【正文】 所以在這樣一個能源貧困大國，如何用科技的力量減少能源的損耗，用高效率的自動化控制系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的落后的控制方式，節(jié)約人力資源，降低能源損耗。如何能有效保證城鎮(zhèn)居民有水用的同時，盡最大可能的節(jié)約水資源和降低通過先進(jìn)的控制系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)而達(dá)到降低水能或者電力能源功耗。供水方式有以下幾種(1) 恒速水泵+蓄水池的方式 這種供水方式是最簡單最直接的供水方式，有的甚至連蓄水池都沒有安裝而是直接從供水系統(tǒng)管網(wǎng)中取水連接管道。恒速水泵的加壓供水方式無法也根本不可能對城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水管網(wǎng)的壓力大小做出比較有效的反應(yīng)，供水水泵的數(shù)目增加和減少都必須要依賴于工人現(xiàn)場進(jìn)行手工的操作，自動化程度比較低，而且大多數(shù)時候為了保證供水，又無法檢測壓力機組經(jīng)常處于沒必要的滿負(fù)荷運行，不僅效率低、耗電量很大，而且在用水量較少的夜間時段和用水低谷期，管網(wǎng)難免處于超壓運行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象比較嚴(yán)重，目前較少采用。而且比前一種方式節(jié)約電，因為只要水塔滿了，就可以關(guān)掉電機，當(dāng)水位下降到一定水位，在啟動電機即可但是也有明顯的缺點。造成占地面積大，投資巨大；礙于水塔本身的限制，這種供水方式供水服務(wù)區(qū)域受到一定限制，無法大面積的供水；在自來水由低水位到水塔，再由水塔到用戶的能量變化過程中，存在無法避免的能量損失；電機要經(jīng)常啟動和停止，而電機啟動對電網(wǎng)沖擊大，比較費電；水塔內(nèi)部細(xì)菌易于繁殖，衛(wèi)生狀況堪憂，高位水塔要經(jīng)常定時人工清潔，比較費時費力。變頻供水設(shè)備以水泵機組的出水端壓力作為檢測依據(jù)，根據(jù)檢測到的壓力數(shù)值和設(shè)定的參數(shù)比較，從而調(diào)節(jié)變頻器改變水泵的工作頻率，對水壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，組成了一套完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。變頻供水的主要優(yōu)點有： 相比于水塔供水，大大的節(jié)約了投資和占地面積，消除了安全顧慮等因素，總體節(jié)約投資30%50%；恒壓供水完全滿足用戶需求，對機組實現(xiàn)軟起動變頻運行，是用戶獲得良好的用戶體驗，而且節(jié)約了水資源和電力；能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度上的全自動無人值守運行，自動化程度非常高，智能運行。 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 近代以來的變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展首要要得益于現(xiàn)代電力電子技術(shù)的大力發(fā)展以及計算機技術(shù)的飛速進(jìn)步和自動控制技術(shù)的發(fā)展，還有電機控制理論的不斷成熟與進(jìn)步。日本研究人員在20世紀(jì)80年代初，提出了一種叫磁通磁鏈軌跡控制的方法。在中國電能的60％的被電動機類負(fù)載消耗，所以如何使用電機的變頻控制技術(shù)，改造工業(yè)控制領(lǐng)域的電動機調(diào)速系統(tǒng)和方式，以節(jié)省電動機類負(fù)載所消耗的電能，在我國長久以來一直是一個國家和行業(yè)比較關(guān)注的問題。隨著中國的改革開放和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大多數(shù)公司和工廠開始采取從外國進(jìn)口變頻設(shè)備的方法，但是國內(nèi)的相關(guān)設(shè)備和技術(shù)也在迅速的發(fā)展和成熟，現(xiàn)階段是依靠進(jìn)口設(shè)備和自我研發(fā)相結(jié)合的階段，但總體上國內(nèi)技術(shù)與國外的設(shè)備有一定差距。給普通的變頻調(diào)速系統(tǒng)增加一個壓力檢測單元就可以實現(xiàn)十供水系統(tǒng)的閉環(huán)控制。 論文原始資料原始資料給出的供水負(fù)荷考慮附件鄉(xiāng)鎮(zhèn)近期自來水普及率按百分之九十五計算，遠(yuǎn)期自來水普及率百分之百計算。確定水廠近期（2020年）供水10000m179。/d。150S78水泵 參數(shù)介紹流量：160（m3/h） 揚程：78（m） 軸功率：47（kW） 吸入口徑：150（mm） 排出口徑：100（mm）150S78B水泵 參數(shù)介紹流量：144（m3/h） 揚程：78m 軸功率：進(jìn)口口徑：150mm 出口口徑：100mmY250M2型三相異步電機 參數(shù)介紹 電動機功率：55KW 電壓：380V 電流：103A 轉(zhuǎn)速：2970 r/min 額定頻率：50Hz、60HzY200L2型三相異步電機 參數(shù)介紹電動機功率：37KW 電壓：380V 電流：70A轉(zhuǎn)速 2950 r/min 額定頻率：50Hz、60Hz供水壓力要求：根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》（SZ3102004)，供水區(qū)域內(nèi)有樓房時，應(yīng)滿足大多數(shù)居民用水需求，出水頭28m（約六層），,考慮不利點因素和水壓遞減損失，. 論文設(shè)計的任務(wù)和要求 設(shè)計任務(wù)是常寧市民心自來水廠供水項目2級泵房電氣電氣控制器的設(shè)計。直接設(shè)計的電氣控制系統(tǒng)，要滿足供水要求，既要滿足國家相關(guān)水壓，可靠性，節(jié)能指標(biāo)。2 主要設(shè)備選型，特別是PLC，變頻器的選型。 4. 采用PLC控制電路的設(shè)計。直接增壓法：將水泵直接安裝在管道上，直接加壓，不設(shè)水池。除了一些早期的項目，目前在國內(nèi)增壓泵站蓄水池設(shè)計基本被淘汰。為了對兩個區(qū)的用戶都能實現(xiàn)變頻恒壓供水，我們選用兩臺變頻器。 二區(qū)用戶：三相異步電機 Y200L2 兩臺，功率37KW，一用一備。根據(jù)需要，自動切換。通過對原始資料的分析，確定了設(shè)計方案，根據(jù)設(shè)計方案內(nèi)容進(jìn)行了主要設(shè)備設(shè)備選擇。 設(shè)計方案的選擇根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，要設(shè)計一個自來水廠二級泵房的電氣控制器，查閱資料根據(jù)國內(nèi)主要的泵站控制系統(tǒng)進(jìn)行比較分析，并最終確定設(shè)計方案。但是隨著單片機，PLC等一些可編程的智能控制器的發(fā)展和普及，將逐漸被淘汰。(2 )控制速度相對較慢：繼電器的動作是一種機械特性動作，動作返回大部分還依賴于彈性變形等，而且動作的時候存在無法避免的機械抖動現(xiàn)象，對需要處理的信號造成干擾，相對于可編程控制器的軟件精確微秒級的反應(yīng)速度，顯然落后很多。方案二：PLC+變頻器 控制可編程控制器是專為工業(yè)控制而設(shè)計的控制器件，具有以下優(yōu)點(1 )靈活性高：PLC具有單片機可編程的這個突出優(yōu)點，而且編程的方式和方法大大簡化，有梯形圖，功能表圖，助記符等方法。(2) 可靠性高：相比于單片機等其他控制設(shè)備，PLC最突出的優(yōu)勢就在于它是工業(yè)控制現(xiàn)場專用的控制器，強大的抗干擾能力，極度簡化的外圍電路和硬件，大大提高了它的可靠性。在信號輸入輸出的地方還加入光電隔離，杜絕信號干擾。通過對以上二種常見方案的比較分析，我們針對二級泵站的設(shè)計任務(wù)要求，因為是針對城鎮(zhèn)居民的生活用水，對供水可靠性要求較高，所以選擇方案二：PLC+變頻器的控制方式。它分為調(diào)速泵和恒速泵，根據(jù)壓力傳感器輸入的信號與設(shè)定值比較，調(diào)速泵在變頻器的控制下變速運行，調(diào)節(jié)水泵出口處壓力值，達(dá)到變頻恒壓供水的目的。（2） 主電路 主電路是將整個系統(tǒng)設(shè)備有機的組合在一起所必須的電力電子器件，主要有開關(guān)電路，控制接觸器，熔斷器，熱繼電器，隔離開關(guān)等。（3） 控制器 控制器是整個系統(tǒng)的核心，包括PLC，變頻器和工控機。 變頻器根據(jù)控制方式的不同的，分為循環(huán)變頻控制和固定變頻控制兩種控制方式。固定變頻控制是指：當(dāng)需要增加電機運行時，變頻器不切換，而是由PLC控制直接啟動另一臺電機。另一個作用是，工控機是人和控制系統(tǒng)信息交換參數(shù)設(shè)定的通道窗口，可以直接通過組態(tài)軟件對需要設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行二次設(shè)定。 液位檢測信號是將水池中水位信息進(jìn)行采集，反饋給PLC的裝置。 過載信號和故障信號檢測室將系統(tǒng)部正常工作狀態(tài)信號反饋給PLC，PLC控制聲光報警裝置作出反應(yīng)。它主要由中央處理器(CPU)、存儲器、輸入/輸出(I/O)接口，電源等組成。它的主要任務(wù)有:控制接收和存儲編程設(shè)備輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。掃描I/O接收的現(xiàn)場狀態(tài)，并按照用戶程序?qū)π畔⑦M(jìn)行處理，然后刷新輸出接口，對執(zhí)行部件進(jìn)行控制。系統(tǒng)存儲器用來存放PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在PROM或EPROM存儲器中，用戶不可訪問和修改。用戶程序存儲區(qū)用于存儲用戶編寫的控制程序，數(shù)據(jù)存儲區(qū)用于存放用戶程序中使用器件的ON/OFF狀態(tài)和各種數(shù)值數(shù)據(jù)等。輸入單元用于接收現(xiàn)場的二些控制信號，通過接口電路轉(zhuǎn)換成中央處理器可識別和處理的低電壓信號，并存入輸入映像寄存器。(4)電源單元電源單元是PLC的電源供給部分。(5)外設(shè)接口與擴(kuò)展接口PLC可以通過外設(shè)接口與監(jiān)視器、打印機、PLC或計算機相連。 PLC的基本構(gòu)成圖 PLC的選型 目前，PLC的品牌和種類很多，大概有300多個品種，以美國、德國、日本的品牌最為顯著，在我國也有一些生產(chǎn)PLC的廠家。機型選好以后，再確定PLC的結(jié)構(gòu)形式，整體式的PLC一般適用于工藝流程相對固定、維修量小、環(huán)境條件好的小型控制系統(tǒng)，而模塊式結(jié)構(gòu)的PLC適用于工藝流程復(fù)雜、維修量大、環(huán)境條件差的控制系統(tǒng)。另外，還要考慮I/O點數(shù)的要求，一般在確定控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)后，還要留有15%20%備選I/O點數(shù)。最后還要根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，考慮是否要選擇模擬量輸入/輸出模塊和特殊功能模塊。西門子S7—200系列PLC是一種小型的可編程控制器，它具有緊湊的設(shè)計、良好的擴(kuò)展性、較高的可靠性、豐富的指令集、強大的通信功能以及低廉的價格，使得其可以完美地滿足小規(guī)模的控制系統(tǒng)的要求。新升級的CPU224和CPU226PLC，運算速度提高了40%。一共5臺水泵，而每一臺電機要求既能變頻運行，又能切換到工頻運行，所以需要10個輸出端口，另外控制變頻器的起動與停止需要1輸出個端口，指示燈報警需要1個輸出端口，輸出端口一共12個。手動運行模式和自動運行模式選擇需要 1個輸入端口對變頻器上限頻率到達(dá)和下限頻率到達(dá)信號采集需要2個輸入端口液位上限和液位下限信號需要2個輸入端口檢測電機是否過程需要5個端口綜上所述一共需要12個輸入端口。交交變頻器可將工頻交流電直接轉(zhuǎn)變成頻率和電壓均可控制的交流電，又稱為直接變頻器。目前，使用最多的通用變頻器多是交直交變頻器，它由主電路，包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制電路組成。整流電路有可控整流電路和不可控整流電路兩種。六個半導(dǎo)體器件組成的橋式電路是常見的逆變電路，通過控制電路控制開關(guān)器件的通、斷，可以得到所需頻率的交流電輸出。這種無功能量需要中間直流環(huán)節(jié)中的電容器或電抗器來進(jìn)行緩沖。另外，變頻器按調(diào)制方法來分，分為PAM型變頻器和PWM型變頻器。，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實際逐漸走向成熟。因此，交流變頻調(diào)速已逐漸取代了過去的傳統(tǒng)滑差調(diào)速、變極調(diào)速、直流調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng)，越來越廣泛的應(yīng)用于冶金、紡織、印染、煙機生產(chǎn)線及樓宇、供水等領(lǐng)域。在工程中使用變頻器，我們?nèi)绾螌ζ溥M(jìn)行選型，一般有以下的步驟:（1）分析負(fù)載類型，是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載還是平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載。（3）根據(jù)電動機的額定電流和額定功率，確定變頻器輸出頻率和額定電流。（5）根據(jù)變頻器的輸出頻率和額定電流，對該品牌的變頻器進(jìn)行選型。按照以上6個步驟，變頻器選型過程如下：（1）本設(shè)計的控制對象是電動機，電動機是平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，用變頻控制時注意不能選用通用型變頻器而要選擇水泵類專用型，西門子MM430變頻器是專用的水泵負(fù)載專用變頻器。（3）電動機的額定電流為103A，額定功率為55KW，必須滿足變頻器額定功率≥電機額定功率，輸出頻率范圍為0650HZ。泵類負(fù)載及樓宇暖通空調(diào)變頻節(jié)能方面作了許多工作，從而達(dá)到了降低電耗改善設(shè)備運行性能保證設(shè)備經(jīng)濟(jì)運行的目的。綜上所述，西門子MM430滿足本設(shè)計要求，所以選擇MM430變頻器。具有2個模擬輸入，輸入信號類型可以是0~+10V、0~20mA和10+10V。具有多個繼電器輸出。電動機驅(qū)動數(shù)據(jù)組(DDS)、命令數(shù)據(jù)組和設(shè)定值信號源(CDS)參數(shù)的設(shè)定值可以相互切換。過載能力為140%額定負(fù)載電流時，持續(xù)時間為3s，在110%額定負(fù)載電流時，持續(xù)的時間為60s具有過電壓、欠電壓保護(hù)、過熱保護(hù)、接地故障保護(hù)、防失速保護(hù)、PTC服TY電動機溫度保護(hù)。 MM430技術(shù)參數(shù)功率范圍 ~ 250kW電源電壓380V ~ 480V177。壓力傳感器由于技術(shù)門檻比較低，近年來隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)有很多企業(yè)生產(chǎn)的水壓傳感器性能都相當(dāng)?shù)牟诲e。該產(chǎn)品用于測量弱腐蝕的液體壓力、氣體壓力、油壓、水壓等各種壓力測量與控制用。 主要參數(shù)： 被測介質(zhì)： 氣體、液體及蒸氣（弱腐蝕性） 壓力類型： 表壓 量 程： ～60 Mpa～120 Mpa間任意可選（,量大量程為120MPa） 輸 出：模擬量輸出 4～20mA 或 0～5VDC、0～10VDC、～ 數(shù)字量輸出RS485，R23無線短距離（2000米）網(wǎng)絡(luò)傳輸、GPRS無線傳輸 綜合精度： 177。%FS、177。%FS/年 振動影響：≤177。當(dāng)線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸點復(fù)原，常開觸點斷開，常閉觸點閉合 。由原始資料已知 Y250M2 電動機功率：55KW 電壓：380V 電流：103A Y200L2 電動機功率：37KW 電壓：380V 電流：70A估算原則：（1）持續(xù)運行的設(shè)備。接觸器按80%，只能控制最大額定電流是80A以下的設(shè)備該設(shè)計任務(wù)中，接觸器需要持續(xù)運行。電網(wǎng)配電一般用刀型觸頭熔斷器；電動機保護(hù)一般用螺旋式熔斷器；照明電路一般用圓筒帽形熔斷器；保護(hù)可控硅元件則應(yīng)選擇半導(dǎo)體保護(hù)用快速式熔斷器. (二)從熔斷器的規(guī)格選擇熔體額定電流的選擇（1）單