【正文】 同理 3KM和 KM4KM 和 KM4 分別為 2 個軟啟動器的控制線圈，控制軟啟動器的工作。 PID宏的接線如下： 圖 35 PID 宏控制接線圖 使用 PID宏進行參數(shù)設置是在 PFC 宏的基礎上增加了 12 組參數(shù)和外部 1/外部 2 切換，具體可以參看下表： 恒壓 變頻供水系統(tǒng)設計 15 表 32 PID 宏參數(shù)設置表 功能碼 名稱 設定值 單位 注釋 3201 監(jiān)控 1 參數(shù) 103 監(jiān)控輸出頻率 3202 監(jiān)控器 1 低限 48 Hz 監(jiān)控器 1 監(jiān)控高頻率 48Hz 3203 監(jiān)控器 1 高限 48 3204 監(jiān)控器 2 參數(shù) 103 監(jiān)控輸出頻率 3205 監(jiān)控器 2 低限 25 Hz 監(jiān)控器 2 監(jiān)控低頻率 25Hz 3206 監(jiān)控器 2 高限 25 1102 外部 1/外部 2 選擇 1 DI1 得電 =外部 1； DI1 失電 =外部 2 9902 應用宏 6 PID 宏 1201 恒速選擇 9 DI DI4 定義 3 個恒速 1202 恒速 1 26 Hz 恒速 1（對應 48Hz 時繼電器輸 出 2） 1203 恒速 2 45 Hz 恒速 2（對應 25Hz 時繼電器輸出 3） 1402 繼電器輸出 2 8 輸出頻率超過 48Hz 接通 1403 繼電器輸出 3 11 輸出頻率小于 25Hz 接通 1407 繼電器 2 斷延時 20 s 26Hz 對應的恒速時間 1409 繼電器 3 斷延時 20 s 45Hz 對應的恒速時間 大致過程是樣的：由于恒速功能不能使用 PID控制或 PFC 控制，而外部 2 用到了 PID控制，所以必須在恒速時切換到外部 1。 系統(tǒng)水泵切換控制分析 循環(huán)軟啟功能的工作分析： (1) 當電機 1 頻率到達電網(wǎng)工頻時，電機脫離傳動單元，經(jīng)過一段時間延遲后，通過軟啟動器接入電網(wǎng)運行； (2) 電機 2 連接到傳動單元。當變頻器運行到達工頻時， PLC會根據(jù)管網(wǎng)壓力需求判斷是否需要啟動其他水泵電機，如需啟動則經(jīng)過延時將這臺 陜西科技大學畢業(yè) 設計說明書 8 水泵切換為工頻工作，變頻器帶著下一臺水泵電機工作 [7]。使用循環(huán)啟動方式，如果第一次超過工頻則將第一臺經(jīng)過延時接入電網(wǎng)再用變頻器控制第 2 臺水泵調節(jié)水壓，依次順序啟動 6臺水泵；如果夜間用水量低可以用 22 kw 的水泵減少能耗。 控制方式的選擇 變頻恒壓供水系統(tǒng)一般是由變頻器、控制單元、壓力變送器、水泵機組和低壓電器組成，但是對于不同的設計要求有幾種控制方式可以選擇，該系統(tǒng)的任務是利用控制單元使變頻器控制多臺水泵機組的循 環(huán)啟停，以完成管網(wǎng)壓力的恒定，同時保證數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控的實時性 [3]。恒壓變頻供水系統(tǒng)與過去的供水方式相比最大的區(qū)別就是可以實現(xiàn)水泵電機的無級調速，可以根據(jù)運行的反饋數(shù)據(jù)自動調節(jié)系統(tǒng)的控制 參數(shù)達到自動調節(jié)的目的?，F(xiàn)對此供水基板做下基本的介紹，其中具有兩種模式，“變頻泵固定方式”和“變頻泵循環(huán)方式”它們的區(qū)別就是當需要增加水泵時是加入一臺工頻泵，然后調節(jié)變頻泵的頻率使其達到要求；還是將前一臺變頻泵切換為工頻工作，再軟啟動一臺泵來變頻使用 [2]。 選題依據(jù) 以往的水泵控制采用傳統(tǒng)的電力拖動方式，水泵在工頻下恒速運轉，通過調節(jié)閥門的開度 陜西科技大學畢業(yè) 設計說明書 2 實現(xiàn)對流量的控制，這樣造成能源的浪費和產(chǎn)生“水錘效應”，對設備不利。 畢 業(yè) 設 計 題目： 恒壓變頻供水系統(tǒng)設計 學 生： 學 號： 學 院： 電氣與信息工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 指導教師： 2021 年 6 月 10 日 I 恒壓變頻供水系統(tǒng)設計 摘 要 隨著時代的進步和社會的發(fā)展，大家對于用水質量的要求越來越高，而我國又是一個水資源嚴重短缺的國家，所以對于供水系統(tǒng)設備的先進性、自動化程度和性能的要求都越來越高。采用交流變頻恒壓供水方式組成系統(tǒng)可解決以上問題。在基板上集成了像 PID調節(jié)器和可編程控制器 （ PLC） 等這樣的硬件，通過指令代碼實現(xiàn) PID、 PLC等電控 恒壓 變頻供水系統(tǒng)設計 3 系統(tǒng)的控制，后續(xù)只要搭載配套的恒壓供水單元就可以直接控制內(nèi)置的電磁接觸器去工作，其最多可以控制 七臺電機（泵）達成供水系統(tǒng)。恒壓變頻供水占地面積小、投入資金低、環(huán)保節(jié)能強、系統(tǒng)維護便捷、自動化程度高、維修周期長等，這些優(yōu)點都是原來的供水方式無法媲美的。目前有幾種控制方式可以選擇： (1) 邏輯電子電路控制方式 該控制方式可以利用簡單的電子元器件組成，投入資金較少，但是其穩(wěn)定性、變頻性能、控制精度都不高；水泵機組沒有軟啟動裝置，工頻泵變頻泵切換時容易產(chǎn)生較大的壓力波動，一般采用一臺變頻泵其他都為工頻泵，頻繁的投切容易損壞系統(tǒng)各部分，維修調試都比較難。 (2) 信號檢測機構：對于恒壓變頻供水系統(tǒng)，被檢測的信號有管網(wǎng)水壓信號、供水池水位信號和報警信號。 通過變頻器實現(xiàn)恒壓供水循環(huán)切換工作描述： (1) 假設現(xiàn)在變頻器控制的是 1 號泵的電機，通過控制電機轉速調整泵的流通能力，而壓力檢測反映了當前管路流量變化的情況，變頻器根據(jù)壓力信號自動調節(jié)轉速保持水壓恒定。 2 號電機速度根據(jù) PID的給定值和實際值的運算結果逐步增加，直到滿足泵的實際工況； (3) 電機 3~6 使用同樣的步驟進行啟動； (4) 停止電機的過程如同標準 PFC 控制（停止輔助電機，并繼續(xù)調節(jié)正在控制的電機速度）。使用恒速實現(xiàn)頻率升和頻率降，恒速持續(xù)幾秒鐘后，再切回到外部 2，進行 PID控制。 陜西科技大學畢業(yè) 設計說明書 20 4 恒壓變頻供水系統(tǒng)的軟件設計 主程序循環(huán) 流程圖 系 統(tǒng) 上 電故 障 檢 測 子 程 序工 作 模 式 判 斷變 頻 器 選 擇軟 啟 動 器 選 擇啟 停 子 程 序變 頻 器 狀 態(tài) 器 切 換泵 狀 態(tài) 切 換 圖 41 主程序循環(huán) 系統(tǒng)上電 步驟 系統(tǒng)上電分為以下幾個部分：供電系統(tǒng)上電；變頻器上電 —— 1QF、 2QF 手動閉合；軟啟動器上電 —— 3QF、 4QF 手動閉合；控制回路上電 —— QF8 上電；水泵上電 —— QF1~QF7。） 1KM和 KM 2KM和 KM2 分別為2 個變頻器的控制線圈，控制由哪個變頻器工作，電路中也有互鎖功能。盡管 PFC 控宏控制可以實現(xiàn)預期目標，但是需要增加擴展模塊，這樣要增加開支，我們想能不能用 PID宏代替 PFC 宏，同時在繼電器動作時利用恒速功能實現(xiàn)頻率升和頻率降，嘗試了一種和 PFC 控制并列的方案，并且實現(xiàn)起來較為容易，接線要 稍作改動。 (5) 變頻器的循環(huán)軟啟功能使得可以作為一臺軟啟動器加變頻器聯(lián)合工作。 變頻控制 原理 當該供水系統(tǒng)投入運行時，閉合空氣開關，然后將手、自動開關打到自動控制上，此時系統(tǒng)進入自動控制狀態(tài)，啟動 PLC和變頻器，根據(jù)管網(wǎng)的壓力需求設定水壓期望值然后與水壓實際值求差，得到偏差信號，由變頻器的 PID宏功能調節(jié)輸出頻率，然后根據(jù)設定好的啟動時間控制水泵的轉速使水壓保持在水壓期望值的附近，實現(xiàn)恒壓控制的目的。本系統(tǒng)有 6臺 55 kw 的水泵和一臺 22 kw 的水泵，根據(jù)管網(wǎng)的需求用量循環(huán)投入和切出水泵機組。本方案就是采用 ABB 公司專為風機泵類負載專用型 ACS510 系列變頻器，通過可編程控制器加繼電回路控制的方法實現(xiàn)恒壓供水系統(tǒng)控制，同時達到泵的循環(huán)工作和夜間 恒壓 變頻供水系統(tǒng)設計 5 節(jié)能自動控制。 ABB 的變頻器是現(xiàn)在國際上一個知名的品牌，其作用是控制和調節(jié)三相交流異步電動機的速度，并以其性能好、功能組合多樣、工作穩(wěn)定等特點一直被人們看好。隨著變頻技術的漸漸成熟，無論是在系統(tǒng)穩(wěn)定性還是在自動化程度方面都有了長足的進步，逐漸人們認可了這種技術，所以就有廠商開始生產(chǎn)一些 有這方面功能的變頻器，比如 ABB集團的 HAVC變頻技術、施耐德公司的恒壓供水基板。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設計該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義，且 運用恒壓變頻供水系統(tǒng) 有如下特點 ： (a) 節(jié)電：優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實現(xiàn)最大限度地節(jié)能運行； (b) 節(jié)水：根據(jù)實際用 水況設定管網(wǎng)壓力，自動控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象； (c) 運行可靠：由專用變頻器實現(xiàn)泵的軟起動，使水泵實現(xiàn)由變頻到工頻的最小沖擊切換防止管網(wǎng)沖擊、避免管網(wǎng)壓力超限，管道破裂； (d) 控制靈活：分段供水，定時供水，手動選擇工作方式； (e) 自我保護功能完善：假如水泵出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會顯示故障并同時啟動備用泵，以維持供水平衡； (f) 萬一自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用戶可以直接操作手動系統(tǒng)，以保護供水； (g) 夜間泵識別功能，實現(xiàn)最大限度節(jié)能。恒壓變頻供水系統(tǒng)的應用已經(jīng)成為了必然趨勢。本課題來源與實際工程項目，使用 S7200 PLC和 ACS 510專用風機泵類變頻器構成恒壓供水系統(tǒng)，比較分析使用不同的控制方案的優(yōu)缺點，綜合實際、工藝狀態(tài)來選擇最優(yōu)化的解決方法。這一類設備雖然簡化了電路結構，使得費用減少，但是其可擴展性不高，接口固定，系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性都一般，和別的監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件不容易實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與通信，而且其帶負載的容量有限制，因此在實際應用中會有很多的限制條件，不容易用于各種場合。目前已廣泛的應用于各種住宅小區(qū)和各種建筑供水中，其今后的發(fā)展趨勢是更加的智能化、系列化、標準化，以到達未來城市建設智能化，網(wǎng)絡化和整體規(guī)劃的要求。 (2) 單片機控制方式 這類控制方式比起邏輯電子電路控制方式的性能要好許多，但是由于單片機編程調試比較難，對于不同的現(xiàn)場條件需要的功能不同就 需要調整整個電路，所以應用不靈活抗干擾能力也不高所以這類方式應用也不廣泛 [4]。對于管網(wǎng)水壓信號，它是本控制系統(tǒng)中的反饋信號，如果沒有了它就不能形成完整的閉環(huán)控制，由壓力變送器檢測并送入 PLC 中，再由 PLC 發(fā)出控制信號給變頻器，變頻器改變電機轉速調整水泵電機轉速以控制管網(wǎng)水壓達到期望值。當壓力值低于設定值且工作頻率也已達到工頻時，表明水量加大，需要增加泵來滿足壓力需求，這時變頻器自動將 1號泵切換至工頻工作而變頻器由啟動 2 號泵，依次類推直至 6 號泵。 夜間泵的工作分析： 實際上是采用當壓力高于一定值和一定其他條件下，自動識別和切換夜間泵工作，同時實現(xiàn)變頻節(jié)能。 恒速的啟動和斷開靠 DI1 在適當?shù)臅r刻接通繼電器 2 或繼電器 3，從開始恒速到恒速保持結束的時間和繼電器斷延時的時間相同，繼電器 2和繼電器 3 輸出的時序圖如下所示（繼電器輸出延遲時間設置為 20s） ： 陜西科技大學畢業(yè) 設計說明書 16 圖 36 繼電器輸出時序圖 軟啟動器的設計 軟啟動器作為輔助電機啟動和停止的器件，具有重要的作用。 變頻器選擇 上電后，如果電源檢測無故障，則進行變頻器選擇。（ xKM1 表示水泵電機的工頻啟動、 xKM2 表示水泵電機的變頻啟動、 xKM3 表示水泵電機的軟啟動。 系統(tǒng)穩(wěn)定時的狀態(tài)是 RO2= RO3=0 時候出現(xiàn)的，此時繼電器輸出 2動作，而繼電器輸出3 復位。自動切換功能能周期性地調整各臺電機調用的位置 例如調速電機成為最后被調用的輔助電機，而第一臺輔助電機成為調速電機。變頻恒壓供水系統(tǒng)的結構框圖如下： 圖 22 變頻恒壓供水系統(tǒng)框圖 恒壓變頻供水系統(tǒng)通過壓力變送器測量管網(wǎng)水壓，得到 4～ 20 mA 的電信號，經(jīng)過 A/D轉換模塊輸入到 PLC中，與設定值比較得到的差值通過 PID運算，再將運算后的數(shù)字信號通過，D/A轉換得到模擬信號作為變頻器的輸入信號，從而控制電機轉速，進而控制水泵供水流量，最終使供水管網(wǎng)上的壓力恒定，實現(xiàn)恒壓變頻供水系統(tǒng)。組成圖可參看圖 21： 圖 21 系統(tǒng)組成圖 (1) 執(zhí)行機構：執(zhí)行機構是由水泵機組構成，水泵可以將水供入用戶管網(wǎng)，利用水泵電機的轉速控制管網(wǎng)的水壓。這樣可以是系統(tǒng)簡單而且可靠性增加。而變頻器是恒壓變頻供水系統(tǒng)的核心器件，所以系統(tǒng)性能的好壞主要看變頻器的性能。在國外的一些供水系統(tǒng)的設計中，一般都是比采取一臺變頻器拖動一個