【正文】 9 Y14 開 1＃ 手動(dòng)泵 1KM4 Y0 手動(dòng) 1＃ 泵星形接法 1KM5 Y1 張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 23 續(xù)表 4－ 1 手動(dòng) 1＃ 泵角接法 1KM6 Y2 開 2＃ 泵手動(dòng) 2KM4 Y3 手動(dòng) 2＃ 泵星形接法 2KM5 Y4 手動(dòng) 2＃ 泵角形接法 2KM6 Y5 開 3＃ 泵手動(dòng) 3KM4 Y6 手動(dòng) 3＃ 泵星形接法 3KM5 Y7 手動(dòng) 3＃ 泵角形接法 3KM6 Y15 開 4＃ 泵手動(dòng) 4KM4 Y16 手動(dòng) 4＃ 泵星形接法 4KM5 Y10 手動(dòng) 4＃ 泵角形接法 4KM6 Y11 電機(jī)正轉(zhuǎn) KM9 Y13 電機(jī)角接 1～ 4KM8 Y17 輸出備用 Y20,Y21,Y22,Y23,Y24,Y25,Y26,Y27 輸入口 表 4－ 2 工位名稱 代號(hào) 輸入口（ I） 液位高低 KM16 X1 開變頻器 SB7 X3 關(guān)變頻器 SB8 X2 變頻器故障 KA X13 停正轉(zhuǎn) SB9 X14 開正轉(zhuǎn) SB10 X17 張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 24 續(xù)表 4－ 2 復(fù)位 SB6 X15 開 1＃ 泵手動(dòng) SB11 X5 關(guān) 1＃ 泵手動(dòng) SB12 X16 開 2＃ 泵手動(dòng) SB13 X7 關(guān) 2＃ 泵手動(dòng) SB14 X12 開 3＃ 泵手動(dòng) SB15 X4 關(guān) 3＃ 泵手動(dòng) SB16 X20 開 4＃ 泵手動(dòng) SB17 X11 關(guān) 4＃ 泵手動(dòng) SB18 X21 輸入點(diǎn)備用 X0， X6， X10， X22， X23， X24， X25，X26， X27 從表中可得出該系統(tǒng)得輸入 /輸出數(shù)，并且全為數(shù)字量輸入 /輸出 ,屬于小型的控制系統(tǒng)。時(shí)間繼電器得延時(shí)時(shí)間整定值在現(xiàn)場調(diào)試時(shí)可按工藝得具體要求設(shè)定。水泵轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍之內(nèi)，也就是不要使變頻器頻率下降得過低，避免水泵在低效率段運(yùn)行。在此，我將感謝系 領(lǐng)導(dǎo)和班主任張志榮 老師，是他們教會(huì)我做人的道理。選用 HB962 型 遠(yuǎn)傳壓力表選 YST－ 150型 液位繼電器選用 HHY11PG 型，適用于排水給水， AC220V 電鈴，選用直徑 d＝ 75mm，額定電壓為 AC220V 由于供水系統(tǒng)工作在潮濕環(huán)境，所以對(duì)于導(dǎo)線的選擇應(yīng)選擇防水型導(dǎo)線。 本系統(tǒng)中時(shí)間繼電器的延時(shí)方式均為得電延時(shí)型。變頻器容量只需與說明書上表明的配用電動(dòng)機(jī)容量相符即可。 理論上，若 的壓力可以獲得 10m 揚(yáng)程，因此，供水揚(yáng)程可計(jì)算如下： H＝ P/ H— 供水揚(yáng)程 P— 供水壓力 揚(yáng)程為 1M，此設(shè)計(jì)給定水壓為 ，所以揚(yáng)程 H 為 28M。 當(dāng)四臺(tái)電機(jī)全運(yùn)行時(shí)，如果壓力高于設(shè)定壓力，變頻器降頻運(yùn)行。 張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 17 第三章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 根據(jù)泵水系統(tǒng)的要求和電氣控制目標(biāo)，可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)屬于典型開關(guān)量輸入輸出控制系統(tǒng)，控制要求和連鎖要求較多，在調(diào)試中需要不斷對(duì)其改進(jìn)和擴(kuò)充。 下限頻率： 在供水系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速過低時(shí)會(huì)出現(xiàn)水泵的全揚(yáng)程小于基本揚(yáng)程（實(shí)際揚(yáng)程）形成水泵“空轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象。需要減少流量時(shí)關(guān)小閥門，使管路性能曲線由 R1 變?yōu)?R2。變頻器調(diào)速的工作原理就是通過選擇電壓頻率比（ V/F）曲線，設(shè)定加減速時(shí)間以及轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償曲線，使電動(dòng)機(jī) 啟動(dòng) 時(shí)轉(zhuǎn)速從零開始逐漸升高，實(shí) 現(xiàn)軟啟動(dòng)，減少了啟動(dòng)電流。 采用變頻恒壓供水系統(tǒng)除可節(jié)能外，還可以使水泵機(jī)組啟動(dòng)，降低了 啟動(dòng) 電流，避免了對(duì)供電系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊負(fù)荷，提高了供水供電的安全可靠性，另外，變頻器本身具有過電流、過電壓、失壓等多種保護(hù)功能，提高了系統(tǒng)的安全可靠性。當(dāng)用水量達(dá)到最大 Qmax 時(shí) ,水泵全速運(yùn)轉(zhuǎn) ,出口閥門全開 ,達(dá)到了滿負(fù)荷運(yùn)行 ,水泵的特性曲線 n0 和用水管路特性曲線 A0 匯交于 b 點(diǎn) ,此時(shí) ,水泵報(bào)出口壓力為 H? ，末端服務(wù)壓力剛好為 H0。 當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)，能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行，確保供水不間斷。即使如此，還常常不能滿足最不利供水點(diǎn)的供水要求，難以滿足不斷增加的用水需求。 5． 安裝簡單，維修方便 。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程 I/O 模塊 和 各種特殊功能模塊。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，使我國供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從 90 年代初開始經(jīng)歷了一次飛躍。 從上即可結(jié)論：以變頻器為主體構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)不僅能夠最大程度滿足需要，也提高整個(gè)系統(tǒng)的效率，延長系統(tǒng)壽命、節(jié)約能源、而且能夠構(gòu)成復(fù)雜的功能強(qiáng)大的供水系統(tǒng)。張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 1 目 錄 第一章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展 ???????????? 1 變頻調(diào)速恒壓供水的目的和意義 ????????????????? 1 變頻調(diào)速及 PLC在供水行業(yè)中的應(yīng)用 ??????????????? 6 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 ?????????????????????? 11 第二章變頻調(diào)速的節(jié)能、調(diào)速原理 ????????????????? 13 供水系統(tǒng)概述 ????????????????????????? 14 變頻 調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)分析 ??????????????????? 16 變頻調(diào)速的節(jié)能、調(diào)速原理 ??????????????????? 19 變頻調(diào)速恒壓供水工況分析與能耗機(jī)理分析 ???????????? 20 調(diào)速范圍的確定 ???????????????????????? 21 本章小結(jié) ??????????????????????????? 24 第三章變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ??????????????? 26 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) ???????????????????????? 27 工 作流程與工作過程 ?????????????????????? 29 系統(tǒng)的控制原理及組成 ????????????????????? 30 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ????????????????????????? 3 系統(tǒng)工作過程說明 ??????????????????????? 54 本章小結(jié) ??????????????????????????? 32 第四章器件選擇 ?????????????????????????? 26 水泵的選擇 ?????????????????????????? 27 電動(dòng)機(jī)的選擇 ????????????????????????? 29 變頻器的選擇 ????????????????????????? 30 可編程控制器 PLC的選擇 ???????????????????? 31 其它電氣元件的選擇 ?????????????????????? 32 全文總結(jié) ???????????????????????????? ?? 57 參考文獻(xiàn) ?????????????????????????????? 59 致 謝 ?????????????????????????????? 60 張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 2 摘 要 本論文在分析了供水自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國中小城市供水廠的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一套以變頻調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)的恒壓供水計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。 變頻調(diào)速及 PLC 在供水行業(yè)中的應(yīng)用 變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用 作為高性能的調(diào)速傳動(dòng)，直流發(fā)電機(jī)－電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制方法長期以來一直 應(yīng)用廣泛。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在軟件方面， PLC采用極易為電氣人員掌 握的梯形圖編程語言， 除了保持原有的邏輯運(yùn)算等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。 PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。同時(shí)由于在屋頂上形成很大的負(fù)重，增加了結(jié)構(gòu)面積，也妨礙了美觀。突然停電后再來電，設(shè)備能夠自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)用水量從 Qmax 減少到 Q1 的過程中 ,采用不同的控制方案 ,其水泵的能耗也不同。 目前水泵電機(jī)絕大部分是三相交流異步電動(dòng)機(jī)，根據(jù)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性，電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 為 : n =60 f(1s)/p （ 2— 4） 式 2— 5 中 s 為電機(jī)的 轉(zhuǎn)差率 (s=)， p 為電機(jī)極對(duì)數(shù)， f 為定子供電頻率。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，通過變頻器來改變電源的頻率 f 來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 從而改變水泵的轉(zhuǎn)速。運(yùn)行工況點(diǎn)沿著水泵性能曲線從 A 點(diǎn)移到 D 點(diǎn)，揚(yáng)程從 H0 上升到 H1，流量從 Q0 減少 到 Q1。所以，在多數(shù)情況下，下 限頻率應(yīng)定為 30Hz～ 35Hz。如采用繼電器控制，則只能接成固定線路，靈活性太差，液不能很好的滿足泵水要求，故采用本身自帶 PLC程序控制為核心的電氣控制方案。當(dāng)變頻器運(yùn)行到切換頻率下限時(shí)，如果壓力高于設(shè)定壓力，降運(yùn)行時(shí)間最長的工頻電機(jī)停止（ 1K2 斷開），變頻器變頻運(yùn)行一段時(shí)間后，檢測壓力后，如果壓力高于設(shè)定壓力，變頻器降頻運(yùn)行，直至全都工頻電機(jī)停止， 4＃ 電機(jī)變頻運(yùn)行。 泵的選擇： 在水泵并聯(lián)時(shí)，多臺(tái)水泵的流量并不等于多臺(tái)水泵每臺(tái)水泵出水量之和。 變頻器選擇： 森蘭 SBG+/P+系列變頻器由高性能數(shù)字處理器 DSP 控制，功能齊全 ，操作簡單，并嚴(yán)格按 照 GB/— 2022 標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)。 消防泵電機(jī)得星角啟動(dòng)控制電路中時(shí)間繼電器 KT得電，需用到 1 個(gè)常閉觸點(diǎn)，1 個(gè)常開觸點(diǎn)。 A1～ A8電纜選擇 BBLX－ 3 50， Ic＝ 101A B0～ B2電纜選擇 BBLX－ 3 150， Ic＝ 208A C 電纜選擇 BBLX－ 3 95， Ic＝ 163A 張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 27 元件選型后，按元件所在電控 柜分類制成元件明細(xì)表： 元器件目錄表 表 4－ 3 代號(hào) 名稱 數(shù)量 規(guī)格型號(hào) 備注 PLC 可編程控制器 1 FX2N48M 繼電器輸出型 MF 變頻器 1 SB60P+ 內(nèi)帶有輸出程序 HR1～ HR20 指示燈 15 AD1622 LED 顯示，220VAC,(其中 4個(gè)紅色，其余為綠色 ) KT 時(shí)間繼電器 1 JZ780 線圈電壓 220VAC KA 中間繼電器 1 JS714 線圈電壓 220VAC KM1,1～ 4KM2,1～ 4KM3, 1～ 4KM4,1～ 4KM5,1～4KM6, 1～ 4KM8,KM11 交流繼電器 26 CJ1040 線圈電壓 220VAC KM9,KM10 交流接觸器 2 CJ105 線圈電壓 220VAC KM12,KM16 交流接觸器 2 CJ10150 線圈電壓 220VAC KM13,KM14,KM15 交流接觸器 3 CJ1060 線圈電壓 220VAC SB5,SB6,SB7,SB9,SB11, SB13,SB15,SB17 啟動(dòng)按鈕 8 LAY37 綠色 SB1,SB4,SB8,SB10,SB12, SB14,SB16,SB18,SB19 停止按鈕 9 LAY37 紅色 SB2,SB3 停止按鈕 2 LA2511 紅色聯(lián)動(dòng)按鈕 QF 低壓斷路器 1 DZ10200/33 脫扣電流值為 170A 1～ 3FU1 熔斷器 3 RC1A200 熔體 150A 1～ 3FU2 熔斷器 3 RC1A150 熔體 100A FU3 熔斷器 1 RC1A5 熔體 2A（控制電路） 1～ 4FR1 熱繼電器 4 JR1630/3 根據(jù)電機(jī)額定電 流整定 FR2 熱繼電器 1 JR1645/3 根據(jù)電機(jī)額定電 流整定 張北泰生花園小區(qū)無塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 28 續(xù)表 4－ 3 M1～ M4 電動(dòng)機(jī) 4 Y160M2 三相交流異步電動(dòng)機(jī)（生活泵用） M5 電動(dòng)機(jī) 1 Y360M— 2 三相交流異步電動(dòng)機(jī)（消防泵用） SL 液位繼電器 1 HHY11PG 適用于排水供 水， 220VAC SP 遠(yuǎn)傳壓力表 1 YST－ 150 型 A 電