【文章內(nèi)容簡介】 2：合理利用個水泵的高效段3：遠近期相結(jié)合的原則根據(jù)給排水設(shè)計手冊，我們選取北線水泵XBHⅢ型變頻調(diào)速恒壓給水設(shè)備 型號：XBHⅢ10080小時水量：100揚程（m）：80主泵型號：80DL4，功率：22KW 三臺副泵型號：40DL8，功率： 一臺南線水泵 XBHⅢ型變頻調(diào)速恒壓給水設(shè)備型號：XBHⅢ12060小時水量 ：120揚程（m）：60主泵型號：65DL4，功率：22KW 三臺副泵型號：40DL6，功率： 一臺第三章 控制系統(tǒng)第一節(jié) 基本構(gòu)成（內(nèi)含PID調(diào)節(jié)器）、可編程控制器（PLC）、壓力變送器及相關(guān)電氣控制部件構(gòu)成，是一種具有變頻調(diào)速和全自動閉環(huán)控制功能的機電一體化智能設(shè)備，它可同時對一臺或多臺三相380V，50Hz的泵電機進行自動控制. 變頻恒壓供水系統(tǒng)組成工作原理　變頻恒壓供水自動控制裝置以變頻方式工作時，水泵電機以軟啟動方式啟動后開始運轉(zhuǎn)，壓力變送器檢測供水管網(wǎng)實際壓力，管網(wǎng)實際壓力與設(shè)定壓力經(jīng)過比較后輸出偏差信號，由偏差信號控制 調(diào)整變頻器輸出的電源頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速，、不斷調(diào)整的反復(fù)過程實現(xiàn)管網(wǎng)壓力恒定，從而使水泵根據(jù)需水量自動調(diào)節(jié)供水量，達到節(jié)能節(jié)水的目的.控制功能變頻恒壓供水自動控制裝置具有以下控制功能：（1）設(shè)有手動/自動切換電路，當切換至自動位置時，系統(tǒng)可根據(jù)出口壓力變化，自動調(diào)節(jié)變頻泵的轉(zhuǎn)速和自動啟動、停止備用泵，以維持出口壓力恒定，當變頻控制電路出現(xiàn)故障時，可切換至手動位置，使水泵直接在工頻下運行，保證正常供水；（2）用PLC控制水泵（包括小流量泵）全循環(huán)軟啟動，周期性地自動交換使用，以期水泵壽命基本一致；（3）故障顯示及報警，具有缺相、短路、過熱、過載、過壓、欠壓、漏電、瞬時斷電保護等電氣保護功能.電控系統(tǒng)的原理圖電控系統(tǒng)的原理圖包括主電路圖、控制電路圖及PLC的外圍接線圖。主電路圖 電控系統(tǒng)的主電路圖。三臺電機分別為M1，M2，M3，M4，M5，M6，M7，M8。接觸器KM1，KM2，KM3，分別控制電機M1，M2，M3，M4的變頻運行；接觸器，，KM4分別控制電機M1，M2，M3，M4的工頻運行；FR1，F(xiàn)R2，F(xiàn)R3，F(xiàn)R4分別為三臺水泵電機的過載保護的熱繼電器；QF0，QF1，QF2，QF3，QF4分別為變頻器和4臺水泵電機主電路的短路器；FU1為主電路的熔斷器；VVVF為通用變頻器。 控制電路圖及PLC的外圍接線圖見副表 第二節(jié) 通用變頻器的工作原理在各種異步電動機調(diào)速控制系統(tǒng)中，目前效率最高、性能最的系統(tǒng)是變壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。異步電動機的變壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)一般簡稱為變頻器。由于通用變頻器使用方便、可靠性高，所以它成為現(xiàn)代自動控制系統(tǒng)的主要組成元件之一。：變頻器的基本控制方式有《電機學》可知，三相異步電動機定子每相電動勢的有效值是： 式中：——氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢的有效值，單位為V ——定子頻率，單位為 ——定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； ——與繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)； ——每極氣隙磁通量，單位為Wb如果定子每相電動勢的有效值不變，改變定子頻率時就會出現(xiàn)以下兩種情況。如果小于電機的額定頻率，那么氣隙磁通量就會大雨額定氣隙磁通量。其結(jié)果是：電機的鐵心產(chǎn)生過飽和，從而導致過大的勵磁電流，嚴重時會因繞組過熱而損壞電機。另一種現(xiàn)象相反，其結(jié)果是：電機的鐵心沒有得到充分的利用是一種浪費，但在機械條件允許的情況下長期使用不會損壞電機。基頻以下調(diào)速時，要保持不變，當頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低，使/=常數(shù)，即采用電動勢與頻率之比恒定的控制方式。然而繞組中的電動勢是難以控制的，當電動勢較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，從而認為定子相電壓 則得 常數(shù)這是恒壓頻比的控制方式。根據(jù)電機與拖動原理，在基頻以下調(diào)速屬于“恒轉(zhuǎn)距調(diào)速的性質(zhì)”。低頻時和 都較小。定子阻抗壓降所占的分量就比較顯著，不能再忽略。這時可以人為的把電壓抬高一些，以便近似的補償定子壓降。因此我們選用普通型V/f通用變頻器。變頻器的容量 ：只需使變頻器的配用電動機容量與實際最大電動機容量相符即可。但注意留夠足夠的余量。變頻調(diào)速的基本原理交流異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n可以用下式表示　　　　式中 f——定子供電電源的頻率；　　p——電動機的極對數(shù)；　　s——異步電動機的轉(zhuǎn)差率.　　由式（1）可見，當平滑地改變異步電動機的供電頻率f時，即可改變電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n..根據(jù)水泵的相似原理　　式中的Q、H、P、n分別為水泵的流量、揚程、軸功率和轉(zhuǎn)速.　由式（2）、式（3）、式（4）可知，基于轉(zhuǎn)速控制比基于流量控制可以大幅度降低軸功率.求供水節(jié)能，首先要求給水泵處于高效率區(qū)工作。眾所周知，泵的高效率區(qū)處決于泵的工況(n、Q、H值決定是泵的工況點)。當采用變頻調(diào)速(n值可變)，則泵的高效率區(qū)擴大，因此采用變頻調(diào)速可以節(jié)能。其次是防止給水泵出現(xiàn)\大馬拉小車\的工況。因為給水系統(tǒng)要滿足Qmax及Hmax的工況，如果選用1臺泵，當小流量用水時必然出現(xiàn)\大馬拉小車\的工況，此時水泵的效率低，功率浪費大。為了防止\大馬拉小車\，通常的做法是采用多臺水泵并聯(lián)給水的方式，多用水多開泵，少用水少開泵，可以顯著減輕\大馬拉小車\弊端的出現(xiàn)，改善節(jié)能的效果。理論分析及實際使用證明，多泵并聯(lián)變頻調(diào)速給水可以顯著提高節(jié)能效果。所以現(xiàn)代生活供水系統(tǒng)大多采用多泵并聯(lián)恒壓變供水方式。 采用多泵并聯(lián)給水，按變頻調(diào)速恒壓給水原理，在多泵并聯(lián)的給水系統(tǒng)中，只要其中有一臺是變頻調(diào)速泵，就可以達到恒壓給水的目的；為了達到恒壓給水，變頻泵必須是并聯(lián)泵中的最大者；最經(jīng)濟的配泵方案是各并聯(lián)泵的大小相同。從節(jié)能考慮，并聯(lián)水泵的臺數(shù)愈多愈好；但是如數(shù)太多，設(shè)備的機械結(jié)構(gòu)及電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度也隨之上升，系統(tǒng)(設(shè)備)的整體經(jīng)濟、合理性下降。所以合理的應(yīng)采用并聯(lián)水泵不多也不少的最經(jīng)濟方案。 根據(jù)水泵的相似定律，變速前后流量、揚程、功率與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系為：式中PHQ1為轉(zhuǎn)速n1時的功率、揚程、流量；PHQ2為轉(zhuǎn)速n2時的功率、揚程、流量。由此可見，當水泵在變負荷工作情況下，采用變頻器調(diào)節(jié)水泵電機轉(zhuǎn)速時，軸功率隨轉(zhuǎn)速比的三次方關(guān)系進行變化，節(jié)電效果明顯。電動機的熱保護：雖然水泵在低速運行時，電動機的工作電流較小。但是，當用戶的用水量變化頻繁時，電動機處于頻繁的升速、降速狀態(tài)，而升速、降速的電流可能略超過電動機的額定電流，導致電動機過熱。因此，電動機的熱保護是必須的。對于這種由于頻繁的升速、降速而積累的溫升，變頻器內(nèi)的電子熱保護功能是難以起到保護作用的，所以，應(yīng)采用熱繼電器來進行電動機的熱保護。第三節(jié) 可編程控制器 可編程控制器簡稱PLC，它是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作命令，并通過數(shù)字量、模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程，可編程控制器極其有關(guān)的設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則設(shè)計。PLC的主要特點：1：可靠性高，抗干擾能力 2：通用性強，使用方便。 3程序設(shè)計簡單，易學、易懂：一般采用與繼電器控制原理圖非常相似的梯形圖語言。4采用先進的模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組合靈活方便。5系統(tǒng)設(shè)計周期短6安裝簡便、調(diào)試方便，維護工作量小 PLC的主要控制作用：（1）控制多臺水泵（包括小流量泵）循環(huán)軟啟動，周期性地以變頻方式工作；（2），并達到額定功率（即變頻器輸出電源頻率達到50H），而供水管網(wǎng)壓力未達到設(shè)定壓力時，第一臺水泵電機以工頻方式運行，第二臺水泵電機啟動并以變頻方式運行。在用水高峰時，這時若管網(wǎng)壓力仍不能達到設(shè)定壓力時，第二臺水泵電機以工頻方式運行，第三臺水泵電機啟動并以變頻方式運行，達到保持管網(wǎng)恒壓的目的，投入運行的水泵數(shù)量由裝置根據(jù)網(wǎng)壓力自動控制.PLC作為恒壓供水系統(tǒng)的主要控制器，其主要任務(wù)就是代替調(diào)節(jié)器實現(xiàn)水壓給定值與反饋值的綜合與調(diào)節(jié)工作，實現(xiàn)數(shù)字PID調(diào)節(jié)；它還控制水泵的運行與切換，在多泵組恒壓供水泵站中，為了使設(shè)備均勻的磨損，水泵及電機是輪換的工作。如規(guī)定和變頻器相連接的泵為主泵（主泵也是輪流擔任的），主泵在運行時達到最高頻時，須增加一臺工頻泵投入運行。PLC則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備。PLC同時還是變頻器的驅(qū)動控制。恒壓供水泵站中變頻器常常采用模擬量控制方式，這需采用PLC的模擬量控制模塊，該模塊的模擬量輸入端子接受到傳感器送來的模擬信號，輸出端送出經(jīng)給定值與反饋值比較并經(jīng)PID處理后得出的模擬量信號，并依此信號的變化改變變頻器的輸出頻率。另外，泵站的其他控制邏輯也由PLC承擔，如：手動、自動操作轉(zhuǎn)換，泵站的工作狀態(tài)指示，泵站的工作異常的報警，系統(tǒng)的自檢等等。PLC的模擬量擴展單元的配置和選型 1．PLC模擬量擴展單元的配置及應(yīng)用PLC的普通輸入輸出端口均為開關(guān)量處理端口，為了使PLC能完成模擬量的處理，常見的方法是為整體式PLC加配模擬量擴展單元。模擬量擴展單元可以將外部模擬量轉(zhuǎn)換為PLC可處理的數(shù)字量及將PLC內(nèi)部運算結(jié)果數(shù)字量轉(zhuǎn)換為機外所需的模擬量。模擬量擴展單元有單獨用于模/數(shù)轉(zhuǎn)換的，單獨用于數(shù)/模轉(zhuǎn)換的，也有兼具模/數(shù)及數(shù)/模兩種功能的。PLC的選型 選取由西門子公司生產(chǎn)的主機為9輸出13輸入1模擬量輸出2模擬量輸入的S7200 224XP ，一個8輸出的模塊EM222，一個8輸入8輸出的模塊EM223，一個 2模擬量輸出的模塊EM232。PLC系統(tǒng)設(shè)計的基本原則1最大限度地滿足機械電氣設(shè)備的控制要求和生產(chǎn)過程的要求：2在滿足控制要求的前提下，應(yīng)力求控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟；3保證控制系統(tǒng)安全可靠；4考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝完善，使PLC的容量留有適當余地。第三節(jié) 壓力變送器我們選取XS2100智能數(shù)顯壓力變送器1）外型結(jié)構(gòu)2）特點 ①帶316L不銹鋼膜片；②4個獨立的開關(guān)點；③壓力報警點任意可調(diào)；④Psi、bar、kpa、Mpa可調(diào)⑤所有設(shè)置參數(shù)都存儲在存儲器中。4）主要技術(shù)指標（1）過電壓：3倍量程上限（量程代碼49），二倍量程上限（量程代碼1011），（量程代碼1213）；（2）供電：DC 1836V，AC 110260V；（3）輸出：420Ma；(4)開關(guān)類型：SPDT；7A（AC 250V）；7A（DC 30V）；(5)顯示：4位紅色LED；(6)調(diào)節(jié)：按鍵調(diào)節(jié)； (7)報警：4位紅色LED；(8) 死?。簼M量程5% ～125%可調(diào)； （9）功能：≦3W； （10）精度：%；（11）工作溫度： 傳感器：40 ～ 5℃； 電子部件；25 ～ 85℃； LED顯示器：25～70℃； （12）溫度補償：20～70℃； （13）外殼材料：鋁； （14）連接件材質(zhì)：316SS； （15）壓力接口：