【正文】 5） 又功率與水泵電機轉速成三次方正比關系，基于轉速控制比基于流量控制可以大幅度降低 軸功率。即通過控制轉速可以減少軸功率。但由于采用泵出口壓力恒量方式工作。水泵在實際運行時的工作點取決于水泵性能、管路水力損失以及所需實際揚程，這三種因素任一項發(fā)生變化，水泵的運行工況都會發(fā)生變化。由于其節(jié)電效果明顯，所以系統(tǒng)具有收回投資快、長期受益的特點，其產生的社會效益也是非常巨大的。電動機泵組多由同型號的水泵 2～ 4 臺并聯而成（以四臺為例）。其優(yōu)點是靈活性大，建設快，少受污染，不妨礙美觀，有利于擴展與消除管道中的水錘與噪聲，且可以通過改變壓力罐的壓力來滿足不斷增加的供水需求。 總之，通過完成畢業(yè)設計的主要內容，必須掌握變頻恒壓供水 系統(tǒng) 設 計的一系列技術，也必須達到如下要求：完成畢業(yè)論文說明書 ；完成恒壓供水系統(tǒng)軟件主 ，設計出能正常運行的系統(tǒng)軟件；完成 PLC 與變頻器的 外部 接線 設計， 以及配電規(guī)設計 。 由于 PLC 強大功能和優(yōu)點，使得 PLC在我國的水工業(yè)自動化中得到廣泛的應用。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 PLC 均采用模塊化結構。 在發(fā)達工業(yè)國家， PLC已經廣泛的應用在所有的工業(yè)部門。隨著計算機技術、通信技術和自動控制技術的迅速發(fā)展，可編程序控制器將傳統(tǒng)的繼電器控制技術與新興的計算機技術和通信技術融為一體，具有可靠性高、功能強、應用靈 活、編程簡單、使用方便等一系列優(yōu)點，以及良好的工業(yè)環(huán)境工作性能和自動控制目標實現性能，在工業(yè)生產中得到了廣泛的應用。充分利用變頻器內置的各種功能，對合理設計變頻調速恒壓供水設備，降低成本，保證產品質量等方面有著非常重要的意義。 由于變頻調速具有調速的機械特性好，效率高，調速范 圍寬，精度高，調整特性曲線平滑 [3]，可以實現連續(xù)的、平穩(wěn)的調速，體積小、維護簡單方便、自動化水平高等一系列突出的優(yōu)點而倍受人們的青睞。異步電機的調速方法很多，例如變極調速、有極調速、定子調壓調速、串級調速、變頻調速等。由于水廠原有的供水控制系統(tǒng)是一個完全依靠 值班人員手動控制的系統(tǒng)，所以對該系統(tǒng)技術改造的要求是在原有系統(tǒng)的基礎進行，設計一套取水和供水的自動控制系統(tǒng)，克服由于采用單純手動控制系統(tǒng)進行控制帶來的控制不方便、控制系統(tǒng)對供水管網中壓力和水位變化反應遲鈍的問題，降低能源消耗和資源浪費，提高設備的可維護性和運行的可靠性，以達到降低自來水的生產成本和提高生產管理水平的目的。為了防止自動系統(tǒng)發(fā)生故障，本設計做了手動控制器。 關鍵詞： 供水系統(tǒng) 變頻器 節(jié)約電能 可編程控制器 PLC Abstract 張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調速恒壓供水及消防用水電氣設計 3 On the basis of analyzing the development and characteristic of automatic system of water supply, bined with status in quo of the waterworks in our country, this paper designs a suit of puter controlling system based on variable frequency speedregulating technology. Through using puter technology, variable frequency speedregulating technology and automation technology, the system can make the water pressure of water supply system constantly by the way of parameters selftuning. It assuredly makes the water supply system work on all cylinders. This article has in detail analyzed and researched the principle of economical electrical energy of the main circuit of this systerm with the newest frequency invertor,Operated on this main circuit ,this article has designed the controlcircuit,then have realized that frequency invertor can supply water for people in constant pressure with the PLC programme and PID controller in th frequency order to pump water for the people under the unmon condition of the frequency invertor ,this systerm has designed manualcontroller. Key Word： Water supply system frequency invertor economical electrical energy PLC 張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調速恒壓供水及消防用水電氣設計 4 第一章 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的現狀和發(fā)展 變頻調速恒壓供水的目的和意義 近年來我國中小城市發(fā)展迅速，集中用水量急劇增加。 在相當比較大規(guī)模的工業(yè)生產供水系統(tǒng)，變頻調速恒壓供水有它自身的特點：（一天時間內）變化大，這種變化在幾個小時內甚至是幾倍或上十倍。但是因為各種各樣的缺點沒有得到廣泛的應用。尤其當它應用于風機、水泵等大容量負載時，可以獲得其它調速方式無法比擬的節(jié)能效果。 新型供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設備的投資，運行的經濟性，還是 系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢，而且具有顯著的節(jié)能效果。 1969 年，美國數字設備公司 (DEC)研制出世界上第一臺可編程控制器。據“美國市場信息”的世界 PLC 以及軟件市場報告稱， 1995 年全球 PLC 及其軟件的市場經濟規(guī)模約 50億美元 [5]。 PLC 的各個部件，包括 CPU、 電源 、 I/O等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據用戶的需要自行組合。PLC 在水工業(yè)自動化中的應用主要有水廠監(jiān)控系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、自動加氯、自動加礬、水泵變頻調速、 SCADA 系統(tǒng)和供水管網信息管理系統(tǒng)等 [8,9,10,11]。 張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調速恒壓供水及消防用水電氣設計 8 第 二章 變頻調速的節(jié)能、調速原理 供水系統(tǒng)概述 傳 統(tǒng)的供水方式（包括水箱 /水塔供水和氣壓供水） 水箱 /水塔供水 ： 供水系統(tǒng)采用水箱 /水塔，稱為重力供水。缺點是需要壓力罐，其體積和投資大，壓力變化大，運行效率低，還需要使用張力膜或設置空氣壓縮機沖氣。由變頻器和工頻電網供電，根據供水系統(tǒng)的運行狀況自動調節(jié)和切換。 水泵電動機采用軟啟動方式，避免了電動機啟動時的電流沖擊，也避免了電動機突然加 速造成泵組系統(tǒng)的喘振。因此水泵工況點的確定和工況調節(jié)與這三者密切相關。所以其工況點始終在 H? 上平移 。 根據以上分析表明，選擇供水管網最不利點允許的最低壓力為控制參數，通過張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調速恒壓供水及消防用水電氣設計 11 壓力傳感器以獲得壓力信號，組成閉環(huán)壓力自控調速系統(tǒng)，以使水泵的轉速 保持與調速裝置所設定的控制壓力相匹配，使調速技術和自控技術落后相結合，達到最佳節(jié)能效果。 變頻調速恒壓供水工況分析與能耗機理分析 管路水力損失及性能曲線 管路水力損失分為沿程損失和局部損失兩種，即 jys hhh ?? (2－ 6) 沿程損失： 2LQh yy ?? (2－ 7) 局部損失： ?? ?? 22222 QgAgh jjj ??? (2－ 8) 式中 y? －管路沿程摩擦損失系數； j? －局部損失系數； L－管路長度 (m)； ? －各局部損失的計算流速 (m/s)； A －過水截面的面積 ( 2m )。 從圖中可以看出，水泵在工作點 A 點提供的揚程和管路所需的水頭損失相等，水泵抽送的流量等于管路所需的流量，從而達到能量和流量的平衡，這個平衡點是有 條件的，平衡也是相對的。 η A AH AAH x QAH～Qn 1η ～ Q 圖 22 水泵工作點的確定 張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調速恒壓供水及消防用水電氣設計 13 ????? HQkN (2－ 12) 1212 / nn ? (2－ 13) ? ?21212 nnHH ? (2－ 14) 將式 (2－ 13)和 (2－ 14)代入 (2－ 18)可得： ? ?31212 nnNN ? (2－ 15) 式 (2－ 12)中： ?－水的比重； k－功率常數。因此，水泵轉速調節(jié)要盡量使水泵在高效區(qū)之內運行，避免使變頻器頻率下降得過低，而造成水泵在低效率段運行。從圖上可以看出，在流量相同的情況下，采用變頻調速控制比恒速泵控制節(jié)能效果十分明顯。例如，當轉速超過額定轉速 10％（ nx＝ ） 時，轉矩將比額定轉矩超過21％（ Tx＝ ），導致電動機嚴重過載。 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)在調節(jié)電機轉速時，其頻率并非不受限制的，頻率太低 水泵會“空轉”而達到泵水的目的，頻率太高，水泵過載能力差。在變頻調速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺水泵工況的調節(jié)是通過變頻器來改變電源的頻率 f 來改變電機的轉速 n，從而改變水泵性能曲線得以實現的。當自動操作有故障不能運行時，采用手動操作泵水 。按下 SB9，交流接觸器 KM9 處于吸合狀態(tài)，變頻器啟動 1＃泵，一拖多擴展板單元 1K1 輸出高電平，交流接觸器 1KM3 處于吸合狀態(tài)， 1＃泵處于變頻器運行狀態(tài)， HL12 信號燈點亮 Ⅱ 當管網壓力仍不滿足設定要求而變頻器輸出已到達工頻 50Hz 以后，變頻器將 1＃泵投入工頻運行，將 2＃泵投入變頻運 行：首先，管網反饋壓力送給變頻器后壓力仍不滿足要求而變頻器已輸出上限頻率，變頻器 1K2 輸出高電平信號 1K1 輸出低電平，交流接觸器 1KM2 斷開， 1KM3 處于吸合狀態(tài)， 1＃泵在工頻運行狀態(tài)，然后變頻器 2K1 輸出高電平， 2KM2 處于吸合狀態(tài)， 2＃泵投入變頻運行狀態(tài)，此時， 1＃泵處于工頻運行狀態(tài)， 2＃泵處于變頻運行狀態(tài)。 如果變頻器發(fā)生故障而小區(qū)供水系統(tǒng)必須有所保證，這時必須用手動運行，將水泵切人工頻運行。 消防用水量根據規(guī)范，人類小于 萬人時，一次滅火用水量為 15L/S，本小區(qū)人張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調速恒壓供水及消防用水電氣設計 21 數為 12500 人，消防用水量選為 15L/S,選泵時留有裕度 10％，所以 Qq 消防 ＝ Qq110％＝ 15 110％＝ 。 根據流量與揚程，生活泵選用 IS100— 80— 160型水泵四臺。 消防泵電機選用 Y 系列（ IP23）三相異步電動機 。這種系統(tǒng)用一般的 PLC 均可滿足要求，依據經濟性原則選擇，三菱系列PLC，型號為： FX2N－ 48M，繼電器輸出型，價格便宜，易于操作，結構小巧，可靠性高 ，適宜于點數較少的單機控制場合。 中間繼電器的選擇： 中間繼電器在繼電接觸器系列電控系統(tǒng)中主要具有控制電路傳遞與轉換信號，擴大控制路數，將小功率控制 信號轉換為大容量的觸頭控制，擴充交流接觸器及其它電器控制作用的功能。 熱繼電器得選擇： 本系統(tǒng)中熱繼電器 1～ 4FR1， FR2 是保護水泵電機過載和斷相保護的元件?？筛鶕瑫r控制的路數，通或斷選擇觸頭對數及種類，確定所需型號的按鈕。 變頻調速恒壓供水 控制系統(tǒng)由 可編程控制 器 、變頻器、水泵電機組、 遠傳壓力表 以及接觸器控制柜等構成。第二冊 . 第二版 . 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2022 [4] 建設部建筑設計院，龐傳貴，李陸峰 . 建筑工程各類水泵電氣控制圖集 . 北京：中國水利水電出版社， 2022 [5] 張燕賓，胡綱衡，唐瑞球 . 實用變頻調速技術培訓教程 . 第一版 . 北京：機械工業(yè)出版社，2022 [6] 范永勝、王岷 . 編 .《電氣控制與 PLC 應用》 .第一版 . 北京： 中國電力出版社， 2022 [7] 劉美俊 . 通用變頻器應用技術 . 福州：福建科學技術出版社， 2022 [8]王廷才，王偉 . 變頻器原理及應用 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2022 [9] 張燕賓 . SPWM 變頻調速應用技術 . 第三版 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2022 [10]張占松，