【導(dǎo)讀】小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個(gè)重要方面,供水的經(jīng)濟(jì)性、可靠。傳統(tǒng)的恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水等供水方。前經(jīng)濟(jì)生活的需要。自動(dòng)變頻恒壓運(yùn)行、自動(dòng)工頻運(yùn)行和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制等功能。系統(tǒng)有效地解決了傳。統(tǒng)供水方式中存在的問(wèn)題,并具有多種輔助功能,增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。式實(shí)現(xiàn)恒壓供水相對(duì)于傳統(tǒng)的閥門(mén)控制恒壓供水方式的節(jié)能機(jī)理。泵的分級(jí)調(diào)節(jié)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)恒壓供水且有效節(jié)能。論文論述了采用多泵并聯(lián)供水

　　

【正文】 系統(tǒng)能自動(dòng)可靠運(yùn)行 ,為方便檢修和應(yīng)急 ,應(yīng)具備手動(dòng)功能 ,各主泵均能可靠地實(shí)觀軟啟動(dòng)； 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 20 ⑶ 具有完善的保護(hù)和報(bào)警功能 ,系統(tǒng)要求較高的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性能。 根據(jù)以上系統(tǒng)要求的總流量范圍、揚(yáng)程大小 ,確定供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)供水壓力 (水泵揚(yáng)程 ),考慮到用水量類(lèi)型為連續(xù)型低流量變化型 ,確定采用 4 臺(tái)長(zhǎng)沙工業(yè)泵總廠生產(chǎn)的 100D16。三臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用 變頻器的選型 要對(duì)系統(tǒng)所用的變頻器進(jìn)行選型 ,首先 得確定變頻器的容量 ,方法是依據(jù)所配電動(dòng)機(jī)的額定功率和額定電流來(lái)確定變頻器容量。在一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) ,變頻器容量 (kVA)應(yīng)同時(shí)滿足下列三式 : )(kCN AIf CN? （式 ） )(coskPPCN kVAM ??? （式 ） )(103P 3CN kVAIUk MM ???? （式 ） 式中 : MP 一負(fù)載所要求的電動(dòng)機(jī)的輸出功率； ? 一電動(dòng)機(jī)的效率 (通常在 以上 )； ?cos 一電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù) (通常在 以上 )； MU 一電動(dòng)機(jī)電壓 (v)； MI 一電動(dòng)機(jī)工頻電源時(shí)的電流 (A)； k一電流波形的修正系數(shù) ,對(duì) PWM 方式 ,取 ； CNP 一變頻器的額定容量 (k 以 )； CNI 一變頻器的額定 電流 (A)。 這三個(gè)公式是統(tǒng)一的 ,選擇變頻器容量時(shí) ,應(yīng)同時(shí)滿足三個(gè)算式的關(guān)系 ,尤其變頻器電流是一個(gè)較關(guān)鍵的量。根據(jù)控制功能不同 ,通用變頻器可分為三種類(lèi)型 :普通功能型 U/f 控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型 U/f 控制變頻器以及矢量控制高功能型變頻器。供水系統(tǒng)屬泵類(lèi)負(fù)載 ,低速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩小 ,可選用價(jià)格相對(duì)便宜的 U/f控制變頻器。 綜合以上因素 ,系統(tǒng)選用專(zhuān)為風(fēng)機(jī)、泵用負(fù)載設(shè)計(jì)普通功能型 U/f 控制方式的 富士變頻器 FRENIC 5000P11S 15KW,此為富士變頻器低噪聲高性能多功能變頻器 ,對(duì)周?chē)O(shè)備噪聲干擾 極小。為風(fēng)機(jī)、泵用 P11S 系列 ,標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有風(fēng)機(jī)、泵最佳第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 21 自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行方式，泵用容量 。該系列有自帶操作面板，可自由地由面板或外部信號(hào)進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)操作。內(nèi)置 PID 模塊與 A/D轉(zhuǎn)換模塊?？芍苯咏邮諌毫ψ兯推餍盘?hào)，進(jìn)行計(jì)算并輸出。 壓力變送器的選型 壓力變送器是將水管中的壓力信號(hào)變成 15V 或 420mA 的模擬量信號(hào) ,作為模擬輸入模塊 (A/D 模塊 )的輸入 ,在選擇時(shí) ,為了防止傳輸過(guò)程中的干擾與損耗 ,我們采用 420mA 輸出壓力變送器。在運(yùn)行過(guò)程中 ,當(dāng)壓力變送器出現(xiàn)故障時(shí) ,系統(tǒng)有可能開(kāi)啟所有的水泵 ,而此時(shí)的用水量又達(dá)不到 ,這就使水管中的水壓上升 ,為了防止爆管和超高水壓損壞家中的用水設(shè)備 (熱水器、抽水馬桶等 ),本文中的供水系統(tǒng)使用電極點(diǎn)壓力表的壓力上限輸出 ,作為 PLC 的一個(gè)數(shù)字量輸入 ,當(dāng)壓力超出上限時(shí) ,關(guān)閉所有水泵并進(jìn)行報(bào)警輸出。 根據(jù)以上的分析 ,本文選用 CJ800D 通用型壓力變送器。壓力表測(cè)量范圍01MPa,精度 ,對(duì)應(yīng)電信號(hào)為 420mA 標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào) ,可設(shè)定壓力上、下限 ,通過(guò)兩路繼電器控制輸出壓力超限信號(hào) 穩(wěn)壓罐的選型 穩(wěn)壓罐 — 由罐體、氣囊、接水口及排氣口四部份組成。用于閉式水循 環(huán)系統(tǒng)中，起到了平衡水量及壓力的作用，避免安全閥頻繁開(kāi)啟和自動(dòng)補(bǔ)水閥頻繁補(bǔ)水，當(dāng)外界有壓力的水進(jìn)入膨脹罐氣囊內(nèi)時(shí)，密封在罐內(nèi)的氮?dú)獗粔嚎s，體積變小壓力升高，直到膨脹罐內(nèi)氣體壓力與水的壓力達(dá)到一致時(shí)停止進(jìn)水。本例選擇 SQL型消防氣壓罐。 觸摸屏的選型 觸摸屏英文名稱(chēng)為 Programmable Operation Display(簡(jiǎn)稱(chēng) POD)，即可編程序操作顯示器。借助觸摸屏，用戶可以直接用手向計(jì)算機(jī)輸入信息，它和鼠標(biāo)、鍵盤(pán)一樣，是一種輸入設(shè)備。觸摸屏具有堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流 等許多優(yōu)點(diǎn)。利用這種技術(shù)，只要用手指輕輕地觸碰顯示屏上的圖符或文字就能對(duì)主機(jī)進(jìn)行操作，從而使人機(jī)交互變得更加直截了當(dāng)。這種技術(shù)極大方便了那些不懂電腦操作的用戶。觸摸屏的應(yīng)用范圍非常廣闊，主要有公共信息的查詢(xún)，企業(yè)辦公、工業(yè)控制、電子游戲、點(diǎn)歌點(diǎn)菜、多媒體教學(xué)等。 在工業(yè)控制上 POD 作為 PLC 的前端設(shè)備在用戶和機(jī)器（例如變頻器）之間架設(shè)了一條橋梁，可以用一種簡(jiǎn)單明了而又靈活的方式來(lái)取代傳統(tǒng)設(shè)備大量的觸華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 22 控按鈕、指示燈、選擇開(kāi)關(guān)等。它可以工作在各種工業(yè)環(huán)境中 ， 并保證工作的高可靠性。 POD 還具有完善易用 的通信功能。利用其軟件可編輯、制作生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所需的基本畫(huà)面、自動(dòng)畫(huà)面、模擬畫(huà)面、設(shè)定畫(huà)面、手動(dòng)畫(huà)面、報(bào)警畫(huà)面等各種畫(huà)面，其便捷的操作性能受到了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的好評(píng)。 本例中選擇 三菱公司生產(chǎn)的 GT1155QTBD，其屬于三菱推出的 GOT1000 系列中的 GT11 基本功能機(jī)型，屬于經(jīng)濟(jì)性設(shè)備。 系統(tǒng)主電路分析及設(shè)計(jì) 四臺(tái)水泵 (l， 2， 3， 4)根據(jù)供水狀態(tài)的不同 ,具有變頻、工頻兩種運(yùn)行方式，因此每臺(tái)主水泵均要求通過(guò)兩個(gè)接觸器分別與工頻電源和變頻電源輸出相聯(lián) 。連線時(shí)一定要注意保證水泵旋向正確 ,接觸器的選 擇依據(jù)電動(dòng)機(jī)制容量來(lái)確定。 QF1,QF22,QF3,QF4,QFS,QF6 分別為主電路、變頻器和各水泵的工頻運(yùn)行空氣開(kāi)關(guān) ,FR1,FR2,FR3,FR4分別為工頻運(yùn)行時(shí)的電機(jī)過(guò)載保護(hù)用熱繼電器 ,變頻運(yùn)行時(shí)由變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)過(guò)載保護(hù)。變頻器的主電路輸出端子 (U,V,W)經(jīng)接觸器接至三相電動(dòng)機(jī)上 ,當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向與工頻時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)向不一致時(shí) ,需要調(diào)換輸出端子(U,V,W)的相序 ,否則無(wú)法工作。在變頻器起動(dòng)、運(yùn)行和停止操作中 ,必須用觸摸面板的運(yùn)行和停止鍵或者是外控端子 FWD 來(lái)操作 ,不得以主電路空氣開(kāi)關(guān) QFZ 的通斷來(lái)進(jìn)行。為 了改善變頻器的功率因素 ,還應(yīng)在變頻器的 (P1,P2)端子之間接入需相應(yīng)的 DC 電抗器。變頻器接地端子必須可靠接地 ,以保證安全 ,減少噪聲。供水系統(tǒng)電氣控制主回路的主要聯(lián)線關(guān)系如圖 所示： 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 23 M1 M2 M3 M4變頻器ABCQF1QF2KM1 KM2KM3 KM4 KM5 KM6 KM7 KM8FR1 FR2 FR3FR4圖 系統(tǒng)控制電路分析及設(shè)計(jì) 在控制電路的設(shè)計(jì)中 ,必須要考慮弱電和強(qiáng)電之間的隔離的問(wèn)題。為了保 PLC設(shè)備 ,PLC輸出端口并不是直接和交流接觸器連接 ,而是在 PLC輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器 ,通過(guò)中間繼電器控制接觸器線 圈的得電 /失電 ,進(jìn)而控制電機(jī)或者閥門(mén)的動(dòng)作。通過(guò)隔離 ,可延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命 ,增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。 控制電路之中還要考慮電路之間互鎖的關(guān)系 ,這對(duì)于變頻器安全運(yùn)行十分重要。變頻器的輸出端嚴(yán)禁和工頻電源相連 ,也就是說(shuō)不允許一臺(tái)電機(jī)同時(shí)接到工頻電源和變頻電源的情況出現(xiàn)。因此 ,在控制電路中多處對(duì)各主泵電機(jī)的工頻 /變頻運(yùn)行接觸器作了互鎖設(shè)計(jì)，如圖 所示： 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 24 SB1 SB2KM1KA1KA2KA1KA2K M 2K M 1FR1SB3 SB4KM3KA3KA4KA3KA4K M 4K M 3FR2SB5SB6KM5KA5KA6KA5KA6K M 6K M 5FR3SB7SB8KM7KA7KA8KA7KA8K M 8K M 7FR412SAKA9KA19PLCKA10K M 9HL1HL2HL3HL4HL5HL6HL7HL8HL9HL10L1NSB9SB10KM9KA15KA16KA17KA18圖 系統(tǒng)控制電路圖 出于可靠性及檢修方面的考慮 ,設(shè)計(jì)了手動(dòng) /自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制電路。通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及 相應(yīng)的電路來(lái)實(shí)現(xiàn) , 圖 ,SA為手動(dòng) /自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) ,打在①位置為手動(dòng)狀態(tài) ,打在②位置為自動(dòng)狀態(tài)。在手動(dòng)狀態(tài) ,通過(guò)按鈕 SB1SB8控制各臺(tái)泵的起停。在自動(dòng)狀態(tài)時(shí) ,系統(tǒng)執(zhí)行 PLC 的控制程序 ,自動(dòng)控制泵的起停。 FR1, FR2, FR3, FR4為四臺(tái)泵的熱繼電器的常閉觸點(diǎn) ,對(duì)電機(jī)進(jìn)行過(guò)流保護(hù)。 PLC 的 I/O 端口分配及變頻器接線圖 系統(tǒng)中 PLC 型號(hào)為三菱 FXZN32MR 的 PLC,它表示的含義包括如下幾部分 :它是基本單元 ,內(nèi)部包括 CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出口及電源 。其輸入輸出總點(diǎn)數(shù)為 32第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 25 點(diǎn) ,其中輸 入點(diǎn)數(shù)為 16點(diǎn) ,輸出點(diǎn)數(shù)為 16點(diǎn) 。輸出類(lèi)型為繼電器型 ,其擴(kuò)展輸出模塊 Fx2N 一 16EYR 有 16個(gè)輸出點(diǎn)。 PLC 具體的端子分配情況如表 32 所示 : 表 32 PLC端子分配表 I/O 地址 硬件器件及接線端子 功能解釋 輸入 X0 FR1 常開(kāi)觸點(diǎn) 1電機(jī)過(guò)載信號(hào) X1 FR2 常開(kāi)觸點(diǎn) 2電機(jī)過(guò)載信號(hào) X2 FR3 常開(kāi)觸點(diǎn) 3電機(jī)過(guò)載信號(hào) X3 FR4 常開(kāi)觸點(diǎn) 4電機(jī)過(guò)載信號(hào) X4 KA15 輔助常開(kāi)觸電 1電機(jī)跳空開(kāi)故障信號(hào) X5 KA16 輔助常開(kāi)觸電 2電機(jī)跳空開(kāi)故障信號(hào) X6 KA17 輔助常開(kāi)觸電 3電機(jī)跳空開(kāi)故障信號(hào) X7 KA18 輔助常開(kāi)觸電 4電機(jī)跳空開(kāi)故障信號(hào) X10 變頻器 Y1 端子 變頻器故障警報(bào) X11 變頻器 Y3 端子 變頻器輸出頻率上限信號(hào) X12 變頻器 Y2 端子 變頻器輸出頻率下限信號(hào) X13 SA 開(kāi)關(guān) 自動(dòng) /手動(dòng)切換 X14 SB9 按鈕 低壓區(qū)按鈕 X15 氣壓罐 Y3 端子 穩(wěn)壓罐氣壓過(guò)低信號(hào) X16 壓力變送器 X1 壓力上限警報(bào) X17 壓力變送器 X2 壓力下限信號(hào) X20 SB10 按鈕 啟動(dòng)按鈕 輸出 Y0 KA11 線圈 1泵閥門(mén)控制 Y1 KA12 線圈 2泵閥門(mén)控制 Y2 KA13 線圈 3泵閥門(mén)控制 Y3 KA14 線圈 4泵閥門(mén)控制 Y4 KA2 線圈 1 電機(jī)工頻運(yùn)行控制 Y5 KA4 線圈 2 電機(jī)工頻運(yùn)行控制 Y6 KA6 線圈 3 電機(jī)工頻運(yùn)行控制 Y7 KA8 線圈 4 電機(jī)工頻運(yùn)行控制 Y10 KA1 線圈 1 電機(jī)變頻運(yùn)行控制 Y11 KA3 線圈 2 電機(jī)變頻運(yùn)行控制 Y12 KA5 線圈 3 電機(jī)變頻運(yùn)行控制 Y13 KA7 線圈 4 電機(jī)變頻運(yùn)行控制 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 26 Y14 指示燈 HL9 變頻器故 障指示 Y15 變頻器 X1 端子 變頻器自由停車(chē) Y16 變頻器 FWD 端 變頻器復(fù)位 Y17 警鈴 聲音報(bào)警 Y20 KA9 線圈 低水位區(qū)閥門(mén) Y21 變頻器 X2 端子 手動(dòng)控制 變頻器與 PLC 接線情況如圖 所示 X10Y15X11X124Y215RST1211FWDCMC1X2CMCMUVW30A30BY3Y230CY1CEM變頻器M三相交流380V++外加給定信號(hào)24 VPLC30壓力變送器QF圖 PLC 端子接線情況如圖 所示 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 27 OCOMX0X2X4X6X10X12X14X16OLNO24+X1X3X5X7X11X13X15X17Y2OY4Y60Y10Y12OY14Y16OCOM1Y1Y3COM2Y5Y7COM3Y11Y13COM4Y15Y17Y0110211312413514615716017123456701011121314151617INOUTRUNPLC端子接線圖MITSUBISHIMELSECFX2N32MRFR1FR2FR3FR4KA15KA16KA17KA18變頻器Y1端子SA1SA2變頻器Y3端子變頻器Y2端子氣壓罐Y3端子壓力變送器X1端子壓力變送器X2端子KA11KA12KA13KA14KA2KA4KA6KA8KA1KA3KA5KA7變頻器X1端子變頻器FDW端子L1N1泵閥門(mén)控制2泵閥門(mén)控制3泵閥門(mén)控制4泵閥門(mén)控制1電機(jī)工頻2電機(jī)工頻3電機(jī)工頻4電機(jī)工頻1電機(jī)變頻2電機(jī)變頻3電機(jī)變頻4電