城市供水系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論文題目 城市恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)城市恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) 自 動(dòng) 化 年 級(jí) 06 級(jí) 姓 名 劉 小 強(qiáng) 指導(dǎo)教師 唐 勇 波 職 稱 講 師 （2010 年 6 月） 宜春學(xué)院教務(wù)處制 城市恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)城市恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 宜春學(xué)院 物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院 自動(dòng)化專業(yè) 劉小強(qiáng) 指導(dǎo)老師： 唐勇波 摘要：摘要：如今城市的發(fā)展對(duì)其基礎(chǔ)設(shè)施的要求變高，傳統(tǒng)的供水方式已不能滿足人民的需求。 節(jié)能的理念也日益體現(xiàn)在這些設(shè)施上，處于這些方面的考慮，設(shè)計(jì)出一個(gè)節(jié)能恒壓的供水系 統(tǒng)成為城市供水設(shè)施的需要。本文主要介紹變頻調(diào)速在恒壓供水中的應(yīng)用，描述恒

2、壓供水技 術(shù)的原理，以及它的系統(tǒng)構(gòu)成基礎(chǔ)。介紹了變頻器的一些基本原理和軟硬件的組成，在恒壓 供水系統(tǒng)中變頻器種類的選擇和使用，全面介紹恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。提出不同的控制 方案，通過研究和比較來(lái)說(shuō)明采用變頻器和 plc 組合構(gòu)成控制系統(tǒng)是最優(yōu)化的控制方案。 關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：plc；恒壓供水；水泵；變頻器 abstract: today, the development of the urban infrastructure requirements, the traditional water already cannot satisfy the needs of the people. e

3、nergy-saving concepts are also increasingly reflected in these facilities, in these aspects into consideration, the reference to design a constant pressure water supply system of energy as urban water supply facilities.this paper mainly introduces the plc programmable control technology and frequenc

4、y conversion in the constant pressure water supply, the principle of constant pressure water supply system, and its foundation. this paper introduces the basic principles of plc is with software and hardware, the constant pressure water supply system in the type selection and use of plc, after a com

5、prehensive introduction of constant pressure water supply system, and the structure of software program and plc i/o point settings. put a different control scheme, through research and comparison to illustrate using plc and inverter constitute the system is optimized control scheme. keykey words:wor

6、ds: plc, constant pressure water supply, water pump, inverter 目錄目錄 1 前言 .4 1.1 選題的背景及意義.4 1.2 變頻器的發(fā)展趨勢(shì).4 1.3 所作的主要工作.5 2 恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及控制原理 .5 2.1 任務(wù).5 2.2 工藝要求.5 2.3 系統(tǒng)的組成和基本工作原理.5 3 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)選型介紹 .8 3.1 供水電機(jī).8 3.2 變頻器.9 3.3 恒速調(diào)節(jié).10 3.4 調(diào)節(jié)方式選取.10 3.5 控制方案.12 4 電氣控制系統(tǒng)原理圖 .13 4.1 主電路圖.13 4.2 控制電路圖.14 5 系統(tǒng)程序

7、設(shè)計(jì) .14 5.1 壓力恒定控制程序設(shè)計(jì).14 5.2 電機(jī)增減控制程序設(shè)計(jì).15 5.3 部分程序梯形圖.16 6 結(jié)論 .19 7 參考文獻(xiàn) .20 8 感謝語(yǔ) .21 1 前言前言 1.1 選題的背景及意義選題的背景及意義 隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，住房制度改革的不斷深入，人們生活水平的不斷提高，城市 建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)也對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。城市供水系統(tǒng)的建設(shè)是其 中的一個(gè)重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性直接影響到用戶的正常工作和生活， 也直接體現(xiàn)了供水管理水平的高低。 水是生命之源，人類生存和發(fā)展都離不開水，人們對(duì)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

8、質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一是供水壓力是否恒定，因?yàn)樗畨汉愣ㄓ谀承┕I(yè) 或特殊用戶是非常重要的，如當(dāng)發(fā)生火警時(shí)，若供水壓力不足或無(wú)水供應(yīng)，不能迅速滅火， 會(huì)造成更大的經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡.但是用戶用水量是經(jīng)常變動(dòng)的，因此用水和供水之間的 不平衡的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，并且集中反映在供水的壓力上: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(jī)運(yùn)行的安全可靠性。 我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)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(dòng)化程度低。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低

9、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(shí)會(huì)造成能量的浪費(fèi)，同時(shí)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(jī)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(duì)電網(wǎng)中其他負(fù)荷造成影響，設(shè)備不斷啟停會(huì)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(yùn)行 十分穩(wěn)定可靠，沒有頻繁的啟動(dòng)現(xiàn)象，啟動(dòng)方式為軟啟動(dòng)，設(shè)備運(yùn)行十分平穩(wěn)，避免了電 氣、機(jī)械沖擊，也沒有水塔供水所帶來(lái)的二次污染的危險(xiǎn)。由此可見，變頻調(diào)速恒壓供水 系統(tǒng)具有供

10、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(yùn)行穩(wěn)定 可靠的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。 變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、 制冷壓縮機(jī)等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用。利用變頻技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，在中小型供 水企業(yè)實(shí)現(xiàn)恒壓供水，不僅能達(dá)到比較明顯的節(jié)能效果，提高供水企業(yè)的效率，更能有效 保證從水系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。 變頻恒水壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣傳動(dòng)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進(jìn) 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(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控;同時(shí) 可達(dá)到良好的節(jié)能性，提高供水效率。所以研

11、究設(shè)計(jì)基于變頻調(diào)速的恒定水壓供水系統(tǒng)， 對(duì)于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平，同時(shí)降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 1.2 變頻器的發(fā)展趨勢(shì)變頻器的發(fā)展趨勢(shì) 變頻器是一種高技術(shù)含量、高附加值、高效益回報(bào)的高科技產(chǎn)品。與 it 產(chǎn)業(yè)一樣，該 產(chǎn)業(yè)包括所有與變頻器技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，即電力電子器件的生產(chǎn)、驅(qū)動(dòng)保護(hù)集成電路的生 產(chǎn)、電氣傳動(dòng)與系統(tǒng)控制技術(shù)、工業(yè)應(yīng)用等。電力電子技術(shù)、電機(jī)控制方式以及自動(dòng)化控 制水平?jīng)Q定著變頻器的發(fā)展水平。 技術(shù)的發(fā)展也帶動(dòng)了變頻技術(shù)的發(fā)展，dsp 運(yùn)算技術(shù)引入變頻器中，使復(fù)雜的實(shí)時(shí)運(yùn) 算，有了實(shí)現(xiàn)的手段，組成成套系統(tǒng)，變得輕松自如。變頻調(diào)速因具有調(diào)速精度高、啟動(dòng) 能耗低，

12、占地小、工藝先進(jìn)、功能豐富、操作簡(jiǎn)便、通用性強(qiáng)、易形成閉環(huán)控制等特點(diǎn)， 被認(rèn)為是最理想的調(diào)速方案，代表電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向。 調(diào)速的飛速發(fā)展與成功應(yīng)用，打破了過去直流拖動(dòng)在調(diào)速領(lǐng)域中的統(tǒng)治地位，交流調(diào)速 拖動(dòng)已進(jìn)入了交流變頻時(shí)代。而直接速度控制理論(dsc)的誕生，則標(biāo)志著中國(guó)在電機(jī)控 制技術(shù)方面不僅超越了自我，也超越了國(guó)外同行。 大功率變頻器因其在電磁兼容、電磁輻射、串聯(lián)技術(shù)等方面問題有很大的技術(shù)難度，成 為世界各大電氣公司競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)諸多變頻器生產(chǎn)廠家都在高壓變頻器領(lǐng)域投入 大量的人力與物力，力求在目前變頻器技術(shù)方面占領(lǐng)制高點(diǎn)。盡管如此，但變頻器的核心 igbt 器件始終依賴進(jìn)口，成

13、為制約國(guó)產(chǎn)變頻器發(fā)展的瓶頸。 對(duì)來(lái)自不同應(yīng)用領(lǐng)域的挑戰(zhàn)，變頻器也不斷在更新?lián)Q代，功能得到提升、產(chǎn)品越來(lái)越多 樣化?？偟膩?lái)說(shuō)，新時(shí)期的變頻器具有以下特點(diǎn)：一是全數(shù)字化、功能齊全，能夠補(bǔ)償負(fù) 載變化，特別是分布式的具有通信、聯(lián)網(wǎng)功能和集成 plc 的高端變頻器。二是簡(jiǎn)單或行業(yè) 專用的變頻器以及機(jī)電一體化、小型化的。三是網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)化，通過網(wǎng)絡(luò)連接減少生產(chǎn) 成本，通過現(xiàn)場(chǎng)總線模塊，將不同型號(hào)的變頻器以同一種編程語(yǔ)言和通訊協(xié)議進(jìn)行組態(tài)。 此外，伴隨新型高壓電力電子器件的問世，高壓和中壓變頻器也有長(zhǎng)足的發(fā)展。在未來(lái)， 矩陣式變頻器、綠色變頻器等新型變頻器將面世。 1.3 所作的主要工作所作的主要工作 查

14、閱 plc 及變頻器的相關(guān)資料，把握恒壓供水系統(tǒng)研究和發(fā)展趨勢(shì)。分析變頻供水系統(tǒng) 的控制方式和組成，并對(duì)每一個(gè)組成部分進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和說(shuō)明。對(duì)變頻恒壓供水的控 制流程進(jìn)行了說(shuō)明，闡述了變頻供水系統(tǒng)的恒壓原理和控制方法通過詳細(xì)的分析，說(shuō)明在 一拖多的恒壓供水系統(tǒng)中加減水泵的條件。 2 2 恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及控制原理恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及控制原理 2.12.1 任務(wù)任務(wù) 隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，城市高層建筑的供水問題日益突出。以方面要求提高供水質(zhì)量， 不要因?yàn)閴毫Φ牟▌?dòng)造成供水的障礙；另一方面要求保障供水的可靠性和安全性，在發(fā)生 火災(zāi)時(shí)能可靠供水。針對(duì)這兩方面的要求，新的供水方式和控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生

15、，這就是 plc 控制的恒壓無(wú)塔供水系統(tǒng)。恒壓無(wú)塔供水系統(tǒng)包括生活用水的恒壓控制和消防用水的 恒壓控制即雙恒壓系統(tǒng)。恒壓供水保證了供水的質(zhì)量，以 plc 為主機(jī)的控制系統(tǒng)豐富 了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。 2.22.2 工藝要求工藝要求 對(duì)三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是： （1）生活供水時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)底恒壓值運(yùn)行，消防供水時(shí)系統(tǒng)應(yīng)高恒壓值運(yùn)行； （2）三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要，采用“先開先?！钡脑瓌t介入和退出； （3）在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間超過 3h，則要切換到下一臺(tái)泵， 即系統(tǒng)具有“倒泵功能” ，避免某一臺(tái)泵工作時(shí)間過長(zhǎng)； （4）三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)要又軟啟動(dòng)功能

16、； 2.32.3 系統(tǒng)的組成和基本工作原理系統(tǒng)的組成和基本工作原理 恒壓供水泵站一般需設(shè)多臺(tái)水泵及電機(jī)，這比設(shè)單臺(tái)水泵及電機(jī)節(jié)能而可靠。配單臺(tái) 電機(jī)和水泵時(shí)，它們的功率必須足夠的大，在用水量少十開一臺(tái)大電機(jī)肯定是浪費(fèi)，電機(jī) 選小了用水量大時(shí)供水不足。而且水泵和電機(jī)都有維修的時(shí)候，備用泵是必要的。恒壓供 水的主要目標(biāo)是保持管壓網(wǎng)水呀的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速套跟隨用水量的變化而變化，這 就要用變頻器為水泵供電。這也有兩種配置方式，一是為每臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)變頻器，這 當(dāng)然方便，電機(jī)與變頻器間不需要切換，但是購(gòu)買變頻器的費(fèi)用較高。另一種方案是數(shù)臺(tái) 電機(jī)陪一臺(tái)變頻器，變頻器與電機(jī)見可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，一

17、臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，其余水 泵共頻運(yùn)行，以滿足不同用水兩的需求。 下圖為恒壓供水泵站的示意圖。如圖所示，圖中壓力傳感器用于檢測(cè)管網(wǎng)中的水壓， 常裝設(shè)在泵站的出水口。當(dāng)用水量大時(shí)，水壓降低；用水量小時(shí)，水壓升高。水壓傳感器 將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o調(diào)節(jié)器。 水箱 調(diào)節(jié)器變頻器 電動(dòng)機(jī) 水泵 壓力傳感器 用戶 圖 2.1 變頻恒壓供水站的基本組成 調(diào)節(jié)器是一種電子裝備,在系統(tǒng)中完成以下幾種功能: (1)設(shè)定水管壓力的給定值，恒壓供水水壓的高低依需要設(shè)定。供水距離越遠(yuǎn)，用水地 點(diǎn)越高，系統(tǒng)所需供水壓力越大。給定值即是系統(tǒng)正常工作時(shí)的恒壓值，另外有些供水系 統(tǒng)可能有多種供水目的，如將生活用水

18、與消防用水共用一個(gè)泵站，水壓的設(shè)定值可能不只 一個(gè)，一般消防用水的水壓要高一些，調(diào)節(jié)器具有給定值設(shè)定功能，可以以數(shù)字量進(jìn)行設(shè) 定，也有的調(diào)節(jié)器以模擬量方式設(shè)定。 （2）接受傳感器送來(lái)的管網(wǎng)水壓的實(shí)測(cè)值。管網(wǎng)實(shí)測(cè)水壓回送到泵站控制裝置稱為反 饋，調(diào)節(jié)器實(shí)反饋的接受點(diǎn)。 （3）根據(jù)給定值和實(shí)測(cè)值的綜合，依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號(hào)。調(diào)節(jié)器接受 了實(shí)測(cè)水壓的反饋信號(hào)后，將它與給定值比較，得到給定值與實(shí)測(cè)值之差。如果給定值大 于實(shí)測(cè)值，說(shuō)明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如果水壓高于理想水壓， 要降低水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這些都是由調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)控制。為了實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系 統(tǒng)的穩(wěn)定性，

19、調(diào)節(jié)工作中還有個(gè)調(diào)節(jié)規(guī)律的問題，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律多是比例-積分- 微分調(diào)節(jié)，俗稱 pid 調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)，如 p、i、d 參數(shù)均是可以由使用者設(shè)定的， pid 調(diào)節(jié)過程視調(diào)節(jié)器的的內(nèi)部構(gòu)成由數(shù)字式調(diào)節(jié)及模擬量調(diào)節(jié)兩類，以微型計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié) 器多為數(shù)字調(diào)節(jié)器。 調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)一般式模擬信號(hào)，420ma 變化的電流信號(hào)或 010v 間變化的電 壓信號(hào)。信號(hào)的量值與前面提到的差值成正比，用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行設(shè)備工作。 以一個(gè)三泵生活/消防雙恒壓無(wú)塔供水系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明其工藝過程，市網(wǎng)來(lái)水用高低水 位控制器 eq 來(lái)控制注水閥 tv1，它們自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水池，只要水位低于高水位，則自 動(dòng)往水箱中注水。

20、水池的高/低水位信號(hào)也直接送給 plc，作為底水位報(bào)警用。為了保障供 水的持續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離不是相差很大。生活用水和消防用水共用三臺(tái)泵， 平時(shí)電磁閥 yv2 處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺(tái)泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控 制邏輯運(yùn)行，使生活用水的恒壓狀態(tài)（生活用水底恒壓值）下進(jìn)行；當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電 磁閥 yv2 得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺(tái)泵共消防用水使用，并根據(jù)用水量的大小，使消 防供水也在恒壓狀態(tài)（消防用水高恒壓值）下進(jìn)行。火災(zāi)結(jié)束后三臺(tái)泵再改為生活供水使 用。 從變頻恒壓供水的原理分析可知，該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒 壓控制單元、水泵機(jī)組以及低壓電器

21、組成.系統(tǒng)主要的設(shè)計(jì)任務(wù)是利用恒壓控制單元使變頻 器控制一臺(tái)水泵或循環(huán)控制多臺(tái)水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)以及變頻 水泵與工頻水泵的切換，同時(shí)還要能對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。 本文使用通用變頻器+plc +壓力傳感器這種控制方式為基礎(chǔ)的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該 控制方式靈活方便，具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通用 性強(qiáng)。由于 plc 產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。 在硬件設(shè)計(jì)上，只需確定 plc 的硬件配置和它的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，可 以方便地通過 pc 機(jī)來(lái)改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便。同時(shí)由于 plc

22、的抗 干擾能力強(qiáng)、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求 的恒壓供水場(chǎng)合，并且與供水機(jī)組的容量大小無(wú)關(guān)。 傳感器 plc 變頻器 水泵 控制接口 人機(jī)界面 報(bào)警系統(tǒng) 圖 2.2 恒壓供水系統(tǒng)原理 2.3.1信號(hào)檢測(cè) 在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測(cè)的信號(hào)包括水壓信號(hào)、液位信號(hào)和報(bào)警信號(hào): (l)水壓信號(hào):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(hào)。此信 號(hào)是模擬信號(hào)，讀入 plc 時(shí)，需進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換。另外為加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，還需對(duì)供水 的上限壓力和下限壓力用電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果可以送給 plc，作為數(shù)字量輸 入。 (2)液位信號(hào):它反映水泵

23、的進(jìn)水水源是否充足。信號(hào)有效時(shí)?？刂葡到y(tǒng)要對(duì)系統(tǒng)實(shí)施保 護(hù)控制，以防止水泵空抽而損壞電機(jī)和水泵。此信號(hào)來(lái)自在安裝于水源處的液位傳感器。 (3)報(bào)警信號(hào):它反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，水泵電機(jī)是否過載、變頻器是否有異常，該信 號(hào)為開關(guān)量信號(hào)。 2.3.2控制系統(tǒng) 供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括 plc、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分: (1)plc：它是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對(duì)系統(tǒng)中的壓力、液 位、報(bào)警信號(hào)進(jìn)行采集，對(duì)來(lái)自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法， 得出對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即水泵成行控制. (2)變頻器：它是對(duì)水

24、泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元.變頻器跟蹤供水控制器送來(lái)的控制信號(hào)改 變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)水泵機(jī)組中水泵被變頻器拖動(dòng)的情 況不同，變頻器有如下兩種工作方式: 1)變頻循環(huán)式:變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在 50hz 時(shí)，其供水 量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機(jī)中脫出，將 該泵切換為工頻的同時(shí)用變頻去拖動(dòng)另一臺(tái)水泵電機(jī)。 2)變頻固定式:變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在 50hz 時(shí)，其供水 量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)直接啟動(dòng)另一臺(tái)恒速水泵，變頻器不 做切換，變頻器固定拖動(dòng)的水泵在系統(tǒng)運(yùn)行

25、前可以選擇。 變頻器的電控設(shè)備它是由一組接觸器、保護(hù)繼電器、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(duì)水泵的切換、手/自動(dòng)切換及就地/集中等工作。 2.3.3人機(jī)界面 人機(jī)界面是人與機(jī)器進(jìn)行信息交流的場(chǎng)所。通過人機(jī)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(shí)使用者也可以從人機(jī)界面上得知系統(tǒng)的一 些運(yùn)行情況及設(shè)備的工作狀態(tài)。人機(jī)界面還可以對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)報(bào)警進(jìn)行 顯示。2.3.4通訊接口 通訊接口是本系統(tǒng)的一個(gè)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(jìn)行數(shù)據(jù)交換;同時(shí)通過通訊接口，還可以將現(xiàn)代先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到

26、本系 統(tǒng)中來(lái)，例如可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的診斷和維護(hù)等。 2.3.5報(bào)警裝置 作為一個(gè)控制系統(tǒng)，報(bào)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(yùn)行，防止因電機(jī)過載、變頻器報(bào)警、電網(wǎng) 過大波動(dòng)、供水水源中斷造成故障，因此系統(tǒng)必須要對(duì)各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由 plc 判斷 報(bào)警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作控制，以免造成不必要的損失。 3 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)選型介紹硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)選型介紹 3.1 供水電機(jī)供水電機(jī) 供水電機(jī)驅(qū)動(dòng)離心泵運(yùn)行，和離心泵共同組成了供水系統(tǒng)的整體，電機(jī)的配置主要以水 泵供水負(fù)載來(lái)決定。電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械所需要的功率來(lái)選擇，盡量使電動(dòng)

27、機(jī)在 額定負(fù)載下運(yùn)行。選擇時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn): (1)如果電動(dòng)機(jī)功率選得過小，就會(huì)出現(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象，造成電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過載， 使其絕緣因發(fā)熱而損壞，甚至電動(dòng)機(jī)被燒毀。 (2)如果電動(dòng)機(jī)功率選得過大，就會(huì)出現(xiàn)大馬拉小車”現(xiàn)象，其輸出機(jī)械功率不能得 到充分利用，功率因數(shù)和效率都不高，不但對(duì)用戶和電網(wǎng)不利，而且還會(huì)造成電能浪費(fèi)。 要正確選擇電動(dòng)機(jī)的功率，必須經(jīng)過以下計(jì)算或比較:對(duì)于恒定負(fù)載連續(xù)工作方式，如 果知道負(fù)載的功率(即生產(chǎn)機(jī)械軸上的功率)p，可按下式計(jì)算所需電動(dòng)機(jī)的功率 p(kw) p=p1/(12) 式中，p 為生產(chǎn)機(jī)械的效率;p1 為電動(dòng)機(jī)的效率，即傳動(dòng)效率.按上式求出的功率，不一定 與

28、產(chǎn)品功率相同.因此，所選電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)等于或稍大于計(jì)算所得的功率。 3.2 變頻器變頻器 變頻器主要由整流（交流變直流） 、濾波、再次整流（直流變交流） 、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單 元、檢測(cè)單元微處理單元等組成的。 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。 我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式（vvvf 變頻或矢量控制變頻） ，先把工頻 交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交 流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制 4 個(gè)部分組 成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 igbt 三相

29、橋式逆變器，且輸出為 pwm 波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。 變頻器容量是變頻器的最重要的參數(shù)，如何選擇變頻器容量是變頻器選型的關(guān)鍵。 變頻器的容量有三種表示方法:額定電流;適配電動(dòng)機(jī)的額定功率;額定視在功率。 不管是哪一種表示方法，歸根到底還是對(duì)變頻器額定電流的選擇，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況根據(jù)電 動(dòng)機(jī)有可能向變頻器吸收的電流來(lái)決定。通常變頻器的過載能力有兩種:不管是哪一種表示 方法，歸根到底還是對(duì)變頻器額定電流的選擇，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況根據(jù)電動(dòng)機(jī)有可能向變頻 器吸收的電流來(lái)決定.通常變頻器的過載能力有兩種:12 倍的額定電流，可持續(xù) 1 分鐘: 1.5 倍的額定電流，可持續(xù) 1 分鐘

30、:而且變頻器的允許電流與過程時(shí)間呈反時(shí)限的關(guān)系。 如 12(1.5)倍的額定電流可持續(xù) lmin;而 ls(2.0)倍的額定電流，可持續(xù) 0.5min。這就意味著: 不論任何時(shí)候向電動(dòng)機(jī)提供在 lmin 以上的電流都必須在某些范圍內(nèi)。 過載能力這個(gè)指標(biāo)，對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，只有在啟動(dòng) (加速)過程中才有意義，在運(yùn)行過 程中，實(shí)際上等同于不允許過載。 下面討論如何根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流的情況來(lái)選擇變頻器帶一臺(tái)電機(jī)時(shí)的容量選擇。 首先計(jì)算出負(fù)載電流，然后應(yīng)考慮三個(gè)方面的因素:用變頻器供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流的 脈動(dòng)相對(duì)工頻供電時(shí)要大些;電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)要求。即是由低頻低壓?jiǎn)?dòng)，還是額定電壓、 額定頻率直接啟動(dòng).變頻器

31、使用說(shuō)明書中的相關(guān)數(shù)據(jù)是用該公司的標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)測(cè)試出來(lái)的。 要注意按常規(guī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的電機(jī)在性能上可能有一定差異.故計(jì)算變頻器的容量時(shí)要留適當(dāng)余 量。 3.2.1.恒定負(fù)載連續(xù)運(yùn)行時(shí)變頻器容量的計(jì)算 由低頻低壓?jiǎn)?dòng)或由軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，而變頻器只用來(lái)完成變頻調(diào)速時(shí)，要求變頻器的額 定電流稍大于電動(dòng)機(jī)的額定電流即可，即要求 ifn1.1imn 其中，ifn 變頻器額定電流，imn一 電動(dòng)機(jī)額定電流. 額定電壓、額定頻率直接啟動(dòng)時(shí)，對(duì)三相電動(dòng)機(jī)而言，由電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)可知，啟動(dòng) 電流是額定電流的 see7 倍。因而得用下式來(lái)計(jì)算變頻器的頻定電流。 ifnimstkfg 式中 imst 一電動(dòng)機(jī)在額定電壓，額定

32、頻率時(shí)的啟動(dòng)電流kfg一變頻器的過載倍數(shù) 3.2.2 周期性變化負(fù)載連續(xù)運(yùn)行時(shí)變頻器容量的計(jì)算 很多情況下電動(dòng)機(jī)的負(fù)載具有周期性變化的特點(diǎn)。顯然，在此情況下，按最小負(fù)載選擇 變頻器的容量，將出現(xiàn)過載，而按最大負(fù)載選擇，將是不經(jīng)濟(jì)的。由此推知，變頻器的容 量可在最大負(fù)載與最小負(fù)載之間適當(dāng)選擇，以便變頻器得到充分利用而又不到過載。 周期性負(fù)載首先作出電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流圖 n=中(0 及 1=f(t)然后求出平均負(fù)載電流 lav 再預(yù) 選變頻器的容量，關(guān)于 iav 的計(jì)算采用如下公式: iav=(i1t1+i2t2+.+ijtj.)/(t1+t2+tj+.) 考慮到過渡過程中，電動(dòng)機(jī)從變頻器吸收的電流要

33、比穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)大，而上述 lav 沒有反 映過渡過程中的情況。因此，變頻器的容量按 1 剛之(1.1 一 1.z)lav 修正后預(yù)選(式中，lj 為 第 j 段運(yùn)行狀態(tài)下的平均電流內(nèi)為第 j 段運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的時(shí)間)，若過渡過程在整個(gè)工作 過程中占較大比重，則系數(shù)(1.1 一 1.2 雌偏大的值。 3.2.3 非周期性變化負(fù)載連續(xù)運(yùn)行時(shí)變頻器容量的計(jì)算。 這種情形一般難以作出負(fù)載電流圖，可按電動(dòng)機(jī)在輸出最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的電流計(jì)算變頻器的 額定電流，可用該式 ifnim(max) kfg 式中im(max)為電動(dòng)機(jī)在輸出最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的電流。 3.3 恒速調(diào)節(jié)恒速調(diào)節(jié) 水泵的恒速調(diào)節(jié)主要有節(jié)流調(diào)節(jié)、動(dòng)葉調(diào)節(jié)

34、、改變泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)三種. (1)節(jié)流調(diào)節(jié) 節(jié)流調(diào)節(jié)是在水泵的出口或進(jìn)口管路上裝設(shè)閥門或擋板，通過改變閥門或擋 板的開度，使裝置需要揚(yáng)程曲線發(fā)生變化，從而導(dǎo)致水泵工作點(diǎn)位置的變化。 節(jié)流調(diào)節(jié)優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單、可靠、方便，且調(diào)節(jié)裝置的初投資很少，故以前各種離心 泵多采用這種調(diào)節(jié)方式。缺點(diǎn)是能量損失很大，目前正逐漸被其它調(diào)節(jié)方式所取代。 (2)動(dòng)葉調(diào)節(jié) 采用動(dòng)葉調(diào)節(jié)的水泵，在泵的輪毅內(nèi)部安裝動(dòng)葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，從而使動(dòng)葉調(diào)節(jié)得以實(shí) 現(xiàn)。對(duì)于大型的泵，可以采用液壓傳動(dòng)調(diào)節(jié). 動(dòng)葉調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是:在調(diào)節(jié)過程中其效率變化很小，能在較大范圍保持高效率。缺點(diǎn)是:動(dòng) 葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，控制自動(dòng)化程度低;成本高，通常適用

35、大容量水泵，對(duì)中小供水廠的水泵 通常不適用。 (3)改變機(jī)泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié) 改變機(jī)泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)是根據(jù)不同的流量要求，采用不同數(shù)量和型號(hào)的機(jī)泵進(jìn)行并 聯(lián)運(yùn)行，來(lái)滿足供水量要求.優(yōu)點(diǎn)是:它不改變電機(jī)和水泵的電氣及機(jī)械結(jié)構(gòu)，在水泵臺(tái)數(shù)眾 多、搭配合理的情況下，可以達(dá)到較好的調(diào)節(jié)效果。缺點(diǎn)是:不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)、需要大量 的機(jī)泵進(jìn)行合理搭配、隨著供水量的變化要不斷啟停電機(jī);電能損失較大。因此，目前此種 方法雖大量使用，但正逐步被新的流量 3.4 調(diào)節(jié)方式選取調(diào)節(jié)方式選取 從恒速調(diào)節(jié)的分析可以看出，由于恒速調(diào)節(jié)要不結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要不能量損失很大，因此， 正逐步被變速調(diào)節(jié)所取代. 這里所指的速度是水泵的轉(zhuǎn)速.水

36、泵的變速調(diào)節(jié)可分為變速傳動(dòng)裝置調(diào)節(jié)和變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速調(diào)節(jié)。 3.4.1 變速傳動(dòng)裝置 定速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的水泵可以通過傳動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)變速調(diào)節(jié)。變速傳動(dòng)裝置按其工作特 性可分為兩類。一類是有級(jí)變速裝置，如齒輪變速等;另一類是無(wú)級(jí)變速裝置，主要有液力 禍合器、油膜轉(zhuǎn)差離合器、電磁轉(zhuǎn)差離合器等。液力禍合器、油膜轉(zhuǎn)差離合器及電磁轉(zhuǎn)差 離合器在傳動(dòng)變速時(shí)具有一個(gè)共同的特點(diǎn):傳動(dòng)裝置產(chǎn)生的傳動(dòng)損失在其所傳遞功率中所占 的比例與水泵的轉(zhuǎn)速變化的大小成正比，轉(zhuǎn)速變化越大，傳動(dòng)損失所占的比例也越大，因 此，這類變速調(diào)節(jié)方式也被稱為低效變速調(diào)節(jié)方式。 1)液力禍合器 水泵通過液力禍合器實(shí)現(xiàn)變速調(diào)節(jié)，從液力藕合器的特性來(lái)

37、看，其調(diào)節(jié)效率等于轉(zhuǎn)速 比，故當(dāng)調(diào)節(jié)量越大，其轉(zhuǎn)速比越低，傳動(dòng)效率也越低。調(diào)速型液力禍合器用于葉片式水 泵的變速調(diào)節(jié)時(shí)，主要具有以下優(yōu)點(diǎn):可以輸出連續(xù)的、無(wú)級(jí)的、變化的轉(zhuǎn)速;可以平穩(wěn)的 啟動(dòng)、加速;電動(dòng)機(jī)能空載或輕載啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，節(jié)約電能;液力禍合器是無(wú)級(jí)調(diào)速， 故便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，適用于各伺服系統(tǒng)控制:與閥門節(jié)流調(diào)節(jié)相比較，節(jié)能效果顯著。 液力禍合器的缺點(diǎn):在電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速較低的場(chǎng)合，要求同樣的轉(zhuǎn)矩而采用較小的轉(zhuǎn)速 時(shí)，液力禍合器的工作腔直徑將加大，這不但增加了造價(jià)，而且還會(huì)使禍合器調(diào)速的延遲 時(shí)間增加;大功率的液力禍合器設(shè)備復(fù)雜;在運(yùn)轉(zhuǎn)中隨著負(fù)載的變化，轉(zhuǎn)速比也相應(yīng)變化， 因此不可能

38、有精確的轉(zhuǎn)速比:液力禍合器一旦產(chǎn)生故障，水泵也不能繼續(xù)工作。 2)電磁轉(zhuǎn)差離合器 電磁轉(zhuǎn)差離合器又稱電磁離合器、渦流聯(lián)軸器等。電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是:可靠 性高，只要把絕緣處理好，就能長(zhǎng)期無(wú)檢修運(yùn)行;控制裝置的容量小;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易， 價(jià)格便宜。 電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是:存在轉(zhuǎn)差損失，尤其是對(duì)凡較低的電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行經(jīng) 濟(jì)性較低;調(diào)速時(shí)響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng):噪聲較大。 3.4.2 變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 由電機(jī)學(xué)得知，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 n，與電源頻率 fl、極對(duì)數(shù) p 之間的關(guān)系式為: n1=60f1/p s=(n1-n)/nt=1-n/n1 n=n1(1-s)= 60f1/p(1-s) 由式可

39、以看出，要實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，可以通過改變磁極對(duì)數(shù) p 和改變電源頻率 fl 實(shí)現(xiàn)，下面就兩種變速調(diào)節(jié)方式進(jìn)行比較 1)異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速 變極調(diào)速原理:異步電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，通常其轉(zhuǎn)差率 5 很小，則由式 2.4 知，在電 源頻率 fl 不變的情況下，改變電動(dòng)機(jī)繞組的極對(duì)數(shù)，就可改變同步轉(zhuǎn)速 n:從而改變異步電 動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 no 變極調(diào)速的主要優(yōu)點(diǎn)是:調(diào)速效率高，僅是因在設(shè)計(jì)變極電動(dòng)機(jī)時(shí)要兼顧不同轉(zhuǎn)速時(shí)的 性能指標(biāo)，與普通的全速電動(dòng)機(jī)相比較，其效率和功率因數(shù)要稍低一些:調(diào)速控制設(shè)備簡(jiǎn)單， 僅用轉(zhuǎn)換開關(guān)或接觸器;初投資低，特別是中小型變極電動(dòng)機(jī)價(jià)錢和定速電動(dòng)機(jī)相差不是很 大:維護(hù)方便，除

40、軸承外，不需要特別的維修，可靠性較高，在相當(dāng)惡劣的環(huán)境下可使用。 變極調(diào)速的主要缺點(diǎn)是:有級(jí)調(diào)速，不能進(jìn)行連續(xù)調(diào)速。此外，變極電動(dòng)機(jī)在變速時(shí)電 力必須瞬間中斷，不能進(jìn)行熱態(tài)變換，因此在變速時(shí)電動(dòng)機(jī)有電流沖擊現(xiàn)象發(fā)生.高壓電動(dòng) 機(jī)若需進(jìn)行頻繁地切換變速時(shí)，則其切換裝置的安全可靠性尚需進(jìn)一步完善提高。因此， 變極調(diào)速目前應(yīng)用較少。 2)異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速 由公式可知，極對(duì)數(shù) p 一定的異步電動(dòng)機(jī)，在轉(zhuǎn)差率變化不大時(shí)，轉(zhuǎn)速基本上與電源 頻率成正比。因此，只要能設(shè)法改變 fl.即可改變 n?；谶@個(gè)原理，變頻調(diào)速就是用晶閘 管等變流元件組成的變頻器作為變頻電源，通過改變電源頻率的辦法，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

41、下 圖為變頻調(diào)速系統(tǒng)的示意圖。 變頻 電源 d 3 水泵 控制電路 圖 3.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)示意圖 在對(duì)變速傳動(dòng)裝置和變電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)方式進(jìn)行比較時(shí)，我們以兩者的代表，也是目前運(yùn) 用最廣的兩種變速方式:液力禍合器調(diào)速和變頻器調(diào)速進(jìn)行對(duì)比，如表下表，從中可以看出， 采用變頻器進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，具有較大的優(yōu)勢(shì)。 3.53.5 控制方案控制方案 利用單臺(tái)變頻器控制多臺(tái)水泵的控制方案適用于大多數(shù)供水系統(tǒng)，是目前應(yīng)用中比較 先進(jìn)的一種方案。下面以單臺(tái)變頻器控制 2 臺(tái)水泵的方案來(lái)說(shuō)明。該控制方案的控制原理 見圖。 1 號(hào)水泵變頻運(yùn)行 2 號(hào)水泵工頻運(yùn)行 1 號(hào)水泵工頻運(yùn)行 2 號(hào)水泵變頻運(yùn)行 1 號(hào)水泵停止 2

42、 號(hào)水泵變頻運(yùn) 行 1 號(hào)水泵變頻運(yùn) 行 2 號(hào)水泵停止 圖 3.2 控制原理框圖 控制系統(tǒng)的工作原理如下:根據(jù)系統(tǒng)用水量的變化，控制系統(tǒng)控制 2 臺(tái)水泵按 1 一 2 一 3 一 4 一 1 的順序運(yùn)行，以保證正常供水。開始工作時(shí)，系統(tǒng)用水量不多，只有 1 號(hào)泵 在變頻器控制下運(yùn)行，2 號(hào)泵處于停止?fàn)顟B(tài)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 1。當(dāng)用水量增加，變頻 器輸出頻率增加，則 1 號(hào)泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加，當(dāng)變頻器增加到最高輸出頻率時(shí)，表示只 有 1 臺(tái)水泵工作己不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過控制系統(tǒng)，1 號(hào)泵從變頻器電源 轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動(dòng) 2 號(hào)泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 2. 當(dāng)

43、系統(tǒng)用水高峰過后，用水量減少時(shí)，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻率時(shí)，表 示只有 1 臺(tái)水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過控制系統(tǒng)，可將 1 號(hào)泵電機(jī)停 運(yùn)，2 號(hào)泵電機(jī)仍由變頻器電源供電，這時(shí)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 3。 當(dāng)用水量再次增加，變頻器輸出頻率增加，則 2 號(hào)泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加，當(dāng)變頻器增 加到最高輸出頻率時(shí)，表示只有 1 臺(tái)水泵工作已不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過控 制系統(tǒng)的控制，2 號(hào)泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動(dòng) 1 號(hào)泵電 機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 4. 當(dāng)控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 4 時(shí)，用水量又減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻率時(shí)， 表示只有 1

44、 臺(tái)水泵工作已能滿足系統(tǒng)供水的要求，此時(shí)，通過控制系統(tǒng)的控制，2 號(hào)泵從 變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動(dòng) 1 號(hào)泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 4。 當(dāng)控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 4 時(shí)，用水量又減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻率時(shí)， 表示只有 1 臺(tái)水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過控制系統(tǒng)的控制，可將 2 號(hào) 泵電機(jī)停運(yùn)，1 號(hào)泵電機(jī)仍由變頻器供電，這時(shí)，控制系統(tǒng)又回到了狀態(tài) 1。如此循環(huán)往復(fù) 的工作，以滿足系統(tǒng)用水的需要。 4 4 電氣控制系統(tǒng)原理圖電氣控制系統(tǒng)原理圖 電氣系統(tǒng)控制原理圖包括主電路圖、控制電路圖。 4.14.1 主電路圖主電路圖 如下圖所示為電控系統(tǒng)主電路

45、圖。三臺(tái)電機(jī)分別為 m1、m2、m3。接觸 km1、km3、km5 分別控制 m1、m2、m3 的工頻運(yùn)行；接觸器 km2、km4、km6 分別 控制 m1、m2、m3 的變頻運(yùn)行，fr1、fr2、fr3 分別為三臺(tái)水泵電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼 電器；qs1、qs2、qs3、qs4 分別為變頻器喝三臺(tái)水泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)；fu1 為主 電路的熔斷器，vvvf 為簡(jiǎn)單的一般變頻器。 圖 4.1 電控系統(tǒng)主電路 4.24.2 控制電路圖控制電路圖 下圖所示電控系統(tǒng)控制電路圖。圖中 sa 為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，sa 打在 1 的位置為手 動(dòng)控制狀態(tài)；打在 2 的狀態(tài)為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按

46、鈕 sb1sb2 控制三臺(tái)泵 的啟/停和電磁閥 yv2 的通/斷；自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在 plc 程序控制下運(yùn)行。 圖中的 hl10 為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的電源指示燈。對(duì)變頻器頻率進(jìn)行復(fù)位時(shí)只提供一個(gè)干觸 點(diǎn)信號(hào)，由于 plc 為 4 個(gè)輸出點(diǎn)為一組共用一個(gè) com 端，而本系統(tǒng)又沒有剩下單獨(dú)的 com 端輸出組，所以通過一個(gè)中間繼電器 ka 的觸點(diǎn)對(duì)變頻器進(jìn)行復(fù)位控制。圖中的 q0.0q0.5 及 q1.0q1.5 為 plc 輸出繼電器觸點(diǎn)，它們旁邊的 4、6、8 等數(shù)字為接線編號(hào)。 1 20 sb1 km1 sb2 q0.0 q0.1 km2 km2 km1 hl1 km2 hl2 fr1 4 6

47、 plc sb4 q0.2 q0.3 km4 km2 km3 8 10 sb6 q0.4 q0.5 km6 km2 km5 12 14 sb3 km3 fr2 hl3 km4 hl4 fr3 hl5 km6 hl6 km5 sb5 sb7 yv2 sb8 yv2 hl7 hl8 hl9 ha ka hl10 q1.0 q1.1 q1.2 q1.3 q1.4 q1.5 n1 n l1 fu2 圖 4.2 電控系統(tǒng)控制電路 5 5 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 5.15.1 壓力恒定控制程序設(shè)計(jì)壓力恒定控制程序設(shè)計(jì) 在變頻恒壓供水系統(tǒng)壓力控制程序的設(shè)計(jì)流程如圖 43，檢測(cè)壓力的大小，信號(hào)傳送到 plc

48、，系統(tǒng)首選對(duì)數(shù)值進(jìn)行分析，確認(rèn)數(shù)據(jù)正常后，與壓力設(shè)定值進(jìn)行判斷，如果與設(shè)定 值相同，則直接進(jìn)入下一采樣周期，如果不同，則進(jìn)行 pid 控制，通過 plc 控制變頻器改 變頻率參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)恒壓供水。 在恒壓供水程序設(shè)計(jì)中，還應(yīng)考慮到報(bào)警問題，通常要設(shè)計(jì)中斷程序處理信號(hào)報(bào)警。特 別要注意的是，在中小供水廠有條件的情況下，除了通常的液位報(bào)警和過載報(bào)警等外，還 應(yīng)將流量?jī)x、濁度儀、余氯儀等報(bào)警信號(hào)接入 plc，從而實(shí)現(xiàn)在供水廠出現(xiàn)流量嚴(yán)重異常 或水質(zhì)事故事可以實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)。 開始 初始化程序 水管壓力信號(hào)采集 開啟自動(dòng)變頻 壓力是否達(dá)到設(shè)定值 結(jié)果輸入變頻器進(jìn)行變頻控制 手動(dòng)操作 數(shù)據(jù)分析計(jì)算 否

49、是 是 否 圖 5.1 壓力恒定控制程序流程圖 5.25.2 電機(jī)增減控制程序設(shè)計(jì)電機(jī)增減控制程序設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式，手動(dòng)方式只在系統(tǒng)出現(xiàn)故障和調(diào)試時(shí)使用。選擇 自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，p 優(yōu)對(duì)外接信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，如果滿足要求，則 75kw (1#電機(jī))電機(jī)和變頻器連 通，作變頻運(yùn)行，并根據(jù)壓力反饋調(diào)整詳電機(jī)頻率，當(dāng)頻率調(diào)整到 50hz，供水仍不足，則 該臺(tái)變頻泵切換為工頻，如果壓力繼續(xù)不夠，則將 1#泵切換到工頻，經(jīng)延時(shí) 305，再啟動(dòng) 160kw (2#電機(jī))，2#電機(jī)在變頻方式下運(yùn)行，使出水壓力達(dá)到要求。如果兩臺(tái)電機(jī)都在工 頻下運(yùn)行，還不能滿足壓力要求，則報(bào)警.如果實(shí)際壓力過大，逐

50、漸降低本臺(tái)水泵電機(jī)頻率， 如果頻率降低到 shz 仍不足以使壓力滿足要求，則關(guān)閉 1#泵電機(jī)，使 2#機(jī)泵切在變頻下 運(yùn)行。這樣每臺(tái)水泵都在工頻和變頻之間切換，做到先開先停，后開后停。在判斷電機(jī)增 減條件時(shí)，按式(310 卿(311)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。通常這一程序設(shè)計(jì)包括了主程序、變頻切換開 機(jī)子程序和關(guān)機(jī)子程序等，其主程序流程圖如下圖： 停機(jī)程序停 止工頻水泵 開始 初始化程序 頻率到達(dá)上限，壓力小于設(shè)定值 應(yīng)算結(jié)果輸出到 plc 繼電器控制水泵和閥門控制器 開機(jī)程序軟啟動(dòng)水泵變頻水泵切換到工頻 否 圖 5.2 電機(jī)增減控制程序設(shè)計(jì) 5.35.3 部分程序梯形圖部分程序梯形圖 變頻器上限時(shí)增泵濾

51、波 i0.0 vd250 .m0.1 t37 =d vd212 +50 vd250 i0.0 =d vd208 符合泵條件時(shí)，工頻泵運(yùn)行數(shù)加 1 t37 vb301 b p （ ） 0 vb301 vb301 變頻泵增泵或倒泵時(shí)，置位 m2.0 m0.1 m2.0 （ ） m0.3 工頻泵數(shù)加 . （） t34 m2.1 +2 產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻啟動(dòng)脈沖信號(hào) t34 m0.5 p （ ） m2.1 （r ） 1 m0.5 m2.2 （ s ） dec-b en eno in out nc-b en eno in out in ton pt m2.2 t39 +30 產(chǎn)生下一臺(tái)泵變頻運(yùn)行啟動(dòng)信號(hào) t

52、39 m0.6 p （ ） m2.2 （ r ） m2 1 號(hào)泵變頻運(yùn)行控制邏輯 sm0.1 vb300 m3.0 m0.4 q0.0 q0.1 =b （ ） m0.0 1 m0.6 q0.1 2 號(hào)泵變頻運(yùn)行邏輯 m0.6 vb300 m3.0 m0.4 q0.2 q0.3 =b （ ） 3 號(hào)泵變頻運(yùn)行控制邏輯 m0.6 vb300 m3.0 m0.4 q0.4 q0.5 =b （ ） 2 q0.5 1 號(hào)泵工頻運(yùn)行控制邏輯 .m0.5 vb300 vb301 q0.1 q0.0 =b b ( ） 2 0 q0.0 vb300 vb301 =b b 3 1 2 號(hào)泵工頻運(yùn)行控制邏輯 .m0

53、.5 vb300 vb301 q0.3 q0.2 =b b ( ） in ton pt 3 0 q0.2 vb300 vb301 =b b 1 1 3 號(hào)泵工頻運(yùn)行控制邏輯 .m0.5 vb300 vb301 q0.5 q0.4 =b b ( ） 1 0 q0.4 vb300 vb301 =b b 2 1 電機(jī)增減控制程序設(shè)計(jì)流程圖 6 6 結(jié)論結(jié)論 恒壓供水系統(tǒng)是以變頻器為執(zhí)行調(diào)控單元，plc 調(diào)控系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的恒壓 調(diào)控系統(tǒng)。在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速是由于水泵的功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，所以調(diào)速 控制方式要比閥門控制方式節(jié)能效果顯著.最后從理論上分析了采取變頻恒壓供水方式對(duì)供 水安全起的積極作用:可以消除水錘