【正文】 優(yōu)點(diǎn)而倍受人們的青睞。三相異步電動機(jī)具有維修方便、價格便宜、功率和轉(zhuǎn)速適應(yīng)面寬等優(yōu)點(diǎn)，其變頻調(diào)速技術(shù)在小型化、 低成本和高可靠性方面占有明顯的優(yōu)勢。異步電機(jī)的調(diào)速方法很多，例如變極調(diào)速、有極調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、串級調(diào)速、變頻調(diào)速等。 從上即可結(jié)論：以變頻器為主體構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)不僅能夠最大程度滿足需要，也提高整個系統(tǒng)的效率，延長系統(tǒng)壽命、節(jié)約能源、而且能夠構(gòu)成復(fù)雜的功能強(qiáng)大的供水系統(tǒng)。由于水廠原有的供水控制系統(tǒng)是一個完全依靠 值班人員手動控制的系統(tǒng)，所以對該系統(tǒng)技術(shù)改造的要求是在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)進(jìn)行，設(shè)計(jì)一套取水和供水的自動控制系統(tǒng)，克服由于采用單純手動控制系統(tǒng)進(jìn)行控制帶來的控制不方便、控制系統(tǒng)對供水管網(wǎng)中壓力和水位變化反應(yīng)遲鈍的問題，降低能源消耗和資源浪費(fèi)，提高設(shè)備的可維護(hù)性和運(yùn)行的可靠性，以達(dá)到降低自來水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的。由于每天不同時段用水對供水壓力的要求變化較大，僅僅靠供水廠值班人員依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工手動調(diào)節(jié)很難及時有效的達(dá)到目的。為了防止自動系統(tǒng)發(fā)生故障，本設(shè)計(jì)做了手動控制器。張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 1 目 錄 第一章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展 ???????????? 1 變頻調(diào)速恒壓供水的目的和意義 ????????????????? 1 變頻調(diào)速及 PLC在供水行業(yè)中的應(yīng)用 ??????????????? 6 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 ?????????????????????? 11 第二章變頻調(diào)速的節(jié)能、調(diào)速原理 ????????????????? 13 供水系統(tǒng)概述 ????????????????????????? 14 變頻 調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)分析 ??????????????????? 16 變頻調(diào)速的節(jié)能、調(diào)速原理 ??????????????????? 19 變頻調(diào)速恒壓供水工況分析與能耗機(jī)理分析 ???????????? 20 調(diào)速范圍的確定 ???????????????????????? 21 本章小結(jié) ??????????????????????????? 24 第三章變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ??????????????? 26 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) ???????????????????????? 27 工 作流程與工作過程 ?????????????????????? 29 系統(tǒng)的控制原理及組成 ????????????????????? 30 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ????????????????????????? 3 系統(tǒng)工作過程說明 ??????????????????????? 54 本章小結(jié) ??????????????????????????? 32 第四章器件選擇 ?????????????????????????? 26 水泵的選擇 ?????????????????????????? 27 電動機(jī)的選擇 ????????????????????????? 29 變頻器的選擇 ????????????????????????? 30 可編程控制器 PLC的選擇 ???????????????????? 31 其它電氣元件的選擇 ?????????????????????? 32 全文總結(jié) ???????????????????????????? ?? 57 參考文獻(xiàn) ?????????????????????????????? 59 致 謝 ?????????????????????????????? 60 張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 2 摘 要 本論文在分析了供水自動控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國中小城市供水廠的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一套以變頻調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)的恒壓供水計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞： 供水系統(tǒng) 變頻器 節(jié)約電能 可編程控制器 PLC Abstract 張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 3 On the basis of analyzing the development and characteristic of automatic system of water supply, bined with status in quo of the waterworks in our country, this paper designs a suit of puter controlling system based on variable frequency speedregulating technology. Through using puter technology, variable frequency speedregulating technology and automation technology, the system can make the water pressure of water supply system constantly by the way of parameters selftuning. It assuredly makes the water supply system work on all cylinders. This article has in detail analyzed and researched the principle of economical electrical energy of the main circuit of this systerm with the newest frequency invertor,Operated on this main circuit ,this article has designed the controlcircuit,then have realized that frequency invertor can supply water for people in constant pressure with the PLC programme and PID controller in th frequency order to pump water for the people under the unmon condition of the frequency invertor ,this systerm has designed manualcontroller. Key Word： Water supply system frequency invertor economical electrical energy PLC 張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 4 第一章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展 變頻調(diào)速恒壓供水的目的和意義 近年來我國中小城市發(fā)展迅速，集中用水量急劇增加。這種情況造成用水高峰期時供水壓力不足，用水低峰期時供水壓力過高，不僅十分浪費(fèi)能源而且存在事故隱患（例如壓力過高容易造成爆管事故）。 在相當(dāng)比較大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)供水系統(tǒng)，變頻調(diào)速恒壓供水有它自身的特點(diǎn)：（一天時間內(nèi)）變化大，這種變化在幾個小時內(nèi)甚至是幾倍或上十倍。 變頻調(diào)速及 PLC 在供水行業(yè)中的應(yīng)用 變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用 作為高性能的調(diào)速傳動，直流發(fā)電機(jī)－電動機(jī)調(diào)速控制方法長期以來一直 應(yīng)用廣泛。但是因?yàn)楦鞣N各樣的缺點(diǎn)沒有得到廣泛的應(yīng)用。到 80 年代末，交流電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)迅速發(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，以此電源拖動電機(jī)在變速狀態(tài)下運(yùn)行，并自動適應(yīng)變負(fù)荷的條件。尤其當(dāng)它應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵等大容量負(fù)載時，可以獲得其它調(diào)速方式無法比擬的節(jié)能效果。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。 新型供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是 系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢，而且具有顯著的節(jié)能效果。 在短短的幾年內(nèi)，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個逐步完善的發(fā)展過程，早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸被多泵調(diào)速系統(tǒng)所代替。 1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)研制出世界上第一臺可編程控制器。在軟件方面， PLC采用極易為電氣人員掌 握的梯形圖編程語言， 除了保持原有的邏輯運(yùn)算等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。據(jù)“美國市場信息”的世界 PLC 以及軟件市場報告稱， 1995 年全球 PLC 及其軟件的市場經(jīng)濟(jì)規(guī)模約 50億美元 [5]。 PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號， 有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備直接連接。 PLC 的各個部件，包括 CPU、 電源 、 I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。PLC 在水工業(yè)自動化中的應(yīng)用主要有水廠監(jiān)控系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、自動加氯、自動加礬、水泵變頻調(diào)速、 SCADA 系統(tǒng)和供水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)等 [8,9,10,11]。 ：工程設(shè)計(jì)離 不開圖紙，繪制各種圖是設(shè)計(jì)工程的基本要求。 張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 8 第 二章 變頻調(diào)速的節(jié)能、調(diào)速原理 供水系統(tǒng)概述 傳 統(tǒng)的供水方式（包括水箱 /水塔供水和氣壓供水） 水箱 /水塔供水 ： 供水系統(tǒng)采用水箱 /水塔，稱為重力供水。同時由于在屋頂上形成很大的負(fù)重，增加了結(jié)構(gòu)面積，也妨礙了美觀。缺點(diǎn)是需要壓力罐，其體積和投資大，壓力變化大，運(yùn)行效率低，還需要使用張力膜或設(shè)置空氣壓縮機(jī)沖氣。利用變頻器、PID 調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、 PLC 等器件的有 機(jī)結(jié)合，構(gòu)成控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，取代了水塔、水箱、氣壓罐等實(shí)現(xiàn)了恒壓供水。由變頻器和工頻電網(wǎng)供電，根據(jù)供水系統(tǒng)的運(yùn)行狀況自動調(diào)節(jié)和切換。突然停電后再來電，設(shè)備能夠自動啟動運(yùn)行。 水泵電動機(jī)采用軟啟動方式，避免了電動機(jī)啟動時的電流沖擊，也避免了電動機(jī)突然加 速造成泵組系統(tǒng)的喘振。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)節(jié)與這三者密切相關(guān)。當(dāng)用水量從 Qmax 減少到 Q1 的過程中 ,采用不同的控制方案 ,其水泵的能耗也不同。所以其工況點(diǎn)始終在 H? 上平移 。管網(wǎng)的服務(wù)壓力H0 恒定不變，其揚(yáng)程與系統(tǒng)阻力相適應(yīng)，沒有能量的浪費(fèi)。 根據(jù)以上分析表明，選擇供水管網(wǎng)最不利點(diǎn)允許的最低壓力為控制參數(shù)，通過張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 11 壓力傳感器以獲得壓力信號，組成閉環(huán)壓力自控調(diào)速系統(tǒng)，以使水泵的轉(zhuǎn)速 保持與調(diào)速裝置所設(shè)定的控制壓力相匹配，使調(diào)速技術(shù)和自控技術(shù)落后相結(jié)合，達(dá)到最佳節(jié)能效果。 目前水泵電機(jī)絕大部分是三相交流異步電動機(jī)，根據(jù)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性，電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 為 : n =60 f(1s)/p （ 2— 4） 式 2— 5 中 s 為電機(jī)的 轉(zhuǎn)差率 (s=)， p 為電機(jī)極對數(shù)， f 為定子供電頻率。 變頻調(diào)速恒壓供水工況分析與能耗機(jī)理分析 管路水力損失及性能曲線 管路水力損失分為沿程損失和局部損失兩種，即 jys hhh ?? (2－ 6) 沿程損失： 2LQh yy ?? (2－ 7) 局部損失： ?? ?? 22222 QgAgh jjj ??? (2－ 8) 式中 y? －管路沿程摩擦損失系數(shù)； j? －局部損失系數(shù)； L－管路長度 (m)； ? －各局部損失的計(jì)算流速 (m/s)； A －過水截面的面積 ( 2m )。當(dāng)上下水位確定后，管路所需要的水頭損失就等于上下水位差（即實(shí)際揚(yáng)程 sjH ）加上管路損失 [11]。 從圖中可以看出，水泵在工作點(diǎn) A 點(diǎn)提供的揚(yáng)程和管路所需的水頭損失相等，水泵抽送的流量等于管路所需的流量，從而達(dá)到能量和流量的平衡，這個平衡點(diǎn)是有 條件的，平衡也是相對的。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 從而改變水泵的轉(zhuǎn)速。 η A AH AAH x QAH～Qn 1η ～ Q 圖 22 水泵工作點(diǎn)的確定 張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 13 ????? HQkN (2－ 12) 1212 / nn ? (2－ 13) ? ?21212 nnHH ? (2－ 14)