【正文】 power inverter to change the frequency f to change the motor speed n, in order to change the pump flow Q to achieve. Analysis of pump power consumption parison, one can see the use of VVVF inverter to achieve constant pressure water supply, when the pump motor speed to reduce traffic flow and speed in direct proportion to the power side to speed the decline in the three traditional methods of water supply valve expenditure pared to the door control, can greatly reduce energy consumption, energysaving effect of the system. KEY WORDS: Water supply, constant pressure water supply, PLC viii 目 錄 第一章 緒論 ........................................................................................................................1 第二章 調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)能耗與安全性分析 ........................................................3 供水系統(tǒng)的基本模型 ...................................................................................................... 3 供水系統(tǒng)的特性曲線和工作點(diǎn) ...................................................................................... 4 供水系統(tǒng)中恒壓實(shí)現(xiàn)方式 .............................................................................................. 6 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法 ...................................................................................................... 6 變頻器選型 ...................................................................................................................... 8 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)能耗分析 ................................................................................ 10 轉(zhuǎn)速控制調(diào)節(jié)流量實(shí)現(xiàn)節(jié)能 ...................................................................................... 10 轉(zhuǎn)速控制供水系統(tǒng)的工作效率高 ................................................................................11 變頻調(diào)速電機(jī)運(yùn)行效率高 .......................................................................................... 12 供水系統(tǒng)安全性討論 .................................................................................................... 12 水錘效應(yīng) .................................................................................................................. 12 產(chǎn)生水錘效應(yīng)的原因及消除辦法 ............................................................................... 13 變頻調(diào)速對(duì)供水系統(tǒng)安全性的作用 ............................................................................ 13 第三章 變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................................... 15 供水系統(tǒng)總體方案的確定 ............................................................................................ 15 系統(tǒng)控制電路 ................................................................................................................ 25 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ..................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。把先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用到供水領(lǐng)域，成為對(duì)供水系統(tǒng)的新要求。但在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開(kāi)放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來(lái)說(shuō)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)能達(dá)到所有用戶的要求 。徹底消除水錘現(xiàn)象。而變頻恒壓供水在系統(tǒng)用水量下降時(shí)可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使供水壓力與系統(tǒng)所需水壓大致相等，這樣就節(jié)省了許多電能，同時(shí)變頻器對(duì)水泵采用軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)沖擊電流很小，啟動(dòng)能耗比較小。由于氣壓罐的調(diào)節(jié)容量?jī)H占其總?cè)莘e的 1/31/6，因而每個(gè)罐的調(diào)節(jié)能力很小，只得依靠頻繁的啟動(dòng)來(lái)保證供水，這樣將產(chǎn)生較大的噪聲，同時(shí)由于啟動(dòng)過(guò)于頻繁，壓力不穩(wěn)，加之硬啟動(dòng)，電氣和機(jī)械沖擊較大，設(shè)備損壞很快。 供水系統(tǒng)的基本模型 供水系統(tǒng)的基本模型如圖 所示。即 ： TH = 3h 0h ； 5． 損失揚(yáng)程 LH 全揚(yáng)程與實(shí)際揚(yáng)程之差，即為損失揚(yáng)程。 圖 中 ： EH 0H NH CH EQ NQ O BH ② ① ③ ④ TH A B N 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 曲線 ① —— 額定轉(zhuǎn)速 Nn 時(shí)的揚(yáng)程特性曲線 ； 曲線 ② —— 轉(zhuǎn)速 1n 時(shí)的揚(yáng)程特性曲線 ； 曲線 ③ —— 閥門開(kāi)度 100%時(shí)的管阻特性曲線 ； 曲線 ④ —— 閥門開(kāi)度不足 100%時(shí)的管阻特性曲線 。 管阻特性表明由閥門開(kāi)度來(lái)控制供水能力的特性曲線。在這一點(diǎn)，供水系湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 統(tǒng)既滿足了揚(yáng)程特性，也符合了管阻特性。 若供水能力 GQ ＜用水需求 UQ ，則壓力 P 下降； 若供水 能力 GQ = 用水需求 UQ ，則壓力 P 不變。磁極對(duì)數(shù)的改變通過(guò)改變電機(jī)定子繞組的接線方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。雖然變轉(zhuǎn)差調(diào)速中的串級(jí)調(diào)速法能將增加部份的轉(zhuǎn)差功率通過(guò)整流、逆變裝置回饋給電網(wǎng)，但其功率因數(shù)較低，低速時(shí)過(guò)載能力低，還需一臺(tái)與電動(dòng)機(jī)相匹配的變壓器，成本高，且 增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗。21139。 圖 變頻調(diào)速機(jī)械特性 變頻器選型 變頻器的選擇包括變頻器的型式選擇、容量選擇和變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選擇三個(gè)方面。為減少主電源千擾，使用時(shí)可在中間或變頻器輸入電路中增加電抗器，或安裝前置隔離變壓器。隨著電動(dòng)機(jī)極數(shù)的增多，電動(dòng)機(jī)額定電流增大。 3. 變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選用 變頻器的箱體結(jié)構(gòu)要與環(huán)境條件相適應(yīng)，即必須考慮溫度， 濕度，粉塵，酸堿度，腐蝕性氣體等因素，這些因素與能否長(zhǎng)期安全、可靠運(yùn)行有很大的關(guān)系。 圖 變頻器實(shí)物圖 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)能耗分析 轉(zhuǎn)速控制調(diào)節(jié)流量實(shí)現(xiàn)節(jié)能 （ 1）轉(zhuǎn)速控制法與閥門控制法供水能耗分析 在圖 ，將閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法的特性曲線畫在了同一坐標(biāo)系中。 轉(zhuǎn)速控制供水系統(tǒng)的工作效率高 (1) 工作效率的定義 供水系統(tǒng)的工作效率為水泵的供水功率 GP 與軸功率pP之比，即 PGp Pp?? () 該效率是包含了水泵本身效率在內(nèi)的整個(gè)供水系統(tǒng) 的總效率。 所以，轉(zhuǎn)速控制方式與閥門控制方式相比，供水系統(tǒng)的工作效率要大得多。相反，關(guān)閉的閥門在突然打開(kāi)或給水泵 啟動(dòng)后，也會(huì)產(chǎn)生水錘，叫負(fù)水錘，但沒(méi)有前者大。 采用變頻調(diào)速，通過(guò)減少動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，可以實(shí)現(xiàn)徹底消除水錘效應(yīng)。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第三 章 變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 供水系統(tǒng)總體方案的確定 1． 用戶需求 供水系統(tǒng)總體要求 ： (1) 由多臺(tái)水泵機(jī)組實(shí)現(xiàn)供水，流量范圍 120m3/h，揚(yáng)程 80米左右； (2) 設(shè)置一臺(tái)小泵作為輔助泵，用于小流量時(shí)的供水； (3) 供水壓力要求恒定，尤其在換泵時(shí)波動(dòng)要??； (4) 系統(tǒng)能自動(dòng)可靠運(yùn)行，為方便檢修 和應(yīng)急，應(yīng)具備手動(dòng)功能； (5) 各主泵均能可靠地實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)； (6) 具有完善的保護(hù)和報(bào)警功能； (7) 系統(tǒng)要求較高的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性能 。 采用多臺(tái)水泵并聯(lián)供水，根據(jù)用水量大小調(diào)節(jié)投入水泵臺(tái)數(shù)的方案。 綜合以上分析，確定以可靠性高、使用簡(jiǎn)單、維護(hù)方便的變頻器和 PLC 作為主要控制設(shè)備來(lái)設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，其總體結(jié)構(gòu)如圖 。 3． PLC 的選型 依據(jù)控制任務(wù)，從 PLC 的輸入 1輸出點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)器容量、輸入 l輸出接口模塊類型等方面等來(lái)選擇 PLC 型號(hào)。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 主電路圖 變頻器的主電路輸出端子 (U,V,W)經(jīng)接觸器接至三相電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向與工頻時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)向不一致時(shí)，需要調(diào)換輸出端子 (U,V,W)的相序，否則無(wú)法工作。通過(guò)隔離，可延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命，增強(qiáng)系統(tǒng) 工作的可靠性。圖 給出了供水系統(tǒng)的部 分 電氣控制線路圖。 HLO為自動(dòng)運(yùn)行指示燈。所以，在多數(shù)情況下，下限頻率不能太低，可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 PLC 的 I/O 端子分配 及接線圖 PLC 的 I/O 分配如表 。在手動(dòng)狀態(tài)，通過(guò) 按鈕 SB1SB14控制各臺(tái)泵的起停。變頻器的輸出端嚴(yán)禁和工頻電源相連，也就是說(shuō)不允許一臺(tái)電機(jī)同時(shí)接到工頻電源和變頻電源的情況出現(xiàn)。在變頻器起動(dòng)、運(yùn)行和停止操作中，必須用觸摸面板的運(yùn)行和停止鍵或者是外控端子 FWD(REV)來(lái)操作，不得以主電路空氣開(kāi)關(guān) QF2的通斷來(lái) 進(jìn)行。 FX2N32MR 主要參數(shù)及特點(diǎn) ： I/O 點(diǎn)數(shù) ： 16/16；用戶程序步數(shù) ： 4K；基本指令 ： 27 條；功能指令 ： 298 條；基本指令執(zhí)行時(shí)間 ： 微秒；通信功能 ： 強(qiáng)；輸出形式 ： 繼電型；輸出能力 ： 2A/點(diǎn) 。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 表 水泵型號(hào)及參數(shù) 用水量 /（ hm/3 ） 揚(yáng)程 /m 水泵型號(hào) 電動(dòng)機(jī)功率 /kw 配用變頻器 /kw 36? 3 100 65LG5020? 5 22 22 24? 1 100 50LG2420? 5 11 11 2．變頻器的選型 根據(jù)控制功能不同，通用變頻器分為三種類型。多泵并聯(lián)代替一、二臺(tái)大泵單獨(dú)供水不會(huì)增加投資，而其好處是多方面的 。 根據(jù)用戶的用水時(shí)段特點(diǎn)可將用戶用水量變化類型分為連續(xù)型、間歇型兩大類，根據(jù)流量的變化特點(diǎn)，還可進(jìn)一步細(xì)分為高流量變化型，低流量變化型，全流量變化型等。 拖動(dòng)系統(tǒng)中，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 LmJ TTT ?? ； mT ： 是電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ； LT ： 是供水系統(tǒng)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 。壓強(qiáng)過(guò)高，將引起管子的破裂 ； 壓強(qiáng)過(guò)低 ， 又會(huì)導(dǎo)致管子的癟塌。 變頻調(diào)速電機(jī)運(yùn)行效率高 在