【文章內(nèi)容簡介】 逆變器負載側(cè)接地時，為了保護逆變器，有時要有接地過電流保護功能。但為了確保人身安全，需要轉(zhuǎn)設(shè)漏電斷路器。6）冷卻風(fēng)機異常。有冷卻風(fēng)機的裝置，但風(fēng)機異常時裝置內(nèi)溫度將上升，因此采用風(fēng)機熱繼電器或器件散熱片溫度傳感器，檢出異常后停止逆變器。（2）異步電動機的保護1）過載保護。過載檢出裝置與逆變器保護共用，但考慮低速運轉(zhuǎn)的過熱時，在異步電動機內(nèi)埋入溫度傳感器，或者利用轉(zhuǎn)在逆變器內(nèi)的電子熱保護來檢出過熱。動作頻繁時可以考慮減輕電動機負載、增加電動機及逆變器容量等。2）超頻（超速）保護。逆變器的輸出頻率或者異步電動機的速度超過規(guī)定值時，停止逆變器運轉(zhuǎn)。（3）其他保護1）防止失速過電流。急加速時，如果異步電動機跟蹤遲緩，則過電流保護電路動作，運轉(zhuǎn)就不能繼續(xù)進行（失速）。所以，在負載電流減小之前要進行控制，抑制頻率上升或使頻率下降。對于恒速運轉(zhuǎn)中的過電流，也進行同樣的控制。2）防止失速再生過電壓。減速時產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為了防止再生過電壓保護電路動作，在直流電壓下降之前要進行控制，抑制頻率下降，防止失速再生過電壓。 變頻器具有過壓、欠壓、過流、過載、短路、失速等自動保護功能。能實現(xiàn)電機軟起動，減小電氣和機械沖擊噪音，延長設(shè)備使用壽命。變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有以下幾個特點：1．節(jié)能：變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備使整個供水系統(tǒng)始終保持最優(yōu)工作狀態(tài)節(jié)電率可達35%～60% ，這一特點已被廣大用戶所認識并帶來效益。27 2．占地面積小，投人少，效率高：設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊占地面積少維護方便維護費用低投資省安裝快如僅供幾棟居民樓生活用水的小型供水設(shè)備在樓梯間樓梯下幾平方米的地方即可安裝。3．配置靈活，功能齊全，自動化程度高。4．由于變頻恒壓調(diào)速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，大大降低水質(zhì)污染的可能性：眾所周知南方氣候炎熱潮濕細菌和微生物極易繁殖和滋生尤其是高位水箱很容易生紅蟲必須定期清洗改用變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備后只需一個低位水箱原來也有將水質(zhì)污染降到最低限度。5．通過通信控制，可以實現(xiàn)無人值守，節(jié)省了人力物力根據(jù)設(shè)計需求變頻器采用三菱變頻器FRA540，其作用是為可邊頻率的電源，實現(xiàn)電機的無極變速，從而使官網(wǎng)水壓保持基本恒定；同時變頻器還可以作為電機軟啟動裝置，限制電機的啟動電流，克服供水過程中的水錘效應(yīng)；另外該變頻器內(nèi)還自帶PID調(diào)節(jié)器，對壓力傳感器檢測管網(wǎng)水壓的瞬時值作PID運算，其輸出量轉(zhuǎn)化為可調(diào)頻率控制泵組電機。由于變頻器自帶PID調(diào)節(jié)器，PID參數(shù)可由經(jīng)驗值直接確定，PID的參數(shù)設(shè)定由變頻器參數(shù)128134來設(shè)定[10]。 變頻器接線圖如圖32所示，管腳STF接PLC的Y7管腳，控制電機的正轉(zhuǎn)。X2接變頻器的FU接口，X3接變頻器的OL接口。頻率檢測的上/下限信號分別通過OL和FU輸出至PLC的X2與X3輸入端作為PLC增泵減泵控制信號。圖32 變頻器接線圖21 水泵機組選型水泵機組的選型基本原則：一是要確保平穩(wěn)運行；二是要經(jīng)常處于高效區(qū)運行。以求取得較好的節(jié)能效果，要使泵組常處于高效區(qū)運行，則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配[13]。初步設(shè)定樓房為10層樓高，高度約為35米約有住戶800人。通過資料得知用水量標(biāo)準為0。19m179。/人日~0。25m179。/人日，由此得供水管道壓力估算值為P =（0。08+0。04樓層數(shù)）MPa=0。48MPa 。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定水泵機組的電動機額定功率為75KW。根據(jù)本設(shè)計要求并結(jié)合實際中小區(qū)生活用水情況，最終確定確定采用3臺上海熊貓機械有限公司生產(chǎn)的SFL系列水泵機組（電機功率75KW）。SFL型低噪音生活給水泵在外殼、軸上采用不銹鋼材質(zhì)，葉輪、導(dǎo)葉采用鑄造件，經(jīng)過靜電噴塑處理，效率可提高5%以上；采用低噪音電機，機械密封，前端配有泄壓保護裝置，噪聲更低(室外噪音60分貝)、磨損小、壽命更長；下軸承采用柔性耐磨軸承，噪音低，壽命長；采用低進低出的結(jié)構(gòu)設(shè)計，水力模型先進，性能更可靠。它可以輸送清水及理化性質(zhì)類似于水的無顆粒、無雜質(zhì)不揮發(fā)、弱腐蝕介質(zhì)，一般用在城市給排水、鍋爐給水、空調(diào)冷卻系統(tǒng)、消防給水等。因此本設(shè)計中選擇電機功率為75KW的上海熊貓機械有限公司生產(chǎn)的SFL系列水泵3臺。 壓力傳感器壓力傳感器使用CYYZ1001型絕對壓力傳感器。該傳感器的量程為0～2。5MPa，工作溫度為5℃～60 ℃，能實時地測量參考點的水壓，檢測管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為4—20mA的電信號。該傳感器由敏感芯體和信號調(diào)理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時，敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號調(diào)理電路將輸出的電壓號作放大處理，同時進行溫度補償、非線性補償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。29 保護元件及連接元件熱繼電器選用TKE02TC，額定電流5－8A，額定電流為6－9 A熔斷器FU選用RT18系列接觸器KM選擇的是規(guī)格SCE03C，功率3Kw按鈕均選用LAY3—11型，其主要技術(shù)參數(shù)為：UN=24VDC，IN=0。3A，含1對常開和1對常閉觸點[14]。基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)電路圖如附圖所示，三臺電機分別為MMM3，它們分別帶動水泵3。接觸器KMKMKM5分別控制MMM3的變頻運行；接觸器KMKMKM6分別控制MMM3的工頻運行；FRFRFR3分別為三臺水泵電機過載保護用的熱繼電器；FU為主電路的熔斷器。 整個電路分為主電路，手動控制電路和PLC自動控制電路三部分。主電路和手動控制電路組成手動運行模式，主電路和PLC自動控制電路組成自動運行模式。手動運行主要用于檢修及自動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時的應(yīng)急供水方式中。當(dāng)手動運行時，完全脫開PLC及變頻器的控制，合上開關(guān)SB1進行手動控制，根據(jù)實際用水量，合上開關(guān)SBSBSB6中的任一個兩個或者三個，可啟動這幾臺泵工頻運行，按下按鈕SBQ可停止。自動運行為正常的運行狀態(tài)。采用三組電機水泵對水網(wǎng)進行恒壓供水，每臺電機均可工作在變頻方式或工頻方式，但每次又僅有一臺電機工作在變頻調(diào)速狀態(tài)。工作時由壓力傳感器反饋的電流信號4～20mA送入變頻器4號引腳，與壓力設(shè)定值在變頻器內(nèi)部進行PID運算，運算的結(jié)果控制輸出頻率的增減，從而控制泵組電機的轉(zhuǎn)速。另外，可編程控器PLC根據(jù)當(dāng)前的壓力情況和變頻器輸出頻率值來對泵組電機進行合理切換，及時進行增泵或減泵操作，實現(xiàn)最佳匹配。當(dāng)合上開關(guān)SB0時，系統(tǒng)能夠進入自動工作狀態(tài)，由PLC和變頻器聯(lián)合控制各臺電機的投入或切除、工頻或變頻運行方式。PLC控制變頻器的啟31 動與停止，啟動變頻器后，先由1號水泵變頻運行，壓力變送器檢測管網(wǎng)出口總水壓仍不能達到設(shè)定值，且變頻器輸出頻率已達到上限頻率49。5Hz(上限頻率通過變頻器參數(shù)1來設(shè)定)，說明用水量增大，延時20ｓ后管網(wǎng)壓力仍小于設(shè)定值，PLC控制程序使1號泵工頻運行，并啟動2號泵使之變頻運行。壓力變送器檢測管網(wǎng)出口總水壓如果已達到設(shè)定值，則1號泵工頻運行，2號泵變頻運行；同理如果壓力變送器檢測管網(wǎng)出口總水壓扔不能達到設(shè)定值，且變頻器輸出頻率已達到上限頻率49。5Hz，說明用水量還在增大，延時20ｓ后，由PLC使2號泵變?yōu)楣ゎl運行，并啟動3號泵使之變頻運行。壓力變送器檢測管網(wǎng)出口總水壓如果已達到設(shè)定值，則1號泵工頻運行，2號泵工頻運行，3號變頻運行；壓力傳感器檢測管網(wǎng)出口總水壓如果超過設(shè)定值，且變頻器輸出頻率已達到下限頻率20Hz時(下限頻率通過變頻器參數(shù)2來設(shè)定)，延時20ｓ后，由PLC切除3號泵的運行，1號泵工頻運行，2號泵變頻運行。運行一段時間，如果壓力變送器檢測管網(wǎng)出口總水壓超過設(shè)定值，且變頻器輸出頻率已達到下限頻率，可由PLC切除2號泵，單獨由1號泵變頻運行?？傊?，在用水量增大，管壓降低時，增加泵組電機工作；在用水量減少，管壓增加時，減少泵組電機工作。PLC程序通過互鎖設(shè)計使同一臺泵機不能同時處于變頻和工頻狀態(tài)，以防發(fā)生短路，當(dāng)然也不會出現(xiàn)多臺泵機同時處于變頻運行狀態(tài)，因為變頻器是按單臺電機容量選配的。另外，變頻器設(shè)定了啟動頻率為20Hz，水泵在啟動前，其葉輪全部在水中，啟動時，存在著一定的阻力，在從0Hz開始啟動的一段頻率內(nèi)，實際上是轉(zhuǎn)不起來的，因此，應(yīng)適當(dāng)預(yù)置啟動頻率值，使其在啟動瞬間有一點沖擊力。II 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)主程序設(shè)計 PLC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電機起動程序、水泵電機變頻/工頻切換程序、水泵電機換機程序、模擬量(壓力、頻率)比較計算程序和報警程序等構(gòu)成。(1)系統(tǒng)初始化程序在系統(tǒng)開始工作的時候，先要對整個系統(tǒng)進行初始化，即在開始啟動的時候，先對系統(tǒng)的各個部分的當(dāng)前工作狀態(tài)進行檢測，如出錯則報警，接著對變頻器變頻運行的上下限頻率、PID控制的各參數(shù)進行初始化處理，賦予一定的初值，在初始化子程序的最后進行中斷連接。系統(tǒng)進行初始化是在主程序中通過調(diào)用子程序來是實現(xiàn)的。在初始化后緊接著要設(shè)定白天/夜間兩種供水模式下的水壓給定值以及變頻泵泵號和工頻泵投入臺數(shù)。(2) 增、減泵判斷和相應(yīng)操作程序當(dāng)PID調(diào)解結(jié)果大于等于變頻運行上限頻率（或小于等于變頻運行下限頻率）且水泵穩(wěn)定運行時，定時器計時5min（以便消除水壓波動的干擾）后執(zhí)行工頻泵臺數(shù)加一（或減一）操作，并產(chǎn)生相應(yīng)的泵變頻啟動脈沖信號。(3) 水泵的軟啟動程序增減泵或倒泵時復(fù)位變頻器為軟啟動做準備，同時變頻泵號加一，并產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻啟動脈沖信號和下一臺水泵變頻啟動脈沖信號，延時后啟動運行。當(dāng)只有一臺變頻泵長時間運行時，對連續(xù)運行時間進行判斷，超過3h則自動倒泵變頻運行。(4) 各水泵變頻運行控制邏輯程序各水泵變頻運行控制邏輯大體上是相同的，現(xiàn)在只以1水泵為例進行說明。當(dāng)?shù)谝淮紊想姟⒐收舷蛘弋a(chǎn)生1泵變頻啟動脈沖信號并且系統(tǒng)無故障產(chǎn)生、未產(chǎn)生復(fù)位1水泵變頻運行信號、1泵未工作在工頻狀態(tài)時，Q0。1置1，KM2常開觸點閉合接通變頻器，使1水泵變頻運行，同時KM2常閉觸點打開防止KM1線圈得電，從而在變頻和工頻之間實現(xiàn)良好的電氣互鎖，KM2的常開觸點還可實現(xiàn)自鎖功能。33 結(jié)論 (5) 各水泵工頻運行控制邏輯程序水泵的工頻運行不但取決于變頻泵的泵號，還取決于工頻泵的臺數(shù)。由于各水泵工頻運行控制邏輯大體上是相同的，現(xiàn)在只以1水泵為例進行說明。產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻運行啟動脈沖后，若當(dāng)前2泵處于變頻運行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于0，或者當(dāng)前3泵處于變頻運行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于1，KM1線圈得電，使得KM1常開觸點閉合，1水泵工頻運行，同時KM1常閉觸點打開防止KM2線圈得電，從而實現(xiàn)變頻和工頻之間實現(xiàn)良好的電氣互鎖，KM1的常開觸點還可實現(xiàn)自鎖功能。(6) 報警及故障處理程序本系統(tǒng)中包括水池水位越限報警指示燈、變頻器故障報警指示燈白天模式運行指示燈以及報警電鈴。當(dāng)故障信號產(chǎn)生時，相應(yīng)的指示燈會出現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象，同時報警電鈴響起。而試燈按鈕按下時，各指示燈會一直點亮。故障發(fā)生后重新設(shè)定變頻泵號和工頻泵運行臺數(shù)，在故障結(jié)束后產(chǎn)生故障結(jié)束脈沖信號。 系統(tǒng)流程圖設(shè)計主程序流程圖如圖41所示。如圖42所示，以泵2為例在臨界條件下的系統(tǒng)流程圖，如圖43所示為以泵2為例的控制流程圖，在相應(yīng)條件下觸發(fā)泵1和泵3的運行控制。泵1和泵3的運行控制情況與泵2相似。II 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 圖41 系統(tǒng)主流程圖37 圖42 泵2臨界流程圖圖43 泵2運行控制流程圖 自動部分起動1泵按下起動按鈕，系統(tǒng)檢測采用那種運行模式。如果按鈕SB7沒按，則使用自動運行模式。變頻起動1水泵。起動1，2泵：接收到變頻器上限信號，PLC通過這個上限信號后將1水泵由變頻運行轉(zhuǎn)為工頻運行，KM1斷開KM0吸合，同時KM3吸合變頻起動第2水泵。接到下限信號就關(guān)閉KMKM0，吸合KM1，只剩1水泵變頻運行。起動1，2泵：輸出的下限信號使PLC關(guān)閉KMKM2，開啟KM3，2水泵變頻起動。起動1泵：接到下限信號關(guān)閉KMKM0，吸合KM1，只剩1水泵變頻運行。 手動部分按下手動起動按鈕SB10，手動起動變頻器。按下SB2，斷開KM0，在10個計數(shù)脈沖后起動M1在變工頻電源下行。按下SB4，斷開KM2，在10個計數(shù)脈沖后起動M2在變頻電源下運行。按下SB6，斷開KM4，在10個計數(shù)脈沖后起動M3在變頻電源下運行。按下SB1，斷開KM1，在10個計數(shù)脈沖后起動M1在工頻電源下運行。按下SB3，斷開KM3，在10個計數(shù)脈沖后起動M2在工頻電源下運行。按下SB5，斷開KM5，在10個計數(shù)脈沖后起動M3在工頻電源下運行。 公共部分當(dāng)熱繼電器斷開系統(tǒng)報警。電