【正文】 畢業(yè)設計說明書 論文題目： 鐵路供水系統(tǒng)變頻恒壓控制的研究 學 院： 專 業(yè)： 自動化 班 級： 10自升本 2 姓 名： 指導教師： 2021 年 11 月 30 日 摘 要 隨著鐵路進行生產(chǎn)力布局調(diào)整，撤銷分局、合并站段，原有精細化管理模式發(fā)生了轉(zhuǎn)變；還有鐵路大力發(fā)展高鐵建設，新設備、新技術、新工藝、新標準的應用推廣，對鐵路供水的數(shù)量、質(zhì)量、穩(wěn)定性等提出了越來越高的要求，再加上目前能源緊缺，利用先進的自動化技術、控制技術以及通訊技 術，設計高性能、高節(jié)能的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。 文章從系統(tǒng)論的角度著眼，以天津供電段為例，根據(jù)目前天津供電段變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀，存在的各種問題，借鑒國內(nèi)外先進的自動化技術經(jīng)驗，分析管網(wǎng)和水泵的運行特性曲線，闡明了供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理。接著分析了變頻恒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。變頻調(diào)速恒壓供水自動控制系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、水泵電機組、壓力傳感器、工控機以及控制柜等構(gòu)成。系統(tǒng)采用一臺變頻器拖動 4 臺電動機的起動、運行與調(diào)速，其中兩臺大機和兩臺小機分別采用循環(huán)使用的方 式運行。 大功率電機變頻轉(zhuǎn)工頻時存在轉(zhuǎn)換電流大，容易出現(xiàn)燒毀熔斷器或跳閘的情況。針對大功率電機變頻轉(zhuǎn)工頻轉(zhuǎn)換存在的問題在理論上作進一步的研究，根據(jù)感應電動機的等效電路和向量圖分析，指出大功率電機變頻轉(zhuǎn)工頻能否成功，關鍵在于變頻轉(zhuǎn)工頻瞬時，工頻電源和變頻輸出電源是否相位一致。引入鑒頻鑒相控制器，在工頻電源和變頻輸出電源相位一致時， PLC 發(fā)出指令切斷變頻器輸出，電機從變頻器輸出端斷開后，馬上接入工頻電源，減少對電機設備的損壞和電網(wǎng)的沖擊。其研究結(jié)論對鐵路基層站段具有很好的指導意義。 關鍵詞： 鐵路，變頻調(diào)速，恒 壓供水，變頻工頻切換 1 Abstract As adjusting the railway productivity layout, revoke branches, merge sections，the fine original management model has changed； also developing highspeed railway construction, application of new equipments, new technology， new process and the new standard, request higher requirements for quantity， quality and stability of railway water supply are put forward. Meanwhile, energy resources are being much scarce presently. So it is inevitable tendency to design constant pressure water supply system which has high function and saves on energy well, with help of advanced techniques of automation, control and munication. The article starts from the point of view of system theory, with Tianjin power supply section as an example, according to the railway variable frequency constant pressure water supply control system and all kinds of existence problems of Tianjin power supply section, reference the domestic and foreign advanced enterprises of automation techniques success experience, analyze running property curves of pipe s and water pumps, principle of variable frequency speed regulation of water supply system is dwelt on firstly. Then, this dissertation analyzes theory of VF constant pressure water supply and construction of the system and proposes several different control schemes. Constant pressure water supply control system of variable frequency speed regulation is posed of PLC, transducer, sets of pump motors, pressure sensors, industrial control puter and control housing, etc. This system uses one transducer to propel four motors, acplishing their starting, running and speed regulation. The two higher motors and lower ones are running respectively in an alternate mode. As for highpower motors, converting current tends to be so heavy in the course of transformation from variable frequency to work frequency that fusible cutouts are prone to be burnt out. In terms of these problems of highpower motors in course of transformation from variable frequency to work frequency, further studies areperformed theoretically. According to analyses of equivalent circuit and vector graph of the induction motor, it is the phases of work frequency power and variable frequency output power, in the instantaneous occasion of transformation from variable frequency to work frequency, that determine whether the transformation from variable frequency to work frequency can be acplished or not. Integrating with phaseandfrequency detector, as phase of work frequency power is in accordance with that of variable frequency output power, PLC sends instructions and cuts off output of the transducer. When the motor is cut off from output interface of the transducer, it is connected to work frequency power immediately. Thus damages to the motor devices and electric s are reduced greatly. The research conclusions have great significance in directing railway stations to active vocational trainings. Key words： railway, VF speed, constant pressure water supply, variable frequency to working frequency. 2 目錄 第一章 緒論 …………………………………………………………………… 1 寫作背景 ………………………………………………………… .......1 課題來源與研究意義 ……………………………………………… .1 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 …………………………………… .2 本文主要研究內(nèi)容 ……………………………… ………………… .3 第二章 變頻恒壓供水系統(tǒng)分析 ……………………………………………… 4 供水系統(tǒng)的基本特性和方法 ……………………………………… ..4 常用調(diào)速方法及變頻調(diào)速原理 …………………………………… 6 水泵調(diào)速運行的節(jié)能原理 ………………………………… .…… ..10 變頻恒壓供水的特點分析 ………………………………… .…… ..11 小結(jié) ………………………………………………………… .…… ..13 第三章 變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)研究 …………………………… .…… 13 系統(tǒng)的方案設計 ……………………………………………… .… ..13 恒壓控制原理 .………………………………………………… .… 13 系統(tǒng)變頻恒壓控制的方案及選擇 .…………………………… .… 14 變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成 ……………………………………… 15 變頻恒壓供水系統(tǒng)組成分析 …………………………………… 21 控制系統(tǒng)硬件研制 ……………………………………………… ...24 主電路設計 ……………………………………………………… ..24 控制電路設計 …………………………………………………… ..25 PLC 的 I/O 分配及程序設計 ……………………………………… 26 小結(jié) ……………………………………………………………… ...30 第四章 恒壓供水變頻 — 工頻切換問題研究 ……………………………… 32 變頻與工頻切換有理論分析 …………………………………… ..32 三相異步電動機的電壓方程和等效電路 ………………………… 32 電壓方程 ………………………………………………………… .32 T 形等效電路和相量圖 ………………………………………… ...33 變頻與工頻切換問題研究 ……………………………………… .....36 小結(jié) ………………………………………………………………… .42 第五章 結(jié)論 ……………………………………………………………… .… 42 參考文獻 ……………………………………………………………………… .44 致謝 ………………………………………………………………………… ...45 3 第一章 緒 論 寫作背景 自 2021 年全國鐵路大范圍 的改革、轉(zhuǎn)換經(jīng)營機制以來，鐵路系統(tǒng)經(jīng)過了主輔分離、站段整合等一系列改革，迅速打破了以往的傳統(tǒng)思維和管理模式，基層單位向著做大做強的目標邁出了第一步。以天津供電段為例 ， 天津供電段由過去的 天津水電段、唐山水電段、豐潤供電段 整合而成，現(xiàn)在干部職工共有三千四百人。由于供水、電設備隨著鐵路線走向呈線型分布 ， 也就導致了我們線長點多、人員分散的特點 ， 整合后我們就形成了了現(xiàn)在 線更長、點更多、人員更分散 的布局。 課題來源與研究意義 隨著 高速鐵路 的快速發(fā)展， 鐵路大力發(fā)展高鐵建設 ， 新設備 、 新技術 、 新工藝 、 新標準 ， 對 車站 以及鐵路家屬樓 集中供水 的規(guī)模、質(zhì)量、安全性及穩(wěn)定性等提出了越來越高的要求。我國城市家庭 人 口均生活用水量也在逐年快速提高。與供水需求量不斷上升相矛盾的是在全國 666個城市中有 330個城市存在著不同程度的缺水，其中嚴重缺水的城市達 108 個。在 32 個百萬人口以上的特大城市中，有 30 個長期受到缺水的困擾，特別是位于水資源短缺地區(qū)的城市，其水的供需矛盾尤為突出。由于供水不足，城市工業(yè)每年的經(jīng)濟損失達 2300 億元，同時也給城市居民生活造成許多困難和不便，成為城市化過程中的一大隱患 。 為了盡可能地滿足 鐵路 生產(chǎn)和人們 日 常生活 供水需要， 供水 站段 一般都是滿負荷工作 ，因此，如何做好供水設備的維護和管理并有效解決電能消耗問題成了 基層站段 必須解決好的關鍵問題。水泵電機作為