【文章內(nèi)容簡介】 的水量需求。 如 下 圖為恒壓供水構(gòu)成示意圖 圖中壓力傳感器用于檢測管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口 ，變頻恒壓供水系統(tǒng) 壓力傳感器，把水壓轉(zhuǎn)換成 4～ 20mA 的模擬信號，通過 PID 調(diào)節(jié)器送入變頻器 ，來改變電動水泵轉(zhuǎn)速。當用戶用水量增大，管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力時，變頻調(diào)速的輸出頻率將增大，水泵轉(zhuǎn)速提高，供水量加大，當達到設(shè)定壓力時，電動水泵的轉(zhuǎn)速不在變化，使管網(wǎng)壓力恒定在設(shè)定壓力 上；反之亦然。 控制要求及技術(shù)指標 三臺水泵供水，壓力控制點設(shè)在水泵出口處，用變頻器、調(diào)節(jié)器、繼電器、接觸器等組成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以保正水泵出口壓力恒定。水泵的切換方式為：三臺水泵作變頻運行。當?shù)谝患壸冾l泵達到工頻運行時，第二臺備用泵變頻啟動。當?shù)诙_變頻泵再次達到工頻運行時，第三臺備用泵變頻啟動。停泵時依次停第一、二臺泵。 參數(shù)要求為： 用水量：正常供水量 20立方米 /小時，最大供水量 55 立方米 /小時，揚程 68米 。 用三臺水泵供水 。 控制壓力為 ，控制范圍 +，同時設(shè)定壓力可調(diào)。 設(shè)定自動、手動。 各種所需保護。 面板上有壓力、頻率、電壓等顯示。 共 35 頁 第 10 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 可行性分析，節(jié)電分析 在城市配水管網(wǎng)的壓力經(jīng)?；蛑芷谛缘氖覂?nèi)所需要的供水壓力 ， 室內(nèi)用水量較大且不均勻時， 供水不足或過剩的情況時有發(fā)生。這種不平衡集中反映在壓力上：用水多而供水少，壓力低。用水少而供水多，則壓力大。若能保持供水的壓力恒定，可使供水和用水之間保持平衡，從而提高供水的質(zhì)量。為了達到這一目的避免傳統(tǒng)的供水措施的缺陷和不足 可采用 采用變頻恒壓供 水系統(tǒng)。 根據(jù)理論分析，當電源電壓一定時，電機消耗的功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比，即 3)2/1(2/1 nnNN ? 其中 N1 和 N2 是電機消耗的功率， n1 和 n2 是相應(yīng)于 N1 和 N2 的轉(zhuǎn)速。當水泵的揚程一定時，其出水量與轉(zhuǎn)速成正比，即： 2/12/1 nn ? 其中 ， Q1 和 Q2 表示相應(yīng)于 n1和 n2的水泵的出水量。因此在維持水泵壓力恒定的條件下，通過調(diào)整水泵機組的轉(zhuǎn)速從而調(diào)整水泵的出水量，就可以大大節(jié)約電機所消耗的功率而達到節(jié)能的目的。 我國國家科委和國家經(jīng)貿(mào)委《中國節(jié)能技術(shù)政策大綱》中把泵和風機調(diào)速技術(shù)列為國家九五計劃重點推 廣節(jié)能技術(shù)項目。應(yīng)當指出，變頻恒壓供水節(jié)能效果主要取決于用水流量變化情況及水泵合理選配，使變頻 恒壓供水具有優(yōu)良節(jié)能效果，變頻恒壓供水宜采用多泵并聯(lián)供水模式。由多泵并聯(lián)恒壓變頻供水理論可知多泵并聯(lián)恒壓供水，其中一臺泵是變頻泵，其余全是工頻泵，多泵并聯(lián)變頻恒壓變量供水工作模式通常是這樣：當用水流量小于一臺泵工頻恒壓條件下流量，由一臺變頻 泵 調(diào)速恒壓供水 ； 當用水流量增大，變頻泵轉(zhuǎn)速自動上升；當變頻泵轉(zhuǎn)速上升到工頻轉(zhuǎn)速，為用 水流量進一步增大，由變頻供水控制器控制，自動啟動一臺工頻泵投入，該工頻 泵 提供流量是恒定 (工頻轉(zhuǎn)速恒壓下流量 )，其余各并聯(lián)工 頻泵按相同原理投入。 一般的說，變頻調(diào)速恒壓供水方式用于生活供水，節(jié)電效率很高，可達 50% ，用于工業(yè)供水則在 30% ～ 40% 之間。 例 一個居民小區(qū)的供水水泵功率為 15kw，每天維持水壓和小流量供水的時間約占全天的 2/3，這個時段消耗的電能約 120kwh ，如果采取特別的節(jié)能措施，起碼節(jié)約 100kwh 的電能，一年下來就是 36000kwh ，按每 1kwh 電能 元計算，每 年可節(jié)約 萬元?？煽啃浴⑹褂脡勖?、整體造價是用戶關(guān)心的問題，也是生產(chǎn)廠家關(guān)注的問題。恒壓供水控制器、變頻器的質(zhì)量好壞決定了設(shè)備的可靠性和使用壽命。我公司主要采用國際知名品牌變頻器和單片計算機為產(chǎn)品配套，生產(chǎn)中嚴格按照 ISO9001:2020規(guī)范進行檢驗，整套設(shè)備主要部件使用壽命一般在 10 年以上 .。 對于郊區(qū)或農(nóng)村用水量變化大的用戶，變頻調(diào)速恒壓供水方式更加優(yōu)越。 綜上所述，此方案具備可行性。 共 35 頁 第 11 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第二章 系統(tǒng)設(shè)計 主電路設(shè)計 如 下 圖為電控系統(tǒng)的主電路圖。三臺電機分別為 M1， M2， M3。接觸器 KM1， KM3， KM5分別控制電機 M1， M2， M3的 工 頻運行 。接觸器 KM2， KM4， KM6 分別控制電機 M1， M2， M3的變頻運行 。FR1， FR2， FR3 分別為三臺水泵電機的過載保護的熱繼電器 。 QF1， QF2， QF3， QF4分別為三臺水泵電機和變頻器 的低壓斷路器。 QF 為總斷路器。 主電路圖 變頻器的工作原理 實現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置稱為變頻器。變頻器一般由整流器、濾波器、驅(qū)動電路、保護電路以及控制器（ MCUDSP）等部分組成 。 共 35 頁 第 12 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 整流部分，如圖所示 D1 D2 D3 D4 D5 D6，這六個二極管把三相整流成直流電，小功率變頻器一般直接使用整流二極管整流，某些品牌如西門子， ABB 等歐洲品牌的變頻器， 55KW或以上變頻器則采用半控或全控三相橋式整流； 直流部分，由 C1 C2 R1 R2 組成直流環(huán)節(jié)，主要作用是濾波，使電壓保持穩(wěn)定，以及承擔整流與逆變部分能量轉(zhuǎn)換； 逆變部分，有 VR1 VR2 VR3 VR4 VR5 VR6 組成逆變電路 ，這六個逆變開關(guān)管有規(guī)律的關(guān)斷與導(dǎo)通，把直流電變成頻率與電壓可調(diào)的交流電 。 首先將單相或三相交流電源通過整流器并經(jīng)電容濾波后，形成幅值基本固定的直流電壓加在逆變器上，利用逆變器功率元件的通斷控制，使逆變器輸出端獲得一定形狀的矩形脈沖波形。在這里，通過改變矩形脈沖的寬度控制其電壓幅值；通過改變調(diào)制周期控制其輸出頻率，從而在逆變器上同時進行輸出電壓和頻率的控制，而滿足變頻調(diào)速對 U/f 協(xié)調(diào)控制的要求。 變頻器的發(fā)展 變頻器的發(fā)展今的變頻器有突顯的數(shù)值化，智能化特征。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對數(shù)字化信 息的依賴越來越強。為了使交流調(diào)速系統(tǒng)與信息系統(tǒng)緊密結(jié)合，同時也為了提高交流調(diào)速系統(tǒng)自身的性能，必須使交流調(diào)速系統(tǒng)采用全數(shù)字化控制模式。單片機已經(jīng)在交流調(diào)速系統(tǒng)中得到了廣泛地應(yīng)用。例如由 Intel 公司 1983 年開發(fā)生產(chǎn)的 MCS 96系列是目前性能較高的單片機系列之一，適用于高速、高精度的工業(yè)控制。其高檔型： 8196KB 、8196KC 、 8196MC 等在通用開環(huán)交流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用較多。而且由于交流電機控制理論不斷發(fā)展，控制策略和控制算法也日益發(fā)展深化。 擴展卡爾曼濾波、 FFT、狀態(tài)觀測器、自適應(yīng)控制、 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等等先進理論均廣泛應(yīng)用到了各種交流電機的矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制當中。 DSP 芯片被廣泛的應(yīng)用。如 TI 公司的 MCS320F240 等 DSP 芯片，以其較高的性能價格比成為了全數(shù)字化交流調(diào)速系統(tǒng)的首選。最近 TI公司推出的 MCS320F240X 系列產(chǎn)品更將價格降低到了單片機的水平。 在交流調(diào)速的全數(shù)字化的過程當中，各種總線網(wǎng)絡(luò)也扮演了相當重要的角色。 STD 總線、工業(yè) PC 總線、現(xiàn)場總線以及 CAN 總線等在交流調(diào)速系統(tǒng)的自動化應(yīng)用領(lǐng)域起到了重要的作 共 35 頁 第 13 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 用。 電機運行的控制 三臺電機分別為 M1， M2， M3。接觸器 KM1， KM3， KM5 分別控制電機 M1， M2， M3的 工 頻運行 。接觸器 KM2， KM4， KM6 分別控制電機 M1， M2， M3的變頻運行 。每一臺電機設(shè)低壓斷路器和熱繼電器作為保護。手動狀態(tài)下每個電機設(shè)置一啟動按鈕，一停機按鈕自由控制電動機的起停，每一臺電機工頻變頻之間有互鎖。在自動狀態(tài)下電機之間工頻變頻之間的切換由壓力信號來控制。當頻率達到上線，壓力達到下限時，用壓力信號來控制變頻轉(zhuǎn)工頻，同時啟動下一臺泵的變頻，在壓力達到上限時，控制停機，若三臺泵都已啟動則先停 M1 的工頻，如果用水量還是較小，壓 力再次達到上限時停 M2的工頻，只留下 M3變頻運行。若只有 M1，M2 運行，則先停 M1，留 M2 變頻 運行。當下次有壓力下限信號來的時候 M3變頻轉(zhuǎn)工頻， M1工頻再次啟動，然后再次運行如前。若是 M3工頻， M1工頻， M2變頻的狀態(tài)，停機的時候是先停 3 號泵，再停 1 號泵，留 2 號泵變頻運行。同理若 M2,M3 工頻， M1 變頻，則先停 2 號泵，再停 3號泵。如此往復(fù)循環(huán)起泵停泵。 工頻變頻切換與變頻器工作的時序的關(guān)系 為了避免變頻器在沒有負載時依然有輸出，在變 頻和工頻的切換過程中，變頻器可以在適合的時候關(guān)閉，所用變頻器有一個 端子由繼電器的常開觸點控制，比如從一號機的變頻傳工頻再切換二號機的變頻時，要求先斷開接觸器常閉觸點，關(guān)閉變頻器輸出，然后通過 KM1斷開一號電機的變頻，接通 KM2 啟動工頻，再接通二號機的變頻，最后才閉合變頻器上的常閉觸點再次啟動變頻器，實現(xiàn)了無擾切換。 PID 調(diào)節(jié)器的應(yīng)用和原理 （ 1） 調(diào)節(jié)器的原理 調(diào)節(jié)器是一種電子裝置，它具有設(shè)定水管水壓的給定值、接受傳感器送來得管網(wǎng)水壓的實測值、根據(jù)給定值與實測值的綜合依一定的調(diào)接規(guī)律發(fā)出的系統(tǒng)調(diào)接信號等功能。調(diào)節(jié)器的輸出信號一般是模擬信號， 420mA 變化的電 流信號或 010V 間變化的電壓信號。信號的量值與前邊的提到的差值成正比例，用于驅(qū)動執(zhí)行器設(shè)備工作。在變頻器恒壓供水系統(tǒng)中，執(zhí)行設(shè)備就是變頻器。在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用 PID 控 制技術(shù)最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用 PID 控制技術(shù)。 PID 控制，實際中也有 PI 和 PD控制。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 （ 2） PID 的控制規(guī)律 比例（ P）控制 ： 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號 共 35 頁 第 14 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 成比例關(guān)系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steadystate error）。 積分（ I）控制 ： 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個 自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這