1、交流調速課程設計任務書課題名稱 變頻恒壓供水控制系統設計 學院（部）電子與控制工程學院專 業電氣工程及其自動化班 級 32040802學生姓名學 號12月26_日至12 月 31日共 1 周指導教師（簽字）2011年 12 月 9日摘要隨著我國社會經濟的不斷發展，住房制度改革的不斷深入，人民生活水平的 不斷提高，城區中各類小區建設發展十分迅速，同時也對小區的基礎設施建設提出 了更高的要求。小區供水系統的建設是其中的一個重要方面，供水的經濟性、可靠 性、穩定性直接影響到小區住戶的正常生活與工作，也直接體現了小區物業水平的 高低。傳統的恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水燈供水方式普遍不

2、通話程度的存在效率低、可靠性差、自動化不高等缺點，難以滿足當前經濟生活的 需要。論文分析了采用變頻調速方式實現恒壓供水的工作機理，通過對PID模塊的參數預置，利用遠傳壓力表的水壓反饋量，構成閉環調節系統，利用變頻器與水泵的 配合作用實現恒壓供水且有效節能。論文論述了多種供水方案的合理性，同時也指出各種方案存在的問題，通過對 比比較給出了比較適合該系統的方案一一 PLC控制變頻恒壓供水。關鍵字：恒壓供水變頻調速PLC一、設計內容變頻器是一種新型技術，將變頻調速技術用于供水控制系統中, 具有高效節能、水壓恒定等優點。本課程設計是電氣工程及其自動化專業交流調 速課程的實踐性環節，其主要目的是培養學生

3、初步掌握交流調速系統的設計方法 及理論知識的應用能力。本課程設計的基本任務是提高學生在調速系統設計方面的 實踐技能，培養學生綜合運用知識，分析和解決實際問題的能力。通過控制系統的 設計，初步掌握交流變頻調速控制系統設計的方法。二、設計資料一樓宇供水系統，正常供水 45m3小時，最大供水量60m3/小時，揚程24m采用變頻調速技術組成一閉環調節系統，控制水泵的運行，保證用戶水壓恒定。當用 水量增大或減小時，水泵電動機速度發生變化，改變流量，以保證水壓恒定。三、設計內容1、方案的確定 相對于傳統的加壓供水方式，變頻恒壓供水系統的優點突出地體現在以下幾個 方面：（1）高效節能 變頻恒壓供水系統的最顯

4、著優點就是節約電能，節能量通常在 1% 40%從單臺水泵的節能來看，流量越小，節能量越大。（2）恒壓供水 變頻恒壓供水系統實現了系統供水壓力穩定而流量可在大范圍內連 續變化，從而可以保證用戶任何時候的用水壓力，不會出現在用水高峰期用戶的熱 水器不能正常使用的情況。（3）安全衛生 系統實行閉環供水后，用戶的水全部由管道直接供給，取消了水 塔、天面水池、氣壓罐等設施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理 的工作。（4）自動運行、管理簡便 新型的變頻恒壓供水系統具各了過電流、過電壓、欠電 壓、斷相、短路保護，瞬時停電保護，過載、失速保護，低液位保護，主泵定時輪 換控制和密碼設定等功能，功能完

5、善，全自動控制，自動運行，泵房不設崗位，只 需派人定期檢查、保養。（5）延長設備壽命、保護電網穩定 使用變頻器后，機泵的轉速不再是長期維持額 定轉速運行，減少了機械磨損，降低了機泵故障率，而且主泵定時輪換控制功能自 動定時輪換主泵運行，保證各泵磨損均勻且不銹死，延長了機泵使用壽命。變頻器 的無級調速運行，實現了機泵軟起動，避免了電動機開停時的大電流對電動機繞組 和電網的沖擊，消除了水泵的水錘效應。（6）占地少、投資回收期短 新型的變頻恒壓供水系統在水池上直接安裝立式泵， 控制間只要安放一到兩個控制柜，體積很小，整個系統占地非常小，可以節省投 資，降低運行管理費，再加上變頻供水的節能優點，都決定

6、了變頻恒壓供水系統的 投資回收期短，一般約 2 年。但是變頻恒壓供水系統開發周期長，對操作人員的素質要求比較高，可靠性較 低，維修不方便，且不適用于惡略的環境。綜上所述，傳統的供水方式存在普遍不同程度的浪費水力、電力資源、效率 低、可靠性低、自動化程度低等缺點，嚴重影響了居民用水。目前的供水方式朝高 效節能，自動可靠的方向發展， PLC 變頻調速技術顯著的節能效果和穩定可靠的控 制方式，在風能，水泵，空氣壓縮機，制冷壓縮機等高耗能設備上廣泛應用，特別 是居民用水的恒壓供水系統中，變頻調速系統節能效果尤為突出，其優越性在：一 節能效果顯著；二是在開停機時能減小電流對電網的沖擊以及供水水壓對管網系

7、統 的沖擊；二是能減小水泵，電機自身的機械沖擊損耗。所以本系統米用PLC變頻恒壓供水系統。2、變頻調速恒壓供水系統簡介及工作原理（1）簡介由PLC控制變頻恒壓供水系統是一種十分靈活的供水系統，在較大的多臺水泵 供水系統中應用相當的普遍。變頻調速恒壓供水系統的應用場合主要有：a 高層小區，城鄉居民小區，企事業單位等生活用水；b 各類工業需要恒壓控制的用水，冷卻水循環，熱力水網循環，鍋爐補水 等；c 中央空調系統；d 來自水廠增壓供水系統；e 農田灌溉，污水處理，人造噴泉；f 各種流體恒壓供水系統；（2）工作原理變頻恒壓供水系統主要是由 PLC變頻器、PID調節器、壓力傳感器、動力控制線路、 2

8、臺水泵以及各種電氣控制元件等組成。用戶通過控制柜面板上的指示 燈、 按鈕、 轉換開關來了解系統運行狀況和控制系統的 運行。系統工作原理：通過安裝在出水管網上的壓力傳感器，把出口壓力信號變成 4- 20mA的標準信號送入PID調節器，經運算與給定壓力參數進行比較，得出一調節 參數，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉速，調節系統供水量，使供水系統管網 中的壓力保持在給定壓力上。當供水負載變化時，輸入電機的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構成了以設定壓力 為基準的閉環控制系統。通過 PLC實現變頻器的啟停、故障報警和備用泵自投。在 手動狀態下，不再使用變頻器，直接手動啟停水泵。變頻恒壓供水系統原理框圖：圖

9、一 變頻恒壓供水系統框圖2、水泵的容量公式如下： N=Q*H/367/g（0.60.85）式中,N，軸功率，單位是千瓦（kV）Q流量，單位是立方米每小時（m3/h）H,揚程，單位是米（m）367，是常數，是一個固定值g, 0.60.85 ，是水泵的效率，一般流量大的取大值，流量小的取小值； 假定g=0.68 （經驗值，各品牌效率均不同），N=60*24/367/0.68=5.78kW水泵功率=軸功率*安全系數即P=N*K K在N不同時有不同的值，當 N22時，K=1.25=8.42*1.25=7.22kW一般水泵的功率有一些模數，從小到大有： 1.1kW， 2.2kW， 3kW， 4kW， 5

10、.5kW， 7.5kW， 11kW， 15kW， 18.5kW， 22kW， 30kW， 37kW， 45kW， 55kW， 75kW， 90kW， 110kW 132kW故選出的電機功率為： 7.5KW。3、系統的工作原理工作方式選擇：分別閉合總電源開關 QF1,控制電路電源開關 QF2變頻器電 源開關QF3，將自動檔位開關SA2旋到自動檔位，此時觸點0001接通，進而使內 部輔助觸電 1001 導通，選擇工作方式為自動方式。備用泵選擇：如選擇1號泵為備用泵，則將其備用選擇開關 SA1旋到1號泵備 用檔位，此時觸電 0000被接通，內部輔助觸電 1002導通，選擇 1 號泵為備用泵。 如選擇

11、2號泵為備用泵，則將其備用選擇開關 SA1旋到2號泵備用檔位，此時常閉 觸電 0000 被接通，內部輔助觸電 1003 導通，選擇 2 號泵為備用泵。自動狀態啟動：按下啟動按鈕 SB1, PLC內部觸電002被接通，此時如果選擇 1 號泵為備用泵則 0502觸電被接通， 2號泵正常工作， 1 號泵為備用泵。此時如果 選擇 2 號泵為備用泵則 0500 觸電被接通， 1 號泵正常工作， 2 號泵為備用泵。自動狀態停止：按下自動停止按鈕 SB2則PLC內部觸點0003被接通，此時可 斷開 0502 和 0500 輸出繼電器，可使整個系統停止運行。同時，手動啟動1號泵：分別閉合總電源開關 QF1,控

12、制電路電源開關 QF2變頻器電源開關QF3，將自動檔位開關SA2旋到手動檔位，此時觸電0001被接通，同時常閉觸電0001斷開，即切除自動狀態的功能。按下SB3啟動1號泵工作，觸電0004被接通，輸出繼電器0501動作，啟動1號泵工頻工作。手動停止1號泵：按下SB4,觸電0005閉合，切斷輸出繼電器 0501, 1號泵 停止工作。同時常閉觸電0501斷開，2號泵無法啟動。手動啟動2號泵：按下SB5啟動2號泵工作，觸電0006被接通，輸出繼電器 0503動作，啟動1號泵工頻工作。手動停止2號泵：按下SBQ觸電0007閉合，切斷輸出繼電器 0503, 2號泵 停止工作。同時常閉觸電0503斷開，1

13、號泵無法啟動。故障排除：1號泵熱繼電器出現故障時，輸入端子 FR1動作，接通觸點0009，使輸出繼電器0505接通，點亮L1。2號泵熱繼電器出現故障時，輸入端子 FR2動作，接通觸點0010,使輸出繼電器0506接通，點亮L2。當變頻器出現故障 時，輸入端子BP動作，接通觸點0008,使輸出繼電器0507接通，蜂鳴器發出聲 音。四、設計圖紙1、電氣原理控制圖（見附錄一）2、自動調節原理框圖3、PLC梯形圖（見附錄二）4、I/O分配表（見附錄三）5、PLC程序（見附錄四）五、操作使用說明書自動啟動：分別閉合總電源開關 QF1,控制電路電源開關 QF2變頻器電源開 關QF3，將自動檔位開關SA2旋

14、到自動檔位，如選擇1號泵為備用泵，則將其備 用選擇開關SA1旋到1號泵備用檔位。如選擇2號泵為備用泵，則將其備用選擇開 關SA1旋到2號泵備用檔位。自動啟動：按下啟動按鈕SB1,則系統可自動工作。自動停止：按下自動停止按鈕SB2則可使整個系統停止運行，變頻器自動關閉。如長時間不用最好切斷電源 QF1 QF2 QF3手動啟動1號泵：分別閉合總電源開關 QF1, 1號泵電源開關QF4控制電路 電源開關QF2將自動檔位開關SA2旋到手動檔位。按下SB3啟動1號泵工作，按 下SB5啟動2號泵工作。手動停車：按下SB4停止1號泵工作，斷開電源開關 QF4按下SB6停止2號 泵工作，斷開電源開關 QF5。

15、故障排除: 根據指示燈可判斷其故障具體位置。當 L1 點亮時，說明一號泵熱繼 電器出現故障 。當 L2 點亮時，說明二號泵熱繼電器出現故障 。當蜂鳴器發出聲 音時，說明變頻器出現故障 。六、主要參考資料1 ）交流電機變頻調速及其應用張承慧等機械工業出版社2）建筑電氣控制技術 王儉建筑工業出版社3）過程控制金以慧清華大學出版社4 ）富士變頻器使用手冊5 ）電氣圖用圖形符號（國標）6 ）給水排水工程儀表與控制崔福義建筑工業出版社7 ）水暖空調電氣控制技術孫光偉建筑工業出版社8 ）有關雜志、報刊、資料附錄三:I/O分配表輸入輸出1、2號泵備用旋鈕SA100001號泵變頻啟動接觸器KM10500手動或

16、自動旋鈕SA200011號泵工頻啟動接觸器KM20501自動啟動SB100022號泵變頻啟動接觸器KM30502停車SB200032號泵工頻啟動接觸器KM40503手動1號泵啟動SB30004變頻器啟停繼電器KA05041號泵停車SB400051號泵故障報警指示燈L105052號泵啟動SB500062號泵故障報警指示燈L205062號泵停車SB60007變頻器報警蜂鳴器0507變頻器報警30A0008 11號泵熱保護觸電FR100092號泵熱保護觸電FR20010附錄四（PLC程序）：LD 0000AND NOT 1000OUT 1002LD NOT 0000AND NOT 1000OUT 1003LD 0001OUT 1000LD NOT 0001OUT 1001LD 0002OUT TR0AND 1001AND 1002OR 0506LD TR0AND 0507OR 0003OR 0505KEEP 0502LD TR0AND 1001AN