【正文】 改變。 不改變電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù) ，只改變電源的頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就按比例變動(dòng)。另外確定工作點(diǎn)一定要保證供水工作點(diǎn)的參數(shù)，反映水泵裝置的工作能力，是泵站設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理中一個(gè)重要問題。 工作點(diǎn) A 是水泵運(yùn)行的理想工作點(diǎn)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)水泵的工作點(diǎn)并非總是固定在 A 點(diǎn)。 一般工程計(jì)算中揚(yáng)程簡(jiǎn)化計(jì)算公式如式（ ） 。如：一臺(tái)水泵電機(jī)功率為 55KW，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的 4/5 時(shí)，其耗電量為，省電 ％，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的 1/2 時(shí)，其耗電量為 ，省電 ％。 3． 矢量控制 矢量控制是在交流電動(dòng)機(jī)上模擬直流電動(dòng)機(jī)控制轉(zhuǎn)矩的規(guī)律，將定子電流分解成相應(yīng)于直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流的量和勵(lì)磁電流的量，并分別進(jìn)行任意控制。 V/F 控制簡(jiǎn)單，通用性優(yōu)良。 通常在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺(tái)常用泵，供水量大時(shí)多臺(tái)泵全開，供水量小時(shí)開一臺(tái)或兩臺(tái)。水泵在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的工作點(diǎn)取 決于水泵性能、管路水力損失以及所需實(shí)際揚(yáng)程，這三種因素任一項(xiàng)發(fā)生變化，水泵的運(yùn)行工況都會(huì)發(fā)生變化。 在變頻調(diào)速供水系統(tǒng)中，是通過變頻器來改變水泵的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵工作點(diǎn)來達(dá)到調(diào)節(jié)供水流量的目的。 通用變頻器的 發(fā)展正是把變頻調(diào)速和電力電子技術(shù)完善的結(jié)合起來 ， 特別是近幾年來隨著微機(jī)技術(shù)的日新月異 ,現(xiàn)代技術(shù)的迅速發(fā)展和現(xiàn)代調(diào)速控制理論的長(zhǎng)足進(jìn)步 ,通用變頻器不僅用于一般性能的調(diào)速控制而且已經(jīng)用于高性能、高轉(zhuǎn) 5 速、大容量調(diào)速控制方面。隨著電子技術(shù)的發(fā)展、完善，變頻調(diào)速所具有的調(diào)速的機(jī)械特性好，效率高，調(diào)速范圍寬，精度高，調(diào)整特性曲線平滑，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的、平穩(wěn) 的調(diào)速，體積小、維護(hù)簡(jiǎn)單方便、自動(dòng)化水平高等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)而倍受人們的青睞。 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由變頻器、泵組電機(jī)、供水管網(wǎng)、儲(chǔ)水箱、智能 PID 調(diào)節(jié)器、壓力變送器、 plc控制單元等部分組成，控制系統(tǒng)原理圖如圖 11 所示。主要介紹變頻調(diào)速恒壓供水運(yùn)行軟件的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，寫出語句表。 2． 變頻 恒壓供水 系統(tǒng)的理論原理硬件設(shè)計(jì) 。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到水泵切換時(shí)電機(jī)的自感電動(dòng)勢(shì)現(xiàn)象，各種連鎖保護(hù)及報(bào)警、應(yīng)急措施。系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng) 3 臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行，起動(dòng)，調(diào)速。變頻器為主體構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)不僅能夠最大程度滿足需要， 其穩(wěn)定安全的運(yùn)行性能、簡(jiǎn)單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實(shí)現(xiàn)節(jié)水、 節(jié)電、節(jié)省人力，最終達(dá)到高效率優(yōu)質(zhì)運(yùn)行， 降低自來水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的。萬一自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用戶可以直接操作手動(dòng)系統(tǒng)，以保護(hù)供水。 6． 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。 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，避免了用水的 “二次污染 ”， 安全衛(wèi)生。 恒壓供水系統(tǒng)具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 1． 節(jié)電節(jié)水 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1040%。在這種供水模式下長(zhǎng)期以來許多水廠各部門的管理人員采用傳統(tǒng)的人工管理模式，通過手工從事繁重的業(yè)務(wù)管理、各種日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表的統(tǒng)計(jì)匯總等工作。在用水高峰期時(shí)，清水池的水位達(dá)不到要求高度 ,管網(wǎng)壓力達(dá)不到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力，造成 高層建筑斷水。 供水廠以前雖然也進(jìn)行過一些技術(shù)改造，但是生產(chǎn)系統(tǒng)大部分仍然采用人工手動(dòng)控制，生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)仍然依靠人工定時(shí)記錄，例如清水池水位、電機(jī)運(yùn)行時(shí)間、耗電量等都是由值班人員定時(shí)記錄。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從 1990 年到1998 年，我國(guó)人均日生活用水量（包括城市公共設(shè)施等非生產(chǎn)用水）有 升增加到 升 ，增長(zhǎng) 了 %，與此同時(shí)我國(guó)城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。 傳統(tǒng)的自來水廠的供水模式在用水量高峰期時(shí)供水量普遍不足，造成城市公用管網(wǎng)水壓浮動(dòng)較大。隨著地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城區(qū)居民生活用水和工業(yè)用水量大幅度上升。用水低峰期時(shí)，管網(wǎng)壓力經(jīng)常超過規(guī)定的壓力上限，極易造成爆管事故并且能源損耗嚴(yán)重。由于對(duì)大量的統(tǒng)計(jì)報(bào)表的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏科學(xué)的分析手段， 因此很難為運(yùn)行管理以及調(diào)度提供強(qiáng)有力的決策支持。從單臺(tái)水泵的節(jié)能來看，流量越小，節(jié)能量越大 ， 優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實(shí)現(xiàn)最大限度地節(jié)能運(yùn)行；根據(jù)實(shí)際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓 力，自動(dòng)控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象 。 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、保養(yǎng)。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)。 本設(shè) 計(jì)就真對(duì)恒壓供水控制系統(tǒng)包括軟硬件方面在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中具體作用進(jìn) 行詳細(xì)的介紹。 3 第 1 章 恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的方案分析 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容如下： 恒壓供水的基本控制策略是 :采用可編程控制器 （ PLC） 與變頻調(diào)速裝置構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)整泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，即根據(jù)實(shí)際設(shè)定水壓自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速和水泵的數(shù)量 ,自動(dòng)補(bǔ)償用水量的變化，以保證供水管網(wǎng)的壓力保持在設(shè)定值 ,既可以滿足生產(chǎn)供水要求，還可節(jié)約電能，使系統(tǒng)處于可靠工作狀態(tài)， 實(shí)現(xiàn)恒壓供水。其中一臺(tái)大機(jī)（ 45kW）和兩臺(tái)小機(jī)（ 22kW）采用循環(huán)使用的方式運(yùn)行。還要根據(jù)工作情況實(shí)時(shí)的對(duì)水泵進(jìn)行切換使大泵輪流擔(dān)任主泵。主要介紹由 PLC 和變頻器 控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的工作原理 ；以及系統(tǒng)調(diào)速范圍的確定。 軟件設(shè)計(jì)主要包括了 編程軟件的簡(jiǎn)介和梯形圖的基本繪制規(guī)則 、 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 、 軟件 設(shè) 計(jì) 、 編程中應(yīng)注意的細(xì)節(jié)問題 、 系統(tǒng)控制方式選擇 、S7200/CPU226 內(nèi)置 PID 功能及其編程介紹 等內(nèi)容。 圖 11 恒壓供水系統(tǒng)控制原理框圖 三相異步電動(dòng)機(jī)具有維修方便、價(jià)格便宜、功率和轉(zhuǎn)速適應(yīng)面寬等優(yōu)點(diǎn)，所以在實(shí)際應(yīng)用中異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。而發(fā)展到現(xiàn)在為止交流電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，它將供給交流電機(jī)的工頻交流電源經(jīng)過二極管整流變成直流，再由 IGBT 或 GTR 模塊等器件逆變成頻率可調(diào)的交流電源，以此電源拖動(dòng)電機(jī)在變速狀態(tài)下運(yùn)行，并自動(dòng)適應(yīng)變負(fù)荷的條件。其多用途，高可靠性和明顯的節(jié)電效果迅速廣泛地應(yīng)用各種大型自動(dòng)化生產(chǎn)線和各類電機(jī)控制上，變頻器不僅可以單臺(tái)工作，也可以多臺(tái)分別控制各自的被控對(duì)象，并相互串聯(lián)，與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通迅，采用計(jì)算機(jī)對(duì)變頻器網(wǎng)絡(luò)的集中控制，形成連續(xù)生產(chǎn)線的調(diào)速控制系統(tǒng)。反映水泵運(yùn)行工況的水泵工作點(diǎn)也稱為水泵工況點(diǎn)，是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中，實(shí)際運(yùn)行時(shí)所具有的揚(yáng)程、流量以及相應(yīng)的效率、功率等參數(shù)。因此水泵工況點(diǎn)的確定和工況調(diào)。在采用變頻調(diào)速進(jìn)行恒壓供水時(shí)，就用兩種方式，其一是所有水泵配用一臺(tái)變頻器；其二是每臺(tái)水泵配用一臺(tái)變頻器。 2． 轉(zhuǎn)差頻率控制 檢測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)速、構(gòu)成閉環(huán)、速度調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)差頻率，然后以電動(dòng)機(jī)速度與轉(zhuǎn)差頻率之和作為變頻器的給定頻率。矢量控制能夠?qū)D(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，獲得和直流電動(dòng)機(jī)一樣的優(yōu)良的調(diào)速性能。 在對(duì)水水泵控制過程中 ,水泵工控點(diǎn)的確定對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定高效有著重要的作用 。 7 H=PRPV （ ） 式（ )給出了水泵的揚(yáng)程與出水壓力間的相互關(guān)系。若把水泵的效率曲線 ηQ 也畫在同一坐標(biāo)系中，在圖13 中可以找出 A 點(diǎn)的揚(yáng)程 HA、流量 QA 以及效 率 ?A。在變頻調(diào)速恒水位供水過程中，水泵工況點(diǎn)的變化如圖 14 所示： 圖 14 水泵工況點(diǎn)的變化 8 當(dāng) P P2 高于 P0 時(shí)，說明管網(wǎng)系統(tǒng)用水量減少，管路阻力特性曲線 A A2 向 A0 方向變化，此時(shí)水泵轉(zhuǎn)速逐漸降低，管網(wǎng)口壓力也由 P P1 逐漸下降，當(dāng)P1`低于 P0 時(shí)，其工況點(diǎn)變化與上述相反即由 A1`逐漸向 A0 移動(dòng)，使管網(wǎng)系統(tǒng)供水始終保持恒定。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，通過變頻器來改變電源的頻率 f 來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n。 Q1/Q2=n1/n2 （ ） H1/H2=(n1/n2)2 （ ） P1/P2 =(n1/n2)3 （ ） H =KQ2 （ ） 式 15 是頂點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)的二次拋物線族的方程，在這種拋物線上的各點(diǎn)具有相似的工作狀況，所以稱為相似工況拋物線。當(dāng)管網(wǎng)負(fù)載減小時(shí)，管網(wǎng)壓力升高，壓力傳感器將檢測(cè)到升高壓力轉(zhuǎn)換成 4～ 20A 電流信號(hào)送往模糊調(diào)節(jié)器，經(jīng)比較處理后，輸出一個(gè)令變頻器頻率降低的信號(hào)，從而降低電機(jī)轉(zhuǎn)速至 n2,水泵轉(zhuǎn)速的下降是沿著水泵的相似工況拋物線下降的，也就是從點(diǎn) A 移至 B 點(diǎn)，在此過程中水泵輸出的流量和壓力都會(huì)相應(yīng)減小 .。水泵的調(diào)速范圍由水泵本身的特性和用戶所需揚(yáng)程規(guī)定，當(dāng)選定某型號(hào)的水泵時(shí)即可確定此水泵的最大調(diào)速范圍，在根據(jù)用戶的揚(yáng)程確定具體最低調(diào)速范圍，在實(shí)際配泵時(shí)揚(yáng)程設(shè)定在高效區(qū)，水泵的調(diào)速范圍將進(jìn)一步變小，其頻率變化范圍在 40Hz 以上，也就是說轉(zhuǎn)速下降在 20%以內(nèi)，在此范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率在 50%100%范圍內(nèi)變化，電動(dòng)機(jī)的效率基本上都在高效區(qū)。變頻器工頻與變頻切換的電路如下圖： 圖 18 PID 調(diào)節(jié)器和變頻器接線圖 變頻與工頻切換時(shí)必須注意的問題： 切 換時(shí)當(dāng)圖中的 KM2 斷開后，定子繞組的電流和磁場(chǎng)都將立即消失，自感電動(dòng)勢(shì)也就立即消失。如是在定子繞組中的互感電動(dòng)勢(shì)尚未消失的情況下接通工頻電源，則互感電動(dòng)勢(shì)與外加的工頻電壓相迭加，有可能產(chǎn)生較大的過電流。系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng) 3 臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)行與調(diào)速，其中 一 臺(tái)大機(jī) 45KW)和 兩 臺(tái)小機(jī) (22KW)分別采用循環(huán)使用的方式運(yùn)行。該系統(tǒng)為一臺(tái)變頻器依次控制每臺(tái)水泵實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)及轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)恒壓 控制。 開關(guān)量輸入端口上位機(jī) K M 1 K M 3 K M 5K M 2 K M 4 K M 6M 1模擬量輸入端口PLCVVVF水 位 傳 感 器M 2 M 30 10 2 0 3P L C 開 關(guān) 量 輸 出 端 口變 頻 器 反 饋 狀 態(tài) 12 圖 19 變頻調(diào)速恒水位供水自動(dòng)控制系統(tǒng)組成 變頻 供水系統(tǒng)的應(yīng)用分析 目前，變頻 供水系統(tǒng)在生活和生產(chǎn)中 應(yīng)用越來越廣，其主要原因是： 變頻調(diào)速給水的供水壓力可調(diào)，可以方便地滿足各種供水 壓力的需要。 目前， 越來越成熟的 變頻器技術(shù)為 恒壓供水系統(tǒng) 提供了充份 支持 。調(diào)節(jié)流量的第二種方法是調(diào)速調(diào)節(jié)，水泵轉(zhuǎn)速升高，供水流量增加；轉(zhuǎn)速下降，流量降低，對(duì)于用水流量經(jīng) 常變化的場(chǎng)合（例如生活用水），采用調(diào)速調(diào)節(jié)流量，具有優(yōu)良 的節(jié)能效果。在變頻恒壓變量供水當(dāng)中，變頻泵的流量是變化的，當(dāng)變頻泵是各并聯(lián)泵中最大，即可保證恒壓供水 。在超出時(shí)，變頻泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)自動(dòng)上升，然后慢慢下降以滿足恒壓供水的 要求。當(dāng)變頻泵的轉(zhuǎn)速升高到 13 工頻轉(zhuǎn)速 ， 由變頻供水控制器控制把該臺(tái)水泵切換到由工頻電網(wǎng)直接 供電（不通過變頻器供電）。由變頻恒壓變量供水理論可知，為了保證恒壓供水，變頻泵必須是各并聯(lián)泵中的最大者。在變頻器停止運(yùn)行的條件下， 在其輸出端進(jìn)行切換。 一種實(shí)用的變壓變量供水系