【正文】 Z作為水泵機組切換的上下限頻率。如果用水狀況不變，供水泵站中的所有能夠自動投切的機組將一直這樣投入—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，實際供水壓力也會在很大的壓力范圍內(nèi)震蕩。實際的機組切換判別條件如下：加泵條件： 且延時判別成立 減泵條件： 且延時判別成立 式中： ：上限頻率 ：下限頻率：設定壓力 ：反饋壓力 水錘效應異步電動機在全電壓啟動時，從靜止狀態(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速所需要的時間只有在0。由于水具有動量和不可壓縮性，因此，在極短時間內(nèi)流量的巨大變化將引起對管道的壓強過高或過低的沖擊，并產(chǎn)生空化現(xiàn)象。在直接停機時，供水系統(tǒng)的水頭將克服電動機的慣性而使系統(tǒng)急劇地停止。 延長水泵壽命的其他因素水錘效應的消除，無疑可大大延長水泵及管道系統(tǒng)的壽命。II 第3章 系統(tǒng)硬件設計 第3章 系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)主要設備選型 可編程控制器是60年代末在繼電器系統(tǒng)上發(fā)展起來的，當時稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC?？删幊炭刂破骶哂胸S富的輸入/輸出接口，并具有較強的驅(qū)動能力，但它的產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應用，其靈活標準的配置能夠適應工業(yè)上的各種控制。歸納可編程控制器主要有以下幾方面的優(yōu)點：1）編程方法簡單易學2）功能強，性能價格比高3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強4）無觸點免配線，可靠性高，抗干擾能力強 5）系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量少6）維修工作量小，維修方便 7）體積小，能耗低[11]。 變頻器選型通常由變頻器主電路（IGBT、BJT、或GTO作逆變元件）給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源。變頻器的主要構(gòu)成如圖31所示：主電路給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。也可用兩組晶體管交流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉(zhuǎn)。（3）逆變器逆變器的作用是將直流功率變換為所需要頻率的交流功率，根據(jù)PWM控制信號使6個開關器件導通、關斷，就可以得到三相頻率可變的交流輸出?？刂齐娐酚梢韵码娐方M成，頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓/電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進行放大的“驅(qū)動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”。它使主電路器件導通、關斷。由于逆變器負載側(cè)短路等，流過逆變器器件的電流達到異常值（超過容許值）時，瞬時停止逆變器運轉(zhuǎn)，切斷電流。恰當?shù)谋Ｗo需要反時限特性，采用熱繼電器或者電子熱保護（使用電子電路）?？梢圆扇⊥Ｖ鼓孀兤鬟\轉(zhuǎn)或停止快速減速的辦法，防止過電壓。5）接地過電流保護。有冷卻風機的裝置，但風機異常時裝置內(nèi)溫度將上升，因此采用風機熱繼電器或器件散熱片溫度傳感器，檢出異常后停止逆變器。2）超頻（超速）保護。所以，在負載電流減小之前要進行控制，抑制頻率上升或使頻率下降。 變頻器具有過壓、欠壓、過流、過載、短路、失速等自動保護功能。3．配置靈活，功能齊全，自動化程度高。 變頻器接線圖如圖32所示，管腳STF接PLC的Y7管腳，控制電機的正轉(zhuǎn)。以求取得較好的節(jié)能效果，要使泵組常處于高效區(qū)運行，則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配[13]。/人日~0。04樓層數(shù)）MPa=0。SFL型低噪音生活給水泵在外殼、軸上采用不銹鋼材質(zhì)，葉輪、導葉采用鑄造件，經(jīng)過靜電噴塑處理，效率可提高5%以上；采用低噪音電機，機械密封，前端配有泄壓保護裝置，噪聲更低(室外噪音60分貝)、磨損小、壽命更長；下軸承采用柔性耐磨軸承，噪音低，壽命長；采用低進低出的結(jié)構(gòu)設計，水力模型先進，性能更可靠。該傳感器的量程為0～2。3A，含1對常開和1對常閉觸點[14]。主電路和手動控制電路組成手動運行模式，主電路和PLC自動控制電路組成自動運行模式。采用三組電機水泵對水網(wǎng)進行恒壓供水，每臺電機均可工作在變頻方式或工頻方式，但每次又僅有一臺電機工作在變頻調(diào)速狀態(tài)。PLC控制變頻器的啟31 動與停止，啟動變頻器后，先由1號水泵變頻運行，壓力變送器檢測管網(wǎng)出口總水壓仍不能達到設定值，且變頻器輸出頻率已達到上限頻率49。壓力變送器檢測管網(wǎng)出口總水壓如果已達到設定值，則1號泵工頻運行，2號泵工頻運行，3號變頻運行；壓力傳感器檢測管網(wǎng)出口總水壓如果超過設定值，且變頻器輸出頻率已達到下限頻率20Hz時(下限頻率通過變頻器參數(shù)2來設定)，延時20ｓ后，由PLC切除3號泵的運行，1號泵工頻運行，2號泵變頻運行。另外，變頻器設定了啟動頻率為20Hz，水泵在啟動前，其葉輪全部在水中，啟動時，存在著一定的阻力，在從0Hz開始啟動的一段頻率內(nèi)，實際上是轉(zhuǎn)不起來的，因此，應適當預置啟動頻率值，使其在啟動瞬間有一點沖擊力。在初始化后緊接著要設定白天/夜間兩種供水模式下的水壓給定值以及變頻泵泵號和工頻泵投入臺數(shù)。(4) 各水泵變頻運行控制邏輯程序各水泵變頻運行控制邏輯大體上是相同的，現(xiàn)在只以1水泵為例進行說明。由于各水泵工頻運行控制邏輯大體上是相同的，現(xiàn)在只以1水泵為例進行說明。而試燈按鈕按下時，各指示燈會一直點亮。泵1和泵3的運行控制情況與泵2相似。起動1，2泵：接收到變頻器上限信號，PLC通過這個上限信號后將1水泵由變頻運行轉(zhuǎn)為工頻運行，KM1斷開KM0吸合，同時KM3吸合變頻起動第2水泵。 手動部分按下手動起動按鈕SB10，手動起動變頻器。按下SB1，斷開KM1，在10個計數(shù)脈沖后起動M1在工頻電源下運行。電機只能在一種頻率下運行，當電機工頻/變頻同時打開時將發(fā)出警報且電機停止運行。該系統(tǒng)采用PLC控制變頻器進行PID調(diào)節(jié)，按實際需要隨意設定壓力給定值，根據(jù)壓差調(diào)整水泵的工作情況，實現(xiàn)恒壓供水，使給水泵始終在高效率下運行。通過近一個學期的學習與了解，對基于PLC的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)有了較全面的認識，根據(jù)任務書要求，完成的工作包括以下幾點：（1） 通過查閱資料，對變頻恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢有了初步的了解。 雖然對小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)有了較深刻的了解，但由于所學知識的局限，目前所設計的系統(tǒng)仍有不足的地方，包括未能與計算機結(jié)合，實現(xiàn)智能控制；在實際應用方面仍有諸多不足，應對現(xiàn)實中的突發(fā)情況不能靈活作出最準確的反應?；赑LC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設計?；诳删幊炭刂破鞯暮銐汗┧到y(tǒng)設計2008(2)：1820[4]盧建勤。自動化儀表，2012(4)[6]李國厚，趙明富，徐君鶴。中山大學學報(自然科學版)，2009(6)增刊：135 ~137[8]李方園。南昌航空工業(yè)學院學報，2008(1)：90 ~93[10]謝仕宏。我國變頻調(diào)速技術的發(fā)展及應用。 Experience of design and application of the plete energy saving electric drives in systems of town’s water supply and feculence water pump。AlMulla。43 II 附錄1 附錄1燕 山 大 學本科畢業(yè)設計（論文）開題報告45 一、綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義隨著目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設計中，對于能適應不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術、網(wǎng)絡和通訊技術同時兼顧系統(tǒng)的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。目前，大量的電能消耗在水泵、風機負載上，城鄉(xiāng)居民用水設備所消耗的電量在這類負載中占了相當?shù)谋壤?。變頻恒壓供水系統(tǒng)已在國內(nèi)許多實際的供水控制系統(tǒng)中得到應用，并取得穩(wěn)定可靠的運行效果和良好的節(jié)能效果。三臺水泵中每臺泵的出水管均裝有手動47 閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，三臺泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要；變頻供水系統(tǒng)中檢測管路壓力的壓力傳感器，一般采用電阻式傳感器(反饋0～5V電壓信號)或壓力變送器(反饋4～20mA電流)；變頻器是供水系統(tǒng)的核心，通過改變電機的頻率實現(xiàn)電機的無極調(diào)速、無波動穩(wěn)壓的效果和各項功能。KM KM KM5 分別為電動機M1 、M2 、M3 工頻運行時接通電源的控制接觸器，KM0、 KM2 、KM4 分別為電動機MM M3 變頻運行時接通電源的控制接觸器。49 圖二 主電路圖需注意的主要問題有變頻恒壓供水控制方式的選擇與實現(xiàn)；執(zhí)行機構(gòu)（調(diào)速泵，恒速泵）的運行設置以實現(xiàn)最大限度的節(jié)能，提高利用率；信號檢測（水壓信號，報警信號）的靈敏度以及迅速做出反應的能力；控制系統(tǒng)（供水控制器，變頻器，電控設備）的選擇程序的編譯及實現(xiàn)。第三步：對控制電路和主電路進行設計和改善并對其進行仿真。四、研究工作進度 周 次1—4周5—7周8—10周11—15周16—17周應完成的內(nèi)容查閱資料，了解變頻恒壓供水系統(tǒng)的工作過程，了解變頻器的應用，翻譯外文資料完成開題報告。完善控制電路，完成中期報告列出I/O分配表，設計梯形圖控制程序并進行仿真整理數(shù)據(jù)材料，完成畢業(yè)設計報告，做PPT準備答辯 主要參考文獻[1]劉大銘，沈暉。微計算機信息，2010(1)： 103一105[3]趙小惠，趙小娥。PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)。可編程控制器在水泵變頻控制系統(tǒng)中的應用。恒壓供水系統(tǒng)的控制與仿真。礦業(yè)快報2011(10)：51[12]趙相賓，年培新。工業(yè)控制計算機 2013(11)：53一54[14]Ostrirov，VN。Journal of the New England water works Association，2009，112(3)：227240[16]Cheded。系統(tǒng)主要的任務是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環(huán)控制多臺水泵，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機的軟起動以及變頻水泵與工頻水泵的切換。當用水量減少時，管網(wǎng)壓力將增加，壓力的變化通過PID運算后變頻器輸出頻率下降，電機轉(zhuǎn)速下降或減少運行的水泵數(shù)量，以此減小管網(wǎng)壓力，保持恒壓供水。二、器件選型變頻恒壓供水系統(tǒng)由變頻器，泵組電機，壓力傳感器，三菱PLC控制單元以及若干連接器件構(gòu)成 PLC可編程控制器II9 采用三菱FX2N48MR系列PLC可編程控制器，采用FX2N2AD作為PLC的模擬量輸入模塊。以求取得較好的節(jié)能效果，要使泵組常處于高效區(qū)運行，則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配。/人日~0。04樓層數(shù)）MPa=0。SFL型低噪音生活給水泵在外殼、軸上采用不銹鋼材質(zhì)，葉輪、導葉采用鑄造件，經(jīng)過靜電噴塑處理，效率可提高5%以上；采用低噪音電機，機械密封，前端配有泄壓保護裝置，噪聲更低(室外噪音60分貝)、磨損小、壽命更長；下軸承采用柔性耐磨軸承，噪音低，壽命長；采用低進低出的結(jié)構(gòu)設計，水力模型先進，性能更可靠。該傳感器的量程為0～2。3A，含1對常開和1對常閉觸點。同時由于PLC的抗干擾能力強、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。手動運行主要用于檢修及自動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時的應急供水方式中。工作時由壓力傳感器反饋的電流信號4～20mA送入變頻器4號引腳，與壓力設定值在變頻器內(nèi)部進行PID運算，運算的結(jié)果控制輸出頻率的增減，從而控制泵組電機的轉(zhuǎn)速。5Hz(上限頻率通過變頻器參數(shù)1來設定)，說明用水量增大，延時20ｓ后管網(wǎng)壓力仍小于設定值，PLC控制程序使1號泵工頻運行，并啟動2號泵使之變頻運行。運行一段時間，如果壓力變送器檢測管網(wǎng)出口總水壓超過設定值，且變頻器輸出頻率已達到限頻率，可由PLC切除2號泵，單獨由1號泵變頻運行。63 圖1 系統(tǒng)原理圖53 流程圖 系統(tǒng)主流程圖圖2 系統(tǒng)主流程圖65 臨界流程圖圖3 泵2臨界流程圖 如圖3所示，以泵2為例在臨界條件下的系統(tǒng)流程圖。寧夏工程技術，2009(3)： 251一257。PLC及變頻器在恒壓變量供水系統(tǒng)中的應用?？删幊炭刂破髟诤銐汗┧刂葡到y(tǒng)中的應用。淺談變頻器發(fā)展和應用的幾個趨勢。恒壓供水軟啟動節(jié)能控制系統(tǒng)設計，中國給排水，2011(7)：65一67[11]張春霞。變頻調(diào)速技術是一種新型成熟的交流電機無極調(diào)速技術，它以其獨特優(yōu)良的控制性能被廣泛應用于速度控制領域，特別是供水行業(yè)中。反之水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量減小，管網(wǎng)壓力下降，保持