【正文】 菱 FRA540系列變頻器內(nèi)置 PID功能的 PLC控制恒壓供水系統(tǒng)，效率高，損耗小，調(diào)速供水節(jié)能效果突出，運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，體現(xiàn)了變頻調(diào)速恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，取代了水塔、水箱、氣壓罐等，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，成為供水網(wǎng)的換代產(chǎn)品。而且這種方式在用水量較少時(shí)節(jié)能效果更為明顯。即水泵的工作效率是不變的，總是處于最佳狀態(tài)。由于管壁光滑，后續(xù)水流在慣性的作用下，水力迅速達(dá)到最大，并產(chǎn)生破壞作用，這就是水利學(xué)當(dāng)中的 “ 水錘效應(yīng) ” ，也就是正水錘。解決的辦法是采用變頻器或軟起動(dòng)器，用變頻器最好，要多舒緩都可以，但是如果不需要調(diào)速，成本就高了，用軟起動(dòng)器就可以了，大多數(shù)軟起動(dòng)器具有軟起和軟停雙重功能。 a)全壓起動(dòng) b)變頻起動(dòng) 圖 水泵的直接起動(dòng)和變頻起動(dòng) 變頻調(diào)速對(duì)供水系統(tǒng)安全性的作用 采用變頻調(diào)速，對(duì)系統(tǒng)的安全性有一系列的好處 ： (1) 消除了水錘效應(yīng)，減少了對(duì)水泵及管道系統(tǒng)的沖擊，可大大延長(zhǎng)水泵及管道系統(tǒng)的壽命； n T Nf n Nn JT O O ① ② 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 (2) 降低水泵平均轉(zhuǎn)速，減小工作過(guò)程中的平均轉(zhuǎn)矩，從而減小葉片承受的應(yīng)力，減小軸承的磨損，使水泵的工作壽命將大大延長(zhǎng)； (3) 避免了電機(jī)和水泵的硬起動(dòng)，可大大延長(zhǎng)聯(lián)軸器壽命； (4) 減少了起動(dòng)電流，也就減少了系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，提高了自身系統(tǒng)的可靠性。水泵變頻軟起動(dòng)沖擊電流小，也有利于電機(jī)泵的壽命，此外水泵在低速運(yùn)行時(shí)，噪聲小。根據(jù)水壓的變化，由變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓。 配用制動(dòng)電阻： 30? 。 QF1,QF2,QF3,QF4,QF5,QF6 分別為主電路、變頻器和各水泵的工頻運(yùn)行空氣開關(guān)， FR1, FR2, FR3, FR4 為工頻運(yùn)行時(shí)的電機(jī)過(guò)載保護(hù)用熱繼電器，變頻運(yùn)行時(shí)由變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)過(guò)載保護(hù)。為了保護(hù) PLC 設(shè)備， PLC 輸出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是在 PLC 輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，通過(guò)中間繼電器控制接觸器線圈的得電 /失電，進(jìn)而控制電機(jī)或者閥門的動(dòng)作。通過(guò)轉(zhuǎn)換關(guān)及相應(yīng)的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。 電動(dòng)機(jī)電源的通斷，由中間繼電器 KA1KA7 控制接觸器 KM1KM7 的線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)。 (3) 下限頻率：在供水系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速過(guò)低，會(huì)出現(xiàn)水泵的全揚(yáng)程小于基本揚(yáng)程 (實(shí)際揚(yáng)程 )，形成水泵 “ 空轉(zhuǎn) ” 的現(xiàn)象。 表 PLC 的 I/O 端子分配 現(xiàn)場(chǎng)器件與接線段子 I/O 地址 功能注釋 輸 入 中間繼電器 KA 常開觸點(diǎn) X0 自動(dòng) /手動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān) 變頻器 Y2 端子 X1 變頻器輸出頻率極限信號(hào) 遠(yuǎn)傳壓力表壓力上限電接點(diǎn) X2 壓力下限到達(dá)信號(hào) 遠(yuǎn)傳壓力表壓力下限電接點(diǎn) X3 壓力上限到達(dá)信號(hào) 水池水位下限信號(hào) X4 水池缺水 接觸器 KM8 常開 X5 變頻器故障報(bào)警信號(hào) 接觸器 KM9 常開 X15 壓力上下限報(bào)警信號(hào) 變頻器 Y1 X16 變頻器過(guò)載信號(hào) 輸 出 KA8 線圈 Y0 實(shí)現(xiàn)運(yùn)行 /停止控制 KA1 線圈 Y1 1變頻運(yùn)行控制及指示 KA2 線圈 Y2 1工頻運(yùn)行控制及指示 KA3 線圈 Y3 2變頻運(yùn)行控制及指示 KA4 線圈 Y4 2工頻運(yùn)行控制及指示 KA5 線圈 Y5 3變頻運(yùn)行控制及指示 KA6 線圈 Y6 3工頻運(yùn)行控制及指示 KA7 線圈 Y7 輔助泵工頻運(yùn)行控制及指示 KA10 線圈 Y10 水池水位下限報(bào)警指示 KA11 線圈 Y11 變頻器故障報(bào)警指示 KA12 線圈 Y12 水壓 上下 報(bào)警 KA13 線圈 Y13 自動(dòng)變頻運(yùn)行指示 KA14 線圈 Y14 自動(dòng)工頻運(yùn)行指示 KA15 線圈 Y15 變頻器過(guò)載 運(yùn)行 指示 依據(jù)表 得 FX2N32MR 的 I/O 口的輸入輸出電路圖，如圖 。在自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行 PLC 的控制程序，自動(dòng)控制泵的起停。因此，在控制電路中多處對(duì)各主泵電機(jī)的工頻 /變頻運(yùn)行接觸器作了互鎖設(shè)計(jì)；另外，變頻器是按單臺(tái)電機(jī)容量配置，不允許同時(shí)帶多臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，為此對(duì)各電機(jī)的變頻運(yùn)行也作了互鎖設(shè)計(jì)。為了改善變頻器的功率因素，還應(yīng)在變頻器的 (Pl, P+)端子之間需接入相應(yīng)的 DC 電抗器。 4．壓力變送器及數(shù)顯儀的選型 選用普通壓力表 Y100 和 XMT1270 數(shù)顯儀實(shí)現(xiàn)壓力的檢測(cè)、顯示和變送。普通功能型 u/f 控制變頻器，具有轉(zhuǎn)矩控制功的高功能型 u/f 控制變頻器，矢量控制高功能型變頻器。首先是節(jié)能，每臺(tái)泵都可以較高效率運(yùn)行，長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用少；其二，供水可靠性好，一臺(tái)泵故障時(shí)，一般并不影響系統(tǒng)供水，小泵的維修更換也方便；其三，小泵起動(dòng)電流小，不要求增加電源容量；其四，只須按單臺(tái)泵來(lái)配置變頻器容量，減少投資。不同季節(jié)、不同月份，流量變化類型也會(huì)改變。 圖 。此外，水錘效應(yīng)還可能損壞閥門和固定件。采用變頻調(diào)速方式變頻器能夠根據(jù)負(fù)載 輕重調(diào)整輸入電壓，從而提高了電動(dòng)機(jī)的工作效率。 (2) 供水系統(tǒng)工作效率的近似計(jì)算公式 水泵工作效率相對(duì)值的近似計(jì)算公式如下 2**2**1* )()( nQCnQCp ??? () 式 () 中 *p? *Q *n —— 效率、流量和轉(zhuǎn)速的相對(duì)值均小于 1。 （ 2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與 恒速運(yùn)行供水能耗分析 根據(jù)水泵比例定理，改變轉(zhuǎn)速 n ，水泵流量 Q 、揚(yáng)程 H 和軸功率 P 都隨之相應(yīng)變化，其關(guān)系式為 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 211 nn? （ ） 211 )(nnHH ? （ ） 311 )(nnPP ? （ ） 從以上關(guān)系可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速 n 下降時(shí)，軸功率按轉(zhuǎn)速變化的 3 次方關(guān)系下降，可見(jiàn)轉(zhuǎn)速對(duì)功率的影響是最大的。適用一般用途，可用于有少量粉塵或少許溫度、濕度變化的場(chǎng)合； （ 3）密閉型 IP65。這是因?yàn)?，電?dòng)機(jī)的容量選擇在考慮最大負(fù)載，富裕系數(shù)，電動(dòng)機(jī)規(guī)格等因素，往往電動(dòng)機(jī)的容量富裕較大，工業(yè)用電動(dòng)機(jī)常常在 50%～ 60%額定負(fù)荷下運(yùn)行。其中后兩項(xiàng)變頻器生產(chǎn)廠家由本國(guó)或本公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達(dá)變頻器的能力。變頻器類型的選擇要根 據(jù)負(fù)載的要求進(jìn)行。 頻率 1f 從額定值 Nf 往下調(diào)時(shí)， 電機(jī)機(jī)械特性變化情況如圖 。 這種調(diào)速方式需要專用的變頻裝置，即變頻器。 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子銅損耗為 emCu sPrIP ?? 39。這說(shuō)明，通過(guò)恒壓供水就能保證供水能力和用水流量處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了用戶所需的用水流量。 4． 供水功率 供水系統(tǒng)向用戶供水時(shí)所消耗的功率 GP （ kW)稱為供水功率，供水功率與流量和揚(yáng)程的乘積成正比 QHCP rPG ? （ ） 式中 PC 一一比例常數(shù)。這里的 GQ 和 UQ 是為了便于說(shuō)明供水能力和用水需求之間的平衡關(guān)系而假設(shè)的量。 曲線表明轉(zhuǎn)速一定時(shí)，用水量增大，即流量增大，管道中的管阻損耗也就越大，供水系統(tǒng)的全揚(yáng)程就越小，反映用戶的用水需求狀況對(duì)全揚(yáng)程的影響的。其大小在靜態(tài)時(shí)主要取決于管路的結(jié)構(gòu)和所處的位置，而在動(dòng)態(tài)情況下，則還與流量與揚(yáng)程之間的平衡情況有關(guān)。在真實(shí)的管道系統(tǒng)中，這個(gè)位置并不存在。 由此可見(jiàn) ，變頻調(diào)速式供水系統(tǒng)具有節(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(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。同時(shí)由于氣壓罐體積大，占地面積一般為幾十平米。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過(guò)于求的情況，此時(shí)將會(huì)造成能量的浪費(fèi)，同時(shí)有可能使水管爆破和用水設(shè)備的損壞。 變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。變頻調(diào)速技術(shù)是一種新型成熟的交流電機(jī)無(wú)極調(diào)速技術(shù)，它以其獨(dú)特優(yōu)良的控制性能被廣泛應(yīng)用于速度控制領(lǐng)域，特別是供水行業(yè)中。 主電路方案設(shè)計(jì) .......................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 系統(tǒng)設(shè)有監(jiān)控上位機(jī)，上位 機(jī) 與 PLC 連接， 完成對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的 數(shù)據(jù)采集 和 狀態(tài)監(jiān)控 。 設(shè)計(jì)（論文）完成的主要內(nèi)容： 1） 恒壓供水 PLC 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) ； 2） 恒壓供水 PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)； 3） 恒壓供水 PLC 控制系統(tǒng) PLC 編程； 4） 控制器參數(shù)的整定，控制功能驗(yàn)證 5） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)心得 提交設(shè)計(jì)（論文）形式（設(shè)計(jì)說(shuō)明與圖紙或論文等）及要求： 1）設(shè)計(jì)論文 2~4 萬(wàn)字（ 40 頁(yè)）。 PLC 作為 核心 控制機(jī)構(gòu)， 一方面控制變頻器和高峰補(bǔ)水泵工作，另一方面與上位機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的組態(tài)監(jiān)控；變頻器通過(guò)其內(nèi)部的 PID 調(diào)節(jié)運(yùn)算功能， 變頻器和水泵構(gòu)成執(zhí)行機(jī)構(gòu)，壓力變 送器作為 檢測(cè)和 反饋機(jī)構(gòu)，共同組成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。 inverter through its regulation of the internal operations of the PID function, transducer and pumps constitute the implementation of institutions, pressure transmitter testing and feedback as a body, the formation of a joint closedloop control system. The system uses a frequency converter three drag pump motor starter switch, operation and speed. The use of recycled water pump unit run. PC system with monitor, PC and PLC connection, pletion of the system of data collection and condition monitoring. System is running, the pressure transmitter can be detected in realtime pressure water supply works and value back to the PLC and inverter, inverter P1D control strategies using realtime adjustment of pump speed (frequency), change its flow, in order to achieve constant pressure water supply. A single pump operating conditions through the regulation of the