環(huán)境管理_變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計

*學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計 姓 名 學(xué) 號 院（系） 專 業(yè) 指導(dǎo)教師 職 稱 評閱教師 職 稱 年 月 日 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明 本人以信譽聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 進行的設(shè)計（研究）工作及取得的成果，論文（設(shè)計）中引用他（她） 人的文獻、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果 為本人獨立完成，不包含他人成果及為獲得重慶科技學(xué)院或其它教育 機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用其材料。與我一同工作的同志對本設(shè)計（研 究）所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 畢業(yè)設(shè)計（論文）作者（簽字）： 簽字日期 年 月 日 貼校徽處 *學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師 專 業(yè)： 院 （系）： 年 月 日 摘 要 本論文結(jié)合我國中小城市供水廠的現(xiàn)狀，設(shè)計了一套基于 PLC 的變頻調(diào)速恒 壓供水自動控制系統(tǒng)。 變頻調(diào)速恒壓供水自動控制系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、水泵電機組、傳 感器、以及控制柜等構(gòu)成。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺水泵的調(diào)節(jié)是通過 變頻器來改變電源的頻率 f 來改變電機的轉(zhuǎn)速 n，從而改變水泵性能曲線得以實 現(xiàn)的。分析水泵的能耗比較圖，可以看出利用變頻調(diào)速實現(xiàn)恒壓供水，當(dāng)轉(zhuǎn)速降 低時，流量與轉(zhuǎn)速成正比，功率以轉(zhuǎn)速的三次方下降，與傳統(tǒng)供水方式中用閥門 節(jié)流方式相比，在一定程度上可以減少能量損耗，能夠明顯節(jié)能。 通過編程軟件設(shè)計了一個用于供水系統(tǒng)壓力控制的 PID 控制器，PID 控制器 內(nèi)置在 PLC 中，該控制器對于壓力給定值與測量值的偏差進行處理，實時控制變 頻器的輸出電壓和頻率，進而改變水泵電動機的轉(zhuǎn)速來改變水泵出水口流量，實 現(xiàn)整個供水的壓力的自動調(diào)節(jié)，使壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近。 關(guān)鍵詞： PLC 控制 變頻調(diào)速 恒壓供水 水泵 節(jié)能 Abstract The present paper unifies in our country the small city for the water works present situation, has designed a set based on the PLC frequency conversion velocity modulation constant pressure water supply automatic control system. In order to pledge water supply, the unit is in the super pressure state usually moving, not only the efficiency is low and power consumption is big, but also Guan Wang in city over a long period of time is in the super pressure running state, and it is also very serious to wear and tear. This thesis combines the middle and small city water supply present situation of factory of our country, and has designed basseting on the fast constant voltage water supply automatic control system of frequency conversion accent of PLC. The fast constant voltage water supply automatic control system of frequency conversion accent forms by programmable controller and frequency converter and water pump electrical machinery group, sensor as well as control cupboard etc. This system uses frequency converter to pull to move many electromotor to start, moves and accent speed, uses respectively to circulate the method operating of use, by way of super ordinate machine. Key word: PLC control, frequency conversion velocity modulation, constant pressure water supply, water pump, energy conservation 目 錄 摘 要I ABSTRACT .II 前 言.1 1 緒論2 1.1 項目的意義及應(yīng)用背景2 1.2 課題的方案設(shè)計3 1.3 本文研究的內(nèi)容4 2 恒壓供水原理及工藝5 2.1 系統(tǒng)的組成和基本工作原理5 2.2 系統(tǒng)框圖及工作模式6 2.3 主要元器件選型7 2.4 該系統(tǒng)的特點8 3 控制系統(tǒng)分析與設(shè)計10 3.1 低壓電器設(shè)備部分10 3.2 控制柜面板設(shè)計12 3.3 PLC 控制部分 .13 4 軟硬件的基本原理介紹14 4.1 PLC 可編程控制器(三菱 FX2N-32MR)14 4.1.1 可編程控制器的特點.14 4.1.2 可編程控制器的工作原理.15 4.2 變頻器的原理與特性(ATV38).20 4.2.1 變頻器簡介.20 4.2.2 變頻與變壓(VVVF)原理 .20 4.2.3 變頻調(diào)速的基本原理.21 4.2.4 變頻調(diào)速的升速和啟動.21 4.2.5 變頻調(diào)速的降速和制動.22 4.2.6 變頻后的電動機的機械特性.22 4.2.7 水泵類平方律負載的機械特性.23 4.2.8 V/F 控制的概念23 4.2.9 矢量控制的概述.24 4.2.10 ATV38 的特性25 4.3 壓力傳感器簡介27 5 系統(tǒng)開發(fā)29 5.1 PLC 應(yīng)用的開發(fā)步驟 .29 5.2 PID 調(diào)節(jié) 30 5.2.1 PID 調(diào)節(jié)原理30 5.2.2 PID 參數(shù)設(shè)置31 5.2.3 PID 設(shè)定值的調(diào)整及控制算法31 5.3 PLC 程序 .33 5.3.1 基本步驟.33 5.3.2 程序中使用的繼電器.34 5.3.3 PLC I/O 表 37 5.3.4 程序流程.37 5.3.5 PLC 程序的運行和模擬調(diào)試.43 6 調(diào)試44 6.1 硬件功能調(diào)試44 6.2 系統(tǒng)總體調(diào)試44 結(jié) 論.45 致 謝.46 參考文獻.47 附錄 PLC 梯形圖48 前 言 據(jù)報道，目前國內(nèi)在用的水泵和風(fēng)機約 5000 萬臺，年消耗的電量可達約 1000 億度。據(jù)有關(guān)國際組織發(fā)表的資料顯示：中國的單位國民經(jīng)濟總產(chǎn)值所消耗 的電是美國、德國等的 4 倍左右，消耗的水是他們的 2 倍左右。我國的大量用電 設(shè)備中，風(fēng)機和水泵類電機的耗電量占全國發(fā)電量 50%左右，若推廣新型電機調(diào) 速技術(shù)，可節(jié)電 40%左右，即可以節(jié)約全國發(fā)電量的 1/5。由于我國人均占有水、 電資源相對于別國又少很多，因此，在我國一方面水電供應(yīng)緊張，而另一方面， 水電的浪費又十分驚人。節(jié)電節(jié)水，不僅潛力巨大，而且意義深遠。 恒壓供水是指供水網(wǎng)系中用水量發(fā)生變化時，其出口壓力保持不變的供水方 式。供水系統(tǒng)的主要參數(shù)有：流量、揚程、管阻和壓力。采用變頻器后可以節(jié)能 有三個方面：管阻特性曲線保持不變(閥門全開)，揚程特性曲線下降(轉(zhuǎn)速下降)， 使流量下降與用戶需求量下降平衡，以保持水壓大致恒定；轉(zhuǎn)速控制方式使水泵 的工作效率一直處于最佳狀態(tài)；不處于滿載狀態(tài)的電動機因為輸入電壓的降低， 它的效率也將相對于不采用變頻降壓有所提高。在本次設(shè)計中，主要設(shè)計基于 PLC 生活給水控制系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn)，通過三菱 FX2N-32MR PLC 和 ATV38(施耐 德) 變頻器進行對生活給水控制系統(tǒng)的手動、自動控制，達到變頻恒壓的理想狀 態(tài)。通過在三菱的 PLC GX Developer7 上進行編程，通過學(xué)校實驗室提供的設(shè)備 上進行一定的檢查和調(diào)試。 由于本人設(shè)計水平有限，所以設(shè)計中多少有些錯誤，請予批評指正。謝謝！ 1 緒論 1.1 項目的意義及應(yīng)用背景 變頻控制技術(shù)的進步不僅僅是異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、堅固、易于維護等優(yōu)點， 更主要的是采用變頻調(diào)速技術(shù)的異步電動機的機械特性達到了直流電動機調(diào)壓調(diào) 速的特性。由于計算機技術(shù)的介入，使得變頻器具有豐富的功能和方便好用的特 點，因此人們才有可能按照實際要求，自行構(gòu)成一個適用和可靠的調(diào)速系統(tǒng)。 變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點，使我國 供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從 90 年代初開始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng) 實現(xiàn)水泵電機無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量 發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進、合理的節(jié)能型供水系 統(tǒng)。在實際應(yīng)用中得到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的 功能也越來越強。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計變頻調(diào)速恒壓供 水設(shè)備，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著非常重要的意義1。 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)主要有2： 帶 PID 回路調(diào)節(jié)器和/或可編程序控制器(PLC)的控制系統(tǒng) 在該系統(tǒng)中，變頻器的作用是為電動機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電動機的 無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓可控。傳感器的任務(wù)是檢測管網(wǎng)水壓；壓力設(shè)定單元 為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值；壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號輸入可編 程控制器后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部 PID 控制程序的計算，輸給變頻器一個轉(zhuǎn)速控 制信號。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號送入 PID 回路調(diào)節(jié)器， 由后者進行運算后，輸給變頻器一個轉(zhuǎn)速控制信號。 由于變頻器的轉(zhuǎn)速控制信號是由可編程控制器或 PID 回路調(diào)節(jié)器給出的，所 以對可編程控制器來講，既要有模擬量輸入接口，又要有模擬量輸出接口。由于 帶模擬量輸入/輸出接口的可編程控制器價格很高，這無形中就增加了供水設(shè)備的 成本。若采用帶有模擬量輸入/數(shù)字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器 的數(shù)字量輸出口端另接一塊 PWM 調(diào)制板，將可編程控制器輸出的數(shù)字量信號轉(zhuǎn) 變?yōu)槟M量。這樣，可編程控制器的成本沒有降低，還增加了連線和附加設(shè)備， 降低了整套設(shè)備的可靠性。如果采用一個開關(guān)量輸入/輸出的可編程控制器和一個 PID 回路調(diào)節(jié)器，其成本也和帶模擬量輸入/輸出的可編程控制器差不多。所以， 在變頻調(diào)速恒壓給水控制設(shè)備中，PID 控制信號的產(chǎn)生和輸出就成為降低給水設(shè) 備成本的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 新型變頻調(diào)速供水設(shè)備 針對傳統(tǒng)的變頻調(diào)供水設(shè)備的不足之處，國內(nèi)外不少生產(chǎn)廠家近年來紛紛推 出了一系列新產(chǎn)品，如華為的 TD2100，施耐德公司的 Altivar58 泵切換卡， SANKEN 的 SAMCO-I 系列，ABB 公司的 ACS600、ACS400 系列，富士公司的 G11S/P11S 系列等。這些產(chǎn)品將 PID 調(diào)節(jié)器以及簡易可編程控制器的功能都綜合 進變頻器內(nèi)，形成了帶有各種應(yīng)用宏的新型變頻器。由于 PID 運算在變頻器內(nèi)部， 這就省去了對可編程控制器存儲容量的要求和對 PID 算法的編程，而且 PID 參數(shù) 的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。由于 變頻器內(nèi)部自帶的 PID 調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑、穩(wěn) 定。同時，為了保證水壓反饋信號值的準確、不失值，可對該信號設(shè)置濾波時間 常數(shù)，同時還可對反饋信號進行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡單、方便。這類變頻 器的價格僅比通用變頻器略高一點，但功能卻強很多，所以采用帶有內(nèi)置 PID 功 能的變頻器生產(chǎn)出的恒壓供水設(shè)備，降低了設(shè)備成本，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了 安裝調(diào)試時間。在滿足工藝要求的情況下應(yīng)優(yōu)先采用。 供水專用變頻器 供水專用變頻器是將普通變頻器和 PLC 控制器集成在一起，是集供水管控一 體化的系統(tǒng)，內(nèi)置供水專用 PID 調(diào)節(jié)器，只需加一只壓力傳感器，即可方便地組 成供水閉環(huán)控制系統(tǒng)。傳感器反饋的水壓信號直接送入變頻器自帶的 PID 調(diào)節(jié)器 輸入口，而壓力設(shè)定即可使用變頻器的鍵盤設(shè)定，也可采用一只電位器以模擬量 的形式送入。每日可設(shè)定多段壓力運行，以適應(yīng)供水壓力的需要。也可設(shè)定指定 日供水壓力。面板可以直接顯示壓力反饋值(MPa)。 系統(tǒng)供水有兩種基本運行方式：變頻泵固定方式和變頻泵循環(huán)方式。變頻泵 固定方式最多可以控制 7 臺泵，可選擇“先開先關(guān)”和“先開后關(guān)”(適用泵容量不同 場合)兩種水泵關(guān)閉順序；變頻泵循環(huán)方式最多可以控制 4 臺泵，系統(tǒng)以“先開先 關(guān)”的順序關(guān)泵。 供水系統(tǒng)采用變頻供水技術(shù)可改善供水水質(zhì)，且自動化程度高，又是國家節(jié) 能推廣技術(shù)，但若選擇使用不當(dāng)，又會造成電能“浪費“，因此設(shè)計人員在方案確 定之前應(yīng)根據(jù)用水性質(zhì)、用水特點、用水規(guī)模、設(shè)備投資等因素綜合考慮，在保 證可靠供水前提下，充分發(fā)揮變頻調(diào)速的節(jié)能潛力。 1.2 課題的方案設(shè)計 根據(jù)該題目的要求：有四臺水泵電機構(gòu)成次基于 PLC 的生活給水控制系統(tǒng)， 實現(xiàn)兩種工作模式，即手動模式和自動模式。 手動模式：自由操作，可以只啟動水泵電機組的任何水泵電機； 自動模式： 1）自動輪換 2）備用自投 3）先啟先停 4）故障檢測和指示 方案 1：這四臺水泵電機直接啟動，無變頻調(diào)節(jié)作用。 按照“先啟先?！?、 “備用自投”運行，這個方案主要沒有變頻調(diào)節(jié)作用，這對水資源不能合理的分 配利用，浪費電力，這個方案僅對用戶需求流量較為穩(wěn)定的情況應(yīng)用。 方案 2：由三臺主泵和一個變頻泵構(gòu)成，三臺主泵按照“先啟先?！?、 “備用 自投”運行，具有變頻調(diào)節(jié)作用，相對地合理的分配利用水資源，相對節(jié)約了電 力，對整個系統(tǒng)是一個較為合理的解決方案。 本課題采用方案 2。 1.3 本文研究的內(nèi)容 本文介紹可編程控制器(PLC)為控制核心，施耐德公司的 ATV38 系列帶內(nèi)置 PID 功能的變頻器為執(zhí)行元件，采用 PID 算法控制水泵電機轉(zhuǎn)速，即可調(diào)節(jié)出口 管網(wǎng)壓力，使之達到用戶期望的恒定壓力。其中主要內(nèi)容包括恒壓供水原理， PLC 原理，變頻調(diào)速原理，通過設(shè)置幾個主要器件 I/O 參數(shù)，實現(xiàn) PLC，變頻器， 壓力傳感器之間的通訊、控制功能。 2 恒壓供水原理及工藝 2.1 系統(tǒng)的組成和基本工作原理 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由供水控制系統(tǒng)、穩(wěn)壓泵組、穩(wěn)壓氣壓罐等組成。系 統(tǒng)控制示意圖如圖 2. 1： 變頻器 4DA 4AD PLC FX2N 執(zhí)行機構(gòu) 隔膜式 氣壓罐 泵組 供水控制系統(tǒng) 浮 球 液 位 開 關(guān) 至 用 戶 水源 圖 2. 1 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制示意圖 供水控制系統(tǒng)供水控制系統(tǒng) 主要由交流變頻調(diào)速器、可編程控制器、外圍操作執(zhí)行機構(gòu) 及保護電路、壓力傳感器、蓄水池液位控制器（水源缺水保護用）等組成。 穩(wěn)壓泵組穩(wěn)壓泵組 穩(wěn)壓泵組主要由三臺主泵和一個變頻泵構(gòu)成，三臺主泵按照“先 啟先?！?、 “備用自投”運行，其變頻泵供水揚程大于或等于主泵的供水揚程。它 只在管網(wǎng)用戶流量需求變化時自動投入變頻運行，維持管網(wǎng)的壓力，補充小流量 用水或管網(wǎng)的滲漏，同時使主泵在管網(wǎng)小流量和零流量時處于停機狀態(tài)。 氣壓罐氣壓罐 氣壓罐是一種密閉容器。大流量供水時，由水泵加壓，罐內(nèi)貯存的 氣體被壓縮；在小流量或零流量供水時，被壓縮氣體泄壓膨脹，將貯存在罐內(nèi)的 水壓輸入配水管網(wǎng)，補充用戶的小流量用水或管網(wǎng)的滲漏，同時使主泵在小流量 和零流量用水時處于停機狀態(tài)。 系統(tǒng)由水泵機組、變頻柜、壓力儀表、管路系統(tǒng)等構(gòu)成。變頻柜由變頻器， PLC 低壓電器等構(gòu)成。系統(tǒng)控制 25KW 水泵 4 臺。 變頻恒壓供水自動控制系統(tǒng)工作原理如下： PLC 的數(shù)據(jù)寄存器給出供水壓力設(shè)定值，由 FX2N-4DA 轉(zhuǎn)換為模擬量的形 式送入變頻器 PID 調(diào)節(jié)器輸入口 AI1+、 AI1-，壓力傳感器反饋的水壓信號直接 送入變頻器自帶的 PID 調(diào)節(jié)器輸入口 AI2+、AI2-，變頻器根據(jù) PID 調(diào)節(jié)器調(diào)整 變頻水泵電機的電源頻率，進而調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速3。 系統(tǒng)正常運行時，用戶用水管網(wǎng)上的壓力傳感器對用戶的用水水壓進行數(shù)據(jù) 采樣，并將壓力信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過 FX2N-4AD，PLC 每秒鐘從 4AD 采 集 5 次數(shù)據(jù)，并把這 5 次數(shù)據(jù)的平均值求出，然后與用戶設(shè)定的壓力值的分界值 進行比較運算，計算出工頻泵啟動臺數(shù)信號。 通過對工頻泵的啟動和停止臺數(shù)及變頻泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，及變頻器對變頻泵轉(zhuǎn) 速的調(diào)節(jié)，將用戶管網(wǎng)中的水壓穩(wěn)定于用戶預(yù)先設(shè)定的壓力值，使供水泵組“提 升”的水量與用戶管網(wǎng)不斷變化的用水量保持一致，達到“變量恒壓供水”的目 的。 由于 PID 運算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對可編程控制器存貯容量的要求和 對 PID 算法的編程，而且 PID 參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本， 而且大大提高了生產(chǎn)效率。由于變頻器內(nèi)部自帶的 PID 調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法， 所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑，穩(wěn)定。同時，為了保證水壓反饋信號值的準確、不 失值，可對該信號設(shè)置濾波時間常數(shù)，同時還可對反饋信號進行換算，使系統(tǒng)的 調(diào)試非常簡單、方便。 2.2 系統(tǒng)框圖及工作模式 如圖 2.2 所示，有兩種工作模式，其工作情況如下： 手動模式手動模式：按工作人員的自由操作，可以只啟動水泵電機組的任何水泵電機。 自動模式自動模式：當(dāng)無液位浮力開關(guān)信號（為 OFF）時，此系統(tǒng)水泵電機處于停機 狀態(tài)。當(dāng)液位浮力開關(guān)有信號（為 ON）時，先啟動變頻水泵電機；如果供水不 足時，再啟動 1 臺主泵，變頻水泵電機起著對流量調(diào)節(jié)，在運行過程中水泵電機 按照“先啟先停” 、 “備用自投”運行；如果還是供水不足時，啟動 2 臺主泵，變 頻水泵電機起著對流量調(diào)節(jié)；在運行過程中水泵電機按照“先啟先停” 、 “備用自 投”運行；如果還是供水不足時，3 臺主泵都啟動，變頻水泵電機起著對流量調(diào) 節(jié)。若用水量減少，按啟泵順序依次停止工頻泵，直到最后 1 臺泵變頻恒壓4。 壓力傳感器4 AD 4 DA 手動自動 開關(guān)水位信號 傳統(tǒng)低壓電器設(shè)備 PLC 3# 水泵 1# 水泵 2# 水泵 變頻水泵 變頻器 圖 2.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制框圖 恒壓供水控制系統(tǒng)將交流變頻調(diào)速技術(shù)、可編程控制技術(shù)應(yīng)用于水泵自動控 制設(shè)備中，與水泵組相結(jié)合為電一體化供水裝置。該系統(tǒng)可根據(jù)管網(wǎng)瞬時壓力變 化，自動調(diào)節(jié)某臺水泵電機的轉(zhuǎn)速和多臺水泵電機的投入和退出運行，滿足用戶 恒壓變量供水及變壓變量供水的需要，使供水管壓力保持恒定。 2.3 主要元器件選型 器件：使用國產(chǎn)配置功率：30KW 電流：62A 表 2.1 器件列表 器件名稱器件名稱數(shù)量數(shù)量貨品型號規(guī)格貨品型號規(guī)格 可編程控制器1FX2N -32MR-001 變頻器1ATV38(施耐德) PLC 數(shù)模轉(zhuǎn)化模塊1FX2N-4DA PLC 模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊1FX2N-4AD 空氣開關(guān)3DZ47-63/3P-50A 交流接觸器4CJ-X1-45/22-220V 熱繼電器33U-A59/25-40A 壓力傳感器1YYB-ES（錢江儀器儀表廠） 中間繼電器2JZ-C1-22V 萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)1LW112 旋鈕3LAY37-NED1 紅按鈕3LAY16-A-01R 綠按鈕3LAY16-A-10G 續(xù)表 2.1 器件列表 器件名稱器件名稱數(shù)量數(shù)量貨品型號規(guī)格貨品型號規(guī)格 紅指示燈5AD16-22R31 綠指示燈4AD16-22G31 熔斷器1HG30-32 熔芯1RT14-10A 電流表16L2-100/5A 電壓表16L2-450V 電流互感器1LMK-0.66-100/5A 液位控制器261F-GP-N(歐姆龍) 接線端子5JH9-15A 接線端子13JH9-100A 浮動開關(guān)1GSK-1B(精士) 控制柜殼11200*600*370 2.4 該系統(tǒng)的特點 結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，占地少，毋須建造高位水箱或水塔，投資省，安裝快， 便于集中管理。 采用進口變頻器及相關(guān)元器件，設(shè)計合理，操作簡便，性能可靠，全自動 運行無人值守。 具備多種故障顯示及備查記錄，完善的欠壓、過壓、過流、過載、短路、 缺相、水源缺水自動保護停機等保護功能，使用安全，維護簡便。 自由設(shè)定管網(wǎng)壓力，按實際用水量來調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使其始終處于高效運 轉(zhuǎn)狀態(tài)；采用多臺小功率水泵電機成泵組代替大功率泵更能適合流量的急劇變化， 避免“大馬拉小車”現(xiàn)象，節(jié)能效果更為顯著。與恒速泵供水相比，消除了超壓 和回流的無功損耗。 由變頻器或軟起動器實現(xiàn)水泵軟起動軟停止，使電網(wǎng)和管網(wǎng)免受沖擊；無 水錘現(xiàn)象，大大降低設(shè)備運行噪音，延長相關(guān)設(shè)備的使用壽命。 多臺泵有多種循環(huán)運行方式，均衡各泵運行時間，避免其中某臺水泵因閑 置而銹蝕。 直接向用戶供水，水質(zhì)無二次污染。 品種規(guī)格齊全，可任意組合配套，應(yīng)用范圍廣。 控制程序化，可按用戶需要實現(xiàn)多種控制方式。例如：定時開關(guān)系統(tǒng)、消 防聯(lián)動、小流量和零流量自動關(guān)機睡眠、上位機集中管理等。 管網(wǎng)常壓供水，可避免外露管路凍裂；可按需要任意調(diào)節(jié)設(shè)備供水壓力， 滿足用水高峰期建筑頂層的水壓要求。 3 控制系統(tǒng)分析與設(shè)計 3.1 低壓電器設(shè)備部分 恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計具有手動模式和自動模式，手動模式主要是通過低壓 電器設(shè)備控制，該低壓電器設(shè)備的控制示意圖由兩部分組成，如圖 3.1 和圖 3.2： 如圖 3.1 和圖 3.2 所示： 當(dāng)撥動開關(guān)撥到“停止”時，其整個系統(tǒng)位于停止?fàn)顟B(tài)； 當(dāng)撥動開關(guān)撥到“自動”時，及實現(xiàn)自動工作模式； 當(dāng)撥動開關(guān)撥到“手動”時，及實現(xiàn)手動工作模式； 2SB、4SB、6SB 分別手動控制 1# 、2# 、3# 泵 啟動； 1SB、3SB、5SB 分別手動控制 1# 、2# 、3# 泵 停止； 1HG、2HG、3HG 分別是 1# 、2# 、3# 泵的工作指示燈； 1KA 分別是有液位控制的中間繼電器 圖 3.1 主電路圖 圖 3. 2 控制電路圖 當(dāng)想手動啟動 1# 泵時，按下 2SB，2SB 接通1KM 接通1#水泵電機啟動； 當(dāng)想手動停止 1# 泵時，按下 1SB，1SB 斷開1KM 斷開1#水泵電機停止； 當(dāng)想手動啟動 2# 泵時，按下 4SB，4SB 接通2KM 接通2#水泵電機啟動； 當(dāng)想手動停止 2# 泵時，按下 3SB，3SB 斷開2KM 斷開2#水泵電機停止； 當(dāng)想手動啟動 3# 泵時，按下 6SB，6SB 接通3KM 接通3#水泵電機啟動； 當(dāng)想手動停止 3# 泵時，按下 5SB，5SB 斷開3KM 斷開3#水泵電機停止。 表 3.1 低壓電器設(shè)備主要元件及其作用 元件名元件名作用作用 1SB手動模式 1# 泵 停止按鈕 2SB手動模式 1# 泵 啟動按鈕 3SB手動模式 2# 泵 停止按鈕 4SB手動模式 2# 泵 啟動按鈕 5SB手動模式 3# 泵 停止按鈕 6SB手動模式 3# 泵 啟動按鈕 1HG 1 # 泵工作模式 指示燈 續(xù)表 3.1 低壓電器設(shè)備主要元件及其作用 元件名元件名作用作用 2HG2 # 泵工作模式 指示燈 3HG3 # 泵工作模式 指示燈 4HG4 # 變頻泵工作模式 指示燈 1KH1 # 電機熱電保護的熱繼電器 2KH2 # 電機熱電保護的熱繼電器 3KH3 # 電機熱電保護的熱繼電器 4KH4 # 電機熱電保護的熱繼電器 1KA水位控制的中間繼電器 1FQ水位控制的浮力開關(guān) 3.2 控制柜面板設(shè)計 根據(jù)上面的低壓電器設(shè)備主要元件，可以大致設(shè)計為如圖 3.3 所示： 圖 3.3 控制柜面板示意圖 3.3 PLC 控制部分 PLC 基本是實現(xiàn)自動工作模式，根據(jù)該系統(tǒng)的要求：PLC 端口的大致分為如 圖 3.4 所示： 模塊0 模塊1 壓力傳感器 電壓信號 變頻器主速 模擬量接口 1KM 2KM 3KM 31N 24V X0 X1 X2 4KM X3 1KA X4 S0 X5 24V COMCOM3 COM2 Y5 Y2 Y3 Y4 Y12 Y13 Y14 Y15 Y6 FX2N-4AD FX2N-4DA FX2N-32MR 45 51 65 61 5KM 1#泵反饋 2#泵反饋 水位信號 3#泵反饋 4#泵反饋 變頻器故障信號 1#泵運行 2#泵運行 2#泵故障指示 3#泵運行 4#泵運行 S1 PLC控制 故障輸出 4#泵故障指示 1#泵故障指示 3#泵故障指示 PLC公共 輸出端 AI2+ AI2- 圖 3.4 PLC 端口分配示意圖 注：s0 為變頻器的故障輸出 s1 為在變頻器上的 4#水泵電機的控制接口 壓力傳感器 電壓信號 變頻器主速 模擬量接口 模塊 0 模塊 1 AI1+ AI1- 4 軟硬件的基本原理介紹 4.1 PLC 可編程控制器(三菱 FX2N-32MR) 1969 年，在美國出現(xiàn)第一臺可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）以來，經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為一種最重要、高可靠性、 應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制微型計算機。它應(yīng)用大規(guī)模集成電路、微型機技術(shù)和通 信技術(shù)的發(fā)展成果，逐步形成具有多種優(yōu)點和微型、小型、中型、大型、超大型 等各種規(guī)格的 PLC 系列產(chǎn)品，應(yīng)用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計算機之間的許多 過程控制領(lǐng)域?？删幊绦蚩刂破饕押蛿?shù)控技術(shù)及工業(yè)機器人并列為工業(yè)自動化的 三大支柱5。 初期的 PLC 只是用于邏輯控制場合，代替繼電器控制系統(tǒng)。隨著微電子技術(shù) 的發(fā)展，PLC 以微處理器為核心，適用于開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量的控制，它已 進入過程控制和位置控制等場合的控制領(lǐng)域。目前，可編程序控制器既保留了原 來可編程序邏輯控制器的所有優(yōu)點，又吸收和發(fā)展了其他控制裝置的優(yōu)點，包括 計算機控制系統(tǒng)、過程儀表控制系統(tǒng)、集散系統(tǒng)、分散系統(tǒng)等。在許多場合，可 編程序控制器可以構(gòu)成各種綜合控制系統(tǒng)，例如構(gòu)成邏輯控制系統(tǒng)、過程控制系 統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)、圖形工作站等等。 4.1.1 可編程控制器的特點 可靠性高。由于可靠性是用戶選用的首位依據(jù)，因此，每個 PLC 生產(chǎn)廠都 將可靠性作為第一指標而加以研制，以單片機為核心，在硬件和軟件上采取大量 的抗干擾措施，使 PLC 的平均無故障時間達到 30 萬小時以上，使用壽命更長。 控制功能強。PLC 具有邏輯判斷、計數(shù)、定時、步進、跳轉(zhuǎn)、移位、記憶、 四則運算和數(shù)據(jù)傳送等功能，可以實現(xiàn)順序控制、邏輯控制、位置控制和過程控 制等。 編程方便，易于使用。PLC 采用與繼電器電路相似的梯形圖編程，比較直 觀，易懂易編，深受電氣技術(shù)人員和電工的歡迎，容易推廣應(yīng)用。PLC 可取代原 繼電器控制系統(tǒng)，有利于對老設(shè)備的技術(shù)改造。 使用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，抗干擾能力強。 具有各種接口，與外部設(shè)備連接非常方便。 采用積木式結(jié)構(gòu)或模塊式結(jié)構(gòu)，有較大靈活性和可擴展性，擴展靈活方便。 維修方便。PLC 上有 I/O 指示燈，哪個 I/O 元件有故障，一目了然。 可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求或運行情況，隨時對程序進行在線修改，不用更改硬 接線，靈活性大，適應(yīng)性強。 4.1.2 可編程控制器的工作原理 PLC 的等效工作電路 PLC 是一種微機控制系統(tǒng)，其工作原理也與微機相同，但在應(yīng)用時，可不必 用計算機的概念去做深入的了解，只需將它看成是由普通的繼電器、定時器、計 數(shù)器、移位器等組成的裝置，從而把 PLC 等效成輸入、輸出和內(nèi)部控制電路三部 分，如下圖 4.1 所示： 觸點 按鈕 負載 電源 限位開關(guān) 外部輸入輸入部分 內(nèi)部控制電路輸出部分外部負載 圖 4.1 PLC 的等效工作電路 1）輸入部分 這部分的作用是接受被控設(shè)備的信息或操作 0 命令等外部輸入信息。輸入接 線端是 PLC 與外部的開關(guān)、按鈕、傳感器轉(zhuǎn)換信號等連接的端口。每個端子可等 效為一個內(nèi)部繼電器線圈，線圈號即輸入接點號，這個線圈由接收到的輸入端的 外部信號來驅(qū)動，其驅(qū)動電源可由 PLC 的電源部件提供(如直流 24V)，也可由獨 立的交流電源(如交流 110V)供給。每個輸入繼電器可以有無窮多個內(nèi)部觸點(動 合、動斷形式均可)，供設(shè)計 PLC 的內(nèi)部控制電路(即編制 PLC 控制程序)時使用。 2）內(nèi)部控制電路 這部分的作用是運算和處理由輸入部分得到的信息，并判斷應(yīng)產(chǎn)生哪些輸出。 內(nèi)部控制電路實際上也就是用戶根據(jù)控制要求編制的程序。PLC 程序一般用梯形 圖形式表示。而梯形圖是從繼電器控制的電氣原理圖演變而來的，PIC 程序中的 動合、動斷觸點、線圈等概念均與繼電器控制電路相同。 在 PLC 內(nèi)部還設(shè)有定時器、計數(shù)器、移位器、保持器、內(nèi)部輔助繼電器等，繼電 器控制系統(tǒng)沒有的器件，它們的線圈及動合、動斷觸點只能在 PLC 內(nèi)部控制電路 中使用，而不能與外部電路相連。 3）輸出部分 這部分的作用是驅(qū)動外部負載。在 PLC 內(nèi)部，有若干能與外部設(shè)備直接相連 的輸出繼電器(有繼電器、雙向硅、晶體管三種形式)，它也有無限個軟件實現(xiàn)的 動合、動斷觸點，可在 PLC 內(nèi)部控制電路中使用；但對應(yīng)每一個輸出端只有一個 硬件的動合觸點與之相連，用以驅(qū)動需要操作的外部負載；如圖 23 所示。外 部負載的驅(qū)動電源接在輸出公共端(COM)上。 總之，在使用 PLC 時，可以把輸入端等效為一個繼電器線圈，其相應(yīng)的繼電 器接點(動合或動斷)可在內(nèi)部控制電路中使用，而輸出端又以等效為內(nèi)部輸出繼 電器的一個動合觸點，驅(qū)動外部設(shè)備。 PLC 的工作過程 PLC 一般采用循環(huán)掃描方式工作。當(dāng) PLC 加電后，首先進行初始化處理，包 括清除 IO 及內(nèi)部輔助繼電器、復(fù)位所有定時器、檢查 I/O 單元的連接等。開始 運行之后，串行地執(zhí)行存貯器中的程序，這個過程可以分為如下四個階段6 1）公共處理階段 這部分在每次循環(huán)開始都要被執(zhí)行，包括復(fù)位系統(tǒng)定時器、檢查程序存貯器、 檢查 IO 總線、檢查掃描時間等。如出現(xiàn)異常情況，則通過自診斷給出故障信 號，或自行進行相應(yīng)的處理，這將有助于及時發(fā)現(xiàn)或提前預(yù)報系統(tǒng)的故障，提高 系統(tǒng)的可靠性。這部分時間是固定的，對 P 型機來說，為 1.26ms。 2）執(zhí)行外圍設(shè)備命令階段 當(dāng)有簡易編程器、圖形編程器、打印機等外部設(shè)備與 PLC 相連時，則 PLC 在每次循環(huán)時，都將執(zhí)行來自外部設(shè)備的命令。 3）程序執(zhí)行階段 在這個階段，CPU 將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，即按程序?qū)λ械臄?shù)據(jù)(輸入和 輸出的狀態(tài))進行處理，包括邏輯、算術(shù)運算，再將結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器。 4）輸入、輸出更新階段 PLC 的 CPU 在每個掃描周期進行一次輸入來進行輸出更新。CPU 對各個輸 入端進行掃描，并將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中；同時，把輸出狀態(tài)寄 存器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備能接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動被控 設(shè)備。這種對輸入、輸出狀態(tài)的集中處理過程，稱為批處理，這是 PLC 工作的特 點。 I/O I/O / 圖 4. 2 PLC 內(nèi)部工作過程 圖 4.2 進一步說明了上述 PLC 內(nèi)部工作過程。PLC 工作時，上述過程周而復(fù) 始，稱為掃描周期。 PLC 的掃描時間 PLC 完成一個掃描周期所需要的時間，稱為掃描周期時間，簡稱掃描時間。 掃描時間地長短取決于系統(tǒng)的配置、IO 通道數(shù)、程序中使用的指令及外圍設(shè)備 的連接等，循環(huán)中每個階段所需的時間加在一起就是掃描時間。各部分時間計算 如下： 1）公共處理時間 t1。對 P 型機來說，這部分時間是固定的，即： tl1.26ms 2）輸入，輸出更新時間 t2。因為 PLC 的輸入通道數(shù)一般來說總是大于輸出 通道數(shù)，因此，在計算這部分時間時，可以輸入通道數(shù)為準，即認為在輸入更新 時間內(nèi)，輸出一定會更新完畢。這部分時間可按下式計算： t20.29 + 0.07N(ms) 其中 N 為輸入通道數(shù)減 1。需要注意的是，若輸出通道數(shù)大于輸入通道數(shù)， 則 N 應(yīng)取輸出通道數(shù)減 1。 3）程序執(zhí)行時間 t3。這部分時間取決于在用戶程序中使用的指令的類型和 條數(shù)。把程序中使用的所有指今的執(zhí)行時間加在一起，就等于 t3。 4）執(zhí)行外設(shè)命令所需時間 t4。當(dāng)有外部設(shè)備與 PLC 相連時，其處理時間可 按下述方法確定。首先，把上面算出的三個時間相加，再乘以 0.05，即： t4(t1 + t2 + t3)0.05 當(dāng) t41 時，則 t41ms；當(dāng) t41 時，則以 0.5ms 為單位，進行四舍五入。 例如，當(dāng) t4=1.65ms 時，則 t41.5ms；若 T41.8ms 時，則取 t42ms。 注意：當(dāng)沒有外設(shè)與 PLC 相連時 t40ms。 將上面四部分時間算出后相加，即為掃描時間 T，即 Tt1 + t2 + t3 + t4 在 PLC 內(nèi)部，系統(tǒng)定時器（俗稱“看門狗” ）一般在上電時設(shè)為 130ms，當(dāng) 掃描時間超過 130ms 時，CPU 將停止工作。但是，既使掃描時間沒有超過 130ms，也可能對系統(tǒng)操作產(chǎn)生不良影響；掃描時間大于 10ms 時，高速定時器 TIMH 會出現(xiàn)故障；當(dāng)掃描時間超過 100ms 時，普通定時器及 0.1 時鐘脈沖發(fā)生 器將會出錯，并且報警。 PLC 的 I/O 響應(yīng)時間 用 PLC 設(shè)計一個控制系統(tǒng)時必須知道有了一個輸入信號后 PLC 經(jīng)過多長 時間才能有一個對應(yīng)的輸出信號，否則，就不能正確并精確地解決系統(tǒng)各部件之 間的配合問題。從 PLC 的工作過程可知當(dāng) PLC 工作在程序執(zhí)行階段時，既使輸 入狀態(tài)發(fā)生變化，即輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容發(fā)生變化，CPU 執(zhí)行的輸入信號也不 會變化，而要到下個周期的輸入、輸出更新階段，才能有效。同理，暫存在輸 出狀態(tài)寄存器中的輸出信號，也要等到下個掃描周期的輸入、輸出更新階段， 才能集中輸出給輸出部件。從 PLC 收到一個輸入信號到 PLC 向輸出端輸出一個 (4.1) (4.2) (4.3) (4.4) 控制信號所需的時間，就是 PLC 的 IO 響應(yīng)時間。響應(yīng)時間是可變的，例如， 在一個掃描周期的 IO 更新階段開始前瞬間收到一個輸入信號，則在本周期內(nèi) 該信號就起作用了，這個響應(yīng)時間最短，它是輸入延遲時間、個掃描周期時間、 輸出延遲時間三者之和，如圖 4.3 所示： / O N C PU I / O O N 圖 4.3 PLC 的 I/O 響應(yīng)時間(a) / O N C PU I / O O N 圖 4.4 PLC 的 I/O 響應(yīng)時間(b) 如果在一個掃描周期的 IO 更新階段剛過就收到一個輸入信號，則該信號 在本周期內(nèi)不能起作用，必須等到下一個掃描周期才能起作用，這時響應(yīng)時間最 長，它等于輸入延遲時間、二個掃描周期時間與輸出延遲時間三者之和，見圖 4.4。 4.2 變頻器的原理與特性(ATV38) 4.2.1 變頻器簡介 變頻器的功能是將頻率固定的(通常為 50Hz)的交流電變換成頻率連續(xù)可調(diào)的 三相交流電源。變頻器的輸入端接至頻率固定的三相交流電，輸出端輸出的是頻 率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電。 變頻器主要分為間接變頻和直接變頻兩大類，而間接變頻又根據(jù)中間直流環(huán) 節(jié)的主要儲能元件的不同可分為電壓型和電流型。電壓型變頻器主回路由相控整 流器，中間直流環(huán)節(jié)和逆變器三個部分組成。 相控整流器將交流電壓整流為可控的直流電壓，經(jīng)濾波由電容 Cd輸出直流電 壓 Vd，逆變器將直流 Ud變換成頻率可調(diào)的交流電源供給電機進行變頻調(diào)速。由 于中間直流環(huán)節(jié)是 Cd低阻抗輸出相當(dāng)于是恒壓源，故稱電壓型7。 電流型交-直-交變頻器與電壓型變頻器的差別僅在于中間直流環(huán)節(jié)中的儲能 元件用的是電感而不是電容。由于中間直流環(huán)節(jié)是高阻抗輸出相當(dāng)于電流源，故 稱電流型。 4.2.2 變頻與變壓(VVVF)原理 當(dāng)在實際利用變頻器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的過程中，當(dāng)頻率 f 下降時，定子繞組的 反電動勢 E 有所下降，定子電流增大，但是轉(zhuǎn)子側(cè)的負載并未增加，故轉(zhuǎn)子段電 流不變，根據(jù)電流平衡方程可知，勵磁電流比增大，因而磁通 m增大。m增 加將導(dǎo)致鐵芯的飽和，進而引起勵磁電流波形的畸變，這是不希望的結(jié)果，因此 希望 m可以保持基本不變。要實現(xiàn)這個目標，只要在變頻過程中使變頻器輸出 電壓 Ul/f=const，則磁通 m可保持基本不變。因此變頻的同時也要變壓，常用 VVVF 表示。 VVVF 實施的基本方法包括：脈幅調(diào)制(PAM)和脈寬調(diào)制(PWM) 8。 脈幅調(diào)制(PAM) 實現(xiàn)方法就是調(diào)節(jié)頻率的同時，也改變直流電壓的振幅值。PAM 需要同時調(diào) 節(jié)兩個部分：整流部分和逆變部分，兩者之間還必須滿足一定的關(guān)系，故控制電 路比較復(fù)雜，因此比較少用。 脈寬調(diào)制(PWM) 實現(xiàn)方法就是在每半個周期內(nèi)，把輸出電壓的波形分割成若干個脈沖波，每 個脈沖的寬度為 t1，每個脈沖間的間隔寬度為 t2，則脈沖的占空比 =tl/(t2+tl)。 這時電壓的平均值和占空比成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率時，不改變直流電壓的幅值， 而是改變輸出電壓脈沖的占空比，同樣可以實現(xiàn)變頻也變壓的效果。PWM 只需 控制逆變電路便可實現(xiàn)，與 PAM 相比電路簡化了許多，因此在變頻調(diào)速中比較 常用。 4.2.3 變頻調(diào)速的基本原理 異步電動機的等效變換 X1R2 R1X2 Rm IO Xm R1U1 RLU2 圖 4.5 異步電動機的等效變換 異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式： 2 21 222 11212 3 2()() m psrU T fsrrsxx 其中：P 為旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)，S 為轉(zhuǎn)差率。 變頻調(diào)速的原理 異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子主磁通和轉(zhuǎn)子電流相互作用產(chǎn)生。異步電動 機的定子主磁通是以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場實際是三個交變磁場合成的結(jié)果。 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 n0=60f/p，其中 f 是電流頻率，P 是旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)。產(chǎn)生轉(zhuǎn) 子電流的必要條件是轉(zhuǎn)子繞組切割定子磁場的磁力線。因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n1必須低 于定子磁場的轉(zhuǎn)速 n0 (即所謂的“異步”)。兩者之間的差異可由轉(zhuǎn)差率表示，轉(zhuǎn) 差率 s=( n0- n1)/n0根據(jù) n0=60f/p 可知，當(dāng)頻率 f 連續(xù)可調(diào)時，電動機的同步轉(zhuǎn)速 n0也連續(xù)可調(diào)，而異步電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n1，總是比同步轉(zhuǎn)速略低一點，所以當(dāng) n1 連續(xù)可調(diào)時，n1也是連續(xù)可調(diào)9。 4.2.4 變頻調(diào)速的升速和啟動 異步電動機在額定頻率和電壓下直接啟動時，由于轉(zhuǎn)子繞組以同步轉(zhuǎn)速切割 旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子電流都很大，故其啟動電流可達額定電流的 4-7 倍。這將對電源 形成沖擊，引起電網(wǎng)電壓的波動。此外，由于啟動過程過于快捷，常常對機械負 載形成沖擊，影響其使用壽；在泵水管道系統(tǒng)中，還會引發(fā)水錘效應(yīng)，使管道受 到損害。使用變頻器后，由于其輸出頻率可以從很低頻率開始，頻率上升的快慢 (4.5) 可以任意設(shè)定，從而可以有效地將啟動電流限制在一定的范圍內(nèi)。設(shè)定升速時間 的基本原則：在電動機的啟動電流不超過允許值的前提下，盡可能地縮短升速時 間。對于泵類負載升速方式選擇半 S 型。 4.2.5 變頻調(diào)速的降速和制動 在泵水管道系統(tǒng)中，由于水的阻尼作用，電動機的轉(zhuǎn)速能夠十分迅速地降下 來，而不會引起再生制動的過電流和過電壓，但是降速太快，會導(dǎo)致管道系統(tǒng)出 現(xiàn)“空化現(xiàn)象” ，對管道有害無益，甚至?xí)p害管道。因此，在降速停機時應(yīng)設(shè) 定足夠的降速時間，使轉(zhuǎn)速緩慢下降，從而保護管道。 4.2.6 變頻后的電動機的機械特性 設(shè)變頻后的頻率為 fx，電壓為 Ux，電動機的額定相電壓和頻率為 UN和 fN， 則有： x f f k N f x U u k N U 其中 kf為頻率可調(diào)比，ku為電壓可調(diào)比。將上述兩個公式代入異步電動機的 電磁轉(zhuǎn)矩公式可得變頻后的轉(zhuǎn)矩公式： 22 21 222 1212 3 2()() u m fNxxf psr k U T k fs rrs kxx 其中：sx為頻率為 fx時的轉(zhuǎn)差率。 在變頻器正常工作情況下，即 kfkm f2 f3 f4 Tk4Tk3Tk2Tk1TM 圖 4.6 kfkmTM。 4.2.8 V/F 控制的概念 基本思想 針對 kf = km時，當(dāng)頻率下降，Ux在 Ux中所占的比例增大，造成了 m和 Tkx下降的情況，采取適當(dāng)提高調(diào)壓比而使 kf km的方法，來抵償比值 Ux / Ux (4.9) (4.10) 的增大，從而保持 m = KEx/fx = const，最終使電動機的臨界轉(zhuǎn)矩得到補償。這 種方法稱為轉(zhuǎn)矩補償，因為是通過提高 U/F 比而得到，故又稱為 V/F 控制或電壓 補償。 完全補償 U/f 線 完全補償?shù)暮x是，不論 fx多大(在 fxfN的范圍內(nèi))，通過補償都能使臨界 轉(zhuǎn)矩 Tkx與額定頻率時的臨界轉(zhuǎn)矩 Tkn相等，簡稱全補償。此時 kf和 km的關(guān)系如 下： 22 12 1 2 12 1 11() 11 () ff m xx kk r k xx r 由上式作出的 km=f(kf)的曲線通常稱為 U/f 線。滿足上式的機械特性曲線在所 有頻率下的臨界轉(zhuǎn)矩 Tkx都與