行业调查结果表明，变频调速是一项有效的节能降耗技术，其节电率很高，几年能将因设计冗余和用量变化而浪费的电能全部节省下来，又由于其具有调速精度高，功率因数高等特点，使用它可以提高出水质量，并降低物料和设备的损耗，同时也能减少机械磨损和噪声，改善车间劳动条件，满足生产工艺要求。因此利用微电脑与交流电机变频调速技术对管网供水进行自动控制，近几年在国内得到了极大发展，从目前情况看，微机控制变频调速自动供水技术可分为
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