【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 服務(wù)壓力 H0恒定不變，其揚(yáng)程與系統(tǒng)阻力相適應(yīng)，沒(méi)有能量的浪 費(fèi)。此方案與泵出口恒壓松散水相比，其能耗下降了 h1。 根據(jù)水泵的相似原理： Q1/Q2=n1/n2 （ 2— 2） H1/H2=(n1/n2)*2 （ 2— 3） P1/P2 =(n1/n2)*3 （ 2— 4） 式中， Q、 H、 P、 n 分別為泵流量、壓力、軸的功率和轉(zhuǎn)速。即通過(guò)控制轉(zhuǎn)速可以減少軸功率。 根據(jù)以上分析表明，選擇供水管網(wǎng)最不利點(diǎn)允許的最低壓力為控制參數(shù)， 通過(guò)壓力傳感器以獲得壓力信號(hào)，組成閉環(huán)壓力自控調(diào)速系統(tǒng)，以使水泵的轉(zhuǎn)速保持與調(diào)速裝置所設(shè)定的控制壓力相匹配，使調(diào)速技術(shù)和自控技術(shù)落后相結(jié)合，達(dá)到最佳節(jié)能效果。此外，最不利點(diǎn)的控制壓力還保證了用戶水壓的穩(wěn)定，無(wú)論管路特性等因素發(fā)生變化，最不利點(diǎn)的水壓是恒定的。保證了居民用水壓力的可靠。 采用變頻恒壓供水系統(tǒng)除可節(jié)能外，還可以使水泵機(jī)組啟動(dòng)，降低了起動(dòng)電流，避免了對(duì)供電系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊負(fù)荷，提高了供水供電的安全可靠性，另外，變頻器本身具有過(guò)電流、過(guò)電壓、失壓等多種保護(hù)功能，提高了系統(tǒng)的安全可靠性。 目前水泵電機(jī)絕大 部分是三相交流異步電動(dòng)機(jī)，根據(jù)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性，電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 為 : n =120 f(1s)/p （ 2— 5） 式 2— 5中 s 為電機(jī)的滑差 (s=)， p為電機(jī)極對(duì)數(shù)， f 為定子供電頻率。當(dāng)水泵電機(jī)選定后， p和 s 為定值，也就是說(shuō)電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小與電源的頻率高低成正比，頻率越高， 18 轉(zhuǎn)速越高，反之，轉(zhuǎn)速越低。變頻調(diào)速是根據(jù)這一公式來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速的。 由流體力學(xué)知：管網(wǎng)壓力 P、流量 Q和功率 N的關(guān)系為 N = PQ （ 2— 6） 又 功率與水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速成三次方正比關(guān)系，基于轉(zhuǎn)速控制比基于流量控制可以大幅度降低軸功率。 變頻調(diào)速恒壓供水工況分析與能耗機(jī)理分析 管路水力損失分為沿程損失和局部損失兩種，即 jys hhh ?? () 沿程損失： 2LQh yy ?? () 局部損失： ?? ?? 22222 QgAgh jjj ??? () 式中 y? －管路沿程摩擦損失系數(shù)； j? －局部損失系數(shù)； L－管路長(zhǎng)度 (m)； ? －各局部損失的計(jì)算流速 (m/s)； A －過(guò)水截面的面積 ( 2m )。 將式 ()和 ()代人 ()可得 222222 22 SgALQgALQh jyjys ????????? ???? ?? ???? () 式中 S 被稱為管路阻力系數(shù)。當(dāng)水泵管路系統(tǒng)確定后，相應(yīng)的 y? 、 j? 、 L、 A 等參數(shù)都能確定， S 也就確定了。由式 ()可知管路水力損失與流量的平方成正比。當(dāng)上下水位確定后，管路所需要的水頭損失就等于上下水位差（即實(shí)際揚(yáng)程 sjH ）加上管路損失[11]。 19 ssjx HHH ?? () 由式 ()可以得到如圖 23 所示的 QHx? 管路性能曲線。 水泵工作點(diǎn)的確定和調(diào)節(jié) 1．水泵工作點(diǎn)的確定 如果把某一水泵的性能曲線（即 H~Q曲線）和管路性能曲線畫(huà)在同一坐標(biāo)系中，如圖 23 所示，則這兩條曲線的交點(diǎn) A 就是水泵的工作點(diǎn)。若把水泵的效率曲線η Q 也畫(huà)在同一坐標(biāo)系中，可以找出 A 點(diǎn)的揚(yáng)程 AH 、流量 AQ 以及效率 A? 。 從圖中可以看出，水泵 在工作點(diǎn) A 點(diǎn)提供的揚(yáng)程和管路所需的水頭損失相等，水泵抽送的流量等于管路所需的流量，從而達(dá)到能量和流量的平衡，這個(gè)平衡點(diǎn)是有條件的，平衡也是相對(duì)的。一旦當(dāng)水泵或管路性能中的一個(gè)或同時(shí)發(fā)生變化時(shí)，平衡就被打破，并且在新的條件下出現(xiàn)新的平衡。 2．水泵工作點(diǎn)的調(diào)節(jié) 交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 與電源頻率 f具有如下關(guān)系： )1(60 spfn ?? () η A AH AAH x QAH～Qn 1η ～ Q 圖 23 水泵工作點(diǎn)的確定 20 式中： p－極對(duì)數(shù)； s－轉(zhuǎn)差率 因此不改變電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)，只改變電源的頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就按比例變動(dòng)。變頻器調(diào)速的工作原理就是通過(guò)選擇電壓頻率比（ V/F）曲線，設(shè)定加減速時(shí)間以及轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償曲線，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速?gòu)牧汩_(kāi)始逐漸升高，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，減少了啟動(dòng)電流。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，通過(guò)變頻器來(lái)改變電源的頻率 f 來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 從而改變水泵的轉(zhuǎn)速。由于水泵的流量、揚(yáng)程和消耗的功率都可以隨其轉(zhuǎn)速的變化而變化，變頻調(diào)速技術(shù)可以使水泵性能曲線改變，達(dá)到調(diào)節(jié)水泵工況，大大擴(kuò)展了水泵的高效運(yùn)行范圍。 當(dāng)管網(wǎng)負(fù)載減小時(shí)，通過(guò) VVVF 降低交流電的頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)?n1 降低到 n2。另外根據(jù)葉片泵工作原理和相似理論 [11]，改變 轉(zhuǎn)速 n，可使供水泵流量 Q、揚(yáng)程 H和軸功率 N 以相應(yīng)規(guī)律改變。 ????? HQkN () 1212 / nn ? () ? ?21212 nnHH ? () 將式 ()和 ()代入 ()可得： ? ?31212 nnNN ? () 式 ()中： ?－水的比重； k－功率常數(shù)。 從上述比例律公式中消去 n1/n2就得到下式 η AηCQ AQ C Qη ～ Qn 1n 2H 0HH ～Q 相似工況拋物線Hx ～Q 管路性能曲線H ～Q 水泵性能曲線圖 24 變頻調(diào)速恒壓供水單臺(tái)水泵工況調(diào)節(jié)圖 21 22121 ????????? HH() 即 kQHQH ?? 222211 或 2kQH? () 式 ()是頂點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)的二次拋物線族的方程，在這種拋物線上的各點(diǎn)具有相似的工作狀況，所以稱為相似工況拋物線。 在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺(tái)水泵工況的調(diào)節(jié)是通過(guò)改變電源的頻率來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速 n，從而改變水泵性能曲線得以 實(shí)現(xiàn)的。由圖 24 可見(jiàn)，設(shè)定管網(wǎng)壓力值（揚(yáng)程）為H0，管網(wǎng)初始用水量為 QA，初始工況點(diǎn)為 A，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 n1。當(dāng)管網(wǎng)負(fù)載減小時(shí)，管網(wǎng)壓力升高，壓力傳感器將檢測(cè)到升高壓力轉(zhuǎn)換成 4~20?A 電流信號(hào)送往 PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)比較處理后，輸出一個(gè)信號(hào)令變頻器頻率降低，從而降低電機(jī)轉(zhuǎn)速至 n2。水泵轉(zhuǎn)速的下降是沿著水泵的相似工況拋物線下降的，也就是從點(diǎn) A 移至 B 點(diǎn)，在此過(guò)程中水泵輸出的流量和壓力都會(huì)相應(yīng)減小 .。恒壓供水系統(tǒng)中壓力值恒定在 H0,因此水泵工作點(diǎn)又沿著轉(zhuǎn)速 n2 所對(duì)應(yīng)的水泵性能曲線從點(diǎn) B 移至 C 點(diǎn)，在此階段水泵輸出 壓力升高，流量減少，水泵運(yùn)行在新的工作點(diǎn) C 點(diǎn)，在圖 24 中可以找出 C點(diǎn)的揚(yáng)程 HC、流量 QC以及水泵運(yùn)行效率 C? 。 考察水泵的效率曲線 ?Q，當(dāng)變頻調(diào)速使水泵偏離甚至位于高效區(qū)之外時(shí)，水泵的運(yùn)行效率會(huì)大大下降。因此，水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)要盡量使水泵在高效區(qū)之內(nèi)運(yùn)行，避免使變頻器頻率下降得過(guò)低，而造成水泵在低效率段運(yùn)行。 水泵變頻調(diào)速節(jié)能分析 水泵運(yùn)行工況點(diǎn) A是水泵性能曲線 n1和管路性能曲線 R1的交點(diǎn)。在常規(guī)供水系 統(tǒng)中，采用閥門控制流量。需要減少流量時(shí)關(guān)小閥門，使管路性能曲線由 R1 變?yōu)?R2。運(yùn)行工況 22 點(diǎn)沿著水泵性能曲線從 A點(diǎn)移到 D點(diǎn)，揚(yáng)程從 H0 上升到 H1，流量從 Q0減少到 Q1。采用變頻調(diào)速控制時(shí)，管路性能曲線 R1 保持不變，水泵的特性取決于轉(zhuǎn)速。如果水泵轉(zhuǎn)速?gòu)膎0 降到 n1，水泵性能曲線從 n0 平移到 n1，運(yùn)行工況點(diǎn)沿著水泵性能曲線從 A 點(diǎn)移到 C點(diǎn)，揚(yáng)程從 H0下降到 H2，流量從 Q0 減少到 Q1。在圖 27 中，水泵運(yùn)行在 B點(diǎn)時(shí)消耗的軸功率與 H1BQ1O 的面積成正比，運(yùn)行在 C 點(diǎn)時(shí)消耗的軸功率與 H2CQ1O 的面積成正比。從圖上可以看出 ，在流量相同的情況下，采用變頻調(diào)速控制比恒速泵控制節(jié)能效果十分明顯。 由 ()求出運(yùn)行在 B 點(diǎn)的泵的軸功率 ?11HkQNB ? ，運(yùn)行在 C 點(diǎn)時(shí)泵的軸功率?21HkQNC ? ， 兩者之差： ?121 )( kQHHNNN CB ????? () 也就是說(shuō)，采用閥門控制流量時(shí)有 N? 的功率被白白浪費(fèi)了，而且損耗隨著閥門的關(guān)小而增加。 相反，采用變頻調(diào)速控制水泵電機(jī)時(shí)，由式 ()可知， 當(dāng)轉(zhuǎn)速在允許范圍內(nèi)降低時(shí)，功率以轉(zhuǎn)速的三次方下降，在可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)與恒速泵供水方式中用閥門增加阻力的流量控制方式相比，節(jié)能效果十分顯著。 考察水泵的效率曲線 ?Q,，水泵轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍之內(nèi)，也就是不要使變頻器頻率下降得過(guò)低，避免水泵在低效率段運(yùn)行 [19]。水泵的調(diào)速范圍由水泵本身的特性和用戶所需揚(yáng)程規(guī)定，當(dāng)選定某型號(hào)的水泵時(shí)即可確定此水泵的最大調(diào)速范圍， 0Q 1n 0AH sjBR 2R 1H 0H 10n 1CH 2H 圖 25 水泵節(jié)能分析圖 23 在根據(jù)用戶的揚(yáng)程確定具體最低調(diào)速范圍，在實(shí)際配泵時(shí)揚(yáng)程設(shè)定在高效區(qū)，水泵的調(diào)速范圍將進(jìn)一步變小，其頻率變化范圍在 40Hz 以上，也就是說(shuō)轉(zhuǎn)速下降在 20%以內(nèi)，在此范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率在 50%～ 100%范圍內(nèi)變化，電動(dòng)機(jī)的效率基本上都在高效區(qū)。 本章小結(jié) 本章從水泵理論和管網(wǎng)特性曲線分析入手，討論水泵工作點(diǎn)（工況點(diǎn)）的確定方法。接著介紹了水泵工況調(diào)節(jié)的幾種常用方法。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，水泵工況的調(diào)節(jié)是通過(guò)改變水泵性能曲線得以實(shí)現(xiàn)的。本章重點(diǎn)對(duì)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中水泵能耗機(jī)理進(jìn)行深入研究，得出了以下結(jié)論： 水泵的工作點(diǎn)就是在同一坐標(biāo)系中水泵的性能曲線和管路性能曲線的交點(diǎn)。水泵工作點(diǎn)是水泵運(yùn)行的理想工作點(diǎn) ，實(shí)際運(yùn)行時(shí)水泵的工作點(diǎn)并非總是固定不變的。 水泵工況的調(diào)節(jié)就是采用改變管路性能曲線或改變水泵性能曲線的方法來(lái)移動(dòng)工作點(diǎn)，使其符合要求。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺(tái)水泵工況的調(diào)節(jié)是通過(guò)變頻器來(lái)改變電源的頻率 f來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n，從而改變水泵性能曲線得以實(shí)現(xiàn)的。 考察水泵的效率曲線 ?Q,，水泵轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍之內(nèi)，也就是不要使變頻器頻率下降得過(guò)低，避免水泵在低效率段運(yùn)行。實(shí)際配泵時(shí)揚(yáng)程應(yīng)設(shè)定在水泵的高效區(qū)，水泵的調(diào)速范圍將進(jìn)一步變小，其頻率變化范圍在 40Hz 以上，轉(zhuǎn)速下降在20%以 內(nèi)。 24 第三章 系統(tǒng)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 對(duì)于一個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂。軟件已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主體，在很大程度上決定了系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性、實(shí)用性以及實(shí)時(shí)性。信息管理及監(jiān)控軟件是一種特殊的軟件，它具有如下特點(diǎn)： 1．要求可靠性特別高?？煽啃圆粌H意味著系統(tǒng)工作的正確性，而且要求系統(tǒng)工作的連續(xù)性。例如控制過(guò)程不允許中斷，系統(tǒng)中各種參數(shù)不允許丟失； 2．要求監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)性強(qiáng)。實(shí)時(shí)性要求系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)反映監(jiān)測(cè)量并及時(shí)做出控制決策，即具有較快 的響應(yīng)速度。 3．要求軟件的使用和維護(hù)方便。信息管理及監(jiān)控軟件主要由工程技術(shù)人員和操作人員使用，要求系統(tǒng)的使用和維護(hù)都很方便。 4．要求支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)安全登錄，數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)權(quán)限和程序使用安全。 5．支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)備份和基于事務(wù)的數(shù)據(jù)庫(kù)操作，數(shù)據(jù)集中管理并且具有很強(qiáng)的綜合統(tǒng)計(jì)、分析及報(bào)表輸出功能。 充分利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大的處理能力，設(shè)計(jì)出實(shí)時(shí)性好、監(jiān)測(cè)控制高效可靠，軟件分析功能齊全，并且具有動(dòng)畫(huà)效果、操作界面友好的信息管理及監(jiān)控軟件是本系統(tǒng)的主要任務(wù)。 Windows 2021 是 Windows NT 的升級(jí)產(chǎn)品，不 但集 Windows 9x 和 Windows NT 的眾多優(yōu)良的功能 /性能于一身，而且在穩(wěn)定性、網(wǎng)絡(luò)功能和安全性能方面，比 Windows NT 都有了極大的改善。 它不僅可以在一個(gè)小的工作組網(wǎng)絡(luò)中為用戶提供文件 服務(wù) 和打印服務(wù)，也可以在一個(gè)大型企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)中為用戶提供應(yīng)用程序、 Web瀏覽與發(fā)布、 文件傳輸、電子郵件和通訊等服務(wù)，是一個(gè)性能更好、工作更穩(wěn)定、更容易管理的操作系統(tǒng) 。因此上位機(jī)采用的操作系統(tǒng)是 Microsoft 公司的 Windows 2021 Server。 25 由 Inprise 公司（原 Borland 公 司）推出的基于 Windows 平臺(tái)的可視化快速應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具 Delphi 在數(shù)據(jù)庫(kù)編程方面功能十分強(qiáng)大而且有很強(qiáng)的程序界面開(kāi)發(fā)能力。本控制系統(tǒng)的系統(tǒng)監(jiān)控軟件主要采用 Delphi 來(lái)開(kāi)發(fā)。 系統(tǒng)監(jiān)控軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軟件總體設(shè)計(jì)的任務(wù)是確定軟件的總體結(jié)構(gòu)、子系統(tǒng)和模塊的劃分，并確定模塊間的接口和評(píng)價(jià)模塊劃分的質(zhì)量，以及進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。按照軟件工程學(xué)的觀點(diǎn)，軟件的總體設(shè)計(jì)在整個(gè)軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中處于十分重要的地位。在詳細(xì)編寫代碼之前進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，可以 站在全局的高度上，用較少的成本，從抽象的層次上來(lái)