辽宁石油化工大学继续教育学院毕业设计（论文）
谢 辞 .......................................................... 43
- VI -
辽宁石油化工大学继续教育学院毕业设计（论文）
第1章 绪 论
1.1 课题来源及其研究意义
近年来，随着国民经济建设的蓬勃发展，城市居住小区的建设也犹如雨后春笋，纷纷拔地而起。城市给水系统的水量、水压如能随时满足居住小区用水要求，无疑应采用直接供水方式。然而我国某些城市的供水能力不足，城镇水厂发展速度滞后于居住小区建设发展速度，城市给水管道老化、输水能力下降，城郊供水水压不能满足用水要求的情况时有发生。水压不足，需采用加压设备进行增压。目前，恒压变频调速给水加压设备已成功地应用于居住小区给水增压系统且有明显的节能效果和经济效益。本文在智能化要求的基础上，研究了PLC及变频调速技术在该楼宇恒压供水系统电气控制中的应用，提出了供水系统的总体设计方案，并论述了硬件电路的设计和软件的实现方案。以及通过运行实测。分析了节能节水的效果。
1.2 多泵恒压供水系统中的关键问题和本文的主要研究内容
1.2.1 多泵恒压供水系统中的关键问题
交流异步电动机直接起动所产生的电流冲击和转矩冲击会给供电系统和拖动系统带来不利影响，故对于容量较大的异步电动机一般都要采用软起动方案。采用变频器带动电机从零速开始起动，逐渐升压升速，直至达到其额定转速或所需的转速，此时变频器同时承担了软启动的任务。变频软起动的优点是
- 1 -
辽宁石油化工大学继续教育学院毕业设计（论文）
由于采用电压/频率按比例控制方法，所以不会产生过电流，并可提供等于额定转矩的起动力矩，故特别适合于需重载或满载起动的大功率水泵电机。
多泵恒压供水系统为了提高变频器的使用效率，减少设备的投入费用，常采用一台变频器拖动多台电机变频运行的方案。当变频器带动电机达到额定转速后，就要将电动机切换到工频电网直接供电运行，变频器可以再去起动其他的电动机。这样就不可避免地要进行电网和变频器之间的相互切换操作。
变频器的输出切换问题，目前尚未得到足够的重视，因而在认识上还存在着一些误区:一种看法是将变频器当作一般的交流电源，或者像软起动器一样，因而可以将电动机在变频器与供电电网之间任意切换;另一种看法则认为由于变频器自身的设计原理，是不允许变频器在运行中进行切换的。 1.2.2 本文的主要研究内容
经过系统的调研和分析，并结合楼宇供水情况，本次研究的主要内容和目标是基于PLC的单台变频器（内置PID）拖动多台电机变频运行的恒压供水自适应平衡控制系统的研制，该系统利用变频器实现水泵电机的软起动和调速，摒弃了原有的自藕降压起动装置，同时把水泵电机控制都纳入自动控制系统。整个系统的操作控制实现微机自动化管理，设备管理达到最优效果，运行调节达到最佳节能。具体而言，论文包括以下内容:
1.对水泵电机的调控技术进行分析和比较，并对多泵恒压供水系统中的关键问题进行了论述;在此基础上，提出了本文的主要研究内容和研究方法。
2.从水泵理论和管网特性曲线分析入手，讨论水泵工作点(工况点)的确
- 2 -
辽宁石油化工大学继续教育学院毕业设计（论文）
定方法和水泵工况调节的几种常用方法。在变频调速恒压供水系统中，水泵工况的调节是通过改变水泵性能曲线得以实现的。本文重点对变频调速恒压供水系统中水泵能耗机理进行深入研究，得出一些有益的结论。
3.PID算法在变频横压供水系统中的应用及如何选择变频器。
4.通过对可编程控制器PLC的端口介绍及软件分析为本论文的PLC选择提供依据，并保证系统能有效的进行工作。
5.介绍了基于PLC的变频调速恒压自动控制供水系统，该系统由一台变频器拖动多台水泵电机变频运行。压力传感器采样管网压力信号经PID处理传送给变频器，变频器根据压力大小调整电机转速，改变水泵性能曲线来实现水泵的流量调节，保证管网压力恒定。重点对变频调速恒压供水系统的构成和工作过程，控制系统的硬件设计和PLC程序设计进行研究。
第2章 变频调速恒压供水系统
随着我国城镇化建设的飞速发展，城市人口和城市居民的不断增加，城市供水不足成为一种普遍现象，传统的供水方式已经不能满足城市发展和人民生活的需要。自八十年代以来，变频调速恒压供水技术开始应用于我国许多城市的自来水公司。变频调速恒压供水技术不仅能够保证城市供水的稳定，而且可以节约能源。据统计若采用变频调速技术来改变流量，可节约20-5O%其节能效果相当可观[12,49]。采用变频调速恒压供水系统和传统恒速泵供水系统、水塔高位水箱供水系统、 高压罐供水系统相比，具有水压稳定、维护方便、占地面积小、节约能源和减少对水泵机组设备的冲击等优点[13]。在讨论变频调速恒
- 3 -
辽宁石油化工大学继续教育学院毕业设计（论文）
压供水的节能机理之前，有必要讨论分析水泵及水泵工况调节等相关理论。
2.1 水泵理论及水泵工况点确定的
水泵广泛应用于国民经济的各个行业中，但在供水行业中普遍采用的离心式叶片泵，也称离心泵。离心泵属于高扬程叶片泵，是利用叶轮旋转时产生离心力的原理工作的。离心泵在起动前必须使泵和进水管中充满液体，当叶轮在泵壳内高速旋转时，液体质点在离心力作用下被甩向叶轮外缘，并汇集到泵壳内，使液体获得动能和压能，并沿着出水管输送出去。 2.1.1 水泵的工作参数
水泵工作参数共有六个，即:流量、扬程、功率、效率、转速及允许吸上真空高度或气穴余量。在六个参数中，流量、扬程和转速是基本参数，只要其中一个发生变化，其余参数都会按照一定的规律发生相应的变化[14]。 1.流量Q
水泵流量是指水泵在单位时间从水泵出水口排出的水量，可分为体积流量和质量流量两种。以L/s(升/秒)、m3/s(米3/秒)、m3/h(米3/小时)、kg/s(千克/秒)、t/s(吨/秒)等表示。
2.扬程H
水泵扬程也称水头，是水泵由叶轮传给单位质量液体的总能量，可以由水泵进水口、出水口断面上的单位总能量E，E2的差值表示，其单位以m计。水泵扬程可用下式表示为
- 4 -