【正文】 圖31 變頻給水泵組 自來水進(jìn)水閥 液壓水位控制閥 浮球閥 儲水箱 閥門 橡膠接頭水泵 橡膠接頭 止回閥 閥門 1出水總管 泵組的控制要求對變頻給水泵組的控制要求是PLC程序設(shè)計的依據(jù)，因此在設(shè)計控制系統(tǒng)及程序之前必須確定具體的控制要求。最后列舉變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。根據(jù)揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線可以看出用水流量和給水流流量處于平衡狀態(tài)時系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。對每臺水泵均采用軟啟動，啟動電流可從0到電機(jī)額定電流，減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊的同時減少了啟動慣性對設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速沖擊，能延長設(shè)備的使用壽命。時變性：在變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泵的停止和運(yùn)行)是時時發(fā)生的，同時定量泵的運(yùn)行狀態(tài)直接影響給水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化，因此可以認(rèn)為，變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)的控制對象是時變的。非線性：用戶管網(wǎng)中因?yàn)橛泄茏?、水錘等因素的影響，同時又由于水泵的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化不成正比，因此變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)是一個非線性系統(tǒng)。 變頻恒壓給水系統(tǒng)特點(diǎn)變頻恒壓給水系統(tǒng)能適用生活水、工業(yè)用水以及消防等多種場合的給水，具有以下特點(diǎn)[7][15]：滯后性：給水系統(tǒng)的控制對象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個過程控制量，同其他一些過程控制量(如：溫度、流量、濃度等)一樣，對控制作用的響應(yīng)具有滯后性。根據(jù)水泵變速運(yùn)行的相似定律，變速前后流量Q、揚(yáng)程H、功率P與轉(zhuǎn)速N之間關(guān)系為： ；； （）式中，QHP1為變速前的流量、揚(yáng)程、功率，QHP2為變速后的流量、揚(yáng)程、功率。此時水泵輸出功率用圖形表示為(,Q2 ,D ,H0)圍成的矩形面積，其值為： （）可見，改用調(diào)速控制，節(jié)能量為(H0,D ,F ,H1)圍成的矩形面積，其值為： （）所以，當(dāng)用閥門控制流量時，有功率被浪費(fèi)掉。圖23 管網(wǎng)及水泵的運(yùn)行特征曲線Fig 23 The operating characteristic curve of pipe network and pump用閥門控制時，若給水量高峰期水泵工作在E點(diǎn)，流量為Q1，揚(yáng)程為H0，當(dāng)給水量從Q1減小到Q2時，必須關(guān)小閥門，這時閥門的摩擦阻力變大，阻力曲線從β3移到β1，揚(yáng)程特性曲線不變。變頻調(diào)速給水方式屬于轉(zhuǎn)速控制。轉(zhuǎn)速控制法是通過改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度保持不變，是通過改變水的動能改變流量[14]。其實(shí)質(zhì)是通過改變水路中的阻力大小來改變流量，因此，管阻將隨著閥門開度的改變而改變，但其揚(yáng)程特性不變。圖22 變頻調(diào)速機(jī)械特性[9]Fig 22 The mechanical characteristics of frequency control 水泵調(diào)速運(yùn)行節(jié)能原理在給水系統(tǒng)中，通常以流量為控制目的，常用的控制方法為閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法。頻率f從額定值fn往下調(diào)時，電機(jī)機(jī)械特性的變化情況，如圖22所示。在改變輸出頻率的同時也改變輸出電壓，以保證電機(jī)磁通基本不變，其關(guān)系為：U1/f1=常數(shù)式中：U1為變頻器輸出電壓；f1為變頻器輸出頻率。這種調(diào)速方式需要專用的變頻裝置，即變頻器。因此變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法不適用于恒壓給水系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速控制法。但在給水系統(tǒng)中由轉(zhuǎn)速控制法實(shí)現(xiàn)恒壓給水時，為適應(yīng)流量的變化，電機(jī)一般難以工作于額定狀態(tài)，其轉(zhuǎn)速值往往遠(yuǎn)低于額定轉(zhuǎn)速，此時的轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)差功率增大，電機(jī)運(yùn)行效率降低。三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子銅損耗為[9]： （）該損耗和電機(jī)的轉(zhuǎn)差率成正比，又稱為轉(zhuǎn)差功率，以電阻發(fā)熱方式消耗。這種調(diào)速方式只適用于專門的變極電機(jī)，而且是有極調(diào)速，級差大，不適用于給水系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速的連續(xù)調(diào)節(jié)。在電源頻率一定的情況下，改變電動機(jī)的磁極對數(shù)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變。異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率定義為： （）異步電機(jī)的同步速度為： （）異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速為： （）其中：s為轉(zhuǎn)速差；n1為異步電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速，r/min；n為異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min；f是異步電機(jī)的定子電源頻率；p為異步電機(jī)的極對數(shù)。 異步電動機(jī)調(diào)速的方法及其原理通過轉(zhuǎn)速控制法實(shí)現(xiàn)恒壓給水，需要調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。實(shí)質(zhì)是通過改變水泵的給水能力來適應(yīng)用戶對流量的需求。這時的管阻特性將隨閥門開度的改變而改變，但揚(yáng)程特性則不變。閥門控制法轉(zhuǎn)速保持不變，通過調(diào)節(jié)閥門的開度大小來調(diào)節(jié)流量。這種調(diào)節(jié)就是以壓力恒定為前提來實(shí)現(xiàn)的。這說明，通過恒壓給水就能保證給水能力和用水流量處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了用戶所需的用水流量。由此可見，流體壓力P的變化反映了給水能力Qg與用水需求Qv之間的矛盾。若：給水能力Qg用水需求Qv，則壓力P下降?？紤]到動態(tài)情況下，管道中水壓的大小是揚(yáng)程大小的反映，而揚(yáng)程與給水能力(由流量Qg表示)和用水需求(由用水流量Qg表示)之間的平衡情況有關(guān)。所以，流量是給水系統(tǒng)的基本控制對象。在這一點(diǎn)，用戶的用水流量Qv和給水系統(tǒng)的給水流量Qg處于平衡狀態(tài)，給水系統(tǒng)既滿足了揚(yáng)程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。因此，管阻特性所反映的是揚(yáng)程與給水流量Qg之間的關(guān)系H=f(Qg)。由圖可知，在同一閥門開度下，揚(yáng)程H越大，流量Q也越大。而管阻特性是以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?，表明閥門在某一開度下，揚(yáng)程H與流量Q之間的關(guān)系H=f(Qv)。由圖21可以看出，流量Q越大，揚(yáng)程H越小。見圖21。但各參數(shù)之間不是靜止孤立的，相互間存在一定的內(nèi)在聯(lián)系和變化規(guī)律。這章主要分析給水系統(tǒng)的一些基本概念和特性。第二章 變頻恒壓給水系統(tǒng)的特性及原理變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)主要由水泵、電動機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成，通常由鼠籠式異步電動機(jī)驅(qū)動水泵旋轉(zhuǎn)來給水。 小結(jié)本章首先介紹了論文的選題背景、意義及課題來源，在對現(xiàn)有給水系統(tǒng)存在問題調(diào)研的基礎(chǔ)上，確定了以實(shí)現(xiàn)節(jié)能、自動、可靠、穩(wěn)定給水的變頻恒壓給水及其遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)。闡述設(shè)備的調(diào)試及變頻器參數(shù)設(shè)定。最后列舉變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。具體的研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面：分析給水系統(tǒng)特性和原理，分析和論證變頻調(diào)速方式在恒壓給水系統(tǒng)中的節(jié)能原理和效果。還可以擴(kuò)展遠(yuǎn)程通訊模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)