PLC恒壓供水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)論文
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一、項(xiàng)目選題背景及研究?jī)?nèi)容
變頻技術(shù)不僅僅是異步電動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，易于維護(hù)，更重要的是由于采用變頻技術(shù)的異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械性可以達(dá)到了直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速的功能。這樣子可以很好的解決國(guó)內(nèi)供水的很多問(wèn)題。從而人們可以按照序曲自行研發(fā)一個(gè)合適的而且比較方便環(huán)保的調(diào)速控水系統(tǒng)。恒壓供水系統(tǒng)改變?cè)械恼{(diào)速方式，實(shí)現(xiàn)了無(wú)極控制恒壓供水，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)，保證了供水的安全可靠。隨著電子技術(shù)的不斷深入，恒壓變頻器的日益完善，功能越來(lái)越強(qiáng)，即可利用恒壓變頻的各種功能對(duì)其變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)提供更多的服務(wù)，從而保證恒壓供水系統(tǒng)的更多功能，供水的更穩(wěn)定，更好的為人類服務(wù)。
二、項(xiàng)目介紹
恒溫恒壓供水控制系統(tǒng)由可編程控制器、可視化觸摸屏顯示器、變頻器、交流電動(dòng)機(jī)、壓差傳感器、液位變送器、溫度變送器、板式換熱器、繼電器、輔助加熱器、以太網(wǎng)線及相應(yīng)模塊、等其它電控設(shè)備、以及5臺(tái)循環(huán)水泵和一臺(tái)小流量隔膜泵等構(gòu)成。在整個(gè)系統(tǒng)中，可編程控制器與可視化顯示器安裝在中控室，遠(yuǎn)程可使用以太網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)模塊。在水箱入空和出口安裝壓差傳感器，檢測(cè)水壓。在水箱底部安裝液位變送器。在水箱里安裝溫度變送器。可編程控制器中的模擬量模塊采集液位變送器、溫度變送器送來(lái)的4-20mA信號(hào)電流。將測(cè)量信號(hào)與plc設(shè)置的信號(hào)進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)PID模糊運(yùn)算后，由PLC控制變頻器輸出的頻率來(lái)調(diào)節(jié)交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變循環(huán)泵的流量，來(lái)保證供水水壓恒定。箱體水溫溫度由板式換熱器供給。溫度控制閥來(lái)調(diào)節(jié)溫度。輔助加熱器用來(lái)保證溫度的恒定。這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力溫度為基準(zhǔn)的恒壓恒溫閉環(huán)系統(tǒng)。觸摸屏顯示器用于顯示供電電壓、工作電流、變頻器實(shí)際頻率、供水壓力及各循環(huán)泵的工作狀態(tài)等；可以通過(guò)觸摸屏以太網(wǎng)絡(luò)在線修改供水壓力和溫度控制恒溫供水系統(tǒng)的運(yùn)行。
三、程序設(shè)計(jì)原理
3.1整套熱水供給系統(tǒng)采用西門子CPU226PLC控制
軟件使用西門子S7-200進(jìn)行控制程序編輯?？梢暬姘迨褂梦鏖T子Smart1000顯示屏，軟件使用WinCCflexible。同一公司系列產(chǎn)品，兼容性好，協(xié)議一致利于通訊。STEP7是用于SIMATIC可編程控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件。它是SIMATIC工業(yè)軟件的組成部分。為功能模板和通訊處理器賦值參數(shù)、強(qiáng)制和多處理器模式、全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊、使用通訊功能塊的事件驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸、組態(tài)連接。WinCCflexible項(xiàng)目包括能讓系統(tǒng)接受操作和監(jiān)視的所有組態(tài)數(shù)據(jù)。在WinCCflexible中，組態(tài)數(shù)據(jù)根據(jù)主題類別進(jìn)行編譯。每個(gè)類別都在單獨(dú)的編輯器中進(jìn)行處理。編輯器的可用性取決于所用的WinCCflexible版本和要組態(tài)的HMI設(shè)備。WinCCflexible的工作環(huán)境只顯示當(dāng)前使用的HMI設(shè)備所支持的編輯器。也就是說(shuō)，組態(tài)工作非常簡(jiǎn)單且易于進(jìn)行。
3.2穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)為了解決水壓波動(dòng)，流量變化對(duì)供水系統(tǒng)的擾動(dòng)。采集管網(wǎng)壓力、溫度、電流等信號(hào)。參考傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器算法，即：U(T)=Kp[e(t)++T]
關(guān)于P值，I值，D值的設(shè)定可采用測(cè)試法
最短短時(shí)間內(nèi)完成參數(shù)設(shè)定，避免造成不良影響。設(shè)定的依據(jù)：增益P值大，有利于減少供水管網(wǎng)的實(shí)際壓力與恒壓給定值的差值，但是P值過(guò)大，系統(tǒng)將產(chǎn)生振蕩，穩(wěn)定性變差。積分I值越小振蕩作用越強(qiáng)烈，適當(dāng)增大I值，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但是時(shí)間長(zhǎng)又會(huì)發(fā)生難以迅速恢復(fù)的情況，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)變差。微分D愈短，微分作用越弱。P,I,D經(jīng)驗(yàn)值和參數(shù)設(shè)定依據(jù)，在測(cè)試過(guò)程中依照先比例后積分的原則對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在程序控制中使用比較指令函數(shù)運(yùn)算等先關(guān)算法更精準(zhǔn)的計(jì)算調(diào)整相關(guān)參數(shù)，實(shí)時(shí)精確的控制恒溫恒壓供水系統(tǒng)。
3.3變送器的安裝、電氣連接、調(diào)試和維護(hù)必須由通過(guò)培訓(xùn)、有資格的專業(yè)人員操作
如果在管系上需要進(jìn)行焊接工作，不要將焊接設(shè)備的接地接在本測(cè)量設(shè)備上。安裝者必須保證儀表根據(jù)接線圖正確接線。如果電源不隔離，變送器必須接地。在打開(kāi)和修理電氣設(shè)備時(shí)請(qǐng)遵守當(dāng)?shù)厮邢嚓P(guān)規(guī)定。
四、工作流程介紹
該系統(tǒng)具有手動(dòng)操作模式和自動(dòng)工作模式兩種運(yùn)行方式
4.1手動(dòng)操作模式
選擇手動(dòng)模式時(shí)，操作可視畫界面?？蓪?shí)現(xiàn)單獨(dú)設(shè)備的啟動(dòng)和停止，這種方式用于檢修或控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)使用。
4.2自動(dòng)運(yùn)行模式
4.2.1系統(tǒng)補(bǔ)水
4.2.1.1地下儲(chǔ)水池由一臺(tái)7.5KW的深井潛水泵供水，當(dāng)蓄水池水位達(dá)到最低下限（通過(guò)壓力傳感器測(cè)量水位）1米時(shí)，啟動(dòng)深井補(bǔ)水泵開(kāi)始補(bǔ)水。（蓄水池深度2米）達(dá)到最高水位2米時(shí)，停止供水。
4.2.1.2由地下蓄水池為1號(hào)水箱供水（冷水）（5.5KW水泵2臺(tái)，由變頻器控制），1號(hào)水箱高度3米，2號(hào)水箱高度2米，1、2號(hào)水箱之間落差1.5米；1、2號(hào)水箱由管道相連實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)水，補(bǔ)水時(shí)當(dāng)1號(hào)水箱水位達(dá)到1.5米時(shí)，自動(dòng)開(kāi)始為2號(hào)水箱補(bǔ)水，2號(hào)水箱加滿后，再為1號(hào)水箱加水，直至1號(hào)水箱加滿為止。（2.8米）
4.2.1.3當(dāng)1號(hào)水箱水位達(dá)到最低保持水位（熱水）1米時(shí)，啟動(dòng)1、2號(hào)之間的補(bǔ)水泵（1臺(tái)2.2KW）開(kāi)始由2號(hào)水箱為1號(hào)水箱補(bǔ)水（熱水）；當(dāng)2號(hào)水箱水位達(dá)到最低保持水位1米時(shí)，停止為1號(hào)水箱補(bǔ)水，關(guān)閉2號(hào)水箱為1號(hào)水箱補(bǔ)水的補(bǔ)水泵；同時(shí)開(kāi)啟冷水水箱上水電動(dòng)閥門為1號(hào)水箱補(bǔ)水（冷水）.1號(hào)水箱水位達(dá)到2.8米時(shí)，關(guān)閉水箱進(jìn)水電動(dòng)閥門。
4.2.1.4當(dāng)1號(hào)或2號(hào)水箱水溫達(dá)到80℃以上時(shí)，啟動(dòng)水箱上水電動(dòng)閥門，水位達(dá)到2.8米，溫度達(dá)到70℃時(shí)，關(guān)閉水箱上水電動(dòng)閥門。設(shè)置一個(gè)最高水位，起保護(hù)作用，達(dá)到這個(gè)高度時(shí)停止所有上水。
4.2.2系統(tǒng)循環(huán)
4.2.2.1對(duì)1、2號(hào)集熱器采集熱能，通過(guò)與1號(hào)水箱相連的管道將熱能傳導(dǎo)進(jìn)入1號(hào)水箱當(dāng)1號(hào)水箱水溫與1號(hào)或2號(hào)集熱器水溫的溫差超過(guò)10℃時(shí)，啟動(dòng)1、2號(hào)集熱器循環(huán)水泵。溫差低于5℃時(shí)關(guān)閉.；1號(hào)、2號(hào)集熱器循環(huán)泵各自獨(dú)立可單獨(dú)啟停。
4.2.2.2冬天當(dāng)1號(hào)、2號(hào)集熱器室外管道溫度低于5℃時(shí)，啟動(dòng)集熱器和1號(hào)水箱之間的循環(huán)泵，室外管道溫度高于10℃時(shí)循環(huán)泵停止。當(dāng)1號(hào)水箱水溫與板式換熱器的溫差超過(guò)15℃時(shí)，啟動(dòng)板式換熱器循環(huán)水泵；溫差低于5℃是循環(huán)泵停止。當(dāng)1、2號(hào)水箱水溫的溫差達(dá)到10℃時(shí)啟動(dòng)1、2號(hào)之間的循環(huán)水泵；達(dá)到溫差5℃范圍內(nèi)停止循環(huán)泵。
五、總結(jié)
PLC可視化控制變頻器恒溫恒壓供水系統(tǒng)同其它供水方式相比較，除具有的節(jié)能效果外，還有以下優(yōu)勢(shì)：操作界面簡(jiǎn)單明了，易于學(xué)習(xí)培訓(xùn)。通過(guò)變頻器調(diào)速控制循環(huán)泵的水流量，改變老式的調(diào)節(jié)節(jié)流閥來(lái)控制流量的方法，減低了管道阻力，延長(zhǎng)元件的使用壽命?？删幊炭刂破骺蓪?shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的分時(shí)分步啟動(dòng)，躲開(kāi)高峰電流避免對(duì)電網(wǎng)的沖擊。PLC自動(dòng)控制，不需要人員頻繁操作，降低了人員勞動(dòng)強(qiáng)度提高生產(chǎn)力?；赑LC的恒溫恒壓供水系統(tǒng)，應(yīng)廣泛推廣使用。