【正文】 物業(yè)管理水平的高低。 傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式有：恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水、 液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等方 式，其優(yōu)、缺點如下： l、恒速泵加壓供水方式無法對供水管網(wǎng)的壓力做出及時的反應，水泵的增減都依賴人工進行手工操作，自動化程度低，而且為保證供水，機組常處于滿負荷運行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時，管網(wǎng)長期處于超壓運行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴重，電機硬起動易產(chǎn)生水錘效應，破壞性大，目前較少采用。 水塔高位水箱供水具有控制方式簡單、運行經(jīng)濟合理、短時間維修或停電可不停水等優(yōu)點，但存在基建投資大，占地面積大，維護不方便，水泵電機為硬起動 ，啟動電流大等缺點，頻繁起動易損壞聯(lián)軸器，目前主要應用于高層建筑。 氣壓罐供水具有體積小、技術(shù)簡單、不受高度限制等特點，但此方式調(diào)節(jié)量小、水泵電機為硬起動且起動頻繁，對電器設備要求較高、系統(tǒng)維護工作量大，而且為減少水泵起動次數(shù)，停泵壓力往往比較高，致使水泵在低效段工作，而出水壓力無謂的增高，也使浪費加大，從而限制了其發(fā)展。 液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式易漏油，發(fā)熱需冷卻，效率低，改造麻煩，只能是一對一驅(qū)動，需經(jīng)常檢修；優(yōu)點是價格低廉，結(jié)構(gòu)簡單明了，維修方便。 單片機變頻調(diào)速供水系統(tǒng)也 能做到變頻調(diào)速，自動化程度要優(yōu)于上面 4種供水方式，但是系統(tǒng)開發(fā)周期比較長，對操作員的素質(zhì)要求比較高，可靠性比較低，維修不方便， 遼寧科技 大學本科生 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 1 頁 且不適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。 綜上所述，傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在浪費水力、電力資源；效率低；可靠性差；自動化程度不高等缺點，嚴重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。目前的供水方式朝向高效節(jié)能、自動可靠的方向發(fā)展，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，在風機、水泵、空氣壓縮機、制冷壓縮機等高能耗設備上廣泛應用，特別是在城鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級加壓系統(tǒng)，居民生活用水的恒壓供 水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速水泵節(jié)能效果尤為突出，其優(yōu)越性表現(xiàn)在： 是節(jié)能顯著；二是在開、停機時能減小電流對電網(wǎng)的沖擊以及供水水壓對管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊；三是能減小水泵、電機自身的機械沖擊損耗口 1。 PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。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，同時系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設計該系統(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。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(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、起制動控制、起制動控制、壓頻比控制及各種保護功能。應用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時，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，對壓力進行閉環(huán)控制。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況，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、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認可后，國外許多生產(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)方式一兩種模式，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，通過設置指令代碼實現(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，便可直接控制多個內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多 7臺電機 (泵 )的供水系統(tǒng)。這類設備雖微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設備成 本，但其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動態(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)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限 遼寧科技 大學本科生 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 2 頁 制了帶負載的容量，因此在實際使用時其范圍將會受到限制 。 目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國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)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器 (PLC)及相應的軟件予以實現(xiàn)：有的采用單片機及相應的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(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)指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。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 (森蘭變頻器 )也推出了廈壓供水專用變頻器 (． 22kw)，無需外接 PLC和 PID調(diào)節(jié)器，可完成最多 4臺水泵的循環(huán)切換、定時起、停和定時循環(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)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負載容量，同時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所。可以看出，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設計中，對于能適應不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性 (EMC)，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，使其能被更好的應用于生活、生產(chǎn)實踐。 變頻調(diào)速 的發(fā)展概況 變頻技術(shù)是應交流電機無級調(diào)速的需要而誕生的。 20世紀 60年代后半期開始，電力電子器件從 SCR(晶閘管 )、 GTO(N極可關(guān)斷晶閘管 )、 BJT(雙極型功率晶體管 )、 MOSFET(金屬氧化物場效應管 )、 SIT(靜電感應晶體管 )、 SITH(靜電感應晶閘管 )、 MGT(MOS控制晶體管 )、 MCT(控制晶閘管 )發(fā)展到今天的 IGBT(絕緣柵雙極型晶體管 )、 HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管 )，器件的更新促使電力變換技術(shù)的不斷發(fā)展。 20世紀 70年代開始，脈寬調(diào)制變壓變頻 (PVMVVVF)調(diào)速研究引起了人們的高度重視，作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波 PWM模式效果最佳。 VVVF變頻器的控制相對簡單，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應用。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較小，受定子電阻壓降的影響比較顯著，故造成輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流 電動機硬，動態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。矢量控制變頻調(diào)速的做法是：將異步電動機在三相坐標系下的定子交流電流再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的直 遼寧科技 大學本科生 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 3 頁 流電流 Im Itl(Iml相當于直流電動機的勵磁電流， nl相當于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流 )，然后模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經(jīng)過相應的坐標反變換，實現(xiàn)對異步電動機的控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準確觀測，系統(tǒng)特性受電動機參數(shù)的影響較大， 且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復雜，使得實際的控制效果難以達到理想分析的結(jié)果。 1985年，德國魯爾大學的 DePen brock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。目前，該技術(shù)已成功地應用在電力機車牽引的大功率交流傳動系統(tǒng)上。直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數(shù)學模型，控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動機化成等效直流電動機，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復雜 計算；它不需要模 仿直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學模型。 Ir、 F變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交一直一交變頻中的 一種。其共同缺點是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流回路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進行四象限運行。為此，矩陣式交一交變頻應運面生。由于矩陣式交一交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。它能實現(xiàn)功率因數(shù)為 1，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學者深入研究?，F(xiàn)在，變頻調(diào)速技術(shù) 已被國內(nèi)外公認為交流調(diào) 速領(lǐng)域里最理想調(diào)速方式，特別是高壓大功率的變頻調(diào)速器的研制，具有廣闊的市場前景和重要的理論研究價值，在工業(yè)應用各相關(guān)領(lǐng)域，對原有傳動系統(tǒng)進行變頻改造也是勢在必行，無疑會優(yōu)化資源配置，改善原有系統(tǒng)的運行并產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益。 變頻調(diào)速的優(yōu)點和現(xiàn)實意義 交流調(diào)速從用途上可以分為工藝調(diào)速和節(jié)能調(diào)速，前者如軋鋼機、造紙機、礦井卷揚機、機床、電梯等。這類生產(chǎn)工藝要求的調(diào)速，調(diào)速的指標較高，即要求有寬的調(diào)速范圍，小的靜差率，快的動態(tài)響應。目前這類調(diào)速多采用變頻變壓 (VVVF)的矢量控制方式 ，正在發(fā)展的調(diào)速方式是直接轉(zhuǎn)矩控制的變頻調(diào)速。后者如風機、泵類電機，應用量很大，節(jié)電效果很可觀，可達 30％ 40％。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，在我國的工業(yè)電動機負荷中，交流電機占 90％左右 。 其中鼠籠型電動機又占交流電機的 90％以上。交流電機的負 遼寧科技 大學本科生 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 4 頁 載主要是風機、泵類平方根轉(zhuǎn)矩電動設備、恒 轉(zhuǎn)矩 電動設備、以及倒數(shù)轉(zhuǎn)矩類電動設備，雖然這幾類設備節(jié)能潛力不同，但一般都在 20％以上。 變頻調(diào)速的優(yōu)點是可以做到無級并精確調(diào)速，調(diào)速范圍大，變頻調(diào)速系統(tǒng)可同時滿足調(diào)速精度和節(jié)能兩個要求，達到高性能、高動態(tài)、高品質(zhì)的行業(yè)標準。并且正日益 向著智能化、自適應化、自診斷的方向發(fā)展，給各種實際應用帶來很大的方便和經(jīng)濟效益。當今微電子技術(shù)迅速發(fā)展，器件質(zhì)量好，也為能供應高性能，高可靠性，高控制精度的變頻器創(chuàng)造了條件。推廣變頻調(diào)速的現(xiàn)實意義： (1)可以大大提高生產(chǎn)設備加工工藝精度、工藝水平、生產(chǎn)效率，進而提高產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量。 (2)節(jié)能和環(huán)保意義。泵和風機負載的．耗電量約占工業(yè)總用電量的 50％左右。變頻調(diào)速技術(shù)用于泵和風機的感應電動機，節(jié)能效果顯著，可以達 到 20060％，并且輸出諧波小，對電網(wǎng)污染小，容易滿足國際和國內(nèi)標準。 (3)減少生產(chǎn)機 械的體積和重量，減少金屬耗量和成本，增加產(chǎn)品競爭力。 (4)變頻調(diào)速容易實現(xiàn)電機的頻繁起動及軟啟動，對電機沖擊小，不需電機降額使用，延長驅(qū)動部件的壽命 。 變頻恒壓供水系統(tǒng)特點及其安全性討論 變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用于生活用水、工業(yè)用水以及消防用水等多種場合，在本文中主要應用于生活小區(qū)生活用水，該系統(tǒng)具有以下特點： 1)滯后性：供水系統(tǒng)的控制對象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個過程控制量，同其他一些過程控制量 (如：溫度、流量、濃度等 )一樣，對控制作用的響應具有滯后性，同時用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯 后效應。 2)非線形：用戶管網(wǎng)中因為有管阻、水錘等因素的影響，同時又由于水泵的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化不成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個非線性系統(tǒng)。 3)多變性：變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統(tǒng)，而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用水量和揚程等方面存在著較大的差異，因此其控制對象的模型具有很強的多變性。 4)時變性：在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制 (包 遼寧科技 大學本科生 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 5 頁 括定量泵的停止和運行 )是時時發(fā)生的，同時定量泵的運行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化，因此可以認為：變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是時變的。 5)容錯性：當出現(xiàn)意外的情況 (如突然斷電、泵、變頻器或軟啟動器故障等 )時，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況自動進行投切，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。在故障發(fā)生時，執(zhí)行專門的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進行供水。 6)可擴充性：水泵的電氣控制柜，具有遠程和就地控制的功能和數(shù)據(jù)通訊接口，能與控制信號或控制軟件相連，能對供水的相關(guān)數(shù)據(jù)進行實時傳送，以便顯示和監(jiān)控以及報表打印等。 7)節(jié)能性： 系統(tǒng)用變頻器進行調(diào)速，用調(diào)節(jié)泵和固定泵的組合進行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對每臺水泵進行軟啟動，啟動電流可從 0到電機額定電流，減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊的同時減少了啟動慣性對設備的大慣量的轉(zhuǎn)速沖擊，延長了設備的使用壽命。影響供水系統(tǒng)安全性的一大因素便是水錘效應，所謂的水錘效應就是在極短時間內(nèi)，因水流量的急巨變化，引起在管道的壓強過高或過低的沖擊，并產(chǎn)生空化現(xiàn)象，使管道受壓產(chǎn)生噪聲，猶如錘子敲擊管子一樣的現(xiàn)象。水錘效應具有極大的破壞性。壓強過高，將引起管子的破裂；壓強過低又會導致管子的癟塌。此 外，水錘效