雙恒壓無塔供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、電氣專業(yè)高級(jí)工畢業(yè)課題設(shè)計(jì)說明書電氣系高級(jí)工畢業(yè)課題設(shè) 計(jì) 說 明 書課題名稱 雙恒壓無塔供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 寧波技師學(xué)院電氣技術(shù)系 二 零 一 四 年 二 月目 錄1前言41.1雙恒壓供水的目的和意義41.2消防、生活供水的特點(diǎn)41.3消防、生活供水的實(shí)現(xiàn)51.4論文的主要工作71.5本章小結(jié)72變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)理論分析82.1序言82.2工藝調(diào)節(jié)過程簡介82.3變頻調(diào)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)82.4節(jié)能分析132.5小結(jié)153總體方案設(shè)計(jì)173.1系統(tǒng)總述173.2壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略173.3壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成183.4總體設(shè)計(jì)框架193.5本章小結(jié)214

2、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)224.1設(shè)備選擇224.2外部電路設(shè)計(jì)294.3控制電路設(shè)計(jì)304.4 變頻器參數(shù)設(shè)定324.5本章小結(jié)345軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)355.1 泵站軟件的設(shè)計(jì)分析445.2程序結(jié)構(gòu)355.3程序功能實(shí)現(xiàn)355.4 控制程序設(shè)計(jì)385.5 本章小結(jié)396系統(tǒng)調(diào)試406.1變頻器調(diào)試406.2 PLC的調(diào)試426.3本章小結(jié)43結(jié)論471前言傳統(tǒng)的生活及生產(chǎn)供水的方法是通過建造水塔維持水壓。但是，建造水塔需要花費(fèi)財(cái)力，水塔還會(huì)造成水的二次污染。那么，可不可以不借助水塔來實(shí)現(xiàn)恒壓供水呢？當(dāng)然可以，但是要解決水壓隨用水量的大小變化的問題，通常的辦法是:用水量大時(shí)，增加水泵數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以

3、保持管網(wǎng)中的水壓不變，用水量小時(shí)又需做出相反的調(diào)節(jié)。這就是恒壓供水的基本思路。交流變頻器的誕生和PLC的運(yùn)用為水泵轉(zhuǎn)速的平滑性連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。1. 1雙恒壓供水系統(tǒng)的目的和意義 變頻調(diào)速雙恒壓系統(tǒng)，是現(xiàn)今社會(huì)供水的一個(gè)新興的課題。首先，它把傳統(tǒng)的消防、生活兩套供水系統(tǒng)綜合在一個(gè)系統(tǒng)中，通過特殊的方法，兼顧生活、消防各自供水的特點(diǎn)和差異性，既能保證正常情況下高質(zhì)量生活供水，又能保證消防狀態(tài)下可靠的消防水源。其次，雙恒壓供水系統(tǒng)，能根據(jù)不同的季節(jié)，不同的供水時(shí)段，以及各種意外的情況作出反應(yīng)，保證系統(tǒng)管網(wǎng)的恒壓，減少供水欠壓和過壓兩種不合理現(xiàn)象。改變了傳統(tǒng)的恒速泵，或水塔、水箱供水方式的缺點(diǎn);也

4、避免了像水塔或水箱二次污染的可能，使設(shè)備和系統(tǒng)平穩(wěn)和可靠，同時(shí)節(jié)能顯著。此外，構(gòu)造這樣一個(gè)控制系統(tǒng)可減小占地面積，降低一次性投資，系統(tǒng)安全可靠，維修管理方便。 本論文就如何構(gòu)筑這樣一個(gè)系統(tǒng)提出了一套較完備的方案，對(duì)此方案的實(shí)際運(yùn)用，做了較深入的理論探討，并結(jié)合工作實(shí)際，做了一套切實(shí)可行的系統(tǒng)。1. 2消防、生活供水的特點(diǎn) 傳統(tǒng)的消防、生活供水方式是分別獨(dú)立的兩套系統(tǒng)，這樣既不經(jīng)濟(jì)又不合理，而且在真正發(fā)生火災(zāi)時(shí)，系統(tǒng)的可靠性使人置疑，并且人為地增加投資成本和運(yùn)行費(fèi)用。 合理選擇給水系統(tǒng)對(duì)住宅給排水的設(shè)計(jì)尤為重要。中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)居住小區(qū)給排水設(shè)計(jì)規(guī)范(CECS57:94)中明確規(guī)定:多

5、層建筑居住小區(qū)，應(yīng)采用生活消防共用的給水系統(tǒng)。同樣，對(duì)于多層住宅建筑內(nèi)的生活給水與室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)的共用，則有利于給水系統(tǒng)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)化多層住宅建筑的生活、消防給水系統(tǒng)的設(shè)置目的和運(yùn)行方式不同。消防用水必備但不常用，是應(yīng)急使用系統(tǒng)，力求簡單，應(yīng)盡可能減少設(shè)備:生產(chǎn)(生活)用水是常用系統(tǒng)，但所需水量時(shí)大時(shí)小。如合理地采用加壓供水系統(tǒng)，并使消防、生活供水系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，則不僅可以大大減少不必要的投資，而且能省去日常的維護(hù)費(fèi)用1.3生活、消防供水的實(shí)現(xiàn) 給水系統(tǒng)由三臺(tái)工頻水泵和一套變頻控制系統(tǒng)組成，工頻泵組各根據(jù)負(fù)荷情況選定不同臺(tái)數(shù)的水泵及電機(jī)。三臺(tái)泵輪流備用。這樣就避免了長期不使用水泵，發(fā)生水泵

6、銹死的現(xiàn)象。 平時(shí)生活用水由一臺(tái)泵組供給，工作在低壓狀態(tài)下，保證給水管網(wǎng)末端用戶所需要的水壓和水量，同時(shí)保持消防管網(wǎng)的一定水壓和水量。保證了水質(zhì)的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和水量的穩(wěn)定性?；馂?zāi)時(shí)，根據(jù)消火栓的緊急按鈕指令或消防指令信號(hào)啟動(dòng)(手動(dòng)或自動(dòng))消防供水系統(tǒng)，三臺(tái)泵啟動(dòng)加頻工作保證消防管網(wǎng)消防所需要的水壓和水量。但為使此供水系統(tǒng)安全可靠，此供水系統(tǒng)要求有獨(dú)立的供電電源或獨(dú)立的供電回路，保證泵房給水的安全可靠，以保證火災(zāi)區(qū)斷電不斷水，同時(shí)該系統(tǒng)應(yīng)該用雙路自動(dòng)切換電源，以確保消防水泵的用電可靠安全。 變頻調(diào)速恒壓供水用于高層建筑群和住宅小區(qū)，可節(jié)約設(shè)備投資，而且集中管理維護(hù)較為方便，既可靠又經(jīng)濟(jì)。此外，此供水

7、方式和每幢樓有屋頂水箱或用氣壓罐給水方法比較，有許多優(yōu)點(diǎn)。用此方式供水，隨時(shí)都能保證消防管網(wǎng)所需要的水壓和水量，根據(jù)用水量大小自動(dòng)調(diào)節(jié)給水量、自動(dòng)增加或減少運(yùn)行工作泵，節(jié)省電力，壓力穩(wěn)定，不會(huì)有超壓或欠壓運(yùn)行的現(xiàn)象。備用泵參與運(yùn)行，可避免長期不運(yùn)行而銹死。在變頻器發(fā)生故障時(shí)，能自動(dòng)切換到工頻供電繼續(xù)維持供水。水泵發(fā)生故障時(shí)，故障泵退出，備用泵自動(dòng)投入。不僅可以全自動(dòng)運(yùn)行，而且可以無人值守，方便維修管理。它還避免了原屋頂水箱里水質(zhì)的二次污染，減輕了建筑負(fù)荷，節(jié)省建筑造價(jià)，保持建筑結(jié)構(gòu)完美，節(jié)省使用空間等等。有利于開發(fā)建設(shè)行業(yè)統(tǒng)一規(guī)劃，綜合管理，提高經(jīng)濟(jì)效益。1. 3.1目前供水系統(tǒng)的模式 對(duì)于居

8、住住宅樓的給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的供水方式一般采用恒速泵直接供水;采用高位水箱供水;氣壓罐供水。1.3.1恒速泵供水 此方式是一種傳統(tǒng)的水系統(tǒng)供給方式，對(duì)于離心式機(jī)泵，過去常采用手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)控制閥、調(diào)節(jié)閥的開度來改變和調(diào)節(jié)流量，即用人為增減阻力的辦法來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。當(dāng)工藝需要小流量時(shí)，調(diào)小調(diào)節(jié)閥開度機(jī)泵的能量大量損失在閥門和調(diào)節(jié)閥上，浪費(fèi)了許多能量。而往復(fù)式機(jī)泵常通過備用機(jī)組、直流電機(jī)調(diào)速、旁路調(diào)節(jié)來適應(yīng)工況的波動(dòng)。但若備用機(jī)組頻繁啟停，可能會(huì)導(dǎo)致工況的振蕩，同時(shí)也會(huì)影響設(shè)備壽命和電網(wǎng)電壓。改變機(jī)泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量是最經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)手段，因?yàn)檗D(zhuǎn)速降低后，流量成比例下降，而功耗的下降是大于該比例的。但是轉(zhuǎn)

9、速調(diào)節(jié)受驅(qū)動(dòng)機(jī)的限制，采用直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速較為方便，但增加了整流裝置，而且直流電動(dòng)機(jī)價(jià)格昂貴。且兩者都有運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性較差、維修工作量大的缺點(diǎn)。恒速泵由于耗能不合理，控制方法的不足，適應(yīng)性差將逐漸被淘汰。1 .3. 2高位水箱供水 采用樓頂設(shè)高位水箱供生活用水的方式，雖較為安全可靠，設(shè)備、技術(shù)等方面也較成熟。然而，在后期給水系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)和管理過程中，此供水方式存在一些問題。例如，由于屋頂水箱的材質(zhì)及表面防腐物質(zhì)的有機(jī)成分不同，造成水質(zhì)嚴(yán)重的二次污染;目前對(duì)水箱內(nèi)存水的消毒問題并未得到較好的解決，水箱內(nèi)經(jīng)常還發(fā)現(xiàn)有死老鼠的情況;加之屋頂高位水箱的有效容積受建筑負(fù)荷限制，一般考慮只貯存10分鐘的消防

10、用水量，高層建筑一旦發(fā)生為災(zāi)，靠水箱供應(yīng)撲滅火災(zāi)的消防水量，是遠(yuǎn)不夠的。如對(duì)于消防水泵長期不使用，經(jīng)常發(fā)生銹死現(xiàn)象，消防管網(wǎng)中長期存水而形成死水，對(duì)發(fā)生火災(zāi)時(shí)不利。故高層建筑的二次加壓供水設(shè)施高位水箱，給人們的生活和物業(yè)管理者帶來的問題急需解決。 高位水箱的供水系統(tǒng)，雖實(shí)際是一個(gè)壓力大致恒定的系統(tǒng)，這個(gè)壓力就是水位的高度。而管道的阻力特性卻是變化的，當(dāng)水的用戶多時(shí)(也即打開閥門，放水的支路多時(shí))，管道的阻力就相應(yīng)減少，反之則阻力增大，大大降低了生活供水質(zhì)量。 雖然高位水箱供水由于運(yùn)行較為經(jīng)濟(jì)合理、適應(yīng)性強(qiáng)而被廣泛采用，目前國內(nèi)大部分高層建筑均采用此方式供水，但此方式存在著投資大、占用面積大二次

11、污染等豁占。1.3.3氣壓罐供水 氣壓罐給水設(shè)備用于消防供水系統(tǒng)，在工程實(shí)踐中已屢見不鮮。氣壓罐在消防工程中的用途不外乎:一、其調(diào)節(jié)水量可滿足十分鐘消防初期用水量，從而替代屋頂水箱;二、作為增壓設(shè)施，以彌補(bǔ)高位水箱設(shè)置高度之不足即滿足大樓頂層消火栓處7m靜水壓要求;三、作為消防系統(tǒng)穩(wěn)壓用，啟停穩(wěn)壓泵及啟動(dòng)消防泵并發(fā)出火警訊號(hào)用。上述三種用途有一共同點(diǎn)，即均需貯存滿足規(guī)范要求的消防用水量。氣壓供水由于體積小、技術(shù)簡單、不受高度限制等特點(diǎn)，近幾年來己在高層建筑中采用，但由于此方式存在著調(diào)節(jié)量小、水泵啟動(dòng)頻繁、對(duì)電器設(shè)備要求較高等缺點(diǎn)，因而使這種供水系統(tǒng)的發(fā)展受到限制。事實(shí)上要制造滿足貯存調(diào)節(jié)水量為

12、18, 12. 6m的氣壓水罐，在技術(shù)上是可以做得到的。但在實(shí)際工程中，由于受到建筑物內(nèi)場地限制而很難實(shí)現(xiàn)。為此廣大設(shè)計(jì)人員對(duì)氣壓水罐只用作增壓及穩(wěn)壓設(shè)施1. 4論文的主要工作 本論文的主要工作是城鎮(zhèn)小區(qū)供水系統(tǒng)(包括生活和消防)的實(shí)施和控制，采用無塔和無箱供水方式進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施，其實(shí)施結(jié)果證明是可行的，具體而言，本論文的主要工作如下: ·構(gòu)筑城鎮(zhèn)小區(qū)的雙恒壓供水系統(tǒng)(設(shè)計(jì)、論證)。 ·系統(tǒng)詳細(xì)構(gòu)件組成(變頻器、PLC、水泵、電機(jī)及電器輔助驅(qū)動(dòng)器件等)，及這些構(gòu)件選用的理論依據(jù)。 ·整個(gè)系統(tǒng)調(diào)速過程和節(jié)能的理論分析。 ·系統(tǒng)通訊實(shí)現(xiàn)(包括變頻器、PLC通

13、訊的硬件實(shí)現(xiàn)和軟件實(shí)現(xiàn))。 ·PLC、變頻器、外圍接口的連接及PLC的編程。 ·系統(tǒng)的總體調(diào)試(關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)的設(shè)定，調(diào)試遇到問題及解決辦法和措施)。 本論文是用理論去分析，解決實(shí)際工程問題來實(shí)施設(shè)計(jì)的一個(gè)完整控制系統(tǒng)，證明是可行的，它為以后的城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施提供了一個(gè)范例。1. 5本章小結(jié) 綜上所述，城鎮(zhèn)社區(qū)生活、消防給水人用系統(tǒng)，在解決了常規(guī)性技術(shù)問題后優(yōu)點(diǎn)凸現(xiàn)。 生活消防共用給水系統(tǒng)是一種經(jīng)濟(jì)可行的給水方式，減少了投資的成本。對(duì)于集中水泵層，在室外總體上僅設(shè)一路生活給水管，節(jié)省了建設(shè)費(fèi)用，且便于管理維護(hù)。設(shè)置屋頂水箱能滿足消防初期給水的要求，符合現(xiàn)行的防火計(jì)規(guī)范

14、;通過緊急關(guān)閉閥的采用，保證了消防給水系統(tǒng)的可靠，適合于住宅物業(yè)的維護(hù)管理。但是，消防水箱的設(shè)置并不一定能滿足最不利消火栓水壓和水量的需求，而且水箱設(shè)置高度還需滿足住宅設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)室內(nèi)分戶水表前的給水靜水壓力要求。同時(shí)，屋頂水箱的設(shè)置也增加了給水二次污染的機(jī)會(huì)。不設(shè)屋頂水箱的給水方式有利于生活給水，既能保證生活給水的水量、水壓，又能保證水質(zhì)的衛(wèi)生。 2變頻調(diào)速恒壓供水理論分析2. 1序言 變頻調(diào)速恒壓供水是90年代發(fā)展的新技術(shù)，由于采用了微機(jī)控制和大功率晶體管(GTR)技術(shù)，生產(chǎn)出了交流電機(jī)無級(jí)調(diào)速的先進(jìn)產(chǎn)品交流電機(jī)變頻調(diào)速器。這些技術(shù)和裝備在給水系統(tǒng)中的應(yīng)用，使得變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)成為當(dāng)前高

15、層建筑供水方式中一種新型的供水方案。利用變頻調(diào)速裝置和壓力傳感器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)來控制水泵的轉(zhuǎn)速，保持水壓恒定。下面就詳細(xì)介紹雙恒壓供水系統(tǒng)的理論構(gòu)置情況。2. 2工藝調(diào)節(jié)過程簡介 系統(tǒng)由三臺(tái)變速泵及可編程控制器、遠(yuǎn)程壓力表、控制柜等單元設(shè)備和器件組成。其中變速變量泵是利用變頻器改變電機(jī)工作頻率來改變水泵的輸出流量，利用速度變化來恒定系統(tǒng)壓力的。 當(dāng)系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，遠(yuǎn)程壓力表檢測管網(wǎng)壓力并將信號(hào)傳送到變頻器和PLC在變頻控制軟件和PLC的作用下，系統(tǒng)根據(jù)不斷收取到的管網(wǎng)壓力信號(hào)，發(fā)出變頻調(diào)速泵運(yùn)轉(zhuǎn)速度和各泵投運(yùn)和輪休的指令，從而實(shí)現(xiàn)無論用水量怎樣變化，管網(wǎng)壓力始終保持在設(shè)定壓力范圍，變化誤差符

16、合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，即<0.02Mpa 系統(tǒng)內(nèi)有常規(guī)供水壓力和消防用水壓力兩種壓力預(yù)置。正常狀態(tài)下，系統(tǒng)按生活(生產(chǎn))預(yù)定壓力供水。當(dāng)有火災(zāi)信號(hào)輸入，或手動(dòng)強(qiáng)制開啟消防供水開關(guān)，裝置都會(huì)自動(dòng)報(bào)警并自動(dòng)轉(zhuǎn)入消防用水壓力供水，同時(shí)切斷生活、消防管網(wǎng)保證生活(生產(chǎn))供水。當(dāng)運(yùn)行中的水泵不足以提供預(yù)定消防用水壓力時(shí)，自動(dòng)逐一開啟各個(gè)水泵直至達(dá)到設(shè)定消防用水壓力。2. 3變頻調(diào)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)2. 3. 1調(diào)速原理 基本原理 在三、四十年代，電機(jī)調(diào)速理論和技術(shù)已在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家開始研究和應(yīng)用，如通過改變電機(jī)的極對(duì)數(shù)，利用變頻，改變交流電源的頻率值，在轉(zhuǎn)子電路中加入調(diào)速變阻器或磁性放大器等方法對(duì)交流電機(jī)進(jìn)

17、行調(diào)速。但都由于技術(shù)及設(shè)備復(fù)雜而不能在工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中廣泛應(yīng)用，隨著微機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展特別是到了80年代采用大功率晶體管后，使得工業(yè)交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)有了廣泛應(yīng)用的可能。目前，水泵電機(jī)絕大部分是三相交流異步電動(dòng)機(jī)，根據(jù)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性，電機(jī)的轉(zhuǎn)速n為 （2.1）式中-電機(jī)轉(zhuǎn)速. -電源頻率-轉(zhuǎn)差率 -.電機(jī)的級(jí)對(duì)數(shù) 當(dāng)水泵電機(jī)選定后，P為定值，也就是說電機(jī)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)速就是根據(jù)這一原理，通過改變電源的頻率值來實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的無級(jí)調(diào)速。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制特性分析電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩由負(fù)載的需要來決定，在不同的轉(zhuǎn)速下，不同

18、的負(fù)載需要的轉(zhuǎn)矩也是不同的，調(diào)速方法和控制特性應(yīng)適應(yīng)負(fù)載的要求。1)水泵負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性水泵負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL基本上與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，即 （2.2）式中，k為比例常數(shù)，兩者的關(guān)系曲線如圖2.1點(diǎn)劃線所示。2)變頻調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變頻調(diào)速時(shí)，為了使電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能好，勵(lì)磁電流和功率因數(shù)應(yīng)基本保持不變，即希望氣隙磁通也保持不變，若（為額定運(yùn)行時(shí)的磁通)，將引起電機(jī)磁路過分飽和而使勵(lì)磁電流增加，功率因數(shù)降低:若，將使電機(jī)的容許輸出轉(zhuǎn)矩下降，電機(jī)的功率得不到充分利用，因此變頻調(diào)速一般應(yīng)使氣隙磁通保持不變。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的等效電路，如圖2.2所示，在忽略定子漏阻抗壓降 的條件下，定子的相電壓U1與氣隙磁通中

19、和頻率f1之間的關(guān)系為 （2.3） 式中，為定子繞組每相的有效匝數(shù)，當(dāng)電機(jī)確定后，為一常數(shù)。由式(2.3)可知，在f變化時(shí)，電機(jī)的端電壓U，必須與頻率f成正比變化，才能保持。不變，即電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T為： （2.4）式中，P為電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)，R1 , 為定子每相繞組的電阻和額定頻率fN下的漏抗； 為轉(zhuǎn)子每相繞組折算到定子側(cè)的電阻和額定頻率fN的漏抗;s為轉(zhuǎn)差率，即 式中，n。為某一頻率下的同步轉(zhuǎn)速 在額定電壓和額定頻率時(shí)，T= f(n)曲線如圖2.1中實(shí)線時(shí)所示。令，求得電動(dòng)機(jī)的最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm為 (2.5)在變頻調(diào)速過程中，保持U1/f1=C(常數(shù))，也就是保持氣隙磁通近似為常數(shù)，若令,則

20、，此時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩 (2.6)相應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩為 (2.7）正常運(yùn)行時(shí)，S很小，約在5%之內(nèi)，式(2.6)中sR1，忽略不計(jì)。在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，變頻調(diào)速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速之差(n。-n將不變，轉(zhuǎn)矩特性(穩(wěn)定運(yùn)行段)在U1/f1=常數(shù)。運(yùn)行方式下，當(dāng)a不同時(shí)，它為一組平行的曲線，如圖2.1實(shí)線所示。 從式(2.7)可看出，由于定子電阻R1的存在，隨著運(yùn)行頻率的降低，R1與電抗相比，R1的作用愈來愈大，使最大轉(zhuǎn)矩Tm將明顯減小。3)恒壓變頻供水系統(tǒng)中負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與電機(jī)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩T2的配合根據(jù)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)方程式，在忽略空載轉(zhuǎn)矩條件下，電磁轉(zhuǎn)矩T=T2，這樣，運(yùn)動(dòng)方程式為: (2.8)式中，為系統(tǒng)的飛輪

21、矩。從圖2.1可看出，負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性和電機(jī)機(jī)械特性的交點(diǎn)，就是轉(zhuǎn)矩的平衡點(diǎn)，從圖中曲線的變化可知，這些點(diǎn)也是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)?？梢?，在基頻以下實(shí)現(xiàn)調(diào)速，調(diào)速范圍比較大，即使考慮低頻下R1的影響，仍可使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，非常適宜供水系統(tǒng)晝夜用水量變化較大的場合。由于采用恒壓頻比的控制特性，使整個(gè)調(diào)速運(yùn)行中保持額定磁通N保持不變，從功率因數(shù)看，是最好的控制特性。2.3.2變頻恒壓供水頻率變化分析 如圖2.3為變頻調(diào)速恒壓給水的水泵曲線圖，當(dāng)流量由變化至?xí)r，恒速泵揚(yáng)程必定會(huì)升至處，由于恒壓線定在Ha，壓力傳感器檢測出壓力上升趨勢后，反饋增加輸出信號(hào)，使變頻器降低頻率控制水泵，減速至n2，使之保持恒壓Ha,節(jié)

22、省揚(yáng)程BB'。隨著水泵轉(zhuǎn)速的降低，工況點(diǎn)將從A沿恒壓線逐漸變化至B, C流量隨之減少，當(dāng)n下降至n4, Q-H曲線的最大揚(yáng)程為，在n4以下時(shí)，因?yàn)镼-H曲線最大揚(yáng)程小于Ha，水泵揚(yáng)程將不滿足要求。 按這一原理水泵的轉(zhuǎn)速只要從額定轉(zhuǎn)速變化至n4時(shí)，可供小于的任一流量，水泵的工況點(diǎn)沿恒壓線從A-D變化。實(shí)際上以上的原理是在水泵曲線為:，的情況下，即中，k=0水泵的最大揚(yáng)程為零流量時(shí)揚(yáng)程的情況下成立。 當(dāng)k/=0時(shí)，實(shí)際水泵曲線分如下兩類: (1)曲線的峰點(diǎn)在Q=0時(shí)的右側(cè)(見圖2.4)，此時(shí)水泵變頻將到n時(shí)出水量為Q，水泵轉(zhuǎn)速繼續(xù)下降將不出水，Q為水泵變頻后的最小出水量，此時(shí)的轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的

23、頻率為最低調(diào)節(jié)頻率。(2)水泵曲線(見圖2.4)，當(dāng)流量逐漸減少到某一流量Q時(shí)，水泵揚(yáng)程不再上升或上升幅度極小，曲線幾乎平行于恒壓線，此類水泵變頻后，當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速下降至?xí)r，流量Q轉(zhuǎn)速繼續(xù)下降時(shí)水泵將不出水，轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的頻率為變頻調(diào)速給水設(shè)備水泵的最低調(diào)節(jié)頻率。 由此可知，以上兩種情況，水泵變頻后的最小出水量有一臨界值Q,此值隨水泵的不同其值也不同，設(shè)有n臺(tái)水泵組成的變頻供水設(shè)備，當(dāng)用戶的用水量為: (X= 1, 2,，n-1其中Q為水泵的工頻流量)時(shí)，設(shè)備將出現(xiàn)x臺(tái)水泵因無法供出小于Q的水量，而出現(xiàn)反復(fù)的啟、?，F(xiàn)象，此區(qū)為設(shè)備的“流量失調(diào)區(qū)”。 水泵調(diào)速具有一定范圍的，不同的水泵有不同的調(diào)速范

24、圍，不是任意可調(diào)的，其它范圍由水泵本身的特性和用戶所需的揚(yáng)程決定。當(dāng)選定某型號(hào)的水泵時(shí)可確定此水泵的最大調(diào)速范圍，再根據(jù)用戶的揚(yáng)程確定具體最低調(diào)頻范圍。2. 4節(jié)能分析 采用變頻調(diào)速恒，改變了傳統(tǒng)采用改變出水閥的開口度來調(diào)節(jié)流量和壓力的方法，避免了能量的大量浪費(fèi)，下面就從水泵和管網(wǎng)的特性及節(jié)能的具體運(yùn)行原理加以說明。2.4.1水泵的基本參數(shù)和特性 離心式水泵廣泛應(yīng)用于工業(yè)和生活供水系統(tǒng)中。其輸出特性取決于水泵的種類和供水管網(wǎng)系統(tǒng)的阻力特性。離心泵的H-Q曲線如圖2.12所示。 水泵軸功率按下式計(jì)算: (2.9)式中 P一一軸功率(KW) Q-一一工況點(diǎn)的流量(); H一一一工況點(diǎn)的揚(yáng)程(m);

25、一一介質(zhì)的單位體積重量(kg/m);工況點(diǎn)的效率。 每臺(tái)水泵只有在原設(shè)計(jì)工況點(diǎn)(A點(diǎn))時(shí)，泵的使用效率才為最高點(diǎn)，偏離這個(gè)工況點(diǎn)(在B. C兩點(diǎn))效率就會(huì)降低。根據(jù)以上分析，按照供水系統(tǒng)的實(shí)際流量和揚(yáng)程H。以及與之相對(duì)應(yīng)的水泵使用效率。可以算出水泵經(jīng)濟(jì)的軸功率。即: (2.10)這樣整個(gè)供水系統(tǒng)的節(jié)能潛力為:W=(P-P)t， (2.11)式中 P-水泵消耗的總軸功率: t-水泵運(yùn)行時(shí)間。水泵在管道輸送時(shí)，受到管網(wǎng)阻力的作用，圖2.13繪出了供水管網(wǎng)的H-Q阻力曲線。管網(wǎng)裝置特性可以從閥門全開時(shí)測得的各種數(shù)據(jù)由下式求得: 由圖2.5可知泵的特性曲線(1)與管網(wǎng)阻力曲線(2)的交點(diǎn)即為泵的正常使

26、用工況點(diǎn)。從管網(wǎng)特性上求得管網(wǎng)實(shí)際所需的性能以及泵與管網(wǎng)性能的匹配情況以此作為水泵節(jié)能依據(jù)。2.4.2水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理 圖2.6為水泵調(diào)速時(shí)的H-Q曲線。水泵運(yùn)行在泵特性曲線N與管網(wǎng)阻力曲線R的交點(diǎn)D。 傳統(tǒng)的流量控制用閥門控制時(shí)，由于必須關(guān)上閥門才能減小流量，使閥門對(duì)供水的摩擦阻力變大，阻力曲線從R移到R，揚(yáng)程則從H0升到H1，流量從Q減小到Q。運(yùn)行工況點(diǎn)從D點(diǎn)移到A點(diǎn)。 用變頻調(diào)速控制時(shí)，阻力曲線R不動(dòng)，泵的特性曲線取決于電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如果把速度從n降到n1，工況點(diǎn)將從D點(diǎn)移到C點(diǎn)，Q減小到Q與閥門控制時(shí)輸出的流量相同。根據(jù)公式(2.13)求出運(yùn)行時(shí)在A點(diǎn)的泵軸功率為:軸功率為: ，C

27、點(diǎn)泵的軸功率為：，兩者之差： （2.12）也就是說，用閥門控制流量時(shí)有P的功率被白白浪費(fèi)了，而且損耗隨著閥門的關(guān)小增加;用轉(zhuǎn)速控制時(shí)，由水泵葉輪相似定律，流量Q、揚(yáng)程H、軸功率P和轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系為:由這些關(guān)系可知:流量、揚(yáng)程、軸功率分別與轉(zhuǎn)速的1, 2. 3次方而變化。采用變頻器改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的方法，其揚(yáng)程特性曲線(H-Q)及功率特性曲線（P-Q)對(duì)于轉(zhuǎn)速的變化如圖2.7所示。對(duì)于特定的管路，當(dāng)流量為Q，需要揚(yáng)程為H時(shí)，可在泵特性曲線上求得工作點(diǎn)A，假定此時(shí)泵的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速n以滿足要求，相應(yīng)的功率是P;當(dāng)流量從Q:降低到Q時(shí)，由管路要求此時(shí)揚(yáng)程為HB所以出現(xiàn)了Q時(shí)的工作點(diǎn)

28、B，其相的功率是;此時(shí)若有變頻器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制，由圖2.15看出可獲得AB大小的節(jié)電效果。2. 5本章小結(jié) 本章從系統(tǒng)的構(gòu)置框圖傳遞函數(shù)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩及等效電路和水泵調(diào)速高效區(qū)分析，等進(jìn)行了理論分析，使恒壓系統(tǒng)的構(gòu)筑有了堅(jiān)實(shí)持理論支撐，并為下步的設(shè)計(jì)選型提供了依據(jù)。 變頻調(diào)速給水設(shè)備恒壓供水存在要當(dāng)范圍的“流量失調(diào)區(qū)”和低效運(yùn)行區(qū)域。在“流量失調(diào)區(qū)”內(nèi)水泵將反復(fù)啟停，耗能嚴(yán)重，而且在較大的流量范圍內(nèi)低效運(yùn)行，在不帶氣壓罐的情況下水泵將在夜間不停運(yùn)行。 變頻調(diào)速給水設(shè)備的頻率變化大部分在40-50Hz之間。就是說轉(zhuǎn)速的下降在20%以內(nèi)，40Hz往下時(shí)因揚(yáng)程下降較大，同時(shí)效率下降也較大，不能按相似工況拋

29、物線變化，比例律誤差增大，因此變頻調(diào)速給水設(shè)備的調(diào)速是有范圍的。 變頻調(diào)速給水設(shè)備在配置水泵的時(shí)候應(yīng)盡量選用Q-H曲線較陡型的水泵，且選取中應(yīng)盡量使用戶要求的壓力靠近水泵高效區(qū)的下區(qū)，即揚(yáng)程較小處。 該裝置具有占地小、設(shè)備簡單、便于集中管理、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，適用于建筑用水不均勻的現(xiàn)象，使之運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理，更適用于高層建筑。 應(yīng)用在高層建筑消防給水系統(tǒng)中可消除初期火災(zāi)時(shí)管網(wǎng)壓力過高而損壞消防管網(wǎng)現(xiàn)象，同時(shí)應(yīng)采用穩(wěn)壓泵配合使用。由此可以看出，由變速恒壓的供水系統(tǒng)，特別是生活供水大小差異很大的供水系統(tǒng)，節(jié)能是相當(dāng)明顯的。泵的軸功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的3次方成比例，并通過此變速恒壓供水，節(jié)約了大量以前消耗在閥門上的

30、能量，對(duì)設(shè)備的保養(yǎng)也是有益處的。3總體方案設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總述此系統(tǒng)是針對(duì)某生活小區(qū)的實(shí)際情況，結(jié)合用戶生活/消防雙恒壓供水的控制要求，設(shè)計(jì)的一個(gè)三泵、恒壓無塔供水系統(tǒng)。眾所周知，恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于生活小區(qū)是非常重要的，例如在生活小區(qū)供水過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時(shí)斷水，可能影響居民生活。又如當(dāng)發(fā)生火警時(shí)，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大損失和人員傷亡。所以，生活小區(qū)采用生活 / 消防雙恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。3.1.1用戶的現(xiàn)場情況如圖1所示，市網(wǎng)自來水用高低水位控制器 EQ 來控制注水閥 YV1 ，自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)向

31、水箱注水。水池的高低水位信號(hào)也直接送給 PLC ，作為水位報(bào)警。為了保持供水的連續(xù)性，水位上、下限傳感器高低距離較少。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，維持生活用水低恒壓。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電磁閥 YV2 得電，打開消防用水管網(wǎng)，三臺(tái)泵供生活/消防用水使用，并維持消防用水的高恒壓值?；馂?zāi)結(jié)束后，三臺(tái)泵改為生活供水使用。 圖3.1 供水現(xiàn)場圖3.2恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器(PLC)構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)整泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制

32、，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入CPU運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動(dòng)機(jī)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)和運(yùn)行變量泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。恒壓供水就是利用PLC的PID計(jì)算功能實(shí)現(xiàn)的工業(yè)過程的閉環(huán)控制。即將壓力控制點(diǎn)測的壓力信號(hào)(420A)輸入到PLC中，由PLC將其與用戶設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，并通過PLC內(nèi)置PID運(yùn)算將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號(hào)輸出到變頻器調(diào)整水泵電機(jī)的電源頻率，從而實(shí)現(xiàn)控制水泵轉(zhuǎn)速。供水系統(tǒng)選用原則水泵揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供水高度，水泵流量總和應(yīng)大于

33、實(shí)際最大供水量。3.3恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成恒壓供水泵站一般需要設(shè)多臺(tái)水泵及電機(jī)，這比設(shè)單臺(tái)水泵電機(jī)節(jié)能而可靠。配單臺(tái)電機(jī)及水泵時(shí)，它們的功率必須足夠大，在用水量少時(shí)來開一臺(tái)電機(jī)肯定是浪費(fèi)的，電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水量則相應(yīng)的會(huì)不足。而且水泵與電機(jī)維修的時(shí)候，備用泵是必要的。而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(jī)的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化的，那么這就是要用變頻器為水泵電機(jī)供電。在此這里有兩種配置方案，一種是為每一臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)相應(yīng)的變頻器，從解決問題方案這個(gè)比較簡單和方便，電機(jī)與變頻器間不須切換，但是從經(jīng)費(fèi)的角度來看的話這樣比較昂貴。另一種方案則是數(shù)臺(tái)電機(jī)配一臺(tái)變頻器，變頻器

34、與電機(jī)間可以切換的，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，其余的水泵工頻運(yùn)行，以滿足不同的水量需求。如圖3.2為恒壓供水泵的水的構(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。圖3.2 恒壓供系統(tǒng)的構(gòu)成  調(diào)節(jié)器是一種電子裝置，它具有設(shè)定水管水壓的給定值、接受傳感器送來得管網(wǎng)水壓的實(shí)測值、根據(jù)給定值與實(shí)測值的綜合依一定的調(diào)接規(guī)律發(fā)出的系統(tǒng)調(diào)接信號(hào)等功能。調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)一般是模擬信號(hào)，4-20mA變化的電流信號(hào)或0-10V間變化的電壓信號(hào)。信號(hào)的量值與前邊的提

35、到的差值成正比例，用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器設(shè)備工作。在PLC恒壓供水系統(tǒng)中，執(zhí)行設(shè)備就是PLC。用PLC代替調(diào)節(jié)器，其控制性能和精度大大提高了，因此，PLC作為恒壓供水系統(tǒng)的主要控制器，其主要任務(wù)就是代替調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)水壓給定值與反饋值的綜合與調(diào)節(jié)工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)字PID調(diào)節(jié);它還控制水泵的運(yùn)行與切換，在多泵組恒壓供水泵站中，為了使設(shè)備均勻的磨損，水泵及電機(jī)是輪換的工作。如規(guī)定和變頻器相連接的泵為主泵(主泵也是輪流擔(dān)任的)，主泵在運(yùn)行時(shí)達(dá)到最高頻時(shí)，須增加一臺(tái)工頻泵投入運(yùn)行。PLC則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備。PLC同時(shí)還是變頻器的驅(qū)動(dòng)控制。恒壓供水泵站中變頻器常常采用模擬量控制方式，這需采用PLC的模擬量控制模塊，

36、該模塊的模擬量輸入端子接受到傳感器送來的模擬信號(hào)，輸出端送出經(jīng)給定值與反饋值比較并經(jīng)PID處理后得出的模擬量信號(hào)，并依此信號(hào)的變化改變變頻器的輸出頻率。另外，泵站的其他控制邏輯也由PLC承擔(dān)，如:手動(dòng)、自動(dòng)操作轉(zhuǎn)換，泵站的工作狀態(tài)指示，泵站的工作異常的報(bào)警，系統(tǒng)的自檢等等。3.4系統(tǒng)總體框架整體雙恒壓供水系統(tǒng)由電機(jī)、水泵、變頻器、可編程控制器PLC、壓力傳送器組成。由管壓傳送壓力信號(hào)給PLC的PID單元，處理運(yùn)算控制變頻器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻工作拖動(dòng)水泵供水，由PIC運(yùn)算控制電機(jī)間的切換，實(shí)現(xiàn)水泵供水的切換，達(dá)到多臺(tái)水泵供水。整體設(shè)計(jì)框架如下圖所示CPU222EM222EM235變頻器工頻/變頻切

37、換電路水壓信號(hào)水位信號(hào)其它開關(guān)信號(hào)3號(hào)泵1號(hào)泵2號(hào)泵圖3.3    變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)圖PID控制環(huán)節(jié) 西門子公司從S7-200系列PLC中的CPU215, CPU216開始增加了用于閉環(huán)控制的PID模塊。它是通過PID調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)輸出，保證偏差值e為零，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在PID控制環(huán)節(jié)中，外部壓力傳送裝置采集實(shí)際壓力反饋給PID運(yùn)算，傳送控制變頻器工作頻率的變化，實(shí)現(xiàn)水泵的變速供水，以達(dá)到輸出水壓的恒定。-PID調(diào)節(jié)器變頻器水泵壓力變送器設(shè)定壓力值ue壓力 圖3.4 PID變頻器調(diào)節(jié)水泵切換流程 在整體控制系統(tǒng)中，水泵由變頻工作轉(zhuǎn)為工頻工作由

38、PLC采集變頻器的工作頻率實(shí)現(xiàn)，當(dāng)水泵工作在上限頻率一定時(shí)間后，使該泵切換到工頻工作，同時(shí)復(fù)位變頻器，切換下一臺(tái)泵加入變頻工作。反之，當(dāng)變頻器工作在下限頻率一定時(shí)間后，PLC控制停止一個(gè)工頻泵，調(diào)節(jié)變頻器工作達(dá)到水壓恒定。下圖為水泵切換圖：1#變頻工作2#變頻工作3#變頻工作1#工頻2#變頻工作2#工頻3#變頻工作3#工頻1#變頻工作1#2#工頻3#變頻工作2#3#工頻1#變頻工作1#3#工頻2#變頻工作圖3.5 三泵狀態(tài)轉(zhuǎn)換 PLC實(shí)現(xiàn)泵切換流程，在系統(tǒng)初始化過程中，給變頻器設(shè)定下限頻率和上限頻率。在PID運(yùn)算過程中將變頻器的運(yùn)行頻率反饋給PLC，比較所給定的上、下限值處理運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)加、減泵

39、的目的。當(dāng)頻率達(dá)到上限一定時(shí)間后，發(fā)泵切換信號(hào)，變頻器復(fù)位信號(hào)，將當(dāng)前泵切換到工頻工作，下一臺(tái)泵接變頻器，開始PID運(yùn)算直到壓力達(dá)到所需值。反之當(dāng)壓力過高時(shí)，PID單元運(yùn)算時(shí)間變頻器的減頻工作，當(dāng)當(dāng)前泵達(dá)到所設(shè)下限頻率一定時(shí)間后，PLC控制單元發(fā)停止當(dāng)前工頻泵工作信號(hào)，當(dāng)前工作最久的工頻泵停止運(yùn)行，當(dāng)前變頻泵由PID單元控制變頻實(shí)現(xiàn)壓力達(dá)到所需要的值。3.5本章小結(jié) 本論文設(shè)計(jì)變頻器調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有以下幾方面特點(diǎn): 具有自動(dòng)/手動(dòng)雙運(yùn)行功能。自動(dòng)狀態(tài)下可實(shí)現(xiàn)無人值守自動(dòng)恒壓、自動(dòng)轉(zhuǎn)入消防供水狀態(tài);手動(dòng)狀態(tài)下可作不定期的檢查和緊急狀態(tài)下的緊急操作。 具有雙電源供電，自動(dòng)/手動(dòng)供電電源切換功能

40、。 具有自動(dòng)定期巡檢功能，系統(tǒng)可靠性高。 由于采用變頻調(diào)速恒壓，恒壓精度高，壓力變化0.02Mpa節(jié)能效果顯著，節(jié)電率在14%-40%左右。 消防供水或生活(生產(chǎn))供水中，任何一臺(tái)水泵出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)其他泵滿足供水。 采用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)平滑調(diào)速，使交流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)能與直流調(diào)速系統(tǒng)媲美。 多臺(tái)電機(jī)均能可靠地實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)電流過大對(duì)電網(wǎng)的影響，且大大延長了設(shè)備的使用壽命。 常壓運(yùn)行時(shí)，三泵交替工作，可在不停水情況下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)、檢修，提高系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，與其它供水系統(tǒng)相比，具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn): 不設(shè)高位水箱、減輕建筑物負(fù)荷、節(jié)省基建投資、縮小施工工期。 消除

41、了水源再次污染的可能性。 以變頻調(diào)速控制水壓、實(shí)現(xiàn)全天恒壓供水。 消防供水響應(yīng)速度快、供水壓力均衡適量。 自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)無人值守智能化運(yùn)行。 設(shè)備使用壽命長，維護(hù)工作量小。4硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1設(shè)備的選擇4.1.1水泵的選擇水泵的型號(hào)參數(shù)如下表泵型號(hào)意義： 如40LG1215 40進(jìn)出口直徑（mm） LG高層建筑給水泵（高速） 12流量（m3/h） 15-單級(jí)揚(yáng)程（M） 200QJ20-108/8 200-表示機(jī)座號(hào)200 QJ-潛水電泵 20流量20m3/h 108-揚(yáng)程108M 8-級(jí)數(shù)8級(jí) 水泵的基本構(gòu)成：電機(jī)、聯(lián)軸器、泵頭（體）及機(jī)座（臥式）。 水泵的主要參數(shù)有：流量， 用Q表示，

42、單位是M3/H ，L/S。揚(yáng)程，用H表示，單位是M。 對(duì)清水泵，必需汽蝕余量（M）參數(shù)非常重要，特別是用于吸上式供水設(shè)備時(shí)。 對(duì)潛水泵，額定電流參數(shù)（A）非常重要，特別是用于變頻供水設(shè)備時(shí)。 電機(jī) 的主要參數(shù)：電機(jī)功率（KW），轉(zhuǎn)速（r/min），額定電壓（V），額定電流（A）。 聯(lián)軸器 泵頭（體_) 臥式機(jī)座小區(qū)用水量估算在此系統(tǒng)中，小區(qū)為普通居住小區(qū)，住戶大約為500戶，人口約為2000人，人均每天用水量約327升/日。但是日用水量是個(gè)隨機(jī)性很大的數(shù)據(jù)，所以在計(jì)算時(shí)采用分時(shí)計(jì)算。小區(qū)公共設(shè)施用水約占人均用水的1/3，用水平均在白天工作的8小時(shí)。2000人中約1000人為正常工作人員，用水集

43、中在晚上810點(diǎn)，其他人員用水集中在每天休息時(shí)段的6個(gè)小時(shí)。夜間6個(gè)小時(shí)的用水量幾乎為0。經(jīng)折算后可知，每日小區(qū)的最高用水時(shí)段為晚上8-10小時(shí)，約需水量為108m3/h，設(shè)計(jì)總系統(tǒng)供水的70%提供生活用水，可知該系統(tǒng)的最大供水量約為155 m3/h。系統(tǒng)由三臺(tái)水泵供水，需要單臺(tái)水泵的供水量為52 m3/h。該小區(qū)的最高樓層為7層，可知需要的水泵的的揚(yáng)程約為25M，考慮此供水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速恒壓供水，頻率下降時(shí)，水泵的揚(yáng)程也下降，為了使水泵擁有較大的調(diào)速范圍，選擇水泵的揚(yáng)程選用50M左右的離心式水泵。在此設(shè)計(jì)中選擇成都西南水泵廠的IS80-50-200型水泵三臺(tái)，此水泵排量50m3/h，揚(yáng)程5

44、0m，額定轉(zhuǎn)速2980r/min,軸功率9.87kw,配帶電機(jī)15kw ,Y160M2-2型效率69%，必需汽蝕余量2.5m。4.1.2變頻器選擇變頻器的正確選擇對(duì)于控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行是非常關(guān)鍵的。選擇變頻器時(shí)必須要充分了解變頻器所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載特性。人們?cè)趯?shí)踐中常將生產(chǎn)機(jī)械分為三種類型:恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載和風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載。 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載： 負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無關(guān)，任何轉(zhuǎn)速下總保持恒定或基本恒定。例如傳送帶、攪拌機(jī)，擠壓機(jī)等摩擦類負(fù)載以及吊車、提升機(jī)等位能負(fù)載都屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。 變頻器拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載時(shí)，低速下的轉(zhuǎn)矩要足夠大，并且有足夠的過載能力。如果需要在低速下穩(wěn)速運(yùn)行，應(yīng)該考慮標(biāo)準(zhǔn)異步電動(dòng)機(jī)

45、的散熱能力，避免電動(dòng)機(jī)的溫升過高。 恒功率負(fù)載：機(jī)床主軸和軋機(jī)、造紙機(jī)、塑料薄膜生產(chǎn)線中的卷取機(jī)、開卷機(jī)等要求的轉(zhuǎn)矩，大體與轉(zhuǎn)速成反比，這就是所謂的恒功率負(fù)載。負(fù)載的恒功率性質(zhì)應(yīng)該是就一定的速度變化范圍而言的。當(dāng)速度很低時(shí)，受機(jī)械強(qiáng)度的限制，不可能無限增大，在低速下轉(zhuǎn)變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩性質(zhì)。負(fù)載的恒功率區(qū)和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)對(duì)傳動(dòng)方案的選擇有很大的影響。電動(dòng)機(jī)在恒磁通調(diào)速時(shí)，最大容許輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；而在弱磁調(diào)速時(shí)，最大容許輸出轉(zhuǎn)矩與速度成反比，屬于恒功率調(diào)速。如果電動(dòng)機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速的范圍與負(fù)載的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率范圍相一致時(shí)，即所謂“匹配”的情況下，電動(dòng)機(jī)的容量和變頻器的容量均最小。風(fēng)機(jī)、泵類

46、負(fù)載：在各種風(fēng)機(jī)、水泵、油泵中，隨葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，空氣或液體在一定的速度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的阻力大致與速度的次方成正比。隨著轉(zhuǎn)速的減小，轉(zhuǎn)速按轉(zhuǎn)速的次方減小。這種負(fù)載所需的功率與速度的次方成正比。當(dāng)所需風(fēng)量、流量減小時(shí)，利用變頻器通過調(diào)速的方式來調(diào)節(jié)風(fēng)量、流量，可以大幅度地節(jié)約電能。由于高速時(shí)所需功率隨轉(zhuǎn)速增長過快，與速度的三次方成正比，所以通常不應(yīng)使風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載超工頻運(yùn)行。在該系統(tǒng)中，采用西門子的MMV型變頻器。隨著無傳感器矢量控制的推出，MICROMASTER Vector和MIDIMASTER Vector是要求更加嚴(yán)格的應(yīng)用對(duì)象的首要選擇，例如紡織業(yè)，打包機(jī)或工業(yè)洗滌機(jī)械。 這個(gè)革命性的控制技

47、術(shù)可提供200%的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，仍然不會(huì)犧牲高速時(shí)的性能。這個(gè)性能再加上快速優(yōu)秀的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間，使得裝置可以用于從前只能使用DC 變頻換器的地方。 特殊的算法使用獨(dú)特的電動(dòng)機(jī)自適應(yīng)技術(shù)，可以對(duì)廣泛的環(huán)境條件和電動(dòng)機(jī)類型加以補(bǔ)償。 更小的尺寸，更好的性能 MICROMASTER Vector是世界上最小的750W 230V變頻器之一，帶有一個(gè)內(nèi)置式的濾波器。它可以適應(yīng)的周圍環(huán)境溫度為0-50。 防護(hù)等級(jí)IP56 特殊設(shè)計(jì)的MIDIMASTER Vector外殼采用高水平的IP56保護(hù)。這使得該產(chǎn)品可以在極端嚴(yán)酷的環(huán)境條件下使用。 技術(shù)數(shù)據(jù)表 名稱 MICROMASTER Vector(6SE32)

48、MIDIMASTER Vector(6SE32) 功率范圍： 120W-3kW 230V 1AC 5.5kW-45kW 230V 3AC120W-4kW 230V 3AC 7.5kW-75kW 400V 3AC370W-7.5kW 400V 3AC 2.2kW-37kW 575V 3AC 電壓范圍： 208-240V +/-10% 208-240V +/-10%380-500V +/-10% 380-500V +/-10%525 - 575V +/-15% 輸入頻率： 47-63Hz 功率因數(shù)： cos 0.98, Total 0.7 變頻效率： 97% 相對(duì)濕度： 95% 存儲(chǔ)溫度： -40

49、 to +70 操作溫度： 0-50°C 0-40°C (50°C無蓋) 保護(hù)等級(jí)： IP20/NEMA1 IP21/NEMA 1及IP56/NEMA4 冷卻方式： 風(fēng)扇冷卻 輸出頻率精度： 0.01Hz 輸出頻率： 0-650Hz 過載能力： 200% 3秒，150% 60秒 控制方式： V/f，F(xiàn)CC，SVC（無傳感器矢量控制） 開關(guān)量輸入： 6路 模擬量輸入1： 0-10，0/4-20mA PID輸入，10位精度 模擬量輸入2： 0/4-20mA，10位精度 模擬量輸出1： 無 0/4-20mA 模擬量輸出2： 無 繼電器輸出1： 30VDC 2A，240V

50、AC 0.8A，常開 繼電器輸出2： 30VDC 2A，240VAC 0.8A RS485接口： D型/端子 PID閉環(huán)控制： 自帶PID 制動(dòng)單元： 自帶 選件 混合制動(dòng)： 有 快速電流限幅： 有 外部電機(jī)保護(hù)： PTC溫度傳感器輸入 內(nèi)部電機(jī)保護(hù)： I2t過熱保護(hù) 變頻器保護(hù)： 接地，短路保護(hù)，欠壓，過壓，過熱，過流保護(hù) 4.1.3遠(yuǎn)程壓力表選擇在此設(shè)計(jì)中，采用遠(yuǎn)程壓力表，將管網(wǎng)上的壓力，以420mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入PLC中處理。選用的遠(yuǎn)程壓力表為BPK-I型遠(yuǎn)程數(shù)顯壓力表。BPK-I型遠(yuǎn)程數(shù)顯壓力表是一種具備遠(yuǎn)傳功能的 儀表。它采用CYZ系列高精度、高穩(wěn)定性的壓力傳感器，經(jīng)過嚴(yán)格精密的溫度

51、和線性補(bǔ)償， 采用性能良好的模塊化信號(hào)處理工藝技術(shù)，對(duì)介質(zhì)壓力進(jìn)行檢測， 直接31/2位LED（LCD）顯示壓力值并輸出420mA或010mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 BPK-I型遠(yuǎn)程數(shù)顯壓力表廣泛用于石油、化工、冶金、 電力、供水等領(lǐng)域中對(duì)各種氣體、液體表壓、絕壓測量控制場合。參數(shù)介紹如下：量       程Kpa ：010、1001000Mpa： 00.022200壓力形式 表壓、 絕壓 輸出信號(hào) 420 mA；010 mA 顯示方法 - + 精 度 0.1 0.3 0.5 非線性遲滯重復(fù)性（%FS） 0.1 0.3 0.5 分辨率工

52、作電壓（V） +12+36 （標(biāo)定值為+24）或220VAC 工作溫度（） 20+85 過載能力（%） 300 壽        命 >1*108壓力循環(huán)（25） 相對(duì)濕度（%RH） 1080 振 動(dòng) （Hz） 0300 加速度（ms-2） 3×9.81 沖 擊（ms-2） 10×9.81 測量介質(zhì) 與316L不銹鋼兼容的各種介質(zhì) 膜片材料 316L不銹鋼 殼體材料 1Cr18Ni9Ti 接 口 M20×1.5或用戶自定 特點(diǎn)31/2位LED（LCD）顯示精度高：0.1%FS（模擬信號(hào)）；0.5（數(shù)字顯示）激光調(diào)阻溫度補(bǔ)償，使用溫域?qū)捒垢蓴_設(shè)計(jì)，適合惡劣使用環(huán)境可靠穩(wěn)定：溫漂0.01%FS/；時(shí)漂0.2%FS/年輸出420mA信號(hào)，適于遠(yuǎn)傳防浪涌電壓，極性反向保護(hù)零點(diǎn)滿量程可在儀表后面板方便