變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

TOC\o"1-5"\h\z1緒論 2\o"CurrentDocument"引言 5\o"CurrentDocument"變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義 7變頻恒壓供水的現(xiàn)況 8國(guó)內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀 8\o"CurrentDocument"變頻供水系統(tǒng)應(yīng)用范圍 10\o"CurrentDocument"變頻供水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 102變頻恒壓供水的理論分析 10\o"CurrentDocument"水泵的工作原理 11\o"CurrentDocument"供水壓力和變頻器輸出頻率的關(guān)系 11\o"CurrentDocument"3變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及控制原理 11通用變頻器+PLC 12\o"CurrentDocument"變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 13執(zhí)行機(jī)構(gòu) 14信號(hào)檢測(cè) 14控制系統(tǒng) 15人機(jī)界面 16通訊接口 16報(bào)警裝置 17\o"CurrentDocument"變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案 176\o"CurrentDocument"變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓恒定控制 17\o"CurrentDocument"變頻供水水泵加減的控制 18\o"CurrentDocument"4變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19\o"CurrentDocument"理論可行性 20\o"CurrentDocument"技術(shù)可行性 21硬件設(shè)計(jì) 21\o"CurrentDocument"變頻供水主電路設(shè)計(jì) 22控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 23軟件設(shè)計(jì) 24系統(tǒng)初始化程序設(shè)計(jì) 25\o"CurrentDocument"電機(jī)增減控制程序設(shè)計(jì) 26本章小節(jié) 27\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 29摘要隨著我國(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。傳統(tǒng)供水廠，特別是中小供水廠所普遍采用的恒速泵加壓供水方式存在效率較低、可靠性不高、自動(dòng)化程度低等缺點(diǎn)，難以滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)生活的需要。隨著人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性要求的不斷提高，需要利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，要求設(shè)計(jì)出高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)供水廠復(fù)雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)。本文首先闡明了供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理。從具體分析了變頻恒水壓供水的原理及系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，提出不同的控制方案，通過(guò)研究得出結(jié)論:變頻調(diào)速方式，是當(dāng)今國(guó)際上一項(xiàng)效益最高、性能最好、應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的電機(jī)調(diào)速技術(shù).它集微機(jī)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)和電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)于一體，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)交流電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，具有高效率、寬范圍和高精度等特點(diǎn)的結(jié)論。因此本文以采用變頻器和PLC組合構(gòu)成系統(tǒng)的方式，逐步實(shí)現(xiàn)水壓恒定供水和數(shù)據(jù)傳輸?shù)?最后，從分析該恒壓變頻供水的可行性，改造的理論、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性等方面進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)分析:其次，分別從確定變頻器的參數(shù)，設(shè)計(jì)變頻主電路、變頻電機(jī)的運(yùn)行模式、控制模式及流程。在此基礎(chǔ)上，對(duì)中小供水廠變頻電機(jī)的選型、安裝、調(diào)試和運(yùn)行各步驟加以詳細(xì)地闡述。然后歸納和分析了安裝運(yùn)行中的問(wèn)題和注意事項(xiàng)。通過(guò)變頻恒壓供水系統(tǒng)的試運(yùn)行，對(duì)該系統(tǒng)在實(shí)際供水中所取得的節(jié)約電耗、恒定壓力、保護(hù)管網(wǎng)等實(shí)際效果進(jìn)行了總結(jié)，指出變頻技術(shù)在中小供水廠供水領(lǐng)域所取得的成果及應(yīng)用中的局限性。1緒論引言水是生命之源，人類生存和發(fā)展都離不開(kāi)水。在通常的城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水中，基本上都是靠供水站的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)離心水泵，產(chǎn)生壓力使管網(wǎng)中的自來(lái)水流動(dòng)，把供水管網(wǎng)中的自來(lái)水送給用戶。但供水機(jī)泵供水的同時(shí)，也消耗大量的能量，如果能在提高供水機(jī)泵的效率、確保供水機(jī)泵的可靠穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，降低能耗，將具有重要經(jīng)濟(jì)意義。我國(guó)供水機(jī)泵的特點(diǎn)是數(shù)量大、范圍廣、類型多，在工程規(guī)模上也有一定水平，但在技術(shù)水平、工程標(biāo)準(zhǔn)以及經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)等方面與國(guó)外先進(jìn)水平相比，還有一定的差距。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，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。對(duì)于大多數(shù)采用供水企業(yè)來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)供水機(jī)泵存在日常運(yùn)行費(fèi)用太高，供水成本居高不下，單位供水的能耗偏大的問(wèn)題，尋求供水與能耗之間的最佳性價(jià)比，是困擾企業(yè)的一個(gè)長(zhǎng)期問(wèn)題。目前各供水廠的供水機(jī)泵設(shè)計(jì)按最大揚(yáng)程與最大流量這一最不利條件設(shè)計(jì)，水泵大多數(shù)時(shí)間在設(shè)計(jì)效率以下運(yùn)行。導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)與水泵之間常常出現(xiàn)大馬拉小車問(wèn)題（如圖1.1）。因此，如何解決供水與能耗之間的不平衡，尋求提高供水效率的整體解決方案，是各供水解水企業(yè)關(guān)心的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。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。所以研究設(shè)計(jì)基于變頻調(diào)速的恒定水壓供水系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱變頻恒壓供水，如圖1.2），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。圖1.1傳統(tǒng)供水機(jī)泵示意圖圖圖1.1傳統(tǒng)供水機(jī)泵示意圖圖L2變頻供水機(jī)泵示意圖Figi.1DiagramoftrajlitkHia1Tnachhspump L2I>iagramoffrcq.ucncyconvcrsionpump變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義我國(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(guò)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(méi)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(méi)有水塔供水所帶來(lái)的二次污染的危險(xiǎn)。由此可見(jiàn)，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(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。變頻恒壓供水的現(xiàn)況國(guó)內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)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(lái)的。目前國(guó)外的恒壓供水系統(tǒng)變頻器成熟可靠，恒壓控制技術(shù)先進(jìn)。國(guó)外變頻供水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)主要采用一臺(tái)變頻器只帶一臺(tái)水泵機(jī)組的方式。這種方式運(yùn)行安全可靠，變壓方式更靈活。此方式的缺點(diǎn)必是電機(jī)數(shù)量和變頻的數(shù)量一樣多，因而投資成本高。國(guó)外生產(chǎn)的變頻器，特別是供水廠用變頻器，相對(duì)于國(guó)產(chǎn)變頻器而言，價(jià)格明顯偏高，維護(hù)成本也高于國(guó)內(nèi)產(chǎn)品。 目前國(guó)內(nèi)有不少公司在從事進(jìn)行變頻恒壓供水的研制推廣，國(guó)產(chǎn)變頻器主要采用進(jìn)口元件組裝或直接進(jìn)口國(guó)外變頻器，結(jié)合PLC或PID調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)恒壓供水，在小容量、控制要求的變頻供水領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)變頻器發(fā)展較快，并以其成本低廉的優(yōu)勢(shì)占領(lǐng)了相當(dāng)部分小容量變頻恒壓供水市場(chǎng)。但在大功率大容量變頻器上，國(guó)產(chǎn)變頻器有待于進(jìn)一步改進(jìn)和完善。變頻供水系統(tǒng)應(yīng)用范圍變頻恒壓供水系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應(yīng)用，按所使用的范圍大致分為三類（1）小區(qū)供水（加壓泵站）變頻恒壓供水系統(tǒng)這類變頻供水系統(tǒng)主要用于包括工廠、小區(qū)供水、高層建筑供水、鄉(xiāng)村加壓站，特點(diǎn)是變頻控制的電機(jī)功率小，一般在135kw以下，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單。由于這一范圍的用戶群十分龐大，所以是目前國(guó)內(nèi)研究和推廣最多的方式.如希望集團(tuán)（森蘭變頻器）推出的恒壓供水專用變頻器。⑵國(guó)內(nèi)中小型供水廠變頻恒壓供水系統(tǒng)這類變頻供水系統(tǒng)主要用于中小供水廠或大中城市的輔助供水廠。這類變頻器電機(jī)功率在135kV沐320kw之間，電網(wǎng)電壓通常為ZooV或380V。受中小水廠規(guī)模和經(jīng)濟(jì)條件限制，目前主要采用國(guó)產(chǎn)通用的變頻恒壓供水變頻器。⑶大型供水廠的變頻恒壓供水系統(tǒng)這類變頻供水系統(tǒng)用于大中城市的主力供水廠，特點(diǎn)是功率大、機(jī)組多、多數(shù)采用高壓變頻系統(tǒng)。這類系統(tǒng)一般變頻器和控制器要求較高，多數(shù)采用了國(guó)外進(jìn)口變頻器和控制系統(tǒng)。如利德福華的一些高壓供水變頻器 在本文中，研究和設(shè)計(jì)的變頻器是以第二種應(yīng)用范圍為基礎(chǔ)。目前國(guó)內(nèi)，除了高壓變頻供水系統(tǒng)，多數(shù)恒壓供水變頻系統(tǒng)均聲稱只要改變?nèi)萘烤涂梢酝ㄓ糜诟鞣N供水范圍，但在實(shí)際運(yùn)用中，不同供水環(huán)境對(duì)變頻器的要求和控制方式是不一致的，大多數(shù)變頻器并不能真正實(shí)現(xiàn)通用。以中小水廠供水環(huán)境來(lái)說(shuō)，由于其包括了自來(lái)水生產(chǎn)系統(tǒng)，其溫濕度及腐蝕程度都大于常見(jiàn)小區(qū)和加壓泵站，在水泵組搭配上、需要處理的信號(hào)（如水質(zhì)信號(hào)停機(jī)管理）也多于小區(qū)供水系統(tǒng)，所以在部分條件復(fù)雜的中小水廠，采用通用的恒壓供水變頻系統(tǒng)并不能完全滿足實(shí)踐要求，現(xiàn)部分中小水廠已認(rèn)識(shí)到這一情況，并針對(duì)實(shí)際情況對(duì)變頻恒壓供水系統(tǒng)加以改進(jìn)和完善.1.3.挖頻供水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)變頻供水系統(tǒng)目前正在向集成化、維護(hù)操作簡(jiǎn)單化方向發(fā)展在國(guó)內(nèi)外，專門針對(duì)供水的變頻器集成化越來(lái)越高，很多專用供水變頻器集成了PLC或PID，甚至將壓力傳感器也融入變頻組件。同時(shí)維護(hù)操作也越來(lái)越簡(jiǎn)明顯偏高，維護(hù)成本也高于國(guó)內(nèi)產(chǎn)品。 目前國(guó)內(nèi)有不少公司在從事進(jìn)行變頻恒壓供水的研制推廣，國(guó)產(chǎn)變頻器主要采用進(jìn)口元件組裝或直接進(jìn)口國(guó)外變頻器，結(jié)合PLC或PID調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)恒壓供水，在小容量、控制要求的變頻供水領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)變頻器發(fā)展較快，并以其成本低廉的優(yōu)勢(shì)占領(lǐng)了相當(dāng)部分小容量變頻恒壓供水市場(chǎng)。但在大功率大容量變頻器上，國(guó)產(chǎn)變頻器有待于進(jìn)一步改進(jìn)和完善。2變頻恒壓供水的理論分析水泵的工作原理供水所用水泵主要是離心泵，普通離心泵如圖2.1所示:葉輪安裝在泵殼2內(nèi)，并緊固在泵軸3上，泵軸由電機(jī)直接帶動(dòng)，泵殼中央有一液體吸入口4與吸入管5連接，液體經(jīng)底閥6和吸入管進(jìn)入泵內(nèi)，泵殼上的液體排出口8與排出管9連接。在泵啟動(dòng)前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體:啟動(dòng)后，葉輪由軸帶動(dòng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以高速離開(kāi)葉輪外緣進(jìn)入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴(kuò)大而減速，又將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場(chǎng)所。液體由葉輪中心流向外緣時(shí)，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中?？梢?jiàn)，只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，液體便會(huì)不斷地被吸入和排出。供水壓力和變頻器輸出頻率的關(guān)系在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，供水壓力是通過(guò)對(duì)變頻器輸出頻率的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。確定供水壓力和輸出頻率的關(guān)系是設(shè)計(jì)控制環(huán)節(jié)控制策略的基礎(chǔ)，是確定控制算法的依據(jù)。送水泵站所采用的水泵是離心泵，它是通過(guò)裝有葉片的葉輪高速旋轉(zhuǎn)來(lái)完成對(duì)水流的輸送，也就是通過(guò)葉輪高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)水流高速旋轉(zhuǎn)，靠水流產(chǎn)生的離心力將水流甩出去。離心泵也因此而得名。在給水排水工程中，從使用水泵的角度來(lái)看，水泵的工作必然要和管路系統(tǒng)以及許多外界條件聯(lián)系在一起.在給水排水工程中，把水泵配上管路以及一切附件后的系統(tǒng)稱為“裝置〃，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，真正對(duì)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)有價(jià)值的也是這種成為系統(tǒng)的裝置，而不是單單的孤立水泵。3變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及控制原理3通用變頻器+PLC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(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通用性強(qiáng)，.1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P比的硬件配置和拍的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，可以方便地通過(guò)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P比的抗干擾能力強(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)。變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通過(guò)變頻恒壓供水系統(tǒng)我們可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、通訊接口以及報(bào)警裝置等部分組成。如圖3.1所不.圖3.1變頻恒壓供水枸成圖執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng).通常這些水泵包括：(1)調(diào)速泵:是由變頻調(diào)速器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定。⑵恒速泵:水泵運(yùn)行只在工頻狀態(tài)，速度恒定，它們用以在用水量增大而調(diào)速泵的最大供水能力不足時(shí)，對(duì)供水量進(jìn)行定量的補(bǔ)充.此外，通常一些變頻系統(tǒng)還會(huì)增設(shè)附屬小泵，它只運(yùn)行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很小的情況下(例如:夜間)對(duì)管網(wǎng)用水量進(jìn)行少量的補(bǔ)充.信號(hào)檢測(cè)在系統(tǒng)控制過(guò)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)行冉刃轉(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。⑵液位信號(hào):它反映水泵的進(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（在樂(lè)山第一水廠設(shè)計(jì)中，為清水池水位）的液位傳感器。⑶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(guò)載、變頻器是否有異常，該信號(hào)為開(kāi)關(guān)量信號(hào)?？刂葡到y(tǒng)供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器^比系統(tǒng)）、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分：（1）供水控制器：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(guò)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.⑵變頻器:它是對(duì)水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元.變頻器踉蹤供水控制器送來(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(kāi)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。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(guò)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(guò)程進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)報(bào)警進(jìn)行顯示。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(guò)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(guò)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。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(guò)載、變頻器報(bào)警、電網(wǎng)過(guò)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P比判斷報(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。

變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案有多種，有1臺(tái)變頻器控制1臺(tái)水泵的簡(jiǎn)單控制方案，也有1臺(tái)變頻器控制幾臺(tái)水泵的方案，本文簡(jiǎn)單介紹單臺(tái)變頻器控制單臺(tái)水泵：?jiǎn)闻_(tái)變頻器控制單臺(tái)水泵的控制方案在國(guó)內(nèi)通常是指是一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)水泵。由于全部變頻系統(tǒng)中，變頻器、控制器、電機(jī)均無(wú)備份設(shè)備，出現(xiàn)問(wèn)題無(wú)法切換，故目前多適用于用水量不大，對(duì)供水的可靠性要求不高的場(chǎng)合。該控制方案的控制原理框圖見(jiàn)圖3.2，電路見(jiàn)圖3.2圖3.2控制方案的順理程圖Fa3.2-Contrailbbckdiagram conwlschemeFa3.2-Contrailbbckdiagram conwlscheme圖33控制方案的主電路圖。值得一提的是，在國(guó)外或國(guó)內(nèi)少數(shù)大企業(yè)，也有一種每臺(tái)變頻器只帶一臺(tái)水泵的運(yùn)行方式，但它的控制方式與上面是不同的，這些泵站往往是同時(shí)配備了多臺(tái)變頻器配多臺(tái)水泵，采用集中控制的辦法，這種變頻系統(tǒng)與國(guó)內(nèi)水泵站常用的一臺(tái)變頻器控制單臺(tái)水泵的工作方式是完全不一樣的。在這種系統(tǒng)中，由于有多臺(tái)變頻器，各水泵既可以同時(shí)變頻運(yùn)行，也可以分別工頻運(yùn)行，使其可靠性、安全性、可調(diào)節(jié)性大大優(yōu)于國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的各種控制方式，不過(guò)在成本上，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前國(guó)內(nèi)的常用的變頻恒壓供水系統(tǒng)。變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓恒定控制在變頻恒壓供水中，整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)要根據(jù)檢測(cè)到的輸入信號(hào)的狀態(tài)，按照系統(tǒng)的控制流程，通過(guò)變頻調(diào)速器和執(zhí)行元件對(duì)水泵組進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)恒壓供水的目的。這個(gè)控制過(guò)程是一個(gè)閉環(huán)過(guò)程，它的反饋信號(hào)是由壓力傳感器產(chǎn)生的供水壓力，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是變頻器，通過(guò)控制系統(tǒng)將控制結(jié)果傳輸?shù)阶冾l器中，改造變頻器的輸出頻率，從而使供水壓力發(fā)生改

變，完成整個(gè)控制過(guò)程。其中需要完成的控制流程如圖3.5變，完成整個(gè)控制過(guò)程。其中需要完成的控制流程如圖3.5所示。圖工5變頻恒壓供水系疏控制甌程圖對(duì)于一臺(tái)變頻器帶兩臺(tái)或兩臺(tái)以上電機(jī)的系統(tǒng)，電機(jī)的控制通常按上節(jié)方案2所述流程進(jìn)行.在實(shí)際運(yùn)用中，通常對(duì)水壓的閉環(huán)控制都采用PID控制，電機(jī)增減的控制根據(jù)不同的情況有所不同，但多數(shù)采用頻率、頻率結(jié)合壓力的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。PD的算法和實(shí)現(xiàn)將在3—4.2節(jié)進(jìn)行詳細(xì)闡述，電機(jī)的增減控制算法在將在3.5節(jié)加以分析。變頻供水水泵加減的控制在上面的工作流程中，我們提到當(dāng)一臺(tái)調(diào)速水泵己運(yùn)行在上限頻率，此時(shí)管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍低于設(shè)定壓力，此時(shí)需要增加恒速水泵來(lái)滿足供水要求，達(dá)到恒壓的目的。當(dāng)調(diào)速水泵和恒速水泵都在運(yùn)行且調(diào)速水泵已運(yùn)行在下限頻率，此時(shí)管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍高于設(shè)定壓力，此時(shí)需要減少恒速水泵來(lái)減少供水流量，達(dá)到恒壓的目的。那么何時(shí)進(jìn)行切換，才能使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，同時(shí)使機(jī)組不過(guò)于頻繁的切換？盡管通用變頻器的頻率都可以在60Hz甚于上百Hz范圍內(nèi)進(jìn)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(wú)限地增大和減小。當(dāng)正在變頻狀態(tài)下運(yùn)行的水泵電機(jī)要切換到工頻狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，只能在50F吃時(shí)運(yùn)行，由于電網(wǎng)的限制以及變頻器和電機(jī)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(dá)50比時(shí)，即使實(shí)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(shí)際供水壓力，正如前面所講的那樣，只能夠通過(guò)水泵機(jī)組切換，增加運(yùn)行機(jī)組數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，變頻器的輸出頻率不能夠?yàn)樨?fù)值，最低只能是OHz。其實(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率是不可能降傳到OHz，因?yàn)楫?dāng)水泵機(jī)組運(yùn)行，電機(jī)帶動(dòng)水泵向管網(wǎng)供水時(shí)，由于管網(wǎng)中的水壓會(huì)反推水泵，給帶動(dòng)水泵運(yùn)行的電機(jī)一個(gè)反向的力矩，同時(shí)這個(gè)水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進(jìn)入管網(wǎng)，因此，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率下降到一個(gè)值時(shí)，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實(shí)際的供水壓力也不會(huì)隨著電機(jī)頻率的下降而下降.這個(gè)頻率在實(shí)際應(yīng)用中就是電機(jī)運(yùn)行的下限頻率。這個(gè)頻率遠(yuǎn)大于OHz，具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場(chǎng)所有關(guān)，一般在20Hz左右.由于在變頻狀態(tài)下，水泵機(jī)組中電機(jī)的運(yùn)行頻率由變頻器的輸出頻率決定，這個(gè)下限頻率也就成為變頻器頻率調(diào)節(jié)的下限頻率。4變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論可行性在第二章已對(duì)變頻電機(jī)的理論和在恒壓供水中所產(chǎn)生的效果進(jìn)行了理論分析，在第一水廠中，供水壓力長(zhǎng)期恒定在0.35—0.4MPa之間，在實(shí)際操作中，也經(jīng)常采用機(jī)組切換及閥門掩閥操作.在理論上，如在第一水廠采用變頻電機(jī)實(shí)現(xiàn)恒壓供水，對(duì)恒定供水壓力確保管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定、減少啟動(dòng)電流、節(jié)約電耗都可以產(chǎn)生積極和效果。技術(shù)可行性供水行業(yè)作為特殊行業(yè)，在采用新技術(shù)的同時(shí)，對(duì)技術(shù)穩(wěn)定性、可靠性也有較高要求，變頻恒壓供水技術(shù)雖然出現(xiàn)時(shí)間不長(zhǎng)，但20世紀(jì)90年代，變頻器大規(guī)模進(jìn)人中國(guó)后，發(fā)展迅速，技術(shù)上己逐步成熟.目前國(guó)內(nèi)有90多個(gè)品牌的變頻器，產(chǎn)品主要為：來(lái)自日本的廠家如三菱、富士、東芝、安川、日立和松下等，歐洲的西門子、ABB、施耐德等。同時(shí)也有大量的國(guó)產(chǎn)品牌或合資品牌，如深圳的華為、四川的森蘭、成都的佳靈、南京的耐特和煙臺(tái)的惠豐等。在低壓（4。ov）小容量（315kw以內(nèi)）變頻器范圍上，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在性價(jià)比和可維護(hù)性上己表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景.在國(guó)內(nèi)的上海、廣東等大量中小型供水廠中，都己采用了低壓變頻供水設(shè)施。硬件設(shè)計(jì)變頻供水主電路設(shè)計(jì)供水主電電路設(shè)計(jì)如圖41，采用了以一臺(tái)變頻器連接同時(shí)連接Y3巧電機(jī)和Y28OS電機(jī)。由于變頻恒壓供水改造不需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，故電路設(shè)計(jì)中盡可能保持現(xiàn)有的電氣設(shè)備，以確保系統(tǒng)的可靠性。要注意的是，因?yàn)槭且煌隙绞?，所以必須確保開(kāi)關(guān)IKM與IK入住電氣聯(lián)鎖，ZKMI與ZKN12電氣聯(lián)鎖。連鎖功能由開(kāi)關(guān)柜自身實(shí)現(xiàn)，在變頻器出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，要求可以手工實(shí)現(xiàn)工頻凌頻轉(zhuǎn)換。開(kāi)關(guān)柜KM上設(shè)過(guò)流保護(hù)，開(kāi)關(guān)柜盤(pán)面上設(shè)電流表、有功電能表、開(kāi)、停指按鈕等，還應(yīng)設(shè)一個(gè)多段LED顯示器，以顯示從變頻器PLC控制器內(nèi)取得變頻器運(yùn)行參數(shù)，并能方便操作人員進(jìn)行常用變頻器參數(shù)設(shè)定。

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常門制圖4.1主供水電路原理圖控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)變器控制電路設(shè)計(jì)如圖4.2,其中最主要的利用P比采集壓力信號(hào)進(jìn)行反饋控制。在硬件設(shè)計(jì)中，考慮了各種報(bào)警信號(hào)的處理，液位傳感器用于處于清水池（電機(jī)水源）液位信號(hào)，當(dāng)清水池水位過(guò)低，就必須報(bào)警，必要時(shí)PLC應(yīng)輸出停機(jī)信號(hào)關(guān)閉運(yùn)行電機(jī)。同樣，考慮到變頻器在送水泵房中長(zhǎng)期運(yùn)行可能造成的溫度過(guò)高，可以利用PLC來(lái)判斷溫度報(bào)警信號(hào)并啟動(dòng)強(qiáng)制制冷風(fēng)車，以確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。此外，在中小供水廠中，普遍缺少大型水廠那種齊全的生產(chǎn)監(jiān)控設(shè)備及遠(yuǎn)程停機(jī)控制設(shè)備，應(yīng)將流量和水質(zhì)等信號(hào)接入PLC中，以便生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)事故時(shí)能自動(dòng)緊急停機(jī)，這是不同于小區(qū)和加壓泵站供水的一個(gè)重要方面。直流開(kāi)美電源ML+PLC壓力仲害器史穩(wěn)整氣擺喊■1襤位,傳由整其它施量.水甫傳翕翱猜"他冏開(kāi)團(tuán)宿號(hào)閾門不制奉】?H門數(shù)翻薩薩i?1"密機(jī)改制通電金尊電機(jī)控制能電得浦篇開(kāi)州信號(hào)*廉報(bào)瞥塞制冷且機(jī)fit護(hù)題拊*病號(hào)開(kāi)荒餐并為t弄我?不哀鼻賽”開(kāi)關(guān)?開(kāi)為重療養(yǎng)?圖4.2控制系統(tǒng)原理圖軟件設(shè)計(jì)在控制系統(tǒng)中，變頻器通過(guò)PLC通過(guò)對(duì)電機(jī)出廠壓力點(diǎn)處設(shè)置的壓力變送器反饋信號(hào)，進(jìn)行單閉環(huán)控制。此外，為了適應(yīng)供水情況的突發(fā)變化等，在必要時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)頻率控制功能。P比程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接受外部開(kāi)關(guān)信號(hào)的輸入以及管網(wǎng)的壓力信號(hào)和水池水位信號(hào)，判斷當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)是否正常，然后執(zhí)行程序，由輸出信號(hào)去控制接觸器、繼電器和變頻器等器件，以完成相應(yīng)的控制任務(wù)，除了PID運(yùn)算，PLC主要控制任務(wù)就是輸出頻率的計(jì)算和工頻、變頻的切換。 在設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意的是由于供水系統(tǒng)是一個(gè)慣性較大無(wú)法突變的系統(tǒng)，不需要過(guò)高的響應(yīng)速度，因而在設(shè)計(jì)思想上應(yīng)以查詢方式為主，中斷方式為輔系統(tǒng)初始化程序設(shè)計(jì)在系統(tǒng)開(kāi)始工作的時(shí)候，先要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即在開(kāi)始啟動(dòng)的時(shí)候，先對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)部分的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，如出錯(cuò)則報(bào)警，接著對(duì)模擬量（管網(wǎng)壓力、液位等）數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)表進(jìn)行初始化處理，賦予一定的初值。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，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(guò)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(wèn)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(guò)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)。

圖4.3壓力控制程序流程圖電機(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