【正文】 由于水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，只是人為調(diào)節(jié)系統(tǒng)阻力，電機(jī)功率變化不明顯，起不到節(jié)電作用。這種方法操作簡(jiǎn)單，節(jié)電效果明顯，是控制溫度較理想的方法。 方案說(shuō)明方案二中的室內(nèi)溫度在實(shí)際供暖系統(tǒng)中，一般與室外溫度和供水溫度有關(guān)，而我們?cè)O(shè)計(jì)的是一個(gè)模擬系統(tǒng)，因此，系統(tǒng)中室內(nèi)溫度的恒定主要是通過(guò)調(diào)節(jié)供水溫度來(lái)維持的。變頻恒溫供水是使用變頻器通過(guò)調(diào)節(jié)供水水泵的轉(zhuǎn)速，以維持供水溫度，并使其保持相對(duì)恒定，因此又簡(jiǎn)稱(chēng)恒溫供水。為了節(jié)省投資，一般只配備一臺(tái)變頻器，某一臺(tái)電動(dòng)機(jī)用變頻器驅(qū)動(dòng)，其他電動(dòng)機(jī)仍然用工頻電源驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)多泵并聯(lián)變頻恒溫供水，達(dá)到理想的流量及溫度調(diào)節(jié)效果。在控制系統(tǒng)中，溫度變送器將泵站出口管道的溫度和室內(nèi)室外的溫度轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流，這些反饋量直接送給 EM 模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換再送給 PLC，PLC 根據(jù)室外溫度和室內(nèi)溫度和供水溫度的偏差變化情況，經(jīng) PLC 內(nèi)部的 PID 運(yùn)算，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，控制變頻及工頻電源供電的水泵臺(tái)數(shù)。選擇最佳的輸出頻率，既能保證供水溫度，又能防止溫度過(guò)高，可以節(jié)約大量的能源。根據(jù)當(dāng)前的供水量和泵站出口處的溫度，控制工頻運(yùn)行的水泵臺(tái)數(shù)，對(duì)供水量和流量進(jìn)行粗調(diào)，用變頻電動(dòng)機(jī)進(jìn)行細(xì)挑。隨著用水流量的增大，由于閉環(huán)控制的作用，變頻泵的轉(zhuǎn)速自動(dòng)升高，以維持恒溫；如果變頻泵的轉(zhuǎn)速升高到工頻轉(zhuǎn)速時(shí)，管道出口溫度仍未達(dá)到設(shè)定值，則啟動(dòng)一臺(tái)工頻泵。當(dāng)用室外溫度減少時(shí)，鍋爐的加熱狀態(tài)也會(huì)降下來(lái)，變頻泵的頻率也將自動(dòng)減小，降到某一設(shè)定值時(shí)，如果管道溫度仍高于設(shè)定值，則切除一臺(tái)工頻泵，切除后如果管道溫度仍然過(guò)高，再切除一臺(tái)工頻泵，直到管道溫度等于設(shè)定值。當(dāng)供水設(shè)備供電開(kāi)始時(shí)，先啟動(dòng)變頻泵，水溫達(dá)到設(shè)定值時(shí)，變頻器的輸出頻率穩(wěn)定在某一數(shù)值上。如果室外溫度和室內(nèi)溫度降了很多，使變頻器的輸出頻率達(dá)到最大值，仍不能使水溫達(dá)到設(shè)定值，則 PLC 就發(fā)出控制信號(hào)，再啟動(dòng)一臺(tái)工頻泵。系統(tǒng)處于自動(dòng)運(yùn)行方式，有 2 臺(tái)工作水泵。若當(dāng)前溫度沒(méi)有達(dá)到給定值，而水泵運(yùn)行頻率已經(jīng)達(dá)到最高值 50Hz，則此時(shí)應(yīng)將工作泵切換至工頻運(yùn)行，并將另一待用泵投入變頻運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)為第一臺(tái)泵工頻、第二臺(tái)泵變頻（簡(jiǎn)稱(chēng)“3 工 4 變” ）工作方式。 本章小結(jié)本章主要確定變頻調(diào)速恒溫供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，主要是針對(duì)實(shí)際要解決的問(wèn)題選擇用變頻調(diào)速的方案來(lái)解決，在變頻調(diào)速恒溫供水系統(tǒng)中，是通過(guò)變頻器來(lái)改變水泵的轉(zhuǎn)速，從而改變水的流量，進(jìn)而控制室內(nèi)的溫度。3 變頻調(diào)速恒溫系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)該系統(tǒng)硬件主要有兩大部分組成：主電路和控制電路。控制電路由 PLC、檢測(cè)電路、按鈕電路、報(bào)警電路等組成，完成溫度信號(hào)的檢測(cè)以及對(duì)主電路電機(jī)的控制。 主電路的設(shè)計(jì)MM 1K M 1MM 3MM 2MM 4Q S L 1 L 2 L 3A O U T 1A O U T 2A I N 1 A I N 1 +R L 1 BR L 1 CM M 4 4 0R L 2 BR L 2 CR L 3 BR L 3 C U V WF U 1F R 1K M 2F U 2F R 2K M 3F U 3F R 3K M 4F U 4F R 4FU5KM5K M 6K M 7F U 0NL 3L 2L 1圖 31 主電路電氣原理圖電氣控制系統(tǒng)主電路包括兩臺(tái)水泵電機(jī)、兩臺(tái)其他控制用電機(jī)，刀開(kāi)關(guān)，交流接觸器，電機(jī)過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器、熔斷器以及變頻器。還應(yīng)考慮以下方面因素：(1)水泵揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供熱高度。(3)水泵型號(hào)應(yīng)使泵站建筑面積和泵站的基礎(chǔ)埋深為最小，以降低泵站造價(jià)。(5)安裝管理方便。水泵參數(shù)如表 31。電動(dòng)機(jī)選擇的一般原則：（1）類(lèi)型的選擇選擇哪種類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)，一方面要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性、起動(dòng)性能、調(diào)速性能、制動(dòng)方法和過(guò)載能力等方面的要求，另一方面在滿足上述要求的前提下，還要從節(jié)省初期投資，減少運(yùn)行費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行綜合分析，最后將電機(jī)的類(lèi)型確定下來(lái)。（2）功率的選擇正確地選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率非常重要，額定功率選擇得過(guò)大，電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期在欠載狀態(tài)下運(yùn)行，不僅增加設(shè)備投資，還會(huì)降低其效率和功率因數(shù)（對(duì)異步電動(dòng)機(jī)而言）等指標(biāo)，增加運(yùn)行費(fèi)用；額定功率選擇太小，電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期在過(guò)載狀態(tài)下運(yùn)行，會(huì)使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱而降低使用壽命，甚至拖動(dòng)不了生產(chǎn)機(jī)械，因此應(yīng)使所選電動(dòng)機(jī)的額定功率等于或稍大于生產(chǎn)機(jī)械所需要的功率。例如，三相異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的額定電壓主要有 380V、3000V、6000V 和 10000V 等幾種，由于高壓電器設(shè)備的初期投資和維護(hù)費(fèi)用比低壓電器設(shè)備貴得多，一般當(dāng)電動(dòng)機(jī)額定功率 PN≤200KW 時(shí)，往往選用380V 電動(dòng)機(jī)；P N≥200KW 的電動(dòng)機(jī)一般都是高壓電動(dòng)機(jī)，由于 3KV 電網(wǎng)的損失較大，而 10KV電動(dòng)機(jī)的價(jià)格有比較昂貴，除特大型電機(jī)外一般大中型電動(dòng)機(jī)都選用 6KV 電壓。額定功率相同的電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速高，電動(dòng)機(jī)的重量輕、體積小、價(jià)格低、效率和功率因數(shù)（對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)而言）也較高。（5）外形結(jié)構(gòu)的選擇根據(jù)電動(dòng)機(jī)的使用環(huán)境選擇電動(dòng)機(jī)的外型結(jié)構(gòu)。（6）安裝形式的選擇根據(jù)電動(dòng)機(jī)在生產(chǎn)機(jī)械中的安裝方式來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)的安裝型式。每種又分單軸（一端有轉(zhuǎn)軸伸出）和雙軸兩種（兩端都有轉(zhuǎn)軸伸出）兩種。國(guó)產(chǎn)電動(dòng)機(jī)按發(fā)熱與冷卻情況不同，分為九種工作制，如連續(xù)工作制、短時(shí)工作制、斷續(xù)周期工作制等等。系統(tǒng)中根據(jù)前述各項(xiàng)的選擇原則選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)。表 32 電動(dòng)機(jī)的參數(shù)電機(jī)名稱(chēng)： Y 系列三相異步電機(jī) 型號(hào)： Y90S2額定功率 kw： 轉(zhuǎn)速 r/min： 2840電流： 效率： 78功率因數(shù)： 堵轉(zhuǎn)電流額定電流： 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩： 最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩： 重量： 21 噪音： 75類(lèi)別： Y 系列 變頻器的選擇及確定變頻器的選擇及確定應(yīng)充分考慮到所應(yīng)用場(chǎng)合使用工況條件的最?lèi)毫忧闆r，留有足夠的設(shè)計(jì)裕度和必要的保護(hù)措施 [8]。變頻器與電動(dòng)機(jī)的匹配主要是電動(dòng)機(jī)的額定電壓及電流，如果電動(dòng)機(jī)額定電流小于同功率的變頻器額定電流，一般來(lái)說(shuō)用同等功率的就足夠了，但如果大了，只好用大一級(jí)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(dòng)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。(2)額定電流為所驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)額定電流的 ～ 倍。由于電動(dòng)機(jī)的額定功率為 ，所以變頻器的容量 即可。MicroMaster440 是全新一代可以廣泛應(yīng)用的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器。變頻器使用時(shí)，首先應(yīng)該結(jié)合實(shí)際應(yīng)用對(duì)其功能參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，因此，本次設(shè)計(jì)中選用的變頻器參數(shù)設(shè)置如表 33 所示。由于熱繼電器中發(fā)熱元件有熱慣性，在電路中不能作瞬時(shí)過(guò)載保護(hù)，更不能作短路保護(hù)。三相式熱繼電器常用于三相交流電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)，按功能不同可分為帶斷相保護(hù)和不帶斷相保護(hù)兩種類(lèi)型。熱繼電器的選用應(yīng)綜合考慮電動(dòng)機(jī)的形式、工作環(huán)境、起動(dòng)情況、負(fù)荷情況等幾方面因素。對(duì)于過(guò)載能力較差的電動(dòng)機(jī)，其配用的熱繼電器（主要是發(fā)熱元件的額定電流）為電動(dòng)機(jī)的額定電流 60%80%。通常，當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流為其額定電流的 6 倍以及起動(dòng)時(shí)間不超過(guò) 6S 時(shí)，若很少連續(xù)起動(dòng)，則可以按電動(dòng)機(jī)的額定電流選取熱繼電器。因?yàn)闊崂^電器的操作頻率是很有限的，如果用來(lái)保護(hù)操作頻率較高的電動(dòng)機(jī)，效果很不理想，有時(shí)甚至不起作用。根據(jù)上述選型的原則，系統(tǒng)中選擇熱繼電器型號(hào)為 JR1620/ ~。接觸器按流過(guò)主觸點(diǎn)電流性質(zhì)的不同，可分交流接觸器和直流接觸器。根據(jù)接觸器所控制負(fù)載的輕重和負(fù)載電流的類(lèi)型，來(lái)選擇交流接觸器或直流接觸器。接觸器的額定電壓應(yīng)大于或等于負(fù)載回路電壓。接觸器的額定電流應(yīng)大于或等于被控回路的額定電流。接觸器如使用在電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)、制動(dòng)或正反轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，一般將接觸器的額定電流降一個(gè)等級(jí)來(lái)使用。吸引線圈的額定電壓應(yīng)與所接控制電路的額定電壓相一致。（5）接觸器的觸點(diǎn)數(shù)量、種類(lèi)選擇。如輔助觸點(diǎn)的數(shù)量不能滿足要求時(shí)，可通過(guò)增加中間繼電器的方法解決。本次設(shè)計(jì)采用 CJX21810. 其參數(shù)見(jiàn)表 34。CJX21810和 CJX21810 交流接觸器并可與熱繼電器直接插接組成電磁起動(dòng)器，以保護(hù)可能發(fā)生操作過(guò)負(fù)荷的電路。 低壓斷路器的選擇低壓斷路器又稱(chēng)自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，可用來(lái)分配電能、不頻繁地起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)、保護(hù)電動(dòng)機(jī)及電源等，具有過(guò)載、短路、欠電壓等保護(hù)功能 [11]。（2）低壓斷路器的極限分?jǐn)嗄芰?yīng)大于或等于電路短路電流。（4）欠電壓脫扣器的額定電壓等于線路的額定電壓。系統(tǒng)中選用的是 DZ4760 小型斷路器，其適用于照明配電系統(tǒng)(C 型)或電動(dòng)機(jī)的配電系統(tǒng)(D 型)。 熔斷器的選擇熔斷器是根據(jù)電流超過(guò)規(guī)定值一段時(shí)間后，以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化，從而使電路斷開(kāi)；運(yùn)用這種原理制成的一種電流保護(hù)器 [12]。(1)熔斷器類(lèi)型的選擇：選擇熔斷器的類(lèi)型時(shí)，主要依據(jù)負(fù)載的保護(hù)特性和短路電流的大小。用于車(chē)間低壓供電線路的保護(hù)熔斷器，一般是考慮短路時(shí)候的分?jǐn)嗄芰Γ?dāng)短路電流較大時(shí)，宜采用具有較高分?jǐn)嗄芰Φ?RL1 系列熔斷器，當(dāng)短路電流相當(dāng)大時(shí)，宜采用有限流作用的 RT0 及 RT12 系列熔斷器。用于保護(hù)單臺(tái)長(zhǎng)期工作電動(dòng)機(jī)(即供電支線)的熔斷器，考慮電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不應(yīng)熔斷，即 ereII)~1(?式中： —熔體的額定電流；reI —電動(dòng)機(jī)的額定電流。用于保護(hù)頻繁起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)(即供電支線)的熔斷器，考慮頻繁起動(dòng)時(shí)的發(fā)熱，熔斷器也不應(yīng)熔斷，即 ereII)~(?式中： —熔體的額定電流；reI—電動(dòng)機(jī)的額定電流。通常，將其中容量最大的一臺(tái)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，而其余電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的電流作為其尖蜂電流，為此，熔體的額定電流應(yīng)滿足下述關(guān)系。?(3)熔斷器之間的配合：為了防止發(fā)生超級(jí)熔斷，上、下級(jí)（即供電干、支線） 。根據(jù)上述選擇原則，系統(tǒng)中選擇 RT1430 型的熔斷器。根據(jù)控制要求，估算了輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的 PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。輸入輸出(I/O)點(diǎn)數(shù)I/O 點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加 10%20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸人輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。 /M=+%~20IO總 實(shí)（ 1）存儲(chǔ)器容量存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量?？刂乒δ艿倪x擇該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。我們需要 PID 運(yùn)算，即需要選擇中型 PLC 作為此次設(shè)計(jì)的控制器。PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場(chǎng)合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專(zhuān)用的智能輸人輸出單元完成所需的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。（3 ）通信功能大中型 PLC 系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議(如 TCP/IP),需要時(shí)應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)(TCP/IP)相連接。PLC 系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口(RS232C/422A/423/485),RIO 通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用 DCS 接口等。（4 ）編程功能PLC 的編程有離線編程和在線編程兩種。一般的可編程控制器都能滿足以上要求。根據(jù)工藝要求有必要選擇大中型 PLC 作為控制器。從實(shí)時(shí)性要求來(lái)看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號(hào)持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)間，則 PLC 將掃描不到該信號(hào)，造成信號(hào)數(shù)據(jù)的丟失。目前，PLC 接點(diǎn)的響應(yīng)快、速度高，每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時(shí)間約 /As，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。大中型 PLC 的掃描時(shí)間不大于 。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。從經(jīng)濟(jì)性的考慮，同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選用中型 PLC 作為控制器，CPU 的型號(hào)為 314C2 DP， 輸入 I/O 點(diǎn)數(shù)為 24 點(diǎn)， 輸出點(diǎn)數(shù)為 16 點(diǎn)。它的主要組成部分有導(dǎo)軌(RACK )、電源模塊(PS)、中央處理單元模塊(CPU)、接口模塊(IM)、信號(hào)模塊(SM) 、功能模塊(FM)等。一、SIMATIC S 7300 主要功能：(1) 高速的指令處理。(2) 人機(jī)界面(HMI)。(3) 診斷功能。(4) 口令保護(hù)。二、CPU 模塊S7300 的 CPU 模塊（簡(jiǎn)稱(chēng)為 CPU）都有一個(gè)編程用的 RS485 接口，有的有 PROFIBUSDP 接口或 PtP 串行通信接口, 可以建立一個(gè) MPI（多點(diǎn)接口）網(wǎng)絡(luò)或 DP 網(wǎng)絡(luò)。CPU3152DP、CPU3162DP、CPU3182DP 都具有現(xiàn)場(chǎng)總線擴(kuò)展功能。根據(jù)本系統(tǒng)的要求最后選擇了 CPU314C2DP 系統(tǒng)的 CPU。通過(guò)其擴(kuò)展的工作存儲(chǔ)器，該緊湊型 CPU 也適用于中等規(guī)模的應(yīng)用。因此，314C2 DP CPU 可以用作局部單元進(jìn)行快速預(yù)處理，也可以用作帶從屬現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的一個(gè)高級(jí)控制。(1) CPU 314C2 DP 安裝有：①微處理器：處理器處理每個(gè)二進(jìn)制指令的時(shí)間達(dá)到 100 200 ns． ②擴(kuò)展存儲(chǔ)器：96 KB 高速 RAM (相當(dāng)于大約 32 K 的指令) 用于執(zhí)行相關(guān)的程序部分，為用戶程序提供充分的空間；微存儲(chǔ)卡（最大