【正文】 系統(tǒng)采取變頻調(diào)速方式實現(xiàn)恒壓供水，節(jié)能效果明顯。比例環(huán)節(jié)不能徹底消除系統(tǒng)偏差，系統(tǒng)偏差隨比例系數(shù) K 的增大而減少。初始化過程通過 M8002 產(chǎn)生的初始化脈沖來完成。從主泵切換到輔助泵只需將主泵和變頻器的輸出斷開，同時將輔助泵直接投入工頻運行即可。在 1 號主水泵供水過程中，變頻器根據(jù)水壓的變化通過 PID 調(diào)節(jié)器調(diào)整 1主水泵的轉速來控制流量，維持水壓。（2） 控制柜和水泵現(xiàn)場距離不要太遠，尤其是遠傳壓力表至變頻器的 420mA 電流信號和至 PLC 的壓力上、下限開關量信號的傳輸電纜要盡可能短，而且要盡量遠離那些會22產(chǎn)生電磁干擾的裝置。其主要參數(shù)及性能介紹如下。在自動狀態(tài)時，四臺泵在 PLC 的控制下能夠有序而平穩(wěn)地切換、運行。在變頻器起動、運行和停止操作中，必須用觸摸面板的運行和停止鍵或者是外控端子 FWD（REV）來操作，不得以主電路空氣開關 QF2 的通斷來進行。首先是節(jié)能，每臺泵都可以較高效率運行，長期運行費用少；其二，供水可靠性好，一臺泵故障時，一般并不影響系統(tǒng)供水，小泵的維修更換也方便；其三，小泵起動電流小，不要求增加電源容量；其四，只須按單臺泵來配置變頻器容量，減少投資。因此變轉差調(diào)速方法不適用 于恒壓供水系統(tǒng)中的轉速控制法。通過水泵電動機的軟起動，可減少動態(tài)轉矩，因此，選擇好的起動方式和速度調(diào)節(jié)方法，可以減小或徹底消除水錘效應，提高供水系統(tǒng)運行的安全性。 （23）21=Q221()HN321=()P式中 Ql、HP1 為變速前的流量、揚程、功率， 、H P 2 為變速后的流量、揚程、Q功率。2 變頻恒壓供水系統(tǒng)理論分析 供水系統(tǒng)的基本特性供水系統(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 21 所示。這類系統(tǒng)一般變頻器和控制器要求較高，多數(shù)采用了國外進口變頻器和控制系統(tǒng)。由于水泵工作在變頻工況下，在其出口流量小于額定流量時，泵的轉速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長了泵和電動機的機械使用壽命。供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟節(jié)能性直接影響到城區(qū)的建設和經(jīng)濟的發(fā)展，也影響到城區(qū)居民的正常工作和生活。把先進的自動化技術、控制技術、通訊及網(wǎng)絡技術等應用到供水領域，成為對供水系統(tǒng)的新要求。(2)國內(nèi)中小型供水廠變頻恒壓供水系統(tǒng)這類變頻供水系統(tǒng)主要用于中小供水廠或大中城市的輔助供水廠．這類變頻器電機功率在 135kW320kW 之間，電網(wǎng)電壓通常為 200V 或 380V。容錯性 完善的保護功能當出現(xiàn)意外的情況時，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況自動進行投切，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。此時水泵輸出功率用圖 22 表示為(0，Q 2,D, )圍2n 0H成的矩形面積，可見，改用調(diào)速控制，節(jié)能量為（ ,D,F, ）圍成的矩形面積，其值為：01H （22）0210212()==FDQHP?????所以，當用閥門控制流量時，有 功率被浪費掉，并且隨著閥門的不斷102gh（ ）關小，閥門的摩擦阻力不斷變大，管阻特性曲線上移，運行工況點也隨之上移，于是 E增大，而被浪費的功率要隨之增加。此外，水錘效應還可能損壞閥門和固定件。電動機工作在額定狀態(tài)時，轉差率很小，相應的轉子銅損耗小，電機效率高。間歇型指一天內(nèi)有多段用水低谷時間，流量很小或為零。QFQFQF3 、QFQFQF6 分別為主電路、變頻器和各水泵的工頻運行空氣開關，F(xiàn)RFR FR3 、FR4 為工頻運行時的電機過載保護用熱繼電器，變頻運行時由變頻器來實現(xiàn)電機過載保護。在自動狀態(tài)時，系統(tǒng)執(zhí)行 PLC 的控制程序，自動控制泵的起停。普通功能型 U/f 控制變頻器、具有轉矩控制功能的高功能型 U/f 控制變頻器、矢量控制高功能型變頻器。 系統(tǒng)可靠性措施作為一個完整的系統(tǒng)，應用于工業(yè)現(xiàn)場，還需考慮加強抗干擾措施，保證運行的穩(wěn)定性 [9]。234 PLC 控制系統(tǒng)的設計 水泵工頻/變頻運行狀態(tài)及轉換過程分析 供水狀態(tài)及其轉換供水狀態(tài)是指供水時按照用水量的大小設定投入運行的水泵臺數(shù)及運行狀況。設變頻器輸出頻率達到極限頻率時的信號為 X1，水壓達到設定壓力下限值時的欠壓信號為 X2，水壓達到設定壓力上限值時的超壓信號為 X3。27(5)繼電器線圈在一個程序中不能重復使用：而繼電器的觸點，編程中可以重復使用，且使用次數(shù)不受限制。系統(tǒng)由擬 PID 控制器和被控對象組成，其控制系統(tǒng)原理框圖如圖 51。32結論本文對于城市供水要求，設計了一套由 PLC、變頻器、遠傳壓力表、多臺水泵機組、計算機等主要設備構成的變頻恒壓供水及其遠程監(jiān)控系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)供水方式普遍存在的效率低、可靠性差、自動化程度不高等缺點，可實現(xiàn)高效節(jié)能、自動可靠、維護簡單、管理方便的恒壓供水。34致謝本論文的工作是在我的指導老師王金梅老師的悉心指導下完成的，王金梅嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和科學的工作方法給了我極大的幫助和影響。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù) ， 越大，積分作用越弱，易引起系統(tǒng)超調(diào)量加大，反之則越強，ITI易引起系統(tǒng)振蕩。PLC 置輸出繼電器 Y1 為 0，同時置 Y7= 1。盡管國內(nèi)外不同廠家采用的編程語言不盡相同，但程序的表達方式基本類似，主要有四種形式：梯形圖，指令表，狀態(tài)轉移圖和高級語言。當用水量減少時，變頻器通過 PID 調(diào)節(jié)器降低水泵轉速來維持水壓。接地電阻應小于 100Ω，接地線須盡可能短和粗，并且應連接于專用接地極或公用接地極上，不要使用變頻器、PLC 外殼或側板上的螺釘作為接地端。③ I/0 特性8 個可設定的多功能開關量輸入口，給操作者極大的靈活性；3 路可設定的開路集電極晶體管多功能輸出，可用于頻率到達、頻率值檢測、過載、運等多種提示；設有模擬電流/ 電壓輸入端子，實現(xiàn)外部頻率設定。FR FR FRFR4 為四臺泵的熱繼電器的常閉觸點，對電機進行過流保護。在電動機三相電源輸入端前接入電流互感器和電流表，用來觀察電機工作電流大小，設計三相電源信號指示。12圖 32 供水系統(tǒng)圖1—水位上限檢測 2—水位下限檢測 3—閘閥 4—止回閥 5—壓力檢測控制方式多泵變頻循環(huán)工作方式的可靠切換，是實現(xiàn)多泵分級調(diào)節(jié)的關鍵，可選用編程靈活、可靠性高、抗干擾能力強、調(diào)試方便、維護工作量小的 PLC 通過編程來實現(xiàn)。電機的運行效率高，適合于恒壓供水方式中的轉速控制法。水泵通過聯(lián)軸器由三相異步電動機來拖動，因此水泵轉速的調(diào)節(jié)，實質(zhì)就是需要調(diào)節(jié)異步電動機的轉速。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(nèi)是一個常數(shù)。因此，揚程特性所反映的是揚程 H 與用水流量 Q（）間的關系。很多專用供水變頻器集成了 PLC或 PID，甚至將壓力傳感器也融入變頻組件。目前，國內(nèi)外供水系統(tǒng)采用的自動控制技術不少，其特點是變頻技術與其他自動化技術相結合。通過對變頻器內(nèi)置 PID 模塊參數(shù)的預置，利用遠傳壓力表的水壓反饋量，構成閉環(huán)系統(tǒng)，根據(jù)用水量的變化，采取 PID 調(diào)節(jié)方式，在全流量范圍內(nèi)利用變頻泵的連續(xù)調(diào)節(jié)和工頻泵的分級調(diào)節(jié)相結合，實現(xiàn)恒壓供水且有效節(jié)能。 Variable Velocity Variab le frequency。變頻供水系統(tǒng)應用范圍變頻恒壓供水系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應用，按所使用的范圍大致分為三類：(1)小區(qū)供水(加壓泵站)變頻恒壓供水系統(tǒng)這類變頻供水系統(tǒng)主要用于包括工廠、小區(qū)供水、高層建筑供水、鄉(xiāng)村加壓站，特點是變頻控制的電機功率小，一般在 135kW 以下，控制系統(tǒng)簡單。非線性用戶管網(wǎng)中因為有管阻、水錘等因素的影響，同時又由于水泵的一些固有特性，使水泵轉速的變化與管網(wǎng)壓力的變化不成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個非線性系統(tǒng)。在這一點，用戶的用水流量 和供水系統(tǒng)的供水流量 處于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既滿足了揚程特性，Uc也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。水錘效應具有極大的破壞性。9三相異步電動機的轉子銅損耗為: (32)39。11 供水系統(tǒng)的方案確定 供水系統(tǒng)的流量類型根據(jù)用戶的用水時段特點，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，還可進一步細分為高流量變化型，低流量變化型，全流量變化型等。恒壓供水系統(tǒng)構成及控制方案如圖 33 所示。通過轉換開關及相應的電路來實現(xiàn) [6]。Ik—電流波形的修正系數(shù)，對 PWM 方式，取 ～ ；—變頻器的額定容量（kVA） ；CNP18—變頻器的額定電流（A） 。表 32 變頻器接線及功能設定變頻器端子 現(xiàn)場器件與接線端子 功能代碼 參數(shù)預置 注釋FWD PLC的Y0端子 啟動/停止變頻運行CM PLC的COMX1 PLC的Y16 E01 7 PLC 的 Y16 動作，自由停車Y2 PLC的X1 E21 1 頻率極限信號輸出30A PLC的X5 變頻器故障總報警信號30C PLC的COM 接公共端F03 50 最高輸出頻率（Hz）F15 上限頻率（Hz）F16 30 下限頻率（Hz）F23 10 起動頻率F17 100 頻率設定信號增益 PLC 的選型PLC 的選型主要從 PLC 的輸入 /輸出點數(shù)、存儲器容量、輸入/ 輸出接口模塊類型等方20面來選擇 PLC 型號。如果電源是電纜引入，則應做好控制室的防雷系統(tǒng)，以防雷電竄入破壞設備 [10]。224本系統(tǒng)采用了三臺主水泵和一臺輔助穩(wěn)壓泵供水，其中只有主水泵參與變頻運行，共有 10 種有效供水狀態(tài)，見表 41表 41 系統(tǒng)供水狀態(tài)用水量 狀態(tài)符號 供水狀態(tài)小 S0 輔助泵運行，3停機S20 1變頻運行，3停機S21 2變頻運行，3停機較小S22 3變頻運行，2停機S23 1工頻運行，2變頻運行，3停機S24 2工頻運行，3變頻運行，1停機較大S25 3工頻運行，1變頻運行，2停機S26 2工頻運行，3變頻運行S27 3工頻運行，1變頻運行大S28 1工頻運行，2變頻運行各狀態(tài)之間的轉換關系見圖 41：25圖 41 供水狀態(tài)轉換圖圖中，箭頭向下為增泵過程，箭頭向上為減泵過程。(3)梯形圖中的繼電器實質(zhì)上是變量存儲器中的位觸發(fā)器，相應某位觸發(fā)器為“1”態(tài)，表示該繼電器線圈通電，其動合觸點閉合，動斷觸點打開，反之為“0”態(tài)。這段程序設計時要充分考慮動作的先后關系及互鎖保護。其具體調(diào)節(jié)過程如下 [14]:（1）穩(wěn)態(tài)運行當供水能力 =用水需求 ,目標壓力信號和壓力反饋信號 y 相等,偏差 e = y r, PIDGQU輸出的控制增量 Δu =0,變頻器輸出頻率不變,水泵轉速不變,處于穩(wěn)態(tài)運行。在撰寫論文期間，范彥輝、張少華、吳彥斌等同學對我論文中的軟件設計與研究工作給予了熱情幫助，在此向他們表達感激之情。DT 恒壓供水 PID 調(diào)節(jié)過程分析恒壓供水的目的就是要保證供水能力 適應用水 需求變化。具體起動哪一臺主泵，進入哪一種狀態(tài)，要依據(jù)其上一個狀態(tài)，按有效狀態(tài)循環(huán)法的原則來操作。每一個邏輯行起始于左母線然后是觸點的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個圖形呈階梯形。當系統(tǒng)處于單臺主水泵變頻供水狀態(tài)時，若用水量減少，變頻器輸出頻率達到下限頻率時，水壓仍過高時，延時 5 分鐘后，關閉變頻器運行，啟動輔助泵維持供水。（6） 在電氣設計和軟件設計中，充分考慮電氣設備之間的互鎖關系。（2） 上限頻率：實際預置需略低于額定頻率 50Hz。壓力表測量范圍 0～1MP，精度 ；數(shù)顯儀輸出一路 4～20mA 電流信號，送給變頻器作為 PID調(diào)節(jié)的反饋電信號，可設定壓力上、下限，通過兩路繼電器控制輸出壓力超限信號。在控制電路中多處對各主