【正文】 用戶預先設計的壓力值 ， 達到恒壓供水的目的。 P L C1 泵 3 泵2 泵電 源壓 力 傳 感 器變 頻 器用 戶 圖 變頻固定方式切換原理框圖 多泵并聯(lián) 變頻恒壓供水系統(tǒng)相關問題 研究 變頻 調速在工業(yè)生產(chǎn)領域和民用生活領域都得到 了廣泛的應用。水泵在工頻運行時 ， 流量 50%以下時處在低效段 ， 對于調速泵而言 ， 由于等效段的擴大 ，這個值最小為 40%。當變頻器帶動電機達到額定轉速后 ， 就要將電動機切換到工頻電網(wǎng)直接供電運行 ， 變頻器可以再去 啟動 其他的電動機。據(jù)文獻介紹 ， Ross Hill 公司的 VFD 變頻裝置通過對電動機的端電壓進行采樣 、 適當?shù)目刂?， 在變頻器內部對轉矩進行微調 ， 可以實現(xiàn)在 電機電壓和主線電壓相位相同 的 瞬間 ，先接通工頻電源后斷開變頻器輸出 ， 保證了在電機不丟轉的情況下無任何過電流。 變頻調速恒壓供水系統(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)結構、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。同時用于水泵轉速控制的變頻器也存在一定的滯后效應。如果相位差較大 ， 會造成對電網(wǎng)和變頻器雙方的電流沖擊 ， 還會影響電網(wǎng)上其他設備的正常工作 ， 并損壞變頻器。變頻軟 啟動 的優(yōu)點是 ， 由于采用電壓 /頻率按比例控制方法 ，所以不會產(chǎn)生過電流 ， 并可提供等于額定轉矩的 啟動 力矩 ， 故特別適合于需重載或滿載啟動 的大功率水泵電機。由此可見 ， 由于定 速泵容量設置過大 ， 調速泵水量下調幅度變得很小 ， 僅為 ΔQ， 若此時供水量稍有減少 ， 系統(tǒng)即執(zhí)行定速泵停機操作 ， 使定速泵出現(xiàn)頻繁操作現(xiàn)象。 起 動 器 變 頻 器現(xiàn) 場開 關 信 息P L C報 警控 制 面 板變 送 器水 管 、 網(wǎng) 壓力 傳 感 器泵 M 3泵 M 2泵 M 1主 電 源3 8 0 V A C2 2 0 V A CS B4 5 613 2去 用 戶進 水 圖 變頻固定方式切換 當采用變頻固定方式時 ， 僅將 1水泵與變頻器相連 ， 原理框圖如圖 所示。假設該恒壓供水系統(tǒng)由三個水泵構成。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 21 水泵運行方式的選擇 這里說的多泵并聯(lián)變頻恒壓供水的工作方式 是 指以下兩種 ， 一是變頻循環(huán)軟啟動工作方式 ， 二是變頻泵固定方式。其次是防止給水泵出現(xiàn)“大馬拉小車”的工況。 在現(xiàn)代建筑生活給水系統(tǒng)中，采用一臺或多臺變頻調速泵給水的突出優(yōu)點是： ⑴ 采用變頻調速給水可以大幅度降低節(jié)流能量損耗，具有優(yōu)異的節(jié)能效果。 軟啟動節(jié)能 由于電機為直 接 啟動 或 /YD啟動 ， 啟動 電流等于 (4~7)倍額定電流 ， 這樣會對機電設備和供電電網(wǎng)造成嚴重的沖擊 ， 而且還會對電網(wǎng)容量要求過高 ， 啟動 時產(chǎn)生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大 ， 對設備、管路的使用壽命極為不利。管網(wǎng)裝置特性可以從閥門全開時測得的各種數(shù)據(jù) ， 由下式求得： 22 jH kQ H?? （ 215） 式中 ， k 為阻力系數(shù) ； jH 為泵進出口水位差。 由于采用恒 /uf的控制特性 ， 使整個調速運行中 ， ? 保持額定磁通 ， N? 保持不變 ，從功率因數(shù)看 ， 是最好的控制特性。 根據(jù)電動機的等效電路 ， 在忽略定子漏阻抗壓降的條件下 ， 定子的相電壓 1U 與氣隙磁通 ? 和頻率 f 之間的關系為 1 1 1 1 14. 44 NU E f N k ??? （ 23） 式中 ， 11NNk 為定子繞組每相的有效匝數(shù) ， 當電機確定后 ， 為一常數(shù)。 變頻調速時 ， 從高速到低速都可以保持有限的轉差率 ， 因而變頻調速具有高效率、高精度、調速范圍廣、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點 ， 調速性能可與直流電動機調速系統(tǒng)相媲美。 采用變頻器驅動具有很高的節(jié)能空間。當用水量大時 ， 水壓降低 ， 用水量小時 ， 水壓升高。由水泵 — 管道供水原理可知 ， 調節(jié)供水流量 ，原則上有二種方法 ， 第一種方法是節(jié)流調節(jié) ， 開大供水閥 ， 流量上升 ， 關小供水閥 ， 流量下降。揚程特性曲線和管阻特性曲線的交點 ， 稱為供水系統(tǒng)的工作點 ， 如圖 中的 A 點。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 12 第二章 變頻恒壓供水自動控制系統(tǒng) 簡介 供水系統(tǒng)的基本特性 供水系統(tǒng)的基本特性和工作點揚程特性是以供 水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤?， 表明水泵在某一轉速下?lián)P程 H 與流量 Q 之間的關系曲線 f(Q)如圖 21 所示。該系統(tǒng)可以用于深井泵恒壓供水系統(tǒng) 、 各類型的自來水廠 、 消防用水系統(tǒng)、工業(yè)鍋爐補水系統(tǒng) ， 還可以廣泛應用于化工、制冷空調和其他工業(yè)及民用領域。這無疑將推動交流變頻調速技術向新的方向發(fā)展。因此 ， 有待于進一步研究改善變頻 恒壓供水系統(tǒng)的性能 ，使其能被更好 地 應用于生活、生產(chǎn)實踐。它將 PID 調節(jié)器和 PLC 可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上 ， 通過設置指令代碼實現(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 ， 便可直接控制多個內置的電磁接觸器工作 ， 可構成最多 7 臺電機 (泵 )的供水系統(tǒng)。氣壓罐式的運行不穩(wěn)定 ， 突出表現(xiàn)在它啟動頻繁 ， 而且由于氣壓罐的調節(jié)容積僅占其總容積的 1/3～ 1/6， 因而每個罐的調節(jié)能力很小 ， 只得依靠頻繁的啟動來保證供水 ， 這樣不僅增加了啟動能耗 ， 還將產(chǎn)生較大的噪聲和電信號的干擾 ， 嚴重影響居民生活。當系統(tǒng)所需水量下降時 ， 供水壓力超出系統(tǒng)所需壓力而造成能量的浪費。它 比水泵出口 恒 壓控制方式更能節(jié)能 ， 但這取決于將全天 24 小時分成的時段數(shù)及所需水泵出口壓力計算的精確程度。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 6 這種系統(tǒng)的原理是通過設在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號與設定值作比較 ，再通過控制器調節(jié)變頻器的輸出 ， 無 級調節(jié)水泵轉速。對于高層建筑 ， 還可分層設水箱。水塔注滿后水泵停止 ， 水塔水位低于某一位置時再啟動水泵。 變頻恒壓供水 產(chǎn)生 的 背景 及研究意義 眾所周知 ， 水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分 ， 在節(jié)水節(jié)能己成為時代特征的現(xiàn)實條件下 ， 我們這個水資源和電能短缺的國家 ， 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 的 技術一直比較落后 ， 自動化程度低。 關鍵詞： 恒壓供水；變頻調速；可編程控制器；自動控制；節(jié)能 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） II Automatic control system of constant press water supply based on converter and PLC Abstract With the developement of society,it demands higher and higher water supply quality,both in producing and living. However,one of the important guide lines of the water supply quality is offer the relatively steady water supply hydraulic , the paper closely bines actuality of water supply and designs a suit of constant pressure water supply automatic control system based on variable frequency speedregulating technology and PLC. The constant pressure water supply automatic control system is made up of PLC,transducer,pump assembling unit,pressure sensor,industrial control puter and system used a transducer to make four electromotors starting,running,and timing. The three highpower electromotors and one lowpower electromotors are circulated running. In the system, water pump’s start amp。為此， 本論文 緊密結合當前供水現(xiàn)狀 ， 設計了一套基于 PLC 和變頻器的 恒壓供水系統(tǒng) 。其中 ， 三 臺大 電 機 和一 臺小 電 機采用循環(huán)使用的方式運行。PLC。 在這種供水方式中 ， 水泵從蓄水池中抽水加壓后直接送往用戶 ， 有的甚至連蓄水池也沒有 ， 直接從城市公用水網(wǎng)中抽水 ， 嚴重影響城市公用水網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。這種方式顯然比前一種節(jié)電 ， 其節(jié)電率與水塔容量 、 水泵額定流量 、 用水不均勻系數(shù) 、 水泵的開停時間比 、 開停頻率等有關 ， 供水壓力比較穩(wěn)定。 這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水箱蓄水 ， 通過監(jiān)測罐內壓力來控制泵的開停。 ⑴ 水泵出口恒壓控制 水泵出口恒壓控制是將壓力傳感器設在水泵出口處 ， 使系統(tǒng)在運行過程中水泵出口水壓恒定。這種方式的節(jié)能效果是最佳的 ， 但 是由于最不利點一般距離泵房較遠 ， 信號傳遞 過程 在實際應用中受到諸多限制 ， 因此工程中很少采用。而且其變頻調速式水泵采用軟啟動 ， 啟動時沖擊電流很小 ， 又降低了啟動能耗 ， 進一步節(jié)能。更主要的是由于調速式是經(jīng)水泵加壓后直接送往用戶的 ， 防止了氣壓罐中由于氣水接觸、隔膜與水接觸而可能造成的水質二次污染 ， 保證了用水水質的安全可靠。對于 水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制 ， 有的采用可編程控制器(PLC)及相應的軟件予以實現(xiàn) ， 有的采用單片機及相應的軟件予以實現(xiàn)。 20 世紀 70 年代 ， 電力電子器件開發(fā) 了 電力晶體管 (GTR)和門極關斷 (GTO)晶閘管 ， 它是一種電流型自關斷的電力電子器件 ， 可以方 便的實現(xiàn)變頻、逆變和斬波 ， 為變頻調速技術的開發(fā)、發(fā)展和普及奠定了基礎。尤其在水泵、風機 控制 方面的應用 ， 取得了顯著的節(jié)能效果 ， 近年來高電壓大電流的 SCR、 GTO、 IGBT 等器件的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術的發(fā)展應用 ， 使高電壓、大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應用成為現(xiàn)實 。 知識。而管阻特性是以水泵的轉速不變?yōu)榍疤?， 表明閥門在某一開度下 ， 揚程 H與流量 Q 之間的關系 H=f(QV)。一般在水源離 用水場所較遠的場合 ， 需要管道的輸送。其優(yōu)點是 啟動 平穩(wěn) ， 啟動 電流可限制在額定電流以內 ， 從而避免 啟動 時對電網(wǎng)的沖擊 。水泵轉動的越快 ， 產(chǎn)生的水壓越 大 ， 才能將水輸送到遠處或較高的樓層。 在三、四十年代 ， 電機調速理論和技術已在一些工業(yè)發(fā)達國家開始研究和應用 ， 如通過改變電機的磁極對數(shù) 、 利用發(fā)電機改變交流電源的頻率值 、 在轉子電路中加入調速變阻器或磁性放大器等方法對交流電機進行調速。電動機穩(wěn)定運行時實際輸出轉矩由負載的需要來決 定 ，在不同的轉速下 ， 不同的負載需要的轉矩也是不同的 ， 調速方法和控制特性應適應負載的要求。在一定的負載轉矩下 ，變頻調速運行時 ， 轉速之差將不變 ， 轉矩特性 （ 穩(wěn)定運行段 ）在 11/Uf?常 數(shù) 運行方式下 ， 當 ? 不同時 ， 它為一族平行的曲線。其輸出特性取決于水泵的種類和供水管網(wǎng)系統(tǒng)的阻力特性。 根據(jù)水泵運行的相似定律 ， 變速前后流量 Q 、揚程 H 、軸功率 P 與 轉速 N 之間的關系為 : 2211QN? ； 22211()HN? ； 32211()PN? (219) 式中 ， 1Q 、 1H 、 1P 為變速前的流量、揚 程、功率 ； 2Q 、 2H 、 2P 為變速后的流量、揚程、功率。由多泵并聯(lián)恒壓變頻供水理論可知 ， 在該系統(tǒng)中 只 需要 其中一臺泵是變頻泵 ， 其余全是工頻泵 ，便 可實現(xiàn)恒壓變量供水。這種準變壓變量給水系統(tǒng)設備可以適用于給水管路，具有一定的通用性。理論分析及實際使用證明，多泵并聯(lián)變頻調速給水可以顯著提高節(jié)能效果。在變頻器停止運行的條件下 ， 在其輸出端進行切換 ， 在切換好后再重新啟動變頻器而恢復正常運行。 具體系統(tǒng)采用 3 臺水泵并聯(lián)運行方式 ， 當用水量較小時 ， 一臺泵在變頻器的控制下穩(wěn)定運行 ， 當用水量大到水泵全速運行也不能保證管網(wǎng)的壓力 要求 時 ， 變頻器的控制信號被 PLC 檢測 ， 通過 PLC 控制泵組的切換。特別是通用變頻器和異動電機結合起來 ， 實現(xiàn)對生產(chǎn)機械的調速傳動控制 ， 其具有固定的優(yōu)勢 ， 應用到不同的生產(chǎn)領域 ， 可以體現(xiàn)不同的功能 ， 收到相應的效益。如果綜合水泵