【正文】 的轉(zhuǎn)速，可以使水泵性能曲線改變，達到調(diào)節(jié)水泵工況目的。另外根據(jù)葉片泵工作原理和相似理論，改變轉(zhuǎn)速 n,可使供水泵流量 Q、揚程 H 和軸功率N 以相應規(guī)律改變。 在變頻調(diào)速恒水位供水系統(tǒng)中，單臺水泵工況的調(diào)節(jié)是通過變頻器來改變電源的頻率 f 來改變電機的轉(zhuǎn)速 n，從而改變水泵性能曲線得以實現(xiàn)的。 圖 16 變頻調(diào)速恒壓供水水泵工況調(diào)節(jié)圖 由圖 16 可見，設定管網(wǎng)壓力值（揚程）為 H0，管網(wǎng)初始用水量為 QA，初始工況點為 A，水泵電機的轉(zhuǎn)速為 n1，工作點 A 的軸功率即為 AH0OQA 四 點所圍的面積。恒壓供水系統(tǒng)中壓力值恒定在 H0,因此水泵工作點又沿著轉(zhuǎn)速 n2 所對應的水泵性能曲線從點 B 移至 C 點，在此階段水泵輸出壓力升高，流量減少，水泵運行在新的工作點 C 點，在圖 3 中可以找出 C 點的揚程 HC、流量 QC以及效率 C ， 工作點C 的軸功率即為 CH0OQC四點所圍的面積。 考慮到水泵的效率 , 水泵轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍之內(nèi)，也就是不要使變頻器頻率下降得過低，避免水泵在低效率段運行。 10 系統(tǒng)的方案設計 恒壓供水系統(tǒng)的設計框圖如下 : P L C電 動 機 組 交 流 接 觸 器管 道變 頻 器控 制 柜壓 力 傳 感 器 圖 17 系統(tǒng)設計框圖 本系統(tǒng)由一個變頻器和一個 PLC 組成 ,由管道傳回反饋信號到 PLC,經(jīng) PLC 分析處理后輸出相應的模擬信號給變頻器進而控制電動機的變頻 ,變頻器的切換也由PLC 通過程序控制。當水量減小時，自動減少水泵運行臺數(shù)，進行工頻與變頻的切換。然而 KM2 斷開時，由于電動機的轉(zhuǎn)子繞組是自成回路的，所 11 以，根據(jù) “楞次定律 ”，轉(zhuǎn)子繞組的自感電動勢將阻止電流的消失。這個電流將產(chǎn)生一個逐漸衰減的磁場，在轉(zhuǎn)子尚未完全停住時，將被定子繞組所切割，且在定子繞組中產(chǎn)生互感電動勢。所以在切換時 ，是先把電動機接到變頻器的接觸器 KM2 斷開 ，經(jīng)適當?shù)难訒r后合上 KM3，將電動機接至工頻電源。 變頻調(diào)速恒 壓 供水系統(tǒng) 具體 構成如下圖所示，由可編程控制器、變頻器、水泵電機組、水位傳感器、工控機以及接觸器控制柜等構成。 PLC 上接工控計算機，水位傳感器采樣水池水位信號，變頻器輸出電機頻率信號，這兩個信號反饋給 PLC 的 PID 模塊或 模糊模塊 ,PLC根據(jù)這兩個信號經(jīng) PID 運算或 模糊運算，發(fā)出指令，對水泵電機進行工頻和變頻之間的切換。如圖 19 所示 : 系統(tǒng)包括 3 臺水泵電動機 M M M3，其中 M1 的功率為 45KW、 M2 為22KW、 M3 為 22KW。系統(tǒng)具有變頻和工頻兩種運行狀態(tài)，當變頻 器調(diào)節(jié)頻率達到水泵額定轉(zhuǎn)速后，如水壓在所設定的判斷時間內(nèi)還不能滿足恒壓值時，系統(tǒng)自動將當前變頻泵切換為工頻運行狀態(tài)，并指示下一 臺為變頻泵。選用西門子公司最新的專用變頻器 MICROMASTER Eco 型變頻器。在 設計階段可以降低對供水壓力計算準確度的要求，因為隨時可以方便地改變供水壓力。最低使用壓力也不應太小，因為水泵不允許在低揚程大流量下 長期超負荷工作 。 大多數(shù)的 變頻器與 變頻供水控制器配合， 都 可實現(xiàn)恒壓供水 ， 并且 有很多 變頻器設計 方案已將 變頻供水控制器直接做在供水專用變頻器中 ， 使其 具有可靠性好， 使用方便 等 優(yōu)點。 由水泵－管道供水原理可知，調(diào)節(jié) 供水流量，原則上有二 種方法；一 是節(jié)流調(diào)節(jié)，開大供水閥，流量上升；關小供水閥 ，流量下降。我國國家科委和國家經(jīng)貿(mào)委在《中國節(jié)能技術 政策大綱》中把泵和風機的調(diào)速技術列為國家九五計劃重點推廣的節(jié)能技術項目。由多泵并聯(lián)恒壓變頻供水理論可知多泵并聯(lián)恒壓供水，只要其中一臺泵是變頻泵，其余全是工頻泵，可以實現(xiàn)恒壓變量供水 。 在多泵并聯(lián)變頻恒壓變量的供水情況下，當用水流量下降 ，變頻調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速下降（變頻器供電頻率下降）；當頻率下降 到零流量的時候，變頻供水控制器發(fā)出一個指令，自動關閉一 臺工頻泵使之超出并聯(lián)供水。在投入時，變頻泵的轉(zhuǎn)速 自動下降 ，然后慢慢上升以滿足恒壓供水的要求。上述頻率自動上升，下降由供水變頻控制器控制。在這種供水模式中，當供水流量少于變頻泵 在恒壓工頻下的流量時，由變頻泵自動調(diào)速供水，當用水流量增大，變頻泵的轉(zhuǎn)速升高。變頻器則另外啟動一臺并聯(lián)泵投入工作。 具有變頻泵自動輪換控制的變頻恒壓變量供水系統(tǒng) ，變頻泵是定時改變的，即任何一臺并聯(lián)泵都有可能成為變頻 泵。為此，對于變頻恒壓供水并 變頻泵自動定時輪換的水機，各并聯(lián)水泵的大小應相同以保 證恒壓供水。在變頻泵自動輪換過程中，要在變頻器的輸出端進行切換；為了保護變頻 器，在進行自動切 換之前應使變頻器停止運行。在切換好后再重新啟動變頻器而恢復正常運行。 變壓變量 供水系統(tǒng)沒有通用性，在工程上很少應用 。 例如多泵并聯(lián)恒 壓供水，當一臺泵工作，其恒壓值為 P1；當投入一臺泵，其恒壓值自動變?yōu)?P1＋ ΔP1；當二、三、四 臺泵投入，其恒壓值分 別自動變?yōu)?P1＋ ΔP1＋ ΔP2， P1＋ ΔP1＋ ΔP2＋ ΔP3， P1＋ ΔP1＋ Δ P2＋ ΔP3＋ ΔP4， …… 。 具有較強的功能，對供水質(zhì)量、節(jié)約能源和運行可靠性具有較好的改善。系統(tǒng)的控制目標是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設定的給水壓力值與反饋的總管壓力實際值進行比較，其差值輸入 CPU 運算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動機的投運臺數(shù)和運行變量泵電動機的轉(zhuǎn)速，從而達到給水總管壓力穩(wěn)定在設定的壓力值上。即將壓力控制點測的壓力信號 (4－ 20ｍＡ )直接輸入到變頻器中，由變頻器將其與用戶設定的壓 力值進行比較，并通過變頻器內(nèi)置 PID 運算將結果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號調(diào)整水泵電機的電源頻率，從而實現(xiàn)控制水泵轉(zhuǎn)速。 在硬件系統(tǒng)設計中，采用一臺變頻器連接 3 臺電動機，其中 3水泵電機是小機，具有變頻 /工頻兩種工作狀態(tài)，每臺電機都通過兩個接觸器與工頻電源和變頻器輸出電源相聯(lián)； 2水泵電機是大機，只有變頻工作狀態(tài)，每臺電機只通過一個接觸器與變頻輸出電源連接。對于有變頻 /工頻兩種狀態(tài)的 3電動機，還需要在工頻電源下面接入兩個同樣的自動空氣開關，來實現(xiàn)電機的過流過載保護接通，空氣開關的容量依據(jù)小機的額定電流來確定。 由于每臺電機的工作電流都在幾百安以上，為了顯示電機當前的工作電流，必須在每臺電機三相輸入電源前面都接入兩個電流互感器，電流互感器和熱繼電器、兩個電流表連接，如圖 21 所示。同時熱繼電器可以實現(xiàn)對電動機的過熱保護。特別是對于有變頻 /工頻 圖 21 電流互感器的接線圖 15 兩種狀態(tài)的電動機，一定要保證在工頻電源拖動和變頻輸出電源拖動兩種情況下電機旋向的一致性，否則在變頻 ／ 工頻的切換過程中會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)換電流，致使轉(zhuǎn)換無法成功。另外為了改善變頻器的功率因素，還需配置相應的 DC 電抗器，變頻器的 [P1,P+]端子是連接 DC 電抗器之用。 對于系統(tǒng)中真空泵控制電路，使用一臺三相交流異步電動機和 4 個兩位兩通電磁換向氣閥組成抽取真空的回路。 控制電路設計 在 控制電路的設計中，首先要考慮弱電和強電之間的隔離的問題。為了保護 PLC 設備， PLC 輸出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是通過中間繼電器去控制電機或者閥門的動作。 控制電路之中存在電路之間互鎖的問題，由于控制系統(tǒng)是實現(xiàn)分組的組內(nèi)自動循環(huán)，所以電路的自鎖包括組內(nèi)互鎖和組間互鎖。在實現(xiàn)組內(nèi)互鎖的時候，嚴禁出現(xiàn)一臺電動機同時接在工頻電源和變頻電源的情況，同時要求變頻器始終只與一臺電動機相連，而且當大容量電動機變頻工作的時候，小容量電動機要么是工頻工作運行，要么是停止工作?？刂齐娐返慕M間互鎖是通過輸入按鈕，控制 PLC 的輸入端口來實現(xiàn)的，當選擇一組機組運行時，按下另一組起動按鈕則為無效操作。 16 PLC 配置 可編 程序 控制器 (PLC)是在電器控制技術和計算 機控制技術基礎上開發(fā)出來的 ,并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心、把年自動化技術，計算機技術通信技術融為一體的新型工業(yè)控制裝置。或為一種最重要最普及應用場合最多的工業(yè)控 制裝置。繼電器控制系統(tǒng)中，由于器件的老化，脫焊，觸點的抖動以及觸點電弧等現(xiàn)象是不可避免的，大大降低了系統(tǒng)的可靠性。 總的來說PLC 具有以下特點： 1． 可靠性高。 2． 控制能力強。 3． 操作方便。 4． 具有豐富的 I/O 接口模塊。 5． 采 用模塊化結構。 PLC 的各個部件，包括 CPU、電源、 I/O等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 S7200 型 PLC 的結構緊湊，價格低廉，具有較高的性能 /價格比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)。 PLC 和上位機的通信采用 PC/PPI 電纜，支持點對點接口（ PPI）協(xié)議， PC/PPI 電纜可以方 17 便實現(xiàn) PLC 的通信接口 RS485 到 PC 機的通信接口 RS232 的轉(zhuǎn)換，通信傳輸速率為 或 。 2． PLC 的開關量輸入、輸出點 PLC 的輸入、輸出點數(shù)的確定根據(jù)控制系統(tǒng)設計要求和所需控制的現(xiàn)場設備數(shù)量加以確定。根據(jù)我們的實際情況，這里我們設計選用 CPU226，同時還加上一個擴展模塊 EM235 模擬量輸入輸出模塊。自動控制系統(tǒng) PLC 的輸入端口包括電動機的起動、過載、停止及變頻器的起動和模擬量的輸入等。對于變頻器，不僅需要一個中間繼電器來控 制變頻器的 FWD 和 CM 的通斷，來實現(xiàn)變頻器的運行和停止；而且需要一個中間繼電器來控制變頻器的 BX 和 CM 的通斷，斷開變頻器輸出，實現(xiàn)變頻 /工頻的切換。 I 0 . 0 Q 0 . 0I 0 . 1 Q 0 . 1I 0 . 2 Q 0 . 2I 0 . 3 Q 0 . 3I 0 . 4 Q 0 . 4I 0 . 5 Q 0 . 5I 0 . 6 Q 0 . 6I 0 . 7 1 LM G N D L 1+ 2 4 N F AF R 1S 1F R 2S 2F R 3S 3S AA C 2 2 0 圖 22 CPU 226 DC/DC/DC 端子連接電氣圖 表 21 可編程控制器輸入、輸出端口（ I/0）地址分配表 名稱 代碼 地址編碼 名稱 代碼 地址編碼 1過載 FR1 模擬量輸入 UP AIW0 1停止 SA1 1變頻 KM1 2過載 FR2 1工頻 KM2 2停止 SA2 2變頻 KM3 3過載 FR3 2工頻 KM4 3停止 SA3 3變頻 KM5 變頻器啟動 SA7 3工頻 KM6 水位上限 SH 啟動變頻器 KM7 水位下限 SL 變頻器復位