【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 管網(wǎng)的實(shí)際壓力還未達(dá)到設(shè)定壓力，并且滿足增加水泵的條件(在下節(jié)有詳細(xì)闡述)時(shí)，在變頻循環(huán)式的控制方式下，系統(tǒng)將在PLC的控制下自動(dòng)投入水泵M2(變速運(yùn)行)，同時(shí)變頻泵M1做工頻運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，滿足增加水泵的條件，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，將另一臺(tái)工頻泵M3投入運(yùn)行，變頻器輸出頻率達(dá)到上限頻率50Hz時(shí)，壓力仍未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出水壓超限報(bào)警。4．當(dāng)用水量下降水壓升高，變頻器的輸出頻率降至下限頻率，用戶管網(wǎng)的實(shí)際水壓仍高于設(shè)定壓力值，并且滿足減少水泵的條件時(shí)，系統(tǒng)將工頻泵M2關(guān)掉，恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達(dá)到設(shè)定值。當(dāng)用水量繼續(xù)下降，并且滿足減少水泵的條件時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，將另一臺(tái)工頻泵M1關(guān)掉。 水泵切換條件分析在上述的系統(tǒng)工作流程中，我們提到當(dāng)變頻泵己運(yùn)行在上限頻率，此時(shí)管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍低于設(shè)定壓力，此時(shí)需要增加水泵來(lái)滿足供水要求，達(dá)到恒壓的目的；當(dāng)變頻泵和工頻泵都在運(yùn)行且變頻泵己運(yùn)行在下限頻率，此時(shí)管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍高于設(shè)定壓力，此時(shí)需要減少工頻泵來(lái)減少供水流量，達(dá)到恒壓的目的。在系統(tǒng)工作時(shí)既要使機(jī)組不過(guò)于頻繁的切換，又要保證系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，應(yīng)考慮電網(wǎng)的限制以及變頻器和電機(jī)工作頻率的限制，50Hz成為頻率調(diào)節(jié)的上限頻率；另外，變頻器的輸出頻率不能夠?yàn)樨?fù)值，最低只能是0Hz。其實(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率是不可能降到0Hz。因?yàn)楫?dāng)水泵機(jī)組運(yùn)行，電機(jī)帶動(dòng)水泵向管網(wǎng)供水時(shí)，由于管網(wǎng)中的水壓會(huì)反推水泵，給帶動(dòng)水泵運(yùn)行的電機(jī)一個(gè)反向的力矩，同時(shí)這個(gè)水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進(jìn)入管網(wǎng)，因此，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率下降到一個(gè)值時(shí)，水泵就己經(jīng)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。這個(gè)頻率在實(shí)際應(yīng)用中就是電機(jī)運(yùn)行的下限頻率。這個(gè)頻率遠(yuǎn)大于0Hz，具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場(chǎng)所有關(guān)，一般在20Hz左右。所以選擇50Hz和20Hz作為水泵機(jī)組切換的上下限頻率。當(dāng)輸出頻率達(dá)到上限頻率時(shí)，實(shí)際供水壓力在設(shè)定壓力上下波動(dòng)。若出現(xiàn)PsPf時(shí)就進(jìn)行機(jī)組切換，很可能由于新增加了一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，供水壓力一下就超過(guò)了設(shè)定壓力。在極端的情況下，運(yùn)行機(jī)組增加后，實(shí)際供水壓力超過(guò)設(shè)定供水壓力，而新增加的機(jī)組在變頻器的下限頻率運(yùn)行，此時(shí)又滿足了機(jī)組切換的停機(jī)條件，需要將一個(gè)在工頻狀態(tài)下運(yùn)行的機(jī)組停掉。如果用水狀況不變，供水泵站中的所有能夠自動(dòng)投切的機(jī)組將一直這樣投入—切出—再投入—再切出地循環(huán)下去，這增加了機(jī)組切換的次數(shù)，使系統(tǒng)一直處于不穩(wěn)定的狀態(tài)之中，實(shí)際供水壓力也會(huì)在很大的壓力范圍內(nèi)震蕩。這樣的工作狀態(tài)既無(wú)法提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，也使得機(jī)組由于相互切換頻繁而增大磨損，減少運(yùn)行壽命。另外，實(shí)際供水壓力超調(diào)的影響以及現(xiàn)場(chǎng)的干擾使實(shí)際壓力的測(cè)量值有尖峰，這兩種情況都可能使機(jī)組切換的判別條件在一個(gè)比較短的時(shí)間內(nèi)滿足。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，相應(yīng)的判別條件是通過(guò)對(duì)上面兩個(gè)判別條件的修改得到的，其實(shí)質(zhì)就是增加了回滯環(huán)的應(yīng)用和判別條件的延時(shí)成立。4 恒壓供水系統(tǒng)單元電路的設(shè)計(jì)變頻恒壓供水系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標(biāo)，在控制上實(shí)現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力跟隨設(shè)定的供水壓力。設(shè)定的供水壓力可以是一個(gè)常數(shù)，也可以是一個(gè)時(shí)間分段函數(shù)，在每一個(gè)時(shí)段內(nèi)是一個(gè)常數(shù)。所以，在某個(gè)特定時(shí)段內(nèi)，恒壓控制的目標(biāo)就是使出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力維持在設(shè)定的供水壓力上。 變頻恒壓供水的系統(tǒng)框圖恒壓供水系統(tǒng)通過(guò)安裝在用戶供水管道上的壓力變送器實(shí)時(shí)地測(cè)量參考點(diǎn)的水壓，檢測(cè)管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為4~20mA的電信號(hào)，此檢測(cè)信號(hào)是實(shí)現(xiàn)恒壓供水的關(guān)鍵參數(shù)。由于電信號(hào)為模擬量，故必須通過(guò)PLC的A/D轉(zhuǎn)換模塊才能讀入并與設(shè)定值進(jìn)行比較，將比較后的偏差值進(jìn)行PID運(yùn)算，再將運(yùn)算后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)作為變頻器的輸入信號(hào)，控制變頻器的輸出頻率，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制水泵的供水流量，最終使用戶供水管道上的壓力恒定，實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水。根據(jù)基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制要求。 系統(tǒng)的電氣控制總框圖由以上系統(tǒng)電氣總框圖可以看出,該系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備應(yīng)包括以下幾部分：PLC、變頻器、水泵機(jī)組、壓力變送器、液位變送器。 變頻器的選擇變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備。 變頻器的基本結(jié)構(gòu)與分類1．變頻器的基本結(jié)構(gòu)變頻器包括控制電路、整流電路、中間直流電路及逆變電路組成。其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來(lái)說(shuō)，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。2．變頻器的分類變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。 變頻器的控制方式在交流變頻器中使用的非智能控制方式有V/f協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。1．V/f控制V/f控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩速度特性，基于在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時(shí)，又要保證電動(dòng)機(jī)的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。V/f控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式，不能達(dá)到較高的控制性能，而且，在低頻時(shí)，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。2．轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式，它是在V/f控制的基礎(chǔ)上，按照知道異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的電源頻率，并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來(lái)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動(dòng)機(jī)具有對(duì)應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。這種控制方式，在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器，有時(shí)還加有電流反饋，對(duì)頻率和電流進(jìn)行控制，因此，這是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對(duì)急速的加減速和負(fù)載變動(dòng)有良好的響應(yīng)特性。3．矢量控制矢量控制是通過(guò)矢量坐標(biāo)電路控制電動(dòng)機(jī)定子電流的大小和相位，以達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)在d、q、0坐標(biāo)軸系中的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進(jìn)行控制，進(jìn)而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。通過(guò)控制各矢量的作用順序和時(shí)間以及零矢量的作用時(shí)間，又可以形成各種PWM波，達(dá)到各種不同的控制目的。例如形成開關(guān)次數(shù)最少的PWM波以減少開關(guān)損耗。目前在變頻器中實(shí)際應(yīng)用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無(wú)速度傳感器的矢量控制方式兩種。4．直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標(biāo)的概念，在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過(guò)檢測(cè)定子電阻來(lái)達(dá)到觀測(cè)定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復(fù)雜的變換計(jì)算，系統(tǒng)直觀、簡(jiǎn)潔，計(jì)算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在開環(huán)的狀態(tài)下，也能輸出100%的額定轉(zhuǎn)矩，對(duì)于多拖動(dòng)具有負(fù)荷平衡功能。5．最優(yōu)控制最優(yōu)控制在實(shí)際中的應(yīng)用根據(jù)要求的不同而有所不同，可以根據(jù)最優(yōu)控制的理論對(duì)某一個(gè)控制要求進(jìn)行個(gè)別參數(shù)的最優(yōu)化。例如在高壓變頻器的控制應(yīng)用中，就成功的采用了時(shí)間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實(shí)現(xiàn)一定條件下的電壓最優(yōu)波形。 變頻器的控制方式比較控制方式是決定變頻器使用性能的關(guān)鍵所在。目前市場(chǎng)上低壓通用變頻器品牌很多，包括歐、美、日及國(guó)產(chǎn)的共約5O多種。選用變頻器時(shí)不要認(rèn)為檔次越高越好，其實(shí)只要按負(fù)載的特性，滿足使用要求就可，以便做到量才使用、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。 控制方式的比較控制方式U/f=C控制電壓空間矢量控制矢量控制直接轉(zhuǎn)矩控制反饋裝置不帶PG帶PG或PID調(diào)節(jié)器不要不帶PG帶PG或編碼器速比I1:401:601:1001:1001:10001:100起動(dòng)轉(zhuǎn)矩(在3Hz）150%150%150%150%零轉(zhuǎn)速時(shí)為150%零轉(zhuǎn)速時(shí)為150%~200%靜態(tài)速度精度/%177。（~）177。（~）177。177。177。177。適用場(chǎng)合一般風(fēng)機(jī)、泵類等較高精度調(diào)速，控制一般工業(yè)上的調(diào)速或控制所有調(diào)速或控制伺服拖動(dòng)、高精傳動(dòng)、轉(zhuǎn)矩控制負(fù)荷起動(dòng)、起重負(fù)載轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，恒轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大負(fù)載 變頻器的參數(shù)。 變頻器的參數(shù)變頻器適用電機(jī)容量（KW）輸出額定容量（KVA）輸出額定電流（A）過(guò)載能力電源額定輸入交流電壓/頻率冷卻方式（三菱）12150%60s 、200% （反時(shí)限特性）3相，380V至480V 50Hz/60Hz強(qiáng)制風(fēng)冷根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)選用FRA540系列變頻器。 FRA540的管腳說(shuō)明 交流接觸器的選擇接觸器是一種自動(dòng)化的電磁式開關(guān)，適用于遠(yuǎn)距離頻繁地接通或斷開交、直流主電路及大容量控制電路。它不但能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離自動(dòng)操作和欠電壓釋放保護(hù)功能，而且還具有控制容量大、工作可靠、操作效率高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。常用的交流接觸器有CJCJ1和CJ20等系列以及外國(guó)引進(jìn)先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的B系列、3TB系列等。接觸器是利用在電磁力作用下吸合和反向彈簧作用下釋放，試觸點(diǎn)閉合和分段，實(shí)現(xiàn)電路接通和斷開的。交流接觸器主要由電磁系統(tǒng)、觸電系統(tǒng)、滅弧裝置及輔助部件構(gòu)成。 交流接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理1．交流接觸器的工作原理交流接觸器有3對(duì)主觸點(diǎn)和4對(duì)輔助觸點(diǎn)，主觸點(diǎn)用于接通和分段主電路，允許通過(guò)較大的電流；輔助觸點(diǎn)用于控制電路，只允許小電流通過(guò)。觸點(diǎn)有常開和常閉之分，當(dāng)線圈通電時(shí)，所有的常閉觸點(diǎn)首先分?jǐn)?，然后所有的常開觸點(diǎn)閉合；當(dāng)線圈斷電時(shí)，在反向彈簧力的作用下，所有觸點(diǎn)都恢復(fù)平常狀態(tài)。接觸器的主觸點(diǎn)均為常開觸點(diǎn)，輔助觸點(diǎn)有常開、常閉之分。2．。 交流接觸器的符號(hào)根據(jù)該設(shè)計(jì)的要求，對(duì)于接觸器KM選擇的是規(guī)格SCE03C4。 低壓斷路器的選擇低壓斷路器簡(jiǎn)稱斷路器，又稱自動(dòng)空氣開關(guān)。它是低壓配電網(wǎng)絡(luò)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)中常用的一種配電電器。當(dāng)電路發(fā)生短路、過(guò)載和失電壓等故障時(shí)，能自動(dòng)切斷故障電路、保護(hù)電路和電氣設(shè)備。低壓斷路器具有操作安全、安裝使用方便、工作可靠、動(dòng)作值可調(diào)、分段能力較高、兼顧多種保護(hù)、動(dòng)作后不需要更換元件等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛使用。 低壓斷路器的分類按結(jié)構(gòu)形式可分為塑殼式、框架式、限流式、直流快速式、滅磁式和漏電保護(hù)式等6類。 低壓斷路器的工作原理及選擇1．?dāng)嗦菲鞯墓ぷ髟淼蛪簲嗦菲髦饕蓜?dòng)觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)、弧頭、滅弧裝置、操作機(jī)構(gòu)、熱脫扣器和外殼等部分組成。斷路器的3對(duì)主觸點(diǎn)串聯(lián)在被控制的三相電路中，按下接通按鈕時(shí)，外力使鎖扣克服彈簧的反作用力，將固定在鎖扣上面的靜觸點(diǎn)閉合，并由鎖住塔鉤使動(dòng)、靜觸點(diǎn)保持閉合，于是開關(guān)處于接通狀態(tài)。當(dāng)線路發(fā)生過(guò)載時(shí)，過(guò)載電流流過(guò)熱元件產(chǎn)生一定的熱量，使雙金屬片受熱向上彎曲，通過(guò)杠桿推動(dòng)塔鉤與鎖扣脫開，在反作用力彈簧的作用下，動(dòng)、靜觸點(diǎn)分開，從而切斷電路，保護(hù)電氣設(shè)備。當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流使電磁脫扣器產(chǎn)生強(qiáng)大的吸力吸合銜鐵，通過(guò)杠桿推動(dòng)塔鉤與鎖扣分開，從而切斷電路，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。2．。 低壓斷路器的符號(hào)在本次設(shè)計(jì)中，斷路器應(yīng)該選擇DZ10100/330這個(gè)型號(hào)。 熔斷器的選擇熔斷器是低壓配電網(wǎng)絡(luò)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)中短路保護(hù)的電器。使用時(shí)串聯(lián)在被保護(hù)的電路中，當(dāng)電路發(fā)生短路故障，通過(guò)熔斷器的電流達(dá)到或超過(guò)某一規(guī)定值時(shí)，以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，從而自動(dòng)分?jǐn)嚯娐罚鸬奖Ｗo(hù)作用。熔斷器主要由熔體，安裝熔體的熔管和熔座3部分組成。 熔斷器圖形符號(hào)熔斷器的選擇，在控制回路中熔斷器FU選用RT18系列 熱繼電器的選擇熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)對(duì)電動(dòng)機(jī)或其他用電設(shè)備進(jìn)行過(guò)載保護(hù)的控制電氣。熱繼電器主要用于電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)、斷相保護(hù)、電流不平衡運(yùn)行保護(hù)及其他電器設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)的控制。熱繼電器的形式有多種，其中雙金屬片式應(yīng)用最多。按極數(shù)劃分熱繼電器可分為單極、兩極、三極；按復(fù)位方式可分為自動(dòng)復(fù)位式和手動(dòng)復(fù)位式。 （a） 熱元件 （b） 常閉觸點(diǎn) 熱繼電器符號(hào)文字水泵：MMM3選用40160(I)A型。熱繼電器的選擇：選用最小的熱繼電器作為電機(jī)的過(guò)載保護(hù)熱繼電器FR，F(xiàn)RFRFR3可選用規(guī)格其型號(hào)為TKE02TC，額定電流5－8A。根據(jù)我們?cè)O(shè)計(jì)的需要，并結(jié)合它所具有的特點(diǎn)，我們選用滬龍公司的ISG型立式離心泵，它供輸送清水及物理化學(xué)型智能類似于清水的其他液體之用，使用與工業(yè)和城市給排水、高層建筑增壓送水、園林噴灌、消防增壓、遠(yuǎn)距離輸送、暖通制冷循環(huán)、浴室等冷暖水循環(huán)增壓及設(shè)備配套，使用溫度T≤80℃。 水泵參數(shù)符號(hào)型號(hào)流量（m3/h）揚(yáng)程（m）轉(zhuǎn)速（r/min）電機(jī)功率（kw）M1M2 M340160（IA﹚1128145015 PLC的選擇 可編程控制器的定義可編程控制器，簡(jiǎn)稱PLC（Programmable logic Controller），是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)