全自动供水（共11篇）
全自动供水 篇1
1 引言
随着电力电子技术、变频技术及PLC技术的飞速发展,在恒压供水系统中使用PLC与电动机变频调速装置组成控制系统,对泵组的调速进行优化控制,自动调整泵组的运行台数,实现供水压力的闭环控制,在水量需求时刻变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。
2 变频恒压供水系统设计
2.1 系统总体设计
由于实际供水系统中,水流量经常变化,所以供水泵的转速要时刻改变,从而要求电动机的转速要不断调节,采用变频调速方式实现。其基本控制策略是:采用PLC和变频器为主体组成闭环控制系统,对泵的运行台数和转速进行自动控制。利用PLC内部PID功能产生变频器的频率控制信号,利用PLC软件控制程序实现水泵的自动启停、自动控制运行频率,从而实现整个系统的全自动运行,达到用水和供水的动态平衡,并且达到稳定供水压力和节约能耗的目的。变频恒压供水的系统框图如图1所示。
该系统由多台水泵(台数根据需要确定)、可编程控制器、软启动器、变频器、压力变送器、开关电源等组成。简单运行情况如下:根据实际情况,系统根据装在出水总管上的压力变送器自动检测出水管的压力(实际压力),将实际压力信号送到FX2N-4A/D模块即模数转换模块,将压力信号转换成数字量信号送给PLC,由PLC的压力设定单元设定满足用户需要的水压期望值。将压力设定信号和压力反馈信号输入到PLC后,经PLC内部的PID程序计算,再经FX2N-4D/A数模转换模块,输出给变频器一个转速控制信号,对管网压力进行闭环调节,实现泵的自动变频运行及泵的自动切换。对于多台泵运行时,系统通过计算判定目前是否已达到设定压力,决定是否增加(投入)或减少(撤出)水泵。某一时刻只有一台泵变频运行,其它各台泵均工频运行,采用变频器循环工作方式,多台电机均可设置在变频方式下工作。
当变频器工作在50Hz,而出水管网压力仍低于设定压力下限时,PLC便自动将该泵切换到工频运行,同时自动低速启动第二台水泵,控制其变频运行,直到达到设定压力;当变频器工作在10Hz,管网压力仍处于设定压力的上限时,一方面PLC自动停掉工频运行电机;另一方面,将适当提升变频器工作频率,以保证压力的平稳调整。
恒压供水的基本控制要求如下:
(1)系统开始供水时,变频运行;
(2)3台水泵根据恒压的需要,采取“先开先停”的原则接人和退出;
(3)在保证供水压力的情况下,如果1台水泵连续运行时间超过3h,则要切换到下一台水泵,即系统具有“倒泵功能”,可避免某一台水泵过长时间工作;
(4)3台水泵工频启动时加软启动器起动,减小电流过大对其他用电设备的冲击;
(5)有完善的报警功能。
2.2 系统硬件设计
根据系统恒压供水和节能的要求,系统所需硬件主要有:三菱PLC FX2N-32MR-001、三菱FR-A540变频器、P30N-E22R压力变送器、CBM-2100型液位传感器、FX2N-4A/D A/D转换模块、FX2N-4D/A D/A转换模块、CJ20型交流接触器、选择开关、断路器等。据统计,系统共需6个数字量输入点、12个数字量输出点、一个模拟量输入点和一个模拟量输出点。三菱PLC FX2N-32MR-001共有16个输入点、16个输出点,需要扩展一个FX2N-4A/D模块、FX2N-4D/A模块,它们都是4通道的转换模块,便于以后系统扩展的需要。
变频器的选择主要考虑其带负载能力,即水泵电机的功率。系统选用了三菱FR-A540 7.5k W变频器,该变频器具有矢量控制、过流、过压、变频器热保护、电机热保护、失速、瞬时关断保护、外部故障、变频器过载保护等功能。来自PLC和FX2N-4D/A的控制信号控制变频器的频率及其复位操作,从而使电机的转速跟随压力给定,保证管网压力的恒定。
PLC的控制过程框图如图2所示。
2.2.1 系统主电路设计
系统的水泵电机主电路如图3所示。
3台电机分别为M1、M2、M3,接触器KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3的工频运行;接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3的变频运行,FR1、FR2、FR3分别为3台水泵电机的过载保护用的热继电器;QSl、QS2、QS3、QS4别分别为变频器和3台水泵电机主回路电源引入开关,变频器采用三菱FR-A540变频器。
2.2.2 PLC及特殊功能模块的外部接线图
系统PLC、特殊功能模块、按钮、指示灯、交流接触器、蜂鸣报警器等控制电路外部接线图如图4所示。
图4中SB1-SB6是手动控制电动机(工频运行)的按钮,SA1是自动和手动的转换开关,SA2是消防恒压开关(备用),本系统研究中未考虑。
3 系统的软件设计
3.1 系统的I/O分配表
系统的I/O分配表如表1所示。
3.2 系统自动控制流程图
流程图如图5所示,详述了本系统的自动工作过程,其中主要侧重自动方面。首先,程序判别是手动还是自动;若是自动过程要判别系统中至少有一台泵在工作,若没有则会报警并且软启动一台增压泵。当有一台泵工作时候,系统就会检测管道中的压力值并且和设定的低低限值,高高限值相比较,若检测值高于高高限,或是低于低低限值,两者都会发生报警并且系统也会采取相应的措施。
若管道中的压力小于低低限值并且变频工作泵在50Hz,持续此种状态五分钟,然后寻找有没有处在等待运行的工频泵,若有,再寻找时间最短的并且将其转换到工频运行并且开始累积该工频泵的工作时间。若是没有等待运行的工频泵,则系统会将变频运行的增压泵切换到工频,并且累积该泵的工作时间。
若管道中的压力高于高高限值并且变频泵工作频率低于50Hz的候,系统也会持续此种状态5分钟。然后需找有没有正在运行的增压泵,若没有则需寻找时间最长的工频泵并且停掉此泵和累积时间。若系统中有正在运行的增压泵,则需要把先开并且转换到工频的泵停掉,其工作累积时间同时也应该停掉。
综上所述,图5表明程序一方面负责泵的启动控制,另一方面负责泵的停止控制,遵循先开先停的原则,以时间为标准进行切换。当管道中的压力大了,则需要考虑将该停的泵停下来,使管道中的压力不至于过大,以维持恒压供水。当管道中的压力小了,就要软启动该启动的泵,最终使管道中的压力达到恒定,通过闭环调节控制实现恒压。
3.3 系统自动控制程序设计
3.3.1 PLC内部编程元件分配
PLC梯形图程序中所用主要元件及其功能定义如表2所示。
3.3.2 PLC软件控制梯形图
恒压供水系统中,梯形图的设计采用模块化设计。具体设计思想是:首先系统将会启动主程序,判断是手动还是自动,然后再运行相关程序。通过手动转换开关设定压力值,然后判断频率上限否,进行变/工转换。同时还会判断频率下限,把工频时间最长的停掉。同时主程序中会判断变频泵的运行情况,进行对应的增加变频泵。并且此时还会将变频泵的工作时间累积,当其工作时间达到设定值的时候,则自动软启动下一台变频泵。最重要就是程序中分别都有1~3台泵变频和工频运行的控制逻辑,保证不同的泵,在不同的场合下会做出相对应的动作,而不会做出误动作。
其次,系统中对于水池的水位监测也是很精确的,通过检测,输出数字量直接输入给PLC,控制水池的水位。当变频器出现故障的时候,系统会自动发出报警信号,提示工作人员进行相关的维修。当然最后系统还有消铃的程序,至此主程序已设计完毕。
第三,就是中断程序,系统中使用中断程序,能够及时把需要处理的信号送到PLC内,进行调节,尽快输出一个调节信号。当然中断中主要也就是PID调节,从模数转换中读取信息及把调节信号写入数模转换模块中,及时迅速的将调节结果送入变频器,使变频器能够及时的调节泵的运转情况。
第四,初始化子程序,就是将程序中需要采样的时间、动作方向、积分时间及各种运行情况下频率的上下限值等等给定一些设定值(目标值),调试中需要对这些参数进行不断调试,以适合不同的实际情况的需要。
部分程序如图6所示。
4 系统的组态监控设计
系统的组态监控图如图7所示。
本监控图可以监控现场的运行情况,若系统运行中出现故障,可以及时的在电脑中显示报警,提醒人们尽快的解决,不至于造成过大的损失。并且本系统提供实时曲线和历史曲线,供研究者研究观察,及时发现问题所在并且能够找出解决的方案。再者,系统中提供了历史报表和实时报表,方便打印比较。
系统监控画面能够和现场达到同步运行,滞后的作用很小。当每台电动机启动时候,在电脑中都能够很清楚的看到,若系统运行不正常,则会发生报警。并且系统会做出相应的动作,不会使故障点扩大,尽量把故障控制在最小。
最重要的就是可以根据需要,可以在线对系统中的P、I、D进行修改,使系统能够正常运行,达到人们所期望的工作状态。系统运行过程中不管是PLC还是变频器等等一些硬件设备出现问题,自动控制监控画面都会发出相应的指示,能够提醒维修人员及时检修,使系统能够恢复正常运行。
监控技术近几年来发展很快,是运用很成熟的一种技术。此系统的利用能够方便的对现场情况进行监视与控制,很方便实用。监控系统编程简单,易于操作,且提供了一个人机对话的良好平台。
5 结束语
根据以上的软、硬件设计方案设计了一套功能强大的由3台水泵组成的恒压供水控制系统,并且将其应用于徐州某酒店供水系统,根据现场运行情况反馈,系统运行稳定、可靠、节能效果明显。该设计方法简单、扩展灵活,可适用于多种场合。该全自动变频恒压供水系统是一种非常经济、实用的恒压供水控制系统。
摘要：变频恒压供水系统在居民楼、大型酒店、洗浴中心等场所得到了广泛的应用,并取得了良好的运行效果和节能效果。本文介绍了一种基于PLC的变频恒压供水系统,能够根据管网压力自动调整泵的运行状态,实现压力无级连续调整,同时通过软件程序控制,水泵可以自动启停、自动控制运行频率,实现用水和供水的动态平衡,从而达到供水系统稳定和节能。
关键词：恒压供水,变频器,PLC控制,PID控制,节能
参考文献
[1]周志敏,周纪海,纪爱华.变频调速系统设计与维护[M].北京:中国电力出版社,2007.
[2]张萍.变频器恒压供水的应用[J].应用能源技术,2003(4):34-35.
[3]杨君敏,林湛.全自动变频无塔恒压供水系统[J].仪器仪表用户,2004,11(3):32-33.
全自动供水 篇2
变频调速恒压供水系统，该系统能够根据运行负荷的变化自动调节供水系统水泵的数 量和转速，使整个系统始终保持高效节能的最佳状态。
本文主要针对当前供水系统中存在的自动化程度不高、能耗严重、可靠性低的缺点加以研究，开发出一种新型的并在这三个方面都有所提高的变频式恒压供水自动控制系统。全文共分为四章。第一章阐明了供水系统的应用背景、选题意义及主要研究内容。第二章阐明了供水系统的变频调速节能原理。第三章详细介绍了系统硬件的工作原理以及硬件的选择。第四章详细阐述了系统软件开发并对程序进行解释。
关键词：变频器； 恒压供水系统 ； PLC
Abstract
Frequency conversion constant pressure water supply system, the system is capable of automatically adjusting water supply system based on load changes of quantity and speed of the pump, always maintain the high efficiency and energy saving the best state of the This article primarily for current there is a high degree of automation in the water supply system, serious disadvantages, reliability, low energy consumption study developed a new and increased in these three areas of automatic control system of frequency conversion constant pressure water supply.The text is divided into four chapters.Chapter I sets out the water supply system of main research topics on background, meaning and content.Chapter II sets out the principle of variable frequency speed adjusting energy saving of water supply systems.Chapter III details the working principle of system hardware and hardware choices.The fourth chapter elaborates system software development and to explain the procedures
Key words：Cam、high deputy、automation
目录
第一章 变频恒压供水系统简介........................................................................1 第二章 水泵调速运行的节能原理......................................................................3 第三章 系统硬件的工作原理及硬件选择..........................................................5
第一节 PLC的工作原理及选择...................................................................5 第二节 变频调速系统原理及选择..............................................................6 第三节 压力传感器的选择..........................................................................9 第四节 水泵的选择....................................................................................10 第五节 控制电路........................................................................................10 第四章 系统软件的开发....................................................................................12
第一节 PLC的工作方式...........................................................................12 第二节 PLC连接图...................................................................................13 第三节 恒压供水的工艺流程....................................................................14 结束语..................................................................................................................17 谢
辞..................................................................................................................18 参考文献..............................................................................................................19
第一章 变频恒压供水系统简介
我国长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，工业自动化程度低。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，此时会造成能量的浪费，同时还有可能造成水管爆裂和用水设备的损坏。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，前者产生大量能耗的，而且对电网中其他负荷造成影响，设备不断启停会影响设备寿命；后者则需要大量的占地与投资。且由于是二次供水，不能保证供水质的安全与可靠性。而变频调速式的运行十分稳定可靠，没有频繁的启动现象，启动方式为软启动，设备运行十分平稳，避免了电气、机械冲击，也没有水塔供水所带来的二次污染的危险。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。变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、压频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资成本高。随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器，像日本SAMC公司，就推出了恒压供水基板，备有“变频泵固定方式”“变频泵循环方式”两种模式。它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成，在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多7台电机(泵)的供水系统。这类设备虽微化了电路结构，降低了设备成本，但其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，与别的监控系统(如BA系统)和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，因此在实际使用时其范围将会受到限制。目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转 速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器(PLC)及相 应的软件予以实现；有的采用单片机及相应的软件予以实现。但在系统的动态性
能、稳定性能、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求。成都希望集团(森兰变频器)也推出恒压供水专用变频器(5.5kW-22kW)，无需外接PLC和PID调节器，可完成最多4台水泵的循环切换、定时起、停和定时循环。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现，但其输出接口限制了带负载容量，同时操作不方便且不具有数据通信功能，因此只适用于小容量，控制要求不高的供水场所。可以看出，目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不 同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性(EMC)，的变频恒压供水系统的水压闭环控制研究得不够。因此，有待于进一步研究改善变频恒压 供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践。
第二章 水泵调速运行的节能原理
全自动变频调速供水控制系统采用专用供水控制器控制变频调速器，通过安装在管网上的远传压力表，把水压转换成电信号，通过接口输入控制器内置的PID控制器上，用以改变水泵转速。当用户用水量增大，管网压力低于设定压力时，变频调速器的输出频率将增大，水泵转速提高，供水量加大。当达到设定压力时，水泵恒速运转，使管网压力稳定在设定值上。反之当用户用水量少，管网压力高于设定压力时，变频调速器的输出频率将降低，水泵转速下降，供水量减少，使管网压力稳定在设定压力，这样反复循环就达到了恒压变量供水的目的。
图2-1供水系统原理图
供水系统的工作原理如图2-1所示。由自来水管网或其它水源提供的水进入蓄水池经加压水泵进入用户管网管路。通过压力传感器按提供网的压力信号，传送给控制系统的PID，经PID运算后输出信号控制变频器的输出频率，从而控制水泵的转速进而保持供水管道的压力基本恒定。用户用水量大时，管网管路压力下降变频器频率就升高，水泵转速加快，反之频率下降，水泵减速运行，从而维持恒压供水。当用水量大于一台水泵的最大供水量时，通过PLC自动切换电路工作再投入一台水泵，根据最多用水量的大小可投入数台水泵。在供水系统中，控制对象是水泵，控制目标是保持管网水压恒定，控制方法是压力信号的反馈闭环控制。它的自动控制原理图见图2-2。
图2-2 变频式恒压供水自动控制原理图
第三章 系统硬件的工作原理及硬件选择
第一节 PLC的工作原理及选择
PLC是以微机控制技术为基础，通过编程，可以执行诸如逻辑判断，顺序控以时，计数，运算等功能，并通过数字或模拟I/O组件控制机械设备。
与传统的继电器控制盘相比，PLC控制系统体积小，可靠性高;更易使用和维护，且能在工厂环境下进行编程;便于扩充和修改功能，又具有向中央数据采集系统传递信息的能力;通过接插件，所有输入端点能直接和工业现场的开关，接点直接相连，所有输出端点能直接驱动继电器、电磁阀、电机启动器的线圈等。它的发展大致经历了三个发展时期。
1.形成期(1970-1974年)早期的PLC采用小规模的IC构成专用的逻辑处理芯片(CPU)，采用机器语言或汇编语言编程，仅有逻辑控制指令，控制点少，功能简单，并没有获得广泛重视。
2.成熟期(1974-1978年)随着单电源的8位处理器的出现，在小型化、高可靠性多功能及价格等方面，PLC的研制和应用水平有了飞速发展和提高。PLC开始具有了多个CPU，设置了定时器、计算器并具有了算术运算功能。
3.加速发展期(1978年以来)从70年代末到80年代，PLC的应用和制造呈现了蓬勃发展的趋势。一方面研制出了高性能不同规模的PLC控制系统，开发了多种智能I/O模块，充分吸收了计算机和通讯技术，实现了分布式分级控制的PLC网络系统。另一方面也逐一生产一般机械加工逻辑控制而价格较为便宜的微小型PLC，对PLC普及应用起了重要推动作用。
可编程控制器（programmable logical controller，简称PLC）已经越来越多地应用于工业控制系统中，并且在自动控制系统中起着非常重要的作用。所以，对PLC的正确选择是非常重要的。
1.工作量
这一点尤为重要。在自动控制系统设计之初，就应该对控制点数（数字量及模拟量）有一个准确的统计，这往往是选择PLC的首要条件，一般选择比控制点数多10%-30%的PLC。
（本设计中开关量16个，控制量6个，1个模拟量输出，3个模拟量输入）2.工作环境
工作环境是PLC工作的硬性指标。自控系统将人们从繁忙的工作和恶劣的环境中解脱出来，就要求自控系统能够适应复杂的环境，诸如温度、湿度、噪音、信号屏蔽、工作电压等，各款PLC不尽相同。一定要选择适应实际工作环境的产品。（该设计环境正常，故不用特殊型号）
3.通信网络
现在PLC已不是简单的现场控制，PLC远端通信已成为控制系统必须解决的问题。（故尽量选取比较常用的品牌）
4.编程
程序是整个自动控制系统的“心脏”，程序编制的好坏直接影响到整个自动控制系统的运作。编程器及编程软件有些厂家要求额外购买，并且价格不菲，这一点也需考虑在内（要求有良好的编程软件）。
5.可延性
这里包括三个方面含义：
（1）产品寿命。大致可以保证所选择的PLC的使用年限，尽量购买生产日期较近的产品。
（2）产品连续性。生产厂家对PLC产品的不断开发升级是否向下兼容，这决定是否有利于现系统对将来新增加功能的应用。
（3）产品的更新周期。当某一种型号PLC（或PLC模块）被淘汰后，生产厂家是否能够保证有足够的备品（或备件）。这时应考虑选择当时比较新型的PLC。
6.性价比
由上面的的挑选规范，我挑选西门子公司的S7-200 CPU226作为本系统采用的PLC，它的具体性能如下。
本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。
第二节 变频调速系统原理及选择
在变频器没有出现以前，调速系统一般采用直流调速图，但是由于结构上的原因，直流电动机存在着很多缺点(诸如需要定期更换电刷和换向器，维护保养困难，寿命短，机构复杂，难以制造大容量、高转速、高电压的直流电动机等)，所以人们一直在寻找交流调速系统。而变频器的出现刚好解决了这个问题。与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制的交流拖动系统有许多优点，如节能，容易实现对现有电动机的调速控制，可以实现大范围内的
高效连续调速控制，容易实现电动机的正反转切换，可以进行高频度的起停运转，可以进行电气制动，可以对电动机进行高速驱动，可以适应各种工作环境，可以用一台变频器对多台电动机进行调速控制，电源功率因数大，所需电源容量小，可以组成高性能的控制系统等等。特别是对于工业中大量使用的风扇、鼓风机和泵类负载来说，通过变频器进行调速控制可代替传统上利用挡板和阀门进行的风量、流量和扬程的控制，所以节能效果非常明显。
变频调速的原理非常简单，由于异步电动机的转速为
120f(1s)nn
式中n为电动机转速，r/min；f为电源频率，Hz；p为异步电动机磁极个数；s为转差。所以，理论上说，只要改变f就能改变电机转速n。
常见的变频调速模式有两种，一种是开环控制，另一种是速度反馈闭环控制，如图3-2所示。本系统根据恒压的控制要求，采用的是PID调节方式(内含在变频器中)的闭环控制。
信号主控机器变频器故障信号变 频 器水泵开环控制信号主控机器变频器故障信号超压信号欠压信号压力传感器闭环控制变 频 器水泵
图3-2 变频调速系统的控制方式
本系统中变频器的输入信号有两种，一种是控制信号，它包括PLC输给的变频器FWD信号BX信号和VI（12）电压信号（0-5V），FWD信号BX信号由PLC输出，控制变频器的工作开关；VI（12）控制变频器频率。另一种是输入电源信号，本
系统采用的三相380V的交流电源，三相电流输入连接在端子L1/R, L2/S, L3/T上。采用三相输入的话，则用主电路的电源端子L1/R, L2/S, L3/T通过线路保护用断电器或带漏电保护的断路器连接至三相交流电源，不需考虑连接相序。如果有条件的话，还可以在电源电路中串入一个电磁接触器，这样就可以保证变频器保护功能动作时能切除电源和防止故障扩大，以保证安全。尽量不要用主电路电源ON/OFF的方法控制变频器的停止和运行，应该用控制电路端子FWD、BX。
变频器的输出信号也有两种，一是送PLC的超压信号、欠压信号和变频器故障信号这三个输出控制信号，另一是送水泵的变频器输出电源信号。送PLC的超压、欠压信号由变频器的Y1，Y2端子送出，Y1的内部功能设定选为频率检测(FDT)功能，幅值为50Hz，滞后值为0.5Hz。Y2的内部功能设定选为0速度输出功能，变频器输出频率为0Hz时输出ON信号。
送PLC的变频器故障信号我们选择从Y3输出，Y3的内部功能设定选择为报警功能，变频器发生指定的故障时输出信号。变频器的输出电源接接触器，它给所有的工频回路的接触器都提供电源信号，但是具体的哪一台接触器接通由PLC控制。变频器的输出端子(U，V，W)按正确的相序连接至交流接触器的输入电源端子上。如果电机旋转方向不对，则说明连接相序有错，则改变U、V，W中的任意两相的接线。变频器和电动机(水泵)间配线很长时，由于线间分布电容产生较大的高频电流，可能造成变频器过电流跳闸.另外，漏电流增加，电流值指示精度变差。对于本系统中的变频器，变频器和电动机(水泵)之间的距离最好小于50米，如果配线很长时，则必须连接输出侧滤波器选件(OFL滤波器)。接线时还有一点需要注意的是，为了安全和减少噪声，变频器的接地端子G必须良好接地。为了防止电击和火警事故，电气设备的金属外壳和框架均应按照国家电气规程要求接地。接地线要粗而短，变频器系统应连接专用接地极，及不要和别的系统串联接地或共同接地（具体接法见图3-3）。
电源控制面版接触器送0-5电压信号送送信号信号超压信号欠压信号变频器故障输出图3-3 变频器的I/O端点连接
采用变频器驱动异步电动机调速。在异步电动机确定后，通常应根据异步电动机的额定电流来选择变频器，或者根据异步电动机实际运行中的电流值(最大值)来选择变频器。当运行方式不同时，变频器容量的计算方式和选择方法不同，变频器应满足的条件也不一样。选择变频器容量时，变频器的额定电流是一个关键量，变频器的容量应按运行过程中可能出现的最大工作电流来选择。该系统用一台变频器使多台电机并联运转，对于一台电机开始起动后，再追加投入其他电机起动的场合，此时变频器的电压、频率已经上升，追加投入的电机将产生大的起动电流，因此，变频器容量与同时起动时相比需要大些。
综合上面因素，我们选择佳灵JP6C-T9280系列变频器。性能见表3-1。
表3-1佳灵JP6C-T928 性能
型号JP6C-T9280 适用电机容量(kW)额定容量(KVA)额定电流(A)额定过载电流 相数 电压 频率 容许波动 抗瞬时电压降低 最高频率 基本频率 启动频率 载波频率 冷却方式
JP6C-T9280
280 400 520
额定电流的150%1分钟 三相，380V至440V 50Hz/60Hz 电压+10V——-15%，频率±5% 310V以上可连续运行，电压从额定值降到310V
以下时，继续运行15ms 50-400Hz可变设定 50-400Hz可变设定 0.5-60Hz可变设定 2-6KHz可变设定 强制风冷
第三节 压力传感器的选择
检测元件的精度直接影响系统的控制质量。通常可以选用各种压力传感器检测管网压力。传统的压力传感器有利用弹性元件的，如电感压力传感器、电容压力传感器等。PMC 系列压力传感器的构造与之不同，属于一体化的高精度仪器。它采用电子陶瓷技术，测量元件完全是固体形式。其工作原理是：使压力直接作用于电子陶瓷膜片，膜片出现位移后所产生的电容量被与其同体的电子元件检测、放大，最后转换成4～20mA的标准信号输出。
PMC型传感器具有如下特点：
①具有相当强的抗冲击和抗过载能力，过压量达额定量程的百倍以上； ②由于压力测量元件中不采用传统的介质物质，所以，测量精度极高，且几乎不受温度梯度的影响；
③采用脉冲频率调制方式传输信号，大大减少了现场干扰的影响，信号传输用普通导线完成，简单方便；
④重量轻，体积小，安装维护非常方便。
我们选PMC133型压力传感器作为出水口端压力检测元件，检测泵出口附近管网内压力作反馈信号，该元件可承受的相对压力最大测量范围达O-40MPa，最小测量范围为O-lkPa，所需电源要求电压为12．5～30V，精度±0．1％，压力传感器将出水口的压力信号线性转换为4-20mA DC 标准信号送到PLC（在该系统中，我选取0-500kPa）。
第四节 水泵的选择
选取2种型号的水泵，小泵为常开泵（能够调节到工频），大泵只能在变频状态下工作。
其中，小泵为Y355M1-4，大泵为Y355-M2-4。参数见表3-2（按实际需要选取，我选了2种比较常用的型号）。
表3-2 水泵性能参数表
第五节 控制电路
因为控制电路图具有相似性，故只介绍下面3个就能解释整个电路图。
图3-4 指示灯控制电路
如图3-4为1号泵变频指示灯。即当1号泵处于变频状态时，灯E1-2亮。
图3-5 工频变频切换电路
如图3-5为1号水泵的变频工频切换电路。
当JNW-1接通时，RJ2-1导通，且JNV1不通，1号泵就会变频运行。其中，RJ2-1为热继电器，作为1号水泵过载保护。KN1、KN2作为自锁保护装置，当JNW1导通，则KN1得电，于是下面的KN1常闭开关断路。反之KN2也一样。这样自锁能保证1号水泵只能工频变频选其一。不会发生既连接了变频又连接了工频的错误。
图3-6 蝶阀控制电路
图3-6为1号蝶阀的开阀控制图，即当该电路得电时，蝶阀开阀。JF1接通，且KV2-2 ZDK2-1不得电时，蝶阀开始关阀。其中KV2-
1、KV2-2构成自锁装置，使得蝶阀只能处于开阀和关阀中的一种状态。
第四章 系统软件的开发
第一节 PLC的工作方式
PLC采取循环扫描的工作方式，其工作过程简图如图4.1所示。这个过程可分为内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段，整个过程扫描一次
所需的时间称为扫描周期。在内部处理阶段，PLC检查CPU模块内部硬件是否正常，复位监视定时器，以及完成一些其它的内部处理。在图4.2扫描过程通信服务阶段PLC与带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容.在PLC处于停止运行(STOP)状态时，只完成内部处理和通信服务工作。在RUN时，要完成全部的工作。
1.输入处理阶段
PLC在输入处理阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端的通/断状态，并以此状态存入输入输出印象寄存器。接着转入程序的执行阶段。在程序执行时间，即使输入输出状态发生变化，输入输出印象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。
2.程序执行阶段
PLC在程序执行阶段，按先左后右、先上后下的步序，逐条执行程序指令，从输入印象寄存器和其它元件印象寄存器读出有关元件的通/断状态。
根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关的元件印象寄存器中。即对每个元件来说，元件印象寄存器中的内容会随着程序的进程而变化。
3.处理阶段
在所有的指令执行完毕后，将输出印象寄存器(即Y寄存器)的通/断状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路、驱动功率放大电路、输出端子，向外输出控制信号，这才是PLC的实际输出。
PLC的扫描既可以按照固定的顺序进行，也可以按用户程序的指定的可变顺序进行。这不仅因为有的程序不需要每扫描一次就执行一次，而且也因为在一个大的控制系统中要处理的I/O点数比较多，通过安排不同的组织模块，采用分时分批的扫描办法，可缩短循环扫描的周期和提高系统控制的实时响应性。
顺序扫描的工作方式简单直观，简化了程序的设计，并为PLC的可靠性运行提供了保障。一方面，所扫描到的功能经解算后，其结果马上就可以被后面要扫描到的逻辑解算所利用；另一方面，还可以通过CPU内部设定的监视定时器来监视每次扫描是否超过规定时间，诊断CPU内部故障。以避免程序异常运行而造成的不良影响。
由PLC的工作过程可见，在PLC的程序执行阶段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容也不会发生变化，要等到下一周期的输入处理阶段才能变改变。暂存在输出状态寄存器中的输出信号，也需要等到一个循环周期结束后，CPU集中将这些输出信号全部输送输出锁存器，这才成为实际的CPU输出。因此，全部的输入、输出状态的改变，就需要一个扫描周期。扫描周期是其一个比较重要的指标，一般为几毫秒至几十毫秒。PLC扫描时间取决于程序的长短和扫描速度。因为PLC的输入处理阶段和输出处理阶段所需时间一般很短，通常只要几毫秒。由此可见，PLC的扫描时间对于一般的工业设备(改变状态的时间约为几秒以上)通常是没什么影响的。
第二节 PLC连接图
图4-1 PLC接线图
如图4-2所示，总共有24个输入数字量I/O口，其中的SAN1、SAN2、SAN3、SAN4、SAN5、SAN6为输入开关；总共有16个输出数字量I/0口，JNW1、JNW2、JNV1、JNV2、JNV3、JNV4、JF1、JF2、JF3、JF4、JF5、JF6、JF7、JF8、FWD、BX为PLC控制的开关量。
PLC可以增加数字量输出扩展模块，假如该系统还要增加数字量输出的话，可以增加一个模块。这样也吻合数字量输出I/O口要预留10-30%的条件。
EM235为模拟量输入输出模块，其中A+端、A-端接压力传感器，接受4-20mA
电流信号，进行模数转换，输入符合CPU标准要求的信号。B+端、B-端接变频器频率信号，接受0-5V电压，输入同样符合CPU标准要求的信号。C+端、C-端接鉴频鉴相比较器，信号只有0伏和5伏两种状态，我依然把他看作模拟量。当输入为0时，变频器的输出频率相位和电网的频率相位一致，能进行工频转变频和变频转工频的切换。输出为5V时，不能进行工频转变频或变频转工频的切换。
第三节 恒压供水的工艺流程
系统开始运行之前，应先把管压参数SP赋给PLC。按下启动按钮，系统开始运行，PLC给变频器FWD信号，然后判断变频器能否工作正常，正常的话采用全自动变频恒压控制方式。现在假设变频器工作正常，系统开始运行，水泵1变频零转速启动，待运转正常后压力传感器开始采样，随着PLC的不断扫描，系统不断输入管压信号的采样结果，采样结果通过模拟输入输出单元将模拟输入值转换为PLC可以接受的数字信号，与目标值作比较，将偏差调整为零，也就是提高或降低水泵转速，使管网水压达到目标值。如果一台水泵额定转速运行仍不能使管网水压达到设定值，将水泵1切换到工频态运行，延时后变频器的控制对象切换到水泵2，同时保持水泵1维持工频运行，水泵2从零转速开始运行，过程如上。泵
3、泵4的工作情况也是如此。
在该种运行方式下，系统大部分时间是工作于其中一台泵变频运行进行微调，其它泵或工频或停止的状态本系统为2组水泵轮流工作，2组水泵的选择由人工直接操作。因为2组水泵的原理型号相同，所以下面以水泵1组为例介绍恒压供水的工艺流程。流程图见图4-2。该系统的主要运行过程如下：
1.系统启动
按下SAN1按钮，系统水泵1组开始启动。首先将水泵1组的两个碟阀关闭。即JF1和JF3置1，延时1秒钟，确定蝶阀关闭后接通1号水泵变频开关。随后开变频器，即FWD置1。当变频器FWD端置1时，变频器将正转运转且频率逐渐上升。当频率到达50Hz时，水泵已经运转正常，延时4S，开碟阀1，即将JF1置0、JF2置1。随后PLC的PID调节将控制变频器频率从而达到恒压的效果。
2.变频转工频
变频转工频的情况只可能发生在1号水泵。首先要进行条件判定，即只有当1号水泵处于变频状态时才可能有变频转工频现象（这在程序中用触点来确
定）。然后，必须1号水泵已经到了工作极限（程序中用VD208表示即50Hz）且压力依然小于设定值时才会出现变频转工频的现象（这在程序中用条件判定来确定，即PID计算结果VD250大于VD208）。当上述条件符合时，不能马上切换到工频，还要进行相位比较，当相位一致时，才能切换（程序中由鉴频鉴相器来判断，鉴频鉴相器输出为0时，频率相位都相同,具体见3.6章）。具体切换过程是关变频器然后马上关闭1号水泵变频开关再然后接通工频开关。切换过程中应该有短时间的延时（程序中延时为0.1S）。
随后，因该马上将2号水泵变频开关接通，然后开变频器，随后按照（1）启动流程的介绍来启动2号水泵。
3.工频转变频
同样，工频转变频同样只可能发生在1号水泵。前提为2台水泵都在工作，2号水泵工作频率已经到了最低值（程序中用VD204表示），且压力依然不够（在程序中压力不够用PID计算结果VD250小于VD204表示）。满足上面条件后就能马上关闭2号水泵。但是此时还不能将1号水泵由工频转到变频，首先要将变频器调整到50Hz，然后进行鉴相后才能转换。转换过程为切断1号水泵工频，然后马上接通1号水泵变频。
4.关闭水泵组碟阀
当按下关闭水泵组碟阀按钮时，将JF1、JF3置1即可。5.关闭水泵组
关闭水泵组的条件是必须关闭了水泵组碟阀。确定关闭后，进行判断1号水泵是否在工频运行。如果是，直接关闭1号水泵，然后关闭FWD使变频器频率慢慢降低，从而关闭2号水泵。然后将1组水泵相关的信号置0，程序结束。
开始1号变频启动满足减泵条件满足增泵条件水泵2变频关闭鉴频鉴相1号水泵转到工频变频器调速到50HZ鉴频鉴相2号水泵变频启动水泵1变频工作结束图4-2 恒压工作流程图
结束语
本文在分析和比较供水系统的基础上，结合我国中小城市的供水现状。设计了一套以变频调速技术和PLC为基础的恒压供水自动控制系统，在这次毕业设计中有如下认识：
（1）在变频恒压供水系统中，单台水泵的调速是通过变频器来改变电源的频率来改变电动机的转速的从而来改变水泵。水泵的转速也要控制在一定范围内，也就是不要使变频器频率下降过低，避免水泵在低效率情况下运行。
（2）恒压供水自动控制系统由可编程控制器、变频器、水泵电动等组成。系统采用一台变频器电动机启动，运行与调速。
（3）在整个设计中，我都是选用了合理的器件，合适的才是最好的。（4）团队精神是很重要的，没有老师同学们的帮助我也不能这么顺利地完成毕业论文设计。
谢
辞
通过本次毕业设计，使我对大学所学的内容有了一个更深的了解。在设计中，通过对以前所学知识的运用、不断的查询资料，使我学到了很多，也从中体会到设计的乐趣。由于所学知识有限以及缺乏实际操作，论文中仍然有很多的缺点与不足，因此仍然有待改进。在毕业设计的资料查找期间和论文完成期间，指导老师和同学给予我关心和帮助，我向他们致以深深的谢意。感谢我的导师-段莉老师，她严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；她循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。老师严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽仅仅四年时间，却给以终生受益无穷之道。感谢机制专业老师的教育培养。他们细心指导我的学习与研究，在平时指导我们思考问题的方法，培养我们独立思考问题，解决问题，分析问题的能力，这些能力的培养，帮助了我并使我此次的设计过程中能够顺利完成，在此，我要向诸位老师表示深深地感谢！毕业设计是对我大学三年的总结，因而投入了极大的热情和很高的积极性，更幸得指导老师段莉及同组同学多方帮助，使得设计能顺利完成，圆满结束了三年的大学生活。再次感谢段莉老师长期以来悉心的指导和不厌其烦的耐心讲解，在整个设计过程中，指导老师不断对存在的一些错误提出了指点，同时也给予了很多宝贵意见。从课题的选择到论文的完成都离不开老师对我的帮助。在此我向指导老师表示最真挚的谢意。毕业设计的过程为日后的工作和更进一步的学习打下了坚实的基础，也积累了许多宝贵的设计经验。
参考文献
全自动供水 篇3
关键词:水电站；技术供水；自动控制；设计
1.电站概述
围海水电站是浙江围海控股集团在四川独资建设的以发电为主、兼顾灌溉等综合利用的一个中型水电项目。围海水电站位于涪江中游的四川省江油市龙凤镇境内，是一个泾流式轴流转桨式水电站项目，总装机容量3€?8MW，正常水头19m，工作水头范围为17.22m-20.28m，设计年利用小时4700h，多年平均发电量25380万kW.H。
2.技术供水系统概述
《水力发电厂机电设计规范DL/T5186-2004》的规定：最小水头小于15m时，宜采用水泵供水方式；净水头范围为15m-70m时，宜采用自流供水方式[1]。围海水电站水头接近下限值，考虑到技术供水对水压的要求，电站采用循环水池进行循环供水方式提供技術供水。
A.循环水池进行循环供水方式介绍
围海水电站技术供水示意图如图1所示，主要由3台尾水冷却器、循环水池、4台循环增压泵及电器控制柜、过滤器、供水总管、回水总管6部分组成。工作原理是先用经过滤器过滤后的清水将循环水池补满，循环增压泵将池内清水打入尾水冷却器冷却增压，经过冷却后进入机组供水母管，经各台机组蝶阀分配至各台机组冷却系统使用，各台机组冷却后的回水汇入回水母管，返回循环水池，从而形成闭式循环技术供水。
B.补水方式介绍
电站所在涪江流域多年平均悬移质年输沙量为732万t，多年平均含沙量为1.31kg/m3，多年平均推移质输沙量为5万t[2]，可见江水并不能直接作用于循环水池的直接水源。为此，电站循环水池采用两种补水方式：一是直接用生活用水即引用自来水补水；二是从引水管取水补水。两种方式可以灵活倒换，涪江水比较清澈的时候就从引水管补水，汛期江水含沙量较大的时候采用自来水补水。
3.技术供水自动控制设计
技术供水自动控制主要包括三部分：循环增压泵自动控制、各台机组技术供水总管蝶阀控制、过滤器自动控制等。
A.过滤器自动控制设计
过滤器自动控制主要包括冲洗电机和排污电动阀控制两部分，分为手动控制和自动控制两种模式。两种控制模式均由欧姆龙PLC来完成各种控制。手动控制模式下，PLC直接启、停冲洗电机及开、关排污阀；自动模式下，当PLC检测到来自安装在过滤器进出水管路之间差压变送器的压差过大信号，自动打开排污阀和启动冲洗电机，当压差信号消失且运行整定时间（T1）到后，PLC关闭冲洗电机和排污阀。为了增加过滤效果，PLC控制流程增加了定周期（T2）启动过滤器控制。另外，电动排污阀的开、关回路中串入其全开或全关行程开关节点，对开关排污阀进一步控制。
B.蝶阀自动控制设计
蝶阀主要用于控制单台机组技术供水，每台蝶阀配置一个小控制箱，可进行“现地”与“远方”控制切换。“现地”控制方式下，可以手动开、关蝶阀。“远方”控制主要用于与机组及循环增压泵联动。
C.循环增压泵（下称技术供水泵）自动控制设计
笔者结合控制设计和围海电站技术供水系统安装实际，对4台技术供水泵分配为：每台机组配置一台，余一台供备用，采用欧姆龙PLC控制。其控制原理为：当某台机组开机时，该机组现地LCU（以下简称LCU）向技术供水泵PLC（以下简称PLC）下达保持型启泵指令，PLC接到指令后，先开对应机组蝶阀，蝶阀开至全开位置后，PLC启动与机组对应的那台技术供水泵，例如2#机组开机则启动2#技术供水泵，为该机组提供足够压力和流量的技术供水。反之，停机时LCU向PLC下达停泵关阀脉冲型指令，PLC接到指令后停泵关阀。当泵故障不能正常运行或者技术供水主管压力低于整定值时，PLC自动启动4#技术供水泵，以保证整个技术供水系统可靠。各台技术供水泵也可以单独手动启、停，但不会联动蝶阀。其控制逻辑如图2所示（仅以1#泵为例）。
根据上述分析，“自动”控制模式下，当值班人员在控制室上位机或者现地LCU下达开（停）机指令后，技术供水泵和相应机组蝶阀可以自动实现联动，可靠的为机组提供需要的冷却水及主轴密封水。“手动”操作则需要分别独自操作蝶阀和技术供水泵。
结合电站现有的技术供水模式，本着运行维护简单可靠的原则，对其循环增压泵进行了自动控制设计。投运半年来，技术供水系统运行效果良好，对同类电站技术供水自动化设计及改造具有借鉴参考意义。
参考文献：
[1]DL/T5186-2004.水力发电厂机电设计规范[S]
浅谈无负压自动供水设计 篇4
传统的二次供水系统离不开蓄水池,蓄水池的水一般由自来水管网供给,这样原有的自来水压力进入水池后变成零,造成能源白白浪费;并且蓄水池、水箱的设置造成水质二次污染。无负压自动供水设计不需建水池,不需设水箱,无二次污染,能充分利用自来水原有压力,节能效果显著,系统全自动运行,具有无水自动停机,自来水自动开机等优点。具体说来,系统可直接与自来水管网串连对接,可节省投资50%以上;节电50%~85%;没有水池渗、冒、滴、漏等跑水现象,可以节水20%以上;水压稳定,没有污染,供水安全,质量可靠;停电时可恢复自来水原有压力,照常不停水;智能化,可以全自动运行。
2 无负压自动供水系统的组成
主要由三部分构成。第一部分是前置管路,包括接市政管网、倒流防止器、过滤器、加氯机或臭氧接口;第二部分是无负压自动调节装置,包括气压罐、隔膜、真空抑制装置、排污阀、紫外线消毒器、报警装置、真空表等;第三部分是变频调速增压装置,包括水泵组、保压装置、变频控制柜、远传压力表、用户管网等。
3 无负压自动供水系统的设计原理
当市政自来水管网的压力P1低于用户管网所需压力P2时,控制系统会自动发出信号,控制变频泵软启动运行,直到用户管网的实际压力P=P2,变频器控制变频泵以一恒定的转速运行。市政自来水管网的压力P1越高,则变频泵的转速越低;市政自来水管网的压力P1越低,则变频泵的转速就越高。而当P1=P2时,变频泵就延时休眠,即充分利用自来水原有的压力,以确保用户所需要的压力恒定。当压力下降到唤醒值时,水泵自动唤醒。变频泵的进水口与隔膜无负压罐相连,微机时刻检测隔膜无负压罐的压力,通过吸气(排气)来稳定隔膜无负压罐内的压力和自来水进水的压力,使其不产生负压,从而保证整个自来水管网的正常供水。如果产生瞬时负压,微机自动发出指令,先延时停止所有的工频泵,再延时变频减速,不停机,既能保证用户用水,又可以缓和瞬时负压情况。当市政自来水管网的压力P1信号控制器出现故障时,报警装置发出报警信号给变频控制柜控制水泵,并发出声光报警。
4 无负压自动供水系统的节能设计
水泵吸水口的自来水管网压力为P1,水泵的出口设计压力为P2,则水泵的出口实际压力将降低至Ps=P2-P1(因水泵阻力等造成的水头损失不计),但自来水管网压力在一日之内变幅较大,当用户为24h用水时,通常按最小自来水管网压力P1min考虑,故一般水泵额定压力按Pe=P2-P1min选用。此时,水泵额定压力与实际压力之差为Pe-Ps=P1-P1min≥0,因此当水泵按工频(50Hz)运行时,将造成能量的浪费。如果采用变频器带动水泵,水泵的实际工作转速是以水泵出口的压力值为主参数,即实际出口的压力值始终恒定在P2上而不会造成压力水头的损失。其工作过程是:首先微机检测压力传感器的实际压力值,若Ps
5 无负压自动供水系统的设计参数和适用范围
流量范围1~10000m3/h,压力范围0~2.5MPa,压力调节精度≤0.01MPa,环境温度0~40℃,相对湿度90%以下(电控部分),电源380V(1±10%)、50HZ±2HZ。控制方式:单台或多台并联,出口变压或恒压。工频启动方式:电机功率≤15kw直接启动,电机功率>15kw降压启动。操作方式:变频自动、工频手动。无负压自动供水系统设计适用于市政自来水管网压力不足地区的二次加压供水,包括:新建的住宅小区、办公楼、宾馆、学校等民用建筑的生活用水,工矿企业的生活、生产用水,各种循环用水系统,自来水厂的大型供水中间加压泵站,原有气压式水池、水箱式供水设备的改造工程,低层自来水压力不能满足要求的消防用水等。
6 无负压自动供水系统的设计实例
广州某高校生活区采用无负压自动供水系统。需要水泵出口的设定压力为P2=0.65MPa,自来水管网的压力为P1=0.40~0.50MPa。原设计选用普通的水箱—水泵式变频恒压供水设备时用电约为12800(kw·h)/月,后改用无负压变频恒压供水设备,预测改造后自来水管网的压力取其平均值0.45MPa,假设水泵给管道加压的数值为0.20MPa(未考虑利用自来水管网压力水泵效率系数),每天非用水高峰期的时间为20h,用水高峰期的时间为4h,此时水泵的实际电耗为:在非用水高峰期,由于一天中用水非高峰期的时间占全天的20/24,而水泵的工作压力与所消耗的功率成正比,故水泵实际消耗的电量为12800×(1-4/24)×11.3%=1205(kw·h)/月;在用水高峰期,因用水高峰期的时间占全天的4/24,故水泵实际消耗的电量为12800×4/24=2133(kw·h)/月,所以水泵总计电耗为1205+2133=3338(kw·h)/月。改造后实测电耗结果为3345(kw·h)/月左右,与测算结果基本吻合(误差源于水流经水泵时的压力等损失和用户用水及管网压力的随机性)。采用无负压自动供水系统后,每月节约用电12800-3338=9462(kw),节能率9462/12800=73.9%。
7 结论
无负压自动供水设计总体上满足节能和生活饮用水安全的要求。在具体工程实践中,需要综合考虑当地市政供水管网的压力和用户实际用水的特征,经过经济技术比较后确定是否选用。另外,在目前的供水现状和管理体制条件下,新的供水工艺和供水设备要得到广泛推广还需要一个过程。在试点的基础上不断完善和创新,以人为本,结合现代电子和信息技术,无负压自动供水设计会迅速走向市场。
摘要：在二次加压供水设计中,选用无负压自动供水系统,既能利用市政自来水管道的原有压力,又能利用足够的储存水量缓解高峰用水,且不会对自来水管道产生负压。
全自动供水 篇5
【关键词】锅炉自动供水；变频调节；PLC；应用
1、前言
在我国北方等地，锅炉作为一种重要的取暖设备而被广泛使用。锅炉是一种主要通过水流实现热能传递的设备，是否能够及时的向锅炉中加水是影响锅炉安全的关键。一般情况下，锅炉员工主要通过观测锅炉内水位计的变化来决定是否需要加水。这种方法是比较粗糙而且低效的，如果员工疏忽或者水危机指示错误，就可能引起锅炉安全事故的发生。因此，为了避免事故的发生，需要研究设计一种进行自动观测并自动进行供水的调节系统。
PLC控制器可变频器控制器调节系统在国内外得到了广泛的应用，它操作简便、节能环保且运行稳定，是目前为止一项比较成熟的高科技技术。如果在锅炉控制系统中加入上述控制调节技术，就可以实现对系统持续稳定的供水稳定性。本文利用可编程序控制器(Program-able Logic Controller，缩写PLC)和变频器控制器组成一个闭环控制系统，从而有效维持管网压力的恒定，自动化高并且高效节能，在实际中得到了广泛的应用。
2、调节控制系统的基本原理
该调节控制以PLC控制器作为系统的核心控制部件，并使用PID控制算法，将变频器作为主要的调节设备，从而组成一个恒压的闭环控制系统。为了控制管网的设定压力，调节系统可以随时监测管网的压力与压力设定值之间的偏差情况，并通过PLC中的PID算法计算，对水泵的投入台数以及电机的转速进行自动的控制，从而实现闭环控制内的恒压供水。
目前对于供水泵的控制主要分为手动控制和自动控制两种方式。手动方式控制过程中，工作人员首先要设定泵的频率，然后才能启动，启动后频率就无法改变。而对于自动控制方式，PLC控制器可以根据压力设定值和压力实际的值之间的偏差进行PID计算，并根据计算结果对水泵的开关进行相应的操作，并将输出频率输送给变频器。变频器就可以根据频率给定信号的数值和预先设定好的相应参数来控制水泵的转速，从而保证水压的稳定。
3、锅炉供水系统的全自动控制
本文介绍的调控技术主要采用以PLC控制器和变频器控制器为主的控制方式来进行实现。变频器的选择要求配合供水泵的相应型号，一般需要选取相同或者大于供水泵功率一档的变频器。安装完成后还需要对变频器进行必要的设置。
首先需要做的是对变频器进行快速调试，快速调试的主要目的就是完成变频器的基本设置，并选择变频器的主要工作方式，同时还需要对水泵的一些重要参数进行一定程度下的自适应调整，从而使变频器和水泵能够相互匹配，进而可以比较准确和高效的地完成相应的控制任务。在快速调试过程中，需要输入的基本参数包括额定电流、额定电压、功率因数、额定功率和额定频率等。根据相关数据手册的要求，最主要的是按照水泵铭牌上的相关数据进行输入。快速调试过程结束后，变频器能够自动计算电动机的相关参数，并且能够将变频器的其它参数都恢复到出厂前的设置缺省值。所有的工作完成之后，变频器就完成了运行前的准备工作。
需要注意的一些情況是，在实际调试过程当中，要时刻注意比例项和积分项等参数的调整变化，这些参数是非常重要的，能够对整个系统很多重要部分，包括动态反应速度和静态稳定性等起到至关重要的作用。
在调节控制系统的正式运行过程当中，首先需要把软化器的入口压力值、软水箱的液位值、除氧器的液位值、除氧器的温度值以及上锅筒液位的变量都通过相应设备进行实时的采集，然后将采集得到的数据通过PLC的模拟量输入接口传送到PLC控制器中，通过PLC控制器的运算结果，控制变频器的相关操作，进而拖动增压泵、软水泵以及给水泵等的相关操作。
具体的实施过程要采用以下几种控制策略：
3.1PLC以及变频器控制系统首先探测软化器入口的压力值高低，并通过上述值对增压泵变频器给定频率信号的大小进行计算和确定，这样就可以实现对软化器提供恒压稳定供水，而切，采用这种方式还可以避免增压泵产生憋泵现象，能够有效节约部分电能。
3.2PLC以及变频器控制系统通过探测到的软水箱中液位的高低数值，进而决定盐液泵、增压泵和软化器的启/停操作控制。一旦软水箱的液位达到事先设定的高液位点时，PLC控制系统就会马上对增压泵、盐液泵和软化器进行停止操作，而当软水箱的液位达到事先设定好的低液位点后，就需要将这些设备启动。这样才能保证软水箱水位保持在安全状态下，同时还可以避免因为产水过量而造成对工业用盐和生产用水的浪费。
3.3PLC以及变频器控制系统可以根据除氧器中液位的高低决定软水泵变频器给定频率信号的大小。这样做的好处是一方面可以保证除氧器运行在安全水位状态下，还可以有效避免软水泵的憋压运行，能够有效的节约电能。
3.4PLC以及变频器控制系统为了对除氧器的使用效果实现良好的控制，可以依据除氧器中水温的高低变化，通过分析处理后决定除氧器中蒸汽调节阀开关的开度大小，这种方法实现方便简单，而且稳定快捷。
3.5PLC以及变频器控制系统还可以根据上锅筒中液位的高低数值变化，通过自带算法系统的分析计算，决定给水泵变频器给定频率信号的大小。采用这种方式，就可以保证上锅筒中的水位处于安全状态上，同时还可以有效避免给水泵发生憋压现象，这也是一项有效节约电能的方法。
4、结论
锅炉作为一种主要的热能传递设备，是否能够及时向锅炉中加水是一项影响其工作安全的重要因素。本文主要介绍了PLC控制器可变频器控制器调节系统，它操作简便、节能环保且运行稳定，是目前为止一项比较成熟的高科技技术。该系统的有效推广能够使锅炉工作过程中自动维持管网压力的恒定，并且高效节能，对我国社会的发展和建设具有重要的意义。
参考文献
[1]刘殿魁.小型锅炉给水泵的优化设计[J].工业锅炉,2006(1).
[2]董芃.大容量复合循环水火管锅壳式系列热水锅炉的设计开发[J].工业锅炉,2007(1).
[3]戴立平.变频调速技术在水厂滤池气水反冲洗系统运行中的应用[J].自动化技术与应用,2007年.
[4]任雯,李训杰,王维庆.基于MCGS的工业过程控制系统的开发与应用[J].自动化技术与应用,2006年.
恒压供水自动控制系统研究 篇6
恒压供水系统具有节能、可靠及无人值守的优点,因此在供水系统中获得了广泛的应用。国内针对恒压供水的研究很多,如文献[1]研究采用PLC与变频器串行通信构成恒压供水系统;文献[2]采用可编程序控制器PLC和交流电机变频调速技术,研制出全自动恒压供水系统;文献[3]基于PLC、变频器和计算机技术,设计将BP神经网络控制策略寓于变频控制之中,实现PID参数的在线调整。
本文设计恒压变频供水系统,采用SIEMENS PLC控制方案,以变频方式及压力闭环实现控制。程序设定目标压力,将A/D采集的反馈压力值与其比较,经数学运算后,通过D/A口输入到变频器模拟控制口,达到闭环调节转速的目的,实现恒压供水控制。
1系统主要功能及原理
1.1 变频恒压供水原理
交流转速调节可表示为:
其中:n为电机额定转速;f1为电源频率;p为电机极对数,s为电机转差率。改变频率f1就可以调节同步转速。
根据流体力学,流量与转速及功率的物理联系为:
其中:Q为管网流量;H为水泵扬程;P为电机实际功率。
1.2 系统实现功能
系统实现功能为:①系统可实现一拖三控制模式;②采用压力传感器检测系统压力信号,其信号制式为4 mA～20 mA,该方式可识别断线状态及零信号状态;③采用投入式液位传感器检测水位状态信息,其信号制式为4 mA～20 mA,该方式可识别断线状态及零信号状态;④系统能实时显示压力、液位,变频频率信息可通过液晶窗口显示;⑤为方便操作,系统按手动、自动及检修方式工作。
1.3 控制框图
系统控制原理如图1所示,阐明了其整体控制结构。
2系统设计
2.1 工艺流程
2.1.1 压力上升工艺
将泵按A-B-C排序,初期首先A泵进入闭环调速模式,当系统压力小于设定值时,控制器控制变频器调速,压力逐渐升高,若频率达到工频时仍未实现预定压力,则需继续投入备用泵,此时PLC控制变频器与A泵断开,经1 s延时,A泵切换为工频运行,B泵切换到变频方式,压力按此规律运行若仍未实现预期压力,则C泵也需投入。
2.1.2 压力下降工艺
按照C-B-A顺序实现压力下降闭环控制。当供水压力大于设定压力值时,C泵变频器频率降低,转速下降,当低至20 Hz时仍高于额定压力,则停止C泵,将B泵切换为变频状态,按此规律继续完成控制。
2.2 系统配置
2.2.1 主电路
A、B、C三相交流电经主开关进入主电路,QF1为变频器电源控制开关,QF2为软启动器电源控制开关,QF3为1号泵工频电源控制开关,QF4为2号泵工频电源控制开关,QF5为3号泵工频电源控制开关。
2.2.2 变频器柜指示灯
变频器柜指示灯编号及其功能见表1。
2.2.3 PLC开关量输入配置
PLC开关量输入配置见表2。
2.2.4 PLC开关量输出配置
PLC开关量输出配置见表3。
2.2.5 PLC模拟量输入输出配置
EM231模拟量模块共有4路输入(选用前3路):RA与A+连接,4 mA～20 mA一号泵电流信号输入到A+与A-;RB与B+连接,4 mA～20 mA二号泵电流信号输入到B+与B-;RC与C+连接,4 mA～20 mA三号泵电流信号输入到C+与C-。EM235模拟量模块共有4路输入(选用前2路),分别采集压力与液位信号,液位与压力变送器均为两线制输出。EM235模拟量模块共有1路输出,选择电流输出,其M0与I0输出连接到变频器COM与AI2端。
2.2.6 电流变送器
HBA-YSAD系列电流变送器是应用电磁感应原理研制而成的一种新型电流变送器,初级与次级之间高度绝缘,用于交流电流的测量。其为四线制工作方式:L、0连接开关电源,M、0输出4 mA～20 mA电流。
2.2.7 压力变送器与液位变送器
PT401型压力变送器具有结构紧凑、坚固、重量轻、便于安装和使用等特点,适用于全天候的恶劣危险环境和各类腐蚀性介质。其与PLC的连接见图2。
PT311型静压式液位变送器选用进口带防腐膜片的敏感组件,将芯体装入一个不锈钢或聚四氟乙烯壳体内,顶部钢帽既能保护传感器膜片,又能使液体顺畅地接触到膜片;该产品测量准确、稳定性好,并具有良好的密封和防腐性能。其与PLC的连接见图3。
3结论
本文设计的恒压变频供水系统代替了传统水塔水箱的高位供水,节能效果显著,实现了无人化工作,自动化程度高。同时避免了传统方式的手工频繁切换,延长了设备的使用寿命。系统设置了报警功能,发生故障时可实现远程报警。
参考文献
[1]姚福强.基于PLC和变频器串行通讯的变频恒压供水系统[J].微计算机信息,2004,20(8):9-11.
[2]贺玲芳.基于PLC控制的全自动变频恒压供水系统[J].西安科技学院学报,2000,20(3):243-245.
[3]许智榜,石晓瑛.智能变频恒压供水系统设计及实现[J].南昌工程学院学报,2006,25(3):61-64.
恒压供水自动控制系统的研究 篇7
自从通用变频器问世以来,变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点,使我国供水行业的技术装备水平经历了一次飞跃。恒压供水调速系统可实现水泵电机无级调速,依据用水量的变化自动调节系统的运行参数,在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求,是当今最先进合理的节能型供水系统。
1 控制系统的组成及工作原理
供水系统由主供水回路、储水池、水泵组成,采用PLC实现对控制系统的调节。本控制系统是一个2台泵运行的恒压供水系统。考虑到实际应用中的性价比,这2台泵既可作变频泵,又可作定速泵。可编程控制器选择S7-200系列PLC,变频器选择LG-iG5系列,实现电动机的调速运行。
控制系统主要由PLC、变频器、继电器、压力传感器、EM235模拟量输入输出模块等组成,其系统原理图见图1。
系统自动状态工作时,PLC首先利用变频器软启动一台加压泵,此时安装在管道上的传感器将实测的管道压力反馈给变频器,与预先通过变频器面板设定的给定压力进行比较,通过变频器内部的PID运算,调节变频器输出频率。在用水量较大时,变频器输出频率接近工频而管网压力仍达不到压力设定值时,PLC将当前工作的变频泵由变频切换到工频下工作,并关断变频器,再将变频器切换到另一台泵,由变频器软启动该泵,实现一台工频一台变频双泵供水。随着用水量的减小,变频器输出频率下降,当降至频率下限而压力仍能达到压力设定值时,PLC将工频工作泵切除,只由剩下的单泵变频供水。系统无论单泵变频工作,还是双泵一台工频一台变频工作,始终控制管网压力与给定压力值保持一致,实现恒压变量供水。
2 系统的结构设计
系统控制的主电路如图2所示,其中P1、P2为2台水泵,每台泵既可控制为变频运行,又可控制为定速运行,这种转换可通过KM1、KM2、KM3、KM4的通断来实现。P1、P2这2台泵均由0.75 kW的电机拖动。变频器选用LG公司生产的iG5系列变频器,PLC选用西门子S7-200系列可编程序控制器,交流接触器选用德力西集团有限公司生产的CJXZ-1810交流接触器,压力传感器选用航天科技集团公司生产的AK-4型压力传感器,具有过压、欠压、过载、CPU异常及输出短路等多种保护功能。
2.1 变频器的控制
本系统中选用LG-iG5系列变频器作为系统的变频调速装置。LG-iG5系列变频器适用于0.37 kW～4.0 kW以内的三相电动机的交流调速,它控制灵活,结构紧凑,易于安装。该变频器基本配置带有PID功能,通过变频器面板设定一个给定频率作为压力给定值,压力传感器反馈来的压力信号接至变频器的辅助输入端,作为压力反馈,变频器根据压力给定和实测压力调节输出频率,改变水泵转速,控制管网压力保持在给定压力值上。图3为变频器的基本配线图。变频器的极限输出频率通过面板可以设定;变频器面板上有故障复位按键,轻故障用复位按键复位,可重新启动变频器;FX短接,并连接到PLC的输出点上,由PLC控制变频器的运行与关断;输出端并联2个接触器分别接P1、P2泵电机,变频器可分别驱动2台泵,泵电机还通过另外2个接触器并联到工频电源上,这4个接触器线包连接到PLC的4个输出点上,由PLC控制其工频、变频切换工作。
2.2 PID控制器的参数整定
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容,它根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类:①理论计算整定法:它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数,这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改;②工程整定方法:它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。3种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需要在实际运行中进行最后调整与完善。
2.3 PLC程序编辑
S7-200 CPU的控制程序由主程序、子程序、中断程序组成。为了能使系统稳定、高效、安全、节能地运行,由主程序完成电机在变频、工频下交替工作,因此,在软件设计中要对PLC的输出点KM1与KM2、KM1与KM3、KM2与KM4进行互锁,即KM1与KM2不能同时有输出信号,KM1与KM3、KM2与KM4也是一样,否则,就会发生变频器同时拖动2台泵,或者工频电源直接串入变频器输出端U、V、W而损坏变频器等严重事故。开启电机前,须先接通接触器,启动变频器;断开电机前,须先停止变频器,待变频器电流减为0时,才允许断开接触器。这样使系统运行更安全可靠。
本系统只占用8个输入口,5个输出口。电机的逻辑控制放在主程序,系统初始化的一些工作放在初始化子程序中完成,利用定时器中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。系统中只用比例(P)和积分(I)控制,其回路增益和时间常数可以通过工程计算初步确定,但需要进一步调试以确定最优控制参数。
3 结论
在供水系统中采用变频调速运行方式,系统可根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速或加减泵,使供水系统管道中的压力保持在给定值,以求最大限度地节能、节水、节地、节资,并使系统处于可靠运行状态,实现恒压供水;减泵时采用“先启先停”的切换方式,相对于“先启后停”方式,更能确保各泵使用平均以延长设备的使用寿命;采用压力闭环控制,系统用水量任何变化均能使供水管道的服务压力保持给定,大大提高了供水品质;变频器故障后仍能保障不间断供水,同时实现故障消除后自启动,具有一定的先进性。
摘要：介绍了一种基于PLC控制的变频恒压供水系统,整个供水系统的运行采用闭环变频恒压供水控制。该系统具有简单实用、成本低廉、可靠性好、便于维护等特点,可用于工业运行。
浅析供水设备电气自动化控制技术 篇8
1 供水设备电气自动化控制技术的主要优势分析
1.1 能够在各种恶劣的条件下开展工作
许多供水设备附近的条件相对比较恶劣, 要是有职工长时间处于该不良环境中工作, 则将在很大程度上影响到人身健康。基于此, 电气自动化控制技术表现出非常良好的功能, 在许多供水工作中的重要环节且职工无法深入的条件下, 利用自动化技术操控供水设备, 可以降低职工处于恶劣条件工作的机会, 使其健康水平得以提升, 并且还可以在很大程度上提高工作效率, 降低认为误差, 提高供水工作的质量, 推动供水事业稳步前进。
1.2 高效完成供水工作
在自动化控制系统里面, 具备相应的程序来对各个过程进行操控, 并且对其中涉及到的数据进行记录, 根据供水设备所处位置的改变可以迅速对操作代码进行更新, 使工作指令可以更加可靠、及时的传递到供水设备。这与传统的人工操作进行对比, 一方面可以充分确保及时性, 及时把各项操作指令传到相关位置, 另一方面还可以降低操作失误, 充分确保供水工作的高效进行。
1.3 自身保护功能
该项技术里面, 控制的独享数量相对较少, 可以迅速搜集并分析数据, 具备自动保护装置可以保证所获得的数据可靠、详实, 控制尤为高效。该项技术引入到供水设备里面, 因所处环境条件, 以及具体工作内容等环节的影响, 将产生或多或少的伤害, 在很大程度上妨碍到供水工作的顺利进行, 而该项技术则可以把负面作用实现最小化, 自动保护装置可以及时作出响应, 保护供水设备。
1.4 远程传播速度快
将该项技术引入到供水设备之中, 可以全面保障控制系统及时传输信息, 可以快速实现整个控制工作。并且也可以远程监控各种相关数据信息, 对远程监控设备进行信号输出, 而无须职工进行近距离操作, 能够实现对监控对象的远程控制。
2 供水设备电气自动化控制技术设计思路
2.1 集中监测理念
即通过一个处理器来实现对供水设备的有效控制, 具有的优势包括:可以维护整个运行过程, 同时非常容易进行操作, 可以将供水设备的运行工作充分完成, 当发生问题时还可以对其进行有效的维护, 确保供水设备顺利工作。然而, 其具有不足之处:虽然一个独立的处理器在很大程度上降低了工作的繁琐程度, 然而却同时把所有处理均集中于此, 使得处理速度有所减小, 且伴随控制任务的增加, 还将需要较高的成本, 仅仅可以实现短距离监控, 要是距离太大, 则供水质量与电缆成本将明显减小, 此外, 供水工作操作失误变得更加频繁, 其只是停留在相对简单防护设备中进行应用。
2.2 远程监控理念
可以远程监控供水设备, 输入、输出远程信号, 从而实现监控。该思想具有的长处是:可以按照距离远近来对电缆的工作进行部署, 在很大程度上降低了电缆用量, 减小了供水费用, 而且所用的材料非常简单, 可以足够搜集相关信息并作出分析, 实现远程控制的目的。然而, 该理念同样也存在不足之处, 突出的不足即无法充分反映该项技术的特征, 同时要想实现远程监控, 则必须先完成远程输送与处理数据, 因此高职传输时候的任务非常繁重, 将减小速度, 与此同时还存在严重的数据流失问题。
2.3 现场总线监控理念
该理念可以从总体上监控工作现场, 把全部自动化控制功能均集中于处理器, 可以完成对数据的收集与处理, 推动供水设备正常工作。该理念具有诸多方面的优势:可以更好的监控供水设备的运行全程, 还可以提升监控的可靠性, 更加高效的监控相关设备, 也能够迅速无误的整理监控数据。需要注意的一个问题是, 因其属于现场总线监控, 所以在管理过程中存在一些问题, 使其控制功能发生一定的混乱, 不能全面的收集与运输监控信号, 从而对整个供水工作的顺利进行产生阻碍。
在该项技术的具体应用过程中, 各种理念均将按照使用要求而应用, 针对各种信号、距离、数据等方面的要求而做出科学合理的的选择, 同时进行完善, 从而可以充分满足整个供水工作的需求, 使得该项技术的应用得到提高。伴随科技的日益发展, 这项技术同样获得了长足的发展, 可以不断提升工作效率, 同时和信息技术能够更加融合在一起, 可以明显提高对监控效率, 并且还可以通过视频的形式在线传输供水设备的运行状态, 使其通讯功能得到提升, 从而可以保证供水设备的作用得到发挥。
3 结语
通过上文我们不难看出, 在供水工作之中, 电气自动化控制技术扮演着非常关键的角色, 特别是将该项技术引入到供水设备运行之中, 可以非常有效的控制该项工作, 还能够进行远程的监控, 对供水工作具有非常深远的意义, 鉴于这一个方面的原因, 今后应当加大力度探讨这一个课题, 从而能够推动整个供水事业不断向前发展。
摘要：电气自动化控制技术可以在很大程度上改善工作效率, 降低人力成本, 同时可以为控制工作提供全面准确的数据信息, 为整个供水工作的质量提供坚实的保障。本文认真分析了电气自动化控制技术在供水设备之中的应用, 以期为充分利用该项技术提供指导和帮助。
关键词：电气自动化,供水设备,控制技术
参考文献
[1]张建伟.浅析电气自动化控制设备的可靠性测试[J].现代工业经济和信息化, 2014年第23期.
乳化液泵站机械自动供水配液装置 篇9
在实际生产中, 经常会出现场操作人员忽视液压支架对乳化液的要求, 甚至不明白乳化液的作用, 水箱内直接使用清水, 这完全不符合标准, 《煤矿安全规程》规定乳化液的浓度一般在3%~5%之间, 乳化液的配制、水质、配比等, 必须符合有关要求, 泵箱应设自动给液装置, 防止吸空。因此, 供液这一环节中, 自动配比和自动供液两个重要的课题被提到技术革新的日程上来。根据从事技术工作的经验, 对比以往的自动供液的方法, 经过分析比较, 提出了一套机械式自动供液与自动配比装置的组合, 适合我矿生产经验, 安全性高, 成本低廉, 普采及综采乳化液泵站可通用, 因无任何电气元件, 可靠性强, 且安全系数高, 无防爆性能等苛刻要求。
2 项目概况
在乳化液泵站的控制系统中, 压力和流量的控制取得了长足的发展, 这为液压设备的正常工作提供了可靠的技术保障。然而基于生产和安全的需要, 对于乳化液泵站的要求远不止这些。例如乳化液, 乳化液是液压支架和液压支柱的传动介质, 在液压系统中起血液作用。浓度过低, 会大大缩短设备使用寿命, 容易引起液压系统事故的发生;浓度过高, 会使乳化油的消耗量增加, 从而导致生产成本上升。
这套全机械式自动供水配液装置核心为机械连杆机构, 有效杜绝了工作面泵站只使用清水的现象, 同时避免了无人看管泵站时水箱液体外溢的情况, 乳化液浓度通过节流阀可适当调控。而且制作简易, 工作量小, 实用性强。之前曾经有过电子自动配液装置, 该组合在中性水供液管进入配液阀前加装防爆电磁阀。在以往的电磁阀参与的控制系统中, 电磁阀始终工作于乳动状态, 频繁动作, 极易损坏, 可靠性不高, 而且电磁阀成本高, 导致电子系类整套装置经济型差。
3 研究实施内容
3.1 装置构件
乳化油小箱:体积、形状可根据现场巷道情况自行设计, 直接平放于乳化液大水箱体顶部, 底部钻孔连接一透明软管作为液量管, 用以指示小箱内乳化油余量。
节流阀:节流阀装于乳化油小箱底部, 是乳化油供给及手动调节装置, 通过启闭件改变通道截面积而达到调节流量和压力, 构造简单, 便于制造和维修, 成本低。
机械连杆:固定于水箱内上部, 连接空气球体及自制阀体。
自制阀体:阀体1连接清水管路, 阀体2连接于乳化液小箱节流阀后, 内有活塞, 根据乳化液箱液面高度可在管内做往复慢速运行, 同时自动控制清水及乳化油管路截止及流通。
3.2 工作原理
乳化液箱内安设水浮, 水浮的运动为直线运动, 随液位的高低而变化, 在乳化液箱的顶面装有连杆机构。当水箱内水位下降时空气球体随着水面下沉, 此时打开进水阀体, 清水及乳化油同时注入, 当水位升高时, 球体上浮, 关闭注水, 同时停止注入乳化油。乳化液小箱内的乳化油在节流阀打开的情况下, 可以靠自重流入水箱内, 调节节流阀可控制流量大小, 当液量管指示乳化液不足时要及时添油。水位越低, 自制阀体的活塞越靠下, 清水及乳化油的流量就越大, 一直达到全开状态全力注液, 当液面升至顶部时, 活塞亦升至顶部, 即可全部关闭阀体, 清水及乳化液全部截止, 有效防止了水箱溢水。
4 应用情况
通过2014年在我矿8703综采工作面、-120大巷九层面、3601下面等采煤工作面使用情况来看, 装置制作简易, 安装便捷, 有效避免了乳化液浓度过高、过低及水箱溢水现象, 泵站工只需巡检时观察一下乳化液小箱液面管并及时补充乳化液即可, 既保证了设备正常运行, 也深得干部员工赞同。
5 效益分析
经济效益:因乳化液浓度可始终维持到3%-5%, 提升了液压支护系统润滑性及防锈性, 同时大大延长了乳化液泵站设备的使用寿命;因避免了乳化液浓度过高及水箱溢液现象, 每个采煤工作面平均每月可降低1桶乳化油投入, 以170kg/桶、7.9元/kg计, 一年可节约乳化油材料费用1.6万元, 假设矿井四个采煤工作面同时生产, 一年可节支6.5万元。
社会效益:彻底改善了普通型乳化液泵站的乳化液配制由人工操作, 全部采用容积量比模式配液, 液位无法控制, 用手持式光学折射仪测量其浓度, 配比浓度误差大的缺陷, 泵站工无需频繁观察水箱水位并手动添加乳化油, 因增加乳化油小箱并可调节流速, 添加周期大大延长, 同时劳动强度下降, 加强了人文关怀。
摘要：设计了一套乳化液泵站机械式自动供液与自动配比装置的组合, 有效避免了乳化液浓度过高、过低及水箱溢水现象。
全自动供水 篇10
【关键词】企业；运煤；配煤；设备；电气自动化
1、胶带输送机
胶带输送机是供热企业等使用的主要运输煤原料的机电设备，它具有输送连续、运行平稳、可靠、动力消耗较少、维护保养简单，可能实现自动化控制等优点。斜输送时倾角较小胶带输送机的倾角一般最大值为18°～22°。
1.1胶带输送机的主要结构分析
胶带输送机由输送带、驵动装置、滚动、托辊和拉紧装置等组成。
（1）输送带。输送煤料的输送带上下胶层厚度分别为3.0mm及1.0mm，输送焦炭的输送带上下厚度为6.0mm及1.5mm。
（2）驱动装置。这是胶带输送机的动力部分，主要由电动机，联轴器和减速机等组成。
（3）滚动。有传动滚筒（传动轮）和改向滚筒（改向轮）两种。前者是动力传递的主要部件，输送带靠与它之间的磨损力运行。后者是输送机的尾轮做拉紧和输送带改向而用。
（4）托辊。用以支撑输送带和带上的物料，保持运行稳定。托辊按其形状与作用不同一般分为：槽型托辊，平型托辊，调心托辊，缓冲托辊等。
（5）拉紧装置。为确保输送有其足够的张力，使输送带和滚筒间产生一定的摩擦力，并限制输送带在各支撑间的垂度，使输送机安全有序运转而设置。其主要形式有螺旋式、车式和垂直式等拉紧装置。
1.2胶带输送机的操作和维护技术
输送带通常要在空载的情况下启动。开、停车都要按顺序，停车后在输送带上不可留有被输送的物料。输送机的边缘最容易磨损，主要的预防方法是避免输送带跑偏，槽型托辊安装不正、传动滚筒与尾部滚筒不平行，滚筒表面有黏结物、接头不正、给料流不正等均可能造成输送带跑偏，出现跑偏现象要及时处理，减少磨损，延长输送带的使用寿命。在运行过程中，要使输送带保持适中的松紧程度。输送机的传动滚筒、托辊均要正确旋动。对各滚筒及托辊要经常清洗和换油。
近些年来，有的厂为确保胶带输送机的正常工作，安设有胶带输送机跑偏自动调整断流打滑自动指示，流槽堵塞自动报警等装置，效果很好，对于改进操作、进行机电设备维护有重要作用。
2、电磁分离装置
在供热工厂，所用的煤料有时在采煤运输过程中必须有杂铁和其它金属式杂物混入，如果不进行剔除很有可能换坏机械设备，应使用电磁分离装置剔除铁等金属。
2.1悬挂式分离器
这种分离器挂在输送带上面，它检修方便，应用较广；它的缺点是分离效果较差，不能把杂铁全除去。滚筒式分离器安装在胶带输送机的传动筒内，分离效果好；而因检修困难，并且一定要经常清扫输送带和滚筒上的煤粉。CF型悬吊固定式电磁分离器存在激磁功率较小、磁场强度不足造成不能吸出煤层深部铁物的缺点。
2.2带式电磁分离器
带式电磁分离器一般以从主胶带输送机运送的煤料中吸取铁磁性杂物它布置在输送机的头部或其它位置，其输送带由电动滚筒驵动，绕电磁铁输送，能自动连续的把吸附于输送带上的铁物清除。
金属探测器是用以检测煤中的磁性金属，使电磁分离器加大瞬时电流吸出磁性金属，或发出信号从机械装置截取铁物，或在输送机有大块铁物且电磁分离器不能把其吸出时，使输送机停车以人工的方法捡出。通过这些方式避免磁性金属送入粉碎机，防止损坏粉碎机。金属探测器安装于胶带输送机上，输送带通过环形或矩形的导线圈，在铁物通过线圈时，导致线圈中等效电阻的变化，所以，输出电压降低，发出信号，操作执行机构，清除混在煤料中的铁物。
3、自动配煤装置
用人工检测配煤的精确度调整配煤操作，其劳动强度很大，准确度也不高，配煤质量指标也不稳定，一些有煤做原料的工厂使用了按给定值自动控制各单种煤配入量的自动配煤系统。
将电子秤应用于一些供热厂的配煤生产，效果非常显著。称量胶带机和电子秤是一种自动控制装置，以瞬时输送量为控制对象，可控制在圆盘控制机或电磁振动给料器下面，除用以计量外，还能用于调节装置控制给料机的转速或振幅来调节下料量。
自动配煤的煤料根据要求的配入量，经配煤盘或电动机给到称量小胶带机上，铺在其上的煤料经过称量区时，由称量托辊及秤框作用于质量传感器上。在传感器承受质量时，因弹性元件变形，便桥壁电阻失去平衡，桥路出现不平衡输出电压信号。速度传感器是一个速度变换器，即靠变换器的滚轮与输送带直接摩擦而转换成速度并把其线性地转换成脉冲频率信号，以模拟胶带机的速度大小。与质量传感器得出的质量信号相乘，模拟瞬时输送量，并给出累计量；同时，产生供质量传感器的拱桥电压。
传感器送出正比质量的毫伏信号，经毫伏变送器将信号放大并转换成0-10m丫的电流信号，再经质量显示仪表及比例积分单元，分别指示出瞬时量和积累量。在实际下料量与给定值，再经电流表出现偏差时，调节器给出偏差电流信号，经过转换电压信号，自动改变电磁调度异步电动机的转速，改变配煤盘的工作转速；以改变电磁振荡器的振幅，使下料量调到给定值，进行闭环自动调节，实现自动配煤。
参考文献
[1]张方庆等.工厂常用电气设备运行与维护.北京：中国电力出版社，2009.2
[2]白玉岷等.电气工程及自动化工程系统调式、送电及试运行.2011.3
工厂取供水自动控制系统方案设计 篇11
1 工厂取供水方案简介
工厂取供水是将河水取出,经过格栅井处理,分离出较大块的垃圾后流入沉沙池,经过沉沙池沉淀后将水送入泵房,通过泵房将水送如用水管道使用。
系统在格栅井设置5台格栅机收集较大块垃圾和1台输渣机运输收集的垃圾。系统设置1个沉沙池,沉沙池内配有6台吸泥泵,吸泥泵安装在一个能来回行走小车上。吸泥泵通过小车带动在沉沙池内吸收沉积的泥沙。泵房内设有3台变频水泵,通过用水管道的压力控制水泵启停及工作转速。
2 工厂取供水控制系统结构
厂外取供水自动化控制系统的网络配置结构如图1所示。
系统配有两个操作员站、一对冗余的PLC、两个现场10站和一个HMI操作终端。
2.1 控制室
集控中心监控系统通过光纤电缆与各泵站的计算机监控系统在广域网内进行通信,对各泵站实行集中控制和监视,通过通信系统将被控泵站的主要信息上送至上级调度[2]。中央控制室配置2套工业计算机安装CIMPLICITY SCADA软件作为OS操作员站,计算机之间处于热备状态,计算机同时采集控制系统的数据,同时存储,计算机之间相互侦测,当一台计算机出现异常时,另一台计算机自动接管实时输出操作任务。
OS操作员站系统中,对过程进行监视、操作、记录、管理的核心实时监控软件是CIMPLICITY SCADA。该软件基于WINDOWS 2000或WINDOWS XP软件平台,具有标签显示、在线曲线、历史曲线、动态流程、报警管理、系统诊断、操作指导、报表及记录和存档等监控功能,通过操作员站还可以进行有关过程控制参数修改,自动控制回路的手/自动切换,手操输出等。
2.2 PLC控制站
PLC控制柜指成套的控制柜可实现电机,开关的控制的电气柜[3]。主要配置:1#主控制站配置1套冗余的RCU 320控制器,CPU控制器有2套独立的控制单元,每个单元需要电源、CPU、通讯模块、冗余组件、机架等主要部件。
(1)电源负责对每个单元机架上的模块供电。
(2) CPU主要负责所有过程数据的采集、控制等任务,同时具备与从CPU之间的相互诊断,CPU之间采用光纤进行数据传输,保证主从之间能无扰切换。
机架上配Profinet主站通讯接口,2个CPU通过Profinet主站通讯接口与远程I/O站的通讯接口单元连接,2个Profinet主站通讯接口互为冗余,同一时间只有1个通讯口读取远程I/O站的数据。
(3)通讯模块主要负责CPU与上位机之间的通讯连接,通讯总线为以太网总线,2个通讯模块连接到1#站交换机,交换机与中控室交换机进行单光纤环网连接通讯,上位机经过以太网总线可以直接读取CPU数据。
(4)冗余组件是2个CPU冗余数据交换的必须组件,具有快速数据传送等特点。
(5)机架是所有模块的承载体,所有模块都必须安装在机架上。
2.3 远程I/O站
远程I/O站通过Profinet总线连接到冗余CPU,总线设计为光纤单环网冗余,I/O机架主要核心部件有电源、Profinet通讯模块、非冗余I/O模块与热插拔底座与导轨。
(1)电源为I/O机架上的模块提供电源保证,每个机架的电源使用率不超过100%。
(2) Profinet通讯模块主要与Profinet主站之间进行通讯,CPU可以通过总线到该模块读取或写入到I/O机架上I/O模块的过程数据及输出点。
(3)非冗余I/O模块与现场设备连接,起到直接采集与控制现场仪表后设备的设备。
2.4 PLC控制柜HMI
1#PLC控制站配置1台HMI人机界面,安装在电器柜柜门上,操作人员可以在这里对现场设备进行控制或监视。
HMI人机界面不存储历史数据,主要用于实时显示与操作。
3 PLC程序设计
3.1 PLC编程软件
PLC软件采用GE Proficy Machine Edition (Proficy ME),编程语言满足IEC-1131,支持梯形图、语句表、功能块、高级语言等编程语言。
3.2 PLC程序
整个控制系统的控制应用软件全部在GE Proficy ME平台上进行二次开发,可以完全实现设备的顺序、条件、计时、计数、PID调节等功能,并可以实现流量累计及清零功能。
应用软件完全实现设备内部连锁控制,大型复杂的工艺控制也能轻松完成。
设备上电时或由手动转为自动时,能够判断所控设备或工艺过程的现有状态,在其运行后不会造成工艺中断或引起震荡,实现真正无扰切换。
当设备故障时,程序可以根据设计提出的某种策略,将故障控制在最小范围内,防止由此而引起相关设备或工艺的连锁反应,判断出故障位置并在人机界面中显示出来。供水电机的控制及阀门开启的控制都是依据所编写的PLC程序进行的[4]。
4 上位机人机界面设计
中控操作员站组态软件采用GE CIMPLICITY,CIM-PLICITY安装在WINDOWS 2000、NET、XP上,开放的数据库支持OPC、DDE等通讯方式读取,具备弹出式公用窗口功能,组态简单,内部自带的库功能强大,支持曲线、报警、在线报表等实用功能,支持语音、图像、视频功能。
CIMPLICITY之间的冗余:2台计算机与CPU之间的通讯、人机交互界面、趋势、报警、报表等所有功能相同。
CIMPLICITY采集数据速率常用采样为1 Hz,通讯方式采用以太网通讯。设计的人机界面如图2所示。
中控操作员计算机作为监控及获取数据的平台,系统有以下主要功能。
4.1 用户登录
用户在进入系统时需要进入登录界面,输入登录用户名及密码,每个用户都可以有不同的操作权限,操作员只能进行设备的操作机数据浏览,管理员可以进行设备操作、数据浏览、参数设置、用户及密码管理等权限。
4.2 实时工艺流程图显示
实时工艺流程界面动态显示全厂的工艺流程图,流程图上包含各种设备的实时运行状态、各种实时运行参数,通过画面切换显示,实时动态画面采用纵断流程和平面流程显示方式进行,流程图所有设备运行状态显示为绿色,停止状态显示为红色,故障状态显示为红色与本色交替,流程图中PLC控制的设备设置有手动/自动转换按钮,当设备处于自动状态时,该按钮才有用,设备出现故障时,这些设备将会被禁止使用。
4.3 报警显示
上位机显示各个设备的报警状态,报警时间可以查询并按不同的颜色区分报警信息的各种状态。
4.4 实时曲线与历史曲线
实时曲线与历史曲线分别在不同的画面,可以通过画面的按钮对曲线进行放大缩小,也可以输入时间段查询。
4.5 参数设置
所有需要进行在线调试的参数都应该在参数设置画面中显示出来,每个参数有一个可以调整范围限制于指示,所有参数对对应到PLC内存中,只有管理员用户具备调整参数的权限。
4.6 事件记录
系统发生较大情况(设备故障、超限报警、大型设备的启动/停止时)或操作人员对设备的操作、参数调整。事件记录的内容包括各种事件信息、事件发生的用户、时间等信息。
4.7 报表处理
系统自动记录各种运行数据,将所有数据归纳汇总并形成报表,报表可定时打印或手动打印,操作人员可以通过报表画面查看历史数据。
5 结语
本系统方案主要是针对工厂取供水进行的方案设计,目的是将传统的人工监测、调度,采用自动控制系统进行控制,结合计算机系统可实现远程控制,提高工程管理效率和运行效率,节省人力资源和经济成本。同时能起到实时控制,设备故障率低,运行效率高,可靠性高,安全性高、维护简便。
参考文献
[1]黄华东,高磊,郭张军,等.引供水工程自动化系统概述[J].科技综述,2010(12):63-65.
[2]朱锐伦.新疆准东供水工程自动化系统的设计与实现[J].企业技术开发,2011,30(15):33—34.
[3]李晓雷.面向山西大水网供水工程自动化系统开发研究[D].太原理工大学,2012:20—25.