供水系统毕业论文
1 引言 供水系统在人们生活和工业应用当中是必不可少的。随着人们生活水平的提高和现代工业的发展，人们对供水系统的质量和可靠性的要求越来越高。变频能够很好的满足现代供水系统的要求。在变频出现以前，有以下供水方式：(1) 单台恒定转速泵的供水系统这种供水方式是水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，严重影响了城市公用水管管网压力的稳定，水泵整日不停运转。这种系统简单、造价最低，但耗电严重，水压不稳，供水质量极差。(2) 恒定转速泵加水塔（或高位水箱）的供水系统这种供水方式是由水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。水塔注满水后水泵停止工作，水塔水位低于某一高度时水泵启动，水泵处于断续工作状态中。这种方式比前一种省电，供水压力比较稳定，但基建设备投资大，占地面积大，水压不可调，供水质量差。(3)恒定转速泵加气压罐的供水系统这种供水方式是利用封闭的气压罐代替水塔蓄水，通过检测罐内压力来控制水泵的开与停。当罐中压力降到压力下限时，水泵启动；当罐中压力升到压力上限时，水泵停止。这种方式，设备的成本比水塔要低很多。但是电机起动频繁，易造成电机的损坏，能耗大。变频不仅克服了过去供水系统的缺点，而且有其自身的优点。此系统采用了先进的s7－200plc和变频器mm440，具有低廉的价格和强大的指令，可以满足多种多样的小规模的控制要求，变频器mm440具有很高的运行可靠性、功能的多样性和全面而完善的控制功能。这种供水方式不仅提高了供水系统的稳定性和可靠性，而且实现水泵的无级调速，使供水压力能够跟踪系统所需水压，提高了供水质量。同时变频器对水泵采取软启动，启动时冲击电流很小，启动能耗小。2 供水系统的基本特性供水系统的基本特性是水泵在某一转速下扬程h与流量q之间的关系曲线f (q)，前提是供水系统管路中的阀门开度不变。扬程特性所反映的是扬程h与用水流量q之间的关系。由图1的扬程特性表明，流量q越大，扬程h越小。在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量q的大小主要取决于用户的用水情况。管阻特性是以水泵的转速不变为前提，阀门在某一开度下，扬程h与流量q之间的关系h=f (q)。管阻特性反映了水泵转动的能量用来克服水泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。由图1可知，在同一阀门开度下，扬程h越大，流量q也越大，流量q的大小反映了系统的供水能力。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的平衡工作点，如图1中a点。在这一点，用户的用水流量和供水系统的供水流量达到平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。当用水流量和供水流量达到平衡时，扬程ha稳定，供水系统的压力也保持恒定。图1 供水系统的基本特性3 变频恒压供水系统的构成及工作原理 系统的构成变频恒压供水系统采用西门子的plc作为控制器，变频器mm440是频率调节器，和电动机作为执行机构，压力传感器作为控制的反馈元件。plc选用内部控制模块cpu224，模拟量2路输入通用模块、模拟量2路输出通用模块和pid模块。cpu224有14路输入/10路输出，对于小型的控制系统而言够用。pid模块使用方便，在软件中只需要配置pid的每个参数。与mm440的电源输入口连接，经过变频器变频后的交流电接，带动水泵转动。s7-200数字输出口输出控制信号到，两端连接的是工频或变频的，主要起接通或断开与。s7-200的模拟输出口输出控制电压信号给mm440的模拟电压输入口ain1+和ain1-，该控制电压主要调节交流电的频率。压力传感器从供水网络中反馈压力信号，压力信号经过滤波放大后输入给s7-200的模拟输入口。系统的结构如图2所示。图2 变频恒压供水系统的总体框图 系统的工作原理变频恒压供水系统是由三相异步电动机带动水泵旋转来供水，通过变频器调节输入交流电的频率而调节异步电动机的转速，从而改变水泵的出水流量来调节供水系统的压力。因此，供水系统变频的实质是三相异步电动机的变频调速，通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。的转速为：其中： n0为同步转速；n为转子转速；f为异步电机的定子输入交流电的频率；s为异步电机的转差率；p为异步电机的极对数。由上式可知，当异步电机的极对数p不变时，电机转子转速n与定子输入交流电频率f成正比。当系统启动，运行在自动模式时，此时手动模式无效。系统按照给定的水压进行设定，plc根据给定的水压自动调节交流电的频率，精确跟踪给定的供水压力。在用水量高峰时期，系统的用水量猛增，扬程降低，供水量不足，供水水压下降，1#电机输入交流电的频率会升高，以提高供水水压。当交流电的频率达到最大频率，供水水压仍然小于设定的水压时，1#电机会自动切换到工频状态下，同时2#电机启动并工作在变频状态。在夜间，系统的用水量递减，扬程升高，供水量过大，2#电机会退出变频状态，1#电机由工频切换到变频状态，并不断调节交流电频率，系统最终要维持供水的设定压力。当系统运行在手动模式时，自动模式无效。在自动模式出现问题或系统在维护期间时，系统才会采用手动模式。用户根据需要，可以从plc的输入开关输入信号，选择1#电机或2#电机运行在工频状态。变频恒压供水系统的功能要求：系统的供水压力能够准确跟踪给定供水压力（稳态误差在5％内）；可以自动进行自动模式/手动模式切换。系统的控制原理框图如图3所示。压力传感器从供水管网反馈电压信号，电压信号经过滤波放大后送到s7-200的模拟输入口，与给定的供水压力信号比较形成压力偏差信号，经过plc（s7-200）pid模块pi调节后发出控制电压信号，送到变频器mm440的模拟输入调节端口。送到变频器mm440的模拟电压信号与连接到变频器mm440的三相交流电的频率一一对应，调节控制电压信号就可以调节三相交流电的频率。系统是以供水管网的供水压力为控制对象而构成的，其设计是按照两个电机就可以完全满足供水要求。图3 变频恒压供水系统的控制原理框图4 硬件 主电路变频恒压供水系统就是利用异步电机拖动水泵的。系统的主电路由电源开关q、熔断器fu、交流接触器km、kr等组成，采用了一台变频器切换控制两台电机，1#电机和2#电机可以在工频和变频状态下进行切换，交流接触器的通断由s7－200的输出口控制。主电路如图4所示。图4 系统主电路图 控制电路控制电路主要由plc（s7－200）、变频器mm440等组成，plc外围电路接线图如图5所示。总电源开关为q，sb0为plc的程序启动按钮，与plc的输入口相连接，当按下sb0时，为“1”，plc程序启动。k1为系统的自动模式开关，当k1接通时，为“1”，交流接触器km1闭合，系统自动运行。当变频器的频率达到上限频率时，为“1”，1#泵和电机切换到工频状态下，2#泵和电机变频启动。当变频器的频率达到下限频率时，为“1”，2#电机停止运行，1#电机由工频切换到变频状态下。和的状态由变频器输入。k2为系统的手动模式开关，当k2接通时，为“1”，交流接触器km1断开，系统不能自动运行，用户可以根据需要接通k3或k4来选取1#电机或2#电机工频运行。km1为控制1#电机和2#电机在自动模式下运行的交流接触器，km2为控制1#电机在变频下运行的交流接触器，km3为控制1#电机在工频下运行的交流接触器，km4为控制2#电机在变频下运行的交流接触器，km5为控制2#电机在工频下运行的交流接触器。图5 plc外围接线图5 程序设计 plc程序设计plc程序设计的主要流程如图6所示。合上开关q，按下起动按钮sb0，plc程序复位。当合上开关k1，为“1”，系统在自动模式下运行，交流接触器km1接通，系统将根据程序跟踪设定供水压力。图6 主程序流程图当用户用水量递增，变频器达到频率50hz，供水压力还没有达到设定的供水压力时，mm440输出高电平到。此时，为“0”， 为“1”，交流接触器km2断开，km3接通，1#电机由变频切换到工频。定时器计时3s，变频器停止，变频器的频率由最高频率50hz逐渐下降，3s后为“1”，2#电机接到变频器开始变频运行。设置延迟时间主要原因是让变频器的频率下降，软启动静止的2#电机，减小电机启动电流，避免电机烧毁。当用户用水量减小，变频器达到下限频率30hz，供水压力还是高于设定的供水压力时，mm440输出高电平到。此时，为“0”，km2断开，2#电机退出变频并逐渐停止。同时为“1”，为“0”，交流接触器km2接通，km3断开，1#电机由工频切换到变频。下限频率设定在30hz主要原因：在供水系统中，转速过低时会出现水泵的全扬程小于基本扬程（实际扬程）形成水泵“空转”的现象。在多数情况下，下限频率应定为30hz～35hz。当合上开关k2，系统在手动模式下运行，交流接触器km1断开。用户可以根据需要，合上开关k3，交流接触器km3接通，选择1#电机在工频下运行。合上开关k4，交流接触器km5接通，选择2#电机在工频下运行。 变频器mm440的参数配置变频器mm440主要使用的是模拟输入口ain1+和ain1－，模拟电压信号输入后通过得到数字信号。由plc模拟输出口输出模拟控制电压信号，输入到变频器的模拟口，变频器的频率和控制电压一一对应。系统使用变频器的模拟端口，最高频率应该设置为50hz，最低频率为30hz。mm440的参数配置如附表所示。附表 mm440的参数配置6 结束语应用西门子plc（s7－200）内部的pid模块和变频器mm440的无极调速控制恒压供水系统，高效节能，调速供水效果突出，抗干扰能力强。同时采用变频器对电机实行软起动，减少了设备损耗，延长了水泵、电机设备的使用寿命。以供水水压为控制对象的闭环控制，稳态误差小，动态响应快，运行稳定。实验效果表明，采用plc（s7－200）和变频器mm440构成的变频恒压供水系统，具有很强的实用性，体现了变频调速恒压供水的技术优势，为供水领域开辟了切实有效的途径。参考文献[1] 李光,谢欢,王直杰. 高压变频器模拟量控制电路及功能设计[j]. 电气传动自动化,2008,38(7):63-68.[2] 彭旭昀. 一种基于变频器pid功能的plc控制恒压供水系统[j]. 机电工程技术,2005,34(10):54-56.[3] 陈新恩,王永祥. 基于s7-200的变频调速恒压供水系统[j]. 制造业电气,2006,25(6):37-39.[4] 朱玉堂. 变频恒压供水系统的研究开发与应用[d]. 杭州:浙江大学,2005.
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基于PLC的恒压供水系统设计摘要随着人民生活水平的日趋提高，新技术和先进设备的应用，使给供水设计得到了发展的机遇。于是选择一种符合各方面规范、卫生安全而又经济合理的供水方式，对我们给供水设计带来了新的挑战。本系统采用PLC进行逻辑控制，采用带PID功能的变频器进行压力调节，系统存在工作可靠，使用方便，压力稳定，无冲击等优越性。本设计恒压变频供水设备由PLC、变频器、传感器、低压电气控制柜和水泵等组成。通过PLC、变频器、继电器、接触器控制水泵机组运行状态,实现管网的恒压变流量供水要求。设备运行时,压力传感器不断将管网水压信号变换成电信号送入PLC,经PLC运算处理后,获得最佳控制参数,通过变频器和继电器控制元件自动调整水泵机组高效率地运行。供水系统的监控主要包括水泵的自动启停控制、供水压力的测量与调节、系统主管道水压的；系统水处理设备运转的监视、控制；故障及异常状况的报警等。现场监控站内的控制器按预先编制的软件程序来满足自动控制的要求，即根据供水管的高/低水压位信号来控制水泵的启/停及进水控制阀的开关，并且进行溢水和枯水的预警等。文中详细介绍了所选PLC机、变频器、传感器的特点、各高级单元的使用及设定情况，给出了系统工作流程图、程序设计流程图及设计程序。关键词：可编程控制器；变频器；传感器目录1前言供水系统发展过程及现状供水系统的概述．变频恒压供水系统主要特点：．恒压供水设备的主要应用场合：．恒压供水技术实现：32系统总体设计方案系统设计方案系统控制要求控制方案运行特征系统方案可编程控制器(PLC)的特点及选型特点及应用可编程控制器的选型．PLCCPM2A模拟量输入/输出单元变频器选型及特点产品信息：变频节能理论：．变频恒压供水系统及控制参数选择：．变频恒压供水系统的优点及体现远传压力表主要技术指标结构原理系统控制流程设计系统组成及作用系统运行过程203软件设计系统中检测及控制开关I/O分配地址及标志位分配表流程图程序设计：294.结论43致谢44参考文献45
恒压供水系统毕业论文
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变频调速恒压供水控制系统设计 摘 要本文针对电站锅炉水位系统的特性，首先设计了几种PID控制器，将它们应用于一个实际锅炉水位系统来观察控制效果。理论及实验仿真说明，这类控制器难以达到理想的控制效果，从而提出了模糊控制的方案，设计了三种模糊控制器并进行仿真及讨论。通过对所述控制器的理论分析和仿真讨论，表明模糊控制系统能够满足较高的控制要求，是一种很有前途的控制方法。文章的最后，简要介绍了用MATLAB软件中的图形用户界面（GUI）编辑器设计的可视化仿真软件。它能直观的对比观察文章所述两类控制器的性能。关键词：锅炉汽包水位，PID控制，模糊控制，MATLAB 目 录摘 要 IABSTRACT II目 录 III1课题背景 12电站锅炉水位控制对象 工艺过程概述 汽锅炉汽包水位特性 汽包水位在给水流量作用下的动态特性 汽包水位在蒸汽流量作用下的动态特性 锅炉汽包水位控制 单冲量控制系统 双冲量控制系统 三冲量控制系统 63 锅炉汽包水位的PID控制 PID控制器概述 PID各类控制器对比 锅炉汽包水位的PID控制系统设计及仿真 常规PID控制器的设计及仿真 带前馈补偿的PID控制系统设计及仿真 PID控制系统的抗干扰能力 PID控制系统对被控对象的适应能力 154模糊控制算法 模糊控制概述 模糊控制基本原理 模糊控制系统的基本组成 模糊控制的基本原理 模糊控制器设计的基本方法 模糊控制器的结构设计 精确量的模糊化 模糊控制规则的设计 模糊量的判决方法 论域、量化因子、比例因子的选择 锅炉汽包水位的模糊控制设计及仿真 模糊控制器的设计 常规模糊控制系统设计及仿真 改进的模糊控制系统的设计及仿真 模糊控制系统的抗干扰能力 模糊控制系统对被控对象的适应能力 315仿真软件设计 程序及界面设计 功能简介 356结论 控制器调节性能讨论 控制器抗干扰能力讨论 控制器对被控对象的适应能力讨论 总结 39参考文献 40致 谢 41附录1 英文资料原文 42附录2 英文资料翻译 47
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1 引言 供水系统在人们生活和工业应用当中是必不可少的。随着人们生活水平的提高和现代工业的发展，人们对供水系统的质量和可靠性的要求越来越高。变频恒压供水系统能够很好的满足现代供水系统的要求。在变频恒压供水系统出现以前，有以下供水方式：(1) 单台恒定转速泵的供水系统这种供水方式是水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，严重影响了城市公用水管管网压力的稳定，水泵整日不停运转。这种系统简单、造价最低，但耗电严重，水压不稳，供水质量极差。(2) 恒定转速泵加水塔（或高位水箱）的供水系统这种供水方式是由水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。水塔注满水后水泵停止工作，水塔水位低于某一高度时水泵启动，水泵处于断续工作状态中。这种方式比前一种省电，供水压力比较稳定，但基建设备投资大，占地面积大，水压不可调，供水质量差。(3)恒定转速泵加气压罐的供水系统这种供水方式是利用封闭的气压罐代替水塔蓄水，通过检测罐内压力来控制水泵的开与停。当罐中压力降到压力下限时，水泵启动；当罐中压力升到压力上限时，水泵停止。这种方式，设备的成本比水塔要低很多。但是电机起动频繁，易造成电机的损坏，能耗大。变频恒压供水系统不仅克服了过去供水系统的缺点，而且有其自身的优点。此系统采用了先进的s7－200plc和变频器mm440，s7-200具有低廉的价格和强大的指令，可以满足多种多样的小规模的控制要求，变频器mm440具有很高的运行可靠性、功能的多样性和全面而完善的控制功能。这种供水方式不仅提高了供水系统的稳定性和可靠性，而且实现水泵的无级调速，使供水压力能够跟踪系统所需水压，提高了供水质量。同时变频器对水泵采取软启动，启动时冲击电流很小，启动能耗小。2 供水系统的基本特性供水系统的基本特性是水泵在某一转速下扬程h与流量q之间的关系曲线f (q)，前提是供水系统管路中的阀门开度不变。扬程特性所反映的是扬程h与用水流量q之间的关系。由图1的扬程特性表明，流量q越大，扬程h越小。在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量q的大小主要取决于用户的用水情况。管阻特性是以水泵的转速不变为前提，阀门在某一开度下，扬程h与流量q之间的关系h=f (q)。管阻特性反映了水泵转动的能量用来克服水泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。由图1可知，在同一阀门开度下，扬程h越大，流量q也越大，流量q的大小反映了系统的供水能力。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的平衡工作点，如图1中a点。在这一点，用户的用水流量和供水系统的供水流量达到平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。当用水流量和供水流量达到平衡时，扬程ha稳定，供水系统的压力也保持恒定。 图1 供水系统的基本特性3 变频恒压供水系统的构成及工作原理 系统的构成变频恒压供水系统采用西门子的s7-200 plc作为控制器，变频器mm440是频率调节器，交流接触器和电动机作为执行机构，压力传感器作为控制的反馈元件。s7-200 plc选用内部控制模块cpu224，模拟量2路输入通用模块、模拟量2路输出通用模块和pid模块。cpu224有14路输入/10路输出，对于小型的控制系统而言够用。pid模块使用方便，在软件中只需要配置pid的每个参数。三相交流电与mm440的电源输入口连接，经过变频器变频后的交流电接异步电动机，异步电动机带动水泵转动。s7-200数字输出口输出控制信号到交流接触器，交流接触器两端连接的是工频或变频的三相交流电，主要起接通或断开三相交流电与异步电动机。s7-200的模拟输出口输出控制电压信号给mm440的模拟电压输入口ain1+和ain1-，该控制电压主要调节交流电的频率。压力传感器从供水网络中反馈压力信号，压力信号经过滤波放大后输入给s7-200的模拟输入口。系统的结构如图2所示。 图2 变频恒压供水系统的总体框图 系统的工作原理变频恒压供水系统是由三相异步电动机带动水泵旋转来供水，通过变频器调节输入交流电的频率而调节异步电动机的转速，从而改变水泵的出水流量来调节供水系统的压力。因此，供水系统变频的实质是三相异步电动机的变频调速，通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。异步电机的转速为： 其中： n0为异步电机同步转速；n为异步电机转子转速；f为异步电机的定子输入交流电的频率；s为异步电机的转差率；p为异步电机的极对数。由上式可知，当异步电机的极对数p不变时，电机转子转速n与定子输入交流电频率f成正比。当系统启动，运行在自动模式时，此时手动模式无效。系统按照给定的水压进行设定，plc根据给定的水压自动调节交流电的频率，精确跟踪给定的供水压力。在用水量高峰时期，系统的用水量猛增，扬程降低，供水量不足，供水水压下降，1#电机输入交流电的频率会升高，以提高供水水压。当交流电的频率达到最大频率，供水水压仍然小于设定的水压时，1#电机会自动切换到工频状态下，同时2#电机启动并工作在变频状态。在夜间，系统的用水量递减，扬程升高，供水量过大，2#电机会退出变频状态，1#电机由工频切换到变频状态，并不断调节交流电频率，系统最终要维持供水的设定压力。当系统运行在手动模式时，自动模式无效。在自动模式出现问题或系统在维护期间时，系统才会采用手动模式。用户根据需要，可以从plc的输入开关输入信号，选择1#电机或2#电机运行在工频状态。变频恒压供水系统的功能要求：系统的供水压力能够准确跟踪给定供水压力（稳态误差在5％内）；可以自动进行自动模式/手动模式切换。系统的控制原理框图如图3所示。压力传感器从供水管网反馈电压信号，电压信号经过滤波放大后送到s7-200的模拟输入口，与给定的供水压力信号比较形成压力偏差信号，经过plc（s7-200）pid模块pi调节后发出控制电压信号，送到变频器mm440的模拟输入调节端口。送到变频器mm440的模拟电压信号与连接到变频器mm440的三相交流电的频率一一对应，调节控制电压信号就可以调节三相交流电的频率。系统是以供水管网的供水压力为控制对象而构成的闭环控制系统，其设计是按照两个电机就可以完全满足供水要求。 图3 变频恒压供水系统的控制原理框图4 硬件电路设计 主电路变频恒压供水系统就是利用异步电机拖动水泵的。系统的主电路由电源开关q、熔断器fu、交流接触器km、热继电器kr等组成，采用了一台变频器切换控制两台电机，1#电机和2#电机可以在工频和变频状态下进行切换，交流接触器的通断由s7－200的输出口控制。主电路如图4所示。 图4 系统主电路图 控制电路控制电路主要由plc（s7－200）、变频器mm440等组成，plc外围电路接线图如图5所示。总电源开关为q，sb0为plc的程序启动按钮，与plc的输入口相连接，当按下sb0时，为“1”，plc程序启动。k1为系统的自动模式开关，当k1接通时，为“1”，交流接触器km1闭合，系统自动运行。当变频器的频率达到上限频率时，为“1”，1#泵和电机切换到工频状态下，2#泵和电机变频启动。当变频器的频率达到下限频率时，为“1”，2#电机停止运行，1#电机由工频切换到变频状态下。和的状态由变频器输入。k2为系统的手动模式开关，当k2接通时，为“1”，交流接触器km1断开，系统不能自动运行，用户可以根据需要接通k3或k4来选取1#电机或2#电机工频运行。km1为控制1#电机和2#电机在自动模式下运行的交流接触器，km2为控制1#电机在变频下运行的交流接触器，km3为控制1#电机在工频下运行的交流接触器，km4为控制2#电机在变频下运行的交流接触器，km5为控制2#电机在工频下运行的交流接触器。 图5 plc外围接线图5 程序设计 plc程序设计plc程序设计的主要流程如图6所示。合上开关q，按下起动按钮sb0，plc程序复位。当合上开关k1，为“1”，系统在自动模式下运行，交流接触器km1接通，系统将根据程序跟踪设定供水压力。 图6 主程序流程图当用户用水量递增，变频器达到频率50hz，供水压力还没有达到设定的供水压力时，mm440输出高电平到。此时，为“0”， 为“1”，交流接触器km2断开，km3接通，1#电机由变频切换到工频。定时器计时3s，变频器停止，变频器的频率由最高频率50hz逐渐下降，3s后为“1”，2#电机接到变频器开始变频运行。设置延迟时间主要原因是让变频器的频率下降，软启动静止的2#电机，减小电机启动电流，避免电机烧毁。当用户用水量减小，变频器达到下限频率30hz，供水压力还是高于设定的供水压力时，mm440输出高电平到。此时，为“0”，km2断开，2#电机退出变频并逐渐停止。同时为“1”，为“0”，交流接触器km2接通，km3断开，1#电机由工频切换到变频。下限频率设定在30hz主要原因：在供水系统中，转速过低时会出现水泵的全扬程小于基本扬程（实际扬程）形成水泵“空转”的现象。在多数情况下，下限频率应定为30hz～35hz。当合上开关k2，系统在手动模式下运行，交流接触器km1断开。用户可以根据需要，合上开关k3，交流接触器km3接通，选择1#电机在工频下运行。合上开关k4，交流接触器km5接通，选择2#电机在工频下运行。 变频器mm440的参数配置变频器mm440主要使用的是模拟输入口ain1+和ain1－，模拟电压信号输入后通过a/d转换器得到数字信号。由plc模拟输出口输出模拟控制电压信号，输入到变频器的模拟口，变频器的频率和控制电压一一对应。系统使用变频器的模拟端口，最高频率应该设置为50hz，最低频率为30hz。mm440的参数配置如附表所示。附表 mm440的参数配置 6 结束语应用西门子plc（s7－200）内部的pid模块和变频器mm440的无极调速控制恒压供水系统，高效节能，调速供水效果突出，抗干扰能力强。同时采用变频器对电机实行软起动，减少了设备损耗，延长了水泵、电机设备的使用寿命。以供水水压为控制对象的闭环控制，稳态误差小，动态响应快，运行稳定。实验效果表明，采用plc（s7－200）和变频器mm440构成的变频恒压供水系统，具有很强的实用性，体现了变频调速恒压供水的技术优势，为供水领域开辟了切实有效的途径。参考文献[1] 李光,谢欢,王直杰. 高压变频器模拟量控制电路及功能设计[j]. 电气传动自动化,2008,38(7):63-68.[2] 彭旭昀. 一种基于变频器pid功能的plc控制恒压供水系统[j]. 机电工程技术,2005,34(10):54-56.[3] 陈新恩,王永祥. 基于s7-200的变频调速恒压供水系统[j]. 制造业电气,2006,25(6):37-39.[4] 朱玉堂. 变频恒压供水系统的研究开发与应用[d]. 杭州:浙江大学,2005.
恒压供水控制系统毕业论文
1 引言 供水系统在人们生活和工业应用当中是必不可少的。随着人们生活水平的提高和现代工业的发展，人们对供水系统的质量和可靠性的要求越来越高。变频能够很好的满足现代供水系统的要求。在变频出现以前，有以下供水方式：(1) 单台恒定转速泵的供水系统这种供水方式是水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，严重影响了城市公用水管管网压力的稳定，水泵整日不停运转。这种系统简单、造价最低，但耗电严重，水压不稳，供水质量极差。(2) 恒定转速泵加水塔（或高位水箱）的供水系统这种供水方式是由水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。水塔注满水后水泵停止工作，水塔水位低于某一高度时水泵启动，水泵处于断续工作状态中。这种方式比前一种省电，供水压力比较稳定，但基建设备投资大，占地面积大，水压不可调，供水质量差。(3)恒定转速泵加气压罐的供水系统这种供水方式是利用封闭的气压罐代替水塔蓄水，通过检测罐内压力来控制水泵的开与停。当罐中压力降到压力下限时，水泵启动；当罐中压力升到压力上限时，水泵停止。这种方式，设备的成本比水塔要低很多。但是电机起动频繁，易造成电机的损坏，能耗大。变频不仅克服了过去供水系统的缺点，而且有其自身的优点。此系统采用了先进的s7－200plc和变频器mm440，具有低廉的价格和强大的指令，可以满足多种多样的小规模的控制要求，变频器mm440具有很高的运行可靠性、功能的多样性和全面而完善的控制功能。这种供水方式不仅提高了供水系统的稳定性和可靠性，而且实现水泵的无级调速，使供水压力能够跟踪系统所需水压，提高了供水质量。同时变频器对水泵采取软启动，启动时冲击电流很小，启动能耗小。2 供水系统的基本特性供水系统的基本特性是水泵在某一转速下扬程h与流量q之间的关系曲线f (q)，前提是供水系统管路中的阀门开度不变。扬程特性所反映的是扬程h与用水流量q之间的关系。由图1的扬程特性表明，流量q越大，扬程h越小。在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量q的大小主要取决于用户的用水情况。管阻特性是以水泵的转速不变为前提，阀门在某一开度下，扬程h与流量q之间的关系h=f (q)。管阻特性反映了水泵转动的能量用来克服水泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。由图1可知，在同一阀门开度下，扬程h越大，流量q也越大，流量q的大小反映了系统的供水能力。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的平衡工作点，如图1中a点。在这一点，用户的用水流量和供水系统的供水流量达到平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。当用水流量和供水流量达到平衡时，扬程ha稳定，供水系统的压力也保持恒定。图1 供水系统的基本特性3 变频恒压供水系统的构成及工作原理 系统的构成变频恒压供水系统采用西门子的plc作为控制器，变频器mm440是频率调节器，和电动机作为执行机构，压力传感器作为控制的反馈元件。plc选用内部控制模块cpu224，模拟量2路输入通用模块、模拟量2路输出通用模块和pid模块。cpu224有14路输入/10路输出，对于小型的控制系统而言够用。pid模块使用方便，在软件中只需要配置pid的每个参数。与mm440的电源输入口连接，经过变频器变频后的交流电接，带动水泵转动。s7-200数字输出口输出控制信号到，两端连接的是工频或变频的，主要起接通或断开与。s7-200的模拟输出口输出控制电压信号给mm440的模拟电压输入口ain1+和ain1-，该控制电压主要调节交流电的频率。压力传感器从供水网络中反馈压力信号，压力信号经过滤波放大后输入给s7-200的模拟输入口。系统的结构如图2所示。图2 变频恒压供水系统的总体框图 系统的工作原理变频恒压供水系统是由三相异步电动机带动水泵旋转来供水，通过变频器调节输入交流电的频率而调节异步电动机的转速，从而改变水泵的出水流量来调节供水系统的压力。因此，供水系统变频的实质是三相异步电动机的变频调速，通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。的转速为：其中： n0为同步转速；n为转子转速；f为异步电机的定子输入交流电的频率；s为异步电机的转差率；p为异步电机的极对数。由上式可知，当异步电机的极对数p不变时，电机转子转速n与定子输入交流电频率f成正比。当系统启动，运行在自动模式时，此时手动模式无效。系统按照给定的水压进行设定，plc根据给定的水压自动调节交流电的频率，精确跟踪给定的供水压力。在用水量高峰时期，系统的用水量猛增，扬程降低，供水量不足，供水水压下降，1#电机输入交流电的频率会升高，以提高供水水压。当交流电的频率达到最大频率，供水水压仍然小于设定的水压时，1#电机会自动切换到工频状态下，同时2#电机启动并工作在变频状态。在夜间，系统的用水量递减，扬程升高，供水量过大，2#电机会退出变频状态，1#电机由工频切换到变频状态，并不断调节交流电频率，系统最终要维持供水的设定压力。当系统运行在手动模式时，自动模式无效。在自动模式出现问题或系统在维护期间时，系统才会采用手动模式。用户根据需要，可以从plc的输入开关输入信号，选择1#电机或2#电机运行在工频状态。变频恒压供水系统的功能要求：系统的供水压力能够准确跟踪给定供水压力（稳态误差在5％内）；可以自动进行自动模式/手动模式切换。系统的控制原理框图如图3所示。压力传感器从供水管网反馈电压信号，电压信号经过滤波放大后送到s7-200的模拟输入口，与给定的供水压力信号比较形成压力偏差信号，经过plc（s7-200）pid模块pi调节后发出控制电压信号，送到变频器mm440的模拟输入调节端口。送到变频器mm440的模拟电压信号与连接到变频器mm440的三相交流电的频率一一对应，调节控制电压信号就可以调节三相交流电的频率。系统是以供水管网的供水压力为控制对象而构成的，其设计是按照两个电机就可以完全满足供水要求。图3 变频恒压供水系统的控制原理框图4 硬件 主电路变频恒压供水系统就是利用异步电机拖动水泵的。系统的主电路由电源开关q、熔断器fu、交流接触器km、kr等组成，采用了一台变频器切换控制两台电机，1#电机和2#电机可以在工频和变频状态下进行切换，交流接触器的通断由s7－200的输出口控制。主电路如图4所示。图4 系统主电路图 控制电路控制电路主要由plc（s7－200）、变频器mm440等组成，plc外围电路接线图如图5所示。总电源开关为q，sb0为plc的程序启动按钮，与plc的输入口相连接，当按下sb0时，为“1”，plc程序启动。k1为系统的自动模式开关，当k1接通时，为“1”，交流接触器km1闭合，系统自动运行。当变频器的频率达到上限频率时，为“1”，1#泵和电机切换到工频状态下，2#泵和电机变频启动。当变频器的频率达到下限频率时，为“1”，2#电机停止运行，1#电机由工频切换到变频状态下。和的状态由变频器输入。k2为系统的手动模式开关，当k2接通时，为“1”，交流接触器km1断开，系统不能自动运行，用户可以根据需要接通k3或k4来选取1#电机或2#电机工频运行。km1为控制1#电机和2#电机在自动模式下运行的交流接触器，km2为控制1#电机在变频下运行的交流接触器，km3为控制1#电机在工频下运行的交流接触器，km4为控制2#电机在变频下运行的交流接触器，km5为控制2#电机在工频下运行的交流接触器。图5 plc外围接线图5 程序设计 plc程序设计plc程序设计的主要流程如图6所示。合上开关q，按下起动按钮sb0，plc程序复位。当合上开关k1，为“1”，系统在自动模式下运行，交流接触器km1接通，系统将根据程序跟踪设定供水压力。图6 主程序流程图当用户用水量递增，变频器达到频率50hz，供水压力还没有达到设定的供水压力时，mm440输出高电平到。此时，为“0”， 为“1”，交流接触器km2断开，km3接通，1#电机由变频切换到工频。定时器计时3s，变频器停止，变频器的频率由最高频率50hz逐渐下降，3s后为“1”，2#电机接到变频器开始变频运行。设置延迟时间主要原因是让变频器的频率下降，软启动静止的2#电机，减小电机启动电流，避免电机烧毁。当用户用水量减小，变频器达到下限频率30hz，供水压力还是高于设定的供水压力时，mm440输出高电平到。此时，为“0”，km2断开，2#电机退出变频并逐渐停止。同时为“1”，为“0”，交流接触器km2接通，km3断开，1#电机由工频切换到变频。下限频率设定在30hz主要原因：在供水系统中，转速过低时会出现水泵的全扬程小于基本扬程（实际扬程）形成水泵“空转”的现象。在多数情况下，下限频率应定为30hz～35hz。当合上开关k2，系统在手动模式下运行，交流接触器km1断开。用户可以根据需要，合上开关k3，交流接触器km3接通，选择1#电机在工频下运行。合上开关k4，交流接触器km5接通，选择2#电机在工频下运行。 变频器mm440的参数配置变频器mm440主要使用的是模拟输入口ain1+和ain1－，模拟电压信号输入后通过得到数字信号。由plc模拟输出口输出模拟控制电压信号，输入到变频器的模拟口，变频器的频率和控制电压一一对应。系统使用变频器的模拟端口，最高频率应该设置为50hz，最低频率为30hz。mm440的参数配置如附表所示。附表 mm440的参数配置6 结束语应用西门子plc（s7－200）内部的pid模块和变频器mm440的无极调速控制恒压供水系统，高效节能，调速供水效果突出，抗干扰能力强。同时采用变频器对电机实行软起动，减少了设备损耗，延长了水泵、电机设备的使用寿命。以供水水压为控制对象的闭环控制，稳态误差小，动态响应快，运行稳定。实验效果表明，采用plc（s7－200）和变频器mm440构成的变频恒压供水系统，具有很强的实用性，体现了变频调速恒压供水的技术优势，为供水领域开辟了切实有效的途径。参考文献[1] 李光,谢欢,王直杰. 高压变频器模拟量控制电路及功能设计[j]. 电气传动自动化,2008,38(7):63-68.[2] 彭旭昀. 一种基于变频器pid功能的plc控制恒压供水系统[j]. 机电工程技术,2005,34(10):54-56.[3] 陈新恩,王永祥. 基于s7-200的变频调速恒压供水系统[j]. 制造业电气,2006,25(6):37-39.[4] 朱玉堂. 变频恒压供水系统的研究开发与应用[d]. 杭州:浙江大学,2005.
摘要前言第一章 变频恒压供水系统分析 供水系统方案确定 变频供水系统构成确定 恒压供水系统的原理 变频供水系统分析 变频恒压供水系统的优点 变频调速恒压供水设备的应用 第二章 硬件系统设计 气压罐部分设计 变频供水部分设计 硬件总设计 用水量计算及水泵的选型 可编程控制器的选取 PLC 安装位置确定 第三章 软件设计 程序设计方法选取 顺序功能图设计 PLC I/O 分配表 程序设计 变频器参数设置 总结 致谢 参考文献 有模板可以给你借鉴的！！！
变频调速恒压供水控制系统设计 摘 要本文针对电站锅炉水位系统的特性，首先设计了几种PID控制器，将它们应用于一个实际锅炉水位系统来观察控制效果。理论及实验仿真说明，这类控制器难以达到理想的控制效果，从而提出了模糊控制的方案，设计了三种模糊控制器并进行仿真及讨论。通过对所述控制器的理论分析和仿真讨论，表明模糊控制系统能够满足较高的控制要求，是一种很有前途的控制方法。文章的最后，简要介绍了用MATLAB软件中的图形用户界面（GUI）编辑器设计的可视化仿真软件。它能直观的对比观察文章所述两类控制器的性能。关键词：锅炉汽包水位，PID控制，模糊控制，MATLAB 目 录摘 要 IABSTRACT II目 录 III1课题背景 12电站锅炉水位控制对象 工艺过程概述 汽锅炉汽包水位特性 汽包水位在给水流量作用下的动态特性 汽包水位在蒸汽流量作用下的动态特性 锅炉汽包水位控制 单冲量控制系统 双冲量控制系统 三冲量控制系统 63 锅炉汽包水位的PID控制 PID控制器概述 PID各类控制器对比 锅炉汽包水位的PID控制系统设计及仿真 常规PID控制器的设计及仿真 带前馈补偿的PID控制系统设计及仿真 PID控制系统的抗干扰能力 PID控制系统对被控对象的适应能力 154模糊控制算法 模糊控制概述 模糊控制基本原理 模糊控制系统的基本组成 模糊控制的基本原理 模糊控制器设计的基本方法 模糊控制器的结构设计 精确量的模糊化 模糊控制规则的设计 模糊量的判决方法 论域、量化因子、比例因子的选择 锅炉汽包水位的模糊控制设计及仿真 模糊控制器的设计 常规模糊控制系统设计及仿真 改进的模糊控制系统的设计及仿真 模糊控制系统的抗干扰能力 模糊控制系统对被控对象的适应能力 315仿真软件设计 程序及界面设计 功能简介 356结论 控制器调节性能讨论 控制器抗干扰能力讨论 控制器对被控对象的适应能力讨论 总结 39参考文献 40致 谢 41附录1 英文资料原文 42附录2 英文资料翻译 47
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恒压供水仿真系统毕业论文
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1 引言 供水系统在人们生活和工业应用当中是必不可少的。随着人们生活水平的提高和现代工业的发展，人们对供水系统的质量和可靠性的要求越来越高。变频恒压供水系统能够很好的满足现代供水系统的要求。在变频恒压供水系统出现以前，有以下供水方式：(1) 单台恒定转速泵的供水系统这种供水方式是水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，严重影响了城市公用水管管网压力的稳定，水泵整日不停运转。这种系统简单、造价最低，但耗电严重，水压不稳，供水质量极差。(2) 恒定转速泵加水塔（或高位水箱）的供水系统这种供水方式是由水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。水塔注满水后水泵停止工作，水塔水位低于某一高度时水泵启动，水泵处于断续工作状态中。这种方式比前一种省电，供水压力比较稳定，但基建设备投资大，占地面积大，水压不可调，供水质量差。(3)恒定转速泵加气压罐的供水系统这种供水方式是利用封闭的气压罐代替水塔蓄水，通过检测罐内压力来控制水泵的开与停。当罐中压力降到压力下限时，水泵启动；当罐中压力升到压力上限时，水泵停止。这种方式，设备的成本比水塔要低很多。但是电机起动频繁，易造成电机的损坏，能耗大。变频恒压供水系统不仅克服了过去供水系统的缺点，而且有其自身的优点。此系统采用了先进的s7－200plc和变频器mm440，s7-200具有低廉的价格和强大的指令，可以满足多种多样的小规模的控制要求，变频器mm440具有很高的运行可靠性、功能的多样性和全面而完善的控制功能。这种供水方式不仅提高了供水系统的稳定性和可靠性，而且实现水泵的无级调速，使供水压力能够跟踪系统所需水压，提高了供水质量。同时变频器对水泵采取软启动，启动时冲击电流很小，启动能耗小。2 供水系统的基本特性供水系统的基本特性是水泵在某一转速下扬程h与流量q之间的关系曲线f (q)，前提是供水系统管路中的阀门开度不变。扬程特性所反映的是扬程h与用水流量q之间的关系。由图1的扬程特性表明，流量q越大，扬程h越小。在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量q的大小主要取决于用户的用水情况。管阻特性是以水泵的转速不变为前提，阀门在某一开度下，扬程h与流量q之间的关系h=f (q)。管阻特性反映了水泵转动的能量用来克服水泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。由图1可知，在同一阀门开度下，扬程h越大，流量q也越大，流量q的大小反映了系统的供水能力。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的平衡工作点，如图1中a点。在这一点，用户的用水流量和供水系统的供水流量达到平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。当用水流量和供水流量达到平衡时，扬程ha稳定，供水系统的压力也保持恒定。 图1 供水系统的基本特性3 变频恒压供水系统的构成及工作原理 系统的构成变频恒压供水系统采用西门子的s7-200 plc作为控制器，变频器mm440是频率调节器，交流接触器和电动机作为执行机构，压力传感器作为控制的反馈元件。s7-200 plc选用内部控制模块cpu224，模拟量2路输入通用模块、模拟量2路输出通用模块和pid模块。cpu224有14路输入/10路输出，对于小型的控制系统而言够用。pid模块使用方便，在软件中只需要配置pid的每个参数。三相交流电与mm440的电源输入口连接，经过变频器变频后的交流电接异步电动机，异步电动机带动水泵转动。s7-200数字输出口输出控制信号到交流接触器，交流接触器两端连接的是工频或变频的三相交流电，主要起接通或断开三相交流电与异步电动机。s7-200的模拟输出口输出控制电压信号给mm440的模拟电压输入口ain1+和ain1-，该控制电压主要调节交流电的频率。压力传感器从供水网络中反馈压力信号，压力信号经过滤波放大后输入给s7-200的模拟输入口。系统的结构如图2所示。 图2 变频恒压供水系统的总体框图 系统的工作原理变频恒压供水系统是由三相异步电动机带动水泵旋转来供水，通过变频器调节输入交流电的频率而调节异步电动机的转速，从而改变水泵的出水流量来调节供水系统的压力。因此，供水系统变频的实质是三相异步电动机的变频调速，通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。异步电机的转速为： 其中： n0为异步电机同步转速；n为异步电机转子转速；f为异步电机的定子输入交流电的频率；s为异步电机的转差率；p为异步电机的极对数。由上式可知，当异步电机的极对数p不变时，电机转子转速n与定子输入交流电频率f成正比。当系统启动，运行在自动模式时，此时手动模式无效。系统按照给定的水压进行设定，plc根据给定的水压自动调节交流电的频率，精确跟踪给定的供水压力。在用水量高峰时期，系统的用水量猛增，扬程降低，供水量不足，供水水压下降，1#电机输入交流电的频率会升高，以提高供水水压。当交流电的频率达到最大频率，供水水压仍然小于设定的水压时，1#电机会自动切换到工频状态下，同时2#电机启动并工作在变频状态。在夜间，系统的用水量递减，扬程升高，供水量过大，2#电机会退出变频状态，1#电机由工频切换到变频状态，并不断调节交流电频率，系统最终要维持供水的设定压力。当系统运行在手动模式时，自动模式无效。在自动模式出现问题或系统在维护期间时，系统才会采用手动模式。用户根据需要，可以从plc的输入开关输入信号，选择1#电机或2#电机运行在工频状态。变频恒压供水系统的功能要求：系统的供水压力能够准确跟踪给定供水压力（稳态误差在5％内）；可以自动进行自动模式/手动模式切换。系统的控制原理框图如图3所示。压力传感器从供水管网反馈电压信号，电压信号经过滤波放大后送到s7-200的模拟输入口，与给定的供水压力信号比较形成压力偏差信号，经过plc（s7-200）pid模块pi调节后发出控制电压信号，送到变频器mm440的模拟输入调节端口。送到变频器mm440的模拟电压信号与连接到变频器mm440的三相交流电的频率一一对应，调节控制电压信号就可以调节三相交流电的频率。系统是以供水管网的供水压力为控制对象而构成的闭环控制系统，其设计是按照两个电机就可以完全满足供水要求。 图3 变频恒压供水系统的控制原理框图4 硬件电路设计 主电路变频恒压供水系统就是利用异步电机拖动水泵的。系统的主电路由电源开关q、熔断器fu、交流接触器km、热继电器kr等组成，采用了一台变频器切换控制两台电机，1#电机和2#电机可以在工频和变频状态下进行切换，交流接触器的通断由s7－200的输出口控制。主电路如图4所示。 图4 系统主电路图 控制电路控制电路主要由plc（s7－200）、变频器mm440等组成，plc外围电路接线图如图5所示。总电源开关为q，sb0为plc的程序启动按钮，与plc的输入口相连接，当按下sb0时，为“1”，plc程序启动。k1为系统的自动模式开关，当k1接通时，为“1”，交流接触器km1闭合，系统自动运行。当变频器的频率达到上限频率时，为“1”，1#泵和电机切换到工频状态下，2#泵和电机变频启动。当变频器的频率达到下限频率时，为“1”，2#电机停止运行，1#电机由工频切换到变频状态下。和的状态由变频器输入。k2为系统的手动模式开关，当k2接通时，为“1”，交流接触器km1断开，系统不能自动运行，用户可以根据需要接通k3或k4来选取1#电机或2#电机工频运行。km1为控制1#电机和2#电机在自动模式下运行的交流接触器，km2为控制1#电机在变频下运行的交流接触器，km3为控制1#电机在工频下运行的交流接触器，km4为控制2#电机在变频下运行的交流接触器，km5为控制2#电机在工频下运行的交流接触器。 图5 plc外围接线图5 程序设计 plc程序设计plc程序设计的主要流程如图6所示。合上开关q，按下起动按钮sb0，plc程序复位。当合上开关k1，为“1”，系统在自动模式下运行，交流接触器km1接通，系统将根据程序跟踪设定供水压力。 图6 主程序流程图当用户用水量递增，变频器达到频率50hz，供水压力还没有达到设定的供水压力时，mm440输出高电平到。此时，为“0”， 为“1”，交流接触器km2断开，km3接通，1#电机由变频切换到工频。定时器计时3s，变频器停止，变频器的频率由最高频率50hz逐渐下降，3s后为“1”，2#电机接到变频器开始变频运行。设置延迟时间主要原因是让变频器的频率下降，软启动静止的2#电机，减小电机启动电流，避免电机烧毁。当用户用水量减小，变频器达到下限频率30hz，供水压力还是高于设定的供水压力时，mm440输出高电平到。此时，为“0”，km2断开，2#电机退出变频并逐渐停止。同时为“1”，为“0”，交流接触器km2接通，km3断开，1#电机由工频切换到变频。下限频率设定在30hz主要原因：在供水系统中，转速过低时会出现水泵的全扬程小于基本扬程（实际扬程）形成水泵“空转”的现象。在多数情况下，下限频率应定为30hz～35hz。当合上开关k2，系统在手动模式下运行，交流接触器km1断开。用户可以根据需要，合上开关k3，交流接触器km3接通，选择1#电机在工频下运行。合上开关k4，交流接触器km5接通，选择2#电机在工频下运行。 变频器mm440的参数配置变频器mm440主要使用的是模拟输入口ain1+和ain1－，模拟电压信号输入后通过a/d转换器得到数字信号。由plc模拟输出口输出模拟控制电压信号，输入到变频器的模拟口，变频器的频率和控制电压一一对应。系统使用变频器的模拟端口，最高频率应该设置为50hz，最低频率为30hz。mm440的参数配置如附表所示。附表 mm440的参数配置 6 结束语应用西门子plc（s7－200）内部的pid模块和变频器mm440的无极调速控制恒压供水系统，高效节能，调速供水效果突出，抗干扰能力强。同时采用变频器对电机实行软起动，减少了设备损耗，延长了水泵、电机设备的使用寿命。以供水水压为控制对象的闭环控制，稳态误差小，动态响应快，运行稳定。实验效果表明，采用plc（s7－200）和变频器mm440构成的变频恒压供水系统，具有很强的实用性，体现了变频调速恒压供水的技术优势，为供水领域开辟了切实有效的途径。参考文献[1] 李光,谢欢,王直杰. 高压变频器模拟量控制电路及功能设计[j]. 电气传动自动化,2008,38(7):63-68.[2] 彭旭昀. 一种基于变频器pid功能的plc控制恒压供水系统[j]. 机电工程技术,2005,34(10):54-56.[3] 陈新恩,王永祥. 基于s7-200的变频调速恒压供水系统[j]. 制造业电气,2006,25(6):37-39.[4] 朱玉堂. 变频恒压供水系统的研究开发与应用[d]. 杭州:浙江大学,2005.
PLC和变频器在中央空调系统中的节能应用摘要:介绍一种以PLC作为总控制部件，采用变频器控制中央空调冷冻水循环泵，构成恒压循环供水；变频调速循环供水，以及用PLC控制一台软起动器分别起动4台井水泵的控制系统。从而实现节能的目的，提高系统的可靠性，确保设备的安全运行。关键词：PLC；变频器；软起动器；节能1引言晶澳太阳能有限公司采用3台设备制冷机组用于生产设备制冷，设备冷冻水循环泵2台，额定功率30kW，一备一用。另采用2台空调制冷机组用于环境制冷，空调冷冻水循环泵3台，额定功率37kW，二用一备。两种循环水泵均为工频全速运转，由于设备冷冻水采用传统的固定节流方式来满足生产设备恒压供水要求和空调冷冻水采用固定节流的方式实现调节室内温度的目的，造成了大量电能的浪费，减短了水泵和阀门的使用寿命。现改造为由PLC作为核心控制部件，由变频器和设备冷冻水泵组成恒压供水系统。空调冷冻水根据温差△T控制原理，由变频器，PID温差控制器，温度变送器，循环泵组成温差△T控制变频调速系统。现公司有4口水井，井水泵额定功率为75kW，采用工频恒速运行。井水统一供给两种制冷机组冷却水、其他车间用水、消防用水等。由于井水泵的自耦降压起动方式控制机构宠大，故障率高。现改造为由PLC控制一台软起动器分别起动4台井水泵的起动方式。2硬件配置设计选用一台PLC作为核心控制部件，控制井水泵的软起动，设备冷冻水恒压供水和空调冷冻水的变频调速。其中，PLC选用Siemens公司的s7-200，CPU选用S7-222，电源模块一块，数字扩展模块选用EM223 24VDC 16输入/16输出。共24个输入点，22个输出点。数字量输入主要有循环泵手/自动运行方式的切换，循环水泵和井水泵的手动启/停操作和井水流量反馈。数字输出点用于19点继电器输出和两个冷冻水系统故障报警和井水流量报警。变频器选用MicroMaster430系列2台，一台额定功率30kW，用于控制设备冷冻水循环泵，另一台额定功率37kW，用于控制空调冷冻水循环泵。MicroMaster430系列变频器是风机类和水泵类的专用变频器，它拥有内置PID调节器，可以提高供水压力的控制精度，改善系统的动态响应。软起动器选用SIRIUS 3RW40系列一台，额定功率75kW，用于软起动井水泵。PID温差控制器一台，选用Transmit（全仕）G-2508系列PID双路温差控制器，用于设定温差，并将PID处理后的4～20mA的模拟信号送至变频器。压力变送器一个，用于检测设备冷冻水的管网压力，并将压力信号反馈给变频器。温度变送器两个，用于检测蒸发器两端的温度，并将温度信号送至PID温差控制器。3控制方案设计设备冷冻水恒压供水控制方案设计控制原理如图2所示，设备冷冻水循环系统是一个密闭的系统，由1#，2#循环泵供水，供水压力要求在±。正常情况下，一台循环泵工频全速运转时，出水压力可达 Mbar。具有很大的裕量，为避免电能的浪费，将设备冷冻水循环系统设计为恒压供水系统。方案设计有手动/自动两种工作方式。在手动方式下，工作人员可以根据实际情况现场决定起/停水泵的变频运行，并设最高优先控制级，不受PLC的自动控制，以保证检修或出现故障时的安全使用。自动方式控制过程：将控制面板上设备冷冻水泵的手动/自动开关，打到“自动”档，由井水泵的运行给定PLC设备冷冻水泵的起动信号，PLC控制KM11吸合，并与变频器通信，由变频器1F软起动1#循环泵。压力变送器检测设备冷冻水管网压力，转化为4～20mA的模拟信号反馈至变频器1F，变频器1F通过内置的PID将检测压力与压力给定值进行比较优化计算，输出运行频率调节1#循环泵的转速。当压力变送器检测到的管网压力低于给定压力时，变频器输出频率上升，增加1#泵的转速，提高管网压力；反之，则频率下降，降低1#水泵的转速。为防止备用泵在备用期间发生锈蚀现象，在自动控制方式下，将1#、2#循环泵设置起始/停止周期，使其自动定时循环使用。为避免在水泵切换时，管网压力变化过大，应采取必要的起/停时间协调措施，以尽量保证水压的稳定，并在切换过程中，对压力检测信号进行一定延时的“屏蔽”，防止变频器在较高的压力信号下不起动。切换过程为：当设定的循环周期已到时，屏蔽压力检测信号。将正在运行的水泵的频率升至50Hz后切换为工频运行，之后将备用泵变频起动（备用泵与运行泵不固定），在频率升至30Hz时，切除工频泵，并取消对压力信号的屏蔽，恢复正常运行，如此循环。在水泵切换时为了防止KM11与KM12、KM21与KM22、KM11与KM22误动作同时吸合发生故障，须将它们电气互锁和程序互锁。当工作泵发生故障时，则立即停止工作泵，将备用泵投入变频运行，并输出声光报警，提示工作人员及时检修，当变频器发生故障时则停止水泵运行立即输出报警。空调冷冻水系统循环泵变频调速控制方案设计控制原理如图3所示，空调冷冻水系统的供回水温度之差反映了冷冻水从室内携带热量的情况。温差大，说明室内温度高，应提高冷冻水泵的转速，加快冷冻水循环；反之，温差小，说明室内温度低，可以适当降低冷冻水泵的转速，减缓冷冻水循环。一般中央空调冷冻水系统设计温差为5oC~7oC。通过温差△T控制，控制冷冻水系统的循环状态，可以降低能源损耗，延长水泵的寿命。此外，空调冷冻水系统是一个密闭的系统不必考虑恒压问题。差控制器和循环泵温差闭环变频调速系统，控制冷冻水泵的转速随着室内热负载的变化而变化。工作过程为：温度变送器1、2分别在空调机组蒸发器输入和输出端测得温度后，转换为4～20mA的标准信号送入PID温差控制器，经PID与给定温差值比较处理后，输出4～20mA的标准信号到变频器2F的模拟量输入端，变频器2F输出相应频率，调节循环水泵的转速，达到控制温度的目的，形成一个完整的闭环控制系统。系统设计为手动和自动两种控制方式手动方式工作过程与设备冷冻水泵手动工作方式类似自动控制过程为：将控制面板上的空调冷冻水循环泵手动/自动控制开关打到“自动”档，系统将在自动方式下运行，由井水泵的运行给定PLC空调冷冻水泵起动指令后，首先控制KM31吸合投入3#循环泵变频运行，由温度变送器1、2检测蒸发器两端的温度，并将温度信号送到PID温差控制器，PID温差控制器将检测到的温差与给定温差比较处理后的标准信号反馈给变频器2F。若检测到的温差大于温差给定值时，变频器2F提升输出频率，提高水泵的转速，加快冷冻水的循环；反之，则降低频率，降低水泵转速。在自动运行方式下，将3台水泵设定自动循环周期，定时自动循环使用。3台水泵的开闭顺序为“先开先关”的顺序，当室内热负荷加大时，若变频器2F的输出频率已升至50Hz，经一定延时（如20min），当检测温差值仍大于温差给定值时，通过PLC程序控制，把3#水泵切换为工频运行，再投入4#水泵变频运行，如此循环，直到变频运行5#水泵。当3台水泵被全部投入运行，且变频泵频率已至50Hz，经延时若频率仍没下降，则由PLC输出报警，提醒工作人员及时修改空调机组设定值；相反，当室内热负荷减小时，变频器2F降低输出频率，降低5#泵的转速，当频率降到20Hz时，若检测温差值仍低于温差给定值时，经延时（如20min），停止3#泵，依此类推。为保证变频器2F只控制一台水泵，将KM31、KM41和KM51电气互锁和程序互锁，同时须将KM31与KM32、KM41与KM42、KM51与KM52电气互锁。当变频器2F或水泵发生故障时，由PLC输出声光报警，提示工作人员及时检修。井水泵软起动控制方案设计如图1所示，利用PLC控制一台软起动器，即可分别起动4台井水泵.将井水泵的运行方式设计为手动方式。具体控制过程为：按下控制面板上相应的起动按钮，如按下6#泵起动按钮，PLC控制KM61吸合并运行软起动器，软起动6#井水泵。当软起动器起动完毕后利用其辅助触点反馈信号给PLC，PLC断开KM61并立即闭合KM62，将6#井水泵切入工频运行，并停止运行软起动器，依此类推。为防止软起动器同时起动两台以上的井水泵，须将KM61、KM71、KM81、KM91电气互锁和程序互锁，另须将KM61与KM62、KM71与KM72、KM81与KM82、KM91与KM92电气互锁，4 S7-200与MM430变频器的通信设置S7-200PLC作为核心控制部件，它有总线访问权，可以读取或改写变频器的状态，控制软起动器的运行状态，从而达到控制和监视设备运行状态的目的。系统采用总线式拓扑结构，两台变频器采用总线接插件连入总线。S7-200选用S7-222CPU，软件采用。采用西门子Profibus屏蔽电缆及9针D形网络连接头。利用S7-222的自由通信口功能，即RS485通信口。由用户程序实现USS协议与两台MM430变频器通信。在硬件连接完毕后，需要对两台MM430变频器的通信参数进行设置，如表1所示。5软件设计在应用设计中，PLC起到“总监总控”的角色，可以对两台变频器的状态进行查询和控制。程序首先将S7-222的通信口初始化为自由通信口方式，然后程序进入一个顺序控制逻辑功能块。控制顺序为：手动起动井水泵，在井水流量满足要求的情况下，自动运行设备冷冻水循环泵和空调冷冻水循环泵。在PLC的程序中设计了井水泵的手动软起动井水泵控制、设备冷冻水循环泵和空调冷冻水循环泵自动定时循环程序；同时设计了设备冷冻水循环泵和空调冷冻水循环泵的手动控制程序。在本系统中采用了变频器自身控制的方法，这样就省去了对PLC的PID算法的编程。6结论本系统设计实际应用运行一个夏季后，得出与上个季度循环水泵电能消耗数据及故障次数如表2所示。数据显示，系统改造后节能达30%以上，并且在春，秋、冬季节空调冷冻水循环泵的节能效果会更加明显，并且故障发生次数大幅下降。因此采用调速调节流量的方式，可以大幅度降低截流能量的损耗，具有显著的节能效果，并能延长水泵的寿命，提高系统运行的稳定性，降低生产成本，提高生产效率。参考文献[1]王仁祥,王小曼.变频器在中央空调中的应用.通用变频器选型,应用与维护.北京:人民邮电出版社,2002:176-202.[2]西门子有限公司.MM430通信设置.MICROMASTER430使用大全..[3]蔡行健.S7-200模块.深入浅出西门子S7-200PLC.北京:北京航空航天出版社,2003:95-125.[4]原魁,刘伟强.变频器基础及应用.北京:冶金工业出版社,2006.[5]罗宇航.流行PLC实用程序及设计(西门子S7-200系列).西安:西安电子科技大学出版社,2004.叮叮猫进士 回答采纳率: 2010-03-24 20:38 随着我国经济的高速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广泛。而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关。随着人们对其要求的提高，电梯得到了快速的发展，其拖动技术已经发展到了变压变频调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。通过对变频器和PLC的合理选择和设计，大大提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯得到了较为理想的控制和运行效果。并利用旋转编码器发出的脉冲信号构成位置反馈，实现电梯的精确位移控制。通过PLC程序设计实现楼层计数、换速信号、开门控制和平层信号的数字控制，取代井道位置检测装置，提高了系统的可靠性和平层精度。该系统具有先进、可靠、经济的特色。该电梯控制系统具有司机运行和无司机运行的功能，并且具有指层、厅召唤、选层、选向等功能和具有集选控制的特点。关键词： 电梯； PLC； 变频调速； 旋转编码器ABSTRACTAs China's rapid economic development, exchange of VVVF technology has entered a new era, its application more widely. The elevator as a modern high-rise building the vertical transport, and is closely related to people's lives, as people raise their requirements, the lift has been the rapid development of its technology has developed to drag the PSA Frequency Control, the logic control Also by the PLC to replace the original control the PLC chip and a reasonable choice and design, Greatly improving the control of the elevator, the elevator and to improve the operation of comfort, so that the lift has been better control and operation results. And using a rotary encoder pulse a position feedback, and lift the precise control of displacement. PLC program designed to achieve through the floor count, for speed signal, to open the door of peace control of the digital control signals to replace Wells Road location detection devices, improving the reliability of the system accuracy of the peace. The system has advanced, reliable and economic elevator control system has run drivers and drivers operating without that manual and automatic features, and with that layer, called the Office for the election of the Commission to function, with election-control : lift ; PLC; VVVF; rotary encoder目 录1 绪论 PLC控制交流变频电梯的简介 电梯控制的国内外发展现状 题目选择的来源与意义 本文所做的主要工作 32 电梯设备的介绍 电梯设备 电梯的分类 电梯的主要参数 电梯的安全保护装置 53 变频器的选择及其参数计算 变频器的分类 变频器的选择 变频器品牌型号的选择 变频器规格的选择 选择变频器应满足的条件 VS-616G5型通用型变频器 变频器有关参数的计算 变频器容量的计算 变频器制动电阻的计算 114 PLC的选择及硬件开发 PLC简介 控制器件的选择 PLC的选择 轿厢位置的检测元件 PLC硬件系统的设计 设计思路 I/O点数的分配及机型的选择 215 系统软件开发 电梯的三个工作状态 电梯的自检状态 电梯的正常工作状态 电梯的强制工作状态 系统的软件开发方法确定 软件设计特点 软件流程 模块化编程 系统的软件开发 电路的开关门运行回路 电梯的外召唤信号的登记消除及显示回路 利用旋转编码器获取楼层信息 呼梯铃控制与故障报警 电梯的消防运行回路 36结 论 38致 谢 39参考文献 40附录 Ⅰ VS-616G5型变频器的常用参数 41附录 Ⅱ VS-616G5变频器主要参数设置表 42附录 Ⅲ 梯形图 43
1 引言 供水系统在人们生活和工业应用当中是必不可少的。随着人们生活水平的提高和现代工业的发展，人们对供水系统的质量和可靠性的要求越来越高。变频能够很好的满足现代供水系统的要求。在变频出现以前，有以下供水方式：(1) 单台恒定转速泵的供水系统这种供水方式是水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，严重影响了城市公用水管管网压力的稳定，水泵整日不停运转。这种系统简单、造价最低，但耗电严重，水压不稳，供水质量极差。(2) 恒定转速泵加水塔（或高位水箱）的供水系统这种供水方式是由水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。水塔注满水后水泵停止工作，水塔水位低于某一高度时水泵启动，水泵处于断续工作状态中。这种方式比前一种省电，供水压力比较稳定，但基建设备投资大，占地面积大，水压不可调，供水质量差。(3)恒定转速泵加气压罐的供水系统这种供水方式是利用封闭的气压罐代替水塔蓄水，通过检测罐内压力来控制水泵的开与停。当罐中压力降到压力下限时，水泵启动；当罐中压力升到压力上限时，水泵停止。这种方式，设备的成本比水塔要低很多。但是电机起动频繁，易造成电机的损坏，能耗大。变频不仅克服了过去供水系统的缺点，而且有其自身的优点。此系统采用了先进的s7－200plc和变频器mm440，具有低廉的价格和强大的指令，可以满足多种多样的小规模的控制要求，变频器mm440具有很高的运行可靠性、功能的多样性和全面而完善的控制功能。这种供水方式不仅提高了供水系统的稳定性和可靠性，而且实现水泵的无级调速，使供水压力能够跟踪系统所需水压，提高了供水质量。同时变频器对水泵采取软启动，启动时冲击电流很小，启动能耗小。2 供水系统的基本特性供水系统的基本特性是水泵在某一转速下扬程h与流量q之间的关系曲线f (q)，前提是供水系统管路中的阀门开度不变。扬程特性所反映的是扬程h与用水流量q之间的关系。由图1的扬程特性表明，流量q越大，扬程h越小。在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量q的大小主要取决于用户的用水情况。管阻特性是以水泵的转速不变为前提，阀门在某一开度下，扬程h与流量q之间的关系h=f (q)。管阻特性反映了水泵转动的能量用来克服水泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。由图1可知，在同一阀门开度下，扬程h越大，流量q也越大，流量q的大小反映了系统的供水能力。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的平衡工作点，如图1中a点。在这一点，用户的用水流量和供水系统的供水流量达到平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。当用水流量和供水流量达到平衡时，扬程ha稳定，供水系统的压力也保持恒定。图1 供水系统的基本特性3 变频恒压供水系统的构成及工作原理 系统的构成变频恒压供水系统采用西门子的plc作为控制器，变频器mm440是频率调节器，和电动机作为执行机构，压力传感器作为控制的反馈元件。plc选用内部控制模块cpu224，模拟量2路输入通用模块、模拟量2路输出通用模块和pid模块。cpu224有14路输入/10路输出，对于小型的控制系统而言够用。pid模块使用方便，在软件中只需要配置pid的每个参数。与mm440的电源输入口连接，经过变频器变频后的交流电接，带动水泵转动。s7-200数字输出口输出控制信号到，两端连接的是工频或变频的，主要起接通或断开与。s7-200的模拟输出口输出控制电压信号给mm440的模拟电压输入口ain1+和ain1-，该控制电压主要调节交流电的频率。压力传感器从供水网络中反馈压力信号，压力信号经过滤波放大后输入给s7-200的模拟输入口。系统的结构如图2所示。图2 变频恒压供水系统的总体框图 系统的工作原理变频恒压供水系统是由三相异步电动机带动水泵旋转来供水，通过变频器调节输入交流电的频率而调节异步电动机的转速，从而改变水泵的出水流量来调节供水系统的压力。因此，供水系统变频的实质是三相异步电动机的变频调速，通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。的转速为：其中： n0为同步转速；n为转子转速；f为异步电机的定子输入交流电的频率；s为异步电机的转差率；p为异步电机的极对数。由上式可知，当异步电机的极对数p不变时，电机转子转速n与定子输入交流电频率f成正比。当系统启动，运行在自动模式时，此时手动模式无效。系统按照给定的水压进行设定，plc根据给定的水压自动调节交流电的频率，精确跟踪给定的供水压力。在用水量高峰时期，系统的用水量猛增，扬程降低，供水量不足，供水水压下降，1#电机输入交流电的频率会升高，以提高供水水压。当交流电的频率达到最大频率，供水水压仍然小于设定的水压时，1#电机会自动切换到工频状态下，同时2#电机启动并工作在变频状态。在夜间，系统的用水量递减，扬程升高，供水量过大，2#电机会退出变频状态，1#电机由工频切换到变频状态，并不断调节交流电频率，系统最终要维持供水的设定压力。当系统运行在手动模式时，自动模式无效。在自动模式出现问题或系统在维护期间时，系统才会采用手动模式。用户根据需要，可以从plc的输入开关输入信号，选择1#电机或2#电机运行在工频状态。变频恒压供水系统的功能要求：系统的供水压力能够准确跟踪给定供水压力（稳态误差在5％内）；可以自动进行自动模式/手动模式切换。系统的控制原理框图如图3所示。压力传感器从供水管网反馈电压信号，电压信号经过滤波放大后送到s7-200的模拟输入口，与给定的供水压力信号比较形成压力偏差信号，经过plc（s7-200）pid模块pi调节后发出控制电压信号，送到变频器mm440的模拟输入调节端口。送到变频器mm440的模拟电压信号与连接到变频器mm440的三相交流电的频率一一对应，调节控制电压信号就可以调节三相交流电的频率。系统是以供水管网的供水压力为控制对象而构成的，其设计是按照两个电机就可以完全满足供水要求。图3 变频恒压供水系统的控制原理框图4 硬件 主电路变频恒压供水系统就是利用异步电机拖动水泵的。系统的主电路由电源开关q、熔断器fu、交流接触器km、kr等组成，采用了一台变频器切换控制两台电机，1#电机和2#电机可以在工频和变频状态下进行切换，交流接触器的通断由s7－200的输出口控制。主电路如图4所示。图4 系统主电路图 控制电路控制电路主要由plc（s7－200）、变频器mm440等组成，plc外围电路接线图如图5所示。总电源开关为q，sb0为plc的程序启动按钮，与plc的输入口相连接，当按下sb0时，为“1”，plc程序启动。k1为系统的自动模式开关，当k1接通时，为“1”，交流接触器km1闭合，系统自动运行。当变频器的频率达到上限频率时，为“1”，1#泵和电机切换到工频状态下，2#泵和电机变频启动。当变频器的频率达到下限频率时，为“1”，2#电机停止运行，1#电机由工频切换到变频状态下。和的状态由变频器输入。k2为系统的手动模式开关，当k2接通时，为“1”，交流接触器km1断开，系统不能自动运行，用户可以根据需要接通k3或k4来选取1#电机或2#电机工频运行。km1为控制1#电机和2#电机在自动模式下运行的交流接触器，km2为控制1#电机在变频下运行的交流接触器，km3为控制1#电机在工频下运行的交流接触器，km4为控制2#电机在变频下运行的交流接触器，km5为控制2#电机在工频下运行的交流接触器。图5 plc外围接线图5 程序设计 plc程序设计plc程序设计的主要流程如图6所示。合上开关q，按下起动按钮sb0，plc程序复位。当合上开关k1，为“1”，系统在自动模式下运行，交流接触器km1接通，系统将根据程序跟踪设定供水压力。图6 主程序流程图当用户用水量递增，变频器达到频率50hz，供水压力还没有达到设定的供水压力时，mm440输出高电平到。此时，为“0”， 为“1”，交流接触器km2断开，km3接通，1#电机由变频切换到工频。定时器计时3s，变频器停止，变频器的频率由最高频率50hz逐渐下降，3s后为“1”，2#电机接到变频器开始变频运行。设置延迟时间主要原因是让变频器的频率下降，软启动静止的2#电机，减小电机启动电流，避免电机烧毁。当用户用水量减小，变频器达到下限频率30hz，供水压力还是高于设定的供水压力时，mm440输出高电平到。此时，为“0”，km2断开，2#电机退出变频并逐渐停止。同时为“1”，为“0”，交流接触器km2接通，km3断开，1#电机由工频切换到变频。下限频率设定在30hz主要原因：在供水系统中，转速过低时会出现水泵的全扬程小于基本扬程（实际扬程）形成水泵“空转”的现象。在多数情况下，下限频率应定为30hz～35hz。当合上开关k2，系统在手动模式下运行，交流接触器km1断开。用户可以根据需要，合上开关k3，交流接触器km3接通，选择1#电机在工频下运行。合上开关k4，交流接触器km5接通，选择2#电机在工频下运行。 变频器mm440的参数配置变频器mm440主要使用的是模拟输入口ain1+和ain1－，模拟电压信号输入后通过得到数字信号。由plc模拟输出口输出模拟控制电压信号，输入到变频器的模拟口，变频器的频率和控制电压一一对应。系统使用变频器的模拟端口，最高频率应该设置为50hz，最低频率为30hz。mm440的参数配置如附表所示。附表 mm440的参数配置6 结束语应用西门子plc（s7－200）内部的pid模块和变频器mm440的无极调速控制恒压供水系统，高效节能，调速供水效果突出，抗干扰能力强。同时采用变频器对电机实行软起动，减少了设备损耗，延长了水泵、电机设备的使用寿命。以供水水压为控制对象的闭环控制，稳态误差小，动态响应快，运行稳定。实验效果表明，采用plc（s7－200）和变频器mm440构成的变频恒压供水系统，具有很强的实用性，体现了变频调速恒压供水的技术优势，为供水领域开辟了切实有效的途径。参考文献[1] 李光,谢欢,王直杰. 高压变频器模拟量控制电路及功能设计[j]. 电气传动自动化,2008,38(7):63-68.[2] 彭旭昀. 一种基于变频器pid功能的plc控制恒压供水系统[j]. 机电工程技术,2005,34(10):54-56.[3] 陈新恩,王永祥. 基于s7-200的变频调速恒压供水系统[j]. 制造业电气,2006,25(6):37-39.[4] 朱玉堂. 变频恒压供水系统的研究开发与应用[d]. 杭州:浙江大学,2005.
锅炉供水系统水质研究论文
1、论文格式的论文题目：（下附署名）要求准确、简练、醒目、新颖。 2、论文格式的目录 目录是论文中主要段落的简表。（短篇论文不必列目录） 3、论文格式的内容提要： 是文章主要内容的摘录，要求短、精、完整。字数少可几十字，多不超过三百字为宜。 4、论文格式的关键词或主题词 关键词是从论文的题名、提要和正文中选取出来的，是对表述论文的中心内容有实质意义的词汇。关键词是用作计算机系统标引论文内容特征的词语，便于信息系统汇集，以供读者检索。每篇论文一般选取3-8个词汇作为关键词，另起一行，排在“提要”的左下方。 主题词是经过规范化的词，在确定主题词时，要对论文进行主题分析，依照标引和组配规则转换成主题词表中的规范词语。（参见《汉语主题词表》和《世界汉语主题词表》）。 5、论文格式的论文正文： （1）引言：引言又称前言、序言和导言，用在论文的开头。引言一般要概括地写出作者意图，说明选题的目的和意义, 并指出论文写作的范围。引言要短小精悍、紧扣主题。 〈2）论文正文：正文是论文的主体，正文应包括论点、论据、论证过程和结论。主体部分包括以下内容： a.提出问题-论点； b.分析问题-论据和论证； c.解决问题-论证方法与步骤； d.结论。 6、论文格式的参考文献 一篇论文的参考文献是将论文在研究和写作中可参考或引证的主要文献资料，列于论文的末尾。参考文献应另起一页，标注方式按《GB7714-87文后参考文献著录规则》进行。 中文：标题--作者--出版物信息（版地、版者、版期） 英文：作者--标题--出版物信息 所列参考文献的要求是： （1）所列参考文献应是正式出版物，以便读者考证。 （2）所列举的参考文献要标明序号、著作或文章的标题、作者、出版物信息。城市水资源可持续利用的方针与对策 摘要：现实情况表明，水资源短缺已越来越成为我国发展的制约因素，另一方面我国在水资源开发利用上还有一定的潜力；如果不尽快把解决水资源短缺的问题全面地提到议事日程上来，我国许多地区特别是城市将面临水危机的严重威胁。这方面，党和政府的方针应是：以节水为先、治污为本、多渠道开源，这是关系到我国社会经济可持续发展的大计。为了进一步贯彻落实上述方针，根据我国城市与节水存在的问题，应采取相应对策及关键技术。 关键词：城市水资源 可持续利用 方针与对策 现实情况表明，水资源短缺已越来越成为我国社会经济发展的制约因素，另一方面我国在水资源开发利用上还有一定的潜力；如果不尽快把解决水资源短缺的问题全面地提到议事日程上来，我国许多地区特别是城市将面临水危机的严重威胁。这方面，党和政府的方针应是：以节水为先、治污为本、多渠道开源，这是关系到我国社会经济可持续发展的大计。为了进一步贯彻落实上述方针，根据我国城市与工业节水存在的问题，应采取相应对策及关键技术。 1对策 把节约用水放在解决我国城市水资源问题的优先地位，并作为一项国策，大力加强节水宣传，增强全民节水意识以节水为先，即将节水作为解决城市水资源问题的基本出发点和首要对策。从水资源可持续利用高度看，节约用水是一项具有战略意义的长期任务，应通过坚持不懈的节水宣传教育，在全民中树立对水资源的忧患意识，使节水成为全民行动和社会风尚，使我国逐步成为节水型社会的国度，其潜在作用是深远的。 应特别注重对儿童和青少年的节水教育，开展多种形式生动活泼的宣传教育活动。 加强全国城市与工业节水工作统一领导与城市与工业节水是一项涉及面广、情况复杂、政策性与技术性极强的工作，应实行在全国水资源主管部门统一领导下的各有关与行业主管部门分工负责的。以克服目前存在的政出多门、管理松驰、无序状态，使节水工作纳入科学的、以全局利益为重的统一协调的管理轨道。 全面制定和实施城市与工业节水规划与计划在科学分析评价全国、各地区和城市水资源条件与用水（节水）状况的基础上，结合社会经济发展要求、城市和工业生产用水特点，自上而下地制定全国及各地区的城市与工业近远期节水规划。规划应明确水资源供需平衡情况、节水目标、节水指标、节水计划与措施。更为重要的是应将节水规划纳入相应的国民经济规划或经济建设发展计划、分步实施。节水规划目标或计划指标应列入相应国民经济序列，定期审查公布。 加强立法，统一制定有关节约用水的、法令和条例规定等，建立相应的节水技术法规体系依法治水管水，是依法治国的重要组成部分。节水的统一立法，是改变目前“多龙治水”、政出多门而又无法可依、管理松驰的无序的状态，将节水工作纳入法制轨道的重要步骤。随节水工作的深入发展，原有技术法规在数量和技术上已日显不足，为此须从我国国情、城市与工业行业实际情况和节水实践经验出发，制定一系列有关节水的技术法规体系，包括标准、规范、规程、方法、指标、规定等，使之与节约用水的有关法律、法令和条例等配套实施，以便将节水工作纳入科学化、制度化的轨道。其中至少应包括：（1）基础性节水技术法规，如名词术语定义，节水考核指标定义、计算方法，节水指标体系等；（2）节水统计数据与考核指标的上报、审核规程及分析评价制度；（3）水量平衡测试方法、规程；（4）企业用水合理化分析评价方法及实施办法；（5）循环用水和冷却塔使用管理规定；（6）城市与工业废水回用（包括中水回用）规定；（7）冷却塔、循环冷却水系统及废水回用（包括中水回用）系统水质指标；（8）节水装置、器具使用规定；节水装置、器具质量审查标准、方法及审查办法。 水资源化，建立科学合理的水费体制水资源市场化是推动节水工作最直接、最有效、最便捷的对策之一。水资源是国有资源，但从市场经济观点看，作为一种特殊商品，应有偿使用。为此应改变传统计划经济用水模式与状态，发挥经济杠杆的作用。其关键是，建立科学合理的城市与工业水费体制，以促进水资源的合理开发与利用。水费体制的建立是水资源市场化的核心，应兼顾水的经济、与社会效益。水费体制包括水费类别、标准（基准）系列及收费制度。应改变目前简单化的水费类别、比较单一的水费标准，建立各种水费类别与标准，全面推行浮动、累进收费制度。水费体制的建立，应在国家有关领导部门统一领导下有计划地逐步推行，应采取系统优化与社会公平原则，应考虑不同地区及其城市的水资源特点，应有利于提高城市供水部门的自我发展能力，促进城市供水事业的发展、水资源利用和水污染防治的良性循环。水费体制的建立是一项社会性、政策性、技术性极强的综合性课题，应专门立项研究。 在工业节水中，研究引入节水机制——激励机制与制约机制目前，在我国绝大多数工业生产中用水成本不及1%，因此在经济杠杆尚不能充分发挥作用之前，在工业节水中引入节水机制具有特殊重要意义。对生产者运用节水鼓励性对策，以激励其节水积极性和创造性，增强其节水的主人翁观念；对生产管理者，通过运用经济杠杆和实行节水计划目标责任制等，以加强约束。这样，可以补充用水（节水）计划管理的不足。工业节水的激励机制和制约机制具有丰富而深刻的内涵，应作为节水管理科学课题，加强研究。 提高工业用水效率提高用水效率是工业节水的核心。从广义上讲，它体现了从提高用水系统的重复利用率、企业改革、发展生产经济规模、生产工艺技术进步、到实行清洁生产和科学管理等所产生的全部节水效果。因此，提高工业用水效率是一项涉及面广、科学技术性强和影响深远的系统工程。它与一个国家经济发展水平的提高同步，不可能一蹴而就。从总体上讲，提高工业用水效率，近期应侧重于系统节水和管理节水，以后应逐步把节水工作的重点转向工艺节水。有关技术措施后述。 鼓励和提倡利用城市污水（处理回用水，包括中水）、其它低质水和海水回用水、低质水和海水的利用，均会在不同程度上受到水质、可利用范围、地点或地域等客观条件的限制，应因地制宜地判别其适宜的技术经济条件，解决好有关技术、经济、政策、管理以至社会问题，应在取得经验的基础上逐步推行。 控制污（废）水对水环境的污染，改善水源水质 以科技为先导，加大城市与工业节水的科技与资金投入城市与工业节水具有丰富的科技内涵。从发展观点看，不加强节水的科技导向和投入，将难以推动节水工作向深入持续方向发展。另一方面，单纯依靠目前节水技术力量也难以承受日益复杂的综合性很强的节水任务。因此，必须提高节水人员素质，加强科学技术力量的横向联合，此外必须加大节水资金投入，注重节水技术经济分析，以提高节水经济效益。上述各项对策是互相关联的整体，采取这些对策是我国城市与工业集约化发展的必由之路。 ;2 关键技术 加强节水技术基础工作技术基础工作薄弱，至今仍是全国、各城市和工业节水系统的突出问题，而加强节水技术基础工作又是作好城市与工业节水工作不可逾越的首当其冲的重要环节。其主要内容有：（1）提高节水基础数据质量节水基础数据直接关系到节水统计、分析、评价是否正确和判断的准确性。这方面须迫切解决的问题是： · 按“国民经济行业分类标准”和相关统计口径，严格进行节水统计中的行业分类； · 统一节水名词术语、节水考核指标、指标计量单位与计算方法； · 通过统一的、上报、汇总和审核，确保统计资料的正确性、完整性和连贯性； · 分析、筛选、审定各水平年（1985、1990、1995、2000年）的基本节水考核指标数据与节水水平。 （2）建立较完整的基础数据库 其中应包括有关水资源开采利用数据、相关宏观指标、城市和行业生产经济技术指标、用水节水统计数据、节水考核指标等，使资源共享。 （3）建立各城市、各工业行业和企业的用水、冷却水、回用水系统技术资料库、冷却塔技术资料库。 完善并加强水量平衡测试工作，开展企业用水合理化分析水量平衡测试是开展企业节水工作的基础。原来的水量平衡测试成果已逐渐失去实际应用价值，应在新方法和规程下定期开展水量平衡测试工作，并切实进行用水合理化分析，判定实际用水效率与节水潜力，为开展企业节水工作提供科学依据。 提高冷却水循环利用率和冷却效率提高冷却水循环利用率和冷却效率是系统节水的主要途径。 应根据有关法规对冷却水循环系统和冷却塔实行科学监督，以提高冷却水循环利用率和冷却效率。按文献规定目标，我国各类城市的有关指标如表1所示。我国各类城市冷却水系统效率指标 表1 指标 Pr（%） Pcy 冷却效率（%） 浓缩倍数 城市类别 2000 2010 一 75 85 85～90 95～97 65～75 75～80 ～ ～ 二 70 80 80～85 92～95 55～65 6～75 ～ ～ 三 65 75 ≥80 ≥90 ≥55 ≥60 ～ ～ 注：城市类别：一类为直辖市、开放城市、重点城市；二类为省会城市，日供水量大于40×104m3/d的城市；三类为其余城市为实现上述目标，须采取的主要技术措施有： · 扩大冷却水循环利用范围，这对大量的小型企业尤为重要； · 关停或改造一批质量或性能不合格的冷却塔； · 开发、推广使用新型、高效（冷却效率＞65%、吹散损失＜～）、低噪音（＜50 dB）冷却塔； · 推行循环冷却水处理，提高冷却水处理率，这是提高冷却效率和浓缩倍的关键； · 全面监测不同地区不同季节冷却塔运行情况，加强运行管理； · 研究开发适合于不同水质条件、气象条件下的水质稳定、杀生和旁流处理技术——处理方法、设备与水处理剂，并分析确定其优化运行技术经济条件； · 研究推广冷却水系统（包括空调系统）的清洗技术，提高冷却效率； · 研究运用高效热交换器及其优化组合技术。 因地制宜地研究推广各种节约循环冷却水量的其它技术如空气冷却、汽化冷却、人工制冷冷却、大气冷源技术和物料换热技术。这些技术在一定条件下可大量减少冷却水量或不用水冷却，具有良好的应用前景。 提高废水回用率对于工业企业，废水回用是仅次于冷却水循环利用的另一个主要节水途径。 目前我国废水回用总水量不过5×108 m3/a，实际回用率很低，为此应采取以下技术措施： · 提高工业废水的回用范围，例如将其用作冷却补给水、锅炉补给水、空调除尘水、洗涤水、清洗水、冲渣（灰）水、熄火降温水和厂区部分生活杂用水等。从一定意义上讲，在工业企业内部进行废水回用比外部污水回用经济可行。 · 研究开发一系列经济实用的工业废水或其它废弃资源的减污排放、处理回收或回用技术。 · 研究开发经济适用、高效的中小型工业废水处理装置，特别是含油、重金属、有毒物质和高浓度有机污染物的废水处理装置，提高这些废水的回用量，以减少污染负荷。 · 研究开发工业回用水系统水质稳定、杀生技术。 · 对工业回用水系统的运行情况实行监控，加强运行管理。 · 扩大城市污（废）水处理回用规模和范围。 扩大城市污（废）水处理回用范围和规模的关键技术措施是： · 结合不同地区和城市的具体情况，进行城市污（废）水回用的技术经济条件分析，确定污（废）水直接回用的范围和规模，作为制定污水回用发展规划的依据； · 制定不同回用水水质标准，研究确定回用水（特别是与人体接触的回用水）安全评价方法；· 研究开发适用于不同地区和条件的适用经济的污（废）水处理特别是深度处理技术及装备；· 研究、推广安全可靠的中水处理技术和设施；· 研究、建立城市、小区和物的分质供水系统，其中城市分质供水系统应与工业企业、市政设施与灌溉分质供水系统相配套； · 污（废）水回用系统的监管技术措施。 从我国城市与工业废水回用发展情况看，除受到废水处理率（包括合格率目前二级生化处理i＜）低和一些客观条件限制外，归根到底将受到经济条件的限制，估计回用率的年递增率会远低于20%。在考虑废水回用时，应考虑对人体健康和生产的影响。 扩大海水、低质水可利用范围，建立各类分质供水系统据估计，我国1995年海水利用总量约为100×108 m3/a，2010年预计达350×108 m3/a，后者还远低于目前日本、美国海水利用水量。为此，要研究经济、有效、安全可靠的海水利用技术，如管路、冷却系统防腐、海生物防治、水质稳定技术及海水淡化技术。应积极研究开发海水循环冷却专用技术以取代海水直流冷却系统，同时应加强相应专门技术研究，如专用水质稳定剂、海水冷却塔等。此外，应开展海水冲厕污水处置问题的研究。 开展工业生产工艺节水技术研究近期可结合工业企业改革、结构调整和技术改造，加快工艺节水步伐。从长远考虑，应注重下列因素对工业节水的影响：（1）经济规模与劳动生产率的提高； （2）生产工艺方法、技术、流程与装备的发展进步； （3）原料路线与政策的改进或改变； （4）清洁生产技术的实施； （5）工业生产的科学管理水平提高； （6）因素变化。 以上因素都可对工业生产用水情况产生深远影响，而且从发展趋势看绝大多数因素的变化都会在不同程度上不断地促进水资源合理利用，减少水污染，致使单位产品（或产值）用水量、取水量逐渐减小，使水环境得以改善。对此，应按行业开展专门研究。 研究开发性能优良的节水器具采用节水器具，一般可节水10%～30%。我国目前节水器具多处于低水平、盲目、重复研制开发状态，近10年来几无进展，质量低劣，因此有必要有组织地进行研究开发，其重点是应用范围广、使用频繁、易造成浪费的用水器具。例如，开发推广小容量（6 L）或无“介质”的成套卫生洁具、限压节流水龙头、延时自闭水龙头、冷热水洗浴水龙头等。应坚持对节水器具的基本要求。 加强对重要节水问题的技术经济分析、研究，提高节水工作水平和节水效益节约用水是关系到资源、环境、人民生活和经济的大事，属跨行业（专业）的综合技术领域。很多节水问题的决择，都须从技术、经济、社会以至政策等方面权衡利弊、得失，而技术经济方法则是在这类问题的多方案比较中取得最佳效果的重要方法和手段。当前，对下列有关节水问题的分析研究具有普遍意义，例如：· 地区或城市范围内，水资源的优化配置；· 地区或城市在长距离调水与节约用水之间的权衡；· 地区或城市节水潜力分析、节水目标的确立、节水基本对策的制定及其定量评价；· 城市节水规划的制定；· 地区、城市或企业范围，循环用水、污（废）水回用及低质水或海水利用中的利弊权衡；· 循环冷却水系统状态优化控制；· 污（废）水回用方式——直接回用与间接回用的选择与协调；· 污（废）水直接回用范围规模与水质指标；· 城市群污（废）水回用与流域污染控制技术分析；· 城市水费体制（水价）研究；· 节约用水技术经济分析方法本身的理论与实践研究
热能与动力工程专业毕业论文（锅炉专业 锅炉的计算机控制 锅炉微机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软、硬件、自动控制、锅炉节 能等几项技术紧密结合的产物，我国现有中、小型锅炉 30 多万台，每年耗煤量占我国原煤 产量的 1/3，大多数锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染等严重的生产状态。提高热效率， 降低耗煤量，用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。 作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、运行，减轻操作人员的劳动 强度。采用微计算机控制，能对锅炉进行过程的自动检测、自动控制等多项功能。 锅炉微机控制系统，一般由以下几部分组成，即由锅炉本体、一次仪表、微机、手自动 切换操作、执行机构及阀、滑差电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧 量、转速等量转换成电压、电流等送入微机，手自动切换操作部分，手动时由操作人员手动 控制， 用操作器控制滑差电机及阀等， 自动时对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。 微机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行，除此以外为保 证锅炉运行的安全，在进行微机系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置 常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，这是必不可少的， 以免锅炉发生重大事故。 控制系统： 锅炉是一个较为复杂的调节对象，它不仅调节量多，而且各种量之间相互联系，相互， 相互制约， 锅炉内部的能量转换机理比较复杂， 所以要对锅炉建立一个较为理想的数学模型 比较困难。为此，把锅炉系统作了简化处理，化分为三个相对独立的调节系统。 当然在某 些系统中还可以细分出其它系统如一次风量控制回路，但是其主要是以下三个部分： 炉膛负压为主调量的特殊燃烧自动调节系统 锅炉燃烧过程有三个任务：给煤控制，给风控制，炉膛负压控制。保持煤气与空气比例 使空气过剩系数在 左右、燃烧过程的经济性、维持炉膛负压，所以锅炉燃烧过程的自 动调节是一个复杂的。对于 3× 锅炉来说燃烧放散高炉煤气，要求是最大限度地利用放 散的高炉煤气，故可按锅炉的最大出力运行，对蒸汽压力不做严格要求；燃烧的经济性也不 做较高的要求。这样锅炉燃烧过程的自动调节简化为炉膛负压为主参数的定煤气流量调节。 炉膛负压 Pf 的大小受引风量、鼓风量与煤气量（压力）三者的影响。炉膛负压太小， 炉膛向外喷火和外泄漏高炉煤气， 危及设备与运行人员的安全。 负压太大， 炉膛漏风量增加， 排烟损失增加，引风机电耗增加。根据多年的人工手动调节摸索， 锅炉的 Pf=100Pa 来进行设计。调节是初始状态先由人工调节空气与煤气比例，达到理想的燃烧状态，在引风 机全开时达到炉膛负压 100Pa，投入自动后，只调节煤气蝶阀，使压力波动下的高炉煤气流 量趋于初始状态的煤气流量，来保持燃烧中高炉煤气与空气比例达到最佳状态。 锅炉水位调节单元 汽包水位是锅炉安全运行的重要参数，水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严 重时会导致蒸汽带水增多，增加在管壁上的结垢和影响蒸汽质量。水位过低，则会破坏水循 环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏汽包。所以其值过高过低都可能造成重 大事故。它的被调量是汽包水位，而调节量则是给水流量，通过对给水流量的调节, 使汽包 内部的物料达到动态平衡， 变化在允许范围之内， 由于锅炉汽包水位对蒸气流量和给水流量 变化的响应呈积极特性。但是在负荷(蒸气流量)急剧增加时，表现却为"逆响应特性"，即所 谓的"虚假水位"，造成这一原因是由于负荷增加时，导致汽包压力下降，使汽包内水的沸点 温度下降，水的沸腾突然加剧，形成大量汽泡，而使水位抬高。 汽包水位控制系统，实质 上是维持锅炉进出水量平衡的系统。 它是以水位作为水量平衡与否的控制指标， 通过调整进 水量的多少来达到进出平衡， 将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近， 以提 高锅炉的蒸发效率，保证生产安全。由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象， 运行中存在虚假水位现象，实际中可根据情况采用水位单冲量、水位蒸汽量双重量和水位、 蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。 除氧器压力和水位调节：除氧器部分均采用单冲量控制方案，单回路的 PID 调节。 监控管理系统： 以上控制系统一般由 PLC 或其它硬件系统完成控制，而在上位机中要完成以下功能： 实时准确检测锅炉的运行参数：为全面 掌握整个系统的运行工况，监控系统将实时监 测并采集锅炉有关的工艺参数、 电气参数、 以及设备的运行状态等。 系统具有丰富的图形库， 通过组态可将锅炉的设备图形连同相关的运行参数显示在画面上； 除此之外， 还能将参数以 列表或分组等形式显示出来。 综合及时发出控制指令： 监控系统根据监测到的锅炉运行数据， 按照设定好的控制策略， 发出控制指令，调节锅炉系统设备的运行，从而保证锅炉高效、可靠运行。 诊断故障与报警管理：主控中 心可以显示、管理、传送锅炉运行的各种报警信号，从 而使锅炉的安全防爆、安全运行等级大大的提高。同时，对报警的档案管理可使业主对于锅 炉运行的各种、弱点等了如指掌。为保证 锅炉系统安全、可靠地运行，监控系统将根据所 监测的参数进行故障诊断，一旦发生故障，监控系统将及时在操作员屏幕上显示报警点。报 警相关的显示功能使用户定义的显示画面与每个点联系起来，这样，当报警发生时，操作员 可立即访问该报警点的详细信息和按照所推荐采取的应急措施进行处理。 记录运行参数： 监控系统的实时数据库将维护锅炉运行参数的历史记录， 另外监控系统 还。设有专门的报警事件日志，用以记录报警／事件信息和操作员的变化等。历史记录的数 据根据操作人员的要求，系统可以显示为瞬时值，也可以为某一段时间内的平均值。历史记 录的数据可有多种显示方式，例如曲线、特定图形、报表等显示方式；此外历史记录的数据 还可以由以为基础的多种应用软件所应用。 计算运行参数： 锅炉运行的某些运行参数不能够直接测量， 如年运行负荷量、 蒸汽耗量、 补水量、冷凝水返回量、设备的累积运行时间等。监控系统提供了丰富的标准处理算法，根 据所测得的运行参数，将这些导出量计算出来。
泵摘要：本文主要介绍了泵的发展历史，泵的分类及生活中常用泵的工作原理及相关应用，并大胆展望了泵的发展方向。关键词：发展史，分类，原理，应用，方向。引言：泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加。泵主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。生活及工业生产中我们已经离不开泵。泵的发展史水的提升对于人类生活和生产都十分重要。古代就已有各种提水器具，例如埃及的链泵(公元前17世纪)，中国的桔槔(公元前17世纪)、辘轳(公元前11世纪)和水车(公元1世纪)。比较著名的还有公元前三世纪，阿基米德发明的螺旋杆，可以平稳连续地将水提至几米高处，其原理仍为现代螺杆泵所利用。公元前200年左右，古希腊工匠克特西比乌斯发明的灭火泵是一种最原始的活塞泵，已具备典型活塞泵的主要元件，但活塞泵只是在出现了蒸汽机之后才得到迅速发展。1840-1850年，美国沃辛顿发明泵缸和蒸汽缸对置的，蒸汽直接作用的活塞泵，标志着现代活塞泵的形成。19世纪是活塞泵发展的高潮时期，当时已用于水压机等多种机械中。然而随着需水量的剧增，从20世纪20年代起，低速的、流量受到很大限制的活塞泵逐渐被高速的离心泵和回转泵所代替。但是在高压小流量领域往复泵仍占有主要地位，尤其是隔膜泵、柱塞泵独具优点，应用日益增多。回转泵的出现与工业上对液体输送的要求日益多样化有关。早在1588年就有了关于四叶片滑片泵的记载，以后陆续出现了其他各种回转泵，但直到19世纪回转泵仍存在泄漏大、磨损大和效率低等缺点。20世纪初，人们解决了转子润滑和密封等问题，并采用高速电动机驱动，适合较高压力、中小流量和各种粘性液体的回转泵才得到迅速发展。回转泵的类型和适宜输送的液体种类之多为其他各类泵所不及。利用离心力输水的想法最早出现在列奥纳多•达芬奇所作的草图中。1689年，法国物理学家帕潘发明了四叶片叶轮的蜗壳离心泵。但更接近于现代离心泵的，则是1818年在美国出现的具有径向直叶片、半开式双吸叶轮和蜗壳的所谓马萨诸塞泵。1851～1875年，带有导叶的多级离心泵相继被发明，使得发展高扬程离心泵成为可能。尽管早在1754年，瑞士数学家欧拉就提出了叶轮式水力机械的基本方程式，奠定了离心泵设计的理论基础，但直到19世纪末，高速电动机的发明使离心泵获得理想动力源之后，它的优越性才得以充分发挥。在英国的雷诺和德国的普夫莱德雷尔等许多学者的理论研究和实践的基础上，离心泵的效率大大提高，它的性能范围和使用领域也日益扩大，已成为现代应用最广、产量最大的泵。泵的分类泵通常按工作原理分容积式泵、动力式泵和其他类型泵，如射流泵、水锤泵、电磁泵、气体升液泵。泵除按工作原理分类外，还可按其他方法分类和命名。例如，按驱动方法可分为电动泵和水轮泵等；按结构可分为单级泵和多级泵；按用途可分为锅炉给水泵和计量泵等；按输送液体的性质可分为水泵、油泵和泥浆泵等。泵的工作原理容积式泵容积式泵在一定转速或往复次数下的流量是一定的，几乎不随压力而改变；往复泵的流量和压力有较大脉动，需要采取相应的消减脉动措施；回转泵一般无脉动或只有小的脉动；具有自吸能力，泵启动后即能抽除管路中的空气吸入液体；启动泵时必须将排出管路阀门完全打开；往复泵适用于高压力和小流量；回转泵适用于中小流量和较高压力；往复泵适宜输送清洁的液体或气液混合物。总的来说，容积泵的效率高于动力式泵。 动力式泵靠快速旋转的叶轮对液体的作用力，将机械能传递给液体，使其动能和压力能增加，然后再通过泵缸，将大部分动能转换为压力能而实现输送。动力式泵又称叶轮式泵或叶片式泵。离心泵是最常见的动力式泵。动力式泵动力式泵在一定转速下产生的扬程有一限定值，扬程随流量而改变；工作稳定，输送连续，流量和压力无脉动；一般无自吸能力，需要将泵先灌满液体或将管路抽成真空后才能开始工作 ；适用性能范围广；适宜输送粘度很小的清洁液体，特殊设计的泵可输送泥浆、污水等或水输固体物。动力式泵主要用于给水、排水、灌溉、流程液体输送、电站蓄能、液压传动和船舶喷射推进等。其他其他类型的泵是指以另外的方式传递能量的一类泵。例如射流泵是依靠高速喷射出的工作流体 ，将需要输送的流体吸入泵内，并通过两种流体混合进行动量交换来传递能量；水锤泵是利用流动中的水被突然制动时产生的能量，使其中的一部分水压升到一定高度；电磁泵是使通电的液态金属在电磁力作用下 ，产生流动而实现输送；气体升液泵通过导管将压缩空气或其他压缩气体送至液体的最底层处，使之形成较液体轻的气液混合流体，再借管外液体的压力将混合流体压升上来。4. 泵在生产生活中的应用不锈钢冲压离心泵在用水系统中的应用不锈钢冲压离心泵 ，液控阀门校验泵站 ，主要用于小流量、高扬程的用水系统，如饮用水供应系统、压力锅炉供水系统、高纯度净水系统以及医药、食品、精细化工、造纸等行业的冲洗、喷洒等工艺过程。国家经贸委节能信息传播中心最近将不锈钢冲压离心泵列入“最佳节能实践案例研究”，并对该设备的应用及效益进行了分析。据了解，传统铸造泵是通过制模、灌模、机械加工等复杂工艺制造，耗电、耗料、劳动强度大，严重污染环境，并且无法铸造出口宽度窄的小流量的叶轮。不锈钢冲压离心泵是采用冲压、焊接工艺制造，取代了传统的铸造工艺。泵体生产可节省材料70%以上，效率提高3%-5%，较易实现机械化与自动化批量生产，减少环境污染，减轻劳动强度。对于冲压离心泵生产厂家，生产2082台不锈钢冲压离心泵，新工艺比传统工艺节约不锈钢材料吨，降低铸造电耗7634千瓦小时。对于洗瓶灌装机的用户，在满足生产要求的情况下，水泵的实际运行功率也从原来的千瓦下降到千瓦，每台节电。此外，由于该泵的重量轻、体积小、整体结构合理、维护方便，也减少了维护费用。根据国家统计局和中国机械工业联合会的统计数据，全国铸造泵类年需求量为457万台，合金铸造小流量泵每年需求在38万台以上。不锈钢冲压离心泵因其外形轻巧美观、效率高且价格比铸造泵低，是进口泵的一半，具有显著的经济效益，应用范围广，市场前景广阔。液压水锤泵原理及推广应用实例液压水锤泵的工作原理和提水性能液压水锤泵自动供水设备是利用液压冲击原理和液压传动原理设计制造的水力能量升级转换装置，主机设备由脉冲发生器、能量耦合器和蓄能器三个组件构成。它是一种新式微型水力站的主机设备，这种水力泵实质上是利用水力能量传输特性的特种往复泵或泵组，在整体上构成特殊型式的变容式水力机械。在液压系统中，由于某种原因，液体压力瞬间突然升高，产生很高的压力峰值，这种现象称为液压冲击。液压冲击的峰值压力往往比正常压力高出许多倍。水锤泵利用的就是液压冲击原理，即水流在正常流动的过程中，突然关闭出水口阀门，就会在泵体内产生很大的冲击力。利用这个冲击力，就可以把水送到高处。液压冲击是非定常流动，压力波以速度C沿进水动力管道（长引水管）来回传播。在水锤泵设计中，一般都是利用阀门突然关闭后管道压力最大升高量ΔP作为泵的扬水动力。由于液压冲击为一衰减过程，故研究压力升高第一波传至管道入口时的情况。假定管道断面积为A，管长为L，管道液体的初始流速为V，液体密度为ρ，压力波从排水冲击阀门传至上游供水池的进水口的时间为T，对这段时间运用动量方程：ΔP•A•T=ρALV所以 ΔP=ρLV/ T=CρV式中C=L/T，为压力波在水中的传播速度，取C=1400m/s。可以计算水从2m高处经长引水管进入水锤泵后，突然关闭排水冲击阀门产生的最大升高压力ΔP，并由能量守恒定律求水流初始速度V：mgh=mV•V/2，则 V=(2gh)(2**2)≈所以,突然关闭冲击阀门时产生的最大升高压力ΔP为:ΔP= CρV=1400*1000*再计算把水提升100米所需的压力P：P=ρgh=1000**100=可以看出ΔP远大于P，所以从理论上说，利用液压冲击原理，将2米落差水流的一部分水量通过水锤泵提升到百米的高处是不成问题的。简单地说，泵装置由泵室、泵座、蓄能器所组成。泵室中有两个阀：一个是排水冲击阀W，一个是输水阀D，双阀构成一个组合自动阀件。组合自动阀件在落差水流作用下自动启闭产生液压脉冲：由进水管引来的水进入冲击阀W后泄流。当泄流流速达到设计值，冲击阀W突然关闭，因此产生一个升压波，在此高压力下输水阀D开启，一部分运动着的水流入空气罐，然后再从空气罐流向使用点或高位蓄水池。进水管的质量流量的动能由于输水而耗尽，使水暂时停止。此时压力波衰减，输水阀D由于上下压差而自动关闭。由于进水管路和水柱的弹性，在扬水冲击减弱以后，水柱朝流动方向微微往后摆动，于是在泵壳内就出现了负压，促使冲击阀W自行打开。冲击阀W开启继续泄流，然后，不断重复以上过程进行提水。为了获得连续和均匀的流量，在输水侧装置了集水器，也称蓄能器。因此，水锤泵在结构上也就由蓄能器和组合自动阀件二大核心部件组成。泵结构最重要的往复运动部件是冲击阀与输水阀的构造及其特性。通过改进自动阀门可以改进泵的工作性能。水锤泵是在无人控制的条件下工作的，所以要求各零部件的运动及时准确和安全可靠。据资料介绍，水锤泵的冲击阀开关次数最好不少于40次/分。从水锤泵的工作过程可以看出，要使泵正常工作，设计生产一种能够自动启闭，反应迅速的组合阀件至关重要。水锤泵液压冲击公式为：△P=CρV=LV/t，式中△P为冲击压力；L为冲击波传播距离；V为冲击前进水管内平均流速；t为冲击阀阀门关闭时间。从公式可以看出，要提高液压冲击的压力，必须提高冲击前进水管内平均流速V，缩短冲击阀阀门关闭时间t，及增大冲击波传播距离L。在水锤泵站已建成的先决条件下（ H、L、V三者已定），要产生明显的液压冲击并兼顾泵站效率，主要靠减少冲击阀阀门关闭时间t。|^7水锤泵组合自动阀件是两个特殊的专用阀门，其操作动力只有水流的脉动力和其自重。从自动阀门的力学分析可以看出，冲击阀阀门的关闭时间主要取决于有无增速机构、垫胶的弹力、阀盘的重量和出水口的流速等因素。冲击阀阀门的开启时间主要取决于泵壳内负压、垫胶的回弹力、阀盘的重量和出水口的流速等因素。武汉润泽水利技术中心研制的液压水锤泵，其自动冲击阀门在构造上可自启闭且不采用轴承，并力求防止阀杆的磨损。另外，为防止冲击阀关闭时产生的冲击和振动，在构造上采用了缓冲结构，因此泵壳内的冲击力、与泵连接的进水管道作用的应力，以及作用于基础的冲击力均很小。在进行研制开发时，采用特征线法对液压冲击和柔性水锤进行电算分析，并从材料和强度方面进行了综合的实验研究和理论分析。液压水锤泵通过水力能量传输特性的合理设计来加大能流密度，精准设计脉冲发生组件液压冲击波的脉冲泵水作用，加快液压水锤泵缷载及加载，从而使脉冲发生组件自动冲击阀门（包含辅助增速阀盘装置）实现每分钟30到300次开关频率，达到中高频运转。落差水流从1至7米高处的进水池（泵站供水池），再经长引水管进入底座为泵室灌水，一直灌到进水池的水平面高度，这时自动阀门是关闭的。为了启动水锤泵，须用手多次打开冲击阀W，以进一步增加蓄能器内的空气室压头。当空气室压力达到落差的3倍左右，则进水管水柱回摆所产生的压强足以使输出阀自行打开，并使水锤泵动作起来。这时，空气室压头不断增加，一直上升到输水管出口顶端的压头值，然后压头基本稳定下来。在扬程压头较高时，一般蓄能器的空气室中的空气渐渐被高压水吸收，使空气室最终不起作用，压力峰值不断升高并会造成机械事故。因此，高扬程应用时需要对水锤泵重新设计液压蓄能器部件，主要是采用气囊式蓄能器,或者采取措施对空气罐人工补气或自动补气。落差水源的水头和流量是泵扬程和扬水量的重要决定因素之一。另外，泵工作性能还受到引水管安装角度、引水管和扬水管口径及长度、冲击阀开关次数等因素的影响。经过多次工程试验和现场安装应用测试，得到以下几个经验公式：①、扬程h与水流落差H的关系：h/H=10-50；②、将液压水锤泵作为动力机和水泵的联合体来考虑，其效率可由下式定义：η=qh/（QH）η为泵效率；q为扬水流量；h为扬水高度；Q为进水管来水流量；H为落差水头。泵效率的经验公式：1、η=（）（（h-H）/H）（h-H）/H=3-17（采用各类空气罐作液压蓄能器）2、90%≥η≥60%， （h-H）/H=2～49（采用隔膜式蓄能器作液压蓄能器）③、水锤泵扬水量q：q=ηHQ/（h-H+ηH）④、引水管长度L： L=7-12H（随落差水头大小相应变化取值）⑤、引水管安装角度α：仰角要大于5°，小于20°，以7°-15°为最佳安装角度。⑥、引水管口径D： D=(60Q)（Q是进泵水源的常年保证流量）⑦、扬水管口径d: d=（随扬程落差比h/H相应变化取值）水锤泵性能的主要技术指标是功率及其效率，但由于受到安装的场所、地形条件及水源等的限制，设计时还应对供给水量、水头、进水管长度、扬水高度和扬水流量等，综合地考虑各种因素进行设计。据资料显示，国外水锤泵的工作寿命最长可达100年以上，其易损件仅为橡胶垫、密封件、螺栓等。液压水锤泵使用带来的优点1、液压水锤泵通过水力能量传输特性的合理设计来加大能流密度，精准设计脉冲发生组件液压冲击波的脉冲泵水作用，加快液压水锤泵缷载及加载，从而使脉冲发生组件自动冲击阀门（包含辅助增速阀盘装置）实现每分钟30到300次开关频率，达到中高频运转。?.据资料介绍，水锤泵自动冲击阀门的开关频率最好不少于每分钟40次。工程应用的资料表明，国内同类产品一般运行频率较低（引进德国BIL系列水锤泵只有每分钟20—40次，不超过每分钟60次）。2、运行噪音小，新型RZ-50饮水型液压水锤泵运转噪音小于80分贝，国内同类新产品（如引进德国BIL系列水锤泵）运转噪音高达105-130分贝。3、“液压水锤泵”采用不锈钢等耐蚀材料制造蓄能器筒体，以免水锤泵微型水力站的提升水流遭受铁锈污染。4、液压蓄能器有效容积可通过（含手动）充气装置等简单措施得到有效保证，特别是长年运行中不会丧失气室容积和储能量；液压蓄能器的补气不需要泄空补气，不会造成水锤泵停机。国内同类产品（如引进德国BIL系列水锤泵），大多采用的蓄能器为半蓄能器（没有气体预压缩措施的蓄能器），泄空补气时会造成水锤泵停机。5、液压蓄能器组件采取等温加载循环工作方式，由脉冲发生组件自动冲击阀门的中高频快速加载工作所可能造成的液压蓄能器气室中的热力损失得到降低，并取消了常规水锤消除器（系气囊式蓄能器，采用绝热加载循环工作方式）筒体内表面的聚丙烯套隔离部件，降低了加工工艺难度和制造成本。6、“液压水锤泵”，全称“组件式复合液压传动型水锤泵”，由脉冲发生组件、能量耦合组件和蓄能组件这三部分构成。液压水锤泵采用能量耦合组件作为特殊能量转换器实现能量耦合，可以实现直流/交流液压工作方式转换。液压水锤泵自动供水设备—新型RZ系列饮水型液压水锤泵是利用液压冲击原理和液压传动原理设计制造的水力能量升级转换装置。故液压水锤泵设计原理有别于单一采用水锤原理的传统水锤泵。5. 泵的发展趋势泵的技术发展一如其他产业的发展一样，是由市场需求的推动取得的。如今，历史已进入到二十一世纪，人们在以环保、电子等领域高科技发展及世界可持续发展为主所产生的巨大需求的大背景下，对于包括泵行业在内的许多行业或领域都带来了技术的飞速变革和发展。泵的技术发展趋势，主要有以下几个方向：（1）产品的多元化产品的生命力在于市场的需求。如今的市场需求正是要求有各自的特色特点，做到与众不同；正是这一点，造就了泵产品的多元化趋势。它的多元性主要体现在泵输送介质的多样性、产品结构的差异性和运行要求的不同性等几个方面。从输送介质的多样性来看，最早泵的输送对象为单一的水及其它可流动的液体、气体或浆体到现在可输送固液混合物、气液混合物、固液气混合物，直至输送活的物体如土豆、鱼等等。不同的输送对象对于泵的内部结构要求均不同。除了输送对象对泵的结构有不同要求外，在泵的安装形式、管道布置形式、维护维修等方面对泵的内在或外在的结构提出新要求。同时，各个生产厂商，在结构的设计上又加入了各自企业的理念，更加提高了泵结构的多元化程度。基于可持续发展和环保的总体背景，泵的运行环境对泵的设计又提出了众多的要求，如泄漏减少、噪声振动降低、可靠性增加、寿命延长等等均对泵的设计提出了不同的侧重点或几个着重点并行均需考虑，也必然形成泵的多元化形式。（2）泵设计水平提升与制造技术优化的有机结合进入信息时代的今天，泵的设计人员早已经利用计算机技术来进行产品的开发设计（如CAD的利用），大大提高了设计本身的速度，缩短了产品设计的周期。而在生产为主的制造当中，以数控技术CAM为代表的制造技术业已深入到泵的生产当中。但是，从目前国内的情况看，数控技术CAM主要应用在批量产品的生产上。对于单件或小批的生产，目前CAM技术尚未在泵行业当中普遍实施，单件小批的生产仍旧以传统生产设备为主。由于市场要求生产厂商的货期尽可能缩短，尤其对于特殊产品（针对用户要求生产的产品）供货周期缩短，必然要求泵的生产企业加速利用CAM技术，甚至是计算机集成制造系统（CIMS）、柔性制造（FMC和FMS）对从设计到制造模具、零件加工等各环节协调一致处理，保证一但设计完成，产品零部件的加工也是趋于同期完成，以确保缩短产品的生产周期。与此同时，除利用计算机制图外，还将在计算机这个载体上实现产品的强度分析、可靠性预估和三维立体设计，将原来需要在生产中发现和解决的工艺问题和局部结构问题及装配性问题等方面提到生产前进行防范，缩短产品的试制期。（3）产品的标准化与模块化在产品出现多元化的同时，泵作为通用产品，总体总量依旧巨大。在市场中，除出现技术性竞争外，产品的价格竞争尤其是通用化产品的价格竞争是必然趋势。在产品出现多元化的趋势下，要实现产品价格的竞争优势，提高产品零部件的标准化程度，实现产品零部件的模块化是必须的。在众多零部件实现模块化后，通过不同模块的组合或改变个别零件的特性，以实现产品的多元化。同时，只有当零部件标准化程度提高后才有可能基于产品的多元化基础上实际规模化的零部件生产，用以降低产品的生产成本和形成产品的价格竞争优势，也可以在产品多元化的基础上进一步地缩短产品的交货周期。（4） 泵内在特性的提升与追求外在特性所谓泵的内在特性是指包括产品性能、零部件质量、整机装配质量、外观质量等在内的产品固有特性，或者简称之为品质。在这一点上，是目前许多泵生产厂商所关注的也是努力在提高、改进的方面。而实际上，我们可以发现，有许多的产品在工厂检测符合发至使用单位运行后，往往达不到工厂出厂检测的效果，发生诸如过载、噪声增大，使用达不到要求或寿命降低等等方面的问题；而泵在实际当中所处的运行点或运行特征，我们称之为泵的外在特性或系统特性。技术人员在进行产品设计时，为提高某一产品的百分之一效率常常花费不少心思；而泵运行如果偏离设计的高效点，实际运行的效率远不止降低百分之一。现在，泵生产厂家同时为用户配套包括变频在内的控制设备及成套设备，实际上已介入到泵的外在特性的追求上了。在此基础上，再关注泵的集中控制系统，提高整个泵及泵站运行效率，则是在泵外特性的追求上更上一层楼。从销售角度看，推销产品即是在推销泵的内在特性；而关注泵的外特性则是生产厂商不仅是推销产品，而是在推销泵站（成套项目）。从使用角度看，好的产品必定是适合运行环境的产品而非出厂检测判别的产品。（5）机电一体化的进一步发展正如科学技术的发展一样，现阶段科技领域中交叉学科、边缘学科越来越丰富，跨学科的共同研究是十分普遍的事情，作为泵产品的技术发展亦是如此。以屏蔽式泵为例，取消泵的轴封问题，必须从电机结构开始，单局限于泵本身是没有办法实现的；解决泵的噪声问题，除解决泵的流态和振动外，同时需要解决电机风叶的噪声和电磁场的噪声；提高潜水泵的可靠性，必须在潜水电机内加设诸如泄漏保护、过载保护等措施；提高泵的运行效率，须借助于控制技术的运用等等。这些无一不说明要发展泵技术水平，必须从配套的电机、控制技术等方面同时着手，综合考虑，最大限度地提升机电一体化综合水平。参考文献[1] 李云，姜培正主编，过程流体机械. 北京：化学工业出版社，2009[2] 孙启才，金鼎五主编，离心机原理结构与设计计算. 北京：机械工业出版社，1987.[3] 关醒凡主编，现代泵技术手册，北京：宇航出版社，1995.