【正文】 當(dāng)前水位若在下限則 PLC 輸出高一級(jí)的變頻信號(hào)給變頻器，當(dāng) 7 段速度均啟動(dòng)工作后若仍未達(dá)到上限，則啟動(dòng)工頻。*2: 低電平表示集電極開(kāi)路輸出用的晶體管處于ON(導(dǎo)通狀態(tài)),高電平為OFF(不導(dǎo)通狀態(tài))。遵守標(biāo)準(zhǔn):EIA RS485標(biāo)準(zhǔn)容許負(fù)荷為DC24V,。輸出接點(diǎn)A,B,異常輸出 指示變頻器因保護(hù)功能動(dòng)作而輸出停止的轉(zhuǎn)換接點(diǎn).河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 22 C AC200V ,30VDC ,異常時(shí):BC間不導(dǎo)通(AC間導(dǎo)通),正常時(shí):BC間導(dǎo)通(AC間不導(dǎo)通)RUN變頻器正在運(yùn)行 變頻器輸出頻率為啟動(dòng)頻率(出廠時(shí)為 ,可變更)以上時(shí)為低電平,正在停止或正在直流制動(dòng)時(shí)為高電平*2。輸入阻抗 10KΩ,容許電壓177。10VDC時(shí),端子2或4的頻率設(shè)定信號(hào)與這個(gè)信號(hào)相加。輸入阻抗10KΩ,容許最大電壓為直流20V。當(dāng)連接到 10E 時(shí),請(qǐng)改變端子 2 的輸入規(guī)格。SD 公共輸入端子（漏型）接點(diǎn)輸入端子和 FM 端子的公共端。AU 電流輸入選擇 只在端子AU信號(hào)處于ON時(shí)，變頻器才可用直流420mA作為頻率設(shè)定信號(hào)。輸入端子功能選擇(.186)用于改變端子功MRS輸出停止 MRS信號(hào)為ON（20ms以上）時(shí)，變頻器輸出停止。JOG點(diǎn)動(dòng)模式選擇 JOG信號(hào) ON 時(shí)選擇點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行（出廠設(shè)定）。在保持異常顯示和異常輸出時(shí)或當(dāng)使用高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí)(FRHC)時(shí)，請(qǐng)拆下R－R1和SS1之間的短路片，并提供外部電源到此端子河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 20 P,PR 連接制動(dòng)電阻器拆開(kāi)端子 PRPX 之間的短路片，在 PPR 之間連接選件制動(dòng)電阻器(FRABR)P,N 連接制動(dòng)單元 連接選件 FRBU 型制動(dòng)單元或電源再生單元(FRRC)或高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器(FRHC)P,P1 連接改善功率因數(shù) DC 電抗器拆開(kāi)端子 PP1 間的短路片，連接選件改善功率因數(shù)用電抗器(FRBEL)PR,PX 連接內(nèi)部制動(dòng)回路用短路片將 PXPR 間短路時(shí)(出廠設(shè)定)內(nèi)部制動(dòng)回路便生效( 以下裝有)接地 變頻器外殼接地用，必須接大地控制回路端子說(shuō)明，見(jiàn)表 所示。FRA500 變頻器的端子接線圖如圖 所示。隨機(jī)帶有一個(gè)簡(jiǎn)易控制面板，也可使用選件 FRPU04(LCD 顯示，帶菜單功能)，具有可拆卸式的風(fēng)扇和接線端子，使用維護(hù)方便。FX2N2DA 安裝時(shí)裝在 FX2N 基本單元的右邊，F(xiàn) X2N2DA 將消耗基本單元或電源擴(kuò)展單元的+5 V DC 電源（內(nèi)部電源）20 mA 電流，+24 V DC 電源 5 mA 電流。分辨率分別為 mV（0~10V DC）和4uA（4~20mA ） 。模擬量輸出可通過(guò)雙絞線屏蔽電纜與驅(qū)動(dòng)負(fù)載相連。在 FX 系列可編程控制器中，與 PLC 連接的特殊同能擴(kuò)展模塊位置從左到右依次編號(hào)（擴(kuò)展單元不占編號(hào)） ，模擬量信號(hào)可以通過(guò)雙絞線屏蔽電纜接入。10V DC （分辨率為 5mV）或 4~20mA、20~20 mA（分辨率為 20uA） 。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 17 圖 FX2N32MR 外形 模擬量輸入輸出模塊（1） 模擬量輸入模塊模擬量輸入模塊選擇 FX2N4AD。FX 2N32MR 型 PLC 的結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，具有較高的性價(jià)比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)的控制器PLC 是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心，它要完成對(duì)系統(tǒng)中所有輸入號(hào)的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實(shí)現(xiàn)以及對(duì)外的數(shù)據(jù)交換。 系統(tǒng)的硬件選型在本系統(tǒng)中，水壓的恒定是靠對(duì)水泵電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速和改變水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)實(shí)現(xiàn)的。（2）當(dāng)用水量最小的時(shí)候，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行超過(guò) 5 小時(shí)，則要切換至下一河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 16 臺(tái)泵，即系統(tǒng)具有“倒泵”功能，避免某一臺(tái)電機(jī)因工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而損壞。三臺(tái)泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，維持生活用水低恒壓值。實(shí)際的機(jī)組切換判別條件如下：加泵條件： 且延時(shí)判別成立 式 ()UPf?2dfsP??? 減泵條件： 且延時(shí)判別成立 式 (??0) 式中： ：上限頻率 ：下限頻率UPf LOf：設(shè)定壓力 ：反饋壓力s fP河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 15 3 恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)市網(wǎng)自來(lái)水用高低水位控制器 EQ 來(lái)控制注水閥 YV1，自動(dòng)把水注滿蓄水水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水池注水。如果用水狀況不變，供水泵站中的所有能夠自動(dòng)投切的機(jī)組將一直這樣投入—切出—再投入—再切出地循環(huán)下去，這增加了機(jī)組切換的次數(shù)，使系統(tǒng)一直處于不穩(wěn)定的狀態(tài)之中，實(shí)際供水壓力也會(huì)在很大的壓力范圍內(nèi)震蕩。所以選擇 50HZ 和 20HZ 作為水泵機(jī)組切換的上下限頻率。其實(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率是不可能降到 0HZ。當(dāng)用水量繼續(xù)下降，并且滿足減少水泵的條件時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，將另一臺(tái)工頻泵 M3 關(guān)掉。反之，當(dāng)用水量減少水壓增加時(shí)，通過(guò)壓力閉環(huán)，減小水泵的轉(zhuǎn)速到另一個(gè)新的穩(wěn)定值。變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示：圖 變頻恒壓供水系統(tǒng)框圖恒壓供水系統(tǒng)通過(guò)安裝在用戶供水管道上的壓力變送器實(shí)時(shí)地測(cè)量參考點(diǎn)的水壓，檢測(cè)管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為 4～20mA 的電信號(hào)，此檢測(cè)信號(hào)是實(shí)現(xiàn)恒壓供水的關(guān)鍵參數(shù)。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行，防止因電機(jī)過(guò)載、變頻器報(bào)警、電網(wǎng)過(guò)大波動(dòng)、供水水源中斷造成故障，因此系統(tǒng)必須要對(duì)各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由 PLC 判斷報(bào)警類(lèi)別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作控制，以免造成不必河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 12 要的損失。供水控制器是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。另外為加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，還需對(duì)供水的上限壓力和下限壓力用電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果可以送給 PLC，作為數(shù)字量輸入；水池水位信號(hào)反映水泵的進(jìn)水水源是否充足。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成及原理圖PLC 控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器和現(xiàn)場(chǎng)的水泵機(jī)組一起組成一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的控制流程圖如圖 所示：圖 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程圖從圖中可看出，系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)三大部分，具體為：(l) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，其中由一臺(tái)變頻泵和兩臺(tái)工頻泵構(gòu)成，變頻泵是由變頻調(diào)速器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定；工頻泵只運(yùn)行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很大（變頻泵達(dá)到工頻運(yùn)行河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 11 狀態(tài)都無(wú)法滿足用水要求時(shí)）的情況下投入工作。采用變頻調(diào)速可通過(guò)變頻改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度來(lái)改變泵出口流量。該系統(tǒng)能適用于各類(lèi)不同要求的恒壓供水場(chǎng)合，并且與供水機(jī)組的容量大小無(wú)關(guān)。(3) 通用變頻器 +PLC(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)+人機(jī)界面+壓力傳感器這種控制方式靈活方便。它雖然微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但在壓力設(shè)定和壓力反饋值的顯示方面比較麻煩，無(wú)法自動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段的不同恒壓要求，在調(diào)試時(shí)，PID 調(diào)節(jié)參數(shù)尋優(yōu)困難，調(diào)節(jié)范圍小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能不易保證。上述計(jì)算方法只能是粗略計(jì)算，給水壓力的設(shè)定在計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行工程調(diào)試，根據(jù)實(shí)際調(diào)試值得到設(shè)定值。3m/h居民住宅生活用水定額標(biāo)準(zhǔn)及小時(shí)變化系數(shù)，見(jiàn)表 .河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 8 住宅類(lèi)別和衛(wèi)生器具設(shè)置標(biāo)準(zhǔn) 每人每日生活用水定額 （最高日）/L小時(shí)變化系數(shù)b有大便器、洗滌盆，無(wú)沐浴設(shè)備85～150 ～有大便器、洗滌盆和沐浴設(shè)備130～220 ～普通住宅有大便器、洗滌盆、沐浴設(shè)備和熱水供應(yīng)170～300 ～高級(jí)住宅和別墅 300～400 ～表 住宅生活用水定額及小時(shí)變化系數(shù)根據(jù)表 ，一般用戶的用水定額，可以通過(guò)式（）計(jì)算出給水管網(wǎng)的流量。4其中 和 為固定水壓，由建筑物的實(shí)際情況決定； 和 為給水管失14 2H3壓力。對(duì)于普通上火用水用戶，根據(jù)衛(wèi)生器具和用水設(shè)備用途的要求而規(guī)定的其用水裝置單位時(shí)間的出水量為額定量。當(dāng)用調(diào)速控制時(shí)，若采用恒壓(H0)，變速泵 (n2)供水，管阻特性曲線為 b2，揚(yáng)程特性變?yōu)榍€ n2，工作點(diǎn)從 E河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 7 點(diǎn)移到 D 點(diǎn)。由流體力學(xué)可知，水泵給管網(wǎng)供水時(shí)，水泵的輸出功率 P 與管網(wǎng)的水壓 H 及出水流量 Q 的乘積成正比；水泵的轉(zhuǎn)速 n 與出水流量 Q 成正比；管網(wǎng)的水壓 H與出水流量 Q 的平方成正比。轉(zhuǎn)速控制法是通過(guò)改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，而閥門(mén)開(kāi)度保持不變，是通過(guò)改變水的動(dòng)能改變流量。在供水系統(tǒng)中，通常以流量為控制目的，常用的控制方法為閥門(mén)控制法和轉(zhuǎn)速控制法。管阻特性AQHH AQ A揚(yáng)程特性圖 恒壓供水系統(tǒng)的基本特征變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動(dòng)機(jī)、管道和閥門(mén)等構(gòu)成。由于閥門(mén)開(kāi)度的改變，實(shí)際上是改變了在某一揚(yáng)程下，供水系統(tǒng)向用戶的供水能力。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理供水系統(tǒng)的揚(yáng)程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門(mén)開(kāi)度不變?yōu)榍疤?，表明水泵在某一轉(zhuǎn)速下?lián)P程 H 與流量 Q 之間的關(guān)系曲線，如圖 所示。根據(jù)公式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 基本上與電源頻率 f 成正比。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 4 2 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理水泵電機(jī)多采用三相異步電動(dòng)機(jī)，而其轉(zhuǎn)速公式為： 式 () 60(1)fnsp??式中：f 表示電源頻率，p 表示電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)，s 表示轉(zhuǎn)差率。原深圳華為電氣公司和成都希望集團(tuán)也推出了恒壓供水專(zhuān)用變頻器(～22kw)，無(wú)需外接 PLC 和 PID 調(diào)節(jié)器，可完成最多 4 臺(tái)水泵的循環(huán)切換、定時(shí)起、停和定時(shí)循環(huán)。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(dòng)化程度高等方面的優(yōu)河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 3 點(diǎn)以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后，國(guó)外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開(kāi)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”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(guò)設(shè)置指令代碼實(shí)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(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多 7 臺(tái)電機(jī)(泵)的供水系統(tǒng)?？傊?，雖然國(guó)內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)取得了較好的成績(jī)，但是總體上來(lái)說(shuō)國(guó)內(nèi)自行開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的能力還比較弱，對(duì)國(guó)外公司的依賴還很?chē)?yán)重。從 20 世紀(jì) 80 年代后半期開(kāi)始，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國(guó)家的基于 VVVF 技術(shù)的通用變頻器已商品化并廣泛應(yīng)用。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)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(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)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(shí)意義。(5) 單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)也能做到變頻調(diào)速，自動(dòng)化程度要優(yōu)于上面 4種供水方式，但是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期比較長(zhǎng)，對(duì)操作員的素質(zhì)要求比較高，可靠性比較低，維修不方便，且不適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式有：恒速泵加壓供水、氣壓罐供水、水塔高位水箱供水、液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等方式，其優(yōu)、缺點(diǎn)如下：(1) 恒速泵加壓供水方式無(wú)法對(duì)供水管網(wǎng)的壓力做出及時(shí)的反應(yīng)，水泵的增減都依賴人工進(jìn)行手工操作，自動(dòng)化程度低，而且為保證供水，機(jī)組