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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 城市恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)與節(jié)能
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本供水系統(tǒng)當(dāng)今流行的模糊PID控制器理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用獨(dú)立的變頻器控制獨(dú)立的水泵電機(jī)，節(jié)能效果將更加明顯，當(dāng)用戶需要一個(gè)比較大的水壓值時(shí)，可以同時(shí)啟動(dòng)多臺(tái)水泵，使水壓值很快達(dá)到設(shè)定的壓力值，控制精度及可靠性、安全性方面得到很大地提高。從長(zhǎng)期的角度來看，多臺(tái)變頻器所節(jié)省下來的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了所增加的變頻器的成本，此系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功，將可廣泛應(yīng)用在社會(huì)中的各個(gè)方面，如高樓大廈等場(chǎng)所，具有很大的市場(chǎng)推廣價(jià)值。
- 詳細(xì)介紹：
- 本文是針對(duì)傳統(tǒng)恒壓供水系統(tǒng)的不足，提出了一種更為先進(jìn)可靠的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的恒壓供水系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)水泵來進(jìn)行控制的，剛開始只能拖動(dòng)一臺(tái)水泵，當(dāng)這臺(tái)達(dá)到工頻后，則依次拖動(dòng)其他水泵，這個(gè)過程當(dāng)中，由于變頻切換到工頻工作，除變頻節(jié)能效果不明顯外，會(huì)給管網(wǎng)壓值帶來沖擊，時(shí)間久了，存在一定的安全隱患，容易損壞器件，可調(diào)恒壓值的范圍很小，當(dāng)所要設(shè)置的壓力值不在可調(diào)范圍內(nèi)，需要重新改造系統(tǒng)，極為不方便。如今，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工控產(chǎn)品的成本越來越低，以及“綠色環(huán)保，節(jié)能增效”的思想越來越深入人心，設(shè)計(jì)出一個(gè)先進(jìn)而更加節(jié)能的系統(tǒng)顯得尤為重要。本文就是在這樣的基礎(chǔ)上，采用多臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)水泵電機(jī)變頻運(yùn)行，用模糊PID控制器作為系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，對(duì)用戶管網(wǎng)電壓進(jìn)行精確的控制。 我們對(duì)系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)及控制流程進(jìn)行的研究，并給出了相關(guān)的上位機(jī)模擬?？傮w思路是：通過壓力傳感器采集過來的管網(wǎng)壓力信號(hào)經(jīng)模糊PID控制器處理后傳送給變頻器，變頻器根據(jù)壓力大小調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變水泵性能曲線來實(shí)現(xiàn)水泵的流量調(diào)節(jié)，保證管網(wǎng)壓力恒定。系統(tǒng)包括硬件部分和軟件部分，硬件部分由PLC、變頻器、PC監(jiān)控機(jī)、傳感器、壓力變送器等構(gòu)成，軟件部分包括上位機(jī)的監(jiān)控軟件或者觸摸屏監(jiān)控、PLC控制程序等。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市對(duì)供水質(zhì)量和供水可靠性的要求不斷提高，利用先進(jìn)的智能技術(shù)，設(shè)計(jì)高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的供水系統(tǒng)成必然趨勢(shì)。傳統(tǒng)供水的控制方法存在許多弊端，主要表現(xiàn)在: 1、能源浪費(fèi)較大。當(dāng)流量減少，減小閥門開度時(shí)，電機(jī)仍然在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，有相當(dāng)一部分能量消耗在水流與擋板的阻力之上。 2、電機(jī)在起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)時(shí)間用不了1秒，在這1秒的時(shí)間內(nèi)，管道內(nèi)的水流量從零迅速增至額定流量，流量的急劇變化在管道內(nèi)產(chǎn)生過高或過低的壓力，產(chǎn)生所謂的“水錘效應(yīng)”。 采用變頻調(diào)速技術(shù)可改善起動(dòng)性能及運(yùn)行特性，提高電力系統(tǒng)的系統(tǒng)效率。我們?cè)O(shè)計(jì)的方案是:多臺(tái)電機(jī)均帶變頻控制，即水泵獨(dú)立變頻控制系統(tǒng)，反饋控制信號(hào)串接在多臺(tái)變頻器上，進(jìn)行恒壓供水。每臺(tái)智能變頻控制器獨(dú)立控制一臺(tái)水泵，水泵的工作方式更加的靈活，能在流量極度變化下保持恒壓，使水泵工作狀態(tài)切換時(shí)用戶管網(wǎng)水壓波動(dòng)更小，供水質(zhì)量更高。系統(tǒng)的可靠性和安全性大大的增強(qiáng)。每個(gè)水泵都是軟啟動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)和用水管網(wǎng)的沖擊小，節(jié)能效果將會(huì)更加的明顯。 主要技術(shù)指標(biāo)：水泵獨(dú)立變頻控制，采用模糊PID控制器，使恒壓供水系統(tǒng)中的水壓始終維持在一定的誤差范圍之內(nèi)，具有很好的魯棒性。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品采用獨(dú)立的變頻器控制獨(dú)立的水泵電機(jī)，水泵的工作方式更加的靈活，能在流量極度變化下保持恒壓，使系統(tǒng)的可靠性和安全性大大的增強(qiáng)。每個(gè)水泵都是軟啟動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)和用水泵工作狀態(tài)切換時(shí)用戶管網(wǎng)水壓波動(dòng)更小，供水質(zhì)量更高，水管網(wǎng)的沖擊小。 在多個(gè)水泵并聯(lián)獨(dú)立變頻恒壓的供水情況下，當(dāng)用水流量下降，變頻調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速下降(變頻器供電頻率下降)；當(dāng)頻率下降到零流量的時(shí)候，變頻供水控制器發(fā)出一個(gè)指令，自動(dòng)關(guān)閉一臺(tái)變頻泵使之超出并聯(lián)供水。為了減少變頻泵自動(dòng)投入或超出時(shí)的沖擊(水力的或電流的沖擊)。上述頻率自動(dòng)上升，下降由供水變頻控制器控制。 此外，本作品還分析了目前普遍采用的PID算法的不足，針對(duì)供水系統(tǒng)的時(shí)滯非線性，新的系統(tǒng)采用模糊PID控制策略，控制速度提高5-10s，而且能夠消除控制過程中的靜差，提高了控制精度。新設(shè)計(jì)的城市恒壓獨(dú)立變頻控制系統(tǒng)的采用，將會(huì)大大減少供水工程中能源耗損，提高供水系統(tǒng)的安全性可靠性。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 由于此課題是新的課題，暫時(shí)沒有獲得獎(jiǎng)項(xiàng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室研究階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫時(shí)無(wú)
作品可展示的形式
- 模型、圖紙、圖片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本作品恒壓獨(dú)立變頻供水系統(tǒng)的核心是變頻調(diào)速調(diào)節(jié)，水泵轉(zhuǎn)速升高，供水流量增加；轉(zhuǎn)速下降，流量降低。對(duì)于用水流量經(jīng)常變化的場(chǎng)合(例如生活用水)，采用調(diào)速調(diào)節(jié)流量，具有優(yōu)良的節(jié)能效果。變頻恒壓供水節(jié)能的效果主要取決于用水流量的變化情況及水泵的合理選配，為了使變頻恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果，變頻恒壓供水宜采用多泵并聯(lián)的供水模式。 本作品設(shè)計(jì)了基于PLC的變頻調(diào)速恒壓自動(dòng)控制供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)由多臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)水泵電機(jī)變頻運(yùn)行。壓力傳感器采樣管網(wǎng)壓力信號(hào)經(jīng)模糊PID控制器處理傳送給變頻器，變頻器根據(jù)壓力大小調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變水泵性能曲線來實(shí)現(xiàn)水泵的流量調(diào)節(jié)，保證管網(wǎng)壓力恒定。文中重點(diǎn)對(duì)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成和工作過程，控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和PLC程序設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，對(duì)上位機(jī)上的監(jiān)控軟件進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)。
同類課題研究水平概述
- 恒壓供水在我國(guó)發(fā)展于上世紀(jì)80年代后期，變頻恒壓供水裝置根據(jù)設(shè)定水壓來自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)泵的轉(zhuǎn)速和泵組的臺(tái)數(shù)，從而滿足用戶對(duì)水量水壓的需要。對(duì)于循環(huán)冷卻水壓力的閉環(huán)控制，經(jīng)歷了一個(gè)逐步完善的發(fā)展過程。目前，變頻調(diào)速在生活給水、建筑給水和工業(yè)給水中應(yīng)用越來越廣泛，其主要原因是: l、變頻調(diào)速給水的供水壓力可調(diào)，可以方便地滿足各種供水壓力的需要。在設(shè)計(jì)階段可以降低對(duì)供水壓力計(jì)算準(zhǔn)確度的要求，因?yàn)殡S時(shí)可以方便地改變供水壓力。但在選泵時(shí)應(yīng)注意，泵的揚(yáng)程宜大一些，因?yàn)樽冾l調(diào)速其最大壓力受水泵限制。最低使用壓力也不應(yīng)太小，因?yàn)樗貌辉试S在低揚(yáng)程大流量下長(zhǎng)期超負(fù)載工作，否則應(yīng)加大變頻器和電動(dòng)機(jī)的容量，以防發(fā)生過載。 2、目前，變頻技術(shù)已很成熟，任何品牌的變頻器與變頻供水控制器配合，即可實(shí)現(xiàn)多泵并聯(lián)恒壓供水。有些變頻器設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠家還把變頻器供水控制器直接做在供水專用變頻器中，使其可靠性更好，使用更方便。 3、變頻調(diào)速恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果。由水泵一管道供水原理可知，調(diào)節(jié)供水流量，原則上有兩種方法，一是節(jié)流調(diào)節(jié)，開大供水閥，流量上升，關(guān)小供水閥，流量下降;二是調(diào)速調(diào)節(jié)，水泵轉(zhuǎn)速增高，供水流量增加，轉(zhuǎn)速下降，流量降低。對(duì)于用水流量經(jīng)常變化的場(chǎng)合(例如生活用水)，采用調(diào)速調(diào)節(jié)流量，具有優(yōu)良的節(jié)能效果。 隨著智能控制技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)在供水系統(tǒng)領(lǐng)域得以運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了水泵電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，能夠極大地改善管網(wǎng)的供水環(huán)境。供水系統(tǒng)可根據(jù)供水管網(wǎng)的用水情況，根據(jù)管網(wǎng)瞬間壓力變化，通過智能控制器，實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速和多臺(tái)水泵電機(jī)的投入及退出，使管網(wǎng)主干出口端壓力保持在恒定的壓力設(shè)定值，有效地防止水路管網(wǎng)湍振而出現(xiàn)管路爆裂現(xiàn)象。 國(guó)外生產(chǎn)的變頻器多為通用型且單機(jī)控制（即一臺(tái)變頻器拖動(dòng)一臺(tái)單機(jī)），功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、壓頻比控制以及各種保護(hù)功能。在中、大容量的變頻恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用中，為了滿足供水量大小不同時(shí)能夠保證水管管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)。 目前國(guó)內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國(guó)外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速。對(duì)于水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)和多臺(tái)水泵的循環(huán)控制方案，采用PLC，單片機(jī)和工控機(jī)予以實(shí)現(xiàn)。 這些技術(shù)上的快速發(fā)展都為設(shè)計(jì)一個(gè)先進(jìn)性的恒壓供水系統(tǒng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
