【正文】 量為主的開環(huán)的順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作號(hào)按照時(shí)序動(dòng)作。1968年美國(guó)GM(通用汽車)公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年美國(guó)數(shù)字公司研制出了第一代可編程序控制器，滿足了GM公司裝配線的要求。世界總銷售額不斷上升、生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)、品種不斷翻新。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義：一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。 （2）產(chǎn)品特點(diǎn)：具有反向極性和限流保護(hù)；激光調(diào)阻溫度補(bǔ)償；量程可現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)；范圍寬抗腐蝕，適于多種介質(zhì)；過載及抗干擾能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定。產(chǎn)品可用于對(duì)氣體、液體、蒸氣壓力的測(cè)量及具有腐蝕性介質(zhì)的壓力測(cè)量。圖43 PID控制接線圖 壓力變送器MC20E壓力變送器采用圓桶外形(E+H外形)，以及進(jìn)口不銹鋼隔離膜片的高精度、高穩(wěn)定性的芯片組裝，產(chǎn)品經(jīng)過精密的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、合理的溫度補(bǔ)償，配以線性處理電路、V/I轉(zhuǎn)換及對(duì)不銹鋼殼體的全密封焊接工藝制造。(2)軟件型：使用離散形式的PID控制算法在可編程序控制器(或單片機(jī))上做PID控制器。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。若有偏差，則通過此功能的控制動(dòng)作使偏差為零。采用PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過程。換言之，該種控制方式適用于過程本身沒有制動(dòng)作用的負(fù)載?？刂茖?duì)象含有積分元件的負(fù)載場(chǎng)合，僅P動(dòng)作控制，有時(shí)由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。對(duì)于PD控制，發(fā)生偏差時(shí)，很快產(chǎn)生比單獨(dú)D動(dòng)作還要大的操作量，以此來抑制偏差的增加。但是， I動(dòng)作過強(qiáng)時(shí)，對(duì)快速變化偏差響應(yīng)遲緩。為了消除殘留偏差，采用增加I動(dòng)作的PI控制。頻率檢測(cè)的上/下限信號(hào)分別通過OL和FU輸出至PLC的X2與X3輸入端作為PLC增泵減泵控制信號(hào)。 變頻器的接線管腳STF接PLC的Y7管腳，控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)選用三菱FRA540系列變頻器。變頻器的主電路由電源端輸入單相或三相恒定的直流電壓，供給逆變電路。 變頻器的選擇 變頻器的選擇生產(chǎn)變頻器的公司很多，變頻器的種類也很多。（2）電動(dòng)機(jī)的選擇供水水泵電動(dòng)機(jī)選Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，Y200M—L1型電動(dòng)機(jī)三臺(tái)。IS150—125—400型水泵參數(shù)如下：流量為173M3/h，揚(yáng)程為38M，轉(zhuǎn)速為1450r/min電動(dòng)機(jī)功率為30KW。IS型單級(jí)單吸清水離心泵：適用于工業(yè)制藥，飲料，化工等工礦和城市給水，排水，亦可用于農(nóng)業(yè)排灌，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，單級(jí)單吸軸向吸入。根據(jù)公式，兩臺(tái)水泵并聯(lián)時(shí)流量為單臺(tái)的190％，三臺(tái)水泵并聯(lián)時(shí)，流量為單臺(tái)的 251％。小區(qū)消防用水Qq＝，查規(guī)范有：十層最不利配水點(diǎn)，所以選水泵揚(yáng)程為37＋23＝60M。如果小區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)的建筑不是最高的建筑，則必須選擇兩個(gè)最不利點(diǎn)分別計(jì)算供水揚(yáng)程，并以供水揚(yáng)程較大的建筑最遠(yuǎn)點(diǎn)供水揚(yáng)程。消防用水量根據(jù)規(guī)范，一次滅火用水量為15L/S，本小區(qū)人數(shù)為12500人，消防用水量選為15L/S,選泵時(shí)留有裕度10％，所以Qq消防＝Qq110％＝15110％＝。本設(shè)計(jì)小區(qū)人數(shù)：m＝63000/12＝5250人 小區(qū)戶數(shù)：f＝5250/＝1500戶 （）最高日生活用水量QD＝mqd/1000=rfqd/1000 其中：qd—用水定額（Ⅲ類住宅，qd＝190L/人） m—設(shè)計(jì)小區(qū)內(nèi)的人數(shù) r—平均居住人數(shù)（通常r=） f—居民區(qū)的戶數(shù) Qd＝1500190/1000=則最大小時(shí)流量QH＝KHQD/T =* = =其中：T＝24h為每日用水時(shí)間 KH—時(shí)間常數(shù)（Ⅲ類住宅，KH＝）秒流量計(jì)算公式：Ⅲ類：Qq＝＋其中Nq為用水當(dāng)量 Nq＝nf＝41500＝6000 （nⅢ類＝4，每戶平均用水量） Qq＝＋ ＝＋6000＝＋27 ＝由于f＝3571戶1500戶，所以取QH與Qq中較大者作為供水標(biāo)準(zhǔn)，流量取Qq。第4章 器件的選擇 水泵的選擇 用戶供水量的確定設(shè)計(jì)流量應(yīng)按生活用水的設(shè)計(jì)秒流量計(jì)算。下限頻率：在供水系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速過低時(shí)會(huì)出現(xiàn)水泵的全揚(yáng)程小于基本揚(yáng)程（實(shí)際揚(yáng)程）形成水泵“空轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象。一般來說，上限頻率也以等于額定頻率為宜，但有時(shí)也可以預(yù)置的略低一些，原因有二：1. 變頻器由于內(nèi)部往往具有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能，所以，在同是50Hz額情況下，水泵在變頻運(yùn)行時(shí)，實(shí)際轉(zhuǎn)速要高于工頻運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，從而增大了水泵和電機(jī)的負(fù)載；2. 變頻調(diào)速系統(tǒng)在50Hz下運(yùn)行時(shí)，不如直接在工頻下運(yùn)行為好，可以減少變頻器本身的損失。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速10％（nx＝）時(shí)，轉(zhuǎn)矩將比額定轉(zhuǎn)矩超過21％（Tx＝），導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重過載。所以，在變頻啟動(dòng)無過流的前提下，運(yùn)轉(zhuǎn)開始頻率可預(yù)置的高一些，一般設(shè)定范圍為0～20Hz（也可以通過預(yù)置下限頻率來達(dá)到目的）。水泵的調(diào)速范圍由水泵本身的特性和用戶所需揚(yáng)程規(guī)定，當(dāng)選定某型號(hào)的水泵時(shí)即可確定此水泵的最大調(diào)速范圍，在根據(jù)用戶的揚(yáng)程確定具體最低調(diào)速范圍，在實(shí)際配泵時(shí)揚(yáng)程設(shè)定在高效區(qū)，水泵的調(diào)速范圍將進(jìn)一步變小，其頻率變化范圍在40Hz以上，也就是說轉(zhuǎn)速下降在20%以內(nèi)，在此范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率在50%～100%范圍內(nèi)變化，電動(dòng)機(jī)的效率基本上都在高效區(qū)。相反，采用變頻調(diào)速控制水泵電機(jī)時(shí)，由式(3－15)可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速在允許范圍內(nèi)降低時(shí)，功率以轉(zhuǎn)速的三次方下降，在可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)與恒速泵供水方式中用閥門增加阻力的流量控制方式相比，節(jié)能效果十分顯著。從圖上可以看出，在流量相同的情下，采用變頻調(diào)速控制比恒速泵控制節(jié)能效果十分明顯。如果水泵轉(zhuǎn)速?gòu)膎0降到n1，水泵性能曲線從n0平移到n1，運(yùn)行工況點(diǎn)沿著水泵性能曲線從A點(diǎn)移到C點(diǎn)，揚(yáng)程從H0下降到H2，流量從Q0減少到Q1。運(yùn)行工況點(diǎn)沿著水泵性能曲線從A點(diǎn)移到D點(diǎn)，揚(yáng)程從H0上升到H1，流量從Q0減少到Q1。在常規(guī)供水系統(tǒng)中，采用閥門控制流量。因此，水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)要盡量使水泵在高效區(qū)之內(nèi)運(yùn)行，避免使變頻器頻率下降得過低，而造成水泵在低效率段運(yùn)行。恒壓供水系統(tǒng)中壓力值恒定在H0,因此水泵工作點(diǎn)又沿著轉(zhuǎn)速n2所對(duì)應(yīng)的水泵性能曲線從點(diǎn)B移至C點(diǎn)，在此階段水泵輸出壓力升高，流量減少，水泵運(yùn)行在新的工作點(diǎn)C點(diǎn)，在圖33中可以找出C點(diǎn)的揚(yáng)程HC、流量QC以及水泵運(yùn)行效率。當(dāng)管網(wǎng)負(fù)載減小時(shí)，管網(wǎng)壓力升高，壓力傳感器將檢測(cè)到升高壓力轉(zhuǎn)換成4～20mA電流信號(hào)送往PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)比較處理后，輸出一個(gè)信號(hào)令變頻器頻率降低，從而降低電機(jī)轉(zhuǎn)速至n2。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺(tái)水泵工況的調(diào)節(jié)是通過改變電源的頻率來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速n，從而改變水泵性能曲線得以實(shí)現(xiàn)的。 (3－12) (3－13) (3－14)將式(3－13)和(3－14)代入(3－18)可得： (3－15)圖33 變頻調(diào)速恒壓供水單臺(tái)水泵工況調(diào)節(jié)圖式(3－12)中：g－水的比重；k－功率常數(shù)。當(dāng)管網(wǎng)負(fù)載減小時(shí)，通過VVVF降低交流電的頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)膎1降低到n2。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，通過變頻器來改變電源的頻率f來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速n從而改變水泵的轉(zhuǎn)速。2．水泵工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f具有如下關(guān)系： (3－11) 式中：p－極對(duì)數(shù)；s－轉(zhuǎn)差率因此不改變電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)，只改變電源的頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就按比例變動(dòng)。從圖中可以看出，水泵在工作點(diǎn)A點(diǎn)提供的揚(yáng)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(gè)平衡點(diǎn)是有條件的，平衡也是相對(duì)的。 水泵工作點(diǎn)的確定和調(diào)節(jié)1．水泵工作點(diǎn)的確定如果把某一水泵的性能曲線（即H～Q曲線）和管路性能曲線畫在同一坐標(biāo)系中，圖32所示，則這兩條曲線的交點(diǎn)A就是水泵的工作點(diǎn)。當(dāng)上下水位確定后，管路所需要的水頭損失就等于上下水位差（即實(shí)際揚(yáng)程）加上管路損失。當(dāng)水泵管路系統(tǒng)確定后，相應(yīng)的、L、A等參數(shù)都能確定，S也就確定了。 變頻調(diào)速恒壓供水工況分析與能耗機(jī)理分析 管路水力損失及性能曲線管路水力損失分為沿程損失和局部損失兩種，即 (3－6)沿程損失： (3－7)局部損失： (3－8)式中－管路沿程摩擦損失系數(shù)；－局部損失系數(shù)；L－管路長(zhǎng)度(m)；－各局部損失的計(jì)算流速(m/s)；－過水截面的面積()。變頻調(diào)速是根據(jù)這一公式來實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的。目前水泵電機(jī)絕大部分是三相交流異步電動(dòng)機(jī)，根據(jù)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性，電機(jī)的轉(zhuǎn)速n為: n =60 f(1s)/p （3—4）式3—4中s為電機(jī)的轉(zhuǎn)差率(s=)，p為電機(jī)極對(duì)數(shù)，f為定子供電頻率。保證了居民用水壓力的可靠。 根據(jù)以上分析表明，選擇供水管網(wǎng)最不利點(diǎn)允許的最低壓力為控制參數(shù)，通過壓力傳感器以獲得壓力信號(hào)，組成閉環(huán)壓力自控調(diào)速系統(tǒng)，以使水泵的轉(zhuǎn)速保持與調(diào)速裝置所設(shè)定的控制壓力相匹配，使調(diào)速技術(shù)和自控技術(shù)落后相結(jié)合，達(dá)到最佳節(jié)能效果。根據(jù)水泵的相似原理：Q1/Q2=n1/n2 （3—1） H1/H2=(n1/n2)*2 （3—2） P1/P2 =(n1/n2)*3 （3—3）式中，Q、H、P、n分別為泵流量、壓力、軸的功率和轉(zhuǎn)速。管網(wǎng)的服務(wù)壓力H0恒定不變，其揚(yáng)程與系統(tǒng)阻力相適應(yīng)，沒有能量的浪費(fèi)。這樣，在水量減少到Q1時(shí)，將導(dǎo)致管網(wǎng)不利點(diǎn)水壓升高到H1H0，則h1即為水泵的能量浪費(fèi)。所以其工況點(diǎn)始終在上平移。（2）水泵變速運(yùn)轉(zhuǎn)，靠泵的出口壓力恒定來控制：此時(shí)，當(dāng)用水量由Qmax下降時(shí)，控制系統(tǒng)降低水泵轉(zhuǎn)速來改變其特性。當(dāng)用水量從Qmax減少到Q1的過程中,采用不同的控制方案,其水泵的能耗也不同。如圖31所示，n為水泵特性曲線,A為管路特性曲線,H0為管網(wǎng)末端的服務(wù)壓力, 為泵出口壓力。因此水泵工況點(diǎn)的確定和工況調(diào)節(jié)與這三者密切相關(guān)。如果水泵工況點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)工作點(diǎn)較遠(yuǎn)，不僅會(huì)引起水泵運(yùn)行效率降低、功率升高或者發(fā)生嚴(yán)重的氣穴現(xiàn)象，還可能導(dǎo)致管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定而影響正常的供水。反映水泵運(yùn)行工況的水泵工作點(diǎn)也稱為水泵工況點(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)。建筑高度增加時(shí)，無塔供水器只需要改變水壓設(shè)定值和修正流量參數(shù)就能滿足要求，而無需改變供水需求。水泵電動(dòng)機(jī)采用軟啟動(dòng)方式，避免了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊，也避免了電動(dòng)機(jī)突然加速造成泵組系統(tǒng)的喘振。由于變量泵工作在變頻工作狀態(tài)，在其運(yùn)行過程中，其轉(zhuǎn)速是由外供水量決定的，故系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可節(jié)約可觀的電能，其經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。突然停電后再來電，設(shè)備能夠自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行。消除了水泵電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)對(duì)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、過壓、過載、欠壓、過熱等多種保護(hù)功能，大大提高了工作效率，延長(zhǎng)了水泵的使用壽命。由變頻器和工頻電網(wǎng)供電，根據(jù)供水系統(tǒng)的運(yùn)行狀況自動(dòng)調(diào)節(jié)和切換。變頻調(diào)速恒壓供水：變頻調(diào)速恒壓供水器由電動(dòng)機(jī)、泵組和變頻調(diào)速系統(tǒng)、壓力儀表、管路系統(tǒng)等組成。利用變頻器、PID調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、PLC等器件的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，取代了水塔、水箱、氣壓罐等實(shí)現(xiàn)了恒壓供水。給水方式的選擇應(yīng)以經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)先進(jìn)，供水安全可靠為原則。缺點(diǎn)是需要壓力罐，其體積和投資大，壓力變化大，運(yùn)行效率低，還需要使用張力膜或設(shè)置空氣壓縮機(jī)沖氣。氣壓供水：氣壓給水系統(tǒng)不在屋頂上設(shè)置水箱，也不用單獨(dú)建筑水塔，僅在地下室或某些空曠之處加壓送到管網(wǎng)中去。同時(shí)由于在屋頂上形成很大的負(fù)重，增加了結(jié)構(gòu)面積，也妨礙了美觀。但它是由位置高度形成的壓力來進(jìn)行供水的，為此，需要建造水塔或?qū)⑺渲糜诮ㄖ锏捻斏?。?章 變頻調(diào)速的節(jié)能、調(diào)速原理 供水系統(tǒng)概述傳統(tǒng)的供水方式（包括水箱/水塔供水和氣壓供水）水箱/水塔供水：供水系統(tǒng)采用水箱/水塔，稱為重力供水。在國(guó)內(nèi)外，專門針對(duì)供水的變頻器集成化越來越高，很多專用供水變頻器集成了PLC 或PID，甚至將壓力傳感器也融入變頻組件。以中小水廠供水環(huán)境來說，由于其包括了自來水生產(chǎn)系統(tǒng)，其溫濕度及腐蝕程度都大于常見小區(qū)和加壓泵站，在水泵組搭配上、需要處理的信號(hào)(如水質(zhì)信號(hào)停機(jī)管理)也多于小區(qū)供水系統(tǒng)，所以在部分條件復(fù)雜的中小水廠，采用通用的恒壓供水變頻系統(tǒng)并不能完全滿足實(shí)踐要求，現(xiàn)部分中小水廠已認(rèn)識(shí)到這一情況，并針對(duì)實(shí)際情況對(duì)變頻恒壓供水系統(tǒng)加以改進(jìn)和完善。除了泵組的運(yùn)行管理工作外，泵站還有很多邏輯控制，如手動(dòng)