【正文】 組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本等諸多特點，變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、防雷避雷技術(shù)、現(xiàn)代控制、遠程監(jiān)控技術(shù)與一體。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便的實現(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。 變頻頻恒壓供水系統(tǒng)在水量增加時，變頻器頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量相應(yīng)增大；用水量減少 時，變頻器頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量亦相應(yīng)減小，保證了供水效率用戶對水壓和水量的要求，同時達到了提高供水品質(zhì)和供水效率的目的；采用該設(shè)備不需建造高位水箱，水塔，水質(zhì)無二次污染，是一種理想的現(xiàn)代化建筑供水設(shè)備。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的主要特點： ① :均配有穩(wěn)壓泵或穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓，在用水量小到一定值時，主泵可停止運轉(zhuǎn)，減少水泵電機的機械磨損并且節(jié)約電能。與傳統(tǒng)供水方式相比變頻恒壓供水能節(jié)能30%60%。 ② :結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，安裝快，投資省，運行穩(wěn)定，無污染，效率高。 ③ :配置靈活，自動化程度高，功能 齊全，靈活可靠。 ④ :運行合理，由于一天內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速下降，軸上的平均扭矩和磨損減少，水泵的壽命將大為提高。 ⑤ :由于能對水泵實現(xiàn)軟停和軟起，消除了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊。 ⑥ :采用單片機，程序靈活多變，精度高，可靠性強，反映速度塊，操作簡便，省時省力。 三：變頻恒壓供水控制系統(tǒng)理論分析 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，并且把電機和水泵連成一體，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)恒壓供水的。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。 圖 11 水壓由壓力傳感器的信號 420mA 送入變頻器內(nèi)部的 PID 模塊，與用戶設(shè)定的壓力值進行比較，并通過變頻器內(nèi)置 PID 運算將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號，以調(diào)整水泵電機的電源頻率，從而實現(xiàn)控制水泵轉(zhuǎn)速。由于變頻器內(nèi)部自帶的 PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑，穩(wěn)定。同 時，為了保證水壓反饋信號值的準確、不失值，可對該信號設(shè)置濾波時間常數(shù)，同時還可對反饋信號進行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試更為簡單、方便。 變頻恒壓控制系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標，在控制上實現(xiàn)出口總管 網(wǎng)的實際供水壓力跟隨設(shè)定的供水壓力。設(shè)定的供水壓力可以是一個常數(shù)，也可 以是一個時間分段函數(shù)，在每一個時段內(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)定的供水壓力上 。 圖 12 從圖 12 中 可以看出，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 和變頻器當前的輸出值相加，得出的值即為變頻器當前應(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。 四：變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計與選型 設(shè)計 變頻恒壓供水系統(tǒng)由控制柜，壓力傳感器，異步電動機及水泵組成，由此構(gòu)成一個壓力負反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。壓力傳感器將管道中的水壓值變換成電信號(4~20mA)，送入 系統(tǒng) 內(nèi)置 數(shù)字 PID 控制器進行 比較，其偏差值經(jīng)控制運算后，去控制變頻器的輸出頻率，通過上位機對當前壓力信號的反應(yīng)，再由 PLC 控制 三 臺水泵電機在工頻電網(wǎng)與變頻器輸出之間切換，改變 三 臺水泵的運轉(zhuǎn)狀態(tài)和轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)。 控制部分是以德國 SIEMENS 可編 程序控制 巡檢綜合判定，控制輸出三個邏輯過程。電氣部分包括 對 水泵電機，變頻器的啟 器 S7300 為核心，實現(xiàn)信號采集，動、停止，以及故障檢測，指示燈的控制， S7300 據(jù)有豐富的指令系統(tǒng)，并且依托 良好的編程界面，很方便程序編制和現(xiàn)場調(diào)試。 S7300 屬于模塊式 PLC，主要由機架、 CPU 模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成。 傳動裝置用了富士變頻器，適用于異步電機無級調(diào)速控制。該變頻器的輸出控制方式為恒 壓頻比 以及 IGBT 大功率晶體管模塊。其優(yōu)點之一是具有高的 切換頻率，可輸出低諧波分量的正弦波，在低速時電機有更大的輸出轉(zhuǎn)矩，降低電機的損耗和噪音，減少了電機運行時的溫升。變頻器可將輸出頻率在控制范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，控制精度為 ，從而達到電機依據(jù)負載的變化連續(xù)平滑調(diào)速，減輕了電機的運轉(zhuǎn)抖動。由于變頻調(diào)速實現(xiàn)異步電機軟起動，降低電網(wǎng)的損耗提高了電機運行時的 cosφ 中，以致于可以省去為改善功率因數(shù)的電容補償以及相應(yīng)控制設(shè)備。 傳感器選用了設(shè)計中需要測量管道出口處的壓力值，故采用遠傳壓力表。可就地顯示壓力值，還可以將信號送到控制器。 外圍設(shè)備主要包括執(zhí)行設(shè)備，如水泵、 接觸器、按鈕、選擇開關(guān) 、 電流互感器等設(shè)備，由于外圍設(shè)備種類較、型號較雜，且不是本設(shè)計的技術(shù)難點，故對其選型說明簡述至此。 1）： 可編程邏輯控制器（ plc）簡介 S7300屬于模塊式 PLC，主要由機架、 CPU 模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成。 PLC 采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式。 OB1 是用于循環(huán)處理的組織塊（主程序），它可以調(diào)用別的邏輯塊，或被中斷程序（組織塊）中斷。在起動完成后，不斷地循環(huán)調(diào)用 OB1，在 OB1 中可以調(diào)用其它邏輯 塊 (FB, SFB, FC 或 SFC)。循環(huán)程序處理過程可以被某些事件中斷。在循環(huán)程序處理過程中， CPU 并不直接訪問 I/O 模塊中的輸入地址區(qū)和輸出地址區(qū)，而是訪問 CPU 內(nèi)部的輸入 /輸出過程映像區(qū)。批量輸入、批量輸出。 S7300PLC是模塊式的 PLC， 本設(shè)計主要用得的有以下部分： ① 中央處理單元（ CPU） 各種 CPU有不同的性能，例如有的 CPU集成有數(shù)字量和模擬量輸入 /輸出點，有的 CPU集成有 PROFIBUSDP等通信接口。 CPU前面板上有狀態(tài)故障指示燈、模式開關(guān)、 24V電源端子、電池盒與存儲器 模塊盒。 ② 信號模塊（ SM） 信號模塊是數(shù)字量輸入 /輸出模塊和模擬量輸入 /輸出模塊的總稱，它們使不同的過程信號電壓或電流與 PLC內(nèi)部的電信號電平匹配。信號模塊主要有數(shù)字量輸入模塊 SM321和數(shù)字量輸出模塊 SM322，模擬量輸入模塊 SM331和模擬量輸出模塊 SM332。模擬量輸入模塊可以輸入熱電阻、熱電偶、 DC4～ 20mA和 DC0～ 10V等多種不同類型和不同量程的模擬信號。每個模塊上有一個背板總線連接器，現(xiàn)場的過程連接到前連接起的 端 子上。 本設(shè)計主要用到的是 模擬量輸入模塊 SM331和模擬量輸出模塊 SM332。 ③ 功能模塊（ FM） 功能模塊主要用于對實時性和存儲容量要求高的控制任務(wù)，例如計數(shù)器模塊、快速 /慢速進給驅(qū)動位置控制模塊、電子凸輪控制器模塊、 步 進電動機定位模塊、伺服電動機定位模塊、定位和連續(xù)路徑控制模塊、閉環(huán)控制模塊、工業(yè)標識系統(tǒng)的接口模塊、稱重模塊、位置輸入模塊、超聲波位置解碼器等。水 位 上 限水 位 下 限變 頻 器 報 警消 鈴 按 鈕試 驗 按 鈕1 號