【正文】 恒定，導(dǎo)致部分設(shè)備不能正常工作，本文提出了一種基于 三菱FXOS30MR 和 三菱 FRA540 變頻器 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的解決方案。 恒壓供水方式技術(shù)先進(jìn)、水壓恒定、 操作方便、 運(yùn)行可靠、 節(jié)約電能、 自動(dòng)化程度高，在泵站供水中可完成以下功能 : (1)維持水壓恒定； (2)控制系統(tǒng)可手動(dòng) /自動(dòng)運(yùn)行； (3)多臺(tái)泵自動(dòng)切換運(yùn)行； (4)系統(tǒng)睡眠與喚醒。 關(guān)鍵詞 變頻恒壓供水； PLC； FRA540 河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第Ⅱ頁(yè) ABSTRACT Building the conservationoriented society, the reasonable development, saves and the effective protecting water resources is an arduous task， that the traditional water supply Covers large areas， Easy water pollution， More investment in infrastructure， and the main disadvantage is that water pressure can not remain constant , cause part of the equipment does not work. In this paper, based on Mitsubishi FXOS30MR and Mitsubishi FRA540 frequency inverter solution for VF constant pressure water supply system. Mainly discussed in FXOS30MR Mitsubishi and Mitsubishi FRA540 Inverter in hardware design and software design, implementation of sensor signal processing, each parameter setting, etc., detailing hardware and software Implementation of the program. Advanced technology and constant pressure water supply, water pressure constant, easy, reliable operation, saving energy, high degree of automation in the water supply pumping station to be pleted by the following functions: (1) maintaining the pressure constant。 (3) multiple pump automatic switching operation。 (5) Online adjustment of PID parameters。 PLC。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過(guò)于求的情況，此時(shí)將會(huì)造成能量的浪費(fèi)，同時(shí)有可能導(dǎo)致水管爆破和用水設(shè)備的損壞。 選題 背景 目前 ,居民生活用水和工業(yè)用水增長(zhǎng)幅度日益加大 .由于居民日常生活用水會(huì)隨季節(jié)、 晝夜等時(shí)間段的不同而不同 ,如采用傳統(tǒng)的供水方式則會(huì)出現(xiàn)供水和用水不平衡的現(xiàn)象 ,造成資源浪費(fèi)。 課題 意義 本文介紹的 是 關(guān)于變 頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)其節(jié)能、安全、供水 品 高 質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，在供水行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中如何充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻器調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。在早期，由于國(guó)外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 2 頁(yè) 動(dòng)控制、變壓變頻比控制及各種保護(hù)功能。從查閱的資料的情況來(lái)看，國(guó)外的恒壓供水工程在設(shè)計(jì)時(shí)都采用一臺(tái)變頻器只帶一臺(tái)水泵機(jī)組的方式，幾乎沒(méi)有用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)水泵機(jī)組運(yùn)行的情況，因而投資成本高。它將 PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過(guò)設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn) PLC和 PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多七臺(tái)電機(jī) (泵 )的供水系統(tǒng)。 目前國(guó)內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國(guó)外品牌的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管的管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺(tái)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(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾性能以及開(kāi)放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來(lái)說(shuō)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)能達(dá)到所有用戶的要求。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場(chǎng)所。因此，有河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 3 頁(yè) 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)踐中。這種調(diào)控方式以穩(wěn)定水壓為目的，各種優(yōu)化方案都是以母管 (市政來(lái)水管 )進(jìn)口壓力保持恒定為條件。因此這種調(diào)控方式縮小了優(yōu)化范圍，所得到的解為 局部最優(yōu)解，不能完全保證泵站始終工作在最優(yōu)狀態(tài) . 變頻調(diào)速是優(yōu)于以往任何一種調(diào)速方式 (如調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、串級(jí)調(diào)速等 )，是當(dāng)今國(guó)際上一項(xiàng)效益最高、性能最好、應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的電機(jī)調(diào)速技術(shù) .它采用微機(jī)控制技術(shù) 。以變頻器為核心結(jié)合 PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力、組合靈活、編程簡(jiǎn)單、維修方便和低成本低能耗等諸多特點(diǎn)。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入 CPU 運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動(dòng)機(jī)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)和運(yùn)行變量泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。即將壓力控制點(diǎn)測(cè)的壓力信號(hào) (4－ 20ｍＡ )直接輸入到變頻器中，由變頻器將其與用戶設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，并通過(guò)變頻器內(nèi)置 PID 運(yùn)算將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號(hào)調(diào)整水泵電機(jī)的電源頻率，從而實(shí)現(xiàn)控制水泵轉(zhuǎn)速。 系統(tǒng)概述 如圖 所示，為該系統(tǒng)的供水流程。變頻恒壓供水的調(diào)速 系統(tǒng)可以實(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)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求。變頻恒壓供水方式與過(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。追求高度智能化、系列化、 標(biāo)準(zhǔn)化，是未來(lái)供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)中成片開(kāi)發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢(shì)。 f — 電源頻率 ,H z 。 s — 轉(zhuǎn)差率 . 因此 ,當(dāng)調(diào)節(jié)泵的流量時(shí) , 通過(guò)改變頻率調(diào)節(jié)電機(jī)速度 ,即采用變頻調(diào)速法 , 比采用調(diào)節(jié)閥門法節(jié)能 . 恒壓供水系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 供水系統(tǒng)的構(gòu)成 圖 供水系統(tǒng)方案圖 如下圖 所示，整個(gè)系統(tǒng)由三臺(tái)水泵，一臺(tái)變頻調(diào)速器，一臺(tái) PLC 和一個(gè)壓力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。 從原理框圖，可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、以及報(bào)警裝置等部分組成。 恒速泵：水泵運(yùn)行只在工頻狀態(tài)，速度恒定。 （ 2） 信號(hào)檢測(cè) 在系統(tǒng)控制過(guò)程中，需要檢測(cè)的信號(hào)包括自來(lái)水出水水壓信號(hào)和報(bào)警信號(hào)： ①水壓信號(hào)： 它 反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號(hào)。該信號(hào)為開(kāi)關(guān)量信號(hào)。 ①供水控制器：它是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。 ②變頻器：它是對(duì)水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元。 河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 8 頁(yè) ③電控設(shè)備：它是由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等電器元件組成。 （ 4） 人機(jī)界面 人機(jī)界面是人與機(jī)器進(jìn)行信息交流的場(chǎng)所。人機(jī)界面還可以對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)報(bào)警進(jìn)行顯示。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行，防止因電機(jī)過(guò)載、變頻器報(bào)警、電網(wǎng)過(guò)大波動(dòng)、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等等造成的故障，因此必須要對(duì)各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由 PLC 判斷報(bào)警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作控制，以免造成不必要的損失 供水系統(tǒng)的主電路接線及其工作原理 圖 系統(tǒng)主接線圖 由圖 可知， 電機(jī)有兩種工作模式即：在工頻電下運(yùn)行和在變頻電下運(yùn)行。 熱繼電器 (FR)是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護(hù)電路，它在電路中的用作電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。使用中，由于電流超過(guò)允許值產(chǎn)生的熱量使串接于主電路中的熔體熔化而切斷電路，防止電氣設(shè)備短路和嚴(yán)重過(guò)載。 可編程控制器 PLC 可編程控制器是 60 年代末在繼電器系統(tǒng)上發(fā)展起來(lái)的，當(dāng)時(shí)稱作可編程邏輯控制器 (Programmable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱 PLC。 這就是著名的 “GM 十條 ”。（ Programmable Logic Controller, 簡(jiǎn)稱PLC）。 簡(jiǎn)介 PLC 的發(fā)展?fàn)顩r 及其發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)在的 PLC 產(chǎn)品已經(jīng)使用了 16 位、 32 位高性能微處理器，而且實(shí)現(xiàn)了多處河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 11 頁(yè) 理器的多通道處理，通信技術(shù)使 PLC 的應(yīng)用得到進(jìn)一步發(fā)展。 目前，世界上有 200 多個(gè)廠家生產(chǎn) PLC 產(chǎn)品。 PLC 總的發(fā)展趨勢(shì)是向高集成度、小體積 、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。 （ 1）順序控制 例如：注塑機(jī)械、印刷機(jī)械、訂書(shū)機(jī)械、包裝機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等等。（ 4）數(shù)據(jù)處理（ 5）通信聯(lián)網(wǎng) PLC 的工作過(guò)程 PLC 是在系統(tǒng)軟件的控制 和指揮下，采用循環(huán)順序掃描的工作方式，其工作過(guò)程就是程 序的執(zhí)行過(guò)程，它分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段，如圖 所示。 ④ 輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由上一個(gè)刷新時(shí)間輸出映像寄存器的狀態(tài)決定； ⑤ 輸出端子上的輸出狀態(tài)，由輸出鎖存 器中的狀態(tài)決定。控制起動(dòng)和停止需要 2 個(gè)輸入點(diǎn)，變頻器極限頻率的檢測(cè)信號(hào)占用 PLC2 個(gè)輸入點(diǎn)，系統(tǒng)自動(dòng) /手動(dòng)起動(dòng)需 1 輸入點(diǎn)，手動(dòng)控制電機(jī)的工頻 /變頻運(yùn)行需 6 個(gè)輸入點(diǎn)，控制系統(tǒng)停止運(yùn)行需 1 個(gè)輸入點(diǎn)，檢測(cè)電機(jī)是否過(guò)載需 3 個(gè)輸入點(diǎn)，共需 15 個(gè)輸入點(diǎn)。本系 統(tǒng)選用 FXos30MRD 型 PLC。此電源輸出的電壓或電流及頻率，由控制回路的控制指令進(jìn)行控制。對(duì)于需要更精密速度或河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 13 頁(yè) 快速響應(yīng)的場(chǎng)合，運(yùn)算還應(yīng)包含由變頻器主電路和傳動(dòng)系統(tǒng)檢測(cè)出來(lái)的信號(hào)和保護(hù)電路信號(hào)，即防止因變頻器主電路的過(guò)電壓、過(guò)電流引起的損失外，還應(yīng)保護(hù)異步電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)等 圖 變頻器的構(gòu)成 給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。另外，異步電動(dòng)機(jī)需要制動(dòng)時(shí)，有時(shí)要附加“制動(dòng)回路”。可用兩組晶體管交流器構(gòu)成可逆變流器，其功率方向可逆，可以再生運(yùn)轉(zhuǎn)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電壓吸收脈動(dòng)電壓（電流）。 ③ 逆變器 同整流器相反，逆變器的作用是將直流功率變換為所需要頻率的交流功率，根據(jù) PWM 控制信號(hào)使 6 個(gè)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷，就可以得到三相頻率可變的交河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 14 頁(yè) 流輸出。 圖 電壓型逆變器的輸出 電壓 ④制動(dòng)回路 異步電動(dòng)機(jī)在再生制動(dòng)區(qū)域使用時(shí)（轉(zhuǎn)差率為負(fù)），再生能量?jī)?chǔ)存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。 圖 典型的電壓型逆變器一例 2. 控制電路 河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 第 15 頁(yè) 給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，稱為控制電路。 在圖 點(diǎn)劃線內(nèi)，僅以控制電路 A 部分構(gòu)成控制電路時(shí)，無(wú)速度檢測(cè)電路，為開(kāi)環(huán)控制。 控制電路主要包括： ① 運(yùn)算電路 將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、功率。 ③ 驅(qū)動(dòng)電路 為驅(qū) 動(dòng)主電路 器件的電路。 ④ 速度檢測(cè)電路 以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸上的速度檢測(cè)器（ TG、 PLG 等）的信號(hào)為速度信號(hào) 送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。 保護(hù)回路主要包括： （ 1）逆變器保護(hù) 1）瞬時(shí)過(guò)電壓保護(hù)。交流器的輸