【正文】 有企業(yè)和民營企業(yè)所占比重僅僅為33%。我國生產(chǎn)液位變送器的規(guī)模小，專業(yè)人才短缺、研發(fā)能力弱，難與國外企業(yè)相抗衡。壓力變送器是指輸出為標準信號的壓力傳感器。是接受壓力的一種變量，經(jīng)傳感器轉換以后，將壓力變化量轉換為一定比例的標準輸出信號的儀表。壓力變送器是由壓力傳感器、過程連接部件、測量電路三部分組合而成，將測壓傳感器感受到的氣體或者液體等壓力參數(shù)轉換成標準的電信號（如4~20mADC等），以供給記錄儀、指示報警儀、調節(jié)器等二次儀表進行測量、指示和過程調節(jié)，是直接與被測介質互相接觸的現(xiàn)場儀表，常常在高溫、低溫、腐蝕、振動、沖擊等環(huán)境中工作。在石油、化工、電力、鋼鐵、輕工等行業(yè)的壓力測量及現(xiàn)場控制中應用非常廣泛。主要分為電容式壓力變送器和擴散硅壓力變送器，陶瓷壓力變送器，應變式壓力變送器等。它的的發(fā)展大體經(jīng)歷了以下四個階段：(1)壓力變送器在早期采用大位移式的工作原理，精度低、而且本身笨重。(2)20世紀中期，隨著力平衡式差壓變送器的出現(xiàn)，他的精度有所提高，但是反饋力很小，結構、性能等均不高。(3)70年代中期，伴隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，科研出的位移式變送器結構簡單的，且小巧靈活。(4)到今天，科學技術達到飛速發(fā)展的高潮，出現(xiàn)的這批變送器更加符合我們的應用實際，精度高、逐漸實現(xiàn)智能化，輸出的數(shù)字信號更容易被采集。20世紀90年代，伴隨著現(xiàn)場總線技術的迅速崛起，工業(yè)過程控制系統(tǒng)逐漸向具有智能儀表控制和雙向通信的方向發(fā)展。由此，新一代的智能壓力變送器產(chǎn)生了。它們的主要特點如下。(1)能夠輸出數(shù)字量。(2)出現(xiàn)了自診斷功能，在接通電源時將會自動進行自檢,在工作中實現(xiàn)了運行檢查。(3)微處理器和基本傳感器之間具有雙向通信的功能，構成了閉環(huán)工作系統(tǒng)。(4)擁有了信息存儲和記憶的功能。(5)擁有自補償功能，如非線性、響應時間、噪聲、溫度誤差和交叉感應等的補償?；谝陨系墓δ?智能壓力變送器在精度、重復性、穩(wěn)定性和可靠性等方面都得到改善與提高。其雙向通信功能更是實現(xiàn)了計算機軟件控制及遠程設定量程等狀態(tài)。 本設計的主要研究內容本設計是以由加壓站和水源井群組成的某供水廠為遠在方圓15KM外的幾十個村莊供水系統(tǒng)為控制對象，設計一套基于電氣及儀表控制的的變頻恒壓供水系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、可靠地運行。系統(tǒng)是由補水及供水兩部分組成的。補水的時候根據(jù)水池水位對3臺潛水泵進行控制，在水池水位設超高、高、低、超低4個水位，潛水泵控制應能根據(jù)水池水位的高低控制所啟動的潛水泵臺數(shù)，從3眼井組成的水源井群中抽水注入加壓站的蓄水池中。當水位為超高水位的時候，應停止所有的潛水泵；當水位為高水位的時候，只啟動一臺潛水泵，當水位為低水位的時候，啟動兩臺潛水泵，當水位為超低水位的時候，同時啟動三臺潛水泵。采用水位傳感器及數(shù)字顯示儀表實現(xiàn)水位顯示電路，實現(xiàn)四限位、三臺潛水泵的起停。供水部分是由兩臺加壓水泵組成的，采用變頻調速控制。根據(jù)用戶要求的供水壓力供水，當一臺水泵能滿足供水要求時，只由一臺水泵變頻調速供水，當一臺水泵難以滿足供水要求時，自動啟動第二臺水泵，同時第一臺工頻運行，第二臺水泵的啟動應為變頻軟啟動。當兩臺水泵供水壓力高于要求的供水壓力時，自動停止一臺供水加壓泵。兩臺水泵既能實現(xiàn)變頻運行又能實現(xiàn)工頻運行，當變頻器故障時，應能工頻運行供水。變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻器、加壓水泵機組和壓力變送器等一起組成的完整閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)。本設計中有1個貯水池，3臺潛水泵，2臺加壓泵，變頻器根據(jù)供水管網(wǎng)的壓力，自動控制各個水泵之間、不同水泵之間的工、變頻切換，并且根據(jù)當前壓力檢測值和給定值之間的偏差進行PID運算，結果輸出給變頻器的端子，作用他的輸出頻率，調節(jié)供水的流量，使供水的壓力恒定。根據(jù)上述的控制要求，進行系統(tǒng)方案整體的設計。選出相應的電器、控制儀表、電線、電纜等硬件設備，繪制出控制系統(tǒng)的電氣電路及變頻調速控制電路。第二章 控制方案擬定 變頻調速恒壓供水的主要特點變頻調速恒壓供水系統(tǒng)與過去的典型的供水方式相比在運行的經(jīng)濟性、設備的節(jié)約性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面都有具有典型的優(yōu)勢。在過去，恒速泵加壓供水始終保持一個速度、在用戶用水量不同時不能很好地調節(jié)出水量的多少，可能造成資源的浪費同時損壞供水設備；水塔高位水箱供水在資源節(jié)約方面可能會比恒速泵更經(jīng)濟一些，但水塔的進水無疑又成為一個難題。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)能很好地用于農村供水廠和城市里小區(qū)的生活用水、消防用水以及工業(yè)生產(chǎn)用水等眾多供水場合，主要具有以下特點：(1)供水系統(tǒng)要具有通用性。面向多種的供水系統(tǒng)，不同用水量和揚程，供水系統(tǒng)結構存在著很大的差異，因此模型要有很強的多變性，供水系統(tǒng)要有通用性。(2)供水系統(tǒng)的控制對象是給用戶供水的水壓，它是一個過程量，與其他一些過程控制量一樣，對控制作用的響應具有滯后性，同時用于對水泵轉速控制的變頻器也存在一定的滯后性。(3)水泵的電氣控制柜，同時具有遠程和就地控制的功能，數(shù)據(jù)通訊接口能與控制信號或者軟件相連，對供水的實時數(shù)據(jù)進行傳送，以便實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、監(jiān)控以及報表的打印等功能。(4)由于在變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)中，由于始終存在泵的起、停。這樣不同水泵的運行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的參數(shù)，使系統(tǒng)參數(shù)不斷發(fā)生變化，由此，科學認為，變頻調速恒壓供水控制系統(tǒng)的對象是不確定、時時發(fā)生變化的。(5)當意外情況出現(xiàn)的時候(如突然斷電、停水等外部故障，或者水泵、變頻器或軟啟動器等內部故障)，系統(tǒng)能根據(jù)當前工況自動進行調節(jié)切換，保證供水壓力的恒定，且能同時滿足用戶的用水需求。(6)有專門的故障程序或者故障電路，在故障突發(fā)時執(zhí)行，保證在突發(fā)情況下，仍能進行供水。(7)通過反饋的參數(shù)調節(jié)變頻器的頻率來控制水泵的轉速，實現(xiàn)恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對每臺加壓水泵實行變頻軟啟動，電流可以從零到到電機額定電流，減少了直接啟動對電網(wǎng)的沖擊，同時降低了直接啟動大慣性對設備的轉速沖擊，延長了設備的使用壽命。 變頻調速恒壓供水的節(jié)能原理 供水系統(tǒng)的基本特性圖，為供水系統(tǒng)的基本特性圖，它是在供水系統(tǒng)中，管路的閥門開度保持不變?yōu)榍疤岬臈l件下，供水系統(tǒng)的基本特性和揚程特性，表明加壓泵在某同一轉速下的流量（Q）與揚程（H）之間的關系f(Q)。由圖可知，流量與揚程大致呈反比關系，流量增大時，揚程反而會下降。若管路中閥門開度和加壓泵轉速都恒定不變，此時流量的大小主要取決于實時用水用戶的多少和用水的情況，因此，用水流量Q(u)和揚程H之間的關系反映的是揚程特性。以加壓泵的轉速保持不變、閥門在某一特定開度下保持不變?yōu)榍疤岱从车氖枪茏杼匦?，此時揚程H與流量Q之間的關系H f (Qc )。管阻特性反映了在供水管道中流動的液體阻力的變化規(guī)律，以及加壓泵用來克服供水系統(tǒng)的水位以及壓力差的能量。，在某個時刻，相同閥門開度下，揚程和流量的變化基本一致，隨著揚程增大，流量也增大。閥門開度的不同，實際反應的是在此時刻的某一揚程下，供水系統(tǒng)向用水用戶的供水能力。在A點，系統(tǒng)的的流量在供水和用戶的用水處于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)同時滿足了揚程特性和管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運行，同時也節(jié)約了設備及能源。 常見供水系統(tǒng)的安全性問題 對供水的電機和電網(wǎng)進行的保護由于變頻恒壓供水大部分都采用變頻軟啟動，啟動時候電機頻率低、電流小，因此，除了對供水電機和管網(wǎng)有保護作用，同時對系統(tǒng)的電網(wǎng)也能起到很好的保護作用。變頻恒壓供水系統(tǒng)中。 電機直接啟動和變頻調速軟啟動的對比 電機直接啟動和變頻調速軟啟動的對比對比內容直接啟動變頻調速啟動啟動電流額定電流的5～7倍在額定電流以下啟動對電網(wǎng)的沖擊巨大無啟動對變壓器的沖擊巨大無啟動對開關、接觸器等電器的沖擊巨大無啟動對電纜的沖擊巨大無啟動對電機的沖擊巨大無啟動對聯(lián)結軸的沖擊巨大無啟動對變速箱的沖擊巨大無啟動和運行的可靠性低高54內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 水錘效應的產(chǎn)生原因及其消除方法在進行全電壓啟動時。這就意味著，水管里水的流量從零增到額定流量。由于水的不可壓縮性，還具有動量，因此，在極短時間內，流量發(fā)生的巨大變化會直接引起對管道的過高或過低的壓強沖擊，并由此產(chǎn)生空化現(xiàn)象。壓力的過于沖擊將導致管壁突然受力而產(chǎn)生噪音，就好像用錘子敲擊管道壁一樣，故稱之為水錘效應。水錘效應由于壓強過高，具有極大的破壞性能引起管道壁的破裂，反之，壓強過低時，又會導致管道的癟塌。此外，水錘效應也有可能導致閥門和固定件的損壞。同時，在直接停機的時候，供水系統(tǒng)的水龍頭部分將克服電動機的強大慣性強制使系統(tǒng)急劇地停止。也會引起水錘效應和壓力沖擊。所以水錘效應產(chǎn)生的根本原因是在啟動和制動過程中動態(tài)轉矩太大。在拖動系統(tǒng)中，決定加速過程的是動態(tài)轉矩 水泵在直接啟動過程中，加速過程很快。當系統(tǒng)采用了變頻調速方式以后，可以通過預置升速時間來延長啟動的過程，使動態(tài)轉矩在很大程度上有所減小，在停機制動過程中，停機過程的延長同樣可以通過預置降速時間來實現(xiàn)，使動態(tài)轉矩大為減小，從而從根本上消除了水錘效應。 延長水泵壽命的因素消除水錘效應，可大大的延長水泵、管道、閥門等其他系統(tǒng)部件的使用壽命。此外，由于在工作過程中平均轉矩的減小、水泵平均轉速也下降很多，使得:(1) 軸承的磨損大為減小。(2) 葉片承受的壓力也大為減小。所以，采用了變頻調速來供水以后，水泵的使用壽命將大大延長。 研究對象 村鎮(zhèn)供水廠簡單流程，是某村鎮(zhèn)供水廠簡單流程。從水源井群中抽出來的水先儲存在水池中再通過加壓泵組恒壓供給每一個用戶。此設計研究的對象是村鎮(zhèn)供水廠的恒壓供水系統(tǒng)。由于對供水水壓的要求很高，同在白天或某一用水高峰期時，系統(tǒng)供水時電機的負荷很大，常常需要滿載甚至超載運行；但在深夜或用水低峰期的時候，所需用水量就會很小，但電機會仍然處于滿負荷運行狀態(tài)，這樣既造成資源的浪費，又會對電機的損耗很大，還有可能會損壞水管和設備。 供水廠供水的構成 水源井群給水池供水部分水源井群給水池的供水主要是由水池水位決定的，水池深為4米。用戶用水的需求間接的決定了水池的水位。水源井是由3眼井組成的，距離水池最遠為200米，放在3眼井中的電機功率依次為15KW、。根據(jù)水池水位的不同，根據(jù)給液位傳感器的信號不同，,稱為高水位，此時不需要啟動任何一臺潛水泵，在液位傳感器設定參數(shù)，使水位達到超高水位時，系統(tǒng)進行報警；，稱為高水位，根據(jù)液位傳感器的開關動作，啟動1電機對水池進行補水；，稱為低水位，根據(jù)液位傳感器的開關動作，繼續(xù)啟動2電機對水池進行補水；，稱為超低水位，根據(jù)液位傳感器的開關動作，在繼續(xù)啟動3電機對水池進行補水同時發(fā)出報警。水池變頻恒壓供水部分水池變頻恒壓供水系統(tǒng)部分主要由加壓水泵、變頻器、管道、壓力傳感器和閥門等構成。一般主要由異步電動機驅動加壓水泵旋轉來供水，并且把水泵和電機做成一體，通過變頻器參數(shù)調節(jié)電機的轉速，從而控制加壓泵出水量來實現(xiàn)恒壓供水。因此，變頻恒壓供水系統(tǒng)的實質是變頻器反饋給異步電動機的變頻調速。水壓由壓力傳感器的420mA信號送入變頻器，內部PID模塊與最初設定的壓力值比較，算出給定值與反饋值之間的偏差，將結果轉換為調節(jié)頻率的信號，以調整加壓水泵的頻率，從而實現(xiàn)調節(jié)加壓水泵轉速，實現(xiàn)恒壓供水。同時，為了準確的反饋回變頻器水壓信號，可對反饋信號設置濾波時間常數(shù)，保證它的精確性，同時還可以對反饋信號進行換算，使系統(tǒng)的調試更為簡單準確。 控制方案的確定恒壓變頻供水系統(tǒng)主要有變頻器、壓力變送器、加壓水泵機組、恒壓控制單元以及低壓電器組成。系統(tǒng)的主要的目的是利用變頻器內置的功能循環(huán)控制3臺水泵，讓其保證管網(wǎng)水壓的恒定和對加壓水泵的變頻軟啟動以及加壓水泵的變頻、工頻之間的自動切換，同時還要能對運行參數(shù)進行變換、傳輸和監(jiān)控。根據(jù)系統(tǒng)的設計任務，選擇有供水基板的變頻器，加壓水泵機組、壓力變送器的方案來控制。這種控制系統(tǒng)結構很簡單，系統(tǒng)集成化程度很高。它將和PLC可編程控制器和PID調節(jié)器硬件設備都集成在了變頻器的供水基板上，通過設置變頻器內部的指令代碼來實現(xiàn)PLC和PID等的功能。在微化電路結構的同時也降低了設備的成本，在壓力設定值和壓力反饋值的換算下，變換輸出信號，實現(xiàn)恒壓供水，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第三章 系統(tǒng)的硬件設計 系統(tǒng)的理論分析根據(jù)工藝的要求，供水系統(tǒng)可分為信號檢測系統(tǒng)、控制機構和執(zhí)行機構三大部分，具體為：(1)信號檢測系統(tǒng)：在系統(tǒng)的控制過程中，有很多需要檢測的信號，主要包括對水池液位、管網(wǎng)水壓和報警等信號的檢測。水池液位的信號來自安裝于水池中的液位傳感器，反映的是潛水泵抽入水池的用水和加壓泵抽出水池液位的差，了解到水池水位是否足夠用戶的使用。當水池液位的信號有效的時候，要對控制系統(tǒng)實施保護，來防止?jié)撍贸槿胨剡^多的水或者水池無水時，加壓水泵空抽進而損壞加壓水泵；管網(wǎng)水壓信號是變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的主要反饋信號，是反映用水用戶管網(wǎng)的水壓值。水壓信號是模擬信號，需進行A/D轉換才能讀入變頻器。除此之外，為了提高系統(tǒng)的可靠性，在液位傳感器設定的限位開關對供水水池液位顯示的同時，能利用此信號啟動或者停止電機的運行，而且在還需要壓力變送器進行水位的檢測，將檢測結果送給變頻器，作為數(shù)字量輸入；報警信號作為開關量信號，反映的是系統(tǒng)是否在正常運行，變頻器是否故障，潛水泵或者加壓水泵是否過載或者故障等。(2)控制機構：供水系統(tǒng)的設備大部分都安裝在控制柜中，主要包括控制器和變頻器兩大部分。其中，控制器是整個供水系統(tǒng)的核心。可以直接對在系統(tǒng)中檢測到的信號進行集中的采集，對這些數(shù)據(jù)信息在進一步進行分析、同時實施控制算法，得出一個更好的控制方案，傳給我們所用的變頻調速器和接觸器，在對執(zhí)行機構的運行進行控制；變頻器是對加壓水泵的轉速控制的動作發(fā)出者，根據(jù)壓力變送器反饋回來的信號進一步改變加壓水泵的運行頻率，實時完成對加壓水泵的轉速控制。(3)執(zhí)行機構：執(zhí)行機構是由兩組水泵構成的。第一組執(zhí)行機構是由3臺潛水泵組成的，分別從3口不同的水源井中取水，都注入固定的一個水池