【正文】 再從水塔供水。要求水塔最低水位略高于供水系統(tǒng)所需要的壓力。由于水泵工作在額定流量、額定揚(yáng)程的條件下，水泵始終工作于高效區(qū)。供水壓力比較穩(wěn)定。在使用過程中，如果水塔的水位監(jiān)控裝置損壞的話，水泵不能進(jìn)行自動的開停，必須由人操作中，將會出現(xiàn)能量的嚴(yán)重浪費(fèi)和供水質(zhì)量的嚴(yán)重下降。高層建筑還可以分層設(shè)置水箱。如果設(shè)計時考慮不周，無法防止一些動物甚至人進(jìn)入水箱造成水質(zhì)污染。 （ 4）恒速泵 +氣壓罐供水方式 這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水箱蓄水，通過監(jiān)測罐內(nèi)壓力來控制泵的開、停。由于氣壓罐是密封的，能大大減小因異物進(jìn)入造成的水質(zhì)污染。 （ 5）變頻調(diào)速供水方式 其工作原理是：通過安裝在系統(tǒng)中的壓力傳感器將 系統(tǒng)壓力信號與設(shè)定壓力值作比較，再通過控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出來無級調(diào)劑水泵轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)水壓無論流量如何變化始終穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。 XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 基于 PLC 的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試 17 (a)出口恒壓控制 水泵出口恒壓控制是將壓力傳感器安裝在水泵出口處，使系統(tǒng)在運(yùn)行過程中始終保持出口水壓恒定。當(dāng)在供水面積較大的居民中應(yīng)用時，由于管路損耗較大，在低峰用水時，容易造成最不利點(diǎn)的流出水頭高于設(shè)計值，不能得到最佳的節(jié)能效果。這種控制方式其實是水泵出口恒壓控制的特殊形式。水泵出口壓力計算得越符合實際情況就越節(jié)能，將全天分得越細(xì)也越節(jié)能，當(dāng)然實現(xiàn)起來也越復(fù)雜。這種方式的節(jié)能效果是最佳的，但是由于最不利點(diǎn)一般距離水泵較遠(yuǎn)，壓力信號的傳輸在實際應(yīng)用中受到諸多限制，因此工程中很少采用。氣壓罐供水方式依靠壓力罐中的壓縮空氣送水。當(dāng)系統(tǒng)所需水量下降時，供水壓力將超出系統(tǒng)所需要的壓力造成能量的浪費(fèi)。相比之下，變頻 恒壓供水能在系統(tǒng)用水量下降時無級調(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，這樣就能節(jié)省了許多電能，同時變頻器對水泵采用軟啟動，啟動時沖擊電流小，啟動能耗也比較小。在變頻調(diào)速方式中，調(diào)速裝置占地面積僅有幾平方米，相比氣壓罐供水方式將節(jié)省大量占地面積。氣壓罐方式運(yùn)行不太穩(wěn)定，突出表現(xiàn)在頻繁啟動時。由于是硬啟動，電氣和機(jī)械沖擊也很大，設(shè)備損壞很快。在小區(qū)供水中，由于是經(jīng)水泵加壓后直接送給用戶的，防止水質(zhì)的二次污染，保證了飲水水質(zhì)質(zhì)量。 水泵多由交流異步電動機(jī)拖動。 單 位 為 。 (1)変級對數(shù)調(diào)速 在電源頻率一定的情況下，電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速與極對數(shù)成反比，改變電動機(jī)極對數(shù)，就可以改變轉(zhuǎn)速。 如果使 P=1， 2， 3 等，就可以得到 n。這種調(diào)控方式控制簡單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高，但需要專門的変極電機(jī)，是有級調(diào)速，而且級差比較大，只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機(jī)器。 改變電動機(jī)定子頻率 可以平滑地調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速 相應(yīng)地也就改變了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 ，而轉(zhuǎn)速差 S 可保持不變或很小。如 果電壓不變，頻率增加時，磁通量將減小，電動機(jī)轉(zhuǎn)速會下降，嚴(yán)重時會使電機(jī)堵轉(zhuǎn)；而當(dāng)頻率降低時，磁通增加，會使磁路飽和，勵磁電流上升，導(dǎo)致鐵芯損失急劇增加而發(fā)熱，是不允許出現(xiàn)的情況。 (a)交 直 交 變頻器 它由三個環(huán)節(jié)組成：可控硅整流電路，其作用是將電壓、定頻率的交流電變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)的直流電；可控硅逆變電路，其作用是將整流電路輸出的直流電變換為頻率可調(diào)的交流電；濾波環(huán)節(jié)，它在整流電路和逆變電路之間，一般是 利用無源電容或電抗器對整流后的電壓或電流進(jìn)行濾波。 近年來，由于電力電子器件和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，脈沖寬度調(diào)制型（ PWM）變頻器技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。它不僅可改變逆變器輸出電壓，而且具有抑制諧波功能，是一種比較理想的方式。交 交變頻器由于直接交換，減少了換流電路，損耗小，效率高，波形好，但調(diào)速范圍小，控制線路復(fù)雜，功率因數(shù)低，目前較少采用。 (3)可控硅串級調(diào)速 它是把異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子電勢經(jīng)過整流 逆變后回饋給電網(wǎng)，回收功率就是轉(zhuǎn)差功率，當(dāng)改變逆角時，逆變電勢、轉(zhuǎn)差功率、轉(zhuǎn)差率都將隨之改變，從而達(dá)到調(diào)速的目的。可控硅串級調(diào)速就是把這部分功率取出來，然后回送到 電網(wǎng)，從而大大提高電動機(jī)低速運(yùn)行時的效率。但是由于調(diào)速線路過于復(fù)雜，且還需要增加一臺與電動機(jī)相匹配的變壓器，增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗，帶來了成本高、占水泵房面積大等缺點(diǎn)因而影響它的推廣使用 供水系統(tǒng)的節(jié)能原理 在供水系統(tǒng)中，通常以流量為控制目標(biāo)，常用的控制方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種。其實質(zhì)是通過改變水路中的阻力大小來改變流量。由于實際應(yīng)用水中，需水量是變化的，若閥門開度在一段時間內(nèi)保持不變，必然要造成超壓或欠壓現(xiàn)象的出現(xiàn)。這種控制方法是通過改變水的動能來改變流量。變頻調(diào)速供水方式屬于轉(zhuǎn)速控制，其工作原理是根據(jù)用戶用水量的變化自動地調(diào)整水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)壓力始終保持恒定，當(dāng)用水量增大時電機(jī)加速，用水量減小時電機(jī)減速。 圖 31 管網(wǎng)及水泵的運(yùn)行特性曲線 當(dāng)用閥門控制時，假設(shè)供水量高峰水泵工作在 E 點(diǎn)，流量為 ，揚(yáng)程為 。揚(yáng)程特性曲線不變，而揚(yáng)程則從 升到 ，運(yùn)行工況點(diǎn)從 E 點(diǎn)移動到 F點(diǎn)，此時水泵輸出功率即 5 為（ 210, , ,Q F H ）圍成的矩形部分，其值為： XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 基于 PLC 的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試 20 12 / 102DP H Q??? （ 32） 當(dāng)用調(diào)速系統(tǒng)時，若采用恒壓（ 0H ）、變速泵（ 2n ）供水，管阻特性曲線為 ，揚(yáng)程特性變?yōu)榍€ ，工作點(diǎn)從 E 點(diǎn)移動到 D 點(diǎn)。隨著閥門的不斷減小，閥門的摩擦阻力也不斷變大，管阻特性曲線上移，運(yùn)行工況也隨之上移，于是 增大，造成被浪費(fèi)的功率也隨之增加。 由公式（ 34）可以看出，水泵功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，流量與轉(zhuǎn)速成正比，損耗 功率與流量成正比，所以調(diào)速控制方式相比閥門控制方式其供水功率要小得多，節(jié)能效果顯著。 變頻恒壓供水系統(tǒng)能適應(yīng)生活用水、工業(yè)用水以及消防用水等多種場合，具有以下特點(diǎn)： （ 1）非線性 用戶管網(wǎng)中因為有管阻、水錘等影響，同時又由于水泵的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化不成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個非線性系統(tǒng)。 （ 3）容錯性 當(dāng)出現(xiàn)意外的情況下，例如突然斷電或水泵、變頻器、軟啟動器等出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)能根據(jù)泵、變頻器或軟啟動器的狀態(tài)、電網(wǎng)狀況及水源水位以及管壓力等工況自動進(jìn)行投切，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。 （ 4）可擴(kuò)充性 水泵的電氣控制柜應(yīng)該具有遠(yuǎn)程和就地控制的功能和數(shù)據(jù)通訊接口，能與控制中心相連，實時傳送供水的相關(guān)數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行顯示、監(jiān)控以及報表打印等。此外它還具有顯著的節(jié)能效果。當(dāng)水泵（或風(fēng)機(jī)）運(yùn)轉(zhuǎn)速度降低以后，其軸功率隨轉(zhuǎn)速的三次方下降，驅(qū)動電動機(jī)所需的功率也相應(yīng)減小，從而取得明顯的節(jié)能效果。 （ c）延 長管道系統(tǒng)使用壽命 利用供水專用變頻器進(jìn)行變頻恒壓供水，可保持系統(tǒng)水壓恒定，不會出現(xiàn)水壓過高的現(xiàn)象，使管道壓力一直維持在合理的范圍內(nèi)，可延長更換周期，減小維修投入。當(dāng)變頻調(diào)速供水控制系統(tǒng)停止運(yùn)行時，變頻器輸出交流電的頻率逐漸降低直到停止輸出，水泵的轉(zhuǎn)速也逐漸降低直到停止運(yùn)行 ，有效防止了水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生。 額定流量 Q=100%時， n=100%，若 n1=90%n 時， Q1=90%Q； P1=%P，即可節(jié)電 %。 當(dāng)然以上的公式和計算方法為理論值，在實際運(yùn)行的現(xiàn)場影響節(jié)能效率的因素有很多如：管損、水泵 運(yùn)行狀態(tài)、變頻器選型情況（變頻器輸出頻率精度、變頻器控制方式等）、控制程序合理性、 PID 參數(shù)穩(wěn)定性等。 XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 基于 PLC 的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試 22 第四章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計 設(shè)備的選型 水泵 M M2， M3 可變頻運(yùn)行，也可工頻運(yùn)行，需 PLC 的 6 個輸出點(diǎn)，變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷由 PLC 的 1 個輸出點(diǎn)，控制變頻器使電正轉(zhuǎn)需 1 個輸出信號控制，報警器的控制需要 1 個輸出點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)量一共 9 個。系統(tǒng)所需的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)量共為 24 個點(diǎn)。 根據(jù)設(shè)計的要求，本系統(tǒng)選用 V1000 系列變頻器。它一般由彈性敏感元件和位移敏感元件組成。 在恒壓供水中應(yīng)用的壓力傳感器主要有陶瓷壓力傳感器、擴(kuò)散硅壓力傳感器等，但其工作原理基本一致。電阻應(yīng)變計片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換稱為一種電信號的敏感元件，它是壓力傳感器的主要組成部件之一。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。這種應(yīng)變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常很小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是 A/D 轉(zhuǎn)換和 CPU）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。根據(jù)用戶需求，以及量程、準(zhǔn)確度、溫度補(bǔ)償?shù)榷囗椩瓌t的綜合考慮，本設(shè)計將安裝 MC20B 型供水壓力傳感器。改傳感器采用硅壓阻效應(yīng)原理實現(xiàn)壓力測量的力－電轉(zhuǎn)換。 該傳感器的量程為 0～ ，工作溫度為 5℃ ～ 60 ℃ ，供電電源為 28177。 XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 基于 PLC 的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試 23 圖 41 壓力傳感器的接線圖 控制系統(tǒng)的硬件分析 硬件接線 1. PLC 輸入輸 出設(shè)備的外部接線圖 如圖 32 PLC 及擴(kuò)展模塊外圍接線圖。 本例忽略了以下因素： (1) 直流電源容量 (2) 電源方面的抗干擾措施 (3) 輸出方面的保護(hù)措施 (4) 系統(tǒng)保護(hù)措施 XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 基于 PLC 的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試 24 (5) 圖 42恒壓供水控制系統(tǒng) PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線 控 制系統(tǒng)主電路 XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 基于 PLC 的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試 25 圖 45 控制系統(tǒng)主電路 如圖 45,接觸器 KM KM3 及 KM5 用于電動機(jī)的工頻控制；接觸器 KMKM4 及 KM6 用于電動機(jī)的變頻控制。 控 制電路 如圖 46 為電控系統(tǒng)控制電路圖。手動運(yùn)行時，可用按鈕SB1SB6 控制三臺泵的啟動 /停止和電磁閥 YV2 的通 /斷；自動運(yùn)行時，系統(tǒng)在PLC 程序下運(yùn)行。選用三菱 FX2N32MR 一臺、加上一 臺模擬量輸入擴(kuò)展模塊 FX2N4AD、一臺模擬量輸出擴(kuò)展模塊 FX2N4DA構(gòu)成系統(tǒng)。 圖 47 PLC系統(tǒng)組成 主機(jī)單元 NFX2 32MR 模擬量輸出模塊 NFX2 4DA 模擬量輸入模塊 NFX2 4AD XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 基于 PLC 的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試 27 系統(tǒng)控制要求及梯形圖程序 泵生活 /消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是： (1)生活用水時，系統(tǒng)低恒壓值運(yùn)行，消防供水時高恒壓值運(yùn)行。 (3)在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運(yùn)行時間超過 3h，則要切換下一臺泵。 (4)三臺泵在啟動時都需要有軟啟動功能。 (6)操作要有手動控制功能，手動只在應(yīng)急或檢修時臨時使用。 表 41 I/O 信號分配表 輸入（ I） 元件 功能 信號地址 開關(guān) SA1 手動 /自動消防信號 X0 低水位傳感器 SLL 水池水位下限信號 X1 高水位傳感器 SLH 水池水位上限信號 X2 變頻器報警 SU 變頻器報警信號 X3 按鈕 SB9 消鈴 X4 按鈕 SB10 試燈 X5 壓力傳感器 Up 測取 水壓 模擬量輸入模塊通道 1 輸出（ O） 接觸器 KM1指示燈 HL1 1號泵工頻運(yùn)行接觸器及指示 Y0 接觸器 KM2指示燈 HL2 1號泵變頻運(yùn)行接觸器及指示 Y1 接觸器 KM3指示燈 HL3 2號泵工頻運(yùn)行接觸器及指示 Y2 接觸器 KM4指示燈 HL4 2號泵變頻運(yùn)行接觸器及指示 Y3 接觸器 KM5指示燈 HL5 3號泵工頻運(yùn)行接觸器及指示 Y4 接觸器 KM6指示燈 HL6 3號泵變頻運(yùn)行接觸器及指示 Y5 電磁閥 YV2 生活 /消防供水轉(zhuǎn)換 Y10 指示燈 HL7 水池水位下限報警 Y11 指示燈 HL8 變頻器故障報警 Y12 XXXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 基于 PLC 的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試 28 指示燈 HL9 火災(zāi)報警 Y13 電鈴 HA 報警 Y14 繼電器 KA 變頻器頻率復(fù)位控制 Y15 模擬量模塊電壓輸出 控制變頻器頻率用電壓信號 模擬量輸出模塊電壓通道 MCGS 組態(tài)軟件 建立界面 ⑴在“用戶窗口”中單擊“新建窗口”按鈕，建立“窗口 0” 。 ⑶將窗口名稱改為：變頻恒壓供水系統(tǒng)；窗