畢業(yè)設(shè)計----變頻恒壓供水系統(tǒng)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 高層建筑供水方式的發(fā)展1</p><p>

2、;　　1.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 課題的主要研究設(shè)計內(nèi)容4</p><p><b>　　2供水系統(tǒng)簡介5</b></p><p>　　2.1 水泵供水的主要參數(shù)5</p><p>　　2.2 供水系統(tǒng)的基本特性5</p><p>　　2.3 水泵

3、調(diào)速運行的節(jié)能原理6</p><p>　　3供水系統(tǒng)的整體設(shè)計方案9</p><p>　　3.1供水系統(tǒng)的構(gòu)成9</p><p>　　3.2 供水系統(tǒng)要求實現(xiàn)的功能11</p><p>　　3.3 供水系統(tǒng)工作原理12</p><p>　　4供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計15</p><p>　

4、　4.1 供水系統(tǒng)的硬件組成15</p><p>　　4.2 可編程控制器(PLC)選型15</p><p>　　4.3 變頻器選型16</p><p>　　4.4 水泵及其電動機的選型17</p><p>　　4.5 遠傳壓力表選型18</p><p>　　4.6 觸摸屏19</p><

5、;p>　　4.7 軟啟動器、自耦變壓器19</p><p>　　4.8 PLC用隔離變壓器、低壓電器、控制柜19</p><p>　　4.9 供水系統(tǒng)電路設(shè)計20</p><p>　　4.9.1 系統(tǒng)主電路20</p><p>　　4.9.2 系統(tǒng)控制電路20</p><p>　　4.9.3 PLC I

6、/O分配21</p><p>　　4.9.4 缺水保護電路22</p><p>　　5 供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計24</p><p>　　5.1 PID調(diào)節(jié)24</p><p>　　5.1.1 PID調(diào)節(jié)原理24</p><p>　　5.1.2 PID參數(shù)設(shè)置25</p><p>　　5.

7、1.3 PID設(shè)定值的調(diào)整26</p><p>　　5.1.4 PID控制算法27</p><p>　　5.2 系統(tǒng)運行主程序27</p><p>　　5.3 故障檢測子程序28</p><p>　　5.4 數(shù)字PID子程序29</p><p>　　5.5 泵切換程序30</p><p&

8、gt;　　5.6 對外通訊子程序32</p><p>　　6 實驗室現(xiàn)場調(diào)試與小結(jié)33</p><p>　　6.1 硬件功能性調(diào)試33</p><p>　　6.2 系統(tǒng)總體調(diào)試33</p><p><b>　　6.3 小結(jié)34</b></p><p><b>　　結(jié)束語35&

9、lt;/b></p><p><b>　　參考文獻36</b></p><p>　　附錄 PLC梯形圖37</p><p><b>　　致謝44</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人

10、們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高；再加上目前能源緊缺，利用先進的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。</p><p>　　本設(shè)計首先根據(jù)管網(wǎng)和水泵的運行特性曲線，闡明了供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理。接著分析了變頻恒壓供水的原理及系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，提出不同的控制方案，通過研究和比較，采用變頻器和PLC實現(xiàn)恒壓供水和數(shù)據(jù)傳輸。然后用PID對系統(tǒng)中的恒壓

11、控制器進行設(shè)計，最后對系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計進行了詳細的介紹，該變頻恒壓供水系統(tǒng)可運用于許多實際的供水控制系統(tǒng)中，并能夠取得穩(wěn)定可靠的運行效果和良好的節(jié)能效果。</p><p>　　關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；恒壓供水；PLC</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the rapid development of

12、social economy, it demands the better of water supply' s quality and reliability of water supply system. Meanwhile energy resources are seriously lack. So it is inevitable tendency to design water supply system which

13、 has high function and saves on energy well, with help of advanced technique of automation, control and communication. At the same time this system can adapt different water supply fields.</p><p>　　This desi

14、gn explains water supply system's energy-saving principle of pump of speed control according to characteristic curve of running pipelines and water pump, analyzes the structure of VF speed regulating constant pressur

15、e water supply and gives several control methods whose features are researched and compared in this design. On the basis of above PLC and inverter' s method fits water supply system and data transmission very well. T

16、hen constant pressure supply water controller is designed b</p><p>　　Key words: Speed-frequency variable；Constant pressure water supply；PLC</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　

17、　水是生命之源，人類生存離不開水。我國是一個水資源和電能相對短缺的國家，現(xiàn)代化進程的加快，城市的高層建筑越來越多，在用水量高峰期時供水量普遍不足，造成城市公用管網(wǎng)水壓浮動較大。由于每天不同時段用水對供水壓力的要求變化較大，僅僅靠供水廠值班人員依據(jù)經(jīng)驗進行人工手動調(diào)節(jié)很難及時有效的達到目的。這種情況造成用水高峰期時供水壓力不足，用水低峰期時供水壓力過高，不僅十分浪費能源而且存在事故隱患（例如壓力過高容易造成爆管事故），采用各種自動化手段來

18、節(jié)約用水、節(jié)約用電已經(jīng)成為我們國家發(fā)展的當務(wù)之急。</p><p>　　隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)的可靠性要求不斷提高。衡量供水質(zhì)量的重要標準之一是供水壓力是否恒定，因為水壓恒定于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的，如當發(fā)生火警時，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，會造成更大的經(jīng)濟損失或人員傷亡。但是用戶用水量是經(jīng)常變動的，因此用水和供水之間的不平衡的現(xiàn)象時有發(fā)生，并且集中反映在供水的壓力

19、上：用水多而供水少，則供水壓力低；用水少而供水多，則供水壓力大。保持管網(wǎng)的水壓恒定供水，可使供水和用水之間保持平衡，不但提高了供水的產(chǎn)量和質(zhì)量，也確保了供水生產(chǎn)以及電機運行的安全可靠性。</p><p>　　本設(shè)計采用簡單實用的PLC和變頻調(diào)速技術(shù)，集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體去改造傳統(tǒng)的城市高樓供水系統(tǒng)。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理，同時系統(tǒng)具有良

20、好的節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。</p><p>　　1.1 高層建筑供水方式的發(fā)展</p><p>　　我國長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，工業(yè)自動化程度低。主要表現(xiàn)生產(chǎn)生活中的用水量常隨時間而變化，季節(jié)、晝夜相差很大。在用水高峰期，水的供給量常

21、常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象；而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，此時會造成能量的浪費，同時還有可能造成水管爆裂和用水設(shè)備的損壞。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)供水壓力的方式，多采用頻繁啟/停電機控制和水塔二次供水調(diào)節(jié)的方式，前者產(chǎn)生大量能耗的，而且對電網(wǎng)中其他負荷造成影響，設(shè)備不斷啟停會影響設(shè)備壽命;后者則需要大量的占地與投資。且由于是二次供水，不能保證供水質(zhì)的安全與可靠性。而變頻調(diào)速式的運行十分穩(wěn)定可靠，沒有

22、頻繁的啟動現(xiàn)象，啟動方式為軟啟動，設(shè)備運行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機械沖擊，也沒有水塔供水所帶來的二次污染的危險。由此可見，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有供水安全、節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。</p><p>　　對于大多數(shù)采用供水企業(yè)來說，傳統(tǒng)供水機泵存在日常運行費用太高，供水成本居高不下，單位供水的能耗偏大的問題，尋求供水與能耗

23、之間的最佳性價比，是困擾企業(yè)的一個長期問題。目前各供水廠的供水機泵設(shè)計按最大揚程與最大流量這一最不利條件設(shè)計，水泵大多數(shù)時間在設(shè)計效率以下運行。導(dǎo)致電動機與水泵之間常常出現(xiàn)大馬拉小車問題(如圖1-1)。因此，如何解決供水與能耗之間的不平衡，尋求提高供水效率的整體解決方案，是各供水企業(yè)關(guān)心的焦點問題之一。所以研究設(shè)計基于PLC變頻調(diào)速的恒定水壓供水系統(tǒng)(簡稱變頻調(diào)速恒壓供水，如圖1-2)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平，同時降低能耗等

24、方面具有重要的現(xiàn)實意義。</p><p>　　圖1-1 傳統(tǒng)供水機泵示意圖 圖1-2 變頻調(diào)速供水機泵示意圖</p><p>　　1.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動控制、起制動

25、控制、壓頻比控制及各種保護功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進行閉環(huán)控制。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況，因而投資成本高。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點以及顯著的節(jié)能效

26、果被大家發(fā)現(xiàn)和認可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像日本Samco公司，就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”，“變頻泵循環(huán)方式”兩種模式。它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多7臺電機(泵)的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備</p><

27、;p>　　目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)；有的采用單片機及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。原深圳華為(現(xiàn)已更名為艾默生)電氣公司和成都希望集團(森蘭變頻器)也推出子恒壓供水專用變頻器(5.5k w

28、-22kw) ，無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多4臺水泵的循環(huán)切換、定時起、停和定時循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負載容量，同時操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所。</p><p>　　可以看出，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中，對于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼

29、顧系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制研究得不夠。因此，有待于進一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實踐。</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)的主要特點主要是：</p><p>　　1）高效節(jié)能，可以實現(xiàn)節(jié)電20%～40%，能實現(xiàn)綠色用電；</p><p>　　2）占地面積小，投入少，效率高；</p>

30、<p>　　3）配置靈活，自動程度高，功能齊全，靈活可靠；</p><p>　　4）運行合理，由于一天內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速下降，軸上平均扭矩和磨損減少，減少了維修量和維修費用，水泵的使用壽命大大提高；</p><p>　　5）由于能對水泵實現(xiàn)軟啟動，并可消除水錘效應(yīng)；</p><p>　　6）操作簡便，省時省力；</p><p>　　7

31、）由于變頻恒壓調(diào)速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，防止了很多傳染疾病的傳染源頭。</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應(yīng)用，按所使用的范圍大致分為三類:</p><p>　　1）小區(qū)供水(加壓泵站)變頻恒壓供水系統(tǒng)</p><p>　　這類變頻供水系統(tǒng)主要用于包括工廠、小區(qū)供水、高層建筑供水、鄉(xiāng)村加壓站，特點是變頻控制的電機功率小，一般在

32、135kw以下，控制系統(tǒng)簡單。由于這一范圍的用戶群十分龐大，所以是目前國內(nèi)研究和推廣最多的方式.如希望集團(森蘭變頻器)推出的恒壓供水專用變頻器(5.5kw～22kw)。</p><p>　　2）國內(nèi)中小型供水廠變頻恒壓供水系統(tǒng)</p><p>　　這類變頻供水系統(tǒng)主要用于中小供水廠或大中城市的輔助供水廠。這類變頻器電機功率在135kw～320kw之間，電網(wǎng)電壓通常為200V或380V。受

33、中小水廠規(guī)模和經(jīng)濟條件限制，目前主要采用國產(chǎn)通用的變頻恒壓供水變頻器。</p><p>　　3）大型供水廠的變頻恒壓供水系統(tǒng)</p><p>　　這類變頻供水系統(tǒng)用于大中城市的主力供水廠，特點是功率大(一般都大于320kw)、機組多、多數(shù)采用高壓變頻系統(tǒng)。這類系統(tǒng)一般變頻器和控制器要求較高，多數(shù)采用了國外進口變頻器和控制系統(tǒng)。如利德福華的一些高壓供水變頻器。</p><

34、p>　　在本設(shè)計中，研究和設(shè)計的變頻器是以第一種應(yīng)用范圍為基礎(chǔ)。</p><p>　　1.3 課題的主要研究設(shè)計內(nèi)容</p><p>　　通過前面對傳統(tǒng)供水現(xiàn)狀和變頻恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用前景分析可知，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)在我國己成為供水行業(yè)發(fā)展的主流趨勢。變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器、各種傳感器等組成。本文研究的目標是對恒壓控制技術(shù)給予提升，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能效果進一步

35、提高，操作更加簡捷，故障報警及時迅速。</p><p>　　本文研究設(shè)計的主要內(nèi)容如下:</p><p>　　1）對變頻恒壓供水國內(nèi)外現(xiàn)狀進行調(diào)研，并提出采用具有眾多優(yōu)點的變頻調(diào)速恒壓供水方案。</p><p>　　2）從水泵理論和管網(wǎng)特性曲線分析入手，討論水泵工作點(工況點)的確定方法和水泵工況調(diào)節(jié)的幾種常用方法。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，水泵工況的調(diào)節(jié)是通過改變

36、水泵性能曲線得以實現(xiàn)的。</p><p>　　3）介紹了基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的設(shè)計，該系統(tǒng)由一臺變頻器輪流拖動3臺水泵電機變頻運行。遠傳壓力表采樣管網(wǎng)壓力信號經(jīng)PID處理傳送給變頻器，變頻器根據(jù)壓力信號調(diào)整水泵電動機轉(zhuǎn)速，改變水泵性能曲線來實現(xiàn)水泵的流量調(diào)節(jié)，保證管網(wǎng)壓力恒定。重點介紹變頻調(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)計和PLC程序設(shè)計。</p><p>

37、;　　4）通過內(nèi)置PID功能三菱FR-A540變頻器基本原理的介紹，采用PID算法控制水泵電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)變頻調(diào)速恒壓供水。</p><p>　　5）現(xiàn)場調(diào)試設(shè)備并進行節(jié)能性模擬實驗，驗證系統(tǒng)的可靠性與經(jīng)濟性。</p><p><b>　　2供水系統(tǒng)簡介</b></p><p>　　2.1 水泵供水的主要參數(shù)</p><p&g

38、t;<b>　　1）流量</b></p><p>　　流量是單位時間內(nèi)流過管道內(nèi)某一截面的水量，符號是Q，常用單位是m3/s、m3/min、m3/h等.供水系統(tǒng)的基本任務(wù)是滿足用戶的流量需求。</p><p><b>　　2）揚程</b></p><p>　　揚程是單位質(zhì)量的水被上揚時所獲得的能量，符號是H，常用單位是m。

39、揚程主要包括三個方面:第一是提高水位所需的能量；第二是克服水在管網(wǎng)中流動時所需的能量；第三是使水流具有一定流速所需的能量。由于在同一管路中，上述的第二和第三是基本不變的，在數(shù)值上也相對較小。可以認為，提高水位所需的能量是揚程的主體部分。因此，在同一管路內(nèi)進行分析時，常簡略地把水從一個位置“上揚”到另一位置時，用水位的變化量(即水位差)代表揚程。</p><p><b>　　3）全揚程</b>

40、</p><p>　　全揚程也稱為總揚程或水泵揚程，全揚程是說明水泵的泵水能力的物理量。包括把水從水池的水面上揚到最高水位所需的能量，以及克服管阻所需的能量和保持流速所需的能量，符號是HT。</p><p><b>　　4）實際揚程</b></p><p>　　實際揚程即通過水泵實際提高的水位所需的能量，符號是HA 。</p>&

41、lt;p><b>　　5）損失揚程</b></p><p>　　全揚程與實際揚程之差，即損失揚程，符號是HL，HT 、HA和HL之間的關(guān)系是: </p><p>　　HT = HA + HL （2-1）</p><p><b>　　6）管阻&

42、lt;/b></p><p>　　管阻是管道系統(tǒng)(包括水管、閥門等)對水流阻力的物理量，符號是R。通常用揚程與流量間的關(guān)系曲線來描述。</p><p>　　2.2 供水系統(tǒng)的基本特性</p><p>　　供水系統(tǒng)的基本特性和工作點揚程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤?，表明水泵在某一轉(zhuǎn)速下?lián)P程H與流量Q之間的關(guān)系曲線f (Q)，如圖2-1所示。由圖2-

43、1可以看出，流量Q越大，揚程H越小。由于在閥門開度和水泵轉(zhuǎn)速都不變的情況下，流量的大小主要取決于用戶的用水情況，因此，揚程特性所反映的是揚程H與用水流量Qu間的關(guān)系。而管阻特性是以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?，表明閥門在某一開度下，揚程H與流量Q之間的關(guān)系H=f(Qu)。管阻特性反映了水泵的能量用來克服水泵系統(tǒng)的水位及壓力差、液體在管道中流動阻力的變化規(guī)律。由圖可知，在同一閥門開度下，揚程H越大，流量Q也越大。由于閥門開度的改變，實際上是改變了

44、在某一揚程下，供水系統(tǒng)向用戶的供水能力。因此，管阻特性所反映的是揚程與供水流量Qg之間的關(guān)系H=f(Qg)。揚程特性曲線和管阻特性曲線的交點，稱為供水系統(tǒng)的工作點，如圖2-1中A點。在這一點，用戶的用水流量Qu和供水系統(tǒng)的供水流量Qg處于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既滿足了揚程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。</p><p>　　圖2-1 供水系統(tǒng)的基本特性曲線</p><p>　　2.3 水

45、泵調(diào)速運行的節(jié)能原理</p><p>　　在供水系統(tǒng)中，通常以流量為控制對象，常用的控制方法為閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法。閥門控制法是通過調(diào)節(jié)閥門開度的大小來調(diào)節(jié)流量，水泵電機轉(zhuǎn)速保持不變。其實質(zhì)是通過改變水路中的阻力大小來改變流量，因此，管阻特性將隨閥門開度的改變而改變，但揚程特性不變。由于實際用水中，需水量是變化的，若閥門開度在一段時間內(nèi)保持不變，必然要造成超壓或欠壓現(xiàn)象的出現(xiàn)。轉(zhuǎn)速控制法是通過改變水泵電機的轉(zhuǎn)速

46、來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度保持不變，是通過改變水的動能改變流量。因此，揚程特性將隨水泵轉(zhuǎn)速的改變而改變，但管阻特性不變。</p><p>　　變頻調(diào)速供水方式屬于轉(zhuǎn)速控制。其工作原理是根據(jù)用戶用水量的變化自動地調(diào)整水泵電機的轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)壓力始終保持恒定，當用水量增大時電機加速，用水量減小時電機減速。圖2-2為管網(wǎng)及水泵的特性曲線。</p><p>　　圖2-2 水泵的H-Q特性曲線</p

47、><p>　　當用閥門控制時，若供水量高峰期水泵工作在E點，流量為Q1，揚程為H0，當供水量從Q1減小到Q2，時，必須關(guān)小閥門，這時閥門的摩擦阻力變大，阻力曲線從, β3移到β1，揚程特性曲線不變。而揚程則從H0上升到H1，運行工況點從E點移到F點，此時水泵輸出功率用圖形表示為(0, Q2，F(xiàn)，H1)圍成矩形部分，其值為：</p><p><b>　?。?-2）</b>&

48、lt;/p><p>　　當用調(diào)速控制時，若采用恒壓(H0)、變速泵(n2)供水，管阻特性曲線為β2,揚程特性變?yōu)榍€n2，工作點從E點移到D點。此時水泵輸出功率用圖形表示為(0, Q2，D，H0)圍成的矩形面積，其值為:</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　可見改用調(diào)速控制，節(jié)能量為(H0,D，F(xiàn)，H1)圍成的矩形面

49、積，其值為:</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　所以，當用閥門控制流量時，有功率△P功率被浪費掉。并且隨著閥門的不斷關(guān)小，閥門的摩擦阻力不斷變大，管阻特性曲線上移，運行工況點也隨之上移，于是H1增大，而被浪費的功率要隨之增加。</p><p>　　根據(jù)水泵變速運行的相似定律，變速前后流量Q、揚程H，功率P與轉(zhuǎn)速

50、N之間關(guān)系為:</p><p>　　Q2/Q1=N2/N1；H2/H1=（N2/N1）2；P2/P1=（N2/N1）2 （2-5）</p><p>　　式中，Q1、H1、P1為變速前的流量、揚程、功率，Q2、H2、P2為變速后的流量、揚程、功率。由公式( 2-5)可以看出，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，流量與轉(zhuǎn)速成正比，損耗功率與流量成正比，所以調(diào)速

51、控制方式要比閥門控制方式供水功率要小得多，節(jié)能效果顯著。</p><p><b>　　2.4變頻調(diào)速原理</b></p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動機、管道和閥門等構(gòu)成。通常由鼠籠式異步電動機驅(qū)動水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機和水泵做成一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實現(xiàn)恒壓供水。</p><p&

52、gt;　　因此，供水系統(tǒng)變頻的實質(zhì)是異步電動機的變頻調(diào)速。異步電動機的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)調(diào)速的[17]。異步電機的轉(zhuǎn)差率定義為:</p><p>　　S=1-(n/n1) （2-6）</p><p>　　異步電機的同步速度為:</p><p>　　n1=60f/p

53、 （2-7）</p><p><b>　　異步電機的轉(zhuǎn)速為:</b></p><p>　　n= 60f(1-S)/p （2-8）</p><p>　　其中:n1為異步電機的同步轉(zhuǎn)速；n為異步電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；f是異步電機的定子電源頻率；p為異步電機的極對數(shù)

54、。</p><p>　　從上式可知，當電機電極對數(shù)p不變時，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、與定子電源頻率f成正比，因此連續(xù)調(diào)節(jié)異步電機供電電源的頻率，就可以連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)電機的同步轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速時，從高速到低速，都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而變頻調(diào)速只有高效率、高精度、調(diào)速范圍廣、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點，調(diào)速性能可與直流電動機調(diào)速系統(tǒng)相媲美。</p><p>　　變頻調(diào)速可用普

55、通的異步電機，異步電機結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、堅固耐用、經(jīng)濟可靠，適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境。特別是近年來出現(xiàn)的高性能、高精度的變頻器，變頻調(diào)速完全可以達到直流調(diào)速一樣的性能。從設(shè)備投資來看，變頻調(diào)速系統(tǒng)與同容量的直流調(diào)速系統(tǒng)可節(jié)省投入的20%左右。因此，變頻調(diào)速是交流異步電機一種比較合理和理想的調(diào)速方法，它被廣泛地應(yīng)用十對水泵(風(fēng)機)電機的調(diào)速。</p><p>　　3供水系統(tǒng)的整體設(shè)計方案</p><

56、p>　　3.1供水系統(tǒng)的構(gòu)成</p><p>　　由于本設(shè)計的供水系統(tǒng)要適用生活水、工業(yè)用水以及消防等多種場合的供水，在此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，主要由PLC、變頻調(diào)速器、軟啟動器、壓力變送器、水位傳感器和現(xiàn)場的水泵機組一起組成一個完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。此外還包括空氣開關(guān)、斷路器、接觸器和中間繼電器等系統(tǒng)保護電器，實現(xiàn)對變頻器、電機和PLC的有效保護，以及對電機的切換控制。PLC和變頻器作為系統(tǒng)控制的核心，根

57、據(jù)給水母管壓力與壓力設(shè)定值的偏差變化情況，自動控制給水泵的投人臺數(shù)和電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)恒壓供水。其中控制參量的PID算法可消除控制參量的靜態(tài)誤差、突變、滯后等現(xiàn)象，縮短系統(tǒng)穩(wěn)定的時間。</p><p>　　我們以三臺水泵組成的供水系統(tǒng)為例，其原理框圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)原理圖</p><p>　　從3-1系統(tǒng)原

58、理圖，我們可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機構(gòu)、信號檢測、控制系統(tǒng)、人機界面、通訊接口以及報警裝置等部分組成。</p><p><b>　　1）執(zhí)行機構(gòu)</b></p><p>　　執(zhí)行機構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，當水泵采用循環(huán)的控制方式時，P1，P2，P3既可以做調(diào)速泵，也可以做恒速泵，如果水泵采用固定的控制方式時，PI, P2，P3中只有一臺

59、可以調(diào)速泵，其余兩臺為恒速泵。</p><p><b>　　2）信號檢測</b></p><p>　　在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括水壓信號、液位信號和報警信號:</p><p>　　水壓信號:它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。此信號是模擬信號，讀入PLC時，需進行A/D轉(zhuǎn)換。另外為加強系統(tǒng)的可靠性，還需對供水的

60、上限壓力和下限壓力用電接點壓力表進行檢測。檢測結(jié)果可以送給PLC，作為數(shù)字量輸入。</p><p>　　液位信號:它反映水泵的進水水源是否充足。信號有效時，控制系統(tǒng)要對系統(tǒng)實施保護控制，以防止水泵因空抽而損壞電機和水泵。此信號來自在安裝于水源處的液位傳感器。</p><p>　　報警信號:它反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異常，該信號為開關(guān)量信號。</p>

61、<p><b>　　3）控制系統(tǒng)</b></p><p>　　供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統(tǒng))、變頻器和電控設(shè)備三個部分。</p><p>　　供水控制器:它是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對系統(tǒng)中的壓力、液位、報警信號進行采集，對來自人機接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構(gòu)的控制方

62、案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機構(gòu)(即水泵)進行控制。</p><p>　　變頻器:它是對水泵進行轉(zhuǎn)速控制的單元。變頻器跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)水泵機組中水泵被變頻器拖動的情況不同，變頻器有兩種工作方式:</p><p>　　a、變頻循環(huán)式 :變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當這臺水泵運行在50Hz時，其供水量仍不能達到用水要求，需要

63、增加水泵機組時，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機中脫出，將該泵切換為工頻的同時用變頻去拖動另一臺水泵電機。</p><p>　　b、變頻固定式 :變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當這臺水泵運行在50Hz時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)直接啟動另一臺恒速水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動的水泵在系統(tǒng)運行前可以選擇。</p><p>　　電控設(shè)備：它是由一組接觸器、保護繼電

64、器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成。用于在供水控制器的控制下完成對水泵的切換、手/自動切換及就地/集中等工作。</p><p><b>　　4）人機界面</b></p><p>　　人機界面是人與機器進行信息交流的場所。通過人機界面，使用者可以更改設(shè)定壓力，修改一些系統(tǒng)設(shè)定以滿足不同工藝的需求，同時使用者也可以從人機界面上得知系統(tǒng)的一些運行情況及設(shè)備的工作狀態(tài)。人機界面還可以

65、對系統(tǒng)的運行過程進行監(jiān)示，對報警進行顯示。（觸模屏）</p><p><b>　　5）通訊接口</b></p><p>　　通訊接口是本系統(tǒng)的一個重要組成部分，通過該接口，系統(tǒng)可以和組態(tài)軟件以及其他的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換;同時通過通訊接口，還可以將現(xiàn)代先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到本系統(tǒng)中來，例如可以對系統(tǒng)進行遠程的診斷和維護等。</p><p>&

66、lt;b>　　6）報警裝置</b></p><p>　　作為一個控制系統(tǒng)，報警是必不可少的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運行，防止因電機過載、變頻器報警、電網(wǎng)過大波動、供水水源中斷造成故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報警量進行監(jiān)測，由PLC判斷報警類別，進行顯示和保護動作控制，以免造成不必要的損失。</p><p>　　3.2

67、 供水系統(tǒng)要求實現(xiàn)的功能</p><p>　　系統(tǒng)要求實現(xiàn)如下功能:</p><p><b>　　1）全自動運行</b></p><p>　　合上自動開關(guān)后，1#泵電機通電，變頻器輸出頻率從OHz上升，同時PID調(diào)節(jié)程序?qū)⒔邮盏阶赃h傳壓力表的信號，經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，如壓力不夠，則頻率上升，直到50Hz, 1#水

68、泵由變頻切換為工頻，同時對2#水泵進行變頻啟動，變頻器頻率逐漸上升至需要值，加泵依次類推；如用水量減小(壓力過大)，變頻器下限頻率持續(xù)出現(xiàn)，則將先啟動的水泵先切除。若有電源瞬時停電的情況，則系統(tǒng)停機:待電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動恢復(fù)運行，然后按自動運行方式啟動1#泵變頻，直至在給定水壓值上穩(wěn)定運行。變頻自動控制功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動完成對多臺水泵軟起動、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。</p><p>&

69、lt;b>　　2）手動運行</b></p><p>　　當遠傳壓力表故障或變頻器故障時，為確保用水，三臺泵可分別以手動控制方式工頻運行。</p><p><b>　　3）停止</b></p><p>　　轉(zhuǎn)換開關(guān)置于停止位置，設(shè)備進入停機狀態(tài)，任何設(shè)備不能啟動。</p><p>　　4）采用“自動切換”

70、和“先啟先?！痹瓌t</p><p>　　“自動切換”是指當一臺單獨運行水泵或者有兩臺同時運行的水泵，運行在這種狀態(tài)下持續(xù)時間達到設(shè)定時間時自動換泵運行?！跋葐⑾韧！笔侵改囊慌_先啟動的水泵在壓力過大時也先被切除，這樣保證系統(tǒng)的每臺泵運行時間接近，防止有的泵運行時間過長，而有的水泵卻長時間不用而銹死，從而延長了設(shè)備的使用壽命。</p><p>　　5）平穩(wěn)切換，恒壓控制</p>

71、<p>　　生活供水時，系統(tǒng)低恒壓值運行，消防供水時，系統(tǒng)高恒壓值運行。遠傳壓力表將主水管網(wǎng)壓力信號經(jīng)PLC的擴展模塊PID運算送給變頻器，并給出信號直接控制水泵電動機的轉(zhuǎn)速以使管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定。當在運行的水泵全速運行，還未達到給定壓力時，變頻運行的水泵被切換到工頻運行，變頻器將啟動另一臺泵(即采用軟啟動)。</p><p>　　6）完善的各種保護、報警功能</p><p>　　a

72、、對工頻電源和變頻電源在供電控制回路上實現(xiàn)機械和電氣互鎖，防止短路產(chǎn)生。</p><p>　　b、當水泵的功率較大時，為防止直接啟動電流過大，需要采用軟啟動方法，即用變頻器來啟動水泵。</p><p>　　c、運行的水泵在斷開電源后，利用其運行的慣性切換到工頻，可避免切換過程中產(chǎn)生過電流.</p><p>　　d、電動機的熱保護。雖然水泵在低速運行時，電動機的工作電

73、流較小，但是當用戶用水量變化頻繁時，電動機將處于頻繁的升速、降速狀態(tài)，這時電動機的電流可能超過額定電流，導(dǎo)致電動機過熱。因此電動機的熱保護是必須的。</p><p>　　e、具有缺水保護功能。當水泵工作在自動狀態(tài)，為防止當水池沒水時水泵空載運行，燒壞水泵電機，系統(tǒng)設(shè)計一個缺水保護電路。當水池缺水時，保護電路中繼電器常開觸點斷開，切斷控制電路電源，從而保護系統(tǒng)。</p><p>　　f、在用

74、水量小的情況下，如果一臺水泵連續(xù)運行時間超過3小時，則要切換下一臺泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺水泵工作時間過長。</p><p>　　3.3 供水系統(tǒng)工作原理</p><p>　　市網(wǎng)子來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥YV1，自動把水注滿儲水水池，只要水位低于高水位，則自動往水箱注水。水池的高/低水位信號也直接送給PLC，作為水位報警。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器高

75、低距離較小。生活和消防用水共用三臺水泵，平時電磁閥YV2處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺水泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行，維持水位低？恒壓值。當有火災(zāi)發(fā)生時，電磁閥YV2得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺水泵給消防用水使用，并維持消防用水的高恒壓值?；馂?zāi)結(jié)束后，三臺水泵再改為生活供水使用。</p><p>　　1）生活供水系統(tǒng)工作原理</p><p>　　安裝于生活供水管道上的壓力變

76、送器將管網(wǎng)壓力檢測值轉(zhuǎn)換為4-20mA 的電信號送入變頻器的？，一般情況下由上位PC機給定生活管網(wǎng)壓力，然后與壓力傳感器所測管網(wǎng)實際壓力進行比較，將差值送人變頻器內(nèi)置PID進行運算，產(chǎn)生一個偏差信號去控制變頻器的輸出頻率，從而控制電機轉(zhuǎn)速使管網(wǎng)壓力恒定。當用水量不大時，一臺水泵(1#水泵)在變頻器的控制下穩(wěn)定運行。當用水量增大時，管網(wǎng)壓力下降，當管網(wǎng)壓力下降到下限值時由變頻器輸出一個下限信號給PLC?，PLC自動將第二臺水泵（2#）投入

77、變頻運行，將原工作在變頻狀態(tài)下的第一臺水泵（1#水泵）切換為工頻運行，兩臺水泵運行以加大管網(wǎng)的供水量保持壓力穩(wěn)定。若兩臺水泵運行仍不能滿足用水量的需要時，則PLC自動將第三臺水泵（3#水泵）投入變頻運行，將原工作在變頻狀態(tài)下的第二臺水泵（2#水泵）切換為工頻運行，三臺水泵運行以進一步加大管網(wǎng)的供水量保持壓力穩(wěn)定。當用水量減少時，管網(wǎng)壓力上升，當管網(wǎng)壓力上升到上限值時由變頻器輸出一個上限信號給PLC，PLC自動將第一臺水泵（1#水泵）停止

78、運行。當用水量進一步減少時，PLC自動將第二臺水泵（2#水泵）停止運行，此時只剩下第三臺水泵</p><p>　　2）消防供水系統(tǒng)工作原理</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)置消防水泵工頻運行，由PLC進行消防水泵電機組自動控制，在備用時消防水泵自動定期交替試運行，每臺水泵試運行時間和兩臺水泵之間的試運行間隔時間可由用戶根據(jù)系統(tǒng)情況進行調(diào)節(jié)。這樣可以定期進行消防供水系統(tǒng)設(shè)備的檢查與維修，防止因消

79、防系統(tǒng)長期不運行而造成設(shè)備的損壞，致使消防用水時不能及時正常供水的現(xiàn)象發(fā)生。</p><p>　　如遇火情，生活供水狀態(tài)立即轉(zhuǎn)人消防供水。首先由上位機給定壓力值，然后系統(tǒng)按控制過程通過變頻器和PLC的控制迅速使消防管網(wǎng)壓力到達設(shè)定值附近。當水流檢測器出現(xiàn)故障時，還可通過按動消防專用啟動按鈕啟動消防水泵運行。消防供水的恒壓控制是通過壓力檢測器的低壓觸點和高壓觸點與PLC聯(lián)合控制的，其控制過程與生活用水恒壓控制類似。

80、當消防用水完畢后，水流檢測器常開觸點斷開或者手動按下消防水泵停止按鈕，則重新進入試機循環(huán)。</p><p>　　控制系統(tǒng)設(shè)有手/自動切換開關(guān)。選擇手動方式時，可分別通過現(xiàn)場控制柜的按鈕控制各臺泵的單獨運行與停止，便于系統(tǒng)調(diào)試、定期檢修和臨時供水。選擇自動工作方式時，PLC首先使第一臺給水泵變頻啟動，轉(zhuǎn)速從0開始隨頻率的提高而上升，此時安裝在給水母管上的壓力變送器將母管壓力反饋給PLC，與預(yù)先設(shè)定的給定壓力進行比較

81、，通過PID運算，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，以維持水壓恒定，這種跟蹤調(diào)節(jié)是精確而平滑的，稱為細調(diào)節(jié)。如果該臺調(diào)速泵調(diào)到最大供水量(即對應(yīng)于50Hz的最高頻率)仍達不到壓力給定值，則延時一段時間(避免瞬時干擾信號)控制第一臺水泵進入工頻運行，變頻器頻率從50Hz迅速下降到OHz，同時使第二臺泵變頻啟動，如水壓仍不能滿足要求，則重復(fù)上述過程啟動第三臺泵。如此反復(fù)，直到壓力符合要求；反之，如果變頻水泵運行降到0Hz時母管壓力仍大于給定壓力值，則延

82、時一段時間后關(guān)閉一臺工頻水泵，使變頻器頻率從0Hz迅速上升到50Hz，對水壓進行調(diào)節(jié)，直到母管壓力達到設(shè)定值，這種調(diào)節(jié)方式稱為粗調(diào)節(jié)。這樣，水泵切換過程是平穩(wěn)的，不會出現(xiàn)樓上用戶短時停水的現(xiàn)象。</p><p>　　在單泵運行或多泵并聯(lián)運行狀態(tài)下，根據(jù)先開先停的原則，只要任意一臺泵連續(xù)運行超過規(guī)定時間(如24小時)，便可通過程序控制自動實現(xiàn)停機輪休，以延長泵組的使用壽命。由PLC控制變頻調(diào)速裝置，通過測量給水母管

83、的壓力，將其轉(zhuǎn)換成4～20mA的模擬量信號，進而控制變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)水泵電機轉(zhuǎn)速，使其自動適應(yīng)水量變化，穩(wěn)定供水壓力。系統(tǒng)運行中，總有一臺水泵處于變頻調(diào)速狀態(tài)，而其它為工頻恒速或停機等待狀態(tài)，保持有一臺水泵由變頻電源驅(qū)動，實現(xiàn)水壓的細調(diào)節(jié)，以保證調(diào)節(jié)時間不大于l0s，水壓波動不超過0.01MPa。當控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障而失靈時，可將變頻器切至手動操作方式。</p><p>　　有些變頻恒壓供水裝置在水壓高時直接

84、切除一臺工頻泵，再由變頻泵進行調(diào)節(jié)。這種切泵的方式顯然存在供水水壓的劇烈變化。在實際設(shè)計中，將變頻器以工頻運行方式轉(zhuǎn)換到正在以工頻運行的工頻泵上，再逐漸降低頻率，實現(xiàn)變頻恒壓供水的無沖擊切泵，使水壓過渡平穩(wěn)，防止出現(xiàn)水壓大幅度波動及水壓為0的短時斷水現(xiàn)象，提高了供水質(zhì)量。在系統(tǒng)工作過程中，由于切換時接觸器吸合和釋放存在著延時，水泵電機在切換到電網(wǎng)時會產(chǎn)生較大的電流沖擊，設(shè)計中可適當使切換頻率大于50Hz，就可以盡量減小沖擊電流。<

85、/p><p>　　若無人值班時突然停電，在恢復(fù)供電后水泵無法啟動而造成斷水。設(shè)計中可設(shè)置為變頻自啟動方式，在電源恢復(fù)后，PLC控制報警器報警，然后按自動運行方式變頻啟動水泵，直到穩(wěn)定地運行在給定水壓值。為防止變頻器50Hz驅(qū)動與市電50Hz驅(qū)動時電機輸出功率不同而造成反復(fù)加泵/減泵現(xiàn)象，程序中加泵/減泵的切換點設(shè)置為不是剛好等于設(shè)定值，加泵時壓力值為“設(shè)定值-△”，減泵時判斷點為“設(shè)定值+△。其中△根據(jù)水壓控制的精度

86、要求而進行相應(yīng)的設(shè)置。</p><p>　　4供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　　4.1 供水系統(tǒng)的硬件組成</p><p>　　根據(jù)3.1節(jié)中變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)組成原理圖，得到該系統(tǒng)的電氣控制框圖如圖4-1：</p><p>　　圖4-1 變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　根據(jù)該框

87、圖，系統(tǒng)所需的硬件有:</p><p>　　1）PLC及擴展模塊</p><p>　　2）變頻器、水泵機組</p><p>　　3）人機界面（觸摸屏）</p><p>　　4）軟啟動器或自耦變壓器</p><p>　　5）壓力傳感器、壓力變送器、電接點壓力表、水位傳感器。</p><p>　　6

88、）PLC用隔離變壓器、低壓電器以及控制柜</p><p>　　4.2 可編程控制器(PLC)選型</p><p>　　可編程控制器（Programmable Logic Controller）是計算機技術(shù)與自動化控制技術(shù)相結(jié)合而開發(fā)的一種適用工業(yè)環(huán)境的新型通用自動控制裝置，是作為傳統(tǒng)繼電器的替換產(chǎn)品而出現(xiàn)的。它采用一種可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算

89、等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程。PLC是該控制系統(tǒng)的核心部件，合理選擇PLC對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)指標和質(zhì)量至關(guān)重要的。選擇PLC應(yīng)包括PLC機型、容量等的選擇。</p><p><b>　　1）PLC機型選擇</b></p><p>　　機型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠，維護使用方便及

90、最佳的性能價格比。</p><p><b>　　a、結(jié)構(gòu)合理</b></p><p>　　對于工藝比較固定，環(huán)境條件較好，維修量較小的場合，選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC。</p><p><b>　　b、功能強弱適當</b></p><p>　　對于開關(guān)量控制的工程項目，若控制速度要求不高，一般選用低檔的

91、PLC。 </p><p>　　2）PLC容量的選擇</p><p>　　PLC容量主要是指是PLC的I/O點數(shù)，I/O點數(shù)也應(yīng)留有適當裕量。由于目前I/O點數(shù)較多的PLC價格也較高，若備用的1/O點是數(shù)量太多，將使成本增加。根據(jù)被控對象的輸入信號和輸出信號的總點數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴充，通常1/0點數(shù)按實際需要的考慮留10%-15%點數(shù)備用量。</p><p>

92、;　　根據(jù)系統(tǒng)要求和功能，PLC選用MITSUBISHI公司的FX2N系列FX2N-48MR-001， FX2N-48MR具有豐富的可靈活配置的硬件資源：內(nèi)含時鐘、PID運算、高速計數(shù)器、顯示器、AC/DC/繼電器內(nèi)置數(shù)字I/O（24路開關(guān)量輸入，24路繼電器輸出），另配置FX0N-4AD模擬量模塊，F(xiàn)X2N-485-BD通信模塊。SC-09通信編程器，采用RS485網(wǎng)絡(luò)通信。</p><p><b>

93、　　4.3 變頻器選型</b></p><p>　　變頻器的選擇包括變頻器的型式選擇、容量選擇和變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選擇三個方面。其總的原則是首先保證可靠地滿足工藝要求，再盡可能節(jié)省資金。</p><p>　　1）變頻器的型式選擇</p><p>　　根據(jù)控制功能可將通用變頻器分為三種類:普通功能型U/F控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高性能U/F控制變頻器知

94、矢量控制高性能型變頻器。變頻器類型的選擇要根據(jù)負載的要求進行。對于風(fēng)機，泵類等平方轉(zhuǎn)矩，低速負載轉(zhuǎn)矩較小，通常可選擇普通功能型的變頻器。在變頻器選型前應(yīng)掌握傳動系統(tǒng)的以下參數(shù):</p><p>　　a、電動機的極數(shù)。一般電動機極數(shù)以不多于4極為宜，否則變頻器容量要適當加大；</p><p>　　b、轉(zhuǎn)矩特性。在同等電動機功率情況下，相對于高過載轉(zhuǎn)矩模式，變頻器規(guī)格可以降額選取；</p

95、><p>　　c、電磁兼容性。為減少主電源千擾，使用時可在中間或變頻器輸入電路中增加電抗器，或安裝前置隔離變壓器。一般當電動機與變頻器距離超過50m時，應(yīng)在它們中間串入電抗器、濾波器或采用屏蔽防護電纜。</p><p>　　變頻器的選型應(yīng)滿足以下條件:</p><p>　　a、電壓等級與驅(qū)動電動機相符；</p><p>　　b、額定電流為所驅(qū)動電

96、動機額定電流的1.1～1.5倍；</p><p>　　c、根據(jù)被驅(qū)動設(shè)備的負載特性選擇變頻器的控制方式；</p><p><b>　　2）變頻器容量選擇</b></p><p>　　變頻器的容量可從三個角度表述:額定電流、可用電動機功率和額定容量。其中后兩項變頻器生產(chǎn)廠家由本國或本公司生產(chǎn)的標準電動機給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表

97、達變頻器的能力。選擇變頻器時，只有變頻器的額定電流量是一個反映半導(dǎo)體變頻器裝置負載能力的關(guān)鍵量。負載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則。</p><p>　　變頻器的額定功率指的是它適用的4級交流異步電動機的功率。由于同容量電動機，其極數(shù)不同，電動機額定電流不同。隨著電動機極數(shù)的增多，電動機額定電流增大。變頻器的容量選擇不能以電動機額定電流為依據(jù)。同時，對于原來采用變頻器的改造項目，變頻器的容量選

98、擇也不能以電動機額定電流為依據(jù)。這是因為，電動機的容量選擇在考慮最大負載，富裕系數(shù)，電動機規(guī)格等因素，往往電動機的容量富裕較大，工業(yè)用電動機常常在50%～60%額定負荷下運行。若以電動機額定電流為依據(jù)來選擇變頻器的容量，留有富裕量太大，造成經(jīng)濟上浪費，而可靠性并沒有因此而得到提高。變頻器與電動機的匹配主要是電動機的額定電壓及電流，如果電動機額定電流小于同功率的變頻器額定電流，一般來說用同等功率的就足夠了，但如果大了，只好用大一級的變頻器

99、。對于鼠籠式異步電動機，變頻器的容量選擇應(yīng)以變頻器的額定電流大于電動機的最大正常工作電流1.1倍為原則，這樣可以最大限度地節(jié)約資金。在選用變頻器時除了考慮技術(shù)性和可靠性外還應(yīng)考慮經(jīng)濟性，一般不要留有太大功率余量，變頻器與電動機兩者的功率應(yīng)相匹配，不但經(jīng)濟性好而且輸出波型更好。</p><p>　　3）變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選用</p><p>　　變頻器的箱體結(jié)構(gòu)要與環(huán)境條件相適應(yīng)，即必須考慮溫

100、度，濕度，粉塵，酸堿度，腐蝕性氣體等因素，這些因素與能否長期安全、可靠運行有很大的關(guān)系。常見有下列幾種結(jié)構(gòu)類型可供設(shè)計中選用:</p><p>　　a、敞開型IP00。本身無機箱，適合裝在電控箱內(nèi)或電氣室內(nèi)的屏，盤，架上，尤其是多臺變頻器集中使用，選用這種型式較好，但環(huán)境條件要求較高；</p><p>　　b、封閉IP20。適用一般用途，可用于有少量粉塵或少許溫度、濕度變化的場合；<

101、/p><p>　　c、密閉型IP65。適用環(huán)境條件差，有水，塵及一定腐蝕氣體的場合。</p><p>　　根據(jù)以上理論，選用三菱FR-A540系列變頻器。該變頻器采用先進磁通矢量控制方式，實現(xiàn)在線自動調(diào)整功能，調(diào)速比可達1：120（0.5～60Hz）；可拆御風(fēng)扇和接線端子，維護方便；柔性PWM，實現(xiàn)更低噪音運行；內(nèi)置RS485通信口，可插擴展卡符合全世界主要通信標準；PID等各種功能適合各種應(yīng)

102、用場合。應(yīng)用三菱FR-A540系列變頻器內(nèi)置PID功能的PLC控制恒壓供水系統(tǒng)，效率高，損耗小，調(diào)速供水節(jié)能效果突出，運行穩(wěn)定，可靠性高，抗干擾能力強，精度高，動態(tài)響應(yīng)快，體現(xiàn)了變頻調(diào)速恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢，取代了水塔、水箱、氣壓罐等，實現(xiàn)恒壓供水，成為供水網(wǎng)的換代產(chǎn)品。</p><p>　　4.4 水泵及其電動機的選型</p><p>　　工作水泵型號和臺數(shù)的選擇，應(yīng)根據(jù)逐時、逐日、逐季的

103、用水量變化，要求的水壓，機組的效率和功率因素等確定。</p><p>　　水泵和電動機是供水系統(tǒng)的重要組成部分，水泵選擇恰當與否和動力費用有很大的關(guān)系，故須加以重視。選泵時，首先要滿足供水系統(tǒng)的要求:</p><p>　　1）水泵揚程應(yīng)大于實際供水高度；</p><p>　　2）水泵流量總和應(yīng)大于實際最大供水量；</p><p>　　3）水泵

104、能力足以供應(yīng)最高用水量時的用水量，揚程應(yīng)在該泵特性曲線的高效工作區(qū)內(nèi)，以減少耗電量；</p><p>　　4）水泵型號應(yīng)使泵站建筑面積和泵站的基礎(chǔ)埋深為最小，以降低泵站造價；</p><p>　　5）水泵構(gòu)造應(yīng)使泵站內(nèi)管線簡單，以減少水頭損失；</p><p><b>　　6）安裝管理方便。</b></p><p>　　

105、安裝臥式離心泵的泵站，平面尺寸較大而高度較低；立式軸流泵的泵站，情況正好相反，泵站的高度較大而平面尺寸較小。因此在深埋式的地下泵站可優(yōu)先考慮立式泵，半地下式和地面式泵站可用臥式泵。</p><p>　　選用多臺水泵時，水泵的型號最好相同，這可便于安裝和維修養(yǎng)護管理。在此設(shè)計中要求三臺主泵和主泵電機型號和容量要相同，這才有利于在同一變頻器下正常的工作。大泵的效率比小泵高，而且用大泵時，工作泵和設(shè)備的費用以及泵站的面

106、積?？蓽p小。因此不可只從適應(yīng)水量的變化出發(fā)，使用數(shù)量較多的小泵。使用多臺水泵供水可防止一臺水泵出現(xiàn)故障時，停止供水使得系統(tǒng)癱瘓。一般最優(yōu)的水泵臺數(shù)為3～6臺。</p><p>　　綜合上述，對水泵進行選用時，要根據(jù)供水系統(tǒng)對流量的大小、揚程的高低和實際需要進行選擇。在此主泵選用山東淄博博山大通水泵有限公司生產(chǎn)的型號為500LX5的離心式清水泵，揚程61m，流量12.6立方米每小時，軸功率5.5KW；電機型號為Y1

107、32S-4，容量為5.5KW,額定電壓為380V,額定電流為11.6A，轉(zhuǎn)速為1450r/min。</p><p>　　4.5 遠傳壓力表選型</p><p>　　壓力傳感器和壓力變送器是將水管中的壓力信號變成1～5V或4～20mA的模擬量信號，作為模擬輸入模塊(A/D模塊)的輸入，在選擇時，為了防止傳輸過程中的干擾與損耗，我們采用4-20mA輸出壓力變送器。在運行過程中，當壓力傳感器和壓

108、力變送器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)有可能開啟所有的水泵，而此時的用水量又達不到，這就使水管中的水壓上升，為了防止爆管和超高水壓損壞家中的用水設(shè)備(熱水器、抽水馬桶等)，本文中的供水系統(tǒng)使用電極點壓力表的壓力上限輸出，作為PLC的一個數(shù)字量輸入，當壓力超出上限時，關(guān)閉所有水泵并進行報警輸出。</p><p>　　本系統(tǒng)采用杭州市富陽儀川儀表有限公司生產(chǎn)的YTT-150型差動遠傳壓力表，此表適用于測量對鋼及銅合金不起腐蝕作用的

109、液體、蒸汽和氣體等介質(zhì)的壓力。因為在儀表內(nèi)部設(shè)置一個滑線電阻式發(fā)送器，故可把被測值以電量值傳至遠離測量點的二次儀表上，以實現(xiàn)集中檢測和遠距離控制。此外，YTT-150型差動遠傳壓力表既可對所測壓力作現(xiàn)場指示又能轉(zhuǎn)換為0～10mA?DC或4～20mA?DC的標準電流信號輸出，便于現(xiàn)場檢測。本儀表由一個彈簧壓力表和一個電位器式發(fā)送器組成。儀表機械部分的作用原理與一般彈簧管壓力表相同。由于電位器設(shè)置在齒輪傳動機構(gòu)上，因此當齒輪傳動機構(gòu)中的扇形