【正文】 隨著各方面技術(shù)的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)被廣泛的應(yīng)用，與此同時(shí)能量卻日益緊缺，在這種情況下，變頻恒壓供水系統(tǒng)的使用肯定會越來越普及，當(dāng)然對恒壓供水控制技術(shù)將提出更高的要求。為此設(shè)計(jì)了一套具有高性能的變頻器控制系統(tǒng)來代替原有的手動啟動、閥門控制系統(tǒng)。 44 圖 1泵變頻畫面 1工頻、 2變頻的界面如圖 。 42 圖 創(chuàng)建新項(xiàng)目窗口 新項(xiàng)目建立好后，就要進(jìn)行變量的添加，以便在以后的過程中隨時(shí)調(diào)用這些變量。最后 建立過程畫面。 圖 程序裝載界面 39 點(diǎn)擊開始按鈕， 1泵開始變頻運(yùn)行，如圖 。 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，經(jīng)過化簡后的各變量的邏輯表達(dá)式如下： I I I I? () I I I I? () 33 T I I I? () I I? () 34 0 C I I I? () 34 T I I I? () 1 CI? () ? ?0 .20 .0 0 .0 0 .5 0 .7Q M M M I?? () M M I? () M M I? () M M I? () I I?? () I I?? () 根據(jù)邏輯表達(dá)式 （ ） ~（ ） ，設(shè)計(jì)的梯形圖如圖 。同時(shí)它還有一些工具性的功能，例如用戶程序的文檔管理和加密等。綠燈閃爍的程序設(shè)計(jì) :設(shè)燈常亮為“ 1” ,滅為“ 0” ,風(fēng)機(jī)開為“ 1” ,停為“ 0” ,綠燈常亮有 5 種情況，則其狀態(tài)表如表 所示。 2. 應(yīng)用舉例 例如 :電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路 ,原理線路如圖 。 27 K M 1L 1K M 2K M 3 K M 4L 2L 3L 4L 5K M 5I 0 . 0 I 0 . 7I 0 . 6I 0 . 5I 0 . 4I 0 . 3I 0 . 2I 0 . 12 4 V D CMM 1 L +1 L 2 LQ 0 . 0 Q 0 . 4Q 0 . 3Q 0 . 2Q 0 . 1 Q 0 . 5接 液位 傳感 器接 變頻 器2 0 號端 口C P U 2 2 2 A C / D CK M 2K M 3K M 1K M 4K M 1K M 22 4 VS B 1S B 2接 變頻 器2 1 號端 子接 變頻 器2 2 號端 子F R 1F R 22 2 0 V 圖 控制線路圖 PID 參數(shù)的預(yù)置 由于 SIEMENS MM430 變頻器自帶了 PID 模塊，我們不需要進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)，只需進(jìn)行簡單的參數(shù)設(shè)置就可以了。 表 I/O 統(tǒng)計(jì)表 輸入器件 輸出器件 編號 符號 名稱 編號 符號 名稱 1 SB1 啟動 1 KM1 1泵變頻 2 SB2 停止 2 KM2 2泵變頻 25 3 S1 液位傳感器 3 KM3 1泵工頻 4 S2 變頻器達(dá)到上限 4 KM4 2泵工頻 5 S3 變頻器達(dá)到下限 5 KM5 備用泵工頻 6 S4 1水泵故障 6 L1 報(bào)警指示燈 7 S5 2水泵故障 8 SS6 變頻器故障 PLC選型的基本原則 這是 PLC應(yīng)用設(shè)計(jì)中很重要的一步，目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的 PLC種類很多，在選用 PLC時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面 [15]。斷路器具有隔離 ,過電流及欠電壓等保護(hù)功能 ,當(dāng)變頻器的輸入側(cè)發(fā)生短路或電源電壓過低等故障時(shí) ,可迅速進(jìn)行保護(hù)。一對導(dǎo)線同時(shí)用于電源供電及信號傳輸，輸出信號與環(huán)路導(dǎo)線電阻無關(guān)，抗干擾性強(qiáng)、便于電纜鋪設(shè)及遠(yuǎn)距離傳輸，與數(shù)字顯示儀表、 A/D轉(zhuǎn)換器及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接方便。 變頻器的選擇 本系統(tǒng)中 ，采用 MciorMaster430系列變頻器，型號為 HVAC(風(fēng)機(jī)和水 泵節(jié)能型 )EC01— 4500/3，額定電壓為 380V— 500V，額定功率 35kW。 不同住宅類型的用水標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)《城市居民生活用水標(biāo)準(zhǔn)》 GB/T 5033120xx，節(jié) 錄如表 。 當(dāng)控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 4時(shí)，用水量又減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻率時(shí)，表示只有 1臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過控制系統(tǒng)的控制，可將 2號泵電機(jī)停運(yùn)， 1號泵電機(jī)仍由變頻器供電，這時(shí)，控制系統(tǒng)又回到了狀態(tài) 1。下面以單臺變頻器控制 2臺水泵的方案來說明。系統(tǒng)的構(gòu)成框圖如圖 。 在停機(jī)過程中，同樣可以通過對降速時(shí)間的預(yù)置來延長停機(jī)過程，使動態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減小，從而徹底消除了水錘效應(yīng)。此外，水錘效應(yīng)也可能破壞閥門和固定件。 15 可見，供水能力與用水需求之間的矛盾具體地反映在流體壓力的變化上。 比較上述兩種調(diào)節(jié)流量的方法可 以看出，在所需流量小于額定流量(Qx100%QN)的情況下，轉(zhuǎn)速控制時(shí)的揚(yáng)程比閥門控制方式小得多，所以轉(zhuǎn)速控制方式所需的供水功率也比閥門控制方式小得多。這時(shí)，管阻特性將隨閥門開度的改變而改變，但是揚(yáng)程特性不變。詳細(xì)劃分如下 [6]： 13 水泵的調(diào)節(jié)方式調(diào)壓調(diào)速異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速異步電機(jī)的變極調(diào)速異步電機(jī)的串極調(diào)速變頻調(diào)速液力耦合器的變速調(diào)節(jié)油膜轉(zhuǎn)差離合器的變速調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)差離合器的變速調(diào)節(jié)改變傳動裝置改變原動機(jī)的轉(zhuǎn)速節(jié)流調(diào)節(jié)混流式 ， 軸流式泵的動葉調(diào)節(jié)改變泵的運(yùn)行臺數(shù)調(diào)節(jié)恒速調(diào)節(jié)變速調(diào)節(jié) 恒壓供水系統(tǒng)的能耗分析 在供水系統(tǒng)中，最根本的控制對象是流量。 因此，要正確選擇電動機(jī)的功率， 對恒定負(fù)載連續(xù)工作方式，如果知道負(fù)載的功率 (生產(chǎn)機(jī)械軸上的功率 ) 1p （ kW），可按式 ()計(jì)算所需電動機(jī)的功率[6] P (kW)： ? ?1 1 2/pp ??? () 式中， 1? 為生產(chǎn)機(jī)械的效率， 2? 為電動機(jī)的效率，即傳動效率。在離心力的作用下，液體從葉輪中心 被拋向外緣并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進(jìn)入泵殼。所以在部分條件復(fù)雜的中小水廠，采用通用的恒壓供水變頻系統(tǒng)并不能完全滿足實(shí)踐要求，現(xiàn)部分中小水廠已 認(rèn)識到這一情況，并針對實(shí)際情況對變頻恒壓供水系統(tǒng)加以改進(jìn)和完善[1][2][3][4]。 9 變頻供水系統(tǒng)應(yīng)用范圍 變頻恒壓供水系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應(yīng)用，按所使用的范圍大致 分為三類 : (1) 小區(qū)供水 (加壓泵站 )變頻恒壓供水系統(tǒng) 這類變頻供水系統(tǒng)主要用于包括工廠、小區(qū)供水、高層建筑供水、鄉(xiāng)村加壓站，特點(diǎn)是變頻控制的電機(jī)功率小，一般在 135kW 以下，控制系統(tǒng)簡單。由此可見，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有供水安全、節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。 變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用。s normal work and life. As people on the water quality and water supply systems in the continuous improvement of reliability requirements, the use of advanced automation technology, control technology and munication technology, design a highperformance, highenergy, water supply plants to adapt to the plex environment of constant pressure water supply Systems bee an inevitable trend In this paper, pipe work and pumps under the operation of the curve, clarify the water supply system for energysaving Frequency Control Principle。 進(jìn)行了控制系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)，控制電路設(shè)計(jì)。隨著人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性要求的不斷提高，利用先進(jìn)的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)出高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)供水廠復(fù)雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。最后對恒壓供水進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益分析，分析的結(jié)果表明具有明顯的節(jié) 能效益。 隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)的可靠性要求不斷提高。 8 蓄 水池電 機(jī)水 泵閥 門供水主管網(wǎng)蓄 水池電 機(jī)水 泵閥 門供水主管網(wǎng)變 頻 器P L C 圖 傳統(tǒng)供水機(jī)示意圖 圖 變頻供水機(jī)示意圖 本課題產(chǎn)生的背景和意義 我國長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，工業(yè)自動化程度低。此方式的缺點(diǎn)必是電機(jī)數(shù)量和變頻的數(shù)量一樣多，投資成本高。 (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(diǎn)是功率大 (一般都大于320kW)、機(jī)組多、多數(shù)采用高壓變頻系統(tǒng)。最后，對變頻恒壓供水系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，對該系統(tǒng)在 供水中所取得的節(jié)約電耗、恒定壓力、保護(hù)管網(wǎng)等進(jìn)行了總結(jié)，指出變頻技術(shù)在供水領(lǐng)域所取得的成果及局限性。電動機(jī)的功率應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械所需要的功率來選擇，盡量使電動機(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)行。大量的統(tǒng)計(jì)調(diào)查表明，一些在運(yùn)行中需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的水泵，其能量浪費(fèi)的主要原因，往往是由于采用不合適的調(diào)節(jié)方式。閉環(huán)恒壓供水系統(tǒng)正越來越多地取代高位水箱、水塔等設(shè)施及閥門調(diào)節(jié)。當(dāng)水泵的餓轉(zhuǎn)速改變時(shí)，揚(yáng)程特性將隨之改變，而管阻特性不變。而流量的大小又取決于揚(yáng)程，但是揚(yáng)程難以進(jìn)行具體測量和控制。由于水具有動量和不可壓縮性，因此，在極短時(shí)間內(nèi)流量的巨大變化將引起對管道的壓強(qiáng)過高或過低的沖擊，并產(chǎn)生空化現(xiàn)象。所以，加速過程很快。 17 第三章 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 變頻恒壓 供水控制系統(tǒng)的構(gòu)成方案 從變頻恒壓供水的原理分析可知，該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機(jī)組以及低壓電器組成。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機(jī)組的容量大小無關(guān) [10]。 當(dāng)系統(tǒng)用水高峰過后，用水量減少時(shí)，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻率時(shí)，表示只有 1臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過控制 系統(tǒng)，可將 1號泵電機(jī)停運(yùn)， 2號泵電機(jī)仍由變頻器電源供電，這時(shí)控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 3。 1. 不同住宅類型的用水 標(biāo)準(zhǔn)。 (2) 根據(jù)表 水量為 3m /h。 表 端子功能表 引腳序號 引腳名稱 功能 引腳序號 引腳名稱 功能 1 +10V 電源電壓 12 AOUT1+ 模擬輸出 1 2 0 13 AOUT1 3 AIN1+ 模擬輸入 1 14 PTCA 4 AIN1 15 PTCB 5 DINN1 數(shù)字輸入 16 DIN5 數(shù)字輸入 6 DINN2 17 DIN6 7 DINN3 26 AOUT2+ 模擬輸出 2 8 DINN4 27 AOUT2 9 +24V 電源電壓 28 PE RS485 10 AIN2+ 模擬輸入 2 29 P+ 11 AIN2 30 P 23 18 RL1A 輸出繼電器的觸頭 22 RL2C 輸出繼電器的觸頭 19 RL1B 23 RL3A 20 RL1C 24 RL3B 21 RL2