【正文】 選擇 FQS3,一點(diǎn)式，具有一常開節(jié)點(diǎn)，所需電源電壓交流 220V。 當(dāng)水位處于不同高度時(shí)，浮標(biāo)和磁環(huán)也隨水位變化，于是磁環(huán)磁場(chǎng)作用于干簧節(jié)電而使之動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的控制。 外供電電壓有 12V 和 24V，給壓力變送器供電。面板上顯示信息豐富，可以通過面板上的快捷鍵直接確定程序曲線的運(yùn)行、暫停和終止。對(duì)于停機(jī)啟動(dòng)具有專門的處理程序。 調(diào)節(jié)器 XSC9 系列 30 段可編程 PID 控制器。不用再添加電源。具有優(yōu)異的技術(shù)性能，穩(wěn)定性高，測(cè)量精度高。 壓力變送器 選用昌暉儀表的 SWPT20X 經(jīng)濟(jì)型壓力變送器。 對(duì)于控制電路，選擇 2 級(jí)保護(hù)的斷路器， GSB2C25/2P。保護(hù)電動(dòng)機(jī)用斷路器，在配電網(wǎng)絡(luò)中用作鼠龍型電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)中分?jǐn)嗉半妱?dòng)機(jī)的過載，短路和欠電壓保護(hù)。在正常情況下，斷路器可以分 別作為線路的不頻繁轉(zhuǎn)換機(jī)電動(dòng)機(jī)的不頻繁啟動(dòng)之用。 低壓斷路器 裝置式斷路器有一絕緣塑料外殼，內(nèi)裝觸點(diǎn)系統(tǒng)，滅弧室及脫扣器等，可手動(dòng)或電動(dòng)合閘，有較高的分段能力和動(dòng)穩(wěn)定性，有較完善的選擇性保護(hù)功能，廣泛用于配電線路中。 KA14 需要 4NC,而 NC最多只有 2 個(gè)，故選擇 JZC322E 并添加輔助觸頭 F302E（ 2個(gè) NC）。 KA9,KA10 需要 4NO,故選擇 JZC340EZ。 共 35 頁 第 24 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 中間繼電器 天水的 JZC3E系列接觸器式繼電器，適用于交流 50HZ，電壓至 380V 或直流電壓至 220V的控制電路中，做控制各種電磁線圈，放大或傳輸 信號(hào)之用，繼電器一側(cè)可方便地加裝輔助鋤頭組選 JZC3E F3。選擇 GS TB1A22 E/MK，控制電壓 220V ,卡軌式安裝。 原件外形和尺寸如下 繼電器 ,1 熱繼電器 天水的 JRS4dR系列熱過載繼電器適用于交流 50HZ/60HZ，額定絕緣電壓 690V，額定工作電壓至 660V，電流 ，用作交流電動(dòng)機(jī)的過載和斷相保護(hù)之用。 電動(dòng)機(jī)的額定功率為 11kw, eNN IUP ?c os3? ，所以 AIe 8 0*8 6 *7 3 1 1 0 0 0 ??,電機(jī)的額定電流為 ，接觸器的額定工作電流要大于電機(jī)的額定電流，通過被控制電機(jī)的功率和額定電流確定接觸器選擇 GSC325 20， GSC325 本身包含三個(gè)主觸點(diǎn)，一個(gè)常開輔助觸點(diǎn)，一個(gè)常閉輔助觸點(diǎn)，而根據(jù)控制線路圖可知 KM1 KM2 KM3 的輔助觸點(diǎn)需要三個(gè)常開，一個(gè)常閉，于是需要加裝輔助觸頭組，現(xiàn)選擇 F320d1 觸 頭組，它有兩個(gè) NO。 接觸器 繼續(xù)本著節(jié)約成本的原則，接觸器，繼電器，斷路器等低壓控制器件都選擇國產(chǎn)天水二一三電器有限責(zé)任公司的產(chǎn)品。 kwP 55*68**10* 3 ?? 一共有三臺(tái)水泵，用總需功率平均下來 ①可以使變頻器的容量變小， ②可輪流工作。 以最大用水工況選擇水泵功率。 水泵電機(jī)的選擇 供水系統(tǒng)的水泵用離心泵比較合適， ISW 型 0 臥式清水離心泵，供輸送清水及物理化學(xué)性質(zhì)類似于清水的其它液體之用，適用于工業(yè)和城市給排水、高層建筑增壓送水、園林噴灌、消防增壓、遠(yuǎn)距離輸送、暖通制冷循環(huán)、浴室等冷暖水循環(huán)增壓 。 ② 由于采用 繼電接觸式 控制的壓力自動(dòng)控制，可以實(shí)現(xiàn)無人遠(yuǎn)程操作 ③ 由于系統(tǒng)采用閉環(huán)恒壓控制，電機(jī)在滿足主水很容易網(wǎng)的壓力的前提下，節(jié)能效果顯著 ； ④ 通過采用變頻器控制，可在不同季節(jié)、節(jié)假日、日夜及上下班等全面調(diào)控水量 共 35 頁 第 22 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第三章 設(shè)備選型 變頻器選型 變頻器選擇水泵風(fēng)機(jī)專用變頻器，本設(shè)計(jì)本著經(jīng)濟(jì)的原則選擇，選擇國產(chǎn)深圳易能電氣的 EDS2020 系列變頻器，它具有優(yōu)質(zhì)的軟硬件平臺(tái)，方便快捷的操作模式，完善的輔助控制功能，強(qiáng)大的控制功能。 儀表 顯示 變頻器上外接數(shù)字顯示儀表可以顯示頻率值 壓力值在調(diào)節(jié)器上可以顯示，可顯示給定值和當(dāng)前值。 控制電路設(shè)一兩級(jí)空開，一方面保護(hù)控制電路，一方面可以在檢修或者故障時(shí)把它與主電路斷開，較之用熔斷器有它的優(yōu)勢(shì)。 ⑵控制電路 ： 控制電路接通后有電源指示燈。 水位達(dá)到下限時(shí)，亮水位下限指示紅燈并自動(dòng)停所有泵，警鈴響。 過載保護(hù)，為了防止電動(dòng)機(jī)因長期過載運(yùn)行而使電動(dòng)機(jī)繞組的溫升超過允許值而損壞，需用熱繼電器采用熱保護(hù)。采用循環(huán)起停方式。而只有一臺(tái)泵變頻運(yùn)行的時(shí)候，不太可能達(dá)到壓力上限。此時(shí)只剩 M3一臺(tái)泵變頻運(yùn)行。現(xiàn)在的狀態(tài)， KA16,KM2,KM4,KM5 得電， KA16 的常開閉合，為壓力上限回路接通做好了準(zhǔn)備， KM2的常開為 KA4 接通做好了準(zhǔn)備，同時(shí) KM2的常閉斷開了 KA5 的回路，這樣只有當(dāng) KM2失電的時(shí)候， KA5 才會(huì)接通，而 KA4 常閉是串在 KM2 回路上的 ,KA5 的常閉串在 KM4 回路上，就實(shí)現(xiàn)了先停 M1,后停 M2， M1 沒有停的情況下 M2 不能停機(jī)。 如果停機(jī)過后，只有 M3 在變頻運(yùn)行，供水量再次增大的時(shí)候， M3 轉(zhuǎn)工頻，啟動(dòng) M1的變頻，具體過程如前所述。同理 KA2常開閉合接通 KT2 延時(shí) 2S 后接通 KM4， M2開始工頻運(yùn)行， KM4 得電， KM4 的 4 個(gè)常開閉合，同 KM2 一樣，第一個(gè)形成自鎖；第二個(gè)使得 KM5 得電，接通 M3的變頻， M1開始變頻運(yùn)行；第三個(gè)接通 KA16， KA16 的常開閉合為壓力上限回路做好準(zhǔn)備；第四個(gè)在信號(hào)回路中為接通 KA5 做好準(zhǔn)備。 如果供水量再次增大，一臺(tái)工頻，一臺(tái)變頻仍然無法滿足要求。同理頻率到達(dá)下限時(shí)才有肯能達(dá)到壓力上限，所以用壓力上限信號(hào)控制停泵。 手動(dòng)運(yùn)行 但臺(tái)泵各設(shè)一手動(dòng)和停機(jī)按鈕，按下啟動(dòng)按鈕接通水泵工頻，有接觸器長開按鈕自鎖。 為延長水泵電機(jī)使用壽命，所有水泵依次循環(huán)起動(dòng)運(yùn)行。變頻器則另外啟動(dòng)一臺(tái)并聯(lián)泵投入 工作。這種供水模式中，當(dāng)供水流量少于變頻 泵 恒壓 工頻下流量時(shí)，由變頻泵自動(dòng)調(diào)速供水，當(dāng)用水流 量增大，變頻泵轉(zhuǎn)速升高。這樣就要求定子供電電壓也要相應(yīng)的調(diào)節(jié)。 電動(dòng)機(jī) n=60(1s)f/p,電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)速和頻率成正比，變頻調(diào)速器則一次調(diào)節(jié)水泵工作電源的頻率，轉(zhuǎn)變水泵的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到了以給定壓力值為參數(shù)的閉環(huán)恒壓供水系統(tǒng)。 確定控制方案 用變頻器、調(diào)節(jié)器、繼電器、接觸器等組成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以保正水泵出口壓力恒定，原理如圖所示 事先給定一個(gè)壓力值 H0， H0 按用戶的水壓要求來設(shè)定，壓力值可調(diào)，水泵啟動(dòng)后，壓力傳感器測(cè)量水泵出口處的壓力值 H，由于用水量大供水相對(duì)不足時(shí)壓力會(huì)小，通過比較器，所以當(dāng) H 低于 H0 時(shí)，控制器向變頻器發(fā)送提高水泵轉(zhuǎn)速的控制信號(hào)。 根據(jù)反饋原理：要想維持一個(gè)物理量不變或基本不變，就應(yīng)該引這個(gè)物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系統(tǒng)。 TI: 積分時(shí)間 。 Ts: 采樣時(shí) 間間隔 。 PVn: 第 n采樣時(shí)刻的過程變量值 。 Kc: 增益 。 :第 n采樣時(shí)刻的積分項(xiàng)值 。 (2) PID 算法改進(jìn) CPU 實(shí)際使用以上簡化算式的改進(jìn)形式計(jì)算 PID 輸出，這個(gè)改進(jìn)型算式為 : Mn=MPn+MIn+MDn 其中 : Mn: 第 n 采樣時(shí)刻的計(jì)算值 。 MX: 積分項(xiàng)前值 。 en1: 在第 n1采樣時(shí)刻的偏差值 (偏差前項(xiàng) )。 Kc: PID 回路增益 。 由于計(jì)算機(jī)從第一次采樣開始，每一個(gè)偏差采樣值必須計(jì)算一次輸出值，因此只需要保存偏差前值和積分項(xiàng)前值。 Minitial: PID 回路輸出的初值 。 en1: 在第 n1 采樣時(shí)刻的偏差值 (偏差前項(xiàng) )。 Kc: PID 回路增益 。 Minitial:PID 回路輸出的初始值。 Kc: PID 回路的增益 。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例 +微分 (PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化 “ 超前 ” ，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。因此，比例 +積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。對(duì)一個(gè) 自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（ System with Steadystate Error）。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steadystate error）。 （ 2） PID 的控制規(guī)律 比例（ P）控制 ： 比例控制是一種最簡單的控制方式。 PID 控制，實(shí)際中也有 PI 和 PD控制。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用 PID 控 制技術(shù)最為方便。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。信號(hào)的量值與前邊的提到的差值成正比例，用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器設(shè)備工作。 PID 調(diào)節(jié)器的應(yīng)用和原理 （ 1） 調(diào)節(jié)器的原理 調(diào)節(jié)器是一種電子裝置，它具有設(shè)定水管水壓的給定值、接受傳感器送來得管網(wǎng)水壓的實(shí)測(cè)值、根據(jù)給定值與實(shí)測(cè)值的綜合依一定的調(diào)接規(guī)律發(fā)出的系統(tǒng)調(diào)接信號(hào)等功能。如此往復(fù)循環(huán)起泵停泵。若是 M3工頻， M1工頻， M2變頻的狀態(tài)，停機(jī)的時(shí)候是先停 3 號(hào)泵，再停 1 號(hào)泵，留 2 號(hào)泵變頻運(yùn)行。若只有 M1，M2 運(yùn)行，則先停 M1，留 M2 變頻 運(yùn)行。在自動(dòng)狀態(tài)下電機(jī)之間工頻變頻之間的切換由壓力信號(hào)來控制。每一臺(tái)電機(jī)設(shè)低壓斷路器和熱繼電器作為保護(hù)。接觸器 KM1， KM3， KM5 分別控制電機(jī) M1， M2， M3的 工 頻運(yùn)行 。 STD 總線、工業(yè) PC 總線、現(xiàn)場(chǎng)總線以及 CAN 總線等在交流調(diào)速系統(tǒng)的自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域起到了重要的作 共 35 頁 第 13 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 用。最近 TI公司推出的 MCS320F240X 系列產(chǎn)品更將價(jià)格降低到了單片機(jī)的水平。 DSP 芯片被廣泛的應(yīng)用。而且由于交流電機(jī)控制理論不斷發(fā)展，控制策略和控制算法也日益發(fā)展深化。例如由 Intel 公司 1983 年開發(fā)生產(chǎn)的 MCS 96系列是目前性能較高的單片機(jī)系列之一，適用于高速、高精度的工業(yè)控制。為了使交流調(diào)速系統(tǒng)與信息系統(tǒng)緊密結(jié)合，同時(shí)也為了提高交流調(diào)速系統(tǒng)自身的性能，必須使交流調(diào)速系統(tǒng)采用全數(shù)字化控制模式。 變頻器的發(fā)展 變頻器的發(fā)展今的變頻器有突顯的數(shù)值化，智能化特征。 首先將單相或三相交流電源通過整流器并經(jīng)電容濾波后，形成幅值基本固定的直流電壓加在逆變器上，利用逆變器功率元件的通斷控制，使逆變器輸出端獲得一定形狀的矩形脈沖波形。變頻器一般由整流器、濾波器、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路以及控制器（ MCUDSP）等部分組成 。 QF 為總斷路器。FR1， FR2， FR3 分別為三臺(tái)水泵電機(jī)的過載保護(hù)的熱繼電器 。接觸器 KM1， KM3， KM5分別控制電機(jī) M1， M2， M3的 工 頻運(yùn)行 。 共 35 頁 第 11 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊