【正文】 恒壓供水控制原理圖如 31 所示： 圖 31 閉環(huán)恒壓供水原理圖 用戶用水 的多少是經(jīng)常變動的，因此供水不足或供水過剩的情況時(shí)有發(fā)生。在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速是由于水泵的功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，所以調(diào)速控制方式要比閥門控制方式節(jié)能效果顯著。 第二章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 13 本章 小結(jié) 本章分析了供水系統(tǒng)的基本特性。 操作面板是變頻器人 機(jī)對話的界面，通過操作面板可以觀察變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，或者修改變頻器的運(yùn)行參數(shù)。 控制電路是變頻器的控制中心，它可以根據(jù)外部接線端子、操作面板或者由上位機(jī)來的通訊指令控制變頻器中的逆變電路輸出一個(gè)頻率和電壓可變的交流電壓。 逆變電路是變頻器的功率輸出 部分，一般由 多刀 T 等大功率開關(guān)器件及其驅(qū)動、保護(hù)電路構(gòu)成。 整 流 電 路 中 間 電 路逆 變 電 路控 制 電 路M3 ~外 部 接 線 端 子控 制 面 板交流電源RST 圖 26 交流變頻調(diào)速器的基本原理 下面簡單介紹一 下變頻器的工作原理 : 變頻器由整流電路、中間電路、逆變電路、控制電路、操作面板等組成。異步電動機(jī)變頻調(diào) 速具有調(diào)速范圍廣、平滑性較高、機(jī)械特性較硬的優(yōu)點(diǎn)。 (3)變頻調(diào)速 當(dāng)極對數(shù) p 不變時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 與電動機(jī)的電源頻率 f1 成正比。 (2)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 即轉(zhuǎn)子電路串接電阻調(diào)速、改變定子電壓調(diào)速、滑差電機(jī)等。 (l) 變極調(diào)速 改變定子極對數(shù)，可使異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 10 60fn=p改變，從而得到轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率為 ： 00nnS= n? （ 23） 其中 n 為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。 異步電動機(jī)的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。三相異步電動機(jī)的 調(diào)速是指在電動機(jī)負(fù)載不變的條件下，通過控制改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到用戶要求。 三相異步電動機(jī)的調(diào)速 異步電動機(jī)調(diào)速原理 變頻供水系統(tǒng)是通過變頻器控制泵的異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過異步電動機(jī)驅(qū)動水泵供水來改變水泵的實(shí)時(shí)供水量，完成恒壓供水的目標(biāo)。但由于開環(huán) 轉(zhuǎn)速控制中，揚(yáng)程隨著流量的減小而減小，往往不能滿足實(shí)際工程需要。 兩種方法比較 : 由于閥門控制是通過增加管道的阻力而達(dá)到控制流量的目的，因而浪費(fèi)了能量 。 (2) 轉(zhuǎn)速控制法 轉(zhuǎn)速控制法屬于變速調(diào)節(jié)，是通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度則保持不變 (通常為最大開度 )，轉(zhuǎn)速控制法的實(shí)質(zhì)是通過改變水泵 的供水能力來適應(yīng)用戶對流量的要求，當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速改變時(shí)，揚(yáng)程特性將隨之改變而管阻特性不變。供水功率與面積 OEBF 成正比，水泵所提供的能量一部分消耗于克服閘閥的附加阻力，造成額外損失。當(dāng)用戶所需流量減少時(shí)，設(shè)從 Qa 降至 Qb，必須把水泵出水口閘閥關(guān)小來減少水泵出口水流量，使之與管網(wǎng)所需流量相等，否則會因管 網(wǎng)過載而造成爆管的危險(xiǎn)。這種通過關(guān)小閘閥來改變水泵工作點(diǎn)位置的方法，稱為節(jié)流調(diào)節(jié)，如圖 24 所示 。閥門控制法的實(shí)質(zhì)是水泵本身的供水能力不變，而是通過改變水路中的阻力大小來強(qiáng)行改變流量，以適應(yīng)用戶對流量的要求。所以在供水系統(tǒng)中，最根本的控制對象是流量。供水功率是供水系統(tǒng)向用戶供水時(shí)所消耗的功率 P(KW)稱為供水功率，供水功率與流量 Q 和揚(yáng)程 H 的乘積 (如圖 23 中 0QAAHA的 面積 )成正比。另外確定工況點(diǎn)一定要保證水泵裝置在高效率范圍內(nèi)運(yùn)行 。實(shí)際運(yùn)行時(shí)水泵并非總是固定在 A 點(diǎn)。 圖 23 水泵的工作點(diǎn)的確定 H H 1H 2 H AB 1 B 2Q 1Q 2 Q0HH AA0Q A Q 管阻特性曲線 揚(yáng)程特性曲線 水泵效率曲線 第二章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 9 工作 點(diǎn) A 是水泵運(yùn)行的理想工作 點(diǎn)，若把水泵的效率曲線也畫在同一坐標(biāo)系中，在圖 23 中可以找出 A 點(diǎn)的揚(yáng)程 H、流量 Q 以及效率 η 。這三種因素任一項(xiàng)發(fā)生變化，水泵的運(yùn)行工況都會發(fā)生變化。 圖 22 水泵的管阻特性 水泵的工 作點(diǎn)確定 水泵工作點(diǎn)是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中，實(shí)際運(yùn)行時(shí)所具有的揚(yáng)程、流量以及相應(yīng)的效率、功率等參數(shù) [8]。反之，在供水流量較大 (Q=Q2)時(shí)，所需揚(yáng)程也較大 (H=H2)，H 1H 2HA 1A 2Q 1 Q 2 Q廣東石油化工 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文： 基于 PLC 的 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 8 如點(diǎn) B2。 管阻特性也叫管路特性，是反映為了維持一定的流量而必須克服管阻所需的能量 ，它和閥門開度有關(guān)。 圖 21 水泵的揚(yáng)程特性 (2) 管阻特性 管阻是管道系統(tǒng) (包括水管、閥門等 )對水流阻力的物理量。流量的大小取決于用戶，是“用水流量”。圖中 A1 點(diǎn)是流量較小 (等于 Q1)時(shí)的情形，這時(shí)全揚(yáng)程較大，為 H1； A2 點(diǎn)是流量較大 (等于 Q2)時(shí)的情形，這時(shí)全揚(yáng)程較小，為 H2。 水泵的供水特性 水泵的供水特性包括揚(yáng)程特性和管阻特性 [7]。當(dāng)轉(zhuǎn)速改變后，水泵工作性能也隨著改變。 (4) 效率 有效功率與軸功率的比值為效率 η mnP=P? （ 21） 水泵效率標(biāo)志著水泵傳遞能量的 有效程度，亦即反映了泵內(nèi)功率損失的大小，是 一 項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 有效功率 PM(KW)為泵內(nèi)液體實(shí)際所獲得的凈功率 ； 軸功率 PM(KW)是水泵在一定流量、揚(yáng)程下運(yùn)行時(shí)所需的外來功率，即由電動機(jī)傳給水泵軸上的功率。 實(shí)際揚(yáng)程是通過水泵實(shí)際提高的水位所需的能量。即水泵揚(yáng)程最終反映的是水泵供水高度。 其中提高水位所需的能量是揚(yáng)程的主體部分?？朔诠芫W(wǎng)中流動時(shí)所需的能量 。 (2) 揚(yáng)程 水泵揚(yáng)程也稱水頭，是水泵由葉輪傳給單位質(zhì)量液體的總能量，單位以 m計(jì)。以耐 /s(米 3/秒 )、 m3/h(米 3/小時(shí) )、七 /:(千克 /秒 )、 t/:(噸 /秒 )等表示。廣東石油化工 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文： 基于 PLC 的 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 6 第二章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 供水系統(tǒng)的基本特性 水泵的主要參數(shù) 水泵主要工作參數(shù)有 :流量、揚(yáng)程、功率、效率、轉(zhuǎn)速以及壓力 [6]。 5） 對變頻調(diào)速技術(shù)及可編程序控制器 (PLC)進(jìn)行簡單介紹。 3） 研究 PDI 控制器的設(shè)計(jì)原理及方法。 本設(shè)計(jì) 的主要內(nèi)容如下 : 1） 通過揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線分析供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，根據(jù)管網(wǎng)和水泵的運(yùn)行曲線，說明供水系統(tǒng)的節(jié)能原理。變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器、人機(jī)界面、各種傳感器等組成。 課題來源及本設(shè)計(jì) 的主要內(nèi)容 本課題來源于茂名市河?xùn)|水廠的實(shí)習(xí)。 基于 PLC 的變頻調(diào)速恒壓控制是現(xiàn)代供水控制系統(tǒng)的主要方式 ， 它利用 ＰＬＣ 、傳感器、電氣控制設(shè)備、變頻器及水泵機(jī)組組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使供水管網(wǎng)壓力保持恒定 。 (2)高壓變頻系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應(yīng)用 在過去變頻供水較少涉及高壓變頻系統(tǒng)，這也是系統(tǒng)發(fā)展的重要方向，高一低一高型的高壓變頻系統(tǒng)，串聯(lián)多電平高壓變頻系統(tǒng)目前已在實(shí)際應(yīng)用中不斷完善，高壓變頻中的諧波問題己逐步得到解決。 (5) 各種液體恒壓控制系統(tǒng)。 (3) 自來水廠增壓系統(tǒng) 。 變頻恒壓供水 系統(tǒng)的應(yīng)用范圍 非常的廣泛，其廣泛的 應(yīng)用如下 [4]: (1) 高層建筑、城鄉(xiāng)供水小區(qū)、企事業(yè)生活用水 。 （ 6） 容錯(cuò)性 當(dāng)出現(xiàn)意外情況時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)水泵及變頻器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況自動切換，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。并且能夠累積每個(gè)站點(diǎn)的用電量，累積每臺泵的出水量，同時(shí)提供各種形式的打印報(bào)表，以便分析統(tǒng)計(jì)。 （ 3） 運(yùn)行 安全 可靠 水泵電機(jī)采用軟啟動方式，可以避免電動機(jī)啟動時(shí)的電流沖擊，減少對電網(wǎng)電 ， 避免管網(wǎng)壓力超限，管道破裂 而 造成波動的影響，同時(shí)也避免了電動機(jī)突然加速造成水泵系 統(tǒng)的喘振。 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)集合了變頻技術(shù)、 PLC 應(yīng)用、工控機(jī)應(yīng)用技術(shù)等多方面的現(xiàn)代化技術(shù)，所以有較好的性能特點(diǎn)： （ 1） 節(jié) 能性 恒壓供水技術(shù)通過變頻調(diào)速閉環(huán)控制方式調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變水泵出口壓力，相對于閥門調(diào)節(jié)控制水泵出口壓力的方式來說， 具有降低管道阻力、大大減少截流損失的效應(yīng)，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可節(jié)約一定的電能，并能長期受益，并且由于電動機(jī)故障率的減少，設(shè)備壽命的延長，產(chǎn)品質(zhì)量的提高等等，都必將產(chǎn)生難以估計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益。 第一章 緒論 3 在 國外 ,一個(gè) 10x10， m3/d 的水廠只需 3~5 人管理。而在西方發(fā)達(dá)國家，以PLC為基礎(chǔ)的集散型控制系統(tǒng)已成為當(dāng)今水工業(yè)自動化系統(tǒng)的主流，其控制系統(tǒng)正向著智能化、分散化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。這些供水方式都需要將水提升到一個(gè)滿足最高層用戶用水的固定高度上 ，這樣，就有相當(dāng)一部分電能被浪費(fèi)?，F(xiàn)代化水廠除了中心調(diào)度室和化驗(yàn)室以外都可以做到無人值班。 變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)簡介 國內(nèi)外變頻恒壓供水的現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)大中城市的水廠基本上都采用變頻恒壓供水方式，生產(chǎn)過程的重要參數(shù)可以實(shí)行自動監(jiān)測 。 PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。單片機(jī)變頻調(diào)速供水方式優(yōu)點(diǎn)是能做到變頻調(diào)速 、自動化程度優(yōu)于以上幾種供水方式，可以定時(shí)供水等，缺點(diǎn)是系統(tǒng)開發(fā)周期較長、參數(shù)設(shè)置煩瑣、可靠性比較低、維修不方便，不適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。 (4)調(diào)速供水 液力禍合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式易漏油，發(fā)熱需冷卻，效率低，改造 麻煩，只能是一對一 驅(qū)動，需經(jīng)常檢修 。 (2)壓力供水 氣壓罐供水方式屬于壓力供水，具有體積小、技術(shù)簡單、不受高度限制等特點(diǎn)，但此方式調(diào)節(jié)量小、水泵電機(jī)為硬起動且起動頻繁，聯(lián)軸器沖擊大，起動電流大，觸點(diǎn)易燒，系統(tǒng)維護(hù)工作量大，而且為減少水泵起動次數(shù)，停泵壓力往往比較高，致使水泵在低效段工作，而出水壓力無謂的增高，也使浪費(fèi)加大，從而限制了 其發(fā)展。 在恒壓供水技術(shù)之前出現(xiàn) 了很多種供水方式，經(jīng)過調(diào)研，發(fā)現(xiàn)各種傳統(tǒng)的供水方式的優(yōu)缺點(diǎn)如下 [2]: (l)重力供水 水塔高位水箱供水方式屬于重力供水方式，缺點(diǎn)是基建投 資大，占地面積廣，維修清洗不方便，需要定期清理，消毒，容易造成水源的二次污染，水泵電機(jī)為硬啟動，啟動電流大，控制柜內(nèi)觸點(diǎn)多，易燒壞，優(yōu)點(diǎn)是控制方式簡單，短時(shí)維修或斷電可不停水。變頻恒壓供水系統(tǒng)自 80 年代世界各國將其投入工業(yè)應(yīng)用以來，它顯示出了強(qiáng)勁的競爭力，采用該系統(tǒng)供水可以取得非常顯著的節(jié)能效果，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是集變頻技術(shù)，電氣傳動技術(shù)，現(xiàn)代控制技術(shù)于一體先進(jìn)的供水控制系統(tǒng)。 我 國家 是一個(gè) 在水資源和電能方面都很短缺 的國家 ，在大力提倡節(jié)約能源的今天，人們也更加重視有關(guān)降低供水系統(tǒng)能耗的問題。 隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水對人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強(qiáng)，人民對供水的質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。 Monitoring software function is wellfound, friendly manmachine interface, easy to use. Key Words: PLC, variable frequency speedregulating, constant pressure watersupply King View, PID i 目錄 摘 要 ....................................................... I ABSTRACT..................................................... II 第一章緒論 .................................................... 1 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)產(chǎn)生的背景及其研究意義 ........................ 1 變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)簡介 .......................................... 2 國內(nèi)外變頻恒壓供水的現(xiàn)狀 .................................. 2