【文章內(nèi)容簡介】 性 較 強 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 到 凌 晨 5 點 ，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 。 在 夜 晚 是 可 以 使 用 另 一 個 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 警 水 位時 ， 蜂 鳴 器 發(fā) 出 缺 水 報 警 信 號 ； 若 水 位 低 于 設(shè) 定 的 停 機 水 位 時 ， 停 止 全 部水 泵 工 作 ， 防 止 水 泵 干 抽 ， 并 發(fā) 出 停 機 報 警 信 號 ； 若 水 池 水 位 高 于 設(shè) 定 的水 池 上 限 水 位 時 ， 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 候 會 停 電 ， 若 無 人 值 班 ， 恢 復 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 電 源 恢 復后 ， PLC 會 發(fā) 出 報 警 指 令 ， 蜂 鳴 器 發(fā) 出 警 告 聲 音 ， 然 后 按 自 動 運 行 方 式 變頻 啟 動 1泵 ， 直 到 穩(wěn) 定 地 運 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 原 則 考 慮 的 ， 也 就是 變 頻 器 發(fā) 生 故 障 時 ， 系 統(tǒng) 也 要 不 間 斷 供 水 。 當 變 頻 器 突 然 發(fā) 生 故 障 ， 蜂鳴 器 報 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 行 ，經(jīng) 過 一 定 延 時 后 根 據(jù) 管 道 網(wǎng) 內(nèi) 水 壓 力 變 化 情 況 再 使 2泵 工 頻 運 行 。 此 時 ，PLC 切 換 泵 則 根 據(jù) 實 際 水 壓 的 變 化 在 工 頻 泵 間 切 換 。 當 出 現(xiàn) 水 池 無 水 停 機 、電 動 機 欠 壓 、 過 壓 、 錯 相 、 電 機 故 障 等 情 況 時 ， 蜂 鳴 器 均 能 發(fā) 出 警 報 聲 。如 果 條 件 許 可 時 可 以 添 加 MODEM 模 塊 ， 在 變 頻 器 、 電 動 機 發(fā) 生 故 障 時 能通 過 遠 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 正 常 后 ， 自 啟 動 前 也 要 發(fā) 出 報 警 信 號 。[3]攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（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: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，對控制作用的響應具有滯后性。同時用于控制水泵轉(zhuǎn)速的變頻器也存在一定的滯后性。②自來水管網(wǎng)中因為存在阻力和水錘效應等因素的影響，同時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)計的供水系統(tǒng)是一個線性系統(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行是時時發(fā)生的，同時工頻泵的運行狀態(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，因此可以這樣認為，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是時時變化的。④當出現(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，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)壓力等工況點自動進行切換、停止及報警，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。在故障發(fā)生時，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行供水。⑤水泵的電氣控制柜，其有遠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)進行實時傳送，以便顯示和監(jiān)控以及報表打印等功能。⑥用變頻器、調(diào)節(jié)泵和固定泵的相組合進行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對每臺水泵進行軟啟動，啟動電流可從零到電機額定電流，減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊同時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)合以上特點本系統(tǒng)設(shè)計的基本要求如下：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)在高恒壓值下運行；在夜晚，小區(qū)的用水量小，系統(tǒng)在低恒壓值下運行。②在用水量比較小的情況下，如果一臺水泵連續(xù)運行工作時間超過了 3小時，需要切換下一臺水泵運行，避免因一臺水泵工作時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間工作的情況下。③ 考慮到節(jié)能和水泵壽命等因素，各個水泵切換順序應該遵循先啟先停、先停先啟原則，有效避免單個水泵長時間工作。攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（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，手動可以在應急或檢修時臨時使用。⑤ 系統(tǒng)要有完善的報警功能。該系統(tǒng)電控系統(tǒng)主電路圖如下圖 所示為。三臺電機分別為MMM3。MMM3 三臺電機的工頻運行接觸開關(guān)分別是KMKMKM5；MMM3 的變頻運行分別由接觸器 KMKMKM6 控制，F(xiàn)RFRFR3 分別為三臺水泵電機過載保護用的熱繼電器；QSQSQSQS4 分別為變頻器和三臺水泵電機主電路的隔離開關(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原理工作的保護電路，電流過大溫度升高而自動斷開，它在電路中的用作電動機的過載保護。熔斷器（FU）是電路中的的短路保護裝置。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)備短路和嚴重過載。由于變頻器泵站希望每一次啟動電機都為軟啟動，又規(guī)定各臺水泵必須交替使用以保護水泵，延長水泵壽命，多泵組的投運需要要有一個合理的水攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 恒壓供水系統(tǒng)工藝流程及其要求10泵切換方案?？刂埔笾幸?guī)定如果系統(tǒng)中任意一臺水泵連續(xù)工作運行時間不得超過三個小時，因此每次啟動的新泵或切換的變頻泵后，新運行泵為變頻運行是合理的。具體的運行操作是：將現(xiàn)行運行的變頻泵從變頻器上切除下來，并接上工頻電源工作運行，將變頻器復位并接上新的運行泵，使新運行泵變頻運行。此外，泵組管理方案中應還有一個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，當輸出壓力達到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定運行在某一定值，這期間Ml工作在調(diào)速運行狀態(tài)。當用水量增加管網(wǎng)水壓減小時，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)速達到另一個新的穩(wěn)定值使壓力達到設(shè)定值。反之，當用水量減少水壓管網(wǎng)增加時，通過壓力閉環(huán)反饋，減小水泵的轉(zhuǎn)速到另一個新的穩(wěn)定值使壓力達到設(shè)定值。如果當用水量繼續(xù)增加時，變頻器的輸出頻率達到上限頻率50Hz，此時用戶管網(wǎng)的實際壓力值還是沒有達到設(shè)定壓力值，并且滿足了增加水泵運行的條件，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變頻運行，同時切換變頻泵M1進行工頻運行，系統(tǒng)是對水壓進行閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)的，直到水壓達到設(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PLC會將另一臺泵M3投入變頻運行，如果變頻器輸出頻率達到上限頻率50Hz時，壓力仍然沒有達到設(shè)定的壓力值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出報警。當用水量下降水壓升高，變頻器的輸出頻率降至下限頻率時，用戶管網(wǎng)的實際水壓值仍高于設(shè)定壓力值，并且滿足減少水泵的條件時，系統(tǒng)將工頻泵M2關(guān)掉，恢復系統(tǒng)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達到設(shè)定值。當用水量繼續(xù)下降，并且滿足減少水泵的條件時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，將另一臺工頻泵M1關(guān)掉 。[4]攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計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運行指令3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 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。由于逆變器的負載大多是異步電動機，而異步電動機屬于感性負載。無論是電動機處于電動或者發(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院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計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電路等幾個部分?？刂齐娐返闹饕蝿帐菍δ孀兤鬟M行開關(guān)控制，對整流器的電壓控制以及完成各種保護?？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] 變頻器的特點變頻器具有過壓、欠壓、過流、過載、短路等自動保護功能。能夠?qū)崿F(xiàn)電機的軟起動，減小電氣和機械對電機的沖擊，延長設(shè)備使用壽命等。變頻器在恒壓供水系統(tǒng)主要具有以下幾個特點：①節(jié)能：變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備可以使整個供水系統(tǒng)始終保持在最優(yōu)工作狀態(tài)下，節(jié)電率可以達到 35%—60% ，這一特點已被廣大用戶所認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?shù)木o湊，占地面積少，維護十分的方便，維護費也很低，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，可以實現(xiàn)無人值守，節(jié)省了人力物力 。[6] 變頻器控制電動機的轉(zhuǎn)速原理水泵電機大多是采用三相異步電動機，而電動機的轉(zhuǎn)速公式為： 式（） 60(1)fnsp??式中：f 表示電源頻率，p 表示電動機極對數(shù)，s 表示轉(zhuǎn)差率。從上式可知，三相異步電動機的調(diào)速方法有：① 改變電源頻率；② 改變電機極對數(shù)；③ 改變轉(zhuǎn)差率。采用專門的變極電機進行調(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是有級調(diào)速，而且級差比較大，即變極控制變速時轉(zhuǎn)速變化較大，轉(zhuǎn)矩也有很大的變化，因此變極電機只適用于特定轉(zhuǎn)速攀枝花學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）