自動化工程應(yīng)用實例二-恒壓供水ppt課件

1、自動化工程運用實例二恒壓供水系統(tǒng).由水泵-管道供水原理可知，調(diào)理供水流量，原那么上有兩種方法： 1.節(jié)流調(diào)理：開大供水閥，流量上升；關(guān)小供水閥，流量下降。水泵轉(zhuǎn)速不變，浪費能量。 2.轉(zhuǎn)速調(diào)理：水泵轉(zhuǎn)速升高，供水流量添加，轉(zhuǎn)速下降，流量降低。對于用水量經(jīng)常變化的生活用水場所，節(jié)能效果明顯。 一、供水流量調(diào)理原理.1.變頻器閉環(huán)控制 供水系統(tǒng)的關(guān)鍵是壓力恒定，壓力低那么高層無法得到供水，壓力高那么浪費能量。傳統(tǒng)的方法是運用水箱或水塔，但在供水質(zhì)量、日常維護和應(yīng)付火警等方面均顯示出明顯的缺乏。利用變頻器壓力閉環(huán)控制可以實現(xiàn)無塔恒壓供水，獲得了廣泛運用。二、變頻器 在恒壓供水系統(tǒng)中的運用.1.變頻器

2、閉環(huán)控制 不同品牌的變頻器端子稱號不同。圖2-1 變頻恒壓 供水系統(tǒng).圖2-1示出了一個恒壓供水系統(tǒng)。水泵電動機M由變頻器VF供電,SP是壓力傳感器,其檢測到的壓力信號作為反響信號XF被送到變頻器的反響信號輸入端(VPF)。壓力給定信號XT從外接電位器RP上取出,接到變頻器的給定信號輸入端(VRF)。不同的變頻器端子符號有所不同。變頻器內(nèi)置有PID調(diào)理器，調(diào)理器的輸出是頻率給定。.假設(shè)Q1是水泵輸出的“供水流量,而Q2是用戶所需求的“用水流量,顯然：假設(shè)Q2Q1,那么壓力必減小,反響信號XF也隨之減??；反之,假設(shè)Q2Q1,那么壓力必增大,反響信號XF也隨之增大；假設(shè)Q1=Q2,那么壓力堅持不變

3、,反響信號XF也堅持不變,那么水泵的“供水流量和用戶的“用水流量之間處于平衡形狀；變頻器經(jīng)過內(nèi)部的PID調(diào)理功能,不斷地根據(jù)給定信號XT與來自SP的反響信號XF之間的比較結(jié)果,調(diào)整變頻器的頻率,從而調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速,到達供需平衡,使水壓堅持恒定。. Q P(XF) PID fXtttt0 t1 t2 t3 t4圖2-2恒壓供水的調(diào)理過程(a)流量 (b)壓力 (c)調(diào)理量 (d)頻率a)b)c)d) 0t1段：流量Q無變化,壓力P也無變化,PID的調(diào)理量PID為0,變頻器的輸出頻率fX也無變化； t1t2段：流量Q添加,壓力P有所下降,產(chǎn)生正的調(diào)理量(PID為正),變頻器的輸出頻率fX上升；

4、t2t3段：流量Q穩(wěn)定在一個較大的數(shù)值,壓力P曾經(jīng)恢復(fù)到給定值,調(diào)理量PID=0,變頻器的輸出頻率fX停頓上升； t3t4段：流量Q減小,壓力P有所添加,產(chǎn)生負(fù)的調(diào)理量(PID為負(fù)),變頻器的輸出頻率fX下降； t4以后：流量Q停頓減小,壓力P又恢復(fù)到給定值,調(diào)理量為0,變頻器的輸出頻率fX停頓下降。.由于采用變頻調(diào)速，該恒壓供水系統(tǒng)可以節(jié)能，特別是在流量小的情況下節(jié)能效果明顯。多數(shù)品牌通用變頻器支持恒壓供水功能，無須添加任何硬件，也無須修正軟件，只需適當(dāng)設(shè)定變頻器的任務(wù)方式與有關(guān)參數(shù)PID參數(shù)等就可以了，這是通用變頻器眾多功能當(dāng)中的一個。1.變頻器閉環(huán)控制 .變頻恒壓供水系統(tǒng)由PLC控制器、

5、變頻調(diào)速器、壓力變送器、水位變送器、交流接觸器和其它電控設(shè)備及泵組構(gòu)成，如圖2-3所示。在供水系統(tǒng)總出水管上安裝壓力變送器。PLC具有模擬量輸入模塊，可檢測壓力變送器和液位變送器輸出的4-20mA信號，并將檢測的壓力信號與給定的壓力信號的差值經(jīng)運算后，輸出頻率給定給變頻器,到達調(diào)理電動機的轉(zhuǎn)速，堅持供水壓力的恒定的目的。2.恒壓供水系統(tǒng)的組成. 蓄水池小區(qū)水廠交流接觸器PLC變頻器 4#泵3#泵2#泵1#泵 P P 壓力信號 液位信號市政供水管閘 圖2-3 小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)框圖 出水管網(wǎng)前往10.PLC自動檢測水池水位信號并與設(shè)定的水位下限比較，假設(shè)水位低于下限，輸出水位報警信號或直接停機

6、。該系統(tǒng)還有多種維護功能，可以保證正常供水，做到無人值守。假設(shè)供水系統(tǒng)配置一臺變頻器和多臺水泵電機，PLC還要自動完成多臺水泵電機的投切。2.恒壓供水系統(tǒng)的組成. 該系統(tǒng)有手動和自動二種任務(wù)方式。 1手動運轉(zhuǎn) 按下按鈕，工頻啟動或停頓水泵，可根據(jù)需求控制泵的啟、停。該方式主要供檢修及變頻器出缺點時運用。 手動啟動水泵電機需求運用軟啟動器或其它降壓啟動措施。3.恒壓供水系統(tǒng)的任務(wù)原理 .2自動運轉(zhuǎn) 合上自動開關(guān)后，系統(tǒng)自動變頻啟動1#泵，頻率從0Hz開場上升，同時PID調(diào)理器接納到來自壓力傳感器的信號，與壓力給定信號比較，假設(shè)壓力不夠，那么調(diào)理器指揮頻率繼續(xù)上升。直到 50Hz，此時假設(shè)壓力仍達

7、不到給定值，闡明一臺水泵不夠，1#泵由變頻運轉(zhuǎn)切換到工頻運轉(zhuǎn)，然后變頻啟動2#泵，逐漸升高頻率至適當(dāng)值，水壓到達給定值。多次加泵依次類推。3.恒壓供水系統(tǒng)的任務(wù)原理 .假設(shè)用水量減少，那么先啟動的泵開場退出。假設(shè)電源瞬時停電，那么系統(tǒng)停機。待電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動恢復(fù)運轉(zhuǎn)，按自動運轉(zhuǎn)方式變頻啟動1#泵，反復(fù)上述操作，直到在給定水壓值上穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。變頻自動運轉(zhuǎn)無需軟啟動器。？3.恒壓供水系統(tǒng)的任務(wù)原理 .運用外加的PID調(diào)解器完成閉環(huán)控制，如以下圖所示，外加的PID調(diào)解器可以是PLC，如圖2-3所示；也可以是公用的恒壓供水控制器，如圖2-5所示。.圖2-5 公用恒壓供水系統(tǒng)控制器.在供水系統(tǒng)中采

8、用變頻調(diào)速運轉(zhuǎn)方式，可根據(jù)實踐需求設(shè)定水壓，系統(tǒng)自動調(diào)理水泵電動機的轉(zhuǎn)速或加減泵，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力堅持在給定值，以求最大限制的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)資，使系統(tǒng)可靠運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)恒壓供水。該項技術(shù)曾經(jīng)獲得推行，是今后的開展方向。4.總結(jié) .1.系統(tǒng)引見在自來水廠的供水泵站中，系統(tǒng)普通由假設(shè)干臺揚程相近的水泵組成，傳統(tǒng)的調(diào)理水壓和流量的方式是人工投切運轉(zhuǎn)水泵的臺數(shù)。以供水才干為4-6萬噸日的自來水廠為例，一種能夠的水泵配置為3臺160kW和一臺90kW的水泵組成。三、自來水廠循環(huán)投切 變頻恒壓供水系統(tǒng).1.系統(tǒng)引見傳統(tǒng)的調(diào)理方法是，假設(shè)供水量較大，流量和管網(wǎng)水壓曾經(jīng)不能滿足要求，這時需人工投入水泵

9、；假設(shè)供水量減小，管網(wǎng)水壓會升高，此時又需人工切除水泵。在深夜用水量較小時，用一臺功率較小的水泵供水。三、自來水廠循環(huán)投切 變頻恒壓供水系統(tǒng).1.系統(tǒng)引見為防止“水錘效應(yīng)，人工投切時，投入泵應(yīng)遵照“先開機，后開閥，切除泵應(yīng)遵照“先關(guān)閥，后停機的操作順序。假設(shè)是小功率的水泵，那么水泵的出水側(cè)都裝有“止回閥。如今最常用的方法是變頻恒壓供水。三、自來水廠循環(huán)投切 變頻恒壓供水系統(tǒng). BP1 BU1 PLC PTM13M23M33M43 DZ1 DZ2 DZ3 DZ4 DZ5 DZ6KM3 KM5 KM7 KM9 RJ1 RJ2 RJ3 RJ4 KM2 KM4 KM6 KM8KM1KM10FU1 FU

10、2LRO1RO2RO3ZJ1ZJ2圖2-6 變頻恒壓供水循環(huán)投切方案系統(tǒng)圖變頻器軟啟動器壓力變送器可編程控制器水泵電機前往26前往24前往34.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案由于城市自來水的用量隨季節(jié)的變化而變化，隨每日時段的不同而不同，所以，為使供水壓力恒定，最常用的方案是采用變頻恒壓供水系統(tǒng)。即壓力變送器裝在主管網(wǎng)上檢測壓力信號，再將此壓力信號送到變頻器的模擬信號輸入端，由此構(gòu)成構(gòu)成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)。1.系統(tǒng)引見.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案可以采用的一種方案是循環(huán)投切，見圖1-6所示。圖中，BP1為變頻器；BU1為軟啟動器，PT為壓力變送器；ZJ1 、 ZJ2用于控制系統(tǒng)的啟動/停頓和自動

11、/手動轉(zhuǎn)換開關(guān)。1.系統(tǒng)引見.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案變頻器首先驅(qū)動第一臺水泵電動機變頻運轉(zhuǎn)，需求加泵時，變頻器停頓運轉(zhuǎn)，并由變頻器的輸出端口RO1-RO3輸出信號給PLC，由PLC控制切換過程。1.系統(tǒng)引見.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案切換開場時，變頻器自在停車，第一臺水泵切換到工頻運轉(zhuǎn)，變頻器銜接到第二臺水泵上啟動并運轉(zhuǎn)。假設(shè)需求繼續(xù)加泵，將第二臺水泵切換到工頻運轉(zhuǎn)，變頻器銜接到第三臺水泵啟動并運轉(zhuǎn)。1.系統(tǒng)引見.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案需求減泵時，系統(tǒng)先將第一臺水泵停頓，假設(shè)需求接著將第二臺水泵也停頓。再需求加泵時，切換從第三臺水泵開場循環(huán)。1.系統(tǒng)引見.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制

12、方案這種方案保證總有一臺水泵電機處在變頻運轉(zhuǎn)，四臺水泵中的任何一臺都能夠變頻運轉(zhuǎn)，長期看各臺水泵運轉(zhuǎn)時間根本一樣，給維護檢修帶來方便。大部分供水廠鐘情此方案。1.系統(tǒng)引見.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案但是，必需設(shè)置一套備用系統(tǒng)，圖2-6中的軟啟動器就是作為備用，當(dāng)變頻器或PLC缺點時，可用軟啟動器手動依次啟動各泵運轉(zhuǎn)，以保證供水不中斷。1.系統(tǒng)引見.2循環(huán)投切的任務(wù)過程變頻器的輸出端只能接負(fù)載，不能接電源，也不能在運轉(zhuǎn)中切斷負(fù)載，切換過程應(yīng)嚴(yán)厲遵照這些限制。系統(tǒng)啟動后，變頻器頻率按設(shè)定斜率上升，假設(shè)頻率升到了50Hz上限，運轉(zhuǎn)60秒后管網(wǎng)水壓未到達給定值，那么該臺水泵需求切換到工頻運轉(zhuǎn)。其切換

13、過程如下：1.系統(tǒng)引見.先封鎖該臺水泵電磁閥，然后變頻器自在停車，水泵電動機靠慣性繼續(xù)運轉(zhuǎn)，思索到電動機中的剩余電壓，不能將電動機立刻切換到工頻，而是延時一段時間約600ms，待剩余電壓下降到較小值后再切換，以保證切換沖擊電流較小。剩余電壓是由于切換時電機磁場能量經(jīng)過轉(zhuǎn)子回路釋放,在定子上感應(yīng)出電壓所致。1.系統(tǒng)引見.2循環(huán)投切的任務(wù)過程關(guān)閥后停車，水泵電動機根本上處于空載運轉(zhuǎn)形狀，到600ms時，電動機的轉(zhuǎn)速下降不是很多，使切換時沖擊電流較小。1.系統(tǒng)引見.2循環(huán)投切的任務(wù)過程切換完成后再翻開電磁閥，已停車的變頻器切換到另一臺水泵上啟動并運轉(zhuǎn)，翻開電磁閥。切除工頻泵時，先關(guān)閥，后停車，這樣無

14、“水錘景象發(fā)生。這些操作都是由PLC操作自動完成的。1.系統(tǒng)引見.3軟啟動與切換電流沖擊變頻器缺點或檢修時可以運用手動方式運轉(zhuǎn)系統(tǒng)。鑒于供水系統(tǒng)水泵電機普通功率較大，不宜直接手動啟動，需求采用星-三角、自耦變壓器降壓或軟啟動器啟動。1.系統(tǒng)引見.3軟啟動與切換電流沖擊自耦變壓器降壓啟動時先加60%的額定電壓，延時數(shù)秒或數(shù)十秒鐘后，再切換到全電壓，可以有效地減小啟動電流的沖擊。1.系統(tǒng)引見.3軟啟動與切換電流沖擊電動機從變頻向工頻切換,只需切換延時時間適當(dāng)如前述600ms,沖擊電流不會很大。電動機剩余電壓的衰減時間普通為1-2秒。電機磁場能量經(jīng)過轉(zhuǎn)子回路釋放,感應(yīng)出定子電壓所致。1.系統(tǒng)引見.3

15、軟啟動與切換電流沖擊延時長,剩余電壓小,但速度降落大；延時短,剩余電壓大,但速度降落小,選擇延時時間需二者兼顧,以求得到最小的切換沖擊電流。1.系統(tǒng)引見. 某市自來水二廠招標(biāo)，標(biāo)書提出的要求 設(shè)計供水才干為6萬噸日； 城市管網(wǎng)壓力為0.4MPa； 泵組為3臺160kW、1臺90kW水泵； 要求恒壓供水并采用計算機控制； 變頻器或控制系統(tǒng)缺點可由軟啟動器手動啟動各泵。2.運用實例.1計算機監(jiān)控的內(nèi)容 管網(wǎng)壓力、流量； 泵的運轉(zhuǎn)形狀、閥啟閉形狀； 電動機溫度； 各泵電動機電流、電壓、功率、功率因數(shù)； 水質(zhì)參數(shù)：包括余氯、濁度、含鐵量、PH值等。2.運用實例.2方案框圖本系統(tǒng)采用循環(huán)投切方式，備用系

16、統(tǒng)用一軟啟動器和相關(guān)器件構(gòu)成，如圖2-6所示。2.運用實例.2方案框圖上位PC機用于管理，用組態(tài)軟件構(gòu)成假設(shè)干工藝流程圖，實時顯示系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)情況，并統(tǒng)計歷史數(shù)據(jù)，打印統(tǒng)計報表，還用于缺點的報警與處置。PLC選用西門子S7-300，采用Profibus現(xiàn)場總線與總控室的計算機聯(lián)網(wǎng)。2.運用實例.2方案框圖BP1為160kW變頻器DZ1為400A空氣開關(guān)FU1為500A、FU2為600A快速熔斷器KM1-KM10為為LG GMC-400交流接觸器PT為森納斯壓力變送器，量程為1MPa切換延時定為600ms，無明顯電流沖擊據(jù)廠家統(tǒng)計，節(jié)能20%，每年節(jié)約電費10萬元2.運用實例.圖2-7具有閉環(huán)調(diào)理功能的變頻器恒壓供水系統(tǒng)(10)(2)(5)(1)假設(shè)所用變頻器是FR-A700系列，那么對應(yīng)的端子號