【正文】 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(lái)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(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載、欠壓、過(guò)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(lái)進(jìn)行供水的，為此，需要建造水塔或?qū)⑺渲糜诮ㄖ锏捻斏稀? 張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 8 第 二章 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(chēng)為重力供水。 ：根據(jù)元器件的選取原則，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式選取合適的器件。 ：工程設(shè)計(jì)離 不開(kāi)圖紙，繪制各種圖是設(shè)計(jì)工程的基本要求。 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 設(shè)計(jì)，大體為以下四項(xiàng)內(nèi)容： 主要介紹其系統(tǒng)的目的和意義，簡(jiǎn)述了目前我們常用的供 水系統(tǒng)，根據(jù)社會(huì)發(fā)展的需要必須要進(jìn)行技術(shù)改造，變頻器的廣泛應(yīng)用，隨著技術(shù)的發(fā)展，其優(yōu)越性越來(lái)越多，主要是節(jié)能、恒壓、綜合技術(shù)的集成等，以后將朝大容量、小體積、高性能、易操作、壽命高、可靠性強(qiáng)、無(wú)公害化發(fā)展，從而可以看出變頻調(diào)速恒壓供水的廣泛前景；同時(shí)介紹了該供水系統(tǒng)起關(guān)鍵作用的變頻調(diào)速技術(shù)和 PLC 的應(yīng)用以及其特點(diǎn)。PLC 在水工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用主要有水廠監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)加氯、自動(dòng)加礬、水泵變頻調(diào)速、 SCADA 系統(tǒng)和供水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)等 [8,9,10,11]。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶(hù)可以通過(guò)更換模塊的方法，使 系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 PLC不需要專(zhuān)門(mén)的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。 PLC 的編程大多采用類(lèi)似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專(zhuān)門(mén)知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 7 理解和掌握。 PLC 的各個(gè)部件，包括 CPU、 電源 、 I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶(hù)的需要自行組合。 3．采用模塊化結(jié)構(gòu)。 PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)， 有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備直接連接。 PLC 的高可靠性得益于軟、硬件上一系列的抗干擾措施和它特殊的周期循環(huán)掃描工作方式。據(jù)“美國(guó)市場(chǎng)信息”的世界 PLC 以及軟件市場(chǎng)報(bào)告稱(chēng)， 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 [5]。而且，為了進(jìn)一步提高 PLC 的處理速度，各制造廠商還研制開(kāi)發(fā)了專(zhuān)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) 。 1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器。 可編程序控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用 早期的可編程序控制器 (Programmable Logic Controller， PLC)，主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。 在短短的幾年內(nèi)，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)逐步完善的發(fā)展過(guò)程，早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸被多泵調(diào)速系統(tǒng)所代替。目前該產(chǎn)品正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制，多品種系列化的方向發(fā)展。 新型供水方式與過(guò)去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是 系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，而且具有顯著的節(jié)能效果。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來(lái)越強(qiáng)。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿(mǎn)足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。 自從通用變頻器問(wèn)世以來(lái)，變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。尤其當(dāng)它應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵等大容量負(fù)載時(shí)，可以獲得其它調(diào)速方式無(wú)法比擬的節(jié)能效果。現(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于電力水泵供水系統(tǒng)中，較為傳統(tǒng)的運(yùn)行方式是可節(jié)電 40％～ 60％，節(jié)水 15％～ 30％ [2]。到 80 年代末，交流電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，它將供給交流電機(jī)的工頻交流電源經(jīng)過(guò)二極管整流變成直流，再由 IGBT或 GTR 模塊等器件逆變成頻率可調(diào)的交流電源，以此電源拖動(dòng)電機(jī)在變速狀態(tài)下運(yùn)行，并自動(dòng)適應(yīng)變負(fù)荷的條件。晶體管變頻器不但克服了以往交流調(diào)速的許多缺點(diǎn)，而且調(diào)速性能可以和直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能相媲美。但是因?yàn)楦鞣N各樣的缺點(diǎn)沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。使異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)性能好的調(diào)速一直是人們的理想。 變頻調(diào)速及 PLC 在供水行業(yè)中的應(yīng)用 變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用 作為高性能的調(diào)速傳動(dòng)，直流發(fā)電機(jī)－電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制方法長(zhǎng)期以來(lái)一直 應(yīng)用廣泛。 ，供水系統(tǒng)的水流量受到水消耗量的控制，而水流量又是通過(guò)供水水泵的輸出來(lái)提供的。 在相當(dāng)比較大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)供水系統(tǒng)，變頻調(diào)速恒壓供水有它自身的特點(diǎn)：（一天時(shí)間內(nèi)）變化大，這種變化在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)甚至是幾倍或上十倍。并在此基礎(chǔ)之上配備相應(yīng)的系統(tǒng)管理軟件，改變傳統(tǒng)的落后管理方式，使管理工作規(guī)范化，提高水廠的業(yè)務(wù)管理水平。這種情況造成用水高峰期時(shí)供水壓力不足，用水低峰期時(shí)供水壓力過(guò)高，不僅十分浪費(fèi)能源而且存在事故隱患（例如壓力過(guò)高容易造成爆管事故）。在 用水量高峰期時(shí)供水量普遍不足，造成城市公用管網(wǎng)水壓浮動(dòng)較大。 關(guān)鍵詞： 供水系統(tǒng) 變頻器 節(jié)約電能 可編程控制器 PLC Abstract 張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 3 On the basis of analyzing the development and characteristic of automatic system of water supply, bined with status in quo of the waterworks in our country, this paper designs a suit of puter controlling system based on variable frequency speedregulating technology. Through using puter technology, variable frequency speedregulating technology and automation technology, the system can make the water pressure of water supply system constantly by the way of parameters selftuning. It assuredly makes the water supply system work on all cylinders. This article has in detail analyzed and researched the principle of economical electrical energy of the main circuit of this systerm with the newest frequency invertor,Operated on this main circuit ,this article has designed the controlcircuit,then have realized that frequency invertor can supply water for people in constant pressure with the PLC programme and PID controller in th frequency order to pump water for the people under the unmon condition of the frequency invertor ,this systerm has designed manualcontroller. Key Word： Water supply system frequency invertor economical electrical energy PLC 張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 4 第一章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展 變頻調(diào)速恒壓供水的目的和意義 近年來(lái)我國(guó)中小城市發(fā)展迅速，集中用水量急劇增加。 論文對(duì)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理做了較詳細(xì)的分析和研究，運(yùn)用最新的變頻器技術(shù)設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)的生活泵主電路部分，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了整個(gè)系統(tǒng)的控制電路，實(shí)現(xiàn)了變頻器通過(guò)自帶的 PLC 程序和 PID 控制器對(duì)建筑小區(qū)進(jìn)行恒壓 供水的目的。張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 1 目 錄 第一章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展 ???????????? 1 變頻調(diào)速恒壓供水的目的和意義 ????????????????? 1 變頻調(diào)速及 PLC在供水行業(yè)中的應(yīng)用 ??????????????? 6 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 ?????????????????????? 11 第二章變頻調(diào)速的節(jié)能、調(diào)速原理 ????????????????? 13 供水系統(tǒng)概述 ????????????????????????? 14 變頻 調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)分析 ??????????????????? 16 變頻調(diào)速的節(jié)能、調(diào)速原理 ??????????????????? 19 變頻調(diào)速恒壓供水工況分析與能耗機(jī)理分析 ???????????? 20 調(diào)速范圍的確定 ???????????????????????? 21 本章小結(jié) ??????????????????????????? 24 第三章變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ??????????????? 26 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) ???????????????????????? 27 工 作流程與工作過(guò)程 ?????????????????????? 29 系統(tǒng)的控制原理及組成 ????????????????????? 30 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ????????????????????????? 3 系統(tǒng)工作過(guò)程說(shuō)明 ??????????????????????? 54 本章小結(jié) ??????????????????????????? 32 第四章器件選擇 ?????????????????????????? 26 水泵的選擇 ?????????????????????????? 27 電動(dòng)機(jī)的選擇 ????????????????????????? 29 變頻器的選擇 ????????????????????????? 30 可編程控制器 PLC的選擇 ???????????????????? 31 其它電氣元件的選擇 ?????????????????????? 32 全文總結(jié) ???????????????????????????? ?? 57 參考文獻(xiàn) ?????????????????????????????? 59 致 謝 ?????????????????????????????? 60 張北泰生花園小區(qū)無(wú)塔上水變頻調(diào)速恒壓供水及消防用水電氣設(shè)計(jì) 2 摘 要 本論文在分析了供水自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)中小城市供水廠的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一套以變頻調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)的恒壓供水計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了恒壓供水的參數(shù)整定自動(dòng)控制，保證了隨時(shí)供水系統(tǒng) 維持在 最佳運(yùn)行 狀況。為了防止自動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障，本設(shè)計(jì)做了手動(dòng)控制器。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從 1990 年到1998 年，我國(guó)人均日生活用水量（包括城市公共設(shè)施等非生產(chǎn)用水）有 升增加到 升，增長(zhǎng)了 %，與此同時(shí)我國(guó)城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高 [1]。由于每天不同時(shí)段用水對(duì)供水壓