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產品名稱：管網疊壓恒壓供水設備
產品型號：管網疊壓恒壓供水設備
產品特點：管網疊壓供水設備是使用水箱做為整個系統(tǒng)的備用水源，在自來水管網壓力不夠或無水時期，自動轉入使用，補充供水需求，以保證供水的穩(wěn)定性和連續(xù)性。 在自來水管網壓力恢復后會自動轉換為正常疊壓供水方式，水箱自動補給水，在自來水管網供水壓力正常時，自動定時循環(huán)清潔箱體內儲存適當的用水量，以保證供水質量。 本設計的內容是PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)，主要用到了PLC、水泵和變頻器，系統(tǒng)采用變頻調速方式自動調節(jié)水泵電機的速度，改變了以往先啟后停的方式，系統(tǒng)能夠自動和手動完成各個泵的啟動、停止和無沖擊切換，
管網疊壓恒壓供水設備的詳細資料：
管網疊壓供水設備是使用水箱做為整個系統(tǒng)的備用水源，在自來水管網壓力不夠或無水時期，自動轉入使用，補充供水需求，以保證供水的穩(wěn)定性和連續(xù)性。在自來水管網壓力恢復后會自動轉換為正常疊壓供水方式，水箱自動補給水，在自來水管網供水壓力正常時，自動定時循環(huán)清潔箱體內儲存適當的用水量，以保證供水質量。
本設計的內容是PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)，主要用到了PLC、水泵和變頻器，系統(tǒng)采用變頻調速方式自動調節(jié)水泵電機的速度，改變了以往先啟后停的方式，系統(tǒng)能夠自動和手動完成各個泵的啟動、停止和無沖擊切換，以及故障報警，使水壓平穩(wěn)過渡。在恒壓供水控制系統(tǒng)設計中，對變頻器控制也進行了必要的講解。包括變頻原理，變頻器的分類以及參數的設定。其硬件由PLC、變頻器、電機、繼電器等組成。在設計中利用PLC控制變頻器，采用PID控制器，形成以壓力為閉環(huán)的控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)供水壓力的恒定，而泵的啟動和停止可以自動和手動來實現(xiàn)的。該系統(tǒng)運行可靠，抗干擾性強，且具有經濟性。
隨著變頻調速技術的發(fā)展和人們對生活飲用水品質的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)以逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng)，廣泛應用于多層住宅小區(qū)生活消防供水系統(tǒng)。然而，由于新系統(tǒng)多會繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設備，此技術用在對原有系統(tǒng)的改造過程中，既可以體現(xiàn)變頻控制恒壓供水的優(yōu)勢，又可以盡量保留原有的設備，有效的節(jié)省了大量的資金，并且可以保證系統(tǒng)的可靠的運行。
圖 1-1
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(jié)器，經運算與給定的壓力進行比較，得出一比較參數，送給變頻器，由變頻器控制電機的轉速，調節(jié)系統(tǒng)的供水量，使供水管網上的壓力保持在給定的壓力上，當用水量超過一臺泵的供水量時，通過PLC控制切換器進行加泵。根據用水量的大小由PLC控制工作泵的數量增減及變頻器對水泵的調速，實現(xiàn)恒壓供水。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(huán)控制系統(tǒng)。此外，系統(tǒng)還設有多種保護功能，充分保證了水泵的及時維修和系統(tǒng)的正常供水。
圖1-1為變頻恒壓供水系統(tǒng)。其中變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電機的無極調速，從而使管網水壓連續(xù)變化。傳感器的任務是檢測管網水壓，壓力設定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需求的水壓期望值。壓力設定信號和壓力反饋信號輸入可編程控制器后，經可編程控制器內部PID控制程序的計算，輸出給變頻器一個轉速控制信號。還有一種方法是將壓力設定信號和壓力反饋信號送入PID回路調節(jié)器，由PID回路調節(jié)器在調節(jié)器內部進行運算后，輸出給變頻器一個轉速調節(jié)信號，如圖1-1中虛線所示。供水設備控制1—3臺水泵，在這些水泵中，只有一臺變頻泵。當供水設備供電開始時，先啟動變頻泵，管網水壓達到設定值時，變頻器的輸出頻率則穩(wěn)定在這一數值上。而當用水量增加，水壓降低時，傳感器將這一信號送入可編程控制器或PID回路調節(jié)器，可編程控制器或PID回路調節(jié)器則送出一個比用水量增大的信號，使變頻器的輸出頻率上升，水泵的轉速提高，水壓上升。如果用水量增加很多，使變頻器的輸出頻率達到大值，仍不能使管網水壓達到設定值，可編程序控制器或PID回路調節(jié)器就發(fā)出控制信號，啟動一臺工頻泵，其他泵依次類推。反之，當用水量減少，變頻器的頻率達到小值時，則發(fā)出減少一臺工頻泵的信號，其他泵依次類推。圖1-1中M1-M3為電機，P1-P3為水泵，KM1-KM6為電機起、停、互相切換的交流接觸器。
圖1-1為變頻恒壓供水系統(tǒng)。其中變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電機的無極調速，從而使管網水壓連續(xù)變化。傳感器的任務是檢測管網水壓，壓力設定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需求的水壓期望值。壓力設定信號和壓力反饋信號輸入可編程控制器后，經可編程控制器內部PID控制程序的計算，輸出給變頻器一個轉速控制信號。還有一種方法是將壓力設定信號和壓力反饋信號送入PID回路調節(jié)器，由PID回路調節(jié)器在調節(jié)器內部進行運算后，輸出給變頻器一個轉速調節(jié)信號，如圖1-1中虛線所示。供水設備控制1—3臺水泵，在這些水泵中，只有一臺變頻泵。當供水設備供電開始時，先啟動變頻泵，管網水壓達到設定值時，變頻器的輸出頻率則穩(wěn)定在這一數值上。而當用水量增加，水壓降低時，傳感器將這一信號送入可編程控制器或PID回路調節(jié)器，可編程控制器或PID回路調節(jié)器則送出一個比用水量增大的信號，使變頻器的輸出頻率上升，水泵的轉速提高，水壓上升。如果用水量增加很多，使變頻器的輸出頻率達到大值，仍不能使管網水壓達到設定值，可編程序控制器或PID回路調節(jié)器就發(fā)出控制信號，啟動一臺工頻泵，其他泵依次類推。反之，當用水量減少，變頻器的頻率達到小值時，則發(fā)出減少一臺工頻泵的信號，其他泵依次類推。圖1-1中M1-M3為電機，P1-P3為水泵，KM1-KM6為電機起、停、互相切換的交流接觸器。
圖1-2
由于變頻器的轉速控制信號是由可編程控制器或PID回路調節(jié)器給出的，所以對可編程來講，要有模擬量輸入接口。由于帶模擬量輸入/輸出接口的可編程控制器價格很高，這無形中就增加了供水設備的成本。若采用帶模擬量輸入/輸出接口的可編程控制器，則要在可編程器的數字量輸出口另接一塊PWM調制板，還增加了連線和附加設備，降低了整套設備的可靠性。如果采用一個開關量輸入/輸出接口的可編程控制器和一個PID回路調節(jié)器，其成本也和帶模擬量輸入/輸出接口的可編程控制器差不多。所以，在變頻器調速恒壓給水控制設備中，PID控制信號的產生和輸出就成為降低給水設備成本的一個關鍵環(huán)節(jié)。
1.2變頻恒壓供水控制方式
1.2變頻恒壓供水控制方式
眾所周知，水泵消耗與轉速的三次方成正比。即：
N=Kn3
N：為水泵消耗功率；
K：為比例系數
水泵設計是按工頻運行時設計的，但除用水高峰外，大部分時間流量較小，因此可以使水泵運行的轉速隨流量的變化而變化，終達到節(jié)能的目的。實踐證明，使用變頻設備可使水泵運行平均轉速比工頻轉速降低20%，從而大大降低能耗，節(jié)能率可達20%--40%。
目前國內各廠家的供水設備電控柜，除采用落后的繼電接觸器控制方式外，大致有以下四類：
N=Kn3
N：為水泵消耗功率；
K：為比例系數
水泵設計是按工頻運行時設計的，但除用水高峰外，大部分時間流量較小，因此可以使水泵運行的轉速隨流量的變化而變化，終達到節(jié)能的目的。實踐證明，使用變頻設備可使水泵運行平均轉速比工頻轉速降低20%，從而大大降低能耗，節(jié)能率可達20%--40%。
目前國內各廠家的供水設備電控柜，除采用落后的繼電接觸器控制方式外，大致有以下四類：
（1）邏輯電子電路控制方式：
這類控制電路難以實現(xiàn)水泵機組全部軟啟動、全流量變頻調節(jié)。往往采用一臺泵固定于變頻狀態(tài)，其余泵均為工頻工作 狀態(tài)的方式。因此控制精度較低、水泵切換時水壓波動大、調試較麻煩、工頻泵啟動時有沖擊、抗干擾能力較低，但成本較低。
這類控制電路難以實現(xiàn)水泵機組全部軟啟動、全流量變頻調節(jié)。往往采用一臺泵固定于變頻狀態(tài)，其余泵均為工頻工作 狀態(tài)的方式。因此控制精度較低、水泵切換時水壓波動大、調試較麻煩、工頻泵啟動時有沖擊、抗干擾能力較低，但成本較低。
（2）單片機電路控制方式：
這類控制電路優(yōu)于邏輯電路，但在應付不同管網、不同供水情況時調試較麻煩，追加功能時往往要對電路進行修改，不靈活也不方便。電路的可靠性和抗干擾能力都不是很高。
這類控制電路優(yōu)于邏輯電路，但在應付不同管網、不同供水情況時調試較麻煩，追加功能時往往要對電路進行修改，不靈活也不方便。電路的可靠性和抗干擾能力都不是很高。
（3）帶PID回路調節(jié)器和/或可編程序控制器（PLC）的控制方式：
此時變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)無極調速，從而使管網水壓連續(xù)變化。傳感器的任務是檢測管網水壓。壓力設定單元為系統(tǒng)提供滿足需要的水壓期望值。壓力設定信號和壓力反饋信號在輸入可編程控制器后，經可編程控制器內部PID控制程序的計算，輸出給變頻器一個轉速控制信號。還有一種辦法是將壓力設定信號和壓力反饋信號送入PID回路調節(jié)器，由PID回路調節(jié)器內部進行運算后，輸入給變頻器一個調速信號。
此時變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)無極調速，從而使管網水壓連續(xù)變化。傳感器的任務是檢測管網水壓。壓力設定單元為系統(tǒng)提供滿足需要的水壓期望值。壓力設定信號和壓力反饋信號在輸入可編程控制器后，經可編程控制器內部PID控制程序的計算，輸出給變頻器一個轉速控制信號。還有一種辦法是將壓力設定信號和壓力反饋信號送入PID回路調節(jié)器，由PID回路調節(jié)器內部進行運算后，輸入給變頻器一個調速信號。
（4）新型變頻調速供水設備
針對傳統(tǒng)的變頻調速供水設備的不足之處，國內外不少生產廠家紛紛推出了一系列新型產品。這些產品將PID調節(jié)器以及簡易可編程控制器的功能都綜合進變頻器，形成了帶有各種應用宏的變頻器，由于PID運算在變頻器內部，這就省去對可編程存控制器存貯容量的要求和對PID算法的編程，而且PID參數的在線調試非常容易，這不僅降低了生產成本，而且大大提高了生產效率。由于變頻器內部自帶的PID調節(jié)器采用了優(yōu)化算法。所以使水壓的調節(jié)十分平滑，穩(wěn)定。同時，為了保證水壓信號反饋信號值的準確、不失信，可對該信號設置濾波時間常數，同時還可對反饋信號進行換算，使系統(tǒng)的調試非常簡單、方便。
針對傳統(tǒng)的變頻調速供水設備的不足之處，國內外不少生產廠家紛紛推出了一系列新型產品。這些產品將PID調節(jié)器以及簡易可編程控制器的功能都綜合進變頻器，形成了帶有各種應用宏的變頻器，由于PID運算在變頻器內部，這就省去對可編程存控制器存貯容量的要求和對PID算法的編程，而且PID參數的在線調試非常容易，這不僅降低了生產成本，而且大大提高了生產效率。由于變頻器內部自帶的PID調節(jié)器采用了優(yōu)化算法。所以使水壓的調節(jié)十分平滑，穩(wěn)定。同時，為了保證水壓信號反饋信號值的準確、不失信，可對該信號設置濾波時間常數，同時還可對反饋信號進行換算，使系統(tǒng)的調試非常簡單、方便。
恒壓供水控制系統(tǒng)總體設計
1 恒壓供水控制系統(tǒng)的設計
本設計綜合PLC在多方面的應用，既有開關量I/O，也有模擬量I/O，及其PID調節(jié)器的使用。另外，設計中還使用了變頻器控制。
工藝過程
隨著社會的發(fā)展和進步，城市高層建筑的供水問題日益突出。一方面要求提高供水質量，不要因為壓力的波動造成供水的障礙；另一方面要求保證供水的安全性和可靠性，提高供水質量。針對這方面的要求，本設計以 PLC豐富的控制功能，達到系統(tǒng)設計要求。
本設計為三臺水泵的恒壓供水控制系統(tǒng)。工藝過程如圖1-2所示
市水網來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥YV1，它們自動把水注滿儲水池，只要水位低于高水位，則自動往水箱中注水。水池的高/低水位信號由傳感器直接送給PLC，作為低水位報警用。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器的高低距離不是相差很大。三臺水泵根據用水量的多少，按一定的控制邏輯運行，使供水在恒壓狀態(tài)下進行。
工藝過程
隨著社會的發(fā)展和進步，城市高層建筑的供水問題日益突出。一方面要求提高供水質量，不要因為壓力的波動造成供水的障礙；另一方面要求保證供水的安全性和可靠性，提高供水質量。針對這方面的要求，本設計以 PLC豐富的控制功能，達到系統(tǒng)設計要求。
本設計為三臺水泵的恒壓供水控制系統(tǒng)。工藝過程如圖1-2所示
市水網來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥YV1，它們自動把水注滿儲水池，只要水位低于高水位，則自動往水箱中注水。水池的高/低水位信號由傳感器直接送給PLC，作為低水位報警用。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器的高低距離不是相差很大。三臺水泵根據用水量的多少，按一定的控制邏輯運行，使供水在恒壓狀態(tài)下進行。
管網疊壓供水設備控制要求
對三臺泵恒壓供水的基本控制要求：
（1）系統(tǒng)開始供水時，變頻運行；
（2）三臺泵根據恒壓的需要，采取“先開先停”的原則接入和退出；
（3）在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運行時間超過3小時，則要切換到下一臺泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”可避免某一臺泵長時間工作；
（4）三臺泵啟動時有延時，減小電流過大時對其他用電設備的沖擊；
（5）要有完善的報警功能；
（6）對電機的操作要有手動和自動兩種控制功能。
對三臺泵恒壓供水的基本控制要求：
（1）系統(tǒng)開始供水時，變頻運行；
（2）三臺泵根據恒壓的需要，采取“先開先停”的原則接入和退出；
（3）在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運行時間超過3小時，則要切換到下一臺泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”可避免某一臺泵長時間工作；
（4）三臺泵啟動時有延時，減小電流過大時對其他用電設備的沖擊；
（5）要有完善的報警功能；
（6）對電機的操作要有手動和自動兩種控制功能。
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