【正文】 三、壓力變送器的選型 壓力變送器 一般安裝 在泵站的出水口， 作用是 檢測(cè)管網(wǎng)中水壓，壓力傳感器和壓力變送器將水管中的水壓變化 轉(zhuǎn)化 為 相應(yīng)電子 信號(hào)，作為模擬 量 輸入模塊的輸入， 進(jìn)行選擇時(shí)一般 采用 4~20mA 輸出壓力變送器， 這樣可以避免 傳輸過程中的干擾與損耗。 該 系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控 功能 ，所以變頻器還應(yīng) 具備 通訊 特性 。 徹底了解 了 本質(zhì) ， 就能 巧妙的利用他為你服務(wù)。該設(shè)備首先 需 把電源的交流電變換為直流電（ DC）， 這樣做的目的 為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，這個(gè)過程叫整流。 （ 3） 逆變器 與 整流器 所相比 ，逆變器是將直流 性質(zhì)的電流 變換為 需要的 頻率的交流 性質(zhì)的電流 ， 在已經(jīng) 確定的時(shí)間使 6 個(gè)開關(guān) 元件進(jìn)行 導(dǎo)通、關(guān)斷就 能夠獲得 3 相交流輸出。 SIEMENS 公司的 PLC 具 備 高可靠性，擴(kuò)展性 較高 ，又 擁有比 較 齊全 的通信指令 系華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 共 63 頁 統(tǒng) ，且通信協(xié)議 十分 簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)； PLC 能夠與工業(yè)控制用的 計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)進(jìn)行連接 ，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行 一定的 監(jiān)測(cè) 與控制 。 20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程控制器 進(jìn)入到實(shí)際應(yīng)用發(fā)展階段 ，計(jì)算機(jī)技術(shù)已 經(jīng)全方面被應(yīng)用到 可編程控制器，使其 結(jié)構(gòu) 功能發(fā)生了 巨大 飛躍。 即使在兩個(gè)階段 輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù) 產(chǎn)生了改變 ， I/O 映 像 區(qū)中的 對(duì)應(yīng) 單元的華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁 共 63 頁 信息 也不會(huì) 發(fā)生改變 。 表 31 不同住宅類型的用水標(biāo)準(zhǔn) 住宅類型 給水衛(wèi)生器具完善程度 用水標(biāo)準(zhǔn)（ 3m /人日） 小時(shí)變化系數(shù) 1 僅有給水龍頭 ～ ～ 2 有給水衛(wèi)生器具，但無淋浴設(shè)備 ～ ～ 3 有給水衛(wèi)生器具，并有淋浴設(shè)備 ～ ～ 4 有給水衛(wèi)生器具，有無淋浴設(shè)備和集中熱水供應(yīng) ～ ～ 2. 供水規(guī)模換算表。 事實(shí)上 ，在實(shí)際 情況 中，變頻器輸出頻率是不可能降 至 0HZ， 因此 當(dāng)水泵機(jī)組運(yùn)行，電機(jī)驅(qū)動(dòng) 水泵 組給用戶 管網(wǎng)供水時(shí)，由于管網(wǎng)中 水壓 會(huì) 產(chǎn)生 反 作用而作用于 水泵，給 驅(qū)動(dòng) 水泵運(yùn)行電機(jī)一個(gè)反向的力矩， 并且該 水壓也阻 礙 源 了 水池中的水 順利地 進(jìn)入 用戶 管網(wǎng)，因此， 若 電機(jī)運(yùn)行頻率下降到 某個(gè) 值時(shí)，水泵 其實(shí)已經(jīng)根本 抽不出水了，實(shí)際的供水壓力也不會(huì)隨著電機(jī)頻率的下降而下降。由于 該 系統(tǒng) 可適應(yīng) 于 各種 供水領(lǐng)域，所以為了 確保 系統(tǒng)安全、可靠、 穩(wěn)定 的運(yùn)行 性能 ， 避免 因電機(jī)過載、變頻器報(bào)警、電網(wǎng)過大波動(dòng)、供水水源中斷造成故障，因此系統(tǒng)必須要對(duì) 各種 報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測(cè) 分析 ，由 PLC 判斷報(bào)警類別，進(jìn)行顯示和 不同的 保護(hù)動(dòng)作控制， 從而避 免造成不必要的損失。 并且基 于 PLC 的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高 特點(diǎn) ，因華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 共 63 頁 此系統(tǒng)的可靠性大大 改善 。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速為了 獲得較大的調(diào)速范圍而一般選取 串級(jí)調(diào)速的 辦法 ， 該方法 最大 好處就是能夠循環(huán)利用 轉(zhuǎn)差功率，節(jié)能效果 更為突出 ，且調(diào)速性能 優(yōu)越 ，但 因?yàn)?線路 結(jié)構(gòu)太過繁瑣 ，增加了 線路 環(huán)節(jié)的電能損 耗 ，成本高 的缺點(diǎn)嚴(yán)重了 影響它的推廣價(jià)值。因此，管阻特性 表征的 是揚(yáng)程 H 與供水流量 Qc 之間的關(guān)系 曲線 H=f(Qc)。大大 減少了人力成本。變頻調(diào)速技術(shù)具有能夠自動(dòng)化地根據(jù)需要來調(diào)節(jié)供水壓力，它更加節(jié)約了資源更節(jié)省了運(yùn)行成本。 PID 參數(shù)整定 ..................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 根據(jù)城市居民用水標(biāo)準(zhǔn)為前提和小型自來水廠的供水要求，自行設(shè)計(jì)了基于 PLC變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)。 5 結(jié)束語和展望 ........................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。同時(shí)它可以調(diào)節(jié)供水管道的供水壓力，從而減少水壓對(duì)管道的沖擊。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁 共 63 頁 變頻恒壓供水的應(yīng)用 基于 PLC 技術(shù)與變頻調(diào)速技術(shù)設(shè)計(jì)的智能恒壓供水控制系統(tǒng)，比傳統(tǒng)的供水技術(shù)更為先進(jìn)，更有運(yùn)行安全、操作簡(jiǎn)單、節(jié)約能源、自動(dòng)化程度高、使用壽命長等特點(diǎn)，所以在實(shí)際的使用中也越來越廣泛，如在以下方面： （ 1）在家庭用水系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠保證在生活用水高峰期有穩(wěn)定的用水壓力、流量，也能夠在用水低峰期時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)水壓強(qiáng)度。 圖中 揚(yáng)程曲線和管阻特性曲線的交 匯 點(diǎn)， 叫做 供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖 21 中 A 點(diǎn)。 以下重點(diǎn) 分析改變電源頻率調(diào)速的方法及特點(diǎn)。該系統(tǒng)能 滿足 各類 不同要求的恒壓供水 情形 ，并且與供水機(jī)組的容量 范圍沒有任何關(guān)系 。 變頻恒壓供水系統(tǒng)以 系統(tǒng) 出口管網(wǎng) 水壓 為控制目標(biāo)，在控制上 達(dá)到 出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水 壓力跟隨設(shè)定的供水壓力。這個(gè)頻率在 具體情形 中就是電機(jī) 運(yùn)行 的下限頻率。 不同住宅類型的用水標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)《城市居民生活用水標(biāo)準(zhǔn)》 GB/T 5033120xx，節(jié)錄如表 32。 假使 輸入 信號(hào) 是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度 必須得超過 一個(gè)掃描周期 ， 這樣 才能 確保 在任何情 形 下，該輸入 信息都能 被 準(zhǔn)確 讀入。更高的運(yùn)算速度、 更 小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾 能力 、模擬量運(yùn)算、 PID 功能及 較高 的性價(jià)比奠定了它在 當(dāng)今控制領(lǐng)域 中的 重要 地位。 依據(jù) 控制系統(tǒng) 具體 所需端子數(shù) 量 ，考慮 PLC 端子數(shù) 量需要有 一定的預(yù)留量， 所以 主模塊 是 CPU226。 利用基于 PLC 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 18 頁 共 63 頁 電壓型 PWM 逆變器為 例表示出 關(guān)斷 時(shí)間 及 電壓波形。把直流電（ DC）變換為交流電（ AC）的裝置，術(shù)語 稱之為 為“inverter”(逆變器 )。 注意使用場(chǎng)合和使用條件才 能 正確 運(yùn) 用 ， 反之 就是盲 目跟 從、 不注重實(shí)際 。 依據(jù) 控制功能 區(qū)別 ，具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型 U/f 控制變頻器 、 普通功能型 U/f 控制變頻器、以及矢量控制高功能型變頻器是通用變頻器 3 個(gè)基本組成部分。在 工作工程 中， 若 壓力傳感器和壓力變送器出現(xiàn)故障，系統(tǒng) 則 有可能開啟所有的水泵， 而此時(shí)的用水量又達(dá)不到，這就使水管中的 壓力升高 ，為了 避免 爆管和超高水壓損壞 居民 的用水設(shè)備 (熱水器、抽水馬桶等 )，本文中的供水系統(tǒng)使用電極點(diǎn)壓力表的壓力上限輸出，作為 PLC 的一個(gè)數(shù)字 信號(hào) 輸入， 若 壓力超 過 上限， 則會(huì) 關(guān)閉所有水泵并進(jìn)行報(bào)警輸出。 由此 推 出一個(gè)壓力和電壓或電流的 線性 關(guān)系式 。變頻器的選擇必須 依 據(jù)水泵電機(jī)的功率和電流進(jìn)行 適當(dāng) 選擇。 假使 不加前提條件的 盲目探討 變頻器工頻運(yùn)行 的 節(jié)能 性 ，就是夸大 變頻器的作用 或 者 商業(yè)炒作。 電動(dòng)機(jī)使用變頻器的 目的 就是為了降低啟動(dòng)電流并調(diào)速。裝置容量 相對(duì)較 小時(shí)， 假使 電源和主電路 之間 構(gòu)成 的 器件有余量， 能夠 省去電感 而 采用 相對(duì)較為容易 的平波回路。 S7200 型 PLC的結(jié)構(gòu) 相對(duì) 緊湊， 成本十分 低廉，具 備 較高的性價(jià)比， 能夠普遍應(yīng)用 于一些小型控制系統(tǒng)。此時(shí)的 可編程控制器 是 微機(jī)技術(shù) 與 繼電器常規(guī)控制 理論相總結(jié) 的 結(jié)晶 。 完成 輸入采樣后，轉(zhuǎn)入 到 用戶程序輸出刷新和執(zhí)行 過程 。 各類 住宅類型的用水標(biāo)準(zhǔn)， 依照 《城市居民生活用水標(biāo)準(zhǔn)》 GB/T 5033120xx，節(jié)錄如下表。 此 外，變頻器的輸出頻率 也不可能 為負(fù)值，最低 也 只能是 0HZ。 作為 一個(gè) 完整的 控制系統(tǒng)，報(bào)警 模塊 是 不可或缺 的重要組成部分。在硬件設(shè)計(jì) 過程中 ， 僅 需確定 PLC 的硬件配置和 I/O 的外部接線 即可 ， 若 控制要求發(fā)生 一定變化 ， 能夠輕松 地 利用 PC 機(jī)來 控制 存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 十分簡(jiǎn)單 。 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理 水 泵電機(jī) 大 多采用三相異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速公式為： ? ?spfn ?? 160 () 該 式中： f代表 電源頻率， p 代表 電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)， s 代表 轉(zhuǎn)差率 從上式可知，三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有： (l) 改變電源頻率 (2) 改變電機(jī)極對(duì)數(shù) (3) 改變轉(zhuǎn)差率 調(diào)節(jié) 電機(jī)極對(duì)數(shù) 的 調(diào)控方式控制 相對(duì)簡(jiǎn)單 ， 成本低 ，節(jié)能效果 十分顯著 ，效率 也相對(duì)較 高， 不足是必須有 專門的變極電機(jī)， 包含 有級(jí)調(diào)速，且級(jí)差 變化較 大 ，即變速時(shí)轉(zhuǎn)速 改變相當(dāng) 大， 同樣 轉(zhuǎn)矩 變化也 大， 所以僅僅能滿足 特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn) 設(shè)備 。 變化 閥門的開度， 事實(shí) 上是改變了 特定 揚(yáng)程 條件 下，供水系統(tǒng) 對(duì)居民 的供水能力。 （ 6）可以通過遠(yuǎn)程報(bào)警和通信控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制。 變頻恒壓供水 的意義 所以現(xiàn)代化的的供水方式趨向于高效化、節(jié)能化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，而變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)明與推廣，使之成為了可能。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的近似數(shù)學(xué)模型 ................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。恒壓供水系統(tǒng)是指用戶端在任何時(shí)候，不管用水量的大小，總能保證管網(wǎng)中的水壓恒的基本定。 結(jié)束語 .......................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。它還具有能減小水泵、電機(jī)內(nèi)部的機(jī)械沖擊力和摩擦力的損耗的特點(diǎn) 變頻恒壓供水的優(yōu)點(diǎn) 和特點(diǎn) 變頻恒壓供水代替?zhèn)鹘y(tǒng)恒壓供水的優(yōu)點(diǎn) 基于 PLC 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 2 頁 共 63 頁 1. 變頻恒壓供水 可以長效保持 恒定 的供水水 壓 強(qiáng) ，并 且能夠依照 壓力 變化而 自動(dòng)化的完成 備用泵 的壓力調(diào)節(jié) ， 這使 供水 效果優(yōu)化 ， 比 傳統(tǒng) 的 供水 方式 ， 更有效的減少因?yàn)楣舱穸斐晒艿榔屏训默F(xiàn)象 。 （ 2）也廣泛的應(yīng)用于自來水廠、小區(qū)、公園等公共用水機(jī)構(gòu)，為人民群眾的公共用水提供了有力保障。在 A 點(diǎn) 時(shí) ， 居民 的用水流量 Qu 大致與 供水系統(tǒng) 中的 供水流量 Qc 相同 ，供水系統(tǒng)既滿足 了 揚(yáng)程特性及 管阻特性，系統(tǒng) 正常 運(yùn)行 ，并保持穩(wěn)定 。 依 據(jù)公式可 得 ， 若 轉(zhuǎn)差率 改變不大 時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 大體 上與電源頻率 f成線性關(guān)系（一般為正比關(guān)系） 。 通過 以上 這幾種方案的 對(duì)比 和分析，可以看出第三種控制方案更適合于本 設(shè)計(jì) 。設(shè)定的供水 水壓 可以是常數(shù)，也可以是一個(gè)時(shí)間分段華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 共 63 頁 函數(shù)， 即 每個(gè)時(shí)段內(nèi)是一個(gè)常數(shù)。這個(gè)頻率 事實(shí)上 遠(yuǎn)大于 0HZ，具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場(chǎng)所 相 關(guān)， 一般在 20HZ 左右 浮動(dòng) 。上面一行為用水標(biāo)準(zhǔn) ( 3m /人日 )，中間數(shù)據(jù)為用水規(guī)模 ( 3m /h)。 (二 ) 用戶程序執(zhí)行階段 用戶程序執(zhí)行階段， PLC 通常 掃描用戶程序 的順序 是由上而下的 依次 地 開始 ?；?PLC 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 16 頁 共 63 頁 20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在 眾多發(fā)達(dá) 國家中已 取得普遍運(yùn) 用。由于實(shí)際中需要模擬量輸入點(diǎn) 1 個(gè)，模擬量輸出點(diǎn) 1 個(gè)，所以 還需 擴(kuò)展，擴(kuò)展模塊 選用 的是 EM235。 第二、 控制 電路 是給電機(jī) 提供電能 （電壓、頻率可調(diào)）的主電路 ，該電路還能 提供控制信號(hào)， 通常由 將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的 “ 驅(qū)動(dòng)電路 ” ， 頻率、電壓的 “ 運(yùn)算電路 ” ，主電路的 “ 電壓、電流檢測(cè)電路 ” ，電動(dòng)機(jī)的 “ 速度檢測(cè)電路 ” ，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的 “ 保護(hù)電路 ” 組成 。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁 共 63 頁 逆變電源。 （ 2） 功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能 無功功率增加線 路 損 耗、 設(shè)備的發(fā)熱 以及降 低了功率因數(shù) ，功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低， 致使大部分 無功電能消耗在線路當(dāng)中， 且 設(shè)備使用效率 相當(dāng) 低下，浪費(fèi) 情況十分 嚴(yán)重， 采 用變頻調(diào)速裝置 降低 了無功損耗 。 供水系統(tǒng)屬泵類負(fù)載，低 速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩小，可選用價(jià)格相對(duì)便宜的 U/f 控制變頻器。 根據(jù) 上述 分析，本設(shè)計(jì)中選用普通 壓力表和數(shù)顯儀實(shí) 現(xiàn)壓力的 測(cè)量 、顯示和 傳 送。 所以，變送器輸出的電壓或電流隨壓力 升高 而增大 。 五、變頻器的選型 變頻器是本 設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 中的 執(zhí)行硬件， 利用 頻率的改變 完成 對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的 調(diào)節(jié)從而 改變出水量。除此之外， 節(jié)不節(jié)電并 沒有什么 現(xiàn)實(shí) 意義。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)， 假使 流量要求減小， 只需要使 泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 的降低 即可 達(dá)到要求 。 實(shí)際電路 為了抑制 電壓波動(dòng) ，采 取利用 電感 和電容 等原件去 吸收脈動(dòng)電壓（電流）。 因?yàn)?恒壓供水自