【正文】 5）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)心得 提交設(shè)計(jì)（論文）形式（設(shè)計(jì)說明與圖紙或論文等）及要求： 1）設(shè)計(jì)論文 2~4 萬字（40 頁） 。 2）系統(tǒng)原理圖、軟件框圖及仿真軟件。系統(tǒng)使用壓力變送器對供水水壓進(jìn)行連續(xù)檢測，檢測到的壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號后送給可編程控制器（PLC）和變頻器。本系統(tǒng)采用一臺變頻器拖動三臺水泵電機(jī)的起動切換、運(yùn)行和調(diào)速。系統(tǒng)設(shè)有監(jiān)控上位機(jī)，上位機(jī)與 PLC 連接，完成對系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)控。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(jī)的轉(zhuǎn)速 n,從而改變水泵的流量 Q 來實(shí)現(xiàn)的。關(guān)鍵詞: 恒壓供水 組態(tài)監(jiān)控 PLC 變頻器 viiAbstract In this paper, the water pump in the highrise building constant pressure water supply system of PLC and inverter control and monitoring configuration design process. The system uses hydraulic pressure transmitter for continuous water supply testing, to detect the pressure signal after the conversion to electrical signals to the programmable logic controller (PLC) and the inverter. PLC as a core control mechanism, on the one hand to control the peak transducer and pump up the work, on the other hand, connected with the host puter, running on the system to achieve the configuration monitoring。把先進(jìn)的自動化技術(shù)、控制技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用到供水領(lǐng)域，成為對供水系統(tǒng)的新要求。 傳 統(tǒng) 供 水 方 式 占 地 面 積 大 ，水 質(zhì) 易 污 染 ， 基 建 投 資 多 ， 而 最 主 要 的 缺 點(diǎn) 是 水 壓 不 能 保 持 恒 定 ， 導(dǎo) 致 部 分 設(shè) 備 不能 正 常 工 作 。 由 于 安 全 生 產(chǎn) 和供 水 質(zhì) 量 的 特 殊 需 要 ， 對 恒 壓 供 水 壓 力 有 著 嚴(yán) 格 的 要 求 ， 因 而 變 頻 調(diào) 速 技 術(shù) 得 到 了更 加 深 入 的 應(yīng) 用 。國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐。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，方便地實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控，同時(shí)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對于提高企業(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。 　 　 由 于 變 量 泵 工 作 在 變 頻 工 況 ， 在 其 出 口 流 量 小 于 額 定 流 量 ， 泵 轉(zhuǎn) 速 降 低 ， 減少 了 軸 承 的 磨 損 和 發(fā) 熱 ， 延 長 泵 和 電 動 機(jī) 的 機(jī) 械 使 用 壽 命 。 徹 底 消 除 水 錘 現(xiàn) 象 。眾所周知，水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水節(jié)能已成為時(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下，我們這個(gè)水資源和電能短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動化程度低。變頻調(diào)速的方式在節(jié)能效果上明顯優(yōu)于氣壓罐方式。當(dāng)系統(tǒng)所需水量下降時(shí)，供水壓力將超出系統(tǒng)所需要的壓力從而造成能量的浪費(fèi)。而變頻恒壓供水在系統(tǒng)用水量下降時(shí)可無級調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使供水壓力與系統(tǒng)所需水壓大致相等，這樣就節(jié)省了許多電能，同時(shí)變頻器對水泵采用軟啟動，啟動時(shí)沖擊電流很小，啟動能耗比較小。而變頻調(diào)速供水系統(tǒng)的變頻器是一臺由微機(jī)控制的電氣設(shè)備，不存在消耗多少鋼材的問題。而變頻調(diào)速式中的調(diào)速裝置占地面積僅為幾平米。在運(yùn)行效果上，氣壓罐方式與調(diào)速式相比也存在著一定差距。由于氣壓罐的調(diào)節(jié)容量僅占其總?cè)莘e的 1/31/6，因而每個(gè)罐的調(diào)節(jié)能力很小，只得依靠頻繁的啟動來保證供水，這樣將產(chǎn)生較大的噪聲，同時(shí)由于啟動過于頻繁，壓力不穩(wěn)，加之硬啟動，電氣和機(jī)械沖擊較大，設(shè)備損壞很快。在小區(qū)供水中，而且由于調(diào)速式是經(jīng)水泵加壓后直接送往用戶的，防止了的水質(zhì)二次污染，保證了飲用水水質(zhì)可靠。湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3第二章 調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)能耗與安全性分析在供水系統(tǒng)中，用水量處于動態(tài)變化過程之中，采取恒速泵供水方式，無法維持管壓恒定，同時(shí)也影響設(shè)備壽命；若采取閥門控制調(diào)節(jié)流量來維持管壓，必然造成大量的電能浪費(fèi)；而且水泵電機(jī)直接工頻起動與制動帶來的水錘效應(yīng)，對管網(wǎng)、閥門等也具有破壞性的影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)采用變頻調(diào)速技術(shù)調(diào)節(jié)流量實(shí)現(xiàn)恒壓供水，可節(jié) 2050%，節(jié)能效果相當(dāng)顯著。 供水系統(tǒng)的基本模型供水系統(tǒng)的基本模型如圖 所示。表明水泵的泵水能力。只有在大于管道的實(shí)際最高位置的情況下，才能正常水。即： = ；BH2h14．全揚(yáng)程 水泵能夠泵水上揚(yáng)的最高水位 與吸入口的水位 之間的水位差。即： = ； T0h5．損失揚(yáng)程 全揚(yáng)程與實(shí)際揚(yáng)程之差，即為損失揚(yáng)程。供水系統(tǒng)為了保證供水，其全揚(yáng)程必須大于實(shí)際揚(yáng)程，這多余的TB揚(yáng)程一方面用于提高及控制水的流速，另一方面用于抵償各部分管道內(nèi)的摩擦損失；6．管阻 閥門和管道系統(tǒng)對水流的阻力和閥門開度、流量大小、管道系統(tǒng)等多R種因素有關(guān)，難以定量計(jì)算，常用揚(yáng)程與流量間的關(guān)系曲線來描述；7．壓力 表明供水系統(tǒng)中某個(gè)位置水壓大小的物理量。 供水系統(tǒng)的特性曲線和工作點(diǎn)供水系統(tǒng)的參數(shù)表明了供水的性能。這種聯(lián)系和變化規(guī)律可用供水系統(tǒng)的特性曲線直觀地反映，主要有揚(yáng)程特性曲線和管組特性EH0NC EQNOB②①③④TABN湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5曲線，如圖 。圖 中：曲線①——額定轉(zhuǎn)速 時(shí)的揚(yáng)程特性曲線；Nn曲線②——轉(zhuǎn)速 時(shí)的揚(yáng)程特性曲線；1曲線③——閥門開度 100%時(shí)的管阻特性曲線；曲線④——閥門開度不足 100%時(shí)的管阻特性曲線。不同轉(zhuǎn)速下，揚(yáng)程特性曲線不同，圖 )(QfHT?中的曲線①、②分別對應(yīng)于轉(zhuǎn)速 、 ，且 ＞ 。在這里，流量的大小取決于用戶，是用水流量，用 表示。2．管阻特性以水泵的轉(zhuǎn)速不改變?yōu)榍疤?，閥門在某一開度下，全揚(yáng)程與流量間的關(guān)系曲線，稱為管阻特性曲線。管阻特性表明由閥門開度來控制供水能力的特性曲線。GQ在實(shí)際的供水管道中，流量具有連續(xù)性，并不存在供水流量與用水流量的差別。GQU當(dāng)供水流量 接近于 0 時(shí)，所需的揚(yáng)程等于實(shí)際揚(yáng)程（ ） 。因此，實(shí)際揚(yáng)程也就是能夠供水的基本揚(yáng)程。在這一點(diǎn)，供水系統(tǒng)既滿足了揚(yáng)程特性，也符合了管阻特性。圖 中的 點(diǎn)表示水泵工作于額定轉(zhuǎn)速，閥門開度為 100%時(shí)的供水狀態(tài)，為系N統(tǒng)的額定工作點(diǎn)。PC 供水系統(tǒng)中恒壓實(shí)現(xiàn)方式對供水系統(tǒng)進(jìn)行的控制，歸根結(jié)底是為了滿足用戶對流量的需求。而流量的大小又取決于揚(yáng)程，而揚(yáng)程難以進(jìn)行具體測量和控制。GQUQ若供水能力 ＜用水需求 ，則壓力 下降；UP若供水能力 = 用水需求 ，則壓力 不變。從而，選PUQ擇壓力控制來調(diào)節(jié)管道流量大小。 異步電動機(jī)調(diào)速方法通過轉(zhuǎn)速控制法實(shí)現(xiàn)恒壓供水，需要調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。由三湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7相異步電動機(jī)的 ())1(60)1(spfsn???由式（）可知調(diào)速方法有變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差調(diào)速和變頻調(diào)速。磁極對數(shù)的改變通過改變電機(jī)定子繞組的接線方式來實(shí)現(xiàn)。2．變轉(zhuǎn)差調(diào)速通過改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變。223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。但在供水系統(tǒng)s中由轉(zhuǎn)速控制法實(shí)現(xiàn)恒壓供水時(shí)，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(shí)的轉(zhuǎn)差率 增大，轉(zhuǎn)差功率增大，電機(jī)運(yùn)行效率降s低。因此變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法不適用于恒壓供水系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速控制法。這種調(diào)速方式需要專用的變頻裝置，即變頻器。在改變輸出頻率的同時(shí)也改變輸出電壓，以保證電機(jī)磁通基本不變，其關(guān)系為 = 常數(shù)1fu式中 一一變頻器輸出電壓， 一一變頻器輸出頻率。139。xsrfpUmT???（）式中 一一電機(jī)相數(shù)； 一一定子電阻； 一一定子漏電抗； 一一轉(zhuǎn)子漏電抗折1m1r1x39。頻率 從額定值 往下調(diào)時(shí)， 。N234變頻調(diào)速過程的特點(diǎn)： 靜差率小，調(diào)速范圍大，調(diào)速平滑性好，而且，很關(guān)鍵的一點(diǎn)是調(diào)速過程中，其轉(zhuǎn)差率不變。因此恒壓供水系統(tǒng)中采取變頻調(diào)速方式可以獲得優(yōu)良的運(yùn)行特性和明顯的節(jié)能效果。其總的原則是首先保證可靠地滿足工藝要求，再盡可能節(jié)省資金。變頻器類型的選擇要根據(jù)負(fù)載的要求進(jìn)行。在變頻器選型前應(yīng)掌握傳動系統(tǒng)的以下參數(shù):（1）電動機(jī)的極數(shù)。在同等電動機(jī)功率情況下，相對于高過載轉(zhuǎn)矩模式，變頻器規(guī)格可以降額選取；（3）電磁兼容性。一般當(dāng)電動機(jī)與變頻器距離超過50m時(shí)，應(yīng)在它們中間串入電抗器、濾波器或采用屏蔽防護(hù)電纜。其中后兩項(xiàng)變頻器生產(chǎn)廠家由本國或本公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達(dá)變頻器的能力。負(fù)載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則。由于同容量電動機(jī)，其極數(shù)不同，電動機(jī)額定電流不同。變頻器的容量選擇不能以電動機(jī)額定電流為依據(jù)。這是因?yàn)?，電動機(jī)的容量選擇在考慮最大負(fù)載，富裕系數(shù)，電動機(jī)規(guī)格等因素，往往電動機(jī)的容量富裕較大，湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10工業(yè)用電動機(jī)常常在50%～60%額定負(fù)荷下運(yùn)行。變頻器與電動機(jī)的匹配主要是電動機(jī)的額定電壓及電流，如果電動機(jī)額定電流小于同功率的變頻器額定電流，一般來說用同等功率的就足夠了，但如果大了，只好用大一級的變頻器。在選用變頻器時(shí)除了考慮技術(shù)性和可靠性外還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性，一般不要留有太大功率余量，變頻器與電動機(jī)兩者的功率應(yīng)相匹配，不但經(jīng)濟(jì)性好而且輸出波型更好。常見有下列幾種結(jié)構(gòu)類型可供設(shè)計(jì)中選用:（1）敞開型IP00。適用一般用途，可用于有少量粉塵或少許溫度、濕度變化的場合；（3）密閉型IP65。根據(jù)以上理論，選用三菱FRA540系列變頻器。應(yīng)用三菱FRA540系列變頻器內(nèi)置PID功能的PLC控制恒壓供水系統(tǒng)，效率高，損耗小，調(diào)速供水節(jié)能效果突出，運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，動態(tài)響應(yīng)快，體現(xiàn)了變頻調(diào)速恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢，取代了水塔、水箱、氣壓罐等，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，成為供水網(wǎng)的換代產(chǎn)品。假設(shè)系統(tǒng)原工作于額定狀態(tài) 點(diǎn)，當(dāng)所需流量減少，從額定流量 變?yōu)?時(shí)，在恒壓前NNQE提下，采用閥門控制法時(shí)供水系統(tǒng)工作點(diǎn)將移到 A 點(diǎn)，對應(yīng)的供水功率 與面積GP成正比；采用轉(zhuǎn)速控制法時(shí)供水系統(tǒng)工作點(diǎn)將移到 B 點(diǎn)，對應(yīng)的供水功率EOQAH與面積 成正比。（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與恒速運(yùn)行供水能耗分析根據(jù)水泵比例定理，改變轉(zhuǎn)速 ，水泵流量 、揚(yáng)程 和軸功率 都隨之相應(yīng)變nQP化，其關(guān)系式為 21n?（） 21)(H（） 31)(nP? （）從以上關(guān)系可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速 下降時(shí)，軸功率按轉(zhuǎn)速變化的 3 次方關(guān)系下降，可見轉(zhuǎn)速n對功率的影響是最大的。但在實(shí)際運(yùn)行中，管網(wǎng)用水量常常低于最不利工況，這時(shí)，如降低轉(zhuǎn)速相對于恒速泵供水運(yùn)行，能使水泵的軸功率大大減少。而且這種方式在用水量較少時(shí)節(jié)能效果更為明顯。式()中 ， 是pP指水泵是在一定流量、揚(yáng)程下運(yùn)行時(shí)所需的外來功率，即電動機(jī)的輸出功率；是供水系統(tǒng)的輸出功率也就是水獲得的實(shí)際功率，由實(shí)際供水的揚(yáng)程和流量計(jì)GP算。(2) 供水系統(tǒng)