【正文】 組切換的停機條件，需要將一個在工頻狀態(tài)下運行的機組停掉 [9]。如果用水狀況不變，供水泵站中的所有能夠自動投切的機組將一直這樣投入 — 切出 — 再投入 — 再切出地循環(huán)下去，這增加了機組切換的次數(shù)，使系統(tǒng)一直處于不穩(wěn)定的狀態(tài)之中，實際供水壓力也會在很大的壓力范圍內(nèi)震蕩。這樣的工作狀態(tài)既無法提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，也使得機組由于相互切換頻繁而增大磨損，減少運行壽命。另外，實際供 水壓力超調(diào)的影響以及現(xiàn)場的干擾使實際壓力的測量值有尖峰，這兩種情況都可能使機組切換的判別條件在一個比較短的時間內(nèi)滿足。所以，在實際應用中，相應的判別條件是通過對上面兩個判別條件的修改得到的，其實質(zhì)就是增加了回滯環(huán)的應用和判別條件的延時成立。 實際的機組切換判別條件如下： 加泵條件： upff? 2f dPSPP ??? 且延時判別成立 減泵條件： lowff? 2f dPSPP ??? 且延時判別成立 式中： UPf ： 上限頻率 LOWf ： 下限頻率 sP ： 設定壓力 fP ： 反饋壓力 長沙學院 畢業(yè)設計 11 第 3章 系統(tǒng)的硬件設計 系統(tǒng)主要設備的選型 根據(jù)基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理，系統(tǒng)的電氣控制總框圖如圖 所示： A / D 模 塊 可 編 程 控 制 器 ( P L C ) 通 訊 模 塊壓 力變 送 器故 障 、 狀 態(tài)等 量 輸 入報 警 、 控 制等 量 輸 出人 機 界 面上 位 機 、組 態(tài) 等變 頻 器水 泵 機 組軟 啟 動 、 自耦 變 壓 器 圖 系統(tǒng)的電氣控制總框圖 由以上系統(tǒng)電氣總框圖可以看出，系統(tǒng)所需要的主要硬件包括： (1)水泵機組、變頻器 (2)PLC 及擴張模塊 (3)壓力變送器及數(shù)顯儀 水泵機組的選型 水泵機組的選型基本原則，一是要確保 平穩(wěn)運行；二是要經(jīng)常處于高效區(qū)運行，以求取得較好的節(jié)能效果。要使泵組常處于高效區(qū)運行，則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配 [10]。 (1)設置一臺小泵作為輔助泵，用于小流量時的供水；供水壓力要求恒定， 尤其在換泵時波動要小； (2)系統(tǒng)能自動可靠運行，為方便檢修和應急，應具備手動功能，各主泵 均能可靠地實觀軟啟動； M M M3 選用小型號為 40250，額定功率為 。 InmI )~(np ? （ ） 式中： Inp 為熔斷器額定電流； Inm為電動機額定電流。初略計算， Inm=P/KU 一般取 1/K=，即對于額定電壓為 380V的電機來說， Inm=P*。 長沙學院 畢業(yè)設計 12 PLC 的選型 該系統(tǒng)有 7個輸入信號和 13 個輸出信號，表 是將控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號。水位上下限信號分別為 X X2 它們在水淹沒時為 0沒有淹沒的時候 1。 表 輸入輸出點代碼及地址編號 名 稱 代碼 地址編號 輸入信號 手動和自動消防信號 SA1 X0 水池水位下限信號 SLL X1 水池水位上限信號 SLH X2 變頻器報警信號 SU X3 消鈴按鈕 SB9 X4 試燈按鈕 SB10 X5 遠程壓力表模擬量電壓值 Up 模擬量輸入模塊電流通道 輸出信號 1泵工頻運行接觸器及指示燈 KM1， HL1 Y0 1泵變頻運行接觸器及指示燈 KM2， HL2 Y1 2泵工頻運行接觸器及指示燈 KM3， HL3 Y2 2泵變頻運行接觸器及指示燈 KM4， HL4 Y3 3泵工頻運 行接觸器及指示燈 KM5， HL5 Y4 3泵變頻運行接觸器及指示燈 KM6， HL6 Y5 生活消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥 YV2 Y10 水池水位下限報警指示燈 HL7 Y11 變頻器故障報警指示燈 HL8 Y12 火警報警指示燈 HL9 Y13 報警電鈴 HA Y14 變頻器頻率復位控制 KA Y15 長沙學院 畢業(yè)設計 13 控制變頻器頻率用電壓信號 Vf 模擬量輸入模塊電壓通道 從表 可知系統(tǒng)共需開關量輸入點 6 個、開關量輸出點 12個；模擬量輸入點 1個、模擬量輸出點 1 個。選用 FXN2 32MR 主機一臺，加上一個模擬量輸入擴展模塊FXN2 4N，再擴展一個模擬量輸出擴展模塊 FXN2 2N。這樣的配置是最經(jīng)濟的。 FXN2 系列 PLC 具有編程和下載程序方便、體積小巧、便于安裝及成本低等特點。整個 PLC 系統(tǒng)的配置如圖 所示。 圖 PLC 系統(tǒng)的組成 變頻器的選型 調(diào)節(jié)器的輸出信號一 般 是模擬信號， 4～ 20mA 或 0～ 20mA 變化的電流信號或 0～10V 間變化的電 壓信號。 信 號的量值與前邊提到的差值成比例，用于驅(qū)動執(zhí)行設備工作。 在變頻恒壓供水 系統(tǒng)中，執(zhí)行設備就是變頻器。 圖 為日本安川變頻器 CIMRP5A45P5 在電路中的接線圖。 圖 日本安川變頻器 CIMRP5A45P5 在電路中的接線圖 該產(chǎn)品可以和三菱 PLC 工作協(xié)調(diào)。 變 頻器選用日本安川變頻器 CIMRP5A45P5 產(chǎn)主機單元 FX N2 32MR 模擬量 輸入模塊FX N2 4N 模擬量輸入 FX N2 2N R S T S1 U S2 V S3 W VVVF FI FC M1 M2 M3 M4 接 PLC 接 PLC 接指示燈 接 電 機 ~380V 7 8 長沙學院 畢業(yè)設計 14 品，適配電機 10kW，該變頻器基本配置中帶有 PID 功能。通過變頻器面板設定一個給定頻率作為壓力給定值，壓力傳感 器反饋來的壓力信號 (0～ 10 V)接至變頻器的輔助輸入端 FI、 FC，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實測壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速，控制管網(wǎng)壓力保持在給定壓力值上。 M M2 為變頻器的極限輸出頻率的檢測輸出信號端，該信號進 PLC，作為泵變頻與工頻切換的控制信息之一，變頻器的極限輸出頻率通過面板可以設定 。 MA、 MC 為變頻器發(fā)生故障的輸出信號，該兩端連接信號燈，以顯示變頻器故障，變頻器面板上有故障復位按鍵，輕故障用復位按鍵復位，可重新啟動變頻器。 S1 和 S2 短接，并與 S3 連接到 PLC 的輸出點上，由 PLC 控 制變頻器的運行與關斷； U、 V、 W 輸出端并聯(lián)三個接觸器分別接 M M M3 水 泵電機，變頻器可分別驅(qū)動三臺泵，另外這三臺泵電機還通過另外三個接觸器并聯(lián)到工頻電源上，這 6 個接觸器接線連接到 PLC 的四個輸出點上，由 PLC 控制其工頻、變頻切換工作，變頻控制系統(tǒng)主回路如圖 所示 [5]。 通過變頻器面板設定一個給定頻率作為壓力給定值 (14端 )，壓力傳感器反饋來的壓力信號 (0～ 10V)接至變頻器端子的 7端、 8端，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實測壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速。變頻器端子的 19端和 20端是傳感器 壓力設定的上、下限值，該信號進 PLC，作為工頻切換的控制信息，由 PLC控制水泵的工頻或變頻運行。 變頻器有 2個作用，一是作為電機的軟起動裝置，限制電動機的啟動電流；二是改變異步電動機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)恒壓供水。 其它元件的選型 電機選用 JO2514 型功率為 三相異步電動機，其滿載電流為 ,額定電流 7A,額定電壓 380V，轉(zhuǎn)速 1450 轉(zhuǎn) /分、效率為百分之 。 熔斷器的選擇主要根據(jù)類型、熔斷器額定電壓、熔體、熔斷器的額定電流的選擇來確定。因為本系統(tǒng) 是大容量的電機運轉(zhuǎn)，屬于有沖擊電流的電動機負載，為起到短路保護作用，又保證電動機的正常啟動，對三相籠型異步電動機熔斷器熔體的選擇應根據(jù)如下公式計算： ? ? ??? NMNMN III m a xp ~ () 式中 maxNMI —— 多臺電機中容量最大一臺電動機的額定電流（ A） ； ?NMI —— 其余各臺電動機額定電流之和（ A）； 長沙學院 畢業(yè)設計 15 本系統(tǒng)中的電動機為同型號的電動機，每臺電機的功率為 10Kw，額定電流，水泵電動機組屬于重載，故上式中電動機系數(shù)的選取 ，其總電流為AI N ????? ，所以選擇熔斷器時額定電流要大于熔體額定電流，本系統(tǒng)選擇的熔斷器型號為 RL1200,熔斷器額定電流為 125 安，額定電壓為交流380V。 斷路器選用 DZ系列 DZ10100/200 產(chǎn)品，其額定電流為 100A,額定電壓為交流380V 極數(shù)為 3極，交流短路極限通斷能力為 12KA，根據(jù)電動機額定電流 安，查表得熱脫扣器的額定電流應為 25A,根據(jù)電磁脫扣器的瞬時動作整定電流，查表可知電磁脫扣器瞬時動作整定電流為 25 10=250 安。它滿足電磁脫扣器的瞬時動作整定電流AKII qz ????? ，因此此型號滿足設計要求，而 FU2 和 FU3 控制電路熔斷器則選用正泰 RT1420 10A[11]。 選擇 接觸器工作電流小于等于額定電流，啟動電流雖然達到額定電流的 4～ 7倍，但時間短，對接觸器的觸頭損傷不大，接觸器在設計時已考慮此因數(shù)，一般選用觸頭容量大于電動機額定容量的 倍即可，選用電磁式接觸器 CJ1025系列交流接觸器，其主回路額定工作電流 25A＞ =,額定工作電壓 380AC，發(fā)熱電流為 5A，觸點 2開 2閉，接通與分斷能力分別為 240A 和 200A， 380VAC 類工作制下控制電動機功率 11Kw。 壓力傳感器選用 YTZ150 型帶電接點式的壓力傳感器，其水壓檢測范圍為 0～1MPa，檢測精度為177。 ，該傳感器將 0～ 1MPa 范圍的壓力對應轉(zhuǎn)換成 0～ 10V 的電信號。 SB 的選則 按鈕均選用 LAY3— 11 型， PLC 各輸入點的回路的額定電壓直流 24V，各輸入點的回路的額定電流均小于 40mA，按鈕均只需具有 1 對常開觸點，其主要技術參數(shù)為：UN=24VDC， IN=，含 1對常開和 1對常閉觸點。 組合開關用于控制電路中，其額定電流應等于或大于被控制電路中各負載電流的總和。本系統(tǒng)選用型號為 HZ1010/3 的組合開關 ,額定電壓 220V，額定電流 10A，極數(shù)為 3。 德力西 LD1122/20AC220V 紅色。 N L1 長沙學院 畢業(yè)設計 16 主電路圖 如圖 所示為電控系統(tǒng)的主電路圖。三臺電機分別為 M M M3。接觸器KM KM KM5 分別控制 M M M3 的工頻運行；接觸器 KM KM KM6 分別控制M M M3 的變頻運行；主電路中采用低壓自動空氣隔離開關，它本身具有短路過載保護，所以不需要分別為三臺水泵電機過載保護使用熱繼電器，其中 QS QS QSQS4 分別為變頻器和三合泵 電機主電路的低壓斷路器； FU1 為主電路的熔斷器。 由圖 可見，采用常規(guī)的一控 三 方式，每臺電機水泵既可以變頻運行，又可以工頻運行。 圖 電控系統(tǒng)主電路 控制電路 為保證系統(tǒng)的可靠性，必須提供工頻 /變頻兩種操作方式，以減少因變頻器故障或 長沙學院 畢業(yè)設計 17 設備檢修維護等原因而造成無法供水的現(xiàn)象，要求控制系統(tǒng)必須設立手動工頻操作方式，一般采用轉(zhuǎn)換開關或組合開關作為選擇操作設備 [12]。 圖中 SB9 為手動 /自動轉(zhuǎn)換開關， SB9 沒有按下則為自動控制狀態(tài)；按下則為手動控制狀態(tài)。手動運行時，可用按鈕SBl～ SB8 控制 三臺泵的啟 /停和電磁閥 YV2 的通斷；自動運行時，系統(tǒng)在 PLC 程序控制下運行。圖中的 HL10 為自動運行狀態(tài)電源指示燈。對變頻器 R 進行復位時只提供一個觸點信號，由于 PLC 為 4 個輸出點為一組共用一個 COM 端，而本系統(tǒng)又沒有剩下單獨的 COM 端輸出組，所以通過一個中間繼電器 KA 的觸點對變頻器實行復頻控制，火災時，火災信號 SA1 被觸動， X0 為 1。 SB9 按下時候，系統(tǒng)處在手動運行狀態(tài)，系統(tǒng)在應急或檢修時， 按下按鈕啟動或停止水泵，可根據(jù)需要分別控制 1～ 3泵的啟停 (見圖 )。該方式主要供檢修及變頻器故 障時用。 SB9 沒有按下時時，系統(tǒng)處在自動運行狀態(tài)，合上自動開關后， 1泵電機通電，變頻器輸出頻率從 0 Hz 上升，同時 PID 調(diào)節(jié)程序?qū)⒔邮盏阶詨毫鞲衅鞯臉藴市盘枺?