【正文】 其他自動化技術(shù)相結(jié)合。但由于驅(qū)動電機是恒速運轉(zhuǎn)，水流量靠調(diào)節(jié)泵出口閥開度來控制，浪費大量的能源，也沒有很好的發(fā)展前景。由于這一范圍的用戶群十分龐大，所以是且前國內(nèi)研究和推廣最多的方式。(3)大型供水廠的變頻恒壓供水系統(tǒng)這類變頻供水系統(tǒng)用于大中城市的主力供水廠，特點是功率大(一般都大于 320kW)、機組多、多數(shù)采用高壓變頻系統(tǒng)。很多專用供水變頻器集成了 PLC或 PID，甚至將壓力傳感器也融入變頻組件。目前，在美國、日本、法國等地的有些城市已基本上實現(xiàn)了供水系統(tǒng)的計算機優(yōu)化，把變頻供水與計算機直接調(diào)度管理結(jié)合起來，我國也正在進行著這方面的研究與小范圍應(yīng)用。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。節(jié)能性系統(tǒng)用變頻器進行調(diào)速，節(jié)能效果顯著，對每臺水泵進行軟啟動，啟動電流可從零4到電機額定電流，減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊，同時減少了啟動慣性對設(shè)備的大慣量轉(zhuǎn)速沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命。因此，揚程特性所反映的是揚程 H 與用水流量 Q（）間的關(guān)系。由于閥門開度的改變，實際上是改變了在某一揚程下，供水系統(tǒng)向用戶的供水能力。HAA揚程特性管阻特性A圖 21 供水系統(tǒng)的基本特性5 不同控制方式下的能耗分析與比較當(dāng)用閥門控制時，若供水量高峰期水泵工作在 E 點，流量為 Ql，揚程為 ，當(dāng)供水0H量從 減小到 時必須關(guān)小閥門，這時閥門的摩擦阻力變大，阻力曲線從 移到 ，揚1Q2 3?1程特性曲線不變。 。設(shè)定的供水壓力可以是一個常數(shù)，也可以是一個時間分段函數(shù)，在每一個時段內(nèi)是一個常數(shù)。如果運行過程中實際供水壓力高于設(shè)定壓力，情況剛好相反，變頻器的輸出頻率將會降低，水泵機組的轉(zhuǎn)速減小，實際供水壓力因此而減小。壓強過高，將引起管子的破裂。水泵的動態(tài)轉(zhuǎn)矩大小決定了水泵加速過程的快慢，決定了加速過程流量變化的快慢，也就決定了水錘效應(yīng)的強弱。水泵通過聯(lián)軸器由三相異步電動機來拖動，因此水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實質(zhì)就是需要調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速。磁極對數(shù)的改變通過改變電機定子繞組的接線方式來實現(xiàn)。239。雖然變轉(zhuǎn)差調(diào)速中的串級調(diào)速法能將增加部份的轉(zhuǎn)差功率通過整流、逆變裝置回饋給電網(wǎng)，但其功率因數(shù)較低，低速時過載能力低，還需一臺與電動機相匹配的變壓器，成本高，且增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗。電機的運行效率高，適合于恒壓供水方式中的轉(zhuǎn)速控制法。(2)降低水泵平均轉(zhuǎn)速，減小工作過程中的平均轉(zhuǎn)矩，從而減小葉片承受的應(yīng)力，減小軸承的磨損，使水泵的工作壽命將大大延長。不同季節(jié)、不同月份，流量變化類型也會改變。泵水方式多泵并聯(lián)代替一、二臺特大泵單獨供水不會增加投資，而其好處是多方面的。12圖 32 供水系統(tǒng)圖1—水位上限檢測 2—水位下限檢測 3—閘閥 4—止回閥 5—壓力檢測控制方式多泵變頻循環(huán)工作方式的可靠切換，是實現(xiàn)多泵分級調(diào)節(jié)的關(guān)鍵，可選用編程靈活、可靠性高、抗干擾能力強、調(diào)試方便、維護工作量小的 PLC 通過編程來實現(xiàn)。（2） 電氣控制電路：成對主電路的繼電控制，實現(xiàn)手動或自動控制的切換。13圖 33 恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成及控制方案圖 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計與選型 主電路設(shè)計三臺大容量的主水泵根據(jù)供水狀態(tài)的不同，具有變頻、工頻、停泵三種運行方式，因此每臺主水泵均要求通過兩個接觸器分別與工頻電源和變頻電源輸出相聯(lián)；輔助泵只運行在工頻狀態(tài)，通過一個接觸器接入工頻。變頻器和電動機之間的配線長度應(yīng)控制在 100m 以內(nèi)。在電動機三相電源輸入端前接入電流互感器和電流表，用來觀察電機工作電流大小，設(shè)計三相電源信號指示。為提高互鎖的可靠性，在 PLC 控制程序設(shè)計時，進一步通過 PLC 內(nèi)部的軟繼電器來作互鎖。圖 35 給出了供水系統(tǒng)的部分電氣控制線路圖 35 中，SA 為手動/ 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)， KA 為手動/自動轉(zhuǎn)換用中間繼電器，打在①位置為手動狀態(tài)，打在②位置 KA 吸合，為自動狀態(tài)。中間繼電器 KA 的常開觸點接 PLC 的 X0，控制自動變頻運行程序的執(zhí)行。FR FR FRFR4 為四臺泵的熱繼電器的常閉觸點，對電機進行過流保護。表 31 水泵機組及參數(shù)17主要性能參數(shù)型號 數(shù)量流量（ /h3m）揚程（m）效率（%）轉(zhuǎn)速（r/min）電動機功率（kW）主水泵 HGT1250400 3 1080 45 72 1450 200輔助水泵 HGT1120400 1 50 45 68 1450 10變頻器的選型與設(shè)定（1） 容量確定方法依據(jù)所配電動機的額定功率和額定電流來確定變頻器容量。CNI這三個式子是統(tǒng)一的，選擇變頻器容量時，應(yīng)同時滿足三個算式的關(guān)系，尤其變頻器電流是一個較關(guān)鍵的量。綜上分析，系統(tǒng)選用專為風(fēng)機、泵用負載設(shè)計的普通功能型 U/f 控制方式的富士變頻器 FRN200P11S 4CX，變頻器內(nèi)置 PID 控制模塊，可用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)恒壓供水。③ I/0 特性8 個可設(shè)定的多功能開關(guān)量輸入口，給操作者極大的靈活性；3 路可設(shè)定的開路集電極晶體管多功能輸出，可用于頻率到達、頻率值檢測、過載、運等多種提示；設(shè)有模擬電流/ 電壓輸入端子，實現(xiàn)外部頻率設(shè)定。（3） 下限頻率：下限頻率不能太低，可根據(jù)實際情況適當(dāng)調(diào)整。根據(jù)供水系統(tǒng)控制任務(wù)及設(shè)計方案，輸入信號需 16 點，輸出信號需16 點，選擇三菱 FX2N32MR 型 PLC，其 I/O 端子如表 33 所示。環(huán)境溫度最好控制在 45℃以下，相對濕度在 5～90%，盡量不要安裝在多塵、有油煙、有導(dǎo)電灰塵、有腐蝕性氣體、振動、熱源或潮濕的地方。接地電阻應(yīng)小于 100Ω，接地線須盡可能短和粗，并且應(yīng)連接于專用接地極或公用接地極上，不要使用變頻器、PLC 外殼或側(cè)板上的螺釘作為接地端。（7） 選用性能可靠的繼電器、接觸器對于系統(tǒng)的可靠運行也具有十分重要的意義。（9） 系統(tǒng)設(shè)計時還加入了無人執(zhí)守故障自動撥號報警器。啟動自動變頻運行方式時，首先起動輔助穩(wěn)壓泵工頻運行供水，當(dāng)用水量大，超過輔助泵最大供水能力而無法維持管道內(nèi)水壓時，延時 1 分鐘 PLC 通過變頻器啟動 1 號主水泵供水，同時關(guān)閉輔助泵的運行。當(dāng)用水量減少時，變頻器通過 PID 調(diào)節(jié)器降低水泵轉(zhuǎn)速來維持水壓。 狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系為保證在一個較長的時間周期內(nèi)，各臺水泵運行時間基本均等，避免某臺電機長期得不到運行而出現(xiàn)繡死現(xiàn)象，供水狀態(tài)的切換按照“有效狀態(tài)循環(huán)法”即“先起先?！钡脑瓌t操作。從圖 41 可見，供水狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換不但和轉(zhuǎn)換條件有關(guān)，還與其目前所處的供水狀態(tài)有關(guān)；由輔助泵切換到主泵供水也遵循有效狀態(tài)循環(huán)方式，即上一次啟動 1主泵，則下次由輔助泵切換到主泵供水，應(yīng)啟動 2泵。狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程的實現(xiàn)方法從輔助泵切換到主泵只需斷開輔助泵的供電，同時用變頻器以起始頻率起動一臺主26泵的運行即可。盡管國內(nèi)外不同廠家采用的編程語言不盡相同，但程序的表達方式基本類似，主要有四種形式：梯形圖，指令表，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和高級語言。梯形圖所使用的元件編號地址必須在所使用 PLC 的有效范圍內(nèi)。梯形圖中繼電器的線圈又是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器線圈外，還包括定時器、計數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)器等的線圈以及各種比較、運算的結(jié)果。 供水系統(tǒng)控制模塊的設(shè)計 系統(tǒng)初始化模塊在初始化模塊中設(shè)置通信用數(shù)據(jù)寄存器 D8120, D8121 ,D8129 的通信參數(shù)；至標(biāo)志為 M6=1，在自動運行時，首先起動輔助泵，進入 S0 狀態(tài):至標(biāo)志 M0=1，保證輔助泵的運行狀態(tài)首次 S0 轉(zhuǎn)入主泵運行狀態(tài) S20。PLC 置輸出繼電器 Y1 為 0，同時置 Y7= 1。在編程時，以輔助繼電器 M3，M2， Ml 作為 S20，S21，S22 狀態(tài)的轉(zhuǎn)入標(biāo)志，三者按循環(huán)方式動作，保證狀態(tài) S20，S21 ，S22 的循環(huán)。（3）減少主泵的狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊減少主泵是指在多臺主泵供水時，變頻器輸出下限頻率，水壓處于壓力上限時，按“先起先?！痹瓌t，將當(dāng)前運行狀態(tài)中最先進入工頻運行的水泵從電網(wǎng)斷開。I相應(yīng)地傳遞函數(shù)形式30 （53）()1=)PDIUsGKTsE+PID 控制器各環(huán)節(jié)的作用及調(diào)節(jié)規(guī)律如下 [14]:（1）比例環(huán)節(jié)：比例環(huán)節(jié)反映了系統(tǒng)對當(dāng)前變化的一種反映。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù) ， 越大，積分作用越弱，易引起系統(tǒng)超調(diào)量加大，反之則越強，ITI易引起系統(tǒng)振蕩。當(dāng)供水能力 和用GQUGQ水需求 之間不能平衡時，必然引起壓力的變化。（2）用水量增加時31當(dāng)用水量增加，用水需求 供水能力 ,水壓下降，壓力反饋信號 y 減少，偏差 e UQG= y r0,PID 輸出的控制增量 Δu0，變頻器輸出頻率上升 ,水泵轉(zhuǎn)速升高，增加供水能力，最后達到一個新的平衡狀態(tài)，使壓力回復(fù)，維持供需平衡。系統(tǒng)具有完備的故障處理能力，可通過自動工頻運行、遠程手動控制和現(xiàn)場手動控制等方式確保供水，具有故障實時的現(xiàn)場報警和遠程電話自動報警功能，具有故障電機鎖定功能。34致謝本論文的工作是在我的指導(dǎo)老師王金梅老師的悉心指導(dǎo)下完成的，王金梅嚴(yán)謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和科學(xué)的工作方法給了我極大的幫助和影響。35參考文獻[1] 中國電工技術(shù)協(xié)會．風(fēng)機水泵交流調(diào)速節(jié)能技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1998[2] 周芝峰，張星．變頻器在供水系統(tǒng)中的節(jié)能分析[J]．變頻器世界，2022(10)：35—38[3] 吳浩烈．電機及電力拖動基礎(chǔ)[M]．重慶：重慶大學(xué)出版社，1996:173—174[4] 付娟．交流調(diào)速技術(shù)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2022，17[5] 劉啟新等，電機與拖動基礎(chǔ)[M].北京：中國電力出版社，2022,186[6] 滿永奎、韓安榮、吳成東，通用變頻器及其應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999：212[7] 周萬珍、高鴻斌，PLC 分析與設(shè)計應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2022186188[8] 張燕賓、胡綱衡、唐瑞球，實用變頻調(diào)速技術(shù)培訓(xùn)教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2022：183．184[9] 萬太福、唐賢禮，可編程序控制器及其應(yīng)用[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，1996：101．103[10] 鄒伯敏，自動控制理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2022：260．265[11] 劉金餛，先進 PID 控制及其 MATLAB 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Essential Matlab for Engineers and Scientists, Fourth Edition. Academic Press：4。王金梅老師對于我的畢業(yè)設(shè)計提出了許多的寶貴意見，在此表示衷心的感謝。采用了 PID 調(diào)節(jié)方式，水壓波動小，響應(yīng)快。32結(jié)論本文對于城市供水要求，設(shè)計了一套由 PLC、變頻器、遠傳壓力表、多臺水泵機組、計算機等主要設(shè)備構(gòu)成的變頻恒壓供水及其遠程監(jiān)控系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)供水方式普遍存在的效率低、可靠性差、自動化程度不高等缺點，可實現(xiàn)高效節(jié)能、自動可靠、維護簡單、管理方便的恒壓供水。GU實現(xiàn)恒壓供水實現(xiàn)方法是，首先根據(jù)用戶對水壓的要求，給 PID 調(diào)節(jié)器預(yù)置一個目標(biāo)壓力值，管道中的實際水壓，經(jīng)壓力變送器轉(zhuǎn)換成 4～20mA 的模擬電流信號反饋給變頻器內(nèi)置的 PID 調(diào)節(jié)器，PID 調(diào)節(jié)器根據(jù)目標(biāo)壓力值和實際壓力值的偏差，給出調(diào)節(jié)量，自動調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，使供水量適應(yīng)用水量的變化，取得