【導(dǎo)讀】近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，能源緊缺問題日益明顯，因此應(yīng)用變頻。調(diào)速技術(shù)來提高供水質(zhì)量，降低能耗，在供水領(lǐng)域已得到越來越廣泛的重視。壓供水控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的變頻調(diào)速、PLC等技術(shù)組成一閉環(huán)控制系統(tǒng)，用于民用建。筑、生產(chǎn)用水，可使水泵出口壓力保持恒定。恒壓供水的基本控制策略是:采用可編。程控制器與變頻調(diào)速裝置構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運行，并。自動調(diào)整泵組的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，即根據(jù)實際設(shè)定水壓自動調(diào)節(jié)。水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速和水泵的數(shù)量,自動補(bǔ)償用水量的變化，以保證供水管網(wǎng)的壓力保持。在設(shè)定值,既可以滿足生產(chǎn)供水要求，還可節(jié)約電能，使系統(tǒng)處于可靠工作狀態(tài)，實。畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙

　　

【正文】 ，電壓表來實現(xiàn)； 面板上有工作顯示和故障顯示，工作顯示包括工頻運行指示燈和變頻運行指示燈；每臺水泵都有故障顯示等，變頻器的故障指示燈。還有故障報警 功能 。 方案的設(shè)計 三臺水泵供水，壓力控制點設(shè)在水泵出口處，用變頻器、 PLC、調(diào)節(jié)器等組成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以保正水泵出口壓力恒定。 閉環(huán)系統(tǒng)的原理框圖如下： 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 54 頁 第 16 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 水泵的切換方式為： 三臺水 泵，一臺水泵作第一級變頻運行，另二臺作第二級變頻備用泵。當(dāng)?shù)谝患壸冾l泵達(dá)到工頻運行時，切換至工頻，第二臺備用泵變頻啟動。當(dāng)?shù)诙壸冾l泵達(dá)到工頻運行時，切換至工頻，第三臺備用泵變頻啟動。停泵時停第三、二級泵。 恒壓供水的基本控制策略是 :采用可編程控制器（ PLC）與變頻調(diào)速裝置構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運行，并自動調(diào)整泵組的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，即根據(jù)實際設(shè)定水壓自動調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速和水泵的數(shù)量 ,自動補(bǔ)償用水量的變化，以保證供水管網(wǎng)的壓力保持在設(shè)定值 ,既可以滿足生產(chǎn)供水要 求，還可節(jié)約電能，使系統(tǒng)處于可靠工作狀態(tài)，實現(xiàn)恒壓供水 。 其中變頻器的作用是為電機(jī)提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電機(jī)的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化，同時變頻器還可作為電機(jī)軟啟動裝置，限制電機(jī)的啟動電流。壓力變送器的作用是檢測管網(wǎng)水壓。 PID 調(diào)節(jié)器實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的 PID 調(diào)節(jié)。 PLC 控制單元則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備，同時還是變頻器的驅(qū)動控制，根據(jù)用水量的實際變化，自動調(diào)整其它工頻泵的運行臺數(shù)。變頻器和 PLC 的應(yīng)用為水泵轉(zhuǎn)速的平滑性連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。水泵電機(jī)實現(xiàn)變頻軟啟動 , 消除了對電網(wǎng)、電氣設(shè)備和機(jī)械設(shè)備 的沖擊，延長機(jī)電設(shè)備的使用壽命。 系統(tǒng)采用基于可編程控制器 (PLC)控制的變頻調(diào)速方式，自動調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，自動完成電機(jī)的變頻運行與工頻運行的切換，自動完成各種保護(hù)，顯示，報警功能，使水壓平穩(wěn)過渡，延長設(shè)備使用壽命，提高供水質(zhì)量，降低能耗。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 54 頁 第 17 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 變頻器是恒壓供水控制系統(tǒng)的核心部件，水泵電機(jī)是輸出執(zhí)行裝置，其轉(zhuǎn)速由變頻器控制，實現(xiàn)變流量恒壓供水。變頻器接受 PID 調(diào)節(jié)器發(fā)出的信號，實現(xiàn)對水泵速度的控制；控制器綜合給定信號和反饋信號后，經(jīng)過 PID 調(diào)節(jié)器，向變頻器輸 出運轉(zhuǎn)頻率指令。壓力傳感器檢測出水泵出水口處的實時出水壓力，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂破骺山邮艿哪M信號（即反饋信號），這樣就構(gòu)成了一個閉環(huán)實時控制系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的流程圖 如 下 ： 遠(yuǎn)傳壓力表水泵水泵水泵 變頻恒壓供水設(shè)備 投入運行前，首先應(yīng)設(shè)定設(shè)備 的工作壓力等相關(guān)運行參數(shù)，設(shè)備運行時，由 遠(yuǎn)傳壓力表 連續(xù)采集供水管網(wǎng)中的水壓及水壓變化 的 信號，并將其轉(zhuǎn)換為電信號傳送至 PID 控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將反饋回來的信號與設(shè)定壓力進(jìn)行比較和運算，如果實際壓力比設(shè)定壓力低，則發(fā)出指令控制水泵加速 運行，如果實際壓力比設(shè)定壓力高，則控制水泵減速運行，當(dāng)達(dá)到設(shè)定壓力時，水泵就維持在該運行頻率上。如果變頻水泵達(dá)到了額定轉(zhuǎn)速（頻率），經(jīng)過一定時間的判斷后，如果管網(wǎng)壓力仍低于設(shè)定壓力，則控制系統(tǒng)會將該水泵切換至工頻運行，并變頻啟動下一臺水泵，直至管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)定壓力；反之，如果系統(tǒng)用水量減少，則系統(tǒng)指令水泵減速運行，當(dāng)降低到水泵的有效轉(zhuǎn)速后，則正在 變頻 運行的水泵停止 變頻運行 ， 將它前面的那臺水泵由工頻切換至變頻運行， 減少水泵的運行臺數(shù)，直至管網(wǎng)壓力恒定在設(shè)定壓力 范圍內(nèi) 工作，變頻恒壓供水方式，進(jìn)一步提高了工作效率 ，節(jié)約了能源。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 54 頁 第 18 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 用水需求↑ —— 管路水壓↓ —— 壓力設(shè)定值與反饋值的差值↑ —— PID 輸出↑ —— 變頻器輸出頻率↑ —— 水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速↑ —— 供水流量↑ —— 管路水壓趨于穩(wěn)定 用水需求 ↓ —— 管路水壓↑ —— 壓力設(shè)定值與反饋值的差值↓ —— PID 輸出↓ —— 變頻器輸出頻率↓ —— 水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速↓ —— 供水流量↓ —— 管路水壓趨于穩(wěn)定 本系統(tǒng)有工作和檢修兩種狀態(tài)，有手動和自動兩種工作方式。供水系統(tǒng)一般處于工作狀態(tài)，有手動和自動兩種工作方式。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障報警，進(jìn)行檢修時， 可以把系統(tǒng)處于檢修狀態(tài)，這時只能進(jìn)行手動工作。 自動工作時，三臺水泵根據(jù)頻率和壓力信號進(jìn)行自動切換。當(dāng)按下自動方式的啟動按鈕時，一臺水泵作第一級變頻運行，另二臺作第二級變頻備用泵。隨著用水量的增加，供給水泵的頻率提高。當(dāng)?shù)谝慌_變頻泵達(dá)到工頻運行且水壓達(dá)到下限時，第一臺水泵切換至工頻運行，第二臺備用泵變頻啟動。當(dāng)?shù)诙_變頻泵達(dá)到工頻運行且水壓達(dá)到下限時，第二臺水泵切換至工頻運行，第三臺備用泵變頻啟動。當(dāng)用水量變化時，變頻器的輸出頻率會發(fā)生變化。當(dāng)變頻器的頻率達(dá)到下限且水壓達(dá)到上限時，正在變頻工作的那臺水泵 先停止，它的前一臺泵由工頻切換至變頻工作。當(dāng)按下停機(jī)按鈕時，所有的水泵都停止工作。 手動工作時，每一臺水泵都有啟動和停機(jī)按鈕，來控制它們的啟停。當(dāng)按下一臺水泵的啟動按鈕時，它就以工頻運行。當(dāng)按下停機(jī)按鈕時，該臺水泵就停止工作。 當(dāng)水泵出現(xiàn)故障或者變頻器出現(xiàn)故障時， 或者蓄水池液位過低時，所有的水泵都停止工作。 面板上會出現(xiàn)故障顯示，報警器會報警。等把旋鈕旋到檢修狀態(tài)時，停止報警，進(jìn)入檢修階段。只有當(dāng)系統(tǒng)正常后，故障顯示才會恢復(fù)正常。 系統(tǒng)優(yōu)點 1． 恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電機(jī)電源頻率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵 轉(zhuǎn)速改變 水泵出口壓力，相比靠調(diào)節(jié)閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。 2． 由于水泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時，水泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長了泵和電機(jī)的機(jī)械使用壽命。 3． 由于水泵工作在變頻工作狀態(tài)，在其運行過程中其轉(zhuǎn)速是由外供水量決定的，故系統(tǒng)在運行過程中可節(jié)省電能，其經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。 4． 變頻器直接控制電機(jī)運行 ，設(shè)定參數(shù)靈活方便。可靈活設(shè)定頻率下限、加速時間 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 54 頁 第 19 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 減速時間、換泵時間 等各種工作參數(shù)， 歷史記錄功能 能夠顯示系統(tǒng)運行 狀態(tài) ，查閱各種故障原 因。 恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變水泵電動機(jī)的運行頻率，從而調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，改變水泵出口壓力，比采取手動調(diào)節(jié)閥門控制出口壓力的方式，具有降低管路阻力，大大減少截流損失的效能。因?qū)崿F(xiàn)恒壓自動控制，避免操作人員頻繁手動操作，大大提高了跟蹤調(diào)節(jié)精度，降低了操作人員的勞動強(qiáng)度，節(jié)省了人力。 5. 對電網(wǎng)沖擊小，保護(hù)功能完善。消除了水泵電機(jī)直接起動時對電網(wǎng)的沖擊和干擾，并且設(shè)備控制系統(tǒng)具有短路、過流、過載、等多種保護(hù)功能，大大提高了工作效率，由于變頻泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的 磨損和發(fā)熱，延長了泵和電機(jī)的機(jī)械使用壽命。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 54 頁 第 20 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第三章 系統(tǒng)論述 系統(tǒng)的組成 該系統(tǒng)由系統(tǒng)蓄水池，水泵電機(jī)，壓力傳感器， PID 調(diào)節(jié)器，變頻器， PLC 以及各種保護(hù)和控制部分組成。 系統(tǒng)各部分的介紹 水泵電機(jī) 水泵電機(jī)是輸出執(zhí)行裝置， 通過調(diào)速能實現(xiàn)水壓恒定是由水泵特性決定的。 水泵的性能曲線（即 H~Q 曲線）和管路性能曲線畫在同一坐標(biāo)系中，如圖 41所示，這兩條曲線的交點 A就是水泵的工作點。若把水泵的效率曲線η Q 也畫在同一坐標(biāo)系中，可以找出 A 點的揚程 AH 、流量 AQ 以及效率 A? 。 從圖中可以看出，水泵在工作點 A點提供的揚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，這個平衡點是有條件的，平衡也是相對的。一旦當(dāng)水泵或管路性能中的一個或同時發(fā)生變化時，平衡就被打破，并且在新的條件下出現(xiàn)新的平衡。 AAH～Qη A Aη ～ Qn 1H AH x Q 圖 31 水泵工作點的確定 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 54 頁 第 21 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 變頻器 變頻器是一種靜止的頻率變換裝置，可將電網(wǎng)電源的 50HZ 恒定頻率交流電或直流電變換成可調(diào)頻率的交流電 ，作為電動機(jī)或其他需要可變頻率的用電負(fù)載的電源。它以電力電子器件構(gòu)成其功率變換的主電路，以單片機(jī)或數(shù)?；旌霞呻娐窞橹鳂?gòu)成其控制系統(tǒng)。使用變頻器可以調(diào)速、節(jié)能、提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率等。 變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類 。 交 — 交變頻器由于采用了晶閘管，晶閘管的開關(guān)功率大（可達(dá) 5000V/5000A），適合于大容量交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。 但 交 — 交變頻器有固有缺點：調(diào)速范圍小，當(dāng)電源為 50Hz 時，最大輸出頻率不超過 20Hz；功率因數(shù)低、諧波污染大 ，需要同時進(jìn)行無功補(bǔ)償和諧波治理。因此變頻供水系統(tǒng)中目前大都采用的是交－直－交變頻器，它采用有由晶閘管構(gòu)成的有源逆變器可實現(xiàn)直交轉(zhuǎn)換及電能回饋。 變頻器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面。變頻器的網(wǎng)側(cè) 變流器 對低壓小容量的裝置常采用6 脈沖變流器，而對中壓大容量的裝置采用多重化 12 脈沖以上的變流器。負(fù)載側(cè)變流器 對低壓小容量裝置常采用兩電平的橋式逆變器，而對中壓大容量的裝置采用多電平逆變器。對于四象限運行的轉(zhuǎn)動，為實現(xiàn)變頻器再生能量向電網(wǎng)回饋和節(jié)省能量，網(wǎng)側(cè)變流器應(yīng)為可逆變流器，同時出現(xiàn)了功率可雙向流動的雙 PWM 變頻器，對網(wǎng)側(cè)變流器加以適當(dāng)控制可使輸入電流接近正弦波，減少對電網(wǎng)的公害。 脈寬調(diào)制變壓 變頻器 的控制方法可以采用正弦波脈寬調(diào)制控制、消除指定次數(shù)諧波的 PWM 控制、電流跟蹤控制、電壓空間矢量控制 (磁鏈跟蹤控制 )。交流電動機(jī)變頻