【文章內(nèi)容簡介】 性 較 強(qiáng) 的 供 水 系統(tǒng) ， 可 設(shè) 置 的 壓 力 值 比 白 天 壓 力 值 小 。 例 如 在 晚 上 12 點(diǎn) 到 凌 晨 5 點(diǎn) ，居 民 生 活 用 水 很 少 ， 如 果 還 是 使 用 用 水 量 比 較 大 的 壓 力 值 的 話 ， 會 造 成 電能 和 水 源 的 浪 費(fèi) 。 在 夜 晚 是 可 以 使 用 另 一 個(gè) 比 較 小 的 壓 力 值 。④ 水 池 水 位 檢 測 。 在 自 動 供 水 的 過 程 中 ， 若 水 位 低 于 設(shè) 定 的 報(bào) 警 水 位時(shí) ， 蜂 鳴 器 發(fā) 出 缺 水 報(bào) 警 信 號 ； 若 水 位 低 于 設(shè) 定 的 停 機(jī) 水 位 時(shí) ， 停 止 全 部水 泵 工 作 ， 防 止 水 泵 干 抽 ， 并 發(fā) 出 停 機(jī) 報(bào) 警 信 號 ； 若 水 池 水 位 高 于 設(shè) 定 的水 池 上 限 水 位 時(shí) ， 自 動 關(guān) 斷 水 池 給 水 管 電 動 閥 門 ， 停 止 向 供 水 池 供 水 。⑤ 自 動 啟 動 。 有 時(shí) 候 會 停 電 ， 若 無 人 值 班 ， 恢 復(fù) 供 電 后 若 系 統(tǒng) 無 法 啟動 而 造 成 斷 水 ， 為 此 本 系 統(tǒng) 設(shè) 置 了 通 電 后 自 動 變 頻 啟 動 方 式 。 當(dāng) 電 源 恢 復(fù)后 ， PLC 會 發(fā) 出 報(bào) 警 指 令 ， 蜂 鳴 器 發(fā) 出 警 告 聲 音 ， 然 后 按 自 動 運(yùn) 行 方 式 變頻 啟 動 1泵 ， 直 到 穩(wěn) 定 地 運(yùn) 行 在 給 定 水 壓 值 。⑥ 故 障 處 理 。 變 頻 器 的 故 障 處 理 是 按 照 冗 余 設(shè) 計(jì) 原 則 考 慮 的 ， 也 就是 變 頻 器 發(fā) 生 故 障 時(shí) ， 系 統(tǒng) 也 要 不 間 斷 供 水 。 當(dāng) 變 頻 器 突 然 發(fā) 生 故 障 ， 蜂鳴 器 報(bào) 警 ， PLC 會 發(fā) 指 令 使 全 部 的 水 泵 停 止 工 作 ， 然 后 使 1泵 工 頻 運(yùn) 行 ，經(jīng) 過 一 定 延 時(shí) 后 根 據(jù) 管 道 網(wǎng) 內(nèi) 水 壓 力 變 化 情 況 再 使 2泵 工 頻 運(yùn) 行 。 此 時(shí) ，PLC 切 換 泵 則 根 據(jù) 實(shí) 際 水 壓 的 變 化 在 工 頻 泵 間 切 換 。 當(dāng) 出 現(xiàn) 水 池 無 水 停 機(jī) 、電 動 機(jī) 欠 壓 、 過 壓 、 錯(cuò) 相 、 電 機(jī) 故 障 等 情 況 時(shí) ， 蜂 鳴 器 均 能 發(fā) 出 警 報(bào) 聲 。如 果 條 件 許 可 時(shí) 可 以 添 加 MODEM 模 塊 ， 在 變 頻 器 、 電 動 機(jī) 發(fā) 生 故 障 時(shí) 能通 過 遠(yuǎn) 程 通 信 口 撥 叫 值 班 人 員 電 話 ， 通 知 有 關(guān) 人 員 前 來 維 修 。 所 有 故 障 解決 、 恢 復(fù) 正 常 后 ， 自 啟 動 前 也 要 發(fā) 出 報(bào) 警 信 號 。[3]攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 恒壓供水系統(tǒng)工藝流程及其要求8 系統(tǒng)的控制要求變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用多種場合的供水要求，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):①系統(tǒng)的控制對象是用戶管網(wǎng)的水壓力值，壓力是一個(gè)過程控制量，同其他一些過程控制量(如:溫度、速度、濕度等)一樣，對控制作用的響應(yīng)具有滯后性。同時(shí)用于控制水泵轉(zhuǎn)速的變頻器也存在一定的滯后性。②自來水管網(wǎng)中因?yàn)榇嬖谧枇退N效應(yīng)等因素的影響，同時(shí)水泵自身有一些固有的特性，使水泵轉(zhuǎn)速快慢的的變化與管網(wǎng)壓力大小的變化成正比，因此本次設(shè)計(jì)的供水系統(tǒng)是一個(gè)線性系統(tǒng)。③在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有工頻泵的加入到系統(tǒng)中，而工頻泵的控制停止和運(yùn)行是時(shí)時(shí)發(fā)生的，同時(shí)工頻泵的運(yùn)行狀態(tài)也直接影響供水系統(tǒng)的中的模型參數(shù)，使系統(tǒng)不確定性地發(fā)生變化，因此可以這樣認(rèn)為，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是時(shí)時(shí)變化的。④當(dāng)出現(xiàn)意外的情況(比如突然停水、斷電，泵、變頻器或軟啟動器出現(xiàn)故障等)時(shí)，系統(tǒng)能可以根據(jù)泵及變頻器狀態(tài)、電網(wǎng)狀況、水源水位及管網(wǎng)壓力等工況點(diǎn)自動進(jìn)行切換、停止及報(bào)警，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。在故障發(fā)生時(shí)，執(zhí)行專門的故障程序，保證在緊急情況下的仍能為用戶進(jìn)行供水。⑤水泵的電氣控制柜，其有遠(yuǎn)程和就地控制的功能和數(shù)據(jù)通訊接口，能與控制信號或控制軟件相連，能對供水的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，以便顯示和監(jiān)控以及報(bào)表打印等功能。⑥用變頻器、調(diào)節(jié)泵和固定泵的相組合進(jìn)行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對每臺水泵進(jìn)行軟啟動，啟動電流可從零到電機(jī)額定電流，減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊同時(shí)減少了啟動慣性對設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命。 結(jié)合以上特點(diǎn)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求如下：①由于白天和夜間居民小區(qū)用水量明顯不同，本設(shè)計(jì)采用白天供水和夜間供水兩種模式，兩種模式下設(shè)定的水壓值不同。在白天，小區(qū)的用水量大，系統(tǒng)在高恒壓值下運(yùn)行；在夜晚，小區(qū)的用水量小，系統(tǒng)在低恒壓值下運(yùn)行。②在用水量比較小的情況下，如果一臺水泵連續(xù)運(yùn)行工作時(shí)間超過了 3小時(shí)，需要切換下一臺水泵運(yùn)行，避免因一臺水泵工作時(shí)間過長而使水泵壽命受損。換泵的條件只用于系統(tǒng)只有一臺變頻泵長時(shí)間工作的情況下。③ 考慮到節(jié)能和水泵壽命等因素，各個(gè)水泵切換順序應(yīng)該遵循先啟先停、先停先啟原則，有效避免單個(gè)水泵長時(shí)間工作。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 恒壓供水系統(tǒng)工藝流程及其要求9④ 系統(tǒng)中的三臺水泵在啟動時(shí)要有軟啟動功能，對水泵的操作要有手動、自動控制的功能，手動可以在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。⑤ 系統(tǒng)要有完善的報(bào)警功能。該系統(tǒng)電控系統(tǒng)主電路圖如下圖 所示為。三臺電機(jī)分別為MMM3。MMM3 三臺電機(jī)的工頻運(yùn)行接觸開關(guān)分別是KMKMKM5；MMM3 的變頻運(yùn)行分別由接觸器 KMKMKM6 控制，F(xiàn)RFRFR3 分別為三臺水泵電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器；QSQSQSQS4 分別為變頻器和三臺水泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)，VVVF 為變頻器。 Ｒ Ｓ Ｔ 　 　 Ｕ Ｖ Ｗ 　 　 Ｍ １ ３ ～ Ｍ ２ ３ ～ Ｍ ３ ３ ～ Ｎ Ｌ １ Ｌ ２ Ｌ ３ Ｆ Ｕ １ Ｖ Ｖ Ｖ Ｆ Ｑ Ｓ ２　　 Ｋ Ｍ １ Ｋ Ｍ ２ Ｆ Ｒ １ Ｆ Ｒ ２ Ｆ Ｒ ３　 Ｋ Ｍ ４ Ｋ Ｍ ６ Ｑ Ｓ ３　　 Ｋ Ｍ ３　 Ｑ Ｓ ４ Ｋ Ｍ ５ 圖 電控系統(tǒng)主電路熱繼電器(FR)是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護(hù)電路，電流過大溫度升高而自動斷開，它在電路中的用作電動機(jī)的過載保護(hù)。熔斷器（FU）是電路中的的短路保護(hù)裝置。使用中，由于電路中電流過大超過允許值產(chǎn)生的熱量可以使串連在主電路中的熔體熔化而切斷電路供電，防止電氣設(shè)備短路和嚴(yán)重過載。由于變頻器泵站希望每一次啟動電機(jī)都為軟啟動，又規(guī)定各臺水泵必須交替使用以保護(hù)水泵，延長水泵壽命，多泵組的投運(yùn)需要要有一個(gè)合理的水攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 恒壓供水系統(tǒng)工藝流程及其要求10泵切換方案。控制要求中規(guī)定如果系統(tǒng)中任意一臺水泵連續(xù)工作運(yùn)行時(shí)間不得超過三個(gè)小時(shí)，因此每次啟動的新泵或切換的變頻泵后，新運(yùn)行泵為變頻運(yùn)行是合理的。具體的運(yùn)行操作是：將現(xiàn)行運(yùn)行的變頻泵從變頻器上切除下來，并接上工頻電源工作運(yùn)行，將變頻器復(fù)位并接上新的運(yùn)行泵，使新運(yùn)行泵變頻運(yùn)行。此外，泵組管理方案中應(yīng)還有一個(gè)問題就是泵的工作循環(huán)控制，這里我們的方案是使用泵號加1的方法來實(shí)現(xiàn)變頻泵的循環(huán)工作控制（3加1等于1），用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號實(shí)現(xiàn)工頻泵的切換、循環(huán)工作。系統(tǒng)通電后，按照接收到有效的自控系統(tǒng)啟動信號后，首先啟動變頻器拖動變頻泵M1工作，根據(jù)壓力變送器測得的用戶管網(wǎng)實(shí)際壓力和設(shè)定壓力值的偏差調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，控制Ml的轉(zhuǎn)速，當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定運(yùn)行在某一定值，這期間Ml工作在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)用水量增加管網(wǎng)水壓減小時(shí)，壓力變送器反饋的水壓信號減小，偏差變大，PLC的輸出信號變大，變頻器的輸出頻率變大，所以水泵的轉(zhuǎn)速開始增大，供水量增大，最終水泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到另一個(gè)新的穩(wěn)定值使壓力達(dá)到設(shè)定值。反之，當(dāng)用水量減少水壓管網(wǎng)增加時(shí)，通過壓力閉環(huán)反饋，減小水泵的轉(zhuǎn)速到另一個(gè)新的穩(wěn)定值使壓力達(dá)到設(shè)定值。如果當(dāng)用水量繼續(xù)增加時(shí)，變頻器的輸出頻率達(dá)到上限頻率50Hz，此時(shí)用戶管網(wǎng)的實(shí)際壓力值還是沒有達(dá)到設(shè)定壓力值，并且滿足了增加水泵運(yùn)行的條件，在變頻循環(huán)方式的控制下，在PLC的系統(tǒng)控制下自動把投入水泵M2變頻運(yùn)行，同時(shí)切換變頻泵M1進(jìn)行工頻運(yùn)行，系統(tǒng)是對水壓進(jìn)行閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)的，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，壓力小于設(shè)定值，滿足了增加水泵的條件，這時(shí)PLC會將另一臺泵M3投入變頻運(yùn)行，如果變頻器輸出頻率達(dá)到上限頻率50Hz時(shí)，壓力仍然沒有達(dá)到設(shè)定的壓力值時(shí)，控制系統(tǒng)就會發(fā)出報(bào)警。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時(shí)，用戶管網(wǎng)的實(shí)際水壓值仍高于設(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)系統(tǒng)對水壓的閉環(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，將另一臺工頻泵M1關(guān)掉 。[4]攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)11控制指令中間直流環(huán)節(jié)AC控制指令控制指令網(wǎng)側(cè)變流器整流器逆變器ACM運(yùn)行指令3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 變頻器的選型 變頻器的原理從頻率變換的形式來說，變頻器可以分為交流交流和交流直流交流兩種形式。交流 交流變頻器可以將工頻交流電直接變換成頻率、電壓都可以控制的交流電，這種變頻器稱為直接式變頻器。而交流直流交流變頻器則是先把工頻交流電通過整流器整流變成直流電，再把直流電變換成頻率、電壓都可以控制的交流電．這種變頻器稱間接式變頻器。通用的變頻器多是交流直流 交流變頻器，其基本結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 交直交變頻器的基本結(jié)構(gòu)變頻器由整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制回路組成，現(xiàn)在將各個(gè)部分的功能分述如下：①整流器。電網(wǎng)側(cè)的變流器稱為整流器，它的功能是可以把三相(也可以是單相) 的交流電整流成直流電。②直流中間電路。直流中間電路的作用是對整流電路的輸出電壓進(jìn)行平滑過濾，以保證逆變電路和控制電源能夠得到比較穩(wěn)定的直流電源。由于逆變器的負(fù)載大多是異步電動機(jī)，而異步電動機(jī)屬于感性負(fù)載。無論是電動機(jī)處于電動或者發(fā)電制動狀態(tài)其功率因數(shù)不可能總不會為 1。因此，在中間的直流環(huán)節(jié)和電動機(jī)之間總會是有無功功率的交換。這種無功能量需要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件(電容器或電抗器)來緩沖一下。所以又常把直流中間環(huán)節(jié)稱為中間直流儲能環(huán)節(jié)。③逆變器。負(fù)載側(cè)的變流器稱為逆變器。逆變器的主要作用是將在控制攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)12電路的控制下的直流平滑輸出電路的直流電源轉(zhuǎn)換成頻率和電壓都可以任意調(diào)節(jié)的交流電源。逆變電路的輸出頻率和電壓就是變頻器的輸出頻率和電壓。④控制電路。變頻器的控制電路主要包括主控制電路、信號檢測電路、門極驅(qū)動電路、外部接口電路以及保護(hù)電路等幾個(gè)部分?？刂齐娐返闹饕蝿?wù)是對逆變器進(jìn)行開關(guān)控制，對整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)?？刂齐娐肥亲冾l器的核心部分，其性能的優(yōu)劣決定了變頻器的性能 。[5] 變頻器的特點(diǎn)變頻器具有過壓、欠壓、過流、過載、短路等自動保護(hù)功能。能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的軟起動，減小電氣和機(jī)械對電機(jī)的沖擊，延長設(shè)備使用壽命等。變頻器在恒壓供水系統(tǒng)主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①節(jié)能：變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備可以使整個(gè)供水系統(tǒng)始終保持在最優(yōu)工作狀態(tài)下，節(jié)電率可以達(dá)到 35%—60% ，這一特點(diǎn)已被廣大用戶所認(rèn)識并帶來明顯的效益。②占地面積小，投人少，效率高：設(shè)備結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)木o湊，占地面積少，維護(hù)十分的方便，維護(hù)費(fèi)也很低，安裝方便快速。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就可以安裝。③配置靈活，功能齊全，自動化程度高。④供水清潔，無污染：由于變頻恒壓調(diào)速是直接從水源供水，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。大家都知道南方的氣候炎熱潮濕，細(xì)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這就需要定期的清洗。⑤通過通信控制，可以實(shí)現(xiàn)無人值守，節(jié)省了人力物力 。[6] 變頻器控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速原理水泵電機(jī)大多是采用三相異步電動機(jī)，而電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為： 式（） 60(1)fnsp??式中：f 表示電源頻率，p 表示電動機(jī)極對數(shù)，s 表示轉(zhuǎn)差率。從上式可知，三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法有：① 改變電源頻率；② 改變電機(jī)極對數(shù)；③ 改變轉(zhuǎn)差率。采用專門的變極電機(jī)進(jìn)行調(diào)控方式控制最簡單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高，但是專門的變極電機(jī)是有級調(diào)速，而且級差比較大，即變極控制變速時(shí)轉(zhuǎn)速變化較大，轉(zhuǎn)矩也有很大的變化，因此變極電機(jī)只適用于特定轉(zhuǎn)速攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）