【正文】 013(11)：53一54[14]Ostrirov，VN。 Experience of design and application of the plete energy saving electric drives in systems of town’s water supply and feculence water pump。 Elektrichestvo， 2013(4)：6871[15]Lewis B W，candello M R。variable frequency drive(VFD)technology is here and it works：a parison of prevailing control technologies。Journal of the New England water works Association，2009，112(3)：227240[16]Cheded。AlMulla。 Control of a fourlevel elevator system using a programmable logic controller[J]。 International Journal of Electrical Engineering Education，2007 202～204II 附錄2 附錄2燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告55 附錄2 工作進展在這段時間的學(xué)習(xí)中，我完成了系統(tǒng)所需器件的選型，系統(tǒng)的流程圖、連接原理圖設(shè)計與繪制，掌握了系統(tǒng)的流程關(guān)系以及各部分的連接關(guān)系。系統(tǒng)主要的任務(wù)是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環(huán)控制多臺水泵，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機的軟起動以及變頻水泵與工頻水泵的切換。恒壓供水系統(tǒng)通過安裝在用戶供水管道上的壓力傳感器實時地測量參考點的水壓，檢測管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為4—20mA的電信號，此檢測信號是實現(xiàn)恒壓供水的關(guān)鍵參數(shù)。系統(tǒng)將壓力傳感器提供的管網(wǎng)壓力信號傳送給變頻器，根據(jù)傳感器的采樣值與變頻器的設(shè)定值進行比較，通過內(nèi)置的PID功能進行數(shù)據(jù)處理，將數(shù)據(jù)處理結(jié)果作為變頻器頻率的給定輸入，控制變頻器的輸出頻率，從而控制水泵的轉(zhuǎn)速。居民用水量增加，管網(wǎng)壓力隨之下降，此時壓力的變化通過PID運算后，最終是變頻器輸出頻率增加，是水泵轉(zhuǎn)速增加或增加投入運行的水泵臺數(shù)，以此增加管網(wǎng)壓力，保證供水。當(dāng)用水量減少時，管網(wǎng)壓力將增加，壓力的變化通過PID運算后變頻器輸出頻率下降，電機轉(zhuǎn)速下降或減少運行的水泵數(shù)量，以此減小管網(wǎng)壓力，保持恒壓供水。未完成的工作包括參數(shù)的設(shè)定，程序的設(shè)計以及系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。作為一個控制系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行，報警是必不可少的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運行，防止因電機過載、變頻器報警、電網(wǎng)過大波動、供水水源中斷造成故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報警量進行監(jiān)測，由PLC判斷報警類別，進行顯示和保護動作控制，以免造成不必要的損失。二、器件選型變頻恒壓供水系統(tǒng)由變頻器，泵組電機，壓力傳感器，三菱PLC控制單元以及若干連接器件構(gòu)成 PLC可編程控制器II9 采用三菱FX2N48MR系列PLC可編程控制器，采用FX2N2AD作為PLC的模擬量輸入模塊。PLC是泵組電機管理的執(zhí)行設(shè)備，根據(jù)采樣的模擬量頻率值和管網(wǎng)水壓值，自動調(diào)整工頻泵和變頻泵的運行臺數(shù)；同時PLC還是變頻器的驅(qū)動控制變頻器根據(jù)設(shè)計需求變頻器采用三菱變頻器FRA540，其作用是為可邊頻率的電源，實現(xiàn)電機的無極變速，從而使官網(wǎng)水壓保持基本恒定；同時變頻器還可以作為電機軟啟動裝置，限制電機的啟動電流，克服供水過程中的水錘效應(yīng)；另外該變頻器內(nèi)還自帶PID調(diào)節(jié)器，對壓力傳感器檢測管網(wǎng)水壓的瞬時值作PID運算，其輸出量轉(zhuǎn)化為可調(diào)頻率控制泵組電機。由于變頻器自帶PID調(diào)節(jié)器，PID參數(shù)可由經(jīng)驗值直接確定，PID的參數(shù)設(shè)定由變頻器參數(shù)128134來設(shè)定。水泵機組水泵機組的選型基本原則：一是要確保平穩(wěn)運行；二是要經(jīng)常處于高效區(qū)運行。以求取得較好的節(jié)能效果，要使泵組常處于高效區(qū)運行，則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配。初步設(shè)定樓房為10層樓高，高度約為35米約有住戶800人。通過資料得知用水量標準為0。19m179。/人日~0。25m179。/人日，由此得供水管道壓力估算值為P =（0。08+0。04樓層數(shù)）MPa=0。48MPa 。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定水泵機組的電動機額定功率為75KW。根據(jù)本設(shè)計要求并結(jié)合實際中小區(qū)生活用水情況，最終確定確定采用3臺上海熊貓機械有限公司生產(chǎn)的SFL系列水泵機組（電機功率75KW）。SFL型低噪音生活給水泵在外殼、軸上采用不銹鋼材質(zhì)，葉輪、導(dǎo)葉采用鑄造件，經(jīng)過靜電噴塑處理，效率可提高5%以上；采用低噪音電機，機械密封，前端配有泄壓保護裝置，噪聲更低(室外噪音60分貝)、磨損小、壽命更長；下軸承采用柔性耐磨軸承，噪音低，壽命長；采用低進低出的結(jié)構(gòu)設(shè)計，水力模型先進，性能更可靠。它可以輸送清水及理化性質(zhì)類似于水的無顆粒、無雜質(zhì)不揮發(fā)、弱腐蝕介質(zhì)，一般用在城市給排水、鍋爐給水、空調(diào)冷卻系57 統(tǒng)、消防給水等。因此本設(shè)計中選擇電機功率為75KW的上海熊貓機械有限公司生產(chǎn)的SFL系列水泵3臺。壓力傳感器壓力傳感器使用CYYZ1001型絕對壓力傳感器。該傳感器的量程為0～2。5MPa，工作溫度為5℃～60 ℃，能實時地測量參考點的水壓，檢測管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為4—20mA的電信號。該傳感器由敏感芯體和信號調(diào)理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時，敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號調(diào)理電路將輸出的電壓信號作放大處理，同時進行溫度補償、非線性補償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標的要求。保護元件及連接元件熱繼電器選用TKE02TC，額定電流5－8A，額定電流為6－9 A熔斷器FU選用RT18系列接觸器KM選擇的是規(guī)格SCE03C，功率3Kw按鈕均選用LAY3—11型，其主要技術(shù)參數(shù)為：UN=24VDC，IN=0。3A，含1對常開和1對常閉觸點。三、系統(tǒng)控制方案與框圖系統(tǒng)控制方案選用通用變頻器+PLC(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)+壓力傳感器這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，通用性強；由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計上，只需確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過PC機來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。同時由于PLC的抗干擾能力強、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機組的容量大小無關(guān)。系統(tǒng)原理圖如圖1所示系統(tǒng)原理圖，整個電路分為主電路，手動控制電路和PLC59 自動控制電路三部分。主電路和手動控制電路組成手動運行模式，主電路和PLC自動控制電路組成自動運行模式。手動運行主要用于檢修及自動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時的應(yīng)急供水方式中。當(dāng)手動運行時，完全脫開PLC及變頻器的控制，合上開關(guān)SB1進行手動控制，根據(jù)實際用水量，合上開關(guān)SB2，SB4，SB6中的任一個，兩個或者三個，可啟動這幾臺泵工頻運行，按下按鈕SBQ可停止。自動運行為正常的運行狀態(tài)。采用三組電機水泵對水網(wǎng)進行恒壓供水，每臺電機均可工作在變頻方式或工頻方式，但每次又僅有一臺電機工作在變頻調(diào)速狀態(tài)。工作時由壓力傳感器反饋的電流信號4～20mA送入變頻器4號引腳，與壓力設(shè)定值在變頻器內(nèi)部進行PID運算，運算的結(jié)果控制輸出頻率的增減，從而控制泵組電機的轉(zhuǎn)速。另外，可編程控器PLC根據(jù)當(dāng)前的壓力情況和變頻器輸出頻率值來對泵組電機進行合理切換，及時進行增泵或減泵操作，實現(xiàn)最佳匹配。當(dāng)合上開關(guān)SB0時，系統(tǒng)能夠進入自動工作狀態(tài)，由PLC和變頻器聯(lián)合控制各臺電機的投入或切除、工頻或變頻運行方式。PLC控制變頻器的啟動與停止，啟動變頻器后，先由1號水泵變頻運行，壓力變送器檢測管網(wǎng)出口總水壓仍不能達到設(shè)定值，且變頻器輸出頻率已達到上限頻率49。5Hz(上限頻率通過變頻器參數(shù)1來設(shè)定)，說明用水量增大，延時20ｓ后管網(wǎng)壓力仍小于設(shè)定值，PLC控制程序使1號泵工頻運行，并啟動2號泵使之變頻運行。壓力變送器檢測管網(wǎng)出口總水壓如果已達到設(shè)定值，則1號泵工頻運行，2號泵變頻運行；同理如果壓力變送器檢測管網(wǎng)出口總水壓扔不能達到設(shè)定值，且變頻器輸出頻率已達到上限頻率49。5Hz，說明用水量還在增大，延時20ｓ后，由PLC使2號泵變?yōu)楣ゎl運行，并啟動3號泵使之變頻運行。壓力變送器檢測管網(wǎng)出口總水壓如果已達到設(shè)定值，則1號泵工頻運行，2號泵工頻運行，3號變頻運行；壓力傳感器檢測管網(wǎng)出口總水壓如果超過設(shè)定值，且變頻器輸出頻率已達到下限頻率20Hz時(下限頻率通過變頻器參數(shù)2來設(shè)定)，延時20ｓ后，由PLC切除3號泵的運行，1號泵工頻運行，2號泵變頻運行。運行一段時間，如果壓力變送器檢測管網(wǎng)出口總水壓超過設(shè)定值，且變頻器輸出頻率已達到限頻率，可由PLC切除2號泵，單獨由1號泵變頻運行?？傊?，在用水量增大，管壓降低時，增加泵組電機工作；在用水量減少，管壓增加時，減少泵組電機工作。PLC程序通過互鎖設(shè)計使同一臺泵機不能同時處于變頻和工頻狀態(tài)，以防發(fā)生短路，當(dāng)然也不會出現(xiàn)多臺泵機同時處于變頻運行狀態(tài)，因為變頻器是按單臺電機容量選配的。另外，變頻器設(shè)定了啟動頻率為10Hz，水泵在啟動前，其葉輪全部在水中，啟動時，存在著一定的阻力，在從0Hz開始啟動的一段頻率內(nèi)，實際上是轉(zhuǎn)不起來的，因此，應(yīng)適當(dāng)預(yù)置啟動頻率值，使其在啟動瞬間有一點沖擊力。63 圖1 系統(tǒng)原理圖53 流程圖 系統(tǒng)主流程圖圖2 系統(tǒng)主流程圖65 臨界流程圖圖3 泵2臨界流程圖 如圖3所示，以泵2為例在臨界條件下的系統(tǒng)流程圖。 55圖4 泵2運行控制流程圖如圖4所示為以泵2為例的控制流程圖，在相應(yīng)條件下觸發(fā)泵1和泵3的運行控制。三、進度安排第11周 保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行第113周 進行PLC程序設(shè)計 第14周 PLC程序的的調(diào)試與仿真第15周 完善系統(tǒng)，使之更加合理，節(jié)能 第117周 撰寫論文準備答辯參考文獻[1]劉大銘，沈暉?；赑LC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計。寧夏工程技術(shù)，2009(3)： 251一257。[2]丁芳等，智能PID算法在液位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。微計算機信息，2010(1)： 103一105[3]趙小惠，趙小娥?；诳删幊炭刂破鞯暮銐汗┧到y(tǒng)設(shè)計2008(2)：1820[4]盧建勤。PLC及變頻器在恒壓變量供水系統(tǒng)中的應(yīng)用。機床電器，20011(4)：58一62[5]陸秀玲。PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)。自動化儀表，2012(4)[6]李國厚，趙明富，徐君鶴?？删幊炭刂破髟诤銐汗┧刂葡到y(tǒng)中的應(yīng)用。自動化儀表，2012，26(8)：38一40[7]林心關(guān)?？删幊炭刂破髟谒米冾l控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。中山大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009(6)增刊：135 一137[8]李方園。淺談變頻器發(fā)展和應(yīng)用的幾個趨勢。變頻器世界，2011(11)：4一8[9]嚴盈富。恒壓供水系統(tǒng)的控制與仿真。南昌航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2008(1)：90 一93[10]謝仕宏。恒壓供水軟啟動節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計，中國給排水，2011(7)：65一67[11]張春霞。變頻調(diào)速及PLC技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用。礦業(yè)快報2011(10)：5179 附錄3 附錄3 供水系統(tǒng)是國民生產(chǎn)生活中不可缺少的重要一環(huán)。傳統(tǒng)供水方式占地面積大，水質(zhì)易污染，基建投資多，而最主要的缺點是水壓不能保持恒定，導(dǎo)致部分設(shè)備不能正常工作。變頻調(diào)速技術(shù)是一種新型成熟的交流電機無極調(diào)速技術(shù)，它以其獨特優(yōu)良的控制性能被廣泛應(yīng)用于速度控制領(lǐng)域，特別是供水行業(yè)中。由于安全生產(chǎn)和供水質(zhì)量的特殊需要，對恒壓供水壓力有著嚴格的要求，因而變頻調(diào)速技術(shù)得到了更加深入的應(yīng)用。恒壓供水方式技術(shù)先進、水壓恒定、操作方便、運行可靠、節(jié)約電能、自動化程度高，在泵站供水中可完成以下功能：　?。?）維持水壓恒定；　　（2）控制系統(tǒng)可手動/自動運行；　　（3）多臺泵自動切換運行；　?。?）系統(tǒng)睡眠與喚醒，當(dāng)外界停止用水時，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直至有用水需求時自動喚醒；　　（5）在線調(diào)整PID參數(shù)；　　（6）泵組及線路保護檢測報警，信號顯示等。　　將管網(wǎng)的實際壓力經(jīng)反饋后與給定壓力進行比較，當(dāng)管網(wǎng)壓力不足時，變頻器增大輸出頻率，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量增加，迫使管網(wǎng)壓力上升。反之水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量減小，管網(wǎng)壓力下降，保持恒