張北某小區(qū)無塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(畢業(yè)設(shè)計)

第一章變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展11變頻調(diào)速恒壓供水的目的和意義近年來我國中小城市發(fā)展迅速，集中用水量急劇增加。據(jù)統(tǒng)計，從1990年到1998年，我國人均日生活用水量（包括城市公共設(shè)施等非生產(chǎn)用水）有1757升增加到2411升，增長了372，與此同時我國城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高1。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）。供水廠希望通過對原有系統(tǒng)的技術(shù)改造，提高生產(chǎn)過程的自動化水平。并在此基礎(chǔ)之上配備相應(yīng)的系統(tǒng)管理軟件，改變傳統(tǒng)的落后管理方式，使管理工作規(guī)范化，提高水廠的業(yè)務(wù)管理水平。由于水廠原有的供水控制系統(tǒng)是一個完全依靠值班人員手動控制的系統(tǒng)，所以對該系統(tǒng)技術(shù)改造的要求是在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)進行，設(shè)計一套取水和供水的自動控制系統(tǒng)，克服由于采用單純手動控制系統(tǒng)進行控制帶來的控制不方便、控制系統(tǒng)對供水管網(wǎng)中壓力和水位變化反應(yīng)遲鈍的問題，降低能源消耗和資源浪費，提高設(shè)備的可維護性和運行的可靠性，以達到降低自來水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的。在相當(dāng)比較大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)供水系統(tǒng)，變頻調(diào)速恒壓供水有它自身的特點1供水量在短時間內(nèi)（一天時間內(nèi)）變化大，這種變化在幾個小時內(nèi)甚至是幾倍或上十倍。2對供水壓力的要求比較嚴(yán)格，供水的壓力隨供水的流量的變化而變化，甚至少量的水消耗都需要一定的管道壓力。3一般情況下，供水系統(tǒng)的水流量受到水消耗量的控制，而水流量又是通過供水水泵的輸出來提供的。從上即可結(jié)論以變頻器為主體構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)不僅能夠最大程度滿足需要，也提高整個系統(tǒng)的效率，延長系統(tǒng)壽命、節(jié)約能源、而且能夠構(gòu)成復(fù)雜的功能強大的供水系統(tǒng)。12變頻調(diào)速及PLC在供水行業(yè)中的應(yīng)用121變頻調(diào)速技術(shù)的特點及應(yīng)用作為高性能的調(diào)速傳動，直流發(fā)電機電動機調(diào)速控制方法長期以來一直應(yīng)用廣泛。但是直流電動機由于換向器和電刷維護保養(yǎng)很麻煩，價格也相當(dāng)昂貴。使異步電機實現(xiàn)性能好的調(diào)速一直是人們的理想。異步電機的調(diào)速方法很多，例如變極調(diào)速、有極調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、串級調(diào)速、變頻調(diào)速等。但是因為各種各樣的缺點沒有得到廣泛的應(yīng)用。70年代以后，由于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)和微處理機技術(shù)的發(fā)展，促使晶體管變頻器的誕生。晶體管變頻器不但克服了以往交流調(diào)速的許多缺點，而且調(diào)速性能可以和直流電動機的調(diào)速性能相媲美。三相異步電動機具有維修方便、價格便宜、功率和轉(zhuǎn)速適應(yīng)面寬等優(yōu)點，其變頻調(diào)速技術(shù)在小型化、低成本和高可靠性方面占有明顯的優(yōu)勢。到80年代末，交流電機的變頻調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展成為一項成熟的技術(shù)，它將供給交流電機的工頻交流電源經(jīng)過二極管整流變成直流，再由IGBT或GTR模塊等器件逆變成頻率可調(diào)的交流電源，以此電源拖動電機在變速狀態(tài)下運行，并自動適應(yīng)變負荷的條件。它改變了傳統(tǒng)工業(yè)中電機啟動后只能以額定功率、定轉(zhuǎn)速的單一運行方式，從而達到節(jié)能目的。現(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于電力水泵供水系統(tǒng)中，較為傳統(tǒng)的運行方式是可節(jié)電4060，節(jié)水15302。由于變頻調(diào)速具有調(diào)速的機械特性好，效率高，調(diào)速范圍寬，精度高，調(diào)整特性曲線平滑3，可以實現(xiàn)連續(xù)的、平穩(wěn)的調(diào)速，體積小、維護簡單方便、自動化水平高等一系列突出的優(yōu)點而倍受人們的青睞。尤其當(dāng)它應(yīng)用于風(fēng)機、水泵等大容量負載時，可以獲得其它調(diào)速方式無法比擬的節(jié)能效果。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流直流交流變頻器和交流交流變頻器兩大類，目前國內(nèi)大都使用交直交變頻器。自從通用變頻器問世以來，變頻調(diào)速技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。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。新型供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，運行的經(jīng)濟性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢，而且具有顯著的節(jié)能效果。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)的這些優(yōu)越性，引起國內(nèi)幾乎所有供水設(shè)備廠家的高度重視，并不斷投入開發(fā)、生產(chǎn)這一高新技術(shù)產(chǎn)品。目前該產(chǎn)品正向著高可靠性、全數(shù)字化微機控制，多品種系列化的方向發(fā)展。追求高度智能化，系列標(biāo)準(zhǔn)化是未來供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)成片開發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢。在短短的幾年內(nèi)，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個逐步完善的發(fā)展過程，早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸被多泵調(diào)速系統(tǒng)所代替。雖然單泵調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計簡易可靠，但由于單泵電機深度調(diào)速造成水泵、電機運行效率低，而多泵調(diào)速系統(tǒng)投資更為節(jié)省，運行效率高，被實際證明是最優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計，很快發(fā)展成為主導(dǎo)產(chǎn)品。122可編程序控制器的特點及應(yīng)用早期的可編程序控制器PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER，PLC，主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程序控制器將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與新興的計算機技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，具有可靠性高、功能強、應(yīng)用靈活、編程簡單、使用方便等一系列優(yōu)點，以及良好的工業(yè)環(huán)境工作性能和自動控制目標(biāo)實現(xiàn)性能，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司DEC研制出世界上第一臺可編程控制器。早期的可編程控制器由分離元件和中小規(guī)模集成電路組成，主要功能是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時等。70年代初期，體積小、功能強和價格便宜的微處理器被用于PLC，使得PLC的功能大大增強。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程I/O模塊和各種特殊功能模塊。在軟件方面，PLC采用極易為電氣人員掌握的梯形圖編程語言，除了保持原有的邏輯運算等功能以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。進入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進一步提高PLC的處理速度，各制造廠商還研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片，大大提高了PLC軟、硬件功能。在發(fā)達工業(yè)國家，PLC已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在所有的工業(yè)部門。據(jù)“美國市場信息”的世界PLC以及軟件市場報告稱，1995年全球PLC及其軟件的市場經(jīng)濟規(guī)模約50億美元5。隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能得到大大的增強，具有以下特點5,6,71可靠性高。PLC的高可靠性得益于軟、硬件上一系列的抗干擾措施和它特殊的周期循環(huán)掃描工作方式。2具有豐富的I/O接口模塊。PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人機對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。3采用模塊化結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個部件，包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化設(shè)計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。4編程簡單易學(xué)。PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。5安裝簡單，維修方便。PLC不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運行。由于PLC強大功能和優(yōu)點，使得PLC在我國的水工業(yè)自動化中得到廣泛的應(yīng)用。PLC在水工業(yè)自動化中的應(yīng)用主要有水廠監(jiān)控系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、自動加氯、自動加礬、水泵變頻調(diào)速、SCADA系統(tǒng)和供水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)等8,9,10,11。其主要功能是進行工藝參數(shù)的采集、生產(chǎn)過程控制、信息處理、設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測以監(jiān)測等。13畢業(yè)設(shè)計任務(wù)及要求畢業(yè)設(shè)計課題是變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計，大體為以下四項內(nèi)容1變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展主要介紹其系統(tǒng)的目的和意義，簡述了目前我們常用的供水系統(tǒng)，根據(jù)社會發(fā)展的需要必須要進行技術(shù)改造，變頻器的廣泛應(yīng)用，隨著技術(shù)的發(fā)展，其優(yōu)越性越來越多，主要是節(jié)能、恒壓、綜合技術(shù)的集成等，以后將朝大容量、小體積、高性能、易操作、壽命高、可靠性強、無公害化發(fā)展，從而可以看出變頻調(diào)速恒壓供水的廣泛前景；同時介紹了該供水系統(tǒng)起關(guān)鍵作用的變頻調(diào)速技術(shù)和PLC的應(yīng)用以及其特點。2變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的理論原理主要介紹變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的工作原理，變頻器的節(jié)能、調(diào)速原理；變頻器的工況點的確定和能耗機理分析，以及系統(tǒng)調(diào)速范圍的確定。3各種附圖的繪制工程設(shè)計離不開圖紙，繪制各種圖是設(shè)計工程的基本要求。本設(shè)計應(yīng)需十幾張圖，包括生活泵主電路，消防泵主電路，控制電路，控制柜設(shè)計，變頻器的外部接線圖，可編程控制器PLC的外部接線圖，系統(tǒng)組成圖以及程序梯形圖等。4元器件的選擇根據(jù)元器件的選取原則，根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，根據(jù)經(jīng)驗公式選取合適的器件?？傊?，通過完成畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容，必須掌握變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計的一系列技術(shù)，也必須達到如下要求完成畢業(yè)論文說明書；完成恒壓供水系統(tǒng)軟件主，設(shè)計出能正常運行的系統(tǒng)軟件；完成PLC與變頻器的外部接線設(shè)計，以及配電規(guī)設(shè)計。第二章變頻調(diào)速的節(jié)能、調(diào)速原理21供水系統(tǒng)概述傳統(tǒng)的供水方式（包括水箱/水塔供水和氣壓供水）水箱/水塔供水供水系統(tǒng)采用水箱/水塔，稱為重力供水。供水壓力比例恒定，且有貯水。但它是由位置高度形成的壓力來進行供水的，為此，需要建造水塔或?qū)⑺渲糜诮ㄖ锏捻斏?。即使如此，還常常不能滿足最不利供水點的供水要求，難以滿足不斷增加的用水需求。同時由于在屋頂上形成很大的負重，增加了結(jié)構(gòu)面積，也妨礙了美觀。此外，屋頂水箱必須高出水面幾米，建筑方面較難處理，而且投資周期長。氣壓供水氣壓給水系統(tǒng)不在屋頂上設(shè)置水箱，也不用單獨建筑水塔，僅在地下室或某些空曠之處加壓送到管網(wǎng)中去。其優(yōu)點是靈活性大，建設(shè)快，少受污染，不妨礙美觀，有利于擴展與消除管道中的水錘與噪聲，且可以通過改變壓力罐的壓力來滿足不斷增加的供水需求。缺點是需要壓力罐，其體積和投資大，壓力變化大，運行效率低，還需要使用張力膜或設(shè)置空氣壓縮機沖氣。因此，電能消耗大，運行費用高。給水方式的選擇應(yīng)以經(jīng)濟合理，技術(shù)先進，供水安全可靠為原則。隨著交流電機變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟，為實現(xiàn)恒壓供水提供了可靠的技術(shù)條件。利用變頻器、PID調(diào)節(jié)器、單片機、PLC等器件的有機結(jié)合，構(gòu)成控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，取代了水塔、水箱、氣壓罐等實現(xiàn)了恒壓供水。其配置日趨合理，成為供水網(wǎng)系的替代產(chǎn)品。變頻調(diào)速恒壓供水變頻調(diào)速恒壓供水器由電動機、泵組和變頻調(diào)速系統(tǒng)、壓力儀表、管路系統(tǒng)等組成。電動機泵組多由同型號的水泵24臺并聯(lián)而成（以四臺為例）。由變頻器和工頻電網(wǎng)供電，根據(jù)供水系統(tǒng)的運行狀況自動調(diào)節(jié)和切換。主要優(yōu)點對電網(wǎng)沖擊小，保護功能完善。消除了水泵電機直接啟動時對電網(wǎng)的沖擊和干擾，并且設(shè)備控制系統(tǒng)具有短路、過流、過壓、過載、欠壓、過熱等多種保護功能，大大提高了工作效率，延長了水泵的使用壽命。當(dāng)變頻器發(fā)生故障時，能夠自動轉(zhuǎn)換至工頻運行，確保供水不間斷。突然停電后再來電，設(shè)備能夠自動啟動運行。因為實現(xiàn)恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強度，節(jié)省了人力。由于變量泵工作在變頻工作狀態(tài)，在其運行過程中，其轉(zhuǎn)速是由外供水量決定的，故系統(tǒng)在運行過程中可節(jié)約可觀的電能，其經(jīng)濟效益是十分明顯的。由于其節(jié)電效果明顯，所以系統(tǒng)具有收回投資快、長期受益的特點，其產(chǎn)生的社會效益也是非常巨大的。水泵電動機采用軟啟動方式，避免了電動機啟動時的電流沖擊，也避免了電動機突然加速造成泵組系統(tǒng)的喘振。無塔供水系統(tǒng)不需要水塔、高位水箱和氣罐，設(shè)備簡單，控制實時性好，且能滿足不斷增加的供水需求。建筑高度增加時，無塔供水器只需要改變水壓設(shè)定值和修正流量參數(shù)就能滿足要求，而無需改變供水需求。22變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)分析在變頻調(diào)速供水系統(tǒng)中，是通過變頻器來改變水泵的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵工作點來達到調(diào)節(jié)供水流量的目的。反映水泵運行工況的水泵工作點也稱為水泵工況點，是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中，實際運行時所具有的揚程、流量以及相應(yīng)的效率、功率等參數(shù)。在調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速的過程中，水泵工況點的調(diào)節(jié)是一個十分關(guān)鍵的問題。如果水泵工況點偏離設(shè)計工作點較遠，不僅會引起水泵運行效率降低、功率升高或者發(fā)生嚴(yán)重的氣穴現(xiàn)象，還可能導(dǎo)致管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定而影響正常的供水。水泵在實際運行時的工作點取決于水泵性能、管路水力損失以及所需實際揚程，這三種因素任一項發(fā)生變化，水泵的運行工況都會發(fā)生變化。因此水泵工況點的確定和工況調(diào)節(jié)與這三者密切相關(guān)。23變頻調(diào)速的節(jié)能、調(diào)速原理水泵機組應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，即通過改變電動機定子電源頻率來改變電動機轉(zhuǎn)速，可以相應(yīng)地改變水泵轉(zhuǎn)速及工況，使其流量與揚程適應(yīng)管網(wǎng)用水量的變化，保持管網(wǎng)最不利點壓力恒定，達到節(jié)能效果。如圖21所示，N為水泵特性曲線,A為管路特性曲線,H0為管網(wǎng)末端的服務(wù)壓力,為泵出口壓力。當(dāng)用水量達到最大QMAX時,水泵全速運轉(zhuǎn),出口閥門全開,達H到了滿負荷運行,水泵的特性曲線N0和用水管路特性曲線A0匯交于B點,此時,水泵報出口壓力為，末端服務(wù)壓力剛好為H0。當(dāng)用水量從QMAX減少到Q1的過程中,采用不同的控制方案,其水泵的能耗也不同。泵全速時泵出口壓力恒定時管網(wǎng)末端恒定時泵出口恒定時揚程流量關(guān)小閥門時泵速下調(diào)到時泵速下調(diào)到1時圖21節(jié)能分析曲線圖（1）水泵全速運轉(zhuǎn)，靠關(guān)小泵出口閥門來控制此時，管路阻力特性曲線變陡（A2），水泵的工況點由B點上滑到C點，而管路所需的揚程將由B點滑到D點，這樣，C點和D點揚程的差值即為全速水泵的能量浪費。（2）水泵變速運轉(zhuǎn)，靠泵的出口壓力恒定來控制此時，當(dāng)用水量由QMAX下降時，控制系統(tǒng)降低水泵轉(zhuǎn)速來改變其特性。但由于采用泵出口壓力恒量方式工作。所以其工況點始終在上平移。在水量到達Q1時，相應(yīng)的水泵特性曲線為NX，面H管路的特性曲線將向上平移到A1，兩線交點E即為此時的工況點。這樣，在水量減少到Q1時，將導(dǎo)致管網(wǎng)不利點水壓升高到H1H0，則H1即為水泵的能量浪費。（3）水泵變速運轉(zhuǎn)，靠管網(wǎng)取不利點壓力恒定來控制此時，當(dāng)用水量由QMAX下降到Q1時，水泵降低轉(zhuǎn)速，水泵的特性曲線變?yōu)镹1，其工況點為D點，正好落在管網(wǎng)特性曲線A0上，這樣可以使水泵的工作點始終沿A0滑動。管網(wǎng)的服務(wù)壓力H0恒定不變，其揚程與系統(tǒng)阻力相適應(yīng)，沒有能量的浪費。此方案與泵出口恒壓松散水相比，其能耗下降了H1。根據(jù)水泵的相似原理Q1/Q2N1/N2（21）H1/H2N1/N22（22）P1/P2N1/N23（23）式中，Q、H、P、N分別為泵流量、壓力、軸的功率和轉(zhuǎn)速。即通過控制轉(zhuǎn)速可以減少軸功率。根據(jù)以上分析表明，選擇供水管網(wǎng)最不利點允許的最低壓力為控制參數(shù)，通過壓力傳感器以獲得壓力信號，組成閉環(huán)壓力自控調(diào)速系統(tǒng)，以使水泵的轉(zhuǎn)速保持與調(diào)速裝置所設(shè)定的控制壓力相匹配，使調(diào)速技術(shù)和自控技術(shù)落后相結(jié)合，達到最佳節(jié)能效果。此外，最不利點的控制壓力還保證了用戶水壓的穩(wěn)定，無論管路特性等因素發(fā)生變化，最不利點的水壓是恒定的。保證了居民用水壓力的可靠。采用變頻恒壓供水系統(tǒng)除可節(jié)能外，還可以使水泵機組啟動，降低了啟動電流，避免了對供電系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊負荷，提高了供水供電的安全可靠性，另外，變頻器本身具有過電流、過電壓、失壓等多種保護功能，提高了系統(tǒng)的安全可靠性。目前水泵電機絕大部分是三相交流異步電動機，根據(jù)交流電機的轉(zhuǎn)速特性，電機的轉(zhuǎn)速N為N60F1S/P（24）式25中S為電機的轉(zhuǎn)差率S002，P為電機極對數(shù)，F(xiàn)為定子供電頻率。當(dāng)水泵電機選定后，P和S為定值，也就是說電機轉(zhuǎn)速的大小與電源的頻率高低成正比，頻率越高，轉(zhuǎn)速越高，反之，轉(zhuǎn)速越低。變頻調(diào)速是根據(jù)這一公式來實現(xiàn)無級調(diào)速的。由流體力學(xué)知管網(wǎng)壓力P、流量Q和功率N的關(guān)系為NPQ（25）又功率與水泵電機轉(zhuǎn)速成三次方正比關(guān)系，基于轉(zhuǎn)速控制比基于流量控制可以大幅度降低軸功率。24變頻調(diào)速恒壓供水工況分析與能耗機理分析241管路水力損失及性能曲線管路水力損失分為沿程損失和局部損失兩種，即JYSH26沿程損失272LQ局部損失282GAHJJJ式中管路沿程摩擦損失系數(shù)；局部損失系數(shù)；L管路長度M；YJ各局部損失的計算流速M/S；過水截面的面積。2M將式27和28代人26可得292222SQGAQGALHJYJYS式中S被稱為管路阻力系數(shù)。當(dāng)水泵管路系統(tǒng)確定后，相應(yīng)的、L、A等YJ參數(shù)都能確定，S也就確定了。由式29可知管路水力損失與流量的平方成正比。當(dāng)上下水位確定后，管路所需要的水頭損失就等于上下水位差（即實際揚程）SJH加上管路損失11。210SJXH由式210可以得到如圖22所示的管路性能曲線。QHX242水泵工作點的確定和調(diào)節(jié)1水泵工作點的確定如果把某一水泵的性能曲線（即HQ曲線）和管路性能曲線畫在同一坐標(biāo)系中，如圖22所示，則這兩條曲線的交點A就是水泵的工作點。若把水泵的效率曲線Q也畫在同一坐標(biāo)系中，可以找出A點的揚程、流量以及效率。AAQA從圖中可以看出，水泵在工作點A點提供的揚程和管路所需的水頭損失相等，水泵抽送的流量等于管路所需的流量，從而達到能量和流量的平衡，這個平衡點是有條件的，平衡也是相對的。一旦當(dāng)水泵或管路性能中的一個或同時發(fā)生變化時，平衡就被打破，并且在新的條件下出現(xiàn)新的平衡。2水泵工作點的調(diào)節(jié)交流電動機的轉(zhuǎn)速N與電源頻率F具有如下關(guān)系211160SPN式中P極對數(shù)；S轉(zhuǎn)差率因此不改變電動機的極對數(shù)，只改變電源的頻率，電動機的轉(zhuǎn)速就按比例變動。變頻器調(diào)速的工作原理就是通過選擇電壓頻率比（V/F）曲線，設(shè)定加減速時間以及轉(zhuǎn)矩補償曲線，使電動機啟動時轉(zhuǎn)速從零開始逐漸升高，實現(xiàn)軟啟動，減少了啟動電流。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，通過變頻器來改變電源的頻率F來改變電機的轉(zhuǎn)速N從而改變水泵的轉(zhuǎn)速。由于水泵的流量、揚程和消耗的功率都可以隨其轉(zhuǎn)速的變化而變化，變頻調(diào)速技術(shù)可以使水泵性能曲線改變，達到調(diào)節(jié)水泵工況，大大擴展了水泵的高效運行范圍。當(dāng)管網(wǎng)負載減小時，通過VVVF降低交流電的頻率，電動機的轉(zhuǎn)速從N1降低到N2。另外根據(jù)葉片泵工作原理和相似理論11，改變轉(zhuǎn)速N，可使供水泵流量Q、揚程H和軸功率N以相應(yīng)規(guī)律改變。AQHAX1圖22水泵工作點的確定HQKN2121212/N213214將式213和214代入218可得31212NN215式212中水的比重；K功率常數(shù)。從上述比例律公式中消去N1/N2就得到下式212QH216即K21或217式217是頂點在坐標(biāo)原點的二次拋物線族的方程，在這種拋物線上的各點具有相似的工作狀況，所以稱為相似工況拋物線。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺水泵工況的調(diào)節(jié)是通過改變電源的頻率來改變電機轉(zhuǎn)速N，從而改變水泵性能曲線得以實現(xiàn)的。由圖23可見，設(shè)定管網(wǎng)壓力值（揚程）為H0，管網(wǎng)初始用水量為QA，初始工況點為A，水泵電機的轉(zhuǎn)速為N1。當(dāng)管網(wǎng)負載減小時，管網(wǎng)壓力升高，壓力傳感器將檢測到升高壓力轉(zhuǎn)換成420A電流信號送往PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)比較處理后，輸出一個信號令變頻器頻率降低，從而降低電機轉(zhuǎn)速至N2。水泵轉(zhuǎn)速的下降是沿著水泵的相似工況拋物線下降的，也就是從點A移至B點，在此過程中水泵輸出的流量和壓力都會相應(yīng)減小。恒壓供水系統(tǒng)中壓力值恒定在H0,因此水泵工作點又沿著轉(zhuǎn)速N2所對應(yīng)的水泵性能曲線從點B移至C點，在此階段水泵輸出壓力升高，流量減少，水泵運行在新的工作點C點，在圖23中可以找出C點的揚程HC、流量QC以及水泵運行效率。C考察水泵的效率曲線Q，當(dāng)變頻調(diào)速使水泵偏離甚至位于高效區(qū)之外時，水泵的運行效率會大大下降。因此，水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)要盡量使水泵在高效區(qū)之內(nèi)運行，避ACQCN12H0HQ相似工況拋物線X管路性能曲線H水泵性能曲線圖23變頻調(diào)速恒壓供水單臺水泵工況調(diào)節(jié)圖免使變頻器頻率下降得過低，而造成水泵在低效率段運行。243水泵變頻調(diào)速節(jié)能分析水泵運行工況點A是水泵性能曲線N1和管路性能曲線R1的交點。在常規(guī)供水系統(tǒng)中，采用閥門控制流量。需要減少流量時關(guān)小閥門，使管路性能曲線由R1變?yōu)镽2。運行工況點沿著水泵性能曲線從A點移到D點，揚程從H0上升到H1，流量從Q0減少到Q1。采用變頻調(diào)速控制時，管路性能曲線R1保持不變，水泵的特性取決于轉(zhuǎn)速。如果水泵轉(zhuǎn)速從N0降到N1，水泵性能曲線從N0平移到N1，運行工況點沿著水泵性能曲線從A點移到C點，揚程從H0下降到H2，流量從Q0減少到Q1。在圖24中，水泵運行在B點時消耗的軸功率與H1BQ1O的面積成正比，運行在C點時消耗的軸功率與H2CQ1O的面積成正比。從圖上可以看出，在流量相同的情況下，采用變頻調(diào)速控制比恒速泵控制節(jié)能效果十分明顯。由212求出運行在B點的泵的軸功率1HKQNB，運行在C點時泵的軸功率21HKQNC，兩者之差121KQCB218也就是說，采用閥門控制流量時有N的功率被白白浪費了，而且損耗隨著閥門的關(guān)小而增加。相反，采用變頻調(diào)速控制水泵電機時，由式215可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速在允許范圍內(nèi)降低時，功率以轉(zhuǎn)速的三次方下降，在可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)與恒速泵供水方式中用閥門增加阻力的流量控制方式相比，節(jié)能效果十分顯著。25調(diào)速范圍的確定考察水泵的效率曲線Q,，水泵轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍之內(nèi)，也就是不要使變頻器頻率下降得過低，避免水泵在低效率段運行19。水泵的調(diào)速范圍由水泵本身的特性和用戶所需揚程規(guī)定，當(dāng)選定某型號的水泵時即可確定此水泵的最大調(diào)速范圍，在根據(jù)用戶的揚程確定具體最低調(diào)速范圍，在實際配泵時揚程設(shè)定在高效區(qū)，水泵的調(diào)速范圍將進一步變小，其頻率變化范圍在40HZ以上，也就是說轉(zhuǎn)速下降在20以內(nèi)，在此范圍內(nèi)，電動機的負載率在50100范圍內(nèi)變化，電動機的效率基本上都在高效區(qū)。Q01N0AHSJR21011C2圖24水泵節(jié)能分析圖啟動頻率一般來說，水泵在低速運行的意義并不大，有的水泵并不能從0HZ開始啟動，所以，應(yīng)該預(yù)置運轉(zhuǎn)開始頻率一下，變頻器處于待機狀態(tài)，一利于更好的節(jié)能。所以，在變頻啟動無過流的前提下，運轉(zhuǎn)開始頻率可預(yù)置的高一些，一般設(shè)定范圍為020HZ（也可以通過預(yù)置下限頻率來達到目的）。最高頻率水泵屬于平方律負載，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過其額定轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)矩將按平方規(guī)律增加。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速10（NX11NN）時，轉(zhuǎn)矩將比額定轉(zhuǎn)矩超過21（TX121TN），導(dǎo)致電動機嚴(yán)重過載。因此，變頻器的工作頻率是不允許超過額定轉(zhuǎn)矩的，其最高頻率只能與額定頻率相等，F(xiàn)MAXFN50HZ。一般來說，上限頻率也以等于額定頻率為宜，但有時也可以預(yù)置的略低一些，原因有二（1）變頻器由于內(nèi)部往往具有轉(zhuǎn)差補償功能，所以，在同是50HZ額情況下，水泵在變頻運行時，實際轉(zhuǎn)速要高于工頻運行時的轉(zhuǎn)速，從而增大了水泵和電機的負載；（2）變頻調(diào)速系統(tǒng)在50HZ下運行時，不如直接在工頻下運行為好，可以減少變頻器本身的損失因此，將上限頻率預(yù)置為49HZ或495HZ最合適。下限頻率在供水系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速過低時會出現(xiàn)水泵的全揚程小于基本揚程（實際揚程）形成水泵“空轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象。所以，在多數(shù)情況下，下限頻率應(yīng)定為30HZ35HZ。26本章小結(jié)本章介紹了傳統(tǒng)的供水方法與現(xiàn)代變頻調(diào)速恒壓供水，闡述了各種供水方法的優(yōu)點，對各種方法進行了比較，凸顯了變頻調(diào)速恒壓供水的優(yōu)勢。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)有兩種調(diào)節(jié)方法，一是調(diào)節(jié)泵的閥門來調(diào)節(jié)泵水的壓力與流量，另一是調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速來達到調(diào)節(jié)供水的壓力和流量。本章將兩種調(diào)節(jié)流量的方法進行比較，采用轉(zhuǎn)速控制方式后，可將排水閥完全打開而適應(yīng)降低轉(zhuǎn)速，由于電動機在低頻運行時，變頻器具有能夠根據(jù)負載輕重調(diào)整輸入電壓的功能，從而提高了電動機的工作效率，從而達到節(jié)能的目的。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)在調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速時，其頻率并非不受限制的，頻率太低水泵會“空轉(zhuǎn)”而達到泵水的目的，頻率太高，水泵過載能力差。所以本章對啟動頻率和頻率上下限做了簡單的闡述，從而為預(yù)置變頻器做了準(zhǔn)備。本章從水泵理論和管網(wǎng)特性曲線分析入手，討論水泵工作點（工況點）的確定方法。接著介紹了水泵工況調(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)是通過改變水泵性能曲線得以實現(xiàn)的。本章重點對變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中水泵能耗機理進行深入研究，得出了以下結(jié)論1、水泵的工作點就是在同一坐標(biāo)系中水泵的性能曲線和管路性能曲線的交點。水泵工作點是水泵運行的理想工作點，實際運行時水泵的工作點并非總是固定不變的。2、水泵工況的調(diào)節(jié)就是采用改變管路性能曲線或改變水泵性能曲線的方法來移動工作點，使其符合要求。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺水泵工況的調(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。3、考察水泵的效率曲線Q,，水泵轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍之內(nèi)，也就是不要使變頻器頻率下降得過低，避免水泵在低效率段運行。實際配泵時揚程應(yīng)設(shè)定在水泵的高效區(qū)，水泵的調(diào)速范圍將進一步變小，其頻率變化范圍在40HZ以上，轉(zhuǎn)速下降在20以內(nèi)。第三章變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計31系統(tǒng)的方案設(shè)計根據(jù)泵水系統(tǒng)的要求和電氣控制目標(biāo)，可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)屬于典型開關(guān)量輸入輸出控制系統(tǒng)，控制要求和連鎖要求較多，在調(diào)試中需要不斷對其改進和擴充。如采用繼電器控制，則只能接成固定線路，靈活性太差，液不能很好的滿足泵水要求，故采用本身自帶PLC程序控制為核心的電氣控制方案。具體方案如下（1）生活泵電機四臺，為變頻調(diào)速電機，故采用變頻器控制調(diào)速運行；（2）消防泵電機因不會長時間使用，只是定期維護，且限于電子產(chǎn)品的壽命，所以消防泵電機采用繼電器星角啟動控制；（3）在手動過程中，生活泵電機功率很大，所以采用星角啟動繼電器控制。32工作流程與工作過程321系統(tǒng)流程圖附圖一322系統(tǒng)框圖（附圖二）323系統(tǒng)工作過程首先開機，液位繼電器自動輸出信號，如果液位比較低，不能滿足崩誰要求，則整個泵水系統(tǒng)不能工作。當(dāng)液位滿足要求時，開始選擇操作方式，一般先選用自動操作，當(dāng)自動操作方式無故障時，變頻器開始工作，生活泵開始泵水，在泵水壓力不能滿足要求時，根據(jù)壓力調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速或投切水泵。當(dāng)自動操作有故障不能運行時，采用手動操作泵水。33系統(tǒng)的控制原理及組成331系統(tǒng)的控制方式圖（附圖三）332系統(tǒng)控制原理通過比較強將反饋壓力信號與給定壓力進行比較，產(chǎn)生一個壓差值，把壓差值傳給壓力調(diào)節(jié)器，由壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，當(dāng)壓力不能滿足要求時，通過控制切換裝置將原來運行在變頻狀態(tài)下的水泵切換到工頻運行，把另一臺水泵投入到變頻運行，之后，重復(fù)上述操作，在變頻器發(fā)生故障時傳信號給可編程控制器PLC報警，切除變頻器，由PLC控制手動泵水。本系統(tǒng)附帶消防設(shè)計，消防設(shè)計由星角手動啟動。34系統(tǒng)硬件設(shè)計341主電路設(shè)計圖（包括生活泵和消防泵）（附圖四）342操作控制電路設(shè)計圖（附圖五）343變頻器外部接線圖（附圖六）344可編程控制器PLC的外部接線圖（附圖七）345系統(tǒng)配電柜內(nèi)外布置設(shè)計圖（附圖八）346可編程控制器PLC程序梯形圖（附圖九）347變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)圖（附圖十）35系統(tǒng)工作過程說明根據(jù)現(xiàn)場實際情況，一天之中用水量會有若干個高峰，變頻器會根據(jù)出水口的壓力調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速與投切。分析自動控制系統(tǒng)的機組（1，2，3，4水泵電機）工作過程,可分為以下四個工作狀態(tài)11電機變頻啟動；21電機工頻運行，2電機變頻運行；31電機，2電機工頻運行，3電機變頻運行；4）1電機，2電機，3電機工頻運行，4電機變頻運行。一般情況下，水泵電機都處于這四種工作狀態(tài)之中，當(dāng)管網(wǎng)壓力突變時，四種工作狀態(tài)就要發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)換，因此這四種工作狀態(tài)對應(yīng)著四個切換過程。1切換過程當(dāng)液位滿足要求時交流接觸器KM16的常閉觸點不動作，主電源被接入系統(tǒng)，這時按下SB3系統(tǒng)處于自動狀態(tài)，交流繼電器KM11的常開觸點吸合，電源接入變頻器，只要變頻器處于正常運行狀態(tài)交流繼電器KM1處于閉合狀態(tài)，變頻器就正常工作。按下SB7，這時，交流繼電器14KM8處于吸合狀態(tài)，四臺電機處于角接狀態(tài)下。按下SB9，交流接觸器KM9處于吸合狀態(tài)，變頻器啟動1泵，一拖多擴展板單元1K1輸出高電平，交流接觸器1KM3處于吸合狀態(tài)，1泵處于變頻器運行狀態(tài)，HL12信號燈點亮2切換過程當(dāng)管網(wǎng)壓力仍不滿足設(shè)定要求而變頻器輸出已到達工頻50HZ以后，變頻器將1泵投入工頻運行，將2泵投入變頻運行首先，管網(wǎng)反饋壓力送給變頻器后壓力仍不滿足要求而變頻器已輸出上限頻率，變頻器1K2輸出高電平信號1K1輸出低電平，交流接觸器1KM2斷開，1KM3處于吸合狀態(tài)，1泵在工頻運行狀態(tài)，然后變頻器2K1輸出高電平，2KM2處于吸合狀態(tài)，2泵投入變頻運行狀態(tài)，此時，1泵處于工頻運行狀態(tài)，2泵處于變頻運行狀態(tài)。3切換過程當(dāng)管網(wǎng)壓力仍不滿足設(shè)定要求而變頻器輸出已到達工頻50HZ以后，變頻器將2泵投入工頻運行，將3泵投入變頻運行首先，管網(wǎng)反饋壓力送給變頻器后壓力仍不滿足要求而變頻器已輸出上限頻率，變頻器2K2輸出高電平信號2K1輸出低電平，交流接觸器2KM2斷開，2KM3處于吸合狀態(tài)，2泵在工頻運行狀態(tài)，然后變頻器3K1輸出高電平，3KM2處于吸合狀態(tài)，3泵投入變頻運行狀態(tài)，此時，1，2泵處于工頻運行狀態(tài)，3泵處于變頻運行狀態(tài)。4切換過程當(dāng)管網(wǎng)壓力仍不滿足設(shè)定要求而變頻器輸出已到達工頻50HZ以后，變頻器將3泵投入工頻運行，將4泵投入變頻運行首先，管網(wǎng)反饋壓力送給變頻器后壓力仍不滿足要求而變頻器已輸出上限頻率，變頻器3K2輸出高電平信號3K1輸出低電平，交流接觸器3KM2斷開，3KM3處于吸合狀態(tài)，3泵在工頻運行狀態(tài)，然后變頻器4K1輸出高電平，4KM2處于吸合狀態(tài)，4泵投入變頻運行狀態(tài)，此時，1，2，3泵處于工頻運行狀態(tài)，4泵處于變頻運行狀態(tài)。當(dāng)四臺電機全運行時，如果壓力高于設(shè)定壓力，變頻器降頻運行。當(dāng)變頻器運行到切換頻率下限時，如果壓力高于設(shè)定壓力，降運行時間最長的工頻電機停止（1K2斷開），變頻器變頻運行一段時間后，檢測壓力后，如果壓力高于設(shè)定壓力，變頻器降頻運行，直至全都工頻電機停止，4電機變頻運行。變頻器如果發(fā)生故障，變頻器30A與30B之間接通，中間繼電器KA吸合，接觸器KM1線圈處于吸合狀態(tài)下，常閉觸點KM1斷開，從而切除變頻器的電源而停機，而且，HL2信號燈點亮，電鈴HAB發(fā)聲。當(dāng)電機發(fā)熱超標(biāo)時，熱繼電器動作，從而切除電機的電源。當(dāng)液位過低時，交流接觸器KM16的常閉觸點斷開，整個供水系統(tǒng)不能工作。如果變頻器發(fā)生故障而小區(qū)供水系統(tǒng)必須有所保證，這時必須用手動運行，將水泵切人工頻運行。按下SB11，1KM4閉合，1KM5閉合，1電機星型啟動，10秒后，1KM5斷開，1KM6吸合，1電機處于角型連接，1泵啟動完畢，在工頻下運行，在值班人員的監(jiān)視下，如果壓力不滿足要求，再按下SB13，SB15，SB17按鈕，把2，3，4水泵分別投入運行，相應(yīng)的指示燈點亮。36本章小結(jié)本章闡述了本設(shè)計系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，簡單分析了系統(tǒng)的流程與工作過程。通過本系統(tǒng)控制原理和組成的闡述做了本系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計部分，其中包括生活泵與消防泵主電路，操作控制電路，變頻器的外部引腳預(yù)置與接線圖，可編程控制器PLC外部接線圖，配電柜柜面設(shè)備布置設(shè)計圖，配電柜內(nèi)部元件布置圖以及可編程控制器PLC程序梯形圖。第四章器件選擇41水泵的選擇411用戶供水量的確定設(shè)計流量應(yīng)按生活用水的設(shè)計秒流量計算。新建筑或生活小區(qū)已經(jīng)由專業(yè)設(shè)計人員算出，不用單獨計算，對于改造類型需重新計算。本設(shè)計小區(qū)人數(shù)M150000/1212500人小區(qū)戶數(shù)F12500/353571戶（每戶平均35人）最高日生活用水量QDMQD/1000RFQD/1000其中QD用水定額（類住宅，QD190L/人）M設(shè)計小區(qū)內(nèi)的人數(shù)R平均居住人數(shù)（通常R35人/戶）F居民區(qū)的戶數(shù)QD353571190/10002375M3/D則最大小時流量QHKHQD/T232375/242276M3/H632L/S其中T24H為每日用水時間KH時間常數(shù)（類住宅，KH23）秒流量計算公式類QQ1020200045NQNQ其中NQ為用水當(dāng)量NQNF4357114284（N類4，每戶平均用水量）QQ1020200045NQNQ1020200045142841428243787142958L/S由于F3571戶3000戶，所以取QH與QQ中較大者作為供水標(biāo)準(zhǔn)，流量取QQ?？紤]選泵時留有裕度1015，所以QQ按QQ（110）QQ1101054L/S選泵。消防用水量根據(jù)規(guī)范，人類小于25萬人時，一次滅火用水量為15L/S，本小區(qū)人數(shù)為12500人，消防用水量選為15L/S,選泵時留有裕度10，所以QQ消防QQ11015110165L/S。412供水的揚程計算在供水系統(tǒng)中，一般把最遠最高層作為計算依據(jù)。如果小區(qū)最遠點的建筑不是最高的建筑，則必須選擇兩個最不利點分別計算供水揚程，并以供水揚程較大的建筑最遠點供水揚程。理論上，若01PA的壓力可以獲得10M揚程，因此，供水揚程可計算如下HP/001H供水揚程P供水壓力001MPA揚程為1M，此設(shè)計給定水壓為028MPA，所以揚程H為28M。413泵的選擇在水泵并聯(lián)時，多臺水泵的流量并不等于多臺水泵每臺水泵出水量之和。根據(jù)公式，兩臺水泵并聯(lián)時流量為單臺的190，三臺水泵并聯(lián)時，流量為單臺的251，四臺水泵并聯(lián)流量為單臺的320。本設(shè)計流量為QQ3610543637944M3/H。選四臺水泵每臺水泵流量為37944/32118575M3/HIS型單級單吸清水離心泵適用于工業(yè)制藥，飲料，化工等工礦和城市給水，排水，亦可用于農(nóng)業(yè)排灌，結(jié)構(gòu)簡單，單級單吸軸向吸入。根據(jù)流量與揚程，生活泵選用IS10080160型水泵四臺。IS10080160型水泵參數(shù)如下流量為120M3/H，揚程為30M，轉(zhuǎn)速為2900R/MIN，效率為78，氣蝕余量40，軸功率為112KW，電動機功率為15KW，重量為195KG。小區(qū)消防用水QQ165L/S，查規(guī)范有六層最不利配水點，消火栓剩余壓力為023MPA，所以選水泵揚程為282351M。消防泵選用自吸水泵XFZ10050型水泵一臺。XFZ10050型水泵適用工廠，礦山，城市生活給排水，消防水，農(nóng)用排灌，加熱冷卻，增壓系統(tǒng)等，自吸水泵性能穩(wěn)定，允許調(diào)速，斷水自負水壓穩(wěn)定。消防泵參數(shù)流量60M3/H,揚程54M，轉(zhuǎn)速2940R/MIN，效率61，軸功率141KW，電動機功率22KW。42電動機的選擇421電動機容量的選擇電動機的容量可以根據(jù)水泵的軸功率和電動機與水泵轉(zhuǎn)速一致來選擇423電動機的選擇生活供水水泵電動機選Y系列（IP23）三相異步電動機，Y160M2型電動機四臺。電機參數(shù)額定功率15KW，滿載時定子電流為29A，轉(zhuǎn)速為2910R/MIN，效率為88，功率因數(shù)為088，啟動電流為額定電流的7倍，啟動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的17倍，最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的22倍。消防泵電機選用Y系列（IP23）三相異步電動機。Y360M2型三相異步電動機額定功率為22KW，額定電壓為380V，滿載時，電流為43A，轉(zhuǎn)速為2940R/MIN，效率為88，功率因數(shù)為089，最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的2倍。43變頻器的選擇431變頻器介紹近年來，許多變頻器生產(chǎn)廠家都推出了專用于風(fēng)機，水泵類負載的變頻器，如中國佳靈公司生產(chǎn)的JPGCT9系列，日本富士公司生產(chǎn)的P99系列，日本三菱公司的A140E系列，ABB公司的ACF601系列等，均可選用。變頻器容量只需與說明書上表明的配用電動機容量相符即可。432變頻器選擇森蘭SBG/P系列變頻器由高性能數(shù)字處理器DSP控制，功能齊全，操作簡單，并嚴(yán)格按照GB/T1266822002標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)。生活泵電動機功率15KW，電壓380V，定子電流29A，容量為SUI380291102KVA根據(jù)電動機功率，容量與定子電流值選森蘭SB60P型變頻器。參數(shù)如下電動機功率15KW，額定容量20KVA，額定電流30A，電壓0380V，01400HZ，過載能力120，1分鐘，輸入電源三相380/60HZ。44可編程控制器PLC的選擇根據(jù)供水系統(tǒng)的控制要求，列出該系統(tǒng)的輸入/輸出表輸出點表41工位名稱代號輸出口（O）14號電機在自動狀態(tài)下接成角型1KM84KM8Y4變頻器故障輸出KM1Y12變頻器輸出正轉(zhuǎn)KM9Y14開1手動泵1KM4Y0手動1泵星形接法1KM5Y1續(xù)表41手動1泵角接法1KM6Y2開2泵手動2KM4Y3手動2泵星形接法2KM5Y4手動2泵角形接法2KM6Y5開3泵手動3KM4Y6手動3泵星形接法3KM5Y7手動3泵角形接法3KM6Y15開4泵手動4KM4Y16手動4泵星形接法4KM5Y10手動4泵角形接法4KM6Y11電機正轉(zhuǎn)KM9Y13電機角接14KM8Y17輸出備用Y20,Y21,Y22,Y23,Y24,Y25,Y26,Y27輸入口表42工位名稱代號輸入口（I）液位高低KM16X1開變頻器SB7X3關(guān)變頻器SB8X2變頻器故障KAX13停正轉(zhuǎn)SB9X14開正轉(zhuǎn)SB10X17續(xù)表42復(fù)位SB6X15開1泵手動SB11X5關(guān)1泵手動SB12X16開2泵手動SB13X7關(guān)2泵手動SB14X12開3泵手動SB15X4關(guān)3泵手動SB16X20開4泵手動SB17X11關(guān)4泵手動SB18X21輸入點備用X0，X6，X10，X22，X23，X24，X25，X26，X27從表中可得出該系統(tǒng)得輸入/輸出數(shù)，并且全為數(shù)字量輸入/輸出,屬于小型的控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)用一般的PLC均可滿足要求，依據(jù)經(jīng)濟性原則選擇，三菱系列PLC，型號為FX2N48M，繼電器輸出型，價格便宜，易于操作，結(jié)構(gòu)小巧，可靠性高，適宜于點數(shù)較少的單機控制場合。45其它電氣元件的選擇451熔斷器選擇熔斷器的條件（1）熔斷器的額定電壓不低于線路的額定電壓；（2）熔斷器的額定電流應(yīng)不小于它所裝熔體的額定電流；（3）熔斷器類型應(yīng)符合安裝條件（戶內(nèi)或戶外）及被保護設(shè)備，對保護的要求根據(jù)INFEI30，INFEKIPK啟動時間在三秒以下輕載，啟動K025035。用于保護電動機的熔斷器，應(yīng)考慮奪過電動機啟動電流的影響，一般選熔斷器熔體額定電流應(yīng)為電動機額定電流的1525倍，對于多臺電動機IFE（1525）IMEMAXIMEIME為多臺中大容量電機額定電流，IME為其余電機額定電流之和。熔斷器額定電壓與線路電壓相同。13FU1選RC1A200型；13FU2選RC1A15；FU3控制電路RT1632X452低壓斷路器的選擇低壓斷路器QF是保護消防電動機過電流，短路和欠壓電壓的保護設(shè)備，QF在電機主回路中，額定電壓U應(yīng)為AC380V，因電動機功率PE為22KW，電機額定電流為IPE1000/U221000/380579AQF的額定電流只要大于579A就可正確動作，故選用DZ1010200/33型低壓斷路器，其額定電壓為380V，額定電流為60A，符合要求。453交流接觸器的選擇該控制系統(tǒng)中的接觸器均選交流接觸器。電機所選用的接觸器主觸頭在主電路中，所以主觸頭通斷負載額定電壓為被控制線路額定電壓AC380V，線圈在控制回路中（注意在本系統(tǒng)中，控制回路電壓為AC22V，但有時控制回路也有AC380V的電壓），線圈電壓取AC220V。主觸頭額定電流經(jīng)驗公式ICNPN103/KUN通常KUN取114ICN為主觸頭額定電流（A）PN為被控制器件額定功率（KW）通過計算選擇KM1，14KM2，14KM3，14KM4，14KM5，14KM6，14KM8，KM11，均選CJ1040型接觸器；KM9，KM10選擇CJ105型接觸器；KM12，KM16選擇CJ10150型接觸器；KM13，KM14，KM15選擇CJ1060型接觸器。454中間繼電器的選擇中間繼電器在繼電接觸器系列電控系統(tǒng)中主要具有控制電路傳遞與轉(zhuǎn)換信號，擴大控制路數(shù)，將小功率控制信號轉(zhuǎn)換為大容量的觸頭控制，擴充交流接觸器及其它電器控制作用的功能。變頻器故障輸出電路中KA選用JZ780，其參數(shù)為吸引線圈額定電壓AC220V，額定電流16A。455時間繼電器的選擇根據(jù)控制回路所需要的延時方式（得電延時或斷電延時），觸點數(shù)量以及種類（延時觸點數(shù)量，種類和瞬時動作的觸點數(shù)量和種類）來選擇時間繼電器。本系統(tǒng)中時間繼電器的延時方式均為得電延時型。消防泵電機得星角啟動控制電路中時間繼電器KT得電，需用到1個常閉觸點，1個常開觸點?？蛇x用型號為SST1A型。該時間繼電器額定電壓為AC220V，額定電流為5A，延時0460S。時間繼電器得延時時間整定值在現(xiàn)場調(diào)試時可按工藝得具體要求設(shè)定。456熱繼電器得選擇本系統(tǒng)中熱繼電器14FR1，F(xiàn)R2是保護水泵電機過載和斷相保護的元件。一般情況下，可按電動機額定電流選取若繼電器，熱繼電器的整定值為電動機額定電流的095105倍，則生活水泵電機額定電流為29A，消防泵電機額定電流為43A。取系數(shù)為1，則熱繼電器的整定值分別為29A，43A。經(jīng)查閱資料，14FR1選JR1630/3,FR2選JR1645/3。457信號燈的選擇在電控系統(tǒng)中，經(jīng)常通過信號燈閃亮，告知操作者某種信息。當(dāng)需要引起操作者注意時（如報警），可采用紅色信號燈，表示準(zhǔn)備好或安全用綠色指示燈，所有信號燈都選取AD1622型信號燈。其中HL2，HL3，HL10，HL11為紅色信號燈；HL1，HL4，HL5，HL6，HL7，HL8，HL9，HL12，HL13，HL14，HL15，HL16，HL17，HL18，HL19選綠色信號燈。458控制按鈕的選擇按鈕是短時切換小電流控制電路的開關(guān)，依據(jù)控制功能，選擇按鈕的結(jié)構(gòu)形式及顏色，如果急操作選擇蘑菇形鈕帽的緊急按鈕，特殊需要選擇帶指示燈的按鈕，停止按鈕用紅色，啟動按鈕用綠色?？筛鶕?jù)同時控制的路數(shù)，通或斷選擇觸頭對數(shù)及種類，確定所需型號的按鈕。其中SB1，SB4停止按鈕，選LAY37型紅色按鈕；SB5，SB6，SB7，SB11，SB13，SB15，SB17，SB9啟動按鈕，選用LAY37綠色按鈕；SB2，SB3為聯(lián)動按鈕，選LA2511型綠色按鈕。459其它器件電流表只需選用讀數(shù)范圍與線路電流相等即