【正文】 變頻恒壓供水的控制流程及工作原理；最后分析了在變頻恒壓供水中，水泵切換的條件。 4)減少了起動(dòng)電流，也就減少了系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，提高了自身系統(tǒng)的可靠性。 2)降低水泵平均轉(zhuǎn)速，減小工作過(guò)程中的平均轉(zhuǎn)矩，從而減小葉片承受的應(yīng)力，減小軸承的磨損，使水泵的工作壽命大大延長(zhǎng)。而采用變頻調(diào)速，對(duì)系統(tǒng)的安全性有一系列的好處： 1)產(chǎn)生水錘效應(yīng)的根本原因是：水泵在起動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩太大，短時(shí)間內(nèi)流量的巨大變化而引起的。壓強(qiáng)過(guò)高，將引起管子的破裂；壓強(qiáng)過(guò)低又會(huì)導(dǎo)致管子的癟塌。影響供水系統(tǒng)安全性的一大因素便是水錘效應(yīng)，所謂的水錘效應(yīng)就是在極短時(shí)間內(nèi)，因水流量的急巨變化，引起在管道的壓強(qiáng)過(guò)高或過(guò)低的沖擊，并產(chǎn)生空化現(xiàn)象，使管道受壓產(chǎn)生噪聲，猶如錘子敲擊管子一樣的現(xiàn)象。 6)可擴(kuò)充性：水泵的電氣控制柜，具有遠(yuǎn)程和就地控制的功能和數(shù)據(jù)通訊接口，能與控制信號(hào)或控制軟件相連，能對(duì)供水的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，以便顯示和監(jiān)控以及報(bào)表打印等。 5)容錯(cuò)性：當(dāng)出現(xiàn)意外的情況(如突然斷電、泵、變頻器或軟啟動(dòng)器故障等)時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動(dòng)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(dòng)進(jìn)行投切，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。 3)多變性：變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統(tǒng)，而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用水量和揚(yáng)程等方面存在著較大的差異，因此其控制對(duì)象的模型具有很強(qiáng)的多變性。 變頻恒壓供水系統(tǒng)特點(diǎn)及其安全性討論 變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用于生活用水、工業(yè)用水以及消防用水等多種場(chǎng)合，在本文中主要應(yīng)用于生活小區(qū)生活用水，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： 1)滯后性：供水系統(tǒng)的控制對(duì)象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個(gè)過(guò)程控制量，同其他一些過(guò)程控制量(如：溫度、流量、濃度等)一樣，對(duì)控制作用的響應(yīng)具有滯后性，同時(shí)用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)。這種編程方法是在傳統(tǒng)繼電器梯形圖基礎(chǔ)上進(jìn)行一定演變而形成的，突出了各編程原件之間的邏輯關(guān)系。 2)用戶程序：這是用戶應(yīng)用PLC進(jìn)行控制所需要編制的程序。當(dāng)用戶程序己裝入PLC的存儲(chǔ)器，編程器就可以被分離，基本控制單元將自動(dòng)進(jìn)入執(zhí)行用戶程序狀態(tài)。通常，一個(gè)PLC機(jī)架只能容納一定數(shù)量的模塊插件，這種包含主機(jī)模塊和部分I／O模塊的機(jī)架稱為基本控制單元。它又包括基本控制單元軟件和編程軟件兩部分。特殊模板及智能模板的開發(fā)將進(jìn)一步擴(kuò)展可編程控制的功能，專用模板的開發(fā)不僅擴(kuò)大了可編程控制系統(tǒng)的控制功能，而且將進(jìn)一步提高控制質(zhì)量與可靠性。用擴(kuò)展模板來(lái)擴(kuò)展系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：用戶可根據(jù)自己時(shí)間控制系統(tǒng)的要求，選用各種合適的擴(kuò)展模塊對(duì)PLC作硬件組態(tài)，以求達(dá)到各種功能或控制精度，同時(shí)節(jié)省開支，減少不必要的投資。擴(kuò)展模板的外形一般也小巧、堅(jiān)固，有易于接線的端子排，帶有擴(kuò)展總線或通過(guò)總線連接器與CPU相連。不同廠家、不同型號(hào)的PLC的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)也不同，有的大型機(jī)輸入／輸出點(diǎn)數(shù)可達(dá)16K，而很多小型機(jī)僅有10來(lái)點(diǎn)，而且CPU本身不帶模擬輸入與輸出，但CPU一般都帶有擴(kuò)展接口。鍵盤有單功能鍵和雙功能鍵，在使用雙功能鍵的時(shí)候鍵盤中都備有一個(gè)選擇鍵，以選擇其中一種方式工作。編程器的結(jié)構(gòu)一般包括顯示部分與鍵盤部分。監(jiān)控工作方式可以對(duì)運(yùn)行中的控制器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和跟蹤，一般可以對(duì)某一線圈或觸點(diǎn)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，也可以對(duì)成組器件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，還可以跟蹤某一器件在不同時(shí)間的工作狀態(tài)，除搜索、監(jiān)視、跟蹤外，還可以對(duì)一些器件進(jìn)行操作。用于IBM—PC及其兼容機(jī)的編程器是個(gè)人計(jì)算機(jī)加上適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐?，也可直接編制成梯形圖，其監(jiān)控功能也很強(qiáng)。圖形編程器還可與打印機(jī)、錄音機(jī)、繪畫儀等設(shè)備連接，有較強(qiáng)的監(jiān)控功能。圖形編程器以液晶顯示器(LCD)或陰極射線管(CRT)作屏幕，用來(lái)顯示編程內(nèi)容和提供如輸入、輸出、輔助繼電器的占有情況、程序容量等各種信息，還可在調(diào)試程序、檢查程序執(zhí)行時(shí)顯示各種信號(hào)狀態(tài)、出錯(cuò)提示等。目前編程器主要有以下三種類型：便攜式編程器(也叫簡(jiǎn)易編程器)；圖形編程器；用于IBM—PC及其兼容機(jī)的編程器。5)編程器：它的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，各可編程控制器制造廠家已經(jīng)開發(fā)出一系列的智能接口模塊，使可編程控制器的功能更加強(qiáng)大和完善。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流輸出信號(hào)，提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。另外還有O．50mV，O．1V、．5+5V、一10lOV，010mA等。模擬量輸出模塊D／A轉(zhuǎn)換前的二進(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)光電禍合器和輸出鎖存器與PLC的I／O總線掛接。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一些信號(hào)是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過(guò)模擬量輸入／輸出模塊與PLC的中央處理器連接。數(shù)字量輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。這些模塊又分直流和交流、電壓和電流類型，每種類型又有不同的參數(shù)等級(jí)主要有數(shù)字量輸入／輸出模塊和模擬量輸入／輸出模塊，部件上都設(shè)有輸入接線端子排，為了濾除信號(hào)的噪聲和便于PLC內(nèi)部對(duì)信號(hào)的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)鎖存電路。輸出模塊的作用是接收中央處理器處理過(guò)的數(shù)字信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行部件所能接受的控制信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)如電磁閥、燈光顯示、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)，如按鈕開關(guān)，行程開關(guān)、限位開關(guān)以及傳感輸出的開關(guān)量或模擬量(壓力、流量、溫度、電壓、電流)等，都要通過(guò)輸入模塊送到PLC。由于數(shù)據(jù)在控制器應(yīng)用中是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的，因此數(shù)據(jù)存貯器一般選用CMOS RAM，以滿足隨機(jī)存取的要求。數(shù)據(jù)存貯器用來(lái)存放PLC的數(shù)據(jù)。也可將用戶程序存放在EEPROM中。所謂用戶程序是指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程和工藝要求編寫的控制程序。用戶不能訪問(wèn)和修改存貯器這部分的內(nèi)容。所謂系統(tǒng)程序是指控制和完成Pc機(jī)各種功能的程序，如控制器的監(jiān)控程序、基本指令和功能指令翻譯程序、系統(tǒng)診斷程序、通信管理程序等。常用的存貯器形式有CMOS ROM、EPROM和EEPROM。 中央處理器的功能是：CPU按系統(tǒng)程序所賦予的功能，、接收并存貯從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；CPU按掃描方式工作，從存貯器中逐條讀取指令，并存入CPU內(nèi)的指令寄存器中；指令寄存器的指令操作碼進(jìn)行譯碼，執(zhí)行指令規(guī)定的任務(wù)，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，啟閉有關(guān)控制門電路，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果更新有關(guān)標(biāo)志和輸出映像寄存器的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表、打印或數(shù)據(jù)通訊；行系統(tǒng)診斷程序，診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。對(duì)于雙CPU來(lái)說(shuō)，一般具有一個(gè)位處理器和一個(gè)字處理器。常用的cPU有通用微處理器，如MOTOROLA 6800，單片機(jī)有803l，8051和雙極型位式微處理器，如AMD2903。PLC機(jī)硬件主要由中央處理單元(CPU)、存貯器、輸入／輸出單元以及編程器、電源和智能輸入／輸出單元等構(gòu)成。其主要功能是進(jìn)行工藝參數(shù)的采集、生產(chǎn)過(guò)程控制、信息處理、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及水質(zhì)監(jiān)測(cè)等可編程控制器PC或PLC是一種以微處理器為核心的用于工程自動(dòng)控制的工業(yè)控制機(jī)，其本質(zhì)是一臺(tái)工業(yè)控制專用計(jì)算機(jī)。由于PLC強(qiáng)大功能和優(yōu)點(diǎn)，使得其在我國(guó)的水工業(yè)自動(dòng)化中得到廣泛的應(yīng)用。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。 5)安裝簡(jiǎn)單，維修方便。 4)編程簡(jiǎn)單易學(xué)。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。另外為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對(duì)話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。 2)具有豐富的I／O接口模塊。據(jù)“美國(guó)市場(chǎng)信息力的世界PLC以及軟件市場(chǎng)報(bào)告稱，1995年全球PLC及其軟件的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)模約50億美元，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能得到大大的增強(qiáng)，具有以下特點(diǎn)： 1)可靠性高。而且，為了進(jìn)步提高PLC的處理速度，各制造廠商還研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片，大大提高了PLC軟、硬件功能。在軟件方面，PLC采用極易為電氣人員掌握的梯形圖編程語(yǔ)言，除了保持原有的邏輯運(yùn)算等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。70年代初期，體積小、功能強(qiáng)和價(jià)格便宜的微處理器被用于PLC，使得PLC的功能大大增強(qiáng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程序控制器將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與新興的計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，具有可靠性高、功能強(qiáng)、應(yīng)用靈活、編程簡(jiǎn)單、使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，以及良好的工業(yè)環(huán)境工作性能和自動(dòng)控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)性能，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，PLC在小型化、大型化、大容量、強(qiáng)功能等方面有了質(zhì)的飛躍。 可編程控制器(PLC)的特點(diǎn)及應(yīng)用可編程序控制器(program logical controller)，簡(jiǎn)稱PLC，是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，它是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置，是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家自動(dòng)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。 3)相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)及行業(yè)落后。國(guó)內(nèi)交流變頻調(diào)速技術(shù)產(chǎn)業(yè)狀況表現(xiàn)如下： 1)變頻器的整體技術(shù)落后，國(guó)內(nèi)雖有很多單位投入了一定的人力、物力研究變頻技術(shù)并開發(fā)新產(chǎn)品，但由于分散，所以并沒(méi)有形成一定的技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模。隨著改革開放和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)采取要么直接從發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)口現(xiàn)成的變頻調(diào)速設(shè)備，要么內(nèi)外結(jié)合，即在自行設(shè)計(jì)制造的成套裝置中采用外國(guó)進(jìn)口或合資企業(yè)的先進(jìn)變頻調(diào)速設(shè)備，然后自己開發(fā)應(yīng)用軟件的辦法，很好地為國(guó)內(nèi)重大工程項(xiàng)目提供了電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的解決辦法，適應(yīng)了社會(huì)的需要。當(dāng)時(shí)，在機(jī)械工業(yè)部屬下建立了我國(guó)第一個(gè)電氣傳動(dòng)成套公司，即現(xiàn)在的天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所的前身。 在我國(guó)，60％的發(fā)電量是通過(guò)電動(dòng)機(jī)消耗掉的，因此，如何利用電機(jī)調(diào)速技術(shù)進(jìn)行電機(jī)運(yùn)行方式的改造以節(jié)約電能，一直受到國(guó)家和業(yè)界人士的重視。變頻器的發(fā)展水平是由電力電子技術(shù)、電機(jī)控制方式以及自動(dòng)化控制水平三個(gè)方面決定的。1995年，ABB公司首先推出的直接轉(zhuǎn)矩控制通用變頻器，目前已成為其各系列通用變頻器的核心技術(shù)。這種方法不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換而是直接在電動(dòng)機(jī)定子坐標(biāo)上計(jì)算磁鏈的模和轉(zhuǎn)矩的大小，并通過(guò)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接跟蹤，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制和系統(tǒng)的高動(dòng)態(tài)性能H3。自1992年開始，德國(guó)西門子公司相繼開發(fā)了6SE70系列通用變頻器，通過(guò)FC、VC、SC板可以分別實(shí)現(xiàn)頻率控制、矢量控制、伺服控制等；至1994年該系列通用變頻器的容量就擴(kuò)展到315kw以上。1980年，德國(guó)人在應(yīng)用微處理器的矢量控制研究中取得了進(jìn)展，促進(jìn)了矢量控制的實(shí)用化。此方法以三相波形的整體生成效果為基礎(chǔ)，以逼近電機(jī)氣息的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，一次生成兩相調(diào)制波形，使變壓變頻VVVF(VableVoltage Variable Frequency)成為變頻調(diào)速技術(shù)的核心。1964年，最先提出把通信技術(shù)中的脈寬調(diào)制P刪技術(shù)應(yīng)用到交流傳動(dòng)中的是德國(guó)人。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前的供水方式朝向高效節(jié)能、自動(dòng)可靠的方向發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用，特別是在城鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級(jí)加壓系統(tǒng)，居民生活用水的恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速水泵節(jié)能效果尤為突出，其優(yōu)越性表現(xiàn)在：一是節(jié)能顯著；二是在開、停機(jī)時(shí)能減小電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊以及供水水壓對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊；三是能減小水泵、電機(jī)自身的機(jī)械沖擊損耗。 單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)也能做到變頻調(diào)速，自動(dòng)化程度要優(yōu)于上面4種供水方式，但是系統(tǒng)開發(fā)周期比較長(zhǎng)，對(duì)操作員的素質(zhì)要求比較高，可靠性比較低，維修不方便，且不適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。 氣壓罐供水具有體積小、技術(shù)簡(jiǎn)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(dòng)且起動(dòng)頻繁，對(duì)電器設(shè)備要求較高、系統(tǒng)維護(hù)工作量大，而且為減少水泵起動(dòng)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(wú)謂的增高，也使浪費(fèi)加大，從而限制了其發(fā)展。 傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式有：恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水、液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等方式，其優(yōu)、缺點(diǎn)如下： l、恒速泵加壓供水方式無(wú)法對(duì)供水管網(wǎng)的壓力做出及時(shí)的反應(yīng)，水泵的增減都依賴人工進(jìn)行手工操作，自動(dòng)化程度低，而且為保證供水，機(jī)組常處于滿負(fù)荷運(yùn)行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時(shí)，管網(wǎng)長(zhǎng)期處于超壓運(yùn)行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴(yán)重，電機(jī)硬起動(dòng)易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，破壞性大，目前較少采用。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日目 錄摘 要 1Abstract 2第一章 緒 論 6 課題背景及意義 6 國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 7 可編程控制器(PLC)的特點(diǎn)及應(yīng)用 8 變頻恒壓供水系統(tǒng)特點(diǎn)及其安全性討論 13 本課題的主要研究?jī)?nèi)容 14第2章 系統(tǒng)的理論分析及方案的確定 15 變頻恒壓供水系統(tǒng)理論分析 15 變頻恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理 15 變頻恒壓控制的理論模型 17 變頻恒壓供水系統(tǒng)的近似數(shù)學(xué)模型 182．2 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方案的確定 18 供水系統(tǒng)的控制流程及其控制流程圖 18 供水系統(tǒng)中水泵切換條件分析 26 本章小結(jié) 29第三章 變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 30 系統(tǒng)主要配置的選型 30 水泵機(jī)組的選型 30 變頻器的選型 31 PLC及其擴(kuò)展模塊的選型 33 壓力變送器及數(shù)顯儀的選型 34 繼電器，軟啟動(dòng)器的選型 35 系統(tǒng)主電路分析及設(shè)計(jì) 35 系統(tǒng)控制電路分析及設(shè)計(jì) 37 可編程邏輯控制器(PLC)的I／0端子分配 38 變頻器接線及功能的設(shè)定 40 本章小結(jié) 41第四