毕业论文--小区节能供水系统设计.doc
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1、电子信息工程系毕业论文江阴职业技术学院毕业论文课题: 小区节能供水系统设计 专 业 电气自动化技术 学生姓名 贾正宽 班 级 09自动化3班 学 号 09030313 指导教师 汤仁彪 完成日期 2011年12月16日 摘 要随着我国社会经济的发展,住房制度改革的不断深入,人们生活水平的不断提高,城市建设发展十分迅速,同时也对基础设施建设提出了更高的要求。城市供水系统的建设是其中的一个重要方面,供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到用户的正常工作和生活,也直接体现了供水管理水平的高低。传统供水厂,特别是中小供水厂所普遍采用的恒速泵加压供水方式存在效率较低、可靠性不高、自动化程度低等缺点,难以满
2、足当前经济生活的需要。随着人们对供水质量和供水系统可靠性要求的不断提高,需要利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术,要求设计出高性能、高节能、能适应供水厂复杂环境的恒压供水系统成为必然趋势。全文共分为五章:第一章主要讲述小区居民的传统供水方式,以及本论文设计方案的拟定;第二章主要讲述变频恒压供水系统的构成及工作原理;第三章主要对系统中硬件选型和设计,并且对软件部分进行编程、调试;第四章采用三菱触摸屏对本设计进行模拟运行。本设计综合运用了可编程序控制器PLC、变频器、传感器、PID调节等现代工业控制常用的控制部件及其相关程序设计方法。 AbstractWith the development
3、 of economy in China, the housing system reform continued to deepen, the improvement of peoples living standard, city construction and development is very rapid, but also on the infrastructure construction raised taller requirement. City water supply system is one of the most important aspects, wate
4、r supply reliability, stability, economy directly affects the normal work and life of user, it directly reflects the management level of water supply. The traditional water supply plant, especially medium and small water plants commonly used in constant pressure water pump has low efficiency, high r
5、eliability, low degree of automation shortcomings, to meet the needs of the current economic life. As people on the quality of water supply and water supply system reliability requirements continue to increase, requiring the use of advanced automation technology, control technology and communication
6、 technology, the design requirements of the high performance, high energy-saving water supply plant, can adapt to the complex environment of the constant pressure water supply system becomes an inevitable trend.The full text is divided into five chapters: the first chapter is mainly about the tradit
7、ional method of water supply area residents, as well as the design of the program to develop; the second chapter is mainly about variable frequency constant pressure water supply system and the principle of work; third chapter focuses on the hardware system selection and design, and the software pro
8、gramming, debugging; the fourth chapter of the Mitsubishi touch screen for the design of simulation operation.The design of the integrated use of a programmable controller PLC, inverter, sensors, PID adjustment of modern industrial control common control components and related program design method.
9、 目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 绪论11.1变频恒压供水产生的背景和意义11.2目前常见的供水方式11.3小区节能供水方案拟定21.4小区节能供水方案“节能”之处3第二章变频恒压供水系统构成及工作原理52.1系统的构成52.2主电路接线图72.3工作原理7第三章 恒压供水系统软件和硬件设计93.1主要器件的选型93.1.1水泵的选择93.1.2压力传感器的选择113.1.3 PLC的选型123.1.4 变频器的选择133.1.5触摸屏的选型153.2硬件设计163.2.1 PLC I/O的接线163.2.2变频器183.3软件设计203.3.1编程软件 Gx Devel
10、oper简介203.3.2程序的流程图213.3.3程序的顺序功能图223.3.4程序说明23第四章 结论294.1 三菱触摸屏对本设计进行模拟运行29结 论32致 谢33参考资料34- IV -第一章 绪论 1.1变频恒压供水产生的背景和意义我国“十一五”规划纲要提出,“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20左右、主要污染物排放总量减少10。 “十二五”规划中依旧把坚持把建设资源节约型、环境友好型社会作为加快转变经济发展方式的重要着力点。水已经成为中国21世纪的热点问题,水有其自然属性,它既是一种特殊的、不可替换的资源,又是一种可重复使用、可再生的资源;水又有其经济和社会属性,不仅工业、农
11、业的发展要靠水,水更是城市发展、人民生活的生命线。我国城市居民供水长期以来方面技术一直比较落后,工业自动化程度低传统调节供水压力的方式,多采用频繁启/停电机控制和水塔二次供水调节的方式。主要表现在用水高峰期,水的供给量常常低于需求量,出现水压降低供不应求的现象而在用水低峰期,水的供给量常常高于需求量,出现水压升高供过于求的情况,这种状况每年会造成大量能量的浪费,同时还有可能造成水管爆裂和用水设备的损坏等安全隐患。 在变频调速技术逐渐发展起来,国内有不少公司在从事进行变频恒压供水的研制推广国产变频器主要采用进口元件组装或直接进口国外变频器,结合PLC 或PID调节器实现恒压供水,在小容量、控制要
12、求低的变频供水领域,国产变频器发展较快,并以其成本低廉的优势占领了相当部分小容量变频恒压供水市场。由此可见,变频调速恒压供水系统具有供水安全、节约能源、节省钢材、节省占地、节省投资、调节能力大、运行稳定可靠的优势,具有广阔的应用前景和明显的经济效益与社会效益。1.2目前常见的供水方式1.2.1市政管道直接给用户供水这种供水方式由市政管道直接连接用户,用户不需要自己添加设备,降低用户投入成本,但是供水压力一般只能到6层楼一下。压力不稳定,一般只是在城郊结合的农村和小城镇,压力要求比较低的地方。在用水高峰期时,往往出现供水不足,水压不稳的状况。1.2.2通过水泵高位水箱供水这种供水方式由水池水泵高
13、位水箱用水点。一般也需要设计有一座地下水池,通过两台水泵(互为备用)抽水送至高位水箱,再由高位水箱向下供水至各用水点。该方式是较成熟的水泵、水箱供水方式。但是这第种二次供水方式不可避免造成二次污染,天台水箱长期不清洗容易滋生各种细菌,微生物不利于人体健康。而且需要在天台建造水箱,加大的楼的承重量。1.2.3变频恒压供水这种供水方式由水池水泵(恒压变频或气压罐)管网系统用水点。一般设计有地下生活水池一座,集中恒压变频供水,不设屋顶水箱。主水泵一般有三台,可以互为备用,夜间用水量小时 ,采用气压罐以维持系统压力基本不变。恒压变频供水是较为理想和先进的。首先恒压变频供水保证出水压力不变,根据用水量大
14、小进行变频供水,既节约电能,又保证水泵软启动(对电网电压冲击不大),延长了水泵寿命,用水有了保障,社会效益较好。1.3小区节能供水方案拟定供水方案简图此次设计研究的对象是某小区10栋楼群的供水系统,每栋楼有8层。针对高层楼对水压的要求高,在水压低时,高层用户将无法正常用水甚至出现无水的情况,水压高时将造成能源的浪费。 自来水厂送来的水先储存的水池中再通过水泵加压送给用户。本设计采用变频新技术变频恒压供水方案,水泵组有三台水泵,并且各台水泵自动轮换使用,即最先投入使用的水泵最早退出运行,各台水泵寿命均等,而且一旦水泵出现故障,该系统能自动跳过故障泵运行。通过水泵加压后,能够满足每一个用户用水需求
15、。1.4小区节能供水方案“节能”之处1.4.1恒压供水与水泵高位水箱供水的比较由市政管道直接连接用户的方案,虽然用户不需要投入购买供水设备,可以节省一些设费用,但是市政管道供水压力一般只能供到6层楼一下,且压力不稳定。不满足本方案供水压力要求,在这里就不作讨论了,主要讨论变频恒压供水方案与水泵高位水箱供水方案 。1.设备的投入费用对于小区采用水泵高位水箱供水,需要在每栋楼层上建一个水箱,根据用户用水需求量不同,水箱设计的大小也不一样。水箱也加大了楼层承重量。而变频恒压供水不需要水箱。这样就会节省一批设备投入的费用2.电能的消耗费用采用高位水箱给水方式,即用上水泵把水送入高位水箱,水箱中的水靠重
16、力自流向用户供水。 这种供水方式不管是一楼用户用水,还是高楼用户用水,都要将水通过水泵将水送到高位的水箱,这样无疑消耗了大量的电能。而变频恒压供水始终保持供水压力的恒定,当水压高了(或者低了)通过压力传感器,反馈到变频器,经过PID调节将信号传给PLC,通过PLC来切换水泵组工作情况,来实现水压的恒定。3设备的维护费用高位水箱给水方式众所都知不可避免造成二次污染,天台水箱长期不清洗容易滋生各种细菌,微生物不利于人体健康。这就需要有人定期的维护与清理,夏天的时候天气比较热,微生物繁殖能力也是比较强,为了保证用户用水质量,水箱的维护与清理也是比较频繁的。而采用变频恒压供水方式就不需要这方面的投入了
17、。采用变频恒压供水方式相对高位水箱给水方式,前期需设备的投资要多出变频器、可编程序控制器PLC的费用,但是从长远的利益上比较,变频恒压供水方式在节电、维护上面可以节约大笔的费用。1.4.2变频恒压供水的特点1、流量连续可调,给水压力稳定。系统采用内置PID的矢量变频调速器、先进的可编程控制器等现代控制技术,对水泵机组进行闭环控制,确保压力波动小、达到设定压力时间短、且可随用水量的变化自动调节水泵转速及工作水泵台数,确保恒压变量供水。 2、安全可靠。系统具有输入电源缺相、不平恒、过压、过流、过载、短路、电机过热、飞速启动、断水及低水位停机等完善的安全保护功能,有效的提高了给水成套设备的安全可靠性
18、。该系统还配有完善的故障自诊断、故障检修手动工作方式等功能,使维修工作十分轻松快捷。3、抗干扰能力强。由于控制回路与负载回路之间是通过中间继电器实现电隔离和信号耦合的,因此系统的抗干扰能力强。4、节约能源、节省投资、提高水质。系统自动检测瞬时水压,并据此调节水泵的供水量,机组特性曲线接近管网损失特性曲线,节能效果显著。由于变频器对电机实行的是循环软启动控制,启动平稳无冲击,提高了电机、水泵和管道等的寿命,减少了管网的泄露。此外由于系统无需高位水箱等设备,不但节省了投资,而且无水质二次污染问题。 - 35 -第二章变频恒压供水系统构成及工作原理2.1系统的构成图2.1 系统原理图如图2.1所示,
19、整个系统由三台水泵,一台变频调速器,一台PLC和一个压力传感器及若干辅助部件构成。三台水泵中每台泵的出水管均装有手动阀,以供维修和调节水量之用,三台泵协调工作以满足供水需要;变频供水系统中检测管路压力的压力传感器,一般采用电阻式传感器(反馈05V电压信号)或压力变送器(反馈420mA电流);变频器是供水系统的核心,通过改变电机的频率实现电机的无极调速、无波动稳压的效果和各项功能。从原理框图,我们可以看出变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检测、控制系统、人机界面、以及报警装置等部分组成。2.1.1执行机构执行机构是由一组水泵组成,它们用于将水供入用户管网,图2.3中的3个水泵分为二种类型:调速
20、泵:是由变频调速器控制、可以进行变频调整的水泵,用以根据用水量的变化改变电机的转速,以维持管网的水压恒定。恒速泵:水泵运行只在工频状态,速度恒定。它们用于在用水量增大而调速泵的最大供水能力不足时,对供水量进行定量的补充。2.1.2信号检测在系统控制过程中,需要检测的信号包括自来水出水水压信号和报警信号:(1)水压信号:它反映的是用户管网的水压值,它是恒压供水控制的主要反馈信号。(2)报警信号:它反映系统是否正常运行,水泵电机是否过载、变频器是否有异常。该信号为开关量信号。2.1.3控制系统供水控制系统一般安装在供水控制柜中,包括供水控制器(PLC系统)、变频器和电控设备三个部分。(1)供水控制
21、器:它是整个变频恒压供水控制系统的核心。供水控制器直接对系统中的工况、压力、报警信号进行采集,对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法,得出对执行机构的控制方案,通过变频调速器和接触器对执行机构(即水泵)进行控制。(2)变频器:它是对水泵进行转速控制的单元。变频器跟踪供水控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率,完成对调速泵的转速控制。(3)电控设备:它是由一组接触器、保护继电器、转换开关等电气元件组成。用于在供水控制器的控制下完成对水泵的切换、手/自动切换等。2.1.4人机界面人机界面是人与机器进行信息交流的场所。通过人机界面,使用者可以 可以对系统的运行过程进行监示,对报警
22、进行显示。2.1.5报警装置作为一个控制系统,报警是必不可少的重要组成部分。由于本系统 用于居民生活用水,所以为了保证系统安全、可靠、平稳的运行,防止因电机过载、变频器报警、电网过大波动、供水水源中断 等等造成的故障,因此系统必须要对各种报警量进行监测,由PLC判断报警类别,进行显示和保护动作控制,以免造成不必要的损失 2.2主电路接线图 图2. 2 主电路图电机有两种工作模式即:在工频电下运行和在变频电下运行。KM1、 KM3、KM5 分别为电动机M1 、M2 、M3工频运行时接通电源的控制接触器。KM2 、KM4、KM6 分别为电动机M1、M2、 M3变频运行时接通电源的控制接触器。熔断器
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