PLC恒壓供水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計論文
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一、項目選題背景及研究內(nèi)容
變頻技術(shù)不僅僅是異步電動機，結(jié)構(gòu)堅固，易于維護，更重要的是由于采用變頻技術(shù)的異步電動機的機械性可以達(dá)到了直流電動機調(diào)壓調(diào)速的功能。這樣子可以很好的解決國內(nèi)供水的很多問題。從而人們可以按照序曲自行研發(fā)一個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)改變原有的調(diào)速方式，實現(xiàn)了無極控制恒壓供水，依據(jù)用水量的變化自動控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)運行的參數(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，功能越來越強，即可利用恒壓變頻的各種功能對其變頻調(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、交流電動機、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臺循環(huán)水泵和一臺小流量隔膜泵等構(gòu)成。在整個系統(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)場模塊。在水箱入空和出口安裝壓差傳感器，檢測水壓。在水箱底部安裝液位變送器。在水箱里安裝溫度變送器?？删幊炭刂破髦械哪M量模塊采集液位變送器、溫度變送器送來的4-20mA信號電流。將測量信號與plc設(shè)置的信號進行比較，經(jīng)過PID模糊運算后，由PLC控制變頻器輸出的頻率來調(diào)節(jié)交流電動機的轉(zhuǎn)速，改變循環(huán)泵的流量，來保證供水水壓恒定。箱體水溫溫度由板式換熱器供給。溫度控制閥來調(diào)節(jié)溫度。輔助加熱器用來保證溫度的恒定。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、變頻器實際頻率、供水壓力及各循環(huán)泵的工作狀態(tài)等；可以通過觸摸屏以太網(wǎng)絡(luò)在線修改供水壓力和溫度控制恒溫供水系統(tǒng)的運行。
三、程序設(shè)計原理
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)動數(shù)據(jù)傳輸、組態(tài)連接。WinCCflexible項目包括能讓系統(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)主題類別進行編譯。每個類別都在單獨的編輯器中進行處理。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，組態(tài)工作非常簡單且易于進行。
3.2穩(wěn)定運動狀態(tài)的自動控制系統(tǒng)設(shè)計
系統(tǒng)為了解決水壓波動，流量變化對供水系統(tǒng)的擾動。采集管網(wǎng)壓力、溫度、電流等信號。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)定可采用測試法
最短短時間內(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)的實際壓力與恒壓給定值的差值，但是P值過大，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烈，適當(dāng)增大I值，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但是時間長又會發(fā)生難以迅速恢復(fù)的情況，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)變差。微分D愈短，微分作用越弱。P,I,D經(jīng)驗值和參數(shù)設(shè)定依據(jù)，在測試過程中依照先比例后積分的原則對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。在程序控制中使用比較指令函數(shù)運算等先關(guān)算法更精準(zhǔn)的計算調(diào)整相關(guān)參數(shù)，實時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)試和維護必須由通過培訓(xùn)、有資格的專業(yè)人員操作
如果在管系上需要進行焊接工作，不要將焊接設(shè)備的接地接在本測量設(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。在打開和修理電氣設(shè)備時請遵守當(dāng)?shù)厮邢嚓P(guān)規(guī)定。
四、工作流程介紹
該系統(tǒng)具有手動操作模式和自動工作模式兩種運行方式
4.1手動操作模式
選擇手動模式時，操作可視畫界面?？蓪崿F(xiàn)單獨設(shè)備的啟動和停止，這種方式用于檢修或控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時使用。
4.2自動運行模式
4.2.1系統(tǒng)補水
4.2.1.1地下儲水池由一臺7.5KW的深井潛水泵供水，當(dāng)蓄水池水位達(dá)到最低下限（通過壓力傳感器測量水位）1米時，啟動深井補水泵開始補水。（蓄水池深度2米）達(dá)到最高水位2米時，停止供水。
4.2.1.2由地下蓄水池為1號水箱供水（冷水）（5.5KW水泵2臺，由變頻器控制），1號水箱高度3米，2號水箱高度2米，1、2號水箱之間落差1.5米；1、2號水箱由管道相連實現(xiàn)自動補水，補水時當(dāng)1號水箱水位達(dá)到1.5米時，自動開始為2號水箱補水，2號水箱加滿后，再為1號水箱加水，直至1號水箱加滿為止。（2.8米）
4.2.1.3當(dāng)1號水箱水位達(dá)到最低保持水位（熱水）1米時，啟動1、2號之間的補水泵（1臺2.2KW）開始由2號水箱為1號水箱補水（熱水）；當(dāng)2號水箱水位達(dá)到最低保持水位1米時，停止為1號水箱補水，關(guān)閉2號水箱為1號水箱補水的補水泵；同時開啟冷水水箱上水電動閥門為1號水箱補水（冷水）.1號水箱水位達(dá)到2.8米時，關(guān)閉水箱進水電動閥門。
4.2.1.4當(dāng)1號或2號水箱水溫達(dá)到80℃以上時，啟動水箱上水電動閥門，水位達(dá)到2.8米，溫度達(dá)到70℃時，關(guān)閉水箱上水電動閥門。設(shè)置一個最高水位，起保護作用，達(dá)到這個高度時停止所有上水。
4.2.2系統(tǒng)循環(huán)
4.2.2.1對1、2號集熱器采集熱能，通過與1號水箱相連的管道將熱能傳導(dǎo)進入1號水箱當(dāng)1號水箱水溫與1號或2號集熱器水溫的溫差超過10℃時，啟動1、2號集熱器循環(huán)水泵。溫差低于5℃時關(guān)閉.；1號、2號集熱器循環(huán)泵各自獨立可單獨啟停。
4.2.2.2冬天當(dāng)1號、2號集熱器室外管道溫度低于5℃時，啟動集熱器和1號水箱之間的循環(huán)泵，室外管道溫度高于10℃時循環(huán)泵停止。當(dāng)1號水箱水溫與板式換熱器的溫差超過15℃時，啟動板式換熱器循環(huán)水泵；溫差低于5℃是循環(huán)泵停止。當(dāng)1、2號水箱水溫的溫差達(dá)到10℃時啟動1、2號之間的循環(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：操作界面簡單明了，易于學(xué)習(xí)培訓(xùn)。通過變頻器調(diào)速控制循環(huán)泵的水流量，改變老式的調(diào)節(jié)節(jié)流閥來控制流量的方法，減低了管道阻力，延長元件的使用壽命?？删幊炭刂破骺蓪崿F(xiàn)軟啟動，對交流電動機的分時分步啟動，躲開高峰電流避免對電網(wǎng)的沖擊。PLC自動控制，不需要人員頻繁操作，降低了人員勞動強度提高生產(chǎn)力?；赑LC的恒溫恒壓供水系統(tǒng)，應(yīng)廣泛推廣使用。