恒压供水变频调速控制系统设计

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时间:2019-01-09

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1、恒压供水变频调速控制系统设计  摘要本文分析了供水系统的3种传统控制方案,提出了变频调速恒压供水控制方案,分析了供水系统的元件构成,研究了变频调速的控制原理,选择了变频器和远传压力表等关键部件,设计了恒压供水变频调速系统的电路原理图,实现了变频、低功耗、安全供水。  关键词恒压供水;变频器;调速  中图分类号TP3文献标识码A文章编号1674-6708(2016)172-0209-02  供水控制是节能降耗、体质增效的关键系统,能够对工业用水、生活用水实施科学调控,提高水资源的利用效率[1,2]。随着人口数量的增加、工业生产规模的扩大,水资源日益成为紧缺资源,大力提倡节约用水成为全社会共识

2、。一方面,需要大力普及节约用水观念,降低人为浪费水资源;另一方面,要不断进行技术创新,实现水资源的精量使用。因此,采用变频控制技术[3],对传统供水系统进行自动化改造,对降低用水成本、提高用水效率具有重要技术价值和社会效益。  1方案设计5  供水系统的控制方案主要有3种,即恒速泵供水、高位储水供水和气压罐供水[4-6],其中,恒速泵供水是利用速度不变的水泵实时提供输水动力,当达到用水需求时,需要关闭水泵,当再次用水时,需要再次开启水泵,频繁开启、关闭水泵,耗电量较大,影响局部电压稳定,故此种供水系统应用较少。高位储水则是扩大或延长水泵的工作时间,利用恒速水泵不断向储水池供水,利用储水池实

3、现用水备存,同时,减小水泵的开启、关闭频率,然而,高位储水泵需要建设较大的高位储水装置,占用空间大,造价成本高,在实际工程中应用较少。气压罐供水与高位储水供水的控制原理相同,区别在于,水泵的动力通过气压泵储存在气罐中。  本文设计的供水系统拟采用变频控制原理,同时利用水压传感器测试供水管路的压力信号,利用PID进行水压与电动机频率之间的信号变化,利用可编程控制器实时调整电动机的作业频率。通过改变电动机作业频率,实现水泵转速随水压变化而调节,达到节约电能、电动机连续作业、动力与供水动态调整的目的。  2恒压供水变频调速控制系统的构成  2.1系统构成  基于变频器进行恒压供水的控制系统构成如

4、图1所示,供水的动力元件主要包括水泵1、水泵2和水泵3,其中,水泵3起到辅助供水作用;水泵的作业调节元件为变频器,供水系统的信号采集及调控元件为PID控制器,供水系统的逻辑换算元件为可编程控制器,此外,在本系统设计中,用上位机作为监控器,用远传压力表作为供水系统末端的压力采集元件。  2.2系统工作原理5  压力传感器分布在供水系统末端的管网中,当供水系统水源不足时,管网中的压力随之减小,压力传感器检测到的电压信号减弱,并将电压信号传递到PID控制中,控制器将接收到的电信号传递到可编程控制器,经过逻辑运算后得到反馈信号,将反馈的电信号传递给水泵的变频器,通过变频器调节水泵的转速,改善供水系

5、统的动力状态,使供水系统处于供水工况,随着供水启动,供水系统压力逐渐升高,升高的压力信号实时被压力传感器采集,整套供水系统处于动态平衡调节中。  3恒压供水变频调速控制系统的设计  3.1变频调速选型  变频器是一种电压频率变换器,即将固定频率的交流电变换成频率、电压连续可调的交流电,以供给电动机运转的电源装置。它在变频调速恒压供水系统中起着非常重要作用,是水泵电机调速的执行者。  变频调速原理如公式1所示,当电机的转差率和磁极对数固定时,通过改变电源频率,实现电机转速的调整。  n=60f(1-s)/p(公式1)  其中,n表示电机转速;f表示电源频率;s表示电机转差率;p表示电机磁极对

6、数。  变频器的选用,需要综合考虑输入侧额定值、输出侧额定值、额定输出容量等。变频器容量的选择,一般根据负载性质及大小。变频器的控制方式主要有恒转矩负载、恒功率负载、二次方律负载3种。本系统设计中,综合考虑异步电动机的额定电流及变频器容量,选择西门子MicroMaster430型变频器,co-trustS7-200系列中的CPU224,其输入频率为47Hz~63Hz,输出频率未0Hz~650Hz,功率因数为0.98,变频器效率为96%~98%,防护等级为IP20。  3.2可编程控制器选型5  可编程控制器(PLC)是恒压供水变频调速控制系统的核心部件,PLC容量是指I/O点数的数量,点数

7、太多容易提高部件成本,点数太少导致余量不足,通常综合考虑被控对象的输入信号和输出信号的总点数,余量按照10%~15%的空间预留。本系统设计中,1路压力模拟量输入,1路电压模拟量输出,故选用TD200系列西门子变频器。  3.3压力传感器  本系统设计中,供水系统的压力信号采集需通过压力传感器,故选择了YTZ-150型电位器式远传压力表,该电阻远传压力表适用于测量对铜合金不起腐蚀作用的液体、蒸汽和气体等介质的压力。电阻远传

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