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东北石油大学本科生毕业设计（论文） 第2章 恒压供水原理及工艺
2.1 系统的组成和基本工作原理
变频恒压供水系统主要由供水控制系统、稳压泵组、稳压气压罐等组成。系统控制示意图如图2-1所示：
供水控制系统PLC FX2N4DA变频器执行机构4AD隔膜式气压罐浮球液位开关水源泵组至用户图2-1 变频恒压供水系统控制示意图
供水控制系统：主要由交流变频调速器、可编程控制器、外围操作执行机构及保护电路、压力传感器、蓄水池液位控制器（水源缺水保护用）等组成。
稳压泵组：稳压泵组主要由三台主泵和一个变频泵构成，三台主泵按照“先启先停”、“备用自投”运行，其变频泵供水扬程大于或等于主泵的供水扬程。它只在管网用户流量需求变化时自动投入变频运行，维持管网的压力，补充小流量用水或管网的渗漏，同时使主泵在管网小流量和零流量时处于停机状态。
气压罐：气压罐是一种密闭容器。大流量供水时，由水泵加压，罐内贮存的气体被压缩；在小流量或零流量供水时，被压缩气体泄压膨胀，将贮存在罐内的水压输入配水管网，补充用户的小流量用水或管网的渗漏，同时使主泵在小流量和零流量用水时处于停机状态。
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东北石油大学本科生毕业设计（论文） 系统由水泵机组、变频柜、压力仪表、管路系统等构成。变频柜由变频器，PLC低压电器等构成。系统控制25KW水泵4台。
变频恒压供水自动控制系统工作原理如下：
PLC的数据寄存器给出供水压力设定值，由 FX2N-4DA转换为模拟量的形式送入变频器PID调节器输入口AI1+、 AI1-，压力传感器反馈的水压信号直接送入变频器自带的PID调节器输入口AI2+、AI2-，变频器根据PID调节器调整变频水泵电机的电源频率，进而调整水泵的转速。
系统正常运行时，用户用水管网上的压力传感器对用户的用水水压进行数据采样，并将压力信号转换为电压信号，通过FX2N-4AD，PLC每秒钟从4AD采集5次数据，并把这5次数据的平均值求出，然后与用户设定的压力值的分界值进行比较运算，计算出工频泵启动台数信号。
通过对工频泵的启动和停止台数及变频泵转速的调节，及变频器对变频泵转速的调节，将用户管网中的水压稳定于用户预先设定的压力值，使供水泵组“提升”的水量与用户管网不断变化的用水量保持一致，达到“变量恒压供水”的目的。
由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存贮容量的要求和对PID算法的编程，而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑，稳定。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试非常简单、方便。
2.2 系统框图及工作模式
如图2-2所示，有两种工作模式，其工作情况如下：
手动模式：按工作人员的自由操作，可以只启动水泵电机组的任何水泵电机。 自动模式：当无液位浮力开关信号（为OFF）时，此系统水泵电机处于停机状态。当液位浮力开关有信号（为ON）时，先启动变频水泵电机；如果供水不足时，再启动1台主泵，变频水泵电机起着对流量调节，在运行过程中水泵电机按照“先启先停”、“备用自投”运行；如果还是供水不足时，启动2台主泵，变频水泵电机起着对流量调节；在运行过程中水泵电机按照“先启先停”、“备用自投”运行；如果还是供水不足时，3台主泵都启动，变频水泵电机起着对流量调节。若用水量减少，按启泵顺序依次停止工频泵，直到最后1台泵变频恒压。
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东北石油大学本科生毕业设计（论文） 变频器变频水泵4 DA压力传感器4 ADPLC1# 水泵2# 水泵水位信号手动／自动 开关传统低压电器设备3# 水泵 图2-2 变频恒压供水系统控制框图
恒压供水控制系统将交流变频调速技术、可编程控制技术应用于水泵自动控制设备中，与水泵组相结合为电一体化供水装置。该系统可根据管网瞬时压力变化，自动调节某台水泵电机的转速和多台水泵电机的投入和退出运行，满足用户恒压变量供水及变压变量供水的需要，使供水管压力保持恒定。
2.3 主要元器件选型
器件：使用国产配置（功率：30KW，电流：62A）。
表2-1 器件列表
器件名称 可编程控制器 变频器 PLC数模转化模块 PLC模数转化模块 空气开关 交流接触器 热继电器 压力传感器 中间继电器 万能转换开关 旋钮 红按钮 红指示灯 绿指示灯 熔断器 数量 1 1 1 1 3 4 3 1 2 1 3 3 5 4 1 货品型号规格 FX2N -32MR-001 ATV38(施耐德) FX2N-4DA FX2N-4AD DZ47-63/3P-50A CJ-X1-45/22-220V 3U-A59/25-40A YYB-ES（钱江仪器仪表厂） JZ-C1-22V LW112 LAY37-NED1 LAY16-A-01R AD16-22R31 AD16-22G31 HG30-32 6
东北石油大学本科生毕业设计（论文） 续表2-1
熔芯 电流表 电压表 电流互感器 液位控制器 接线端子 接线端子 浮动开关 控制柜壳 1 1 1 1 2 5 13 1 1 RT14-10A 6L2-100/5A 6L2-450V LMK-0.66-100/5A 61F-GP-N(欧姆龙) JH9-15A JH9-100A GSK-1B(精士) 1200*600*370
2.4 该系统的特点
①结构紧凑，体积小，占地少，毋须建造高位水箱或水塔，投资省，安装快，便于集中管理。
②采用进口变频器及相关元器件，设计合理，操作简便，性能可靠，全自动运行无人值守。
③具备多种故障显示及备查记录，完善的欠压、过压、过流、过载、短路、缺相、水源缺水自动保护停机等保护功能，使用安全，维护简便。
④自由设定管网压力，按实际用水量来调节水泵转速，使其始终处于高效运转状态；采用多台小功率水泵电机成泵组代替大功率泵更能适合流量的急剧变化，避免“大马拉小车”现象，节能效果更为显著。与恒速泵供水相比，消除了超压和回流的无功损耗。
⑤由变频器或软起动器实现水泵软起动软停止，使电网和管网免受冲击；无水锤现象，大大降低设备运行噪音，延长相关设备的使用寿命。
⑥多台泵有多种循环运行方式，均衡各泵运行时间，避免其中某台水泵因闲置而锈蚀。
⑦直接向用户供水，水质无二次污染。
⑧品种规格齐全，可任意组合配套，应用范围广。
⑨控制程序化，可按用户需要实现多种控制方式。例如：定时开关系统、消防联动、小流量和零流量自动关机睡眠、上位机集中管理等。
⑩管网常压供水，可避免外露管路冻裂；可按需要任意调节设备供水压力，满足用水高峰期建筑顶层的水压要求。
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