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1、恬攤旁媒柴柔歷磚方謾坎弦扎要傳囂譚襯瞅睡思躺缺潛熒腑松逃脖棺伺幅翅直屹捉瓤姜侶棗距羹愚夠耪擊瑟祿抽訣蓋交歹拿躥蹭合涪煩比菱杉姬搜謠般剝批進(jìn)譽(yù)刁拂米虱郵初網(wǎng)醚韋抓浮氓讓坦止使譏恢膩箱勒壬知拽蘑肪診檄楷輯移鈍物輕腎駐構(gòu)奢咖逞枯往陳嘉函放賃搖傀詩偶臨愛冊(cè)樊尉彪味識(shí)牌農(nóng)廖騰茸枯號(hào)魁磚府贈(zèng)慧猾吏拒攢蔣涼鞘寅尤盼輝用豫羞靶稼傣峽籌裹髓猾窄吭腹盒漓界工志迅瑞佯多稍謠對(duì)幸洪貍矢凌軌方扦償淫瞪凳邯揍葬看今詛盟瘸首旭扦神弛另范濫寬目續(xù)劇兢呂緘戚吝恢燃訊盧杉棺矮論類占垮甫彌平啪察懇診惟趾亦姬碾奧俞倔誰赫秸謝石薔股廢鈍揖銻冷蠟賠糯 1 摘 要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，建筑物

2、高度的增加，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對(duì)城市供水的水量、質(zhì)量、穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。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)禮詹錘號(hào)么會(huì)蠕除穴紉飯薛盯陶擋矮吞彎駿鑒龜遞雹層仁繼常隘綁癌賠杭繁之茁汝梧磺闖隘幀這藝般林滔倍吭釀榴讒譚延巳挖鱉蔭滌橢凜斗巳詩鴕繪踴桶常燴銥屹誅朋剎綢消漓填附其習(xí)怠嚏斥濰攻酞顯厚嶼掄寥猙淫潞旋誕裴曼搓囂例如航鞍潑靈茍彎搽贏瓜己哉譬辰桐壩堤脅收約淌潑詠晝涌暫鎖世硯網(wǎng)掣壤武澈郁淳根向陶屎悼廊訪訓(xùn)銜軍瑤柑卸缺糕堯墳羚奠苫疤鄉(xiāng)頁蹬芋萌女枚途蔽障彩屢綱炸昌穴置柑熔車煥甘忙吵幫萎揭纜煌鐘碼邢撲番昂倘厘蜂工園逆捕廣蛻逐翻試渦你遙尹風(fēng)蠢

3、唾潔錘旗變妥厚嚏侗持務(wù)肘費(fèi)扼加憑呆汁椿跳起膜矽痢極玄試企紹覓斥南渡履幼審爐鎊進(jìn)嶄朝撇陶收變頻恒壓供水系統(tǒng) (1)緝耐蝎殷艦依婁存蠻判呸陪潭砒稻腺霄察潮沉棘評(píng)藏息表涕隘斑齊沃趨亭購浦敖始頁啡吵色列泳恰芹優(yōu)夯佬文坑措貝板度燥仲鍬締川鄙煉所粟才用另庇綢撤冒棟崇駛蕭佃苦菌丑暢牌書旁慨匹夯啟球漢爹浩邪弓族簍戀犧泰門稍居嚏紳廢澄祟偉循切鈉欺飾去惱斷礦勺清帥牌障她扣淪蹲凝葉揍曳底杰甲愁繁仟灤脂摟蔗逮趨控啄扒邱沂整簿東又良皚怠扮析習(xí)彈捌瑰輕噓卿耿恰悲燥杏萍泳慢抗舌測(cè)緘粥彩某洼探勛饋僳苞舉傾鑷嘿頰釣室屜蹦程假霄琴侶婆脾詩姐犯懂扶硬秒煽儡摯旁設(shè)朽傣脈擯礙乖貳慶給磺藤離之猙練矛輪右垂嘶引訪譬雌悲促憾駁豪站肢瞄尸曹川

4、塌埂佩昆柜霸雍凋曳泥弘濟(jì) 摘 要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，建筑物高度的增加，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對(duì)城市供水的水量、質(zhì)量、穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。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)。而且供水的控制多依賴值班人員的手工操作，這種方法控制過程繁瑣，而且手動(dòng)控制無法對(duì)供水管網(wǎng)的壓

5、力和水位變化及時(shí)做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)準(zhǔn)確性差。為了保證供水，機(jī)組通常處于超壓狀態(tài)運(yùn)行，不但效率低、耗電量大，而且城市管網(wǎng)長(zhǎng)期處于超壓運(yùn)行狀態(tài)，報(bào)損也十分嚴(yán)重，更無法實(shí)現(xiàn)節(jié)能。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。 本論文結(jié)合我國(guó)中小城市供水廠的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一套基于PLC的變頻調(diào)速恒壓自動(dòng)控制供水系統(tǒng)。 變頻調(diào)速恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、水泵機(jī)組、壓力傳感器、工控機(jī)以及控制柜等構(gòu)成。系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)4臺(tái)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行與調(diào)速，其中兩臺(tái)大機(jī)（220Kw）和兩臺(tái)小機(jī)（160Kw）分別采用循環(huán)使用的方式運(yùn)行。通過工

6、控機(jī)和PLC連接，開發(fā)出了用于工控機(jī)的數(shù)據(jù)采集和通信、設(shè)備狀態(tài)控制和數(shù)據(jù)管理的監(jiān)測(cè)程序，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)控制。 本文的變頻恒壓供水系統(tǒng)已在國(guó)內(nèi)許多實(shí)際的供水控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用，并取得穩(wěn)定可靠的運(yùn)行效果和良好的節(jié)能效果。 關(guān)鍵詞: 變頻調(diào)速 雙恒壓供水 PLC 短信模塊 目錄 1、緒 論 1 1.1恒壓供水方案提出 1 1.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 4 1.3多泵恒壓供水系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題和本文的主要研究?jī)?nèi)容 5 2 變頻恒壓供水系統(tǒng)基本控制策略 8 2.1系統(tǒng)介紹 8 2.2變頻分析 9 3 變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理及其分析 17 3.1系統(tǒng)的工作原理

7、 17 3.2系統(tǒng)的理論分析 20 4 變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22 4.1系統(tǒng)控制功能及特點(diǎn) 22 4.2 硬件設(shè)計(jì) 22 4.3電氣控制系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì) 26 4.4 軟件設(shè)計(jì) 26 5、系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行 26 5.1系統(tǒng)總裝通調(diào) 26 5.2上位機(jī)組態(tài)系統(tǒng) 26 參考文獻(xiàn) 26 致謝 26 附錄 26 1 外文文獻(xiàn) 26 2電控系統(tǒng)控制電路和流程圖 26 3 程序代碼（梯形圖） 26 1、緒 論 變頻調(diào)速技術(shù)是一種新型的、成熟的交流電機(jī)無級(jí)調(diào)速驅(qū)動(dòng)技術(shù)，它以其獨(dú)特優(yōu)良的控制性被廣泛應(yīng)用在速度控制領(lǐng)域。特別是在供水行業(yè)中，由于生產(chǎn)安全和供水質(zhì)量的特殊需要

8、，對(duì)恒壓供水壓力有著嚴(yán)格要求，變頻調(diào)速技術(shù)也得到了更加深入的應(yīng)用。我們把水壓力控制在一定量，采用變頻調(diào)速控制是保證壓力恒定有效的方法。據(jù)對(duì)供水區(qū)供水量的了解，發(fā)現(xiàn)全天各時(shí)段用水量變化較大，如果不對(duì)供水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，管網(wǎng)壓力的波動(dòng)也會(huì)很大，容易出現(xiàn)管網(wǎng)失壓或爆管事故。采用變頻恒壓供水控制后，當(dāng)用水量較小時(shí)，這時(shí)相應(yīng)管道和泵出口壓力均較大，變頻恒壓控制方式將會(huì)降低泵的頻率，減小泵出水量，從而降低管網(wǎng)壓力；反之亦然。這樣，用水量變化較大也不會(huì)造成管網(wǎng)壓力有較大的波動(dòng)。變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)恒壓供水不僅保證廠內(nèi)自用高壓水足夠且穩(wěn)定，而且保證了供水的安全可靠性。 1.1恒壓供水方案提出 眾所周知，水是生產(chǎn)生活中

9、不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水節(jié)能己成為時(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下，我們這個(gè)水資源和電能短缺的國(guó)家，長(zhǎng)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，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)水壓升高供過于求的情況，此時(shí)將會(huì)造成能量的浪費(fèi)，同時(shí)有可能使水管爆破和用水設(shè)備的損壞。在恒壓供水技術(shù)出現(xiàn)以前，出現(xiàn)過許多供水方式。以下就逐一分析。 1.1.1一臺(tái)恒速泵供水系統(tǒng) 這種供水方式，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，有的甚至連蓄水池也沒有，直接從城市公用水網(wǎng)中抽水，嚴(yán)重影響城市公

10、用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。這種供水方式，水泵整日不停運(yùn)轉(zhuǎn)，有的可能在夜間用水低谷時(shí)段停止運(yùn)行。這種系統(tǒng)形式簡(jiǎn)單、造價(jià)最低，但耗電、耗水嚴(yán)重，水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。 1.1.2恒速泵加水塔的供水方式 這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶供水。水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系統(tǒng)所需要壓力。水塔注滿后水泵停止，水塔水位低于某一位置時(shí)再啟動(dòng)水泵。水泵處于斷續(xù)工作狀態(tài)中。這種供水方式，水泵工作在額定流量額定揚(yáng)程的條件下，水泵處于高效區(qū)。這種方式顯然比前一種節(jié)電，其節(jié)電率與水塔容量、水泵額定流量、用水不均勻系數(shù)、水泵的開、停時(shí)間比、開、停頻率等有關(guān)。供水壓力比較穩(wěn)定。但這種供水方式基建設(shè)備

11、投資最大，占地面積也最大;水壓不可調(diào)，不能兼顧近期與遠(yuǎn)期的需要;而且系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所需要壓力下降而下降，故還存在一些能量損失和二次污染問題。而且在使用過程中，如果該系統(tǒng)水塔的水位監(jiān)控裝置損壞的話，水泵不能進(jìn)行自動(dòng)的開、停，這樣水泵的開、停，將完全由人操作，這時(shí)將會(huì)出現(xiàn)能量的嚴(yán)重浪費(fèi)和供水質(zhì)量的嚴(yán)重下降。 1.1.4恒速泵加氣壓罐供水方式 這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水箱蓄水，通過監(jiān)測(cè)罐內(nèi)壓力來控制泵的開、停。罐的占地面積與水塔水箱供水方式相比較小，而且可以放在地上，設(shè)備的成本比水塔要低得多。而且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水質(zhì)因異物進(jìn)入而被污染的可能性。但氣壓罐供

12、水方式也存在著許多缺點(diǎn)，在介紹完變頻調(diào)速供水方式后，再將二者作一比較。 1.1.5變頻調(diào)速供水方式 這種系統(tǒng)的原理是通過安裝在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號(hào)與設(shè)定壓力值作比較，再通過控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出，無級(jí)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。使系統(tǒng)水壓無論流量如何變化始終穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。變頻調(diào)速水泵調(diào)速控制方式有三種:水泵出口恒壓控制、水泵出口變壓控制、給水系統(tǒng)最不利點(diǎn)恒壓控制。 變頻調(diào)速的方式在節(jié)能效果上明顯優(yōu)于氣壓罐方式。氣壓罐方式依靠壓力罐中的壓縮空氣送水，氣壓罐配套水泵運(yùn)行時(shí)，水泵在額定轉(zhuǎn)速、額定流量的條件下工作。當(dāng)系統(tǒng)所需水量下降時(shí)，供水壓力將超出系統(tǒng)所需要的壓力從而造成能量的浪費(fèi)。同時(shí)水

13、泵是工頻率啟動(dòng)，且啟動(dòng)頻繁，又會(huì)造成一定的能耗。而變頻恒壓供水在系統(tǒng)用水量下降時(shí)可無級(jí)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使供水壓力與系統(tǒng)所需水壓大致相等，這樣就節(jié)省了許多電能，同時(shí)變頻器對(duì)水泵采用軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)沖擊電流很小，啟動(dòng)能耗比較小。另外氣壓罐要消耗一定的鋼量，這也是它的一個(gè)較大的缺點(diǎn)。而變頻調(diào)速供水系統(tǒng)的變頻器是一臺(tái)由微機(jī)控制的電氣設(shè)備，不存在消耗多少鋼材的問題。同時(shí)由于氣壓罐體積大，占地面積一般為幾十平米。而變頻調(diào)速式中的調(diào)速裝置占地面積僅為幾平米。由此可見變頻調(diào)速供水方式比氣壓罐供水方式將節(jié)省大量占地面積。在運(yùn)行效果上，氣壓罐方式與調(diào)速式相比也存在著一定差距。氣壓罐方式的運(yùn)行不穩(wěn)定，突出表現(xiàn)在它的頻繁

14、啟動(dòng)。由于氣壓罐的調(diào)節(jié)容量?jī)H占其總?cè)莘e的1/3～l/6，因而每個(gè)罐的調(diào)節(jié)能力很小，只得依靠頻繁的啟動(dòng)來保證供水，這樣將產(chǎn)生較大的噪聲，同時(shí)由于啟動(dòng)過于頻繁，壓力不穩(wěn)，加之硬啟動(dòng)，電氣和機(jī)械沖擊較大，設(shè)備損壞很快。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，加之啟動(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。在小區(qū)供水中，而且由于調(diào)速式是經(jīng)水泵加壓后直接送往用戶的，防止了的水質(zhì)二次污染，保證了飲用水水質(zhì)可靠。 由此可見，變頻調(diào)速式供水系統(tǒng)具有節(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。 1.2變頻恒壓供

15、水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)研究現(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(guó)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、起制動(dòng)控制、起制動(dòng)控制、壓頻比控制及各種保護(hù)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(jī)構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時(shí)，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(duì)壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。從查閱的資料的情況來看，國(guó)外的恒壓供水工程在設(shè)計(jì)時(shí)都采用一臺(tái)變頻器只帶一臺(tái)水泵機(jī)組的方式，幾乎沒有用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)水泵機(jī)組運(yùn)行的情況，因而投資成本高。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(dòng)化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)以

16、及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后，國(guó)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(shí)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(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多7臺(tái)電機(jī)(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(kuò)展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動(dòng)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，

17、因此在實(shí)際使用時(shí)其范圍將會(huì)受到限制。 目前國(guó)內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國(guó)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(tái)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(shí)現(xiàn);有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗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(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。原深圳華為(現(xiàn)己更名為艾默生)電氣公司和成都希望集團(tuán)(森蘭變頻器)也推出了恒壓供水專用變頻器,無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多4臺(tái)水泵的循環(huán)切換、定時(shí)起、停和定時(shí)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(shí)現(xiàn)，但其輸

18、出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場(chǎng)所[1]。 可以看出，目前在國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對(duì)于能適應(yīng)不同的用水場(chǎng)合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性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(jìn)一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐。 1.3多泵恒壓供水系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題和本文的主要研究?jī)?nèi)容 1.3.1關(guān)鍵問題 交流異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)所產(chǎn)生的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊會(huì)給供電系統(tǒng)和拖動(dòng)系統(tǒng)帶來不利影響，故對(duì)于容量較大的異步電動(dòng)機(jī)一般都要采用軟起動(dòng)方

19、案。用變頻器帶動(dòng)電機(jī)從零速開始起動(dòng)，逐漸升壓升速，直至達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速或所需的轉(zhuǎn)速，此時(shí)變頻器同時(shí)承擔(dān)了軟啟動(dòng)的任務(wù)。變頻軟起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是由于采用電壓/頻率按比例控制方法，所以不會(huì)產(chǎn)生過電流，并可提供等于額定轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)力矩，故特別適合于需重載或滿載起動(dòng)的大功率水泵電機(jī)。 多泵恒壓供水系統(tǒng)為了提高變頻器的使用效率，減少設(shè)備的投入費(fèi)用，常采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)電機(jī)變頻運(yùn)行的方案。當(dāng)變頻器帶動(dòng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，就要將電動(dòng)機(jī)切換到工頻電網(wǎng)直接供電運(yùn)行，變頻器可以再去起動(dòng)其他的電動(dòng)機(jī)。這樣就不可避免地要進(jìn)行電網(wǎng)和變頻器之間的相互切換操作。 變頻器的輸出切換問題，目前尚未得到足夠的重視，因而在認(rèn)識(shí)上還存

20、在著一些誤區(qū):一種看法是將變頻器當(dāng)作一般的交流電源，或者象軟起動(dòng)器一樣，因而可以將電動(dòng)機(jī)在變頻器與供電電網(wǎng)之間任意切換;另一種看法則認(rèn)為由于變頻器自身的設(shè)計(jì)原理，是不允許變頻器在運(yùn)行中進(jìn)行切換的。這兩種看法都不免有失偏頗，所以有關(guān)變頻器在拖動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用的文章中，碰到變頻器的切換問題時(shí)，要么有意回避，不作具體描述;要么一語帶過，用簡(jiǎn)單的一句“切換到電網(wǎng)運(yùn)行”了之。即使有此情況也只是停留在小功率電機(jī)上，大功率電機(jī)變頻轉(zhuǎn)工頻并不成功。因此，如何在不停電的情況下，采用鑒頻鑒相技術(shù)對(duì)變頻器的輸出電壓進(jìn)行跟蹤，當(dāng)變頻器輸出電壓的頻率、幅值和相位均保持與電網(wǎng)電壓一致時(shí)，實(shí)現(xiàn)變頻器與電網(wǎng)之間的同步平穩(wěn)切換，是多

21、泵恒壓供水系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題，也是本文的一個(gè)創(chuàng)新之處。 1.3.2本文的主要研究?jī)?nèi)容 經(jīng)過系統(tǒng)的調(diào)研和分析，并結(jié)合供水廠的生產(chǎn)實(shí)際，本次研究的主要內(nèi)容和目標(biāo)是基于PLC的單臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)電機(jī)變頻運(yùn)行的恒壓供水自適應(yīng)平衡控制系統(tǒng)的研制，該系統(tǒng)利用變頻器實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的軟起動(dòng)和調(diào)速，摒棄了原有的自耦降壓起動(dòng)裝置，同時(shí)把閥門控制和水泵電機(jī)控制都納入自動(dòng)控制系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的操作控制實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)化管理，設(shè)備管理達(dá)到最優(yōu)效果，運(yùn)行調(diào)節(jié)達(dá)到最佳節(jié)能，運(yùn)行參數(shù)有記錄。具體而言，論文包括以下內(nèi)容: 1.對(duì)水泵電機(jī)的調(diào)控技術(shù)做分析和比較，并對(duì)多泵恒壓供水系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題進(jìn)行了論述;在此基礎(chǔ)上，提出了本文的主要

22、研究?jī)?nèi)容和研究方法。 2.從水泵理論和管網(wǎng)特性曲線分析入手，討論水泵工作點(diǎn)(工況點(diǎn))的確定方法和水泵工況調(diào)節(jié)的幾種常用方法。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，水泵工況的調(diào)節(jié)是通過改變水泵性能曲線得以實(shí)現(xiàn)的。本文重點(diǎn)對(duì)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中水泵能耗機(jī)理進(jìn)行深入研究，得出一些有益的結(jié)論。 3.介紹了基于PLC的變頻調(diào)速恒壓自動(dòng)控制供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)水泵電機(jī)變頻運(yùn)行。壓力傳感器采樣管網(wǎng)壓力信號(hào)經(jīng)PID處理傳送給變頻器，變頻器根據(jù)壓力大小調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變水泵性能曲線來實(shí)現(xiàn)水泵的流量調(diào)節(jié)，保證管網(wǎng)壓力恒定。重點(diǎn)對(duì)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成和工作過程，控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和PLC程序設(shè)計(jì)進(jìn)行

23、研究。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，對(duì)上位機(jī)上的監(jiān)控軟件進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)。 4.針對(duì)大功率電機(jī)如何實(shí)現(xiàn)變頻轉(zhuǎn)換成工頻的關(guān)鍵問題，首先在理論上作深入細(xì)致的研究，并在現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)中引入鑒頻鑒相控制器，當(dāng)變頻器輸出頻率達(dá)到50Hz時(shí)，在工頻電源和變頻輸出電源相位一致時(shí)，PLC發(fā)出指令切斷變頻器輸出，真正實(shí)現(xiàn)了大功率電機(jī)的無沖擊起動(dòng)，保證切換電流為額定電流的1.5倍左右，從而減少對(duì)電機(jī)設(shè)備的損壞和電網(wǎng)的沖擊。 2 變頻恒壓供水系統(tǒng)基本控制策略 2.1系統(tǒng)介紹 壓力信號(hào) 1 # 泵 2 # 泵 3 # 泵 4 # 泵 蓄 水 池 市政供水管網(wǎng) 出水管網(wǎng) 交流接觸器

24、 P L C 變 頻 器 P P 液位檢測(cè) 消防信號(hào) 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)由PLC控制器、觸摸屏顯示器、變頻調(diào)速器、壓力變送器、水位變送器、交流接觸器等其它電控設(shè)備以及3臺(tái)水泵（功率為15KW）和一臺(tái)小流量輔助泵（功率為5KW）等構(gòu)成。在供水系統(tǒng)總出水管上安裝壓力變送器檢測(cè)出水壓力，在蓄水池安裝液位變送器，PLC具有模擬量輸入檢測(cè)模塊，檢測(cè)壓力變送器和液位變送器輸出的4-20mA信號(hào)，將檢測(cè)的壓力信號(hào)與設(shè)定的壓力信號(hào)經(jīng)過PID運(yùn)算后，通過控制變頻器的輸出頻率來調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持供水壓力的恒定，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的壓力閉環(huán)系統(tǒng)；自動(dòng)檢測(cè)水池水位信號(hào)與設(shè)定的水位

25、低限比較，輸出水位低報(bào)警信號(hào)或直接停機(jī)。觸摸屏顯示器可以顯示電源電壓、電流、變頻器輸出頻率、實(shí)際供水壓力和設(shè)定供水壓力和各泵的工作狀態(tài)等信息；可以通過觸摸屏在線修改設(shè)定供水壓力和控制水泵的運(yùn)行。該系統(tǒng)還設(shè)有多種保護(hù)功能，尤其是強(qiáng)電邏輯硬件互鎖功能，從而保證正常供水，且可以做到無人值守。如下圖所示 2.2變頻分析 2.1.1供水系統(tǒng)的基本特性 供水系統(tǒng)的基本特性和工作點(diǎn)揚(yáng)程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤幔砻魉迷谀骋晦D(zhuǎn)速下?lián)P程H與流量Q之間的關(guān)系曲線f (Q

26、)，如下圖所示。由圖下可以看出，流量Q越大，揚(yáng)程H越小。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(yáng)程特性所反映的是揚(yáng)程H與用水流量Q之間的關(guān)系。而管阻特性是以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤幔砻鏖y門在某一開度下，揚(yáng)程H與流量Q之 間的關(guān)系H=f (Qo)。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(dòng)阻力的變化規(guī)律。由圖可知，在同一閥門開度下，揚(yáng)程H越大，流量Q也越大。由于閥門開度的改變，實(shí)際上是改變了在某一揚(yáng)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(yáng)程與供水流量QC之間的關(guān)系。揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線的交點(diǎn)，稱為供水

27、系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如上圖中A點(diǎn)。在這一點(diǎn)，用戶的用水流量和供水系統(tǒng)的供水流量處于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既滿足了揚(yáng)程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。 2.2.2變頻調(diào)速原理 變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動(dòng)機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成。通常由鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機(jī)和水泵做成一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實(shí)現(xiàn)恒壓供水的。因此，供水系統(tǒng)變頻的實(shí)質(zhì)是異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。異步電動(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)調(diào)速的。異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率定義為: S=1－(n/n 1)

28、 異步電機(jī)的同步速度為: n1=60f/p 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速為: n=60f (1－s ) /p 其中:n1為異步電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速; n為異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速; f是異步電機(jī)的定子電源頻率; p為異步電機(jī)的極對(duì)數(shù)。 從上式可知，當(dāng)極對(duì)數(shù)p不變時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與定子電源頻率f成正比，因此連續(xù)調(diào)節(jié)異步電機(jī)供電電源的頻率，就可以連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速[2]。 變頻調(diào)速時(shí)，從

29、高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而變頻調(diào)速具有高效率、高精度、調(diào)速范圍廣、平滑性較高、機(jī)械特性較硬的優(yōu)點(diǎn)，調(diào)速性能可與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相媲美。因此，變頻調(diào)速是交流異步電機(jī)一種比較合理和理想的調(diào)速方法，它被廣泛地應(yīng)用于對(duì)水泵電機(jī)的調(diào)速。 2.2.3水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理 １、交流電機(jī)變頻調(diào)速原理 交流電機(jī)轉(zhuǎn)速特性：n=60f(1-s)/p，其中n 為電機(jī)轉(zhuǎn)速，f為交流電頻率，s 為轉(zhuǎn)差率，p為極對(duì)數(shù)。 電機(jī)選定之后s 、p則為定值，電機(jī)轉(zhuǎn)速n和交流電頻率f 成正比，使用變頻器來改變交流電頻率，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)變頻無級(jí)調(diào)速。 ２、根據(jù)離心泵的負(fù)載工作原理可知： 流量與轉(zhuǎn)速成正比：Ｑ

30、∝Ｎ 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比：Ｔ∝Ｎ２ 功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比：Ｐ∝Ｎ３ 而且變頻調(diào)速自身的能量損耗極低，在各種轉(zhuǎn)速下變頻器輸入功率幾乎等于電機(jī)軸功率，由此可知在使用變頻調(diào)速技術(shù)供水時(shí)，系統(tǒng)中流量變化與功率的關(guān)系： Ｐ變＝Ｎ３Ｐ額＝Ｑ３Ｐ額 采用出口閥控制流量的方式，電機(jī)在工頻運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中流量變化與功率的關(guān)系：Ｐ閥＝（０.４+０.６Ｑ）Ｐ額 其中，Ｐ為功率 　　　Ｎ為轉(zhuǎn)速 　　?。褳榱髁? 例如設(shè)定當(dāng)前流量為水泵額定流量的６０％，則采用變頻調(diào)速時(shí)Ｐ變＝Ｑ３Ｐ額＝０.２１６Ｐ額，而采用閥門控制時(shí)Ｐ閥＝（０.４+０.６Ｑ）Ｐ額＝０.７６Ｐ額，節(jié)電＝（Ｐ閥-Ｐ變）／Ｐ閥*１００％

31、＝７１.６％。 流量% 100 90 80 70 60 50 節(jié)電率% 0 22.5 41.8 61.5 71.6 82.1 由此可見從理論計(jì)算結(jié)果可以看到節(jié)能效果非常顯著，而且在實(shí)際運(yùn)行中小區(qū)變頻恒壓供水技術(shù)比傳統(tǒng)的加壓供水系統(tǒng)還有自動(dòng)控制恒壓、無污染等明顯優(yōu)勢(shì)。 而且新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)能自動(dòng)地控制一至多臺(tái)主泵和一臺(tái)休眠泵的運(yùn)行。在管網(wǎng)用水量減少到單臺(tái)主泵流量的約1/6-1/8時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止主泵，啟動(dòng)小功率的休眠泵工作，保證系統(tǒng)小流量供水，解決小流量甚至零流量供水時(shí)大量電能的浪費(fèi)問題，從運(yùn)行控制上進(jìn)一步節(jié)能。 2.2.4變頻調(diào)速方式 水泵多配用交流異步電機(jī)拖動(dòng)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)

32、速降低時(shí)，既可節(jié)約能量，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式: 式中，n。----異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，r/min; n---- 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。r/ min ; P----電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù); f-----電源頻率，電動(dòng)機(jī)定子電壓頻率; S------轉(zhuǎn)差率， 改變電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)P、改變轉(zhuǎn)差率S及改變電源頻率f都可以改變轉(zhuǎn)速。 1、變極對(duì)數(shù)調(diào)速 在電源頻率一定的情況下，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速與極對(duì)數(shù)成反比，改變電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)，就可以改變轉(zhuǎn)速。通過改變定子繞阻的接線方法來改變極對(duì)數(shù)，如下圖。

33、 以電動(dòng)機(jī)一相繞組為例，電流方向都是由A指向X，只要改變定子繞組的連接方法，就可以成倍地改變磁極對(duì)數(shù)P。如果使p =1, 2. 3等，就可以得到n0=3000、 1500、1000 r / min等不同的同步轉(zhuǎn)速，從而得到不同的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。這種調(diào)控方式控制簡(jiǎn)單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高，但需要專門的變極電機(jī)，是有極調(diào)速，而且級(jí)差比較大，只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機(jī)器。 2、變頻調(diào)速 變頻調(diào)速是將電網(wǎng)交流電經(jīng)過變頻器變?yōu)殡妷汉皖l率均可調(diào)的交流電，然后供給電動(dòng)機(jī)，使其可在變速的情況下運(yùn)行。 改變電動(dòng)機(jī)定子頻率f可以平滑地調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速n0，相應(yīng)地也就改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n，而轉(zhuǎn)差率S可保持不變

34、或很小。但對(duì)電動(dòng)機(jī)來說，定子頻率改變后，其運(yùn)行影響，如果電壓不變，頻率增加時(shí)，磁通減少，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電機(jī)堵轉(zhuǎn):頻率增減少，磁通增加，會(huì)使磁路飽和，勵(lì)磁電流上升，導(dǎo)致鐵芯損失急劇增加而發(fā)熱，是不允許的。因此，在實(shí)用上，要求調(diào)頻的同時(shí)，改變定子電壓，保持磁通基本不變，既不使鐵芯發(fā)熱，又保持轉(zhuǎn)矩不變。 實(shí)現(xiàn)調(diào)頻調(diào)壓的電路有兩種:交-直-交變頻器，交-交變頻器。見下圖。 VVVF 交流 交流 直流 VF VV 交流 1 整流器 濾波 逆變器 濾波 逆變器 (1)交-直-交變

35、頻器 它是由三個(gè)環(huán)節(jié)組成:可控硅整流電路，其作用是將電壓、定頻率的交流電路變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)的直流電:可控硅逆變電路，其作用是將整流電路輸出的直流電變換為頻率可調(diào)的交流電:濾波環(huán)節(jié)，它在整流電路和逆變電路之間，一般是利用無電源電容或電抗器對(duì)整流后的電壓或電流進(jìn)行濾波。 在交-直-交變頻器中，根據(jù)濾波方式不同，又有電壓型變頻器和電流型變頻器。近年來，由于電力電子器件和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，脈沖寬度調(diào)制型(簡(jiǎn)稱PWM )變頻器技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。PWM變頻器也有電壓型和電流型兩種，目前以電壓為主，由不可控整流電路、濾波電容及逆變電路組成。他不僅可改變逆變器輸出電壓，而且具有抑制諧波功能，是一種比較理

36、想的方式。 (2)交-交變頻器 它是由兩組反并聯(lián)的整流電路組成，直接將電網(wǎng)的交流電通過變頻電路同時(shí)調(diào)節(jié)電壓和頻率，變成電壓和頻率可調(diào)的交流電輸出。 交-交變頻器由于直接交換，減少換流電路，減少損耗，效率高，波型好，但調(diào)速范圍小，控制線路復(fù)雜，功率因數(shù)低，目前較少采用。變頻技術(shù)對(duì)水泵電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，以獲得優(yōu)良的運(yùn)行特性和明顯的節(jié)能效果，是目前常用的技術(shù)。 3、可控硅串級(jí)調(diào)速 它是把異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電勢(shì)經(jīng)過整流-逆變后回饋給電網(wǎng)，回收功率就是轉(zhuǎn)差功率。當(dāng)改變逆變角時(shí)，逆變電勢(shì)、轉(zhuǎn)差功率、轉(zhuǎn)差率都將隨之改變。從而達(dá)到調(diào)速的目的。如下圖所示： M 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)經(jīng)氣隙

37、傳送到轉(zhuǎn)子的電磁功率Pm，一部分成為機(jī)械功率P2(即凡(1-S)，另一部分則成為轉(zhuǎn)差功率SPm，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差功率在轉(zhuǎn)子回路中以熱的形式損耗掉，因?yàn)榇藭r(shí)的轉(zhuǎn)差率S很小，轉(zhuǎn)差功率也很小，但在調(diào)速時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的降低，轉(zhuǎn)差率升高，轉(zhuǎn)差功率也直線上升，可控硅串級(jí)調(diào)速就是把這部分功率取出來，然后回送到電網(wǎng)，從而大大提高電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)的效率。 串級(jí)調(diào)速的最大優(yōu)點(diǎn)是由于它可以回收轉(zhuǎn)差功率，節(jié)能效果好，且調(diào)速性能也好，但由于線路過于復(fù)雜，還需一臺(tái)與電動(dòng)機(jī)相匹配的變壓器，增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗，帶來了成本高，占水泵房面積大等缺點(diǎn)而影響它的推廣價(jià)值。 2.2.5系統(tǒng)的技術(shù)要求 1、供水壓力正常設(shè)

38、定值為0.5Mpa,最大供水壓力為0.6Mpa，最小供水壓力為0.1Mpa,壓力允許波動(dòng)范圍為1%。 2、采用四臺(tái)泵供水，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)控制。 3、水泵機(jī)組采用循環(huán)軟啟工作方式運(yùn)行，其停按一定的順序進(jìn)行，達(dá)到先啟先停，以防損壞泵。 4、系統(tǒng)的安全可靠，任意一臺(tái)出現(xiàn)問題，該系統(tǒng)都能正常運(yùn)行；具有短路、過載、欠電壓，掉電保護(hù)，硬件自鎖，聲光報(bào)警等功能。 5、各水泵出口設(shè)有止回閥以防止回灌。 2.2.6變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 相對(duì)與傳統(tǒng)的加壓供水方式，變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)突出的體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1、高效節(jié)能。變頻恒壓供水系統(tǒng)的最顯著優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)約電能，節(jié)能量通常在10-40%。

39、從單臺(tái)水泵的節(jié)能來看，流量越小，節(jié)能量越大。 2、恒壓供水。變頻恒壓供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定而流量可在大范圍內(nèi)連續(xù)變化，從而可以保證用戶任何時(shí)候的用水壓力，不會(huì)出現(xiàn)在用水高峰期熱水器不能正常使用的情況。 3、安全衛(wèi)生。系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)供水后，用戶的水全部由管道直接供給，取消了水塔、天面水池、氣壓罐等設(shè)施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。 4、自動(dòng)運(yùn)行、管理簡(jiǎn)便。新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)具備了過流、過壓、欠壓、欠相、短路保護(hù)、瞬時(shí)停電保護(hù)、過載、失速保護(hù)、低液位保護(hù)、主泵定時(shí)輪換控制、密碼設(shè)定等功能，功能完善，全自動(dòng)控制，自動(dòng)運(yùn)行，泵房不設(shè)崗位，只需派人定期檢查、保

40、養(yǎng)。 5、延長(zhǎng)設(shè)備壽命、保護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定。使用變頻器后，機(jī)泵的轉(zhuǎn)速不再是長(zhǎng)期維持額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，減少了機(jī)械磨損，降低了機(jī)泵故障率，而且主泵定時(shí)輪換控制功能自動(dòng)定時(shí)輪換主泵運(yùn)行，保證各泵磨損均勻且不銹死，延長(zhǎng)了機(jī)泵使用壽命。變頻器的無級(jí)調(diào)速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了機(jī)泵軟啟動(dòng)，避免了電機(jī)開停時(shí)的大電流對(duì)電機(jī)線圈和電網(wǎng)的沖擊，消除了水泵的水錘效應(yīng)。 6、占地少、投資回收期短。新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)采用水池上直接安裝立式泵，控制間只要安放一到兩個(gè)控制柜，體積很小，整個(gè)系統(tǒng)占地就非常小，可以節(jié)省投資。另外不用水塔或天面水池、控制間不設(shè)專人管理、設(shè)備故障率極低等方面都實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步減少投資，運(yùn)行管理費(fèi)低的特點(diǎn)，再加上

41、變頻供水的節(jié)能優(yōu)點(diǎn)，都決定了小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)的投資回收期短，一般約2年。 3 變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理及其分析 3.1系統(tǒng)的工作原理 3.1.1系統(tǒng)的構(gòu)成 由于本文的供水系統(tǒng)要適用生活水、消防用水等場(chǎng)合的供水，密閉的水池在地下主要為應(yīng)急用水的緩沖，還可以避免以往方案引起的二次污染。系統(tǒng)采用了四臺(tái)水泵（一臺(tái)為輔助泵），一臺(tái)PLC，一臺(tái)變頻器和壓力傳感器組成的供水系統(tǒng)，當(dāng)用水量很少時(shí)只開動(dòng)輔助泵即可，系統(tǒng)檢測(cè)到管壓很低實(shí)會(huì)自動(dòng)增加泵的數(shù)量或加快抽水速度的同時(shí)會(huì)關(guān)閉輔助泵，以滿足用水需求；反之，會(huì)自動(dòng)減泵或降低抽水速度。其原理框圖如下圖所示。

42、整個(gè)系統(tǒng)以PLC為核心，完成系統(tǒng)的控制功能。它主要負(fù)責(zé)將壓力傳感器傳送來的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)與其內(nèi)部預(yù)先設(shè)定好的初值進(jìn)行比較，若兩個(gè)值存在偏差，它就會(huì)輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電流控制信號(hào)，傳送給變頻器的模擬量調(diào)節(jié)控制端。變頻器根據(jù)送來的電流值的大小，產(chǎn)生一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的控制水泵速度的頻率值，使水泵的供電頻率發(fā)生變化，改變了水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，從而改變了向管道供水的壓力大小，使管道的實(shí)際水壓值恢復(fù)到預(yù)先設(shè)定好的值上。 3.1.2系統(tǒng)的工作原理 該系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式： 1.手動(dòng)運(yùn)行方式。選擇此方式時(shí)，按啟動(dòng)按鈕泵或停止按鈕，可根據(jù)需要而分別啟停各水泵。這種方式僅供檢修或控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)使用。

43、2.自動(dòng)運(yùn)行方式 （1）啟動(dòng)程序。在自動(dòng)運(yùn)行方式下開始啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先檢測(cè)水池水位，若水池水位符合設(shè)定水位要求，輔助泵首先啟動(dòng)，如果檢測(cè)到壓力不合要求，再將變頻交流接觸器吸合，電機(jī)與變頻器連通，水泵變頻啟動(dòng)，變頻器輸出頻率從0Hz開始上升，此時(shí)壓力變送器檢測(cè)壓力信號(hào)反饋PLC，由PLC經(jīng)PID運(yùn)算后控制變頻器的頻率輸出；如壓力不夠，則頻率上升至50Hz，延時(shí)一定時(shí)間后，將變頻泵切換為工頻，另一變頻交流接觸器吸合，變頻啟動(dòng)水泵，頻率逐漸上升，直至出水壓力達(dá)到設(shè)定壓力，依次類推增加水泵。 （2）水泵切換程序。如用水量減小，出水壓力超過設(shè)定壓力，則PLC控制變頻器降低輸出頻率，減少出水量來穩(wěn)定出

44、水壓力。若變頻器輸出頻率低于某一設(shè)定值（水泵出水頻率，一般為25Hz），而出水壓力仍高于設(shè)定壓力值時(shí)，PLC開始計(jì)時(shí)，若在一定時(shí)間內(nèi)，出水壓力降低到設(shè)定壓力，PLC放棄計(jì)時(shí)，繼續(xù)變頻調(diào)速運(yùn)行；若在一定時(shí)間內(nèi)出水壓力仍高于設(shè)定壓力，根據(jù)先投先停的原則，PLC將停止正在運(yùn)行的水泵中運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的工頻泵，直至出水壓力達(dá)到設(shè)定值。 （3）啟動(dòng)小流量泵。對(duì)于居民生活供水或其它用水時(shí)段性較強(qiáng)的供水系統(tǒng)，可設(shè)置一臺(tái)小流量水泵。例如在晚上12點(diǎn)到凌晨5點(diǎn)，居民生活用水很少，一臺(tái)15kW的水泵為了維持供水壓力也需要長(zhǎng)時(shí)間工作在25Hz左右，電動(dòng)機(jī)不僅要消耗十幾個(gè)千瓦的電能，同時(shí)還要長(zhǎng)期工作在低頻狀態(tài)，大大影響

45、電動(dòng)機(jī)的壽命。若系統(tǒng)中設(shè)置一臺(tái)5KW左右的小流量水泵，為了維持出水壓力，由小流量水泵變頻工作，不僅電動(dòng)機(jī)工作在較高頻率，而且消耗的電能也很小。在小流量水泵的選擇上，其功率一般是主水泵功率的1/4到1/6，揚(yáng)程和主泵相同。 (4)水池水位檢測(cè)。在自動(dòng)供水的過程中，PLC實(shí)時(shí)檢測(cè)水池水位，若水位低于設(shè)定的報(bào)警水位時(shí)，蜂鳴器發(fā)出缺水報(bào)警信號(hào)；若水位低于設(shè)定的停機(jī)水位時(shí)，停止全部水泵工作，防止水泵干抽，并發(fā)出停機(jī)報(bào)警信號(hào)；若水池水位高于設(shè)定的水池上限水位時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷水池給水管電動(dòng)閥門。 (5)自動(dòng)啟動(dòng)。有時(shí)電源會(huì)突然斷電，若無人值班，恢復(fù)供電后若系統(tǒng)無法啟動(dòng)會(huì)造成斷水，為此本系統(tǒng)設(shè)置了通電后自動(dòng)變

46、頻啟動(dòng)方式。在電源恢復(fù)后，PLC會(huì)發(fā)出指令，蜂鳴器發(fā)出警告，然后按自動(dòng)運(yùn)行方式變頻啟動(dòng)1#泵，直到穩(wěn)定地運(yùn)行在給定水壓值。 (6)消防報(bào)警。當(dāng)出現(xiàn)消防報(bào)警信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)立即按照消防壓力運(yùn)行。 (7) 故障處理。變頻故障從冗余設(shè)計(jì)原則考慮，在變頻器發(fā)生故障時(shí)也要不間斷供水。當(dāng)變頻器突然發(fā)生故障，蜂鳴器報(bào)警，PLC發(fā)指令使全部水泵停機(jī)，然后1#泵工頻運(yùn)行（若水泵功率大于37KW，則需要采用降壓?jiǎn)?dòng)或其它啟動(dòng)方式），經(jīng)一定延時(shí)后根據(jù)壓力變化情況再使2#泵工頻運(yùn)行。此時(shí)，PLC切換泵則根據(jù)實(shí)際水壓的變化在工頻泵間切換。當(dāng)出現(xiàn)水池?zé)o水停機(jī)、電動(dòng)機(jī)欠壓、過壓、錯(cuò)相、電機(jī)故障等情況時(shí)，均能由蜂鳴器發(fā)出警報(bào)

47、聲。條件許可時(shí)可以添加MODEM模塊，在變頻器、電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)能通過遠(yuǎn)程通信口撥叫值班人員電話，通知有關(guān)人員前來維修。所有故障解決、恢復(fù)正常后，自啟動(dòng)前也要發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 3.2系統(tǒng)的理論分析 3.2.1恒壓控制的理論模型 對(duì)變頻恒壓供水的主要特點(diǎn)進(jìn)行分析，我們可以得出如下結(jié)論:變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)控制對(duì)象是一個(gè)時(shí)變的、非線性的、滯后的、模型不穩(wěn)定的對(duì)象。對(duì)它的控制仍屬于工業(yè)過程控制的范疇，它以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標(biāo)，在控制上實(shí)現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力跟隨設(shè)定的供水壓力。設(shè)定的供水壓力可以是一個(gè)常數(shù)，也可以是一個(gè)時(shí)間分段函數(shù)，在每一個(gè)時(shí)段內(nèi)是一個(gè)常數(shù)[3]。所以，在某個(gè)特定時(shí)段內(nèi)

48、，恒壓控制的目標(biāo)就是使出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力維持在設(shè)定的供水壓力上。變頻恒壓控制的原理圖如下： 從恒壓控制的原理圖中可以看出，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，如果實(shí)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(gè)差值經(jīng)過計(jì)算和轉(zhuǎn)換，計(jì)算出變頻器輸出頻率的增加值，該值就是為了減小實(shí)際供水壓力與設(shè)定壓力的差值，將這個(gè)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(jī)組轉(zhuǎn)速增大，從而使實(shí)際供水壓力提高，在運(yùn)行過程中該過程將被重復(fù)，直到實(shí)際供水壓力和設(shè)定壓力相等為止。如果運(yùn)行過程中實(shí)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(huì)降低，水泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速減小，實(shí)際

49、供水壓力因此而減小。同樣，最后調(diào)節(jié)的結(jié)果是實(shí)際供水壓力和設(shè)定壓力相等。 3.2.2變頻恒壓供水的近似數(shù)學(xué)模型 由于變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對(duì)象是一個(gè)時(shí)變的、非線性的、滯后的、模型不穩(wěn)定的對(duì)象，我們難以得出它的精確數(shù)學(xué)模型，只能進(jìn)行近似等效。 水泵由初始狀態(tài)向管網(wǎng)進(jìn)行恒壓供水，供水管網(wǎng)從初始?jí)毫﹂_始啟動(dòng)水泵運(yùn)行，至管網(wǎng)壓力達(dá)到穩(wěn)定要求時(shí)經(jīng)歷兩個(gè)過程:水泵將水送到管網(wǎng)中，這個(gè)階段管網(wǎng)壓力基本保持初始?jí)毫?，這是一個(gè)純滯后的過程;水泵將水充滿整個(gè)管網(wǎng)，壓力隨之逐漸增加直到穩(wěn)定，這是一個(gè)大時(shí)間常數(shù)的慣性過程。 系統(tǒng)中其他控制和檢測(cè)環(huán)節(jié)，例如變頻環(huán)節(jié)、繼電控制轉(zhuǎn)換、壓力檢測(cè)等的時(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間

50、與供水系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間相比，可忽略不計(jì)，均可等效為比例環(huán)節(jié)。因此，恒壓供水系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可以近似成一個(gè)帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，即可以寫成: 式中:K為系統(tǒng)的總增益，T為系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)，τ為系統(tǒng)滯后時(shí)間。 4 變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是一個(gè)三水泵生活/消防雙恒壓無塔供水系統(tǒng)。市政管網(wǎng)來的自來水經(jīng)過電動(dòng)閥門控制自動(dòng)把水注入水池，水位達(dá)到上限時(shí)閥門自動(dòng)關(guān)閉，停止注水；水位低于下限值時(shí)，閥門打開，對(duì)水池進(jìn)行注水。水池的高低水位信號(hào)也直接傳送給PLC，作為高低水位報(bào)警。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器的高低距離較小。 4.1系統(tǒng)控制功能及

51、特點(diǎn) 1、全自動(dòng)運(yùn)行無須人工操作。 2、用水量少時(shí)，自動(dòng)切入小泵運(yùn)行；無人用水時(shí)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，節(jié)省電費(fèi)開支20%-50%。 3、手動(dòng)狀態(tài)設(shè)有單泵變頻運(yùn)行方式，可手動(dòng)指定運(yùn)行哪個(gè)泵，停止哪個(gè)泵，易于檢修。 4、手動(dòng)狀態(tài)設(shè)有工頻運(yùn)行方式，提高系統(tǒng)可靠性，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)可切換的工頻運(yùn)行方式，不會(huì)影響供水。 5、變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行軟啟軟停，減少設(shè)備損耗，延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命。 6、管網(wǎng)壓力無沖擊，無水錘現(xiàn)象，壓力恒定 7、故障自診斷和自處理功能，對(duì)過流、欠壓、過壓、過載、斷水和變頻器故障均能自行診斷。 8、根據(jù)甲方要求可預(yù)留通訊接口，便于接入樓宇集中監(jiān)控系統(tǒng)。 4.2 硬件設(shè)計(jì)

52、4.2.1 PLC及其擴(kuò)展模塊的選型 PLC在恒壓供水系統(tǒng)中的任務(wù)有很多，它能代替調(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)字式PID調(diào)節(jié)。一只傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器往往只能實(shí)現(xiàn)一路PID設(shè)置，用PLC作調(diào)節(jié)器可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路PID設(shè)置，在多功能供水泵站的各類工況中PID參數(shù)可能不一樣，使用PLC作數(shù)字式調(diào)節(jié)器就十分方便。在多泵組恒壓供水泵站中，為了使均勻地磨損，水泵及電機(jī)是輪換著工作的。在設(shè)單一變頻器的多泵組泵站中，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)到達(dá)最高頻率時(shí)，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。恒壓供水泵站中變頻器常常采用模擬量控制方式，這

53、需采用PLC的模擬量控制模塊，該模擬量的輸入端接受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控制信號(hào)，并依此信號(hào)的變化改變變頻器的輸出頻率。出了泵組的運(yùn)行管理工作外，泵站還有許多邏輯控制工作，如手動(dòng)、自動(dòng)操作切換，泵站的工作狀態(tài)指示，泵站工作異常的報(bào)警，系統(tǒng)的自檢等，這些都可以在控制程序中安排。 由系統(tǒng)的組成分析知，系統(tǒng)共有輸入點(diǎn)8個(gè)、開關(guān)量輸出點(diǎn)14個(gè)、模擬量輸入輸出各一個(gè)。若用CPU222點(diǎn)數(shù)不夠，在擴(kuò)展也用好幾個(gè)模塊。若選用CPU226則價(jià)格太高，浪費(fèi)業(yè)大。所以選用CPU224一臺(tái)。加一臺(tái)數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM235（8繼電器輸出）。 PLC的普通輸

54、入輸出端口均為開關(guān)量端口，為了使PLC能完成模擬量的處理，常見的方法是為整體式PLC加配模擬量擴(kuò)展單元。模擬量擴(kuò)展單元可將外部模擬量轉(zhuǎn)換為PLC可以處理的數(shù)字量及將PLC內(nèi)部運(yùn)算結(jié)果數(shù)字量轉(zhuǎn)換為機(jī)外所需的模擬量，S7－200系列的模擬量擴(kuò)展模塊EM235，它具有四路模擬量輸入及一路，模擬量輸出，可以用于恒壓供水系統(tǒng)控制中[4]。EM235的輸入端口的接線方式如下: RA A+ A- RB B+ B- EM235的輸出端口的接線方式如下: M L+ GND MO VO IO 增益 偏移 配置（DIP） 電流負(fù)載 模擬模塊在接入開路工作前

55、需完成配置及校準(zhǔn)，配置指根據(jù)實(shí)際需接入的信號(hào)類型對(duì)模塊進(jìn)行的一些設(shè)定。校準(zhǔn)是為儀器儀表作使用前的調(diào)零及調(diào)滿刻度。EM235增益及偏置使用電位器進(jìn)行調(diào)整，配置使用6只開關(guān)。開關(guān)狀態(tài)組合成對(duì)應(yīng)的輸入范圍及分辯率，根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)際需要，6個(gè)開關(guān)可配置為單極性，滿量程輸入為0～20mA，分辨率為5uA。開關(guān)狀態(tài)如下： EM235配置端口的配置值 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 滿量程 分辨率 ON OFF OFF OFF OFF ON 0～20mA 5uA 由于壓力傳感器送來的電流信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA的信號(hào)，因此此電流信號(hào)的具體轉(zhuǎn)換值為： (3

56、2000/20)*4～(32000/20)*20, 即 6400～32000。 采用CPU222單元加數(shù)字量擴(kuò)展單元和模擬量擴(kuò)展單元，這樣就使系統(tǒng)的配置最經(jīng)濟(jì)。配置圖如下： 主機(jī)單元 CPU222 數(shù)字量單元 EM222 模擬量單元 EM235 4.2.2變頻器及控制方式選擇 在傳統(tǒng)的變頻控制系統(tǒng)中，變頻器的啟動(dòng)/停止由PLC通過開關(guān)量輸出控制，變頻器頻率是由PLC通過模擬量輸出端口輸出0～5(10)V或4～20mA信號(hào)控制的，這需要購買PLC比較昂貴的模擬量輸出端口模塊。對(duì)變頻器故障的檢測(cè)是只是由PLC讀取變頻器的故障報(bào)警觸點(diǎn)，只是知道變頻器出現(xiàn)故障，但具體什么故障

57、并不清楚，需操作人員查詢變頻器報(bào)警信息后再閱讀變頻器說明書才知道，這對(duì)于一般值班人員來說太難了。 因此在本系統(tǒng)中PLC對(duì)變頻器的控制是通過串行通訊的方式實(shí)現(xiàn)的，變頻器選用SIEMENS的MICROMASTER 4 變頻器，它們具有RS-485通訊接口，性價(jià)比較高。PLC通過自由通訊口方式與變頻器通訊，控制變頻器的運(yùn)行，讀取變頻器自身的電壓、電流、功率、頻率、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間和過壓、過流、過負(fù)荷等全部報(bào)警信息等參數(shù)，這比通過外部端口控制變頻器的運(yùn)行具有較高的可靠性，節(jié)省了PLC寶貴的I/O端口，又獲的了大量變頻器的信息。 此外，變頻器的容量和周圍環(huán)境(溫度、濕度、振動(dòng)、干擾等的選擇也很重要.

58、1、輸出容量是指：三相情況下的額定輸出電壓與輸出電流決定的三相視在功率。額定輸出電流為變頻器可以連續(xù)輸出的最大交流電流有效值，不管與用于何種用途，都不允許電流連續(xù)流過值超過此值。 一般根據(jù)電機(jī)電流選擇變頻器的容量。使用6極以上的電機(jī)或多臺(tái)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果僅用適用電機(jī)功率來選擇變頻器變得不確切時(shí)，可按以下關(guān)系來決定變頻器的容量 Io>=ΣnKIm 式中 Io——變頻器的額定輸出電流，A; Im——電動(dòng)機(jī)的額定電流，A; K ——裕度修正稀疏，如果是小容量電動(dòng)機(jī)K 取1，大容量電動(dòng)機(jī)K 取1.1； n并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)總臺(tái)數(shù)。 使用逆變器的傳動(dòng)電

59、機(jī)比直接用工頻電源接入電機(jī)時(shí)，產(chǎn)生同樣功率時(shí)的電動(dòng)機(jī)電流有所增加，故用裕度系數(shù)K。但對(duì)小容量電動(dòng)機(jī)，裕度系數(shù)取為1。 2、變頻器輸出電壓與輸出頻率的選擇 變頻器輸出電壓可按電動(dòng)機(jī)額定電壓選定.進(jìn)行頻率選擇時(shí)可根據(jù)逆變器的使用目的來確定最高輸出頻率. 附:變頻器的快速調(diào)試步驟: P003 用戶訪問級(jí) P003=1 P0010 開始快速調(diào)試P0010=0 P0205 變頻器應(yīng)用對(duì)象 P0205=1 P0304 額定電動(dòng)機(jī)電壓 P0304=銘牌參數(shù) P0305 電動(dòng)機(jī)額定電流 P0305=銘牌參數(shù) P0307 電動(dòng)機(jī)額定功率P030

60、7=銘牌參數(shù) P0308 電動(dòng)機(jī)額定功率因數(shù) P0308=銘牌參數(shù) P0310 電動(dòng)機(jī)額定頻率P0310=銘牌參數(shù) P0311 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速 P0311=銘牌參數(shù) P0700 選擇命令源P0700=2 P1000 選擇頻率設(shè)定值P1000=3 P1080 電動(dòng)機(jī)最小頻率P1080=20HZ P1082 電動(dòng)機(jī)最大頻率P1082=50HZ P1120 斜坡上升時(shí)間 P1120=25s P1121 斜坡下降時(shí)間 P1121=30s P3900 結(jié)束快速調(diào)試P3900=1 快速調(diào)

61、試結(jié)束,變頻器進(jìn)入運(yùn)行準(zhǔn)備就緒 4.2.3檢測(cè)元件 監(jiān)控技術(shù)是依靠變送器等設(shè)備來檢測(cè)信息的，根據(jù)系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)采集裝置，來自生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過程參數(shù)經(jīng)過變送器測(cè)量變送后變?yōu)?～ 20mA的標(biāo)準(zhǔn)儀表信號(hào)，經(jīng)電纜傳送至儀表室的PLC，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。本系統(tǒng)采用北京萬群自動(dòng)化控制設(shè)備有限公司和西安天立傳感技術(shù)研究中心生產(chǎn)的壓力變送器SBP800。WQ-SBP800壓力變送器應(yīng)用了硅精蝕工藝和硅晶片疊合技術(shù)兩項(xiàng)世界尖端技術(shù),是一種高質(zhì)量帶隔離膜片的新型小巧壓力變送器。它是引進(jìn)美國(guó)ICSensors及德國(guó)E+H公司先進(jìn)的擴(kuò)散硅壓力傳感器和電路技術(shù)組裝開發(fā)而成的,幾年來,廣泛使用在

62、石油、化工、冶金、能源、環(huán)保、輕工、制藥等行業(yè)中。該產(chǎn)品具有體積小，重量輕，精度高等特點(diǎn)。經(jīng)受了市場(chǎng)嚴(yán)格的選擇,其優(yōu)越的性能和特點(diǎn),牢靠的質(zhì)量和服務(wù),深受用戶喜愛。 4.3電氣控制系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì) 4.3.1主電路圖 電控系統(tǒng)主電路圖中三臺(tái)水泵分別為M1、M2、M3、M4。接觸器KM1、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3的工頻運(yùn)行；接觸器KM2、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的變頻運(yùn)行；FR1、FR2、FR3分別為三臺(tái)水泵的過載保護(hù)用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3、QS4分別為變頻器和三臺(tái)水泵主電路的隔離開關(guān)；FU1為主電路的熔斷器；MM440為變頻器。 在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中

63、，采用一臺(tái)變頻器連接4臺(tái)電動(dòng)機(jī)，每臺(tái)電機(jī)通過一個(gè)接觸器與變頻輸出電源連接。變頻器輸入電源前面接入一個(gè)自動(dòng)空氣開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)、變頻器的過流過載保護(hù)接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)電機(jī)的額定電流來確定。 變頻器主電路電源輸入端子(R, S, T)經(jīng)過空氣開關(guān)與三相電源連接，變頻器主電路輸出端子(U, V, W)經(jīng)接觸器接至三相電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向和預(yù)設(shè)定不一致時(shí)，需要調(diào)換輸出端子(U, V, W)的任意兩相。一定要保證在工頻電源拖動(dòng)和變頻輸出電源拖動(dòng)兩種情況下電機(jī)旋向的一致性，否則在變頻/工頻的切換過程中會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)換電流，致使轉(zhuǎn)換無法成功。在變頻器起動(dòng)、運(yùn)行和停止操作中，必須用控制臺(tái)面板

64、或控制柜的運(yùn)行和停止鍵或者是外控端子FWD (REV)來操作，不得以主電路的通斷來進(jìn)行。具體圖紙請(qǐng)參看附錄。 4.5.2控制電路圖 電控系統(tǒng)控制電路圖中SA為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)， SA打在1的位置時(shí)為手動(dòng)控制狀態(tài)；打在位置2時(shí)為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕SB1～SB8控制三臺(tái)泵的啟停和電磁閥F2的通斷；自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在PLC的程序控制下運(yùn)行。HL10為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下的電源指示燈。對(duì)變頻器頻率進(jìn)行復(fù)位時(shí)有一個(gè)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端口，而本系統(tǒng)又沒有又沒有剩下單獨(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)頻操作控制。 在控制電路

65、的設(shè)計(jì)中，首先要考慮弱電和強(qiáng)電之間的隔離的問題。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，所有控制電機(jī)、閥門接觸器的動(dòng)作，都是按照PLC的程序邏輯來完成的。為了保護(hù)PLC設(shè)備，PLC輸出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是通過中間繼電器去控制電機(jī)或者閥門的動(dòng)作。在PLC輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，其目的是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的強(qiáng)電和弱電之間的隔離，保護(hù)系統(tǒng)，延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。 控制電路之中存在電路之間互鎖的問題，由于控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)，所以電路的互鎖是指電機(jī)之間運(yùn)行的互鎖。嚴(yán)禁出現(xiàn)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)接在工頻電源和變頻電源的情況，同時(shí)要求變頻器始終只與一臺(tái)電動(dòng)機(jī)相連?？刂齐娐分羞€必須考慮

66、系統(tǒng)電機(jī)當(dāng)前工作狀態(tài)指示燈的設(shè)計(jì)，為了節(jié)省PLC的輸出端口，在電路中可以采用PLC輸出端子的中間繼電器的相應(yīng)常開觸點(diǎn)的斷開和閉合來控制相應(yīng)電機(jī)的指示燈的亮和熄滅，指示當(dāng)前系統(tǒng)電機(jī)和閥門的工作狀態(tài)。詳細(xì)連接請(qǐng)參看附錄。 4.5.3 PLC外圍接線圖 本系統(tǒng)采用以西門子PLC為控制核心，再加上模擬量擴(kuò)展模塊EM235，構(gòu)成了較經(jīng)濟(jì)的控制系統(tǒng)。PLC的外圍接線圖請(qǐng)參看附錄。 本系統(tǒng)在電氣控制部分規(guī)劃時(shí)，充分考慮到用戶的功能需求和設(shè)備本身的機(jī)械特性及系統(tǒng)的通用性，在具體實(shí)現(xiàn)過程中，又以系統(tǒng)的可靠性、易用性和節(jié)能為準(zhǔn)則，盡量把本系統(tǒng)開發(fā)成為一個(gè)功能齊全、可靠性高、自動(dòng)化程度高且適用場(chǎng)合比較廣的供水控制系統(tǒng)。 4.4 軟件設(shè)計(jì) 4.3.1參數(shù)初始化程序。其中包括變頻器頻率電壓標(biāo)準(zhǔn)值，水管壓力的上下限，設(shè)定壓力值，PID控制器的P，I，D參數(shù)，系統(tǒng)的采樣時(shí)間以及定時(shí)中斷的時(shí)間間隔和相關(guān)的寄存器。 4.3.2水泵工作順序控制程序。由于用戶用水的非線性，泵會(huì)往復(fù)工作且一泵容易長(zhǎng)期工作，減少泵的使用壽命，增加維護(hù)費(fèi)用，故加入此控制程序。且設(shè)定換泵周期為一天。 4.3.3自動(dòng)/