【正文】 水泵的條件，將繼續(xù)發(fā)生如上轉換，并有新的水泵投入并聯(lián)運行。在附屬小泵開啟后，壓力達不到設定壓力，則經過一定的延時后，關掉附屬小泵，開啟調速泵進行控制，工作過程同4步。切除工頻泵時，先關閥，在停車。要增加實際供水壓力，正如前面所講的那樣，只能通過水泵機組切換，增加運行機組數(shù)量來實現(xiàn)。當變頻器的輸出頻率己經下降到下限頻率，實際的供水壓力卻仍高于設定的供水壓力時，存在的壓力差不會使輸出頻率繼續(xù)降低，實際的供水壓力也不會降低。同時，在切換過程和變頻器從啟動到穩(wěn)定的過程中，系統(tǒng)的供水情況是不穩(wěn)定的，實際供水壓力也會在很大的壓力范圍內震蕩?；販h(huán)的應用提供了這樣一個保障，即如果切換的判別條件滿足，那就說明此時實際供水壓力在當前機組的運行狀況下滿足不了設定的要求。本文以某小區(qū)的實際生活用水的數(shù)據(jù)進行選型，該小區(qū)生活用水具體要求為： 1) 由多臺水泵機組實現(xiàn)供水，流量范圍600㎡/h^，揚程60米左右，出水口水壓大小為O．4MPa； 2) 設置一臺小泵作為輔助泵，用于小流量時的供水；供水壓力要求恒定，尤其在換泵時波動要?。? 3) 系統(tǒng)能自動可靠運行，為方便檢修和應急，應具備手動功能，各主泵均能可靠地實觀軟啟動； 4) 具有完善的保護和報警功能，系統(tǒng)要求較高的經濟運行性能。在一臺變頻器驅動一臺電機連續(xù)運轉時，變頻器容量(kVA)應同時滿足下列三式： PCN≥kPMηcosφ（KVA） （31） PCN≥k√3UmIm10﹣179。高性能和多功能的理想結合，動態(tài)轉矩控制，能在各種運行條件下實現(xiàn)對電動機的最佳控制，具有PG反饋更高性能的控制系統(tǒng)，新方式在線自整系統(tǒng)，能使電機低轉速時脈動大大減小，更方便了使用的鍵盤面板，適應了各種環(huán)境的結構。功率大于75KW以上的，有自帶直流電抗器。Y系列電動機額定電壓為380V，額定頻率為50Hz，3KW以下為“Y”接法，4KW以上為“△”接法。第三章 變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件設計 系統(tǒng)主要配置的選型 水泵機組的選型 根據(jù)第2章中所闡述的基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理，系統(tǒng)的電氣控制總框圖如圖3．1所示：故障、狀態(tài)等量輸入報警、控制等量輸出上位機、組態(tài)等變頻器壓力、流量等傳感器人機界面軟啟動、自耦變壓器水泵機組A/D模塊可編程控制器PLC通訊模塊 系統(tǒng)的電氣控制總框圖 由以上系統(tǒng)電氣總框圖可以看出，系統(tǒng)所需要的主要硬件包括： 1)水泵機組、變頻器 2)PLC及擴張模塊 3)壓力變送器及數(shù)顯儀 水泵機組的選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運行；二是要經常處于高效區(qū)運行，以求取得較好的節(jié)能效果?？紤]到只有當變頻器的輸出頻率在上下限頻率時才可能發(fā)生切換，并且上限頻率時不可能減泵，下限頻率時不可能增泵，所以，可以采用回滯環(huán)思想進行判別如圖2．5表示。假設這一段時間內用戶的用水狀況保持不變(其實在一個穩(wěn)定的供水時段可以看作這種情況)，那么按照要求停掉了一個工頻狀態(tài)下運行的機組之后，機組的整體運行情況與增加運行機組之前完全相同。由于在變頻運行狀態(tài)下，水泵機組中電機的運行頻率由變頻器的輸出頻率決定，這個下限頻率也就成為變頻器頻率調節(jié)的下限頻率。由于電網的限制以及變頻器和電機工作頻率的限制，50Hz成為頻率調節(jié)的上限頻率。關閥后停車，水泵電機基本上處于空載運轉，到600ms時電機的轉速下降不是很多，使切換時電流沖擊較小。在這種情況下，若實際壓力低于設定壓力，則延時后開啟附屬小泵進行補水，附屬小泵開啟后，若實際壓力高于附屬小泵的工作壓力(設定壓力+附屬小泵啟停壓力誤差)，則關掉附屬小泵。 2)當用水量增加水壓減小時，通過壓力閉環(huán)和恒壓控制器，增加水泵的轉速到另一個新的穩(wěn)定值，反之，當用水量減少水壓增加時，通過壓力閉環(huán)和恒壓控制器，減小水泵的轉速到另一個新的穩(wěn)定值。此信號來自在安裝于水源處的液位傳感器；報警信號反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異常，該信號為開關量信號。為實現(xiàn)遠程監(jiān)控的功能，系統(tǒng)中還配置了計算機和通信模塊。在全流量范圍內靠變頻泵的連續(xù)調節(jié)和工頻泵的分級調節(jié)相結合，使供水壓力始終保持為設定值。這種控制方案既有擴展功能靈活方便、便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點，又能達到系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度的要求。但開發(fā)周期長，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現(xiàn)場調試的靈活性差，同時變頻器在運行時，將產生干擾，變頻器的功率越大，產生的干擾越大，所以必須采取相應的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠性。 變頻恒壓控制原理圖 變頻恒壓供水系統(tǒng)的近似數(shù)學模型 如前文所述，由于變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是一個時變的、非線性的、滯后的、模型不穩(wěn)定的對象，我們難以得出它的精確數(shù)學模型，只能進行近似等效。 （27） 式中Ql、HP1為變速前的流量、揚程、功率，QH2,P2為變速后的流量、揚程、功率。變頻調速供水方式屬于轉速控制。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。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2．1中A點。第2章 系統(tǒng)的理論分析及方案的確定 變頻恒壓供水系統(tǒng)理論分析 變頻恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理供水系統(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2．1所示。 3)變頻調速的軟啟動器避免了電機和水泵的硬起動，可大大延長聯(lián)軸器壽命。 7)節(jié)能性：系統(tǒng)用變頻器進行調速，用調節(jié)泵和固定泵的組合進行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對每臺水泵進行軟啟動，啟動電流可從0到電機額定電流，減少了啟動電流對電網的沖擊的同時減少了啟動慣性對設備的大慣量的轉速沖擊，延長了設備的使用壽命。與硬接線的梯形圖不同，PLC梯形圖邏輯是由軟件實現(xiàn)的，因此既形象直觀便于編寫，又易于擴展和修改功能。另外，一些特殊功能模塊也帶有自己的操作系統(tǒng)軟件。因此，用戶選型后，所需的輸入或輸出點數(shù)不夠時，就需對系統(tǒng)做出必要的擴展，各個廠家也生產了專用于擴展用的各模板供用戶選用。編程器工作方式主要有編程和監(jiān)控兩種，編程工作方式是在PLC機處于停機狀態(tài)時可以進行編程，它的功能主要是輸入新的程序，或者對已有的程序予以編輯和修改。有的編程器還可與打印機或磁帶機相連，以將用戶程序和有關信息打印出來或存放在磁帶上，磁帶上的信息可以重新裝入PLC?，F(xiàn)在標準量程的模擬電壓主要是o．5伏和o．10伏兩種，．20mA兩種。可編程控制器有多種輸入／輸出模塊，其類型有數(shù)字量輸入／輸出模塊和模擬量輸入／輸出模塊。為確保PLC機控制系統(tǒng)的可靠性，CMOS RAM存貯器有預防電源掉電故障的鏗電池保護措施，以防電源掉電后破壞它的存貯內容。系統(tǒng)存貯器用以存貯制造廠家編寫的系統(tǒng)程序。PLC可分為以下幾個部分： 1）中央處理單元(CPU)：同一般微處理機一樣，中央處理單元是可編程控制的核心部件，它通過輸入裝置將外設的狀態(tài)讀入并按照用戶程序去處理，根據(jù)處理結果通過輸出裝置去控制外設。PLC不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，有相應的I／O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備直接連接。在硬件方面，除了保持其原有的開關模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程I／O模塊和各種特殊功能模塊。 4)產品可靠性及工藝水平低。我國電氣傳動產業(yè)始于1954年。1985年，德國人提出了基于六邊形乃至圓形磁鏈軌跡的直接轉矩控制理論(DSC)。 國內外變頻調速技術的發(fā)展與現(xiàn)狀變頻器的快速發(fā)展得益于電力電子技術、計算機技術和自動控制技術及電機控制理論的發(fā)展。 水塔高位水箱供水具有控制方式簡單、運行經濟合理、短時間維修或停電可不停水等優(yōu)點，但存在基建投資大，占地面積大，維護不方便，水泵電機為硬起動，啟動電流大等缺點，頻繁起動易損壞聯(lián)軸器，目前主要應用于高層建筑?；谒霉┧髁亢退棉D速的三次方成正比，論文分析了采取變頻調速方式實現(xiàn)恒壓供水相對于傳統(tǒng)的閥門控制恒壓供水方式的節(jié)能機理。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設是其中的一個重要方面，供水的經濟性、可靠性、穩(wěn)定性直接影響到小區(qū)住戶的正常生活和工作，也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平的高低。給出了實現(xiàn)有效狀態(tài)循環(huán)轉換控制的電氣設計方案和PLC控制程序設計方案。 單片機變頻調速供水系統(tǒng)也能做到變頻調速，自動化程度要優(yōu)于上面4種供水方式，但是系統(tǒng)開發(fā)周期比較長，對操作員的素質要求比較高，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。此方法以三相波形的整體生成效果為基礎，以逼近電機氣息的理想圓形旋轉磁場軌跡為目的，一次生成兩相調制波形，使變壓變頻VVVF(VableVoltage Variable Frequency)成為變頻調速技術的核心。1995年，ABB公司首先推出的直接轉矩控制通用變頻器，目前已成為其各系列通用變頻器的核心技術。隨著改革開放和經濟的高速發(fā)展，我國采取要么直接從發(fā)達國家進口現(xiàn)成的變頻調速設備，要么內外結合，即在自行設計制造的成套裝置中采用外國進口或合資企業(yè)的先進變頻調速設備，然后自己開發(fā)應用軟件的辦法，很好地為國內重大工程項目提供了電氣傳動控制系統(tǒng)的解決辦法，適應了社會的需要。目前，PLC在小型化、大型化、大容量、強功能等方面有了質的飛躍。而且，為了進步提高PLC的處理速度，各制造廠商還研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片，大大提高了PLC軟、硬件功能。為了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結構。由于PLC強大功能和優(yōu)點，使得其在我國的水工業(yè)自動化中得到廣泛的應用。對于雙CPU來說，一般具有一個位處理器和一個字處理器。用戶不能訪問和修改存貯器這部分的內容。由于數(shù)據(jù)在控制器應用中是經常變化、經常存取的，因此數(shù)據(jù)存貯器一般選用CMOS RAM，以滿足隨機存取的要求。數(shù)字量輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進制數(shù)字信號轉換成標準量程的電壓或電流輸出信號，提供給執(zhí)行機構。圖形編程器以液晶顯示器(LCD)或陰極射線管(CRT)作屏幕，用來顯示編程內容和提供如輸入、輸出、輔助繼電器的占有情況、程序容量等各種信息，還可在調試程序、檢查程序執(zhí)行時顯示各種信號狀態(tài)、出錯提示等。編程器的結構一般包括顯示部分與鍵盤部分。用擴展模板來擴展系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點：用戶可根據(jù)自己時間控制系統(tǒng)的要求，選用各種合適的擴展模塊對PLC作硬件組態(tài)，以求達到各種功能或控制精度，同時節(jié)省開支，減少不必要的投資。當用戶程序己裝入PLC的存儲器，編程器就可以被分離，基本控制單元將自動進入執(zhí)行用戶程序狀態(tài)。 3)多變性：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。壓強過高，將引起管子的破裂；壓強過低又會導致管子的癟塌。具體而言，論文包括以下內容： 1)論文在對課題進行分析和研究的基礎上，提出了系統(tǒng)的設計方案和思路，確定論文主要的研究內容和研究方法； 2)分析了變頻恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能的原理，給出了恒壓供水的理論模型及近似的數(shù)學模型；確定變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案，給出了變頻恒壓供水的控制流程及工作原理；最后分析了在變頻恒壓供水中，水泵切換的條件。而管阻特性是以水泵的轉速不變?yōu)榍疤幔砻鏖y門在某一開度下，揚程H與流量Q之間的關系H=f（Qu）。通常由異步電動機驅動水泵旋轉來供水，并且把電機和水泵做成一體，通過變頻器調節(jié)異步電機的轉速，從而改變水泵的出水流量而實現(xiàn)恒壓供水的。閥門控制法是通過調節(jié)閥門開度來調節(jié)流量，水泵電機轉速保持不變。而揚程則從H0上升到H1，運行工況點從E點移到F點，此時水泵輸出功率用圖形表示為(0,Q2,F,H1)圍成矩形部分，其值為： Pf=γH1Q2102η （24） 當用調速控制時，若采用恒壓(H0)，變速泵(n2)供水，管阻特性曲線為β2，揚程特性變?yōu)榍€n2，工作點從E點移到D點。設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)，在每一個時段內是一個常數(shù)。系統(tǒng)主要的設計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，同時還要能對運行數(shù)據(jù)進行傳輸。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換：通用性強，由于PLC產品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。 不同季節(jié)、不同月份，流量變化類型也連續(xù)型是指一天內很少有流量為零的時候，或本身管網的正常泄漏就保持有一定的流量；間歇型指一天內有多段用水低谷時間，流量很小或為零；各種類型的水流量變化關系曲線如圖2．4所示。處于供水低谷小流量或夜間小流量時，為進一步減少功耗，采用一臺小流量泵來維持正常的泄漏和水壓。 2)信號檢測機構：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括水壓信號、液位信號和報警信號。供水控制器直接對系統(tǒng)中的壓力、液位、報警信號進行采集，對來自人機接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構的控制方案，通過變頻調速器和接觸器對執(zhí)行機構(即水泵)進行控制；變頻器是對水泵進行轉速控制的單元，其跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調速泵的運行頻率，完成對調速泵的轉速控制。當最后一臺水泵M3投入運行，變頻器輸出頻率達到上限頻率50Hz時，壓力仍未達到設定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出水壓超限報警。循環(huán)投切的工作過程：變頻器的輸出端不能連接電源