基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)

1、學(xué)科分類號： _ 湖南人文科技學(xué)院湖南人文科技學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 題 目：基于 PLC 的變頻調(diào)速恒壓 供水系統(tǒng) 學(xué)生姓名：學(xué)號 系 部： 通信與控制工程系 專業(yè)年級： 自動化2007級 指導(dǎo)教師： 職 稱： 講 師 湖南人文科技學(xué)院教務(wù)處制 湖南人文科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計誠信聲明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計，是本人在指導(dǎo)老師的指 導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議， 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計不含任何其他個人或集體已經(jīng) 發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體 均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本 人承擔(dān)。

2、作者簽名：（手寫） 二 年 月 日（手寫） 基于基于 PLCPLC 的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 摘 要：隨社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)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。 本設(shè)計是針對居民生活用水/消防用水而設(shè)計的。由變頻器、PLC、PID 調(diào)節(jié)器 組成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量。電動機泵組由三臺水泵并聯(lián)而成，由變 頻器或工頻電網(wǎng)供電，根據(jù)供水系統(tǒng)出口水壓和流量來控制變頻器電動機泵組 的速度和切換，使系統(tǒng)運行在最合理狀態(tài)，保證按需供水。論文分析

3、了采取變 頻調(diào)速方式實現(xiàn)恒壓供水相對于傳統(tǒng)的閥門控制恒壓供水方式的節(jié)能機理，由 PLC 進行邏輯控制，由變頻器進行壓力調(diào)節(jié)。再經(jīng)過 PID 運算，通過 PLC 控制 變頻與工頻切換，實現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)恒壓變量供水。運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)具 有壓力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠等特點，實現(xiàn)恒壓供水且有效節(jié)能。 關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；變頻調(diào)速； PLCPLC；恒壓供水；恒壓供水；PIDPID 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) The water supply system of frequency control of constant voltage based on PLC Abstract: With the rapid dev

4、elopment of 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 has high function and saves on energy well, with help of advanced techni

5、que of automation, control and communication. At the same time this system can adapt different water supply fields.It is very important of the Water Supply System in Constant Pressure for the water supply in industrial and citizen existence. It is consist of the variable frequency and speed regulati

6、on, PLC, PID control system for the control system. It controls the outcome of the pumps. The generator pumps are consist of parallel three pumps, and the power come from variable frequency and speed regulation or power grid. According to the water supply of constant pressures outcome water press an

7、d flux, the control system control the variable frequency and speed regulation, parallel pumps speed and cut over, cause the system move in the best rational situation, assure according to wants supply water. The paper analyses the mechanism of energy saving that the way of water supply by suing the

8、 method of variable velocity variable frequency is superior to the traditional way of constant pressure water supply controlled by valve, we use PLC to carry on logic control and use inverter to modulate pressure. Through PID control principle. We realize Closed-loop control in VVVF Providing- water

9、 System. The result indicates that system has the stable pressure , simple structure, and reliable work, the system of closed circuit can realize the constant pressure water supply and save energy efficiently. Keywords : variable frequency and speed regulation; PLC; water supply of constant pressure

10、；PID control system 目目 錄錄 第 1 章 緒 論.1 1.1 變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義.1 1.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.2 1.2.1 變頻調(diào)速技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀.2 1.2.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外研究與現(xiàn)狀.2 1.3 本課題的主要工作.3 1.3.1 課題來源.3 1.3.2 研究的主要內(nèi)容.3 1.3.3 工藝要求.4 第 2 章 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定.5 2.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析.5 2.1.1 電動機的調(diào)速原理.5 2.1.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理.5 2.2 供水系統(tǒng)的設(shè)計方案確定.6 2.3 變頻恒壓控制的

11、理論模型.8 2.4 變頻恒壓供水系統(tǒng)的特點.8 2.5 變頻恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成.9 2.6 變頻恒壓供水系統(tǒng)工作原理及加減水泵的條件分析.10 第 3 章 供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計.13 3.1 系統(tǒng)水泵機組的選型.13 3.2 可編程控制器的選型.14 3.2.1 可編程控制器的特點.14 3.2.2 控制系統(tǒng)的 I/O 及地址分配 .16 3.2.3 PLC 及其擴展模塊的選型 .16 3.3 變頻器的選型.17 3.4 壓力變送器的選型.20 3.5 液位變送器選型.21 第 4 章 系統(tǒng)總體設(shè)計.22 4.1 電氣控制系統(tǒng)原理圖.22 4.1.1 主電路圖.22 4.1.2 控制電路圖

12、.22 4.2 系統(tǒng)運行分析與設(shè)計.23 4.2.1 系統(tǒng)運行方式.23 4.2.2 供水系統(tǒng)軟啟動工作原理.25 4.2.3 系統(tǒng)流程圖設(shè)計.26 4.2.4 程序的結(jié)構(gòu)及功能實現(xiàn).26 4.3 系統(tǒng)運行及安全分析.28 4.3.1 設(shè)備控制 3 臺水泵電機.28 4.3.2 安全問題.28 第 5 章 總 結(jié).29 致 謝.30 參考文獻.31 附錄.32 附錄 A 系統(tǒng)流程圖 .32 附錄 B 梯形圖.35 第 1 章 緒 論 隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，水對人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強，人 民對供水的質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。把先進的自動化技術(shù)、控 制技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)

13、用到供水領(lǐng)域，成為對供水系統(tǒng)的新要求。 變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該 系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可能性，方便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集 中管理與監(jiān)控；同時系統(tǒng)具有良好的節(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。 1.1 變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義 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)在用水高峰期，水的供給量常常 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

14、，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，

15、具有廣闊的應(yīng)用前景和 明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。 1.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1 變頻調(diào)速技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀 變頻器的快速發(fā)展得益于電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)及電 機控制理論的發(fā)展。1964 年，最先提出把通信技術(shù)中的脈寬調(diào)制 PWM 技術(shù)應(yīng)用 到交流傳動中的是德國人。20 世紀(jì) 80 年代初，日本學(xué)者提出了基于磁通軌跡 的磁通控制方法。從 20 世紀(jì) 80 年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達國家 的基于 VVVF 技術(shù)的通用變頻器已商品化并廣泛應(yīng)用。在我國，60%的發(fā)電量是 通過電動機消耗掉的，因此如何利用電機調(diào)速技術(shù)進行電機運行方式的改造以 節(jié)約電能

16、，一直受到國家和業(yè)界人土的重視?，F(xiàn)在，我國約有 200 家左右的公 司、工廠和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的工作，但自行開發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品 和國際市場上的同類產(chǎn)品相比，還有比較大的技術(shù)差距。隨著改革開放和經(jīng)濟 的調(diào)速發(fā)展，我國采取要么直接從發(fā)達國家進口現(xiàn)成的變頻調(diào)速設(shè)備，要么內(nèi) 外結(jié)合，即在自行設(shè)計制造的成套裝置中采用外國進口或合資企業(yè)的先進變頻 調(diào)速設(shè)備，然后自己開發(fā)應(yīng)用軟件的辦法，很好地為國內(nèi)重大工程項目提供了 電氣傳動控制系統(tǒng)的解決辦法，適應(yīng)了社會的需要。總之，雖然國內(nèi)變頻調(diào)速 技術(shù)取得了較好的成績，但是總體上來說國內(nèi)自行開發(fā)、生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的能力 還比較弱，對國外公司的依賴還很嚴(yán)重。 1.

17、2.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外研究與現(xiàn)狀 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、 起動控制以及制動控制、壓頻比控制以及各種保護功能。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。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)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)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

18、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)備雖微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴 展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)（如 BA 系 統(tǒng)）和組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負載的容量，因此在實際使 用時其范圍將會受到限制1。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的

19、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)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(biāo)來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。原 深圳華為電氣公司和成都希望集團也推出了恒壓供水專用變頻器（5.5kw-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

20、能， 因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所。可以看出，目前在國內(nèi)外變 頻調(diào)速恒壓供水系統(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，使其被更好的應(yīng)用于生活，生產(chǎn)實踐2。 1.3 本課題的主要工作 1.3.1 課題來源 本課題來源于生產(chǎn)、生活供水的實際應(yīng)用 1.3.2 研究的主要內(nèi)容 本系統(tǒng)是三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)，變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻器、 可編程控制器、壓力傳感器組成。本文研究的目標(biāo)是對恒壓控制技術(shù)給予提升， 使系統(tǒng)

21、的穩(wěn)定性和節(jié)能效果進一步提高，操作更加簡捷，故障報警及時迅速， 同時具有開放的數(shù)據(jù)傳輸。該系統(tǒng)可以生活供水和消防供水的雙用供水系統(tǒng)。 1.3.3 工藝要求 對三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是： （1）生活供水時，系統(tǒng)應(yīng)低恒壓值運行，消防供水時系統(tǒng)應(yīng)高恒壓值運行； （2）三臺泵根據(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，如果一臺泵連續(xù)運行的時間超過 3 小時，則要 切換到下一臺泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能” ，避免某一臺泵工作時間 過行； （4）三臺泵在啟動時要有軟啟動功能。 第 2 章 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 2.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 2.

22、1.1 電動機的調(diào)速原理 水泵電機多采用三相異步電動機，而其轉(zhuǎn)速公式為： （2.1） )1 ( p 60 s f n 式中： 表示電源頻率，p 表示電動機極對數(shù)，s 表示轉(zhuǎn)差率。 從上式可知，三相異步電動機的調(diào)速方法有： （1） 改變電源頻率 （2）改變電機極對數(shù) （3）改變轉(zhuǎn)差率 改變電機極對數(shù)調(diào)速的調(diào)控方式控制簡單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率 高，但需要專門的變極電機，是有級調(diào)速，而且級差比較大，即變速時轉(zhuǎn)速變 化較大，轉(zhuǎn)矩也變化大，因此只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機器。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 為了保證其較大的調(diào)速范圍一般采用串級調(diào)速的方式，其最大優(yōu)點是它可以回 收轉(zhuǎn)差功率，節(jié)能效果好，且調(diào)速性能也好，

23、但由于線路過于復(fù)雜，增加了中 間環(huán)節(jié)的電能損耗3，且成本高而影響它的推廣價值。下面重點分析改變電源 頻率的調(diào)速的方法及特點。 根據(jù)公式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時，異步電動機的轉(zhuǎn)速 n 基本上與電源 頻率 f 成正比。連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，就可以平滑地改變電動機的轉(zhuǎn)速。但是， 單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導(dǎo)致電機運行性能惡化。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展， 已出現(xiàn)了各種性能良好、工作可靠的變頻調(diào)速電源裝置，它們促進了變頻調(diào)速 的廣泛應(yīng)用。 2.1.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理 供水系統(tǒng)的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?泵在某一轉(zhuǎn)速下?lián)P程 H 與流量 Q 之間的關(guān)系曲線，如圖 2.1 所示

24、。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 H=f(Qu)。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?lián)P程 H 與流量 Q 之間的 關(guān)系曲線如圖 2.1 所示。管阻特性反映了水泵的能量用來克服泵系統(tǒng)的水位及 壓力差、液體在管道中流動阻力的變化規(guī)律。由于閥門開度的改變，實際上是 改變了在某一揚程下，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 Qc 之間的關(guān)系 H=f(Qc)。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。

25、在這一點，用戶的用水量 Qu 和供水系統(tǒng)的供水流量 Qc 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4。 Qu Qc A Q/(m3s-1) H 圖 2.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本特征 揚程特性 管阻特性 QA HA 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)恒壓水的。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。 2.2 供水系統(tǒng)的設(shè)計方案確定 從

26、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、水泵機組以及低壓電器組成。系統(tǒng)主要的設(shè)計任務(wù)是 利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環(huán)控制多臺水泵，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓 的恒定和水泵電機的軟起動以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時還能對運行 數(shù)據(jù)進行傳輸。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)要求結(jié)合系統(tǒng)的使用場所，有以下方案供 選擇5： 1.有供水基板的變頻器+水泵機組+壓力傳感器 這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，它將 PID 調(diào)節(jié)器和 PLC 可編程控制器等硬件集成 在變頻器供水基板上，通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn) PLC 和 PID 等電控系統(tǒng)的功能。 它雖然微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，

27、但壓力設(shè)定和壓力反饋值的顯示方 面比較麻煩，無法自動實現(xiàn)不同時段的不同恒壓要求，在調(diào)試時，PID 調(diào)節(jié)參 數(shù)尋優(yōu)困難，調(diào)節(jié)范圍小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能不易保證。其輸出接口的擴 展功能缺乏靈活性，數(shù)據(jù)通信困難，并且限制了帶負載的容量，因此僅適用于 要求不高的小容量場合。 2.通用變頻器+單片機（包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制）+人機界面+壓力傳感 器 這種方式控制精度高、控制算法靈活、參數(shù)調(diào)速方便，具有較高的性價比。 但開發(fā)周期長，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現(xiàn)在調(diào)試的靈活性差，同 時變頻器在運行時，將產(chǎn)生干擾，變頻器的功率越大，產(chǎn)生的干擾越大，所以 必須采取相應(yīng)的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠性。該

28、系統(tǒng)適用于某一特定領(lǐng)域 的小容量的變頻恒壓供水中。 3.通用變頻器+PLC（包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制）+人機界面+壓力傳感器 這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng) 進行數(shù)據(jù)交換。通用性強，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)模和要求不同的控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計上，只需確定 PLC 的硬件配置和 I/O 的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過 PC 機來改變存貯器 中的控制程序，所以現(xiàn)在調(diào)試方便。同時由于 PLC 的抗干擾能力強、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 合，并且與供水機組的容量大小

29、無關(guān)。 通過對以上這幾種方案的比較分析，可以看出“變頻器+PLC（包括變頻控 制、調(diào)節(jié)控制）+人機界面+壓力傳感器”的控制方式更適合于本系統(tǒng)。這種控 制方案既有擴展功能靈活方便、便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點，又能達到系統(tǒng)穩(wěn)定性及 控制精度的要求。此系統(tǒng)主要分析變頻器，PLC 及壓力傳感器的工作情況。 2.3 變頻恒壓控制的理論模型 變頻恒壓控制系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標(biāo)，在控制上實現(xiàn)出口總 管網(wǎng)的實際供水壓力跟隨著設(shè)定的供水壓力。設(shè)定的供水壓力可以是一個常數(shù)， 也可以是一個時間分段函數(shù)，在第一個時段內(nèi)是一個常數(shù)。所以，在某個特定 時段內(nèi)，恒壓控制的目標(biāo)就是使出口總管網(wǎng)的實際供水壓力維持在設(shè)定的供水

30、 壓力上。從圖 2.2 中可看出，在系統(tǒng)運行過程中，如果實際供水壓力低于設(shè)定 壓力，控制系統(tǒng)將得到正的壓力差，這個差值經(jīng)過計算和轉(zhuǎn)換，計算出變頻器 輸出頻率的增加值，該值就是為了減小實際供水壓力與設(shè)定壓力的差值，將這 個增量和變頻器當(dāng)前的輸出值相加，得出的值即為變頻器當(dāng)前應(yīng)該輸出的頻率。 該頻率使水泵機組轉(zhuǎn)速增大，從而使實際供水壓力提高，在運行過程中該過程 將被重復(fù)，直到實際供水壓力和設(shè)定壓力相等為止。如果運行過程中實際供水 壓力高于設(shè)定壓力，情況剛好相反，變頻器的輸出頻率將會降低，水泵機組的 轉(zhuǎn)速減小，實際供水壓力因此而減小。同樣，最后調(diào)節(jié)的結(jié)果是實際供水壓力 和設(shè)定壓力相等。 PID 變頻

31、器 水泵 管網(wǎng) 壓 力 傳 感 器 給定參數(shù)頻率轉(zhuǎn)速 反饋參數(shù) 圖 2.2 變頻恒壓理論模型 2.4 變頻恒壓供水系統(tǒng)的特點 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有以下幾個特點： 1. 節(jié)能，可實現(xiàn)節(jié)電 20%40%； 2. 占地面積小，投入少，效率高； 3. 配置靈活，功能齊全，自動化程度高； 4. 運行合理，由于是軟起和軟停，不僅可以消除水錘效應(yīng)，而且電機軸 上的平均扭矩和磨損減小，水泵的使用壽命大大提高，減小了紀(jì)維修量和維修 費用； 5. 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； 6. 通過通信控制，可以實現(xiàn)無人值守，節(jié)約了人力物力； 2.5 變頻恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 恒壓供水泵

32、站一般需設(shè)多臺水泵及電機，這比設(shè)單臺水泵及電機節(jié)能而可 靠。配單臺電機及水泵時，它們的功率必須足夠的大，在用水量少時開一臺大 電機肯定是浪費的。電機選小了用水量大時供水會不足。而且水泵與電機都有 維修的時候，備用泵是必要的。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓的恒定， 水泵電機的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵電機供電。 這也有兩種配置方案，一是為每臺水泵電機配一臺變頻器，這當(dāng)然方便，電機 與變頻器間不需切換，但購變頻器的費用較高。另一種方案是數(shù)臺電機配一臺 變頻器，變頻器與電機間可以切換，供水運行時，一臺水泵變頻運行。其余水 泵工頻運行，以滿足不同用水量的需求。 圖 2.3 為

33、恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。圖中壓力傳感器用于檢測管網(wǎng)中的水 壓，常裝設(shè)在泵 2 的出水口。當(dāng)用水量大時，水壓降低；用水量小時，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。 調(diào)節(jié)器是一種電子裝置，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需要設(shè)定。 供水距離越遠，用水地點越高，系統(tǒng)所需供水壓力越大。給定值即是系統(tǒng)正常 工作時的恒壓值。另外有些供水系統(tǒng)可能有多種用水目的，如將生活用水與消 防用水共用一個泵站，水壓的設(shè)定值可能不止一個，一般消防用水的水壓要高 一些。 （2）接收傳感器送來的管網(wǎng)水壓的實測值。管網(wǎng)實測水壓回送到泵站控制 裝置成為反饋

34、，調(diào)節(jié)器是反饋的接收點。 （3）根據(jù)給定值與實測值的綜合，依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號。 調(diào)節(jié)器接收了水壓的實測反饋信號后，將它與給定值比較，得到給定值與實測 值之差。如給定值大于實際值，說明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電機 的轉(zhuǎn) M 壓力傳感器 PID變頻器 工頻/變頻 切換電路 市網(wǎng)自 來水 開關(guān) 開關(guān)開關(guān) 圖 2.3 恒壓供水水站示意圖 速，如水壓高于理想水壓，要降低水泵電機的轉(zhuǎn)速。這些都是由調(diào)節(jié)器的輸出 信號控制。為了實現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)器工作中還有個調(diào)節(jié) 規(guī)律問題，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)器。 調(diào)節(jié)器的內(nèi)部構(gòu)成有數(shù)字式調(diào)

35、節(jié)及模擬量調(diào)節(jié)兩類，以微計算機為核心的調(diào)節(jié) 器多為數(shù)字式調(diào)節(jié)。 調(diào)節(jié)器的輸出信號一般是模擬信號，420mA 變化的電流信號或 010V 間 變化的電壓信號。信號的量值與前邊提到的差值成比例，用于驅(qū)動執(zhí)行設(shè)備工 作。在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，執(zhí)行設(shè)備就是變頻器。 2.6 變頻恒壓供水系統(tǒng)工作原理及加減水泵的條件分析 合上空氣開頭，供水系統(tǒng)投入運行。將手動、自動開關(guān)打到自動上，系統(tǒng) 進入全自動運行狀態(tài)，PLC 中程序首先接通 KM2，并起動變頻器。根據(jù)壓力設(shè) 定值（根據(jù)管網(wǎng)壓力要求設(shè)定）與壓力實際值（來自于壓力傳感器）的偏差進 行 PID 調(diào)節(jié)，并輸出頻率給定信號給變頻器。變頻器根據(jù)頻率給定信號及預(yù)先

36、 設(shè)定好的加速時間控制水泵的轉(zhuǎn)速以保證水壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限范 圍之內(nèi)，實現(xiàn)恒壓控制。同時變頻器在運行頻率到達上限，會將頻率到達信號 送給 PLC，PLC 則根據(jù)管網(wǎng)壓力的上、下限信號和變頻器的運行頻率是否到達 上限的信號，由程序判斷是否要起動第 2 臺泵（或第 3 臺泵） 。當(dāng)變頻器運行頻 率達到上限值，并保持一段時間，則 PLC 會將當(dāng)前變頻運行切換為工頻運行， 并迅速起動下 1 臺泵變頻運行。此時 PID 會繼續(xù)通過由遠傳壓力表送來的檢測 信號進行分析、計算、判斷，進一步控制變頻器的運行頻率，使管壓保持在壓 力設(shè)定值的上、下限偏差范圍之內(nèi)。 系統(tǒng)增泵工作過程：假定增泵順序為 1、

37、2、3 泵。開始時，1 泵電機在 PLC 控制下先投入調(diào)速運行，其運行速度由變頻器調(diào)節(jié)。當(dāng)供水壓力小于壓力 預(yù)置值時變頻器輸出頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速上升，反之下降。當(dāng)變頻器的輸出頻 率達到上限，并穩(wěn)定運行后，如果供水壓力仍沒達到預(yù)置值，則需進入增泵過 程。在 PLC 的邏輯控制下將 1 泵電機與變頻器連接的電磁開關(guān)斷開，1 泵電機 切換到工頻運行，同時變頻器與 2 泵電機連接，控制 2 泵投入調(diào)速運行。如果 還沒到達設(shè)定值，則繼續(xù)按照以上步驟將 2 泵切換到工頻運行，控制 3 泵投入 變頻運行。 減泵工作過程：假定減泵順序依次為 3、2、1 泵。當(dāng)供水壓力大于預(yù)置值 時，變頻器輸出頻率降低，水泵速

38、度下降，當(dāng)變頻器的輸出頻率到達下限，并 穩(wěn)定運行一段時間后，把變頻器控制的水泵停機，如果供水壓力仍大于預(yù)置值， 則將下一臺水泵由工頻運行切換到變頻調(diào)速運行，并繼減泵工作過程。如果在 晚間用水不多時，當(dāng)最后一臺正在運行的主泵處于低速運行時，如果供水壓力 仍大于設(shè)定值，則停機并啟動輔泵投入調(diào)速運行，從而達到節(jié)能效果6。 在上面的工作流程中，我們提到當(dāng)一臺調(diào)速水泵已運行在上限頻率，此時 管網(wǎng)的實際壓力仍低于設(shè)定壓力，此時需要增加恒速水泵來滿足供水要求，達 到恒壓的目的。當(dāng)調(diào)速水泵和恒速水泵都在運行且調(diào)速水泵已運行在下限頻率， 此時管網(wǎng)的實際壓力仍高于設(shè)定壓力，此時需要減少恒速水泵來減少供水流量， 達

39、到恒壓的目的。那么何時進行切換，才能使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力， 同時使機組不過于頻繁的切換。 盡管通用變頻器的頻率都可以在 0-400Hz 范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，但當(dāng)它用在供 水系統(tǒng)中，其頻率調(diào)節(jié)的范圍是有限的，不可能無限地增大和減小。當(dāng)正在變 頻狀態(tài)下運行的水泵電機要切換到工頻狀態(tài)下運行時，只能在 50Hz 時進行。 由于電網(wǎng)的限制以及變頻器和電機工作頻率的限制，50Hz 成為頻率調(diào)節(jié)的上限 頻率。當(dāng)變頻器的輸出頻率已經(jīng)到達 50Hz 時，即使實際供水壓力仍然低于設(shè) 定壓力，也不能夠再增加變頻器的輸出頻率了。要增加實際供水壓力，正如前 面所講的那樣，只能夠通過水泵機組切換，增加運行機組數(shù)量來實

40、現(xiàn)。另外， 變頻器的輸出頻率不能夠為負值，最低只能是 0Hz。其實，在實際應(yīng)用中，變 頻器的輸出頻率是不可能降低到 0Hz。因為當(dāng)水泵機組運行，電機帶動水泵向 管網(wǎng)供水時，由于管網(wǎng)中的水壓會反推水泵，給帶動水泵運行的電機一個反向 的力矩，同時這個水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進入管網(wǎng)，因此，當(dāng) 電機運行頻率下降到一個值時，水泵就已經(jīng)抽不出水了，實際的供水壓力也不 會隨著電機頻率的下降而下降。這個頻率在實際應(yīng)用中就是電機運行的下限頻 率。這個頻率遠大于 0Hz，具體數(shù)值水泵特性及系統(tǒng)所使用的場所有關(guān)，一般 在 20Hz 左右。由于在變頻運行狀態(tài)下，水泵機組中電機的運行頻率由變頻器 的輸出頻率

41、決定，這個下限頻率也就成為變頻器頻率調(diào)節(jié)的下限頻率。 在實際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)在確實需要機組進行切換的時候才進行機組切換。所 謂延時判別，是指系統(tǒng)僅滿足頻率和壓力的判別條件是不夠的，如果真的要進 行機組切換，切換所要求的頻率和壓力的判別條件必須成立并且能夠維持一段 時間（比如 1-2 分鐘） ，如果在這一段延時的時間內(nèi)切換條件仍然成立，則進行 實際的機組切換操作；如果切換條件不能夠維持延時時間的要求，說明判別條 件的滿足只是暫時的，如果進行機組切換將可能引起一系列多余的切換操作。 第 3 章 供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計 3.1 系統(tǒng)水泵機組的選型 根據(jù)第二章中所闡述的基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理，

42、系統(tǒng)的電氣 控制總框圖如圖 3.1 所示： A/D 模塊可編程控制器 PLC通訊模塊變頻器 水泵機組 軟啟動、自耦 變壓器人機界面 壓力流量 等傳感器 故障、狀態(tài) 等量輸入 報警、故障 等量輸出 上位機、組 態(tài)等 圖 3.1 系統(tǒng)的電器總框圖 由以上系統(tǒng)電氣總框圖可以看出，系統(tǒng)所需要的主要硬件包括： （1）水泵機組、變頻器 （2） PLC 及擴展模塊 （3）壓力變送器及數(shù)顯儀 水泵機組的選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運行；二是要經(jīng)常處于高效區(qū) 運行，以求取得較好的節(jié)能效果。要使泵組常處于高效區(qū)運行，則所選用的泵 型必須與系統(tǒng)的用水量的變化幅度相匹配。本文以某小區(qū)的實際生活用水的數(shù) 據(jù)進行選型，該

43、小區(qū)生活用水具體要求為： （1）由多臺水泵機組實現(xiàn)供水，流量范圍 600m3/h，揚程 60 米左右，出水 口水壓大小為 0.4Mpa； （2）設(shè)置一臺小泵作為輔助泵，用于小流量時的供水；供水壓力要求恒定， 尤其在換泵時波動要小； （3）系統(tǒng)能自動可靠運行，為方便檢修和應(yīng)急，應(yīng)具備手動功能，各主泵 均能可靠地實現(xiàn)軟啟動； （4）具有完善的保護和報警功能，系統(tǒng)要求較高的經(jīng)濟運行性能。 根據(jù)以上系統(tǒng)要求的總流量范圍、揚程大小，確定供水系統(tǒng)設(shè)計秒流量和 設(shè)計供水壓力（水泵揚程） ，考慮到用水量類型為連續(xù)型低流量變化型，確定采 用 3 臺上海熊貓機械有限公司生產(chǎn)的 SFL 系列主水泵機組，型號及參數(shù)見

44、表 3.1. 表表 3.13.1 泵組型號泵組型號 型號 數(shù) 量 流 量 m3/h 揚 程 m 效 率 % 轉(zhuǎn) 速 r/min 電機 功率 Kw 氣蝕 余量 m 進出 口徑 mm 泵 組 150SFL160-20 x43 112 160 192 88 80 66 66 73 68 145055 2.9 3.6 3.8 150 SFL 型低噪音生活給水泵在外殼、軸上采用不銹鋼材質(zhì)，葉輪、導(dǎo)葉采用 鑄造件，經(jīng)過靜電噴塑處理，效率可提高 5%以上；采用低噪音電機，機械密封， 前端配有泄壓保護裝置，噪聲更低（室外噪音 60 分貝） 、磨損小、壽命更長； 下軸承采用柔性耐磨，噪音低，壽命長；采用低進低出

45、的結(jié)構(gòu)設(shè)計，水力模型 先進，性能更可靠。它可以輸送清水及理化性質(zhì)類似于水的無顆粒、無雜質(zhì)不 揮發(fā)、弱腐蝕介質(zhì)一般用在城市給排水、鍋爐給水、空調(diào)冷卻系統(tǒng)、消防給水 等。國外生活泵均采用此種形式，而不采用 DL 型泵，DL 泵是 60 年代產(chǎn)品。 3.2 可編程控制器的選型 3.2.1 可編程控制器的特點 可編程序控制器（Programmable Logic Controller） ，簡稱 PLC，是一種專為 在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算電子系統(tǒng)，它是以微處理機為基礎(chǔ)，綜合了 計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè) 自動控制裝置，是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達國家自動控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備

46、之一。它具有以下特 點7： （1）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。 表表 3.23.2 輸入輸出點代碼及地址編號輸入輸出點代碼及地址編號 名 稱代 碼地址編號 手動和自動消防信號SA110.0 水池水位下限信號SLL10.1 水池水位上限信號SLH10.2 變頻器報警信號SU10.3 消鈴按鈕SB910.4 試燈按鈕SB1010.5 變頻器輸出頻率極限信號SFL10.6 輸 入 信 號 遠程壓力表模擬量電壓值UpAIW0 1#泵工頻運行接觸器及指示燈KM1,HL1Q0.0 1#泵變頻運行接觸器及指示燈KM2,HL2Q0.1 2#泵

47、工頻運行接觸器及指示燈KM3,HL3Q0.2 2#泵變頻運行接觸器及指示燈KM4,HL4Q0.3 3#泵工頻運行接觸器及指示燈KM5,HL5Q0.4 3#泵變頻運行接觸器及指示燈KM6,HL6Q0.5 輸 出 信 號 生活消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥YV2Q1.0 （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)

48、。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，使得其在我 國的水工業(yè)自動化

49、中得到廣泛的應(yīng)用。 3.2.2 控制系統(tǒng)的 I/O 及地址分配 將系統(tǒng)所有的輸入信號和輸出信號統(tǒng)一進行編址，該系統(tǒng)有 8 個輸入信號 和 13 個輸出信號，表 3.2 是將控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編 號。 3.2.3 PLC 及其擴展模塊的選型 PLC 是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心，它要完成對系統(tǒng)中所有輸入號 水池水位下限報警指示燈HL7Q1.1 變頻器故障報警指示燈HL8Q1.2 火警報警指示燈HL9Q1.3 報警電鈴HAQ1.4 變頻器頻率復(fù)位控制KAQ1.5 控制變頻器頻率用電壓信號UfAQWO 的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實現(xiàn)以及對外的數(shù)據(jù)交換。因此我們在 選

50、擇 PLC 時，要考慮 PLC 的指令所選速度、指令豐富程度、內(nèi)存空間、通訊 接口及協(xié)議、帶擴展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素。由于恒 壓供水系統(tǒng)控制設(shè)備相對較少，因此 PLC 選用德國 SIEMENS 公司的 S7-200 型。 S7-200 型 PLC 的結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，具有較高的性價比，廣泛適用于一些小 型控制系統(tǒng)。SIEMENS 公司的 PLC 具有可靠性高，可擴展性好，又有較豐富 的通信指令，且通信協(xié)議簡單等優(yōu)點；PLC 可以上接工控計算機，對自動控制 系統(tǒng)進行監(jiān)測控制。PLC 和上位機的通信采用 PC/PPI 電纜，支持點對點接口 （PPI）協(xié)議，PC/PPI 電纜

51、可以方便實現(xiàn) PLC 的通信接口 RS485 到 PC 機的通 信接口 RS232 的轉(zhuǎn)換，用戶程序有三級口令保護，可以對程序?qū)嵤┌踩Ｗo8。 根據(jù)控制系統(tǒng)實際所需端子數(shù)目，考慮 PLC 端子數(shù)目要有一定的預(yù)留量， 因此選用的 S7-200 型 PLC 的主模塊為 CPU226，其開關(guān)量輸出為 16 點，輸出 形式為 AC220V 繼電輸出；開關(guān)量輸入為 24 點，輸入形式為+24V 直流輸入。 由于實際中需要模擬量輸入點 1 個，模擬量輸出點 1 個，所以需要擴展，擴展 模塊選擇的是 EM235，該模塊有 4 個模擬輸入（AIW） ，1 個模擬輸出 （AQW）信號通道。輸入輸出信號接入端口時

52、能夠自動完成 A/D 的轉(zhuǎn)換，標(biāo) 準(zhǔn)輸入信號能夠轉(zhuǎn)換成一個字長（16bit）的數(shù)字信號；輸出信號接出端口時能 夠自動完成 D/A 的轉(zhuǎn)換，一個字長（16bit）的數(shù)字信號能夠轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信 號。EM235 模塊可以針對不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號，通過 DIP 開關(guān)進行設(shè)置。 3.3 變頻器的選型 要對系統(tǒng)所用的變頻器進行選型，首先得確定變頻器的容量，方法是依據(jù) 所配電動機的額定功率和額定電流來確定變頻器容量。在一臺變頻器驅(qū)動一臺 電機連續(xù)運轉(zhuǎn)時，變頻器容量（kVA）應(yīng)同時滿足下列三式9： (3.1)）（kVA cos kP P M CN (3.2)）（kVA10IU3kP 3 MMCN (3.3)）

53、（AkII MCN 式中：PM：負載所需要的電動機的輸出功率； ：電動機的效率（通常在 0.85 以上） ； cos：電動機的功率因數(shù)（通常在 0.8 以上） ； UM：電動機電壓（V） ； IM：電動機工頻電源時的電流（A） ； k：電流波形的修正系數(shù)，對 PWM 方式，取 1.0-1.05； ICN：變頻器的額定電流（A） 。 這三個公式是統(tǒng)一的，選擇變頻器容量時，應(yīng)同時滿足三個算式的關(guān)系， 尤其變頻器電流是一個較關(guān)鍵的量。根據(jù)控制功能不同，通用變頻器可分為三 種類型；普通功能型 U/f 控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型 U/f 控制 變頻器以及矢量控制高功能型變頻器。供水系統(tǒng)屬泵類

54、負載，低速運行時的轉(zhuǎn) 矩小，可選用價格相對便宜的 U/f 控制變頻器。綜合以上因素，系統(tǒng)先用專為 風(fēng)機、泵用負載設(shè)計的普通功能型 U/f 控制方式的富士變頻器 FRN55P11S- 4Cx，此為富士變頻器低噪聲高性能多功能變頻器，為風(fēng)機、泵用的 P11S 系列， 功率范圍為 7.5-500KW，該系列有自帶操作面板。功率大于 75KW 以上的，有自 帶直流電器。可以使用延伸電纜選件，可簡單地實現(xiàn)遠方操作。高性能和多功 能的理想結(jié)合，動態(tài)轉(zhuǎn)矩控制，能在各種運行條件下實現(xiàn)對電動機的最佳控制， 具有 PG 反饋更高性能的控制系統(tǒng)，新方式在線自整系統(tǒng)，能使電機低轉(zhuǎn)速時脈 動大大減小，更方便了使用的鍵盤

55、面板，適應(yīng)了各種環(huán)境的結(jié)構(gòu)。其特點為： 采用富士電機獨自開發(fā)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩矢量控制方式，在 0.5Hz 時的起動轉(zhuǎn)矩可達 到 200%；具有包括自整定功能在內(nèi)的許多方便功能；小型、全封閉防護結(jié)構(gòu) （22KW） ，容量范圍 0.2-400KW，機種規(guī)格齊全。P11S 系列有它內(nèi)在的性能以及 功能，即動態(tài)轉(zhuǎn)矩矢量控制、帶 PG 反饋更高的性能的控制系統(tǒng)、電動機低轉(zhuǎn)速 時脈動大大減小、新方式在線自整定系統(tǒng)、優(yōu)良的環(huán)境兼容性。具有各種通信 功能，豐富的實用功能，保護功能。變頻器內(nèi)置 PID 控制模塊，也可用于閉環(huán) 控制系統(tǒng)，實現(xiàn)恒壓供水。 富士 FRN55P11S-4CX 變頻器的主要性能及參數(shù)為： 額定

56、容量： 85（kVA） 額定輸出電流： 112（A） 過載容量： 110%額定輸出電流/1 分鐘 啟動轉(zhuǎn)矩： 50%以上 適配電機容量： 55（KW） 表表 3.33.3 變頻器功能碼設(shè)定變頻器功能碼設(shè)定 變頻器 端子 現(xiàn)場器件與端子連線 功能代碼參數(shù)預(yù)置注釋 FWDPLC 的 Q1.5復(fù)位/運行變頻器 Y2PLC 的 I0.6E21 1 變頻器極限信號輸出 30APLC 的 I0.3變頻故障總報警信號 30CPLC 公共端 公共端 CMPLC 公共端 控制面板F1549.5上限頻率 F1635下限頻率 C1PLC 的 AQWQH211端子 C1（4-20mAnd）輸入 系統(tǒng)中變頻器的輸入信號

57、有兩種，一種是控制信號，它包括 PLC 輸給變頻 器的 FWD 信號和 PLC 經(jīng)過 PID 數(shù)字運算后輸出給變頻器的信號；另一種是輸入 電源信號。盡量不要用主電路電源 ON/OFF 的方法控制變頻器的停止和運行，應(yīng) 該用該控制電路端子 FWD、REV 或者鍵盤面板上 REV、FWD 和 STOP 鍵控制變頻器 的停止和運行。變頻器的輸出信號也有兩種，一是送 PLC 的變頻器故障信號和 變頻器 N U V W M N（-） R S T P P1 P（-） + DB 改善功率因素的 直流電抗器 L1 L2 L3 主電源 AC380V 三相 空氣斷路器 輔助電源 AC380V G G 30A 變頻

58、器總故障 報警信號 30 30B 30C 13 12 11 頻率設(shè)定電位器 A 控制變頻器頻率 用電壓信號 模擬頻率計 060Hz 模 擬 量 輸 入 C1 FMA Y5A Y5C 可選信號繼 電器輸出 PLC FWD REV HLD BX THR RST X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 CM 控制變頻器的復(fù)位/運 行的信號 自由停車 外部報警信號 故障復(fù)位信號 控 制 輸 入 DX（-）DX+ SD RS458通信 CME Y1 Y2 Y3 Y4 晶 體 管 輸 出 變頻器極限 輸出 制動單元 制動電阻 P DB 圖 3.2 變頻器的接線圖 極限輸出信號這三個輸出控制信

59、號，變頻器的極限上下限信號可通過其控制面 板 設(shè)定。另一種是送水泵的變頻器輸出電源信號。變頻器運行時，當(dāng)需要進行頻 繁制動或高轉(zhuǎn)矩制動時，應(yīng)按照規(guī)定連接制動單元和制動電阻。它們分別有其 過熱保護裝置連接 1、2 端接至變頻器的 THR，CM 端子。另外電機也有它們的過 載保護裝置也是接至變頻器的 THR 端。變頻器的各個端子可以通過功能碼設(shè)置 其輸出信號。表 3.2 為變頻器功能碼設(shè)定，圖 3.2 為變頻器連線圖。 變頻器的主電路輸出端子（U,V,W）經(jīng)接觸器接至三相電動機上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)方 向與工頻時電動機轉(zhuǎn)向不一致時，需要調(diào)換輸出端子（U，V，W）的相序，否則 無法工作。變頻器和電動機之間的配線長度應(yīng)控制在 100m 以內(nèi)。在變頻器起動、 運行和停止操作中，必須用觸摸面板的運行和停止鍵或者是外控端子 FWD（REV）來操作，不得以主電路空氣開關(guān) QF2 的通斷來進行。為了改善變頻 器的功率因素，還應(yīng)在變頻器的（P1，P+）端子之間接入相應(yīng)的 DC 電抗器。變 頻器接地端子必須可靠接地，以保證安全，減少噪聲。在電動機三相電源輸入 端前接入電流互感器和電流表，用來觀察電機工作電流大小，設(shè)計三相電源信 號指示。 3.4 壓力變送器的選型 壓力變送器用于檢測管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口，壓力傳感器 和壓力變送器是將水管中的水壓變化轉(zhuǎn)變?yōu)?1-5V 或 4-20mA 的