環(huán)境管理_樓宇恒壓供水控制系統設計

渤海石油職業(yè)學院電氣自動化技術專業(yè)畢業(yè)論文 樓宇恒壓供水控制系統設計學生姓名： 閆忠全 專業(yè)班級： 09電氣2班 指導教師： 袁勇 完稿日期： 2012年3月20日 目錄內容摘要3一、傳統供水系統的概況4二、PLC、變頻恒壓供水系統方案分析及論證41變頻調速恒壓供水系統控制原理52變頻調速恒壓供水系統特點及適用范圍63傳統供水系統異步電動機的調速74PLC、變頻恒壓供水系統異步電動機的調速8三、PLC、變頻恒壓供水系統方案的設計91恒壓供水系統的基本構成92恒壓供水的原理113系統功能124恒壓供水系統控制分析125水泵的轉速與其揚程H、流量Q及功率的關系136變頻技術參數及調試參數147設備的選擇168模擬供水系統擬定219電氣控制系統設計2110PLC輸入輸出接線圖及程序26四、故障處理的程序設計29五、結束語30參 考 文 獻31樓宇恒壓供水控制系統設計閆忠全【內容摘要】 隨著我國改革開放的不斷深入,我國的經濟、文化、教育等各方面都在日新月異地向前發(fā)展?？茖W技術更是突飛猛進。在高壓供水技術上，從80年代以來，我國變頻調速恒壓供水設備開發(fā)成功后，經過多年的應用，技術上已經成熟，目前在消防用水、生活用水、工業(yè)用水、園林景觀用水等，以及各行生產企業(yè)運用相當廣泛！70、80年代建設的水塔-水泵聯合供水或氣壓罐供水方式，在節(jié)能、環(huán)保和維護方面存在一些比較突出的問題，尤其是生活用水二次污染的控制難度很大。進入90年代電力電子器件向著大容量、高頻率、響應快、低損耗的方向發(fā)展。作為應用現代電力電子器件與微計算機技術有機結合的交流變頻調速裝置，隨著產品的開發(fā)創(chuàng)新和推廣應用，使得交流異步電動機調速領域發(fā)生一場巨大的技術革命。目前自動恒壓供水系統應用的電動機調速裝置均采用交流變頻技術，而系統的控制裝置采用PLC控制器，因PLC不僅可實現泵組、閥門的邏輯控制，并可完成系統的數字PID調節(jié)功能，可對系統中的各種運行參數、控制點的實時監(jiān)控，并完成系統運行工況的CRT畫面顯示、故障報警及打印報表等功能。自動恒壓供水系統具有標準的通訊接口，可與城市供水系統的上位機聯網，實現城區(qū)供水系統的優(yōu)化控制，為城市供水系統提供了現代化的調度、管理、監(jiān)控及經濟運行的手段。改造原有供水設備，充分發(fā)揮其社會效益的同時，最大限度的提高供水設備的經濟效益。不但管理單位或部門比較重視，作為現代化企業(yè)更應該為此努力！【關鍵詞】樓宇自控系統 生活給水 樓宇自動化 恒壓供水一、傳統供水系統的概況 隨著社會的迅速發(fā)展，人們對生活用水需求的不斷提高，而目前世界水資源緊缺，傳統的供水方式離不開蓄水池、水箱等儲水設施，而蓄水池中的水一般由自來水管網供給，這樣，原來有壓力的水進入水池后就變成了零壓力，然后再從零壓力開始加壓，造成大量電力資源的浪費；另外還須建筑面積比較大的專用泵房；電機運行存在噪音污染和振動，給住宅小區(qū)的居民生活帶來很大的不便；而且當供電線路停電時無法保持供水；特別是在用水高峰期間產生自來水水壓低、水流小的不穩(wěn)定現象使得住宅小區(qū)、賓館、辦公樓的生活用水無法得到保證；對于離市區(qū)較偏、自來水壓較低的工礦企業(yè)生活、生產用水也無法得到相應的供應。圖1-1 傳統供水系統原理圖二、PLC、變頻恒壓供水系統方案分析及論證傳統的供水方式普遍存在不同程度的浪費且效率低、可靠性差、自動化程度低等缺點，嚴重影響了居民用水和工業(yè)用水。隨著變頻技術的發(fā)展和人們對生活飲用水要求的不斷提高，變頻調速恒壓供水系統以其環(huán)保、節(jié)能和高品質的供水特點被廣泛應用于住宅小區(qū)及高層建筑的生活、消防中。變頻調速恒壓供水系統可以實現水泵電動機無級調速，依據用水量的變化自動調節(jié)系統的運行參數，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足不同的用水要求，是比較合理的節(jié)能型供水系統之一。在實際應用中如何充分利用變頻器內置的各種功能，對合理設計變頻調速恒壓供水設備、降低成本、保證供水質量等有著重要的意義。變頻調速恒壓供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設備的投入，運行的經濟合理性，還是系統的穩(wěn)定性、自動化程度等方面都具有很大的優(yōu)勢，而且具有顯著的節(jié)能效果。1 變頻調速恒壓供水系統控制原理設備投入運行前，首先應設定設備的工作壓力等相關參數，設備運行時，由壓力傳感器連續(xù)采集供水管網中的水壓及水壓變化信號，并將其轉換為電信號傳送至變頻器控制系統，控制系統將反饋回來的信號與設定壓力進行比較和運算，如果實際壓力比設定壓力低，則發(fā)出指令控制水泵加速運行，如果實際壓力比設定壓力高，則控制水泵減速運行，當達到設定壓力時，水泵就維持在該運行頻率上。當用水量不是很大時，一臺泵在變頻器的控制下穩(wěn)定運行；當用水量大到變頻器全速運行也不能保證管網的壓力穩(wěn)定時，控制器的壓力下限信號與變頻器的高速信號同時被PLC檢測到，變頻器自動將原工作在變頻狀態(tài)下的水泵，投入到工頻運行，以加大管網的供水量，保證壓力穩(wěn)定。若兩臺泵運行仍不能保證管網的壓力穩(wěn)定，則依次將變頻工作狀態(tài)下的水泵投入到工頻運行，而將下一臺泵投入變頻運行。當用水量減少時，首先表現為變頻器已工作在最低速信號有效，這時壓力上限信號如果仍出現，PLC首先將工頻運行的水泵停掉，以減少供水量。當上述兩個信號仍存在時，PLC再停下一臺工頻運行的水泵，直到最后一臺水泵用主變頻器恒壓供水。如果一臺水泵連續(xù)運行時間超過3小時，則切換下一臺水泵，這樣可以避免某一臺水泵因長期工作時間過長而降低壽命，同時也進一步提高了工作效率，節(jié)約了能源。變頻調速恒壓供水系統由變頻器、泵組電機、供水管網、儲水箱、(智能PID調節(jié)器)、壓力變送器、PLC控制單元等部分組成，控制系統原理圖如圖2-1所示。其中變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源，實現電機的無級調速，從而使管網水壓連續(xù)變化，同時變頻器還可作為電機軟啟動裝置，限制電機的啟動 電流。壓力變送器的作用是檢測管網水壓。智能PID調節(jié)器實現管網水壓的PLC調節(jié)。PLC控制單元則是泵組管理的執(zhí)行設備，同時還是變頻器的驅動控制，根據用水量的實際變化，自動調整其它工頻泵的運行臺數。變頻器和PLC的應用為水泵轉速的平滑性連續(xù)調節(jié)提供了方便。水泵電機實現變頻軟啟動,消除了對電網、電氣設備和機械設備的沖擊，延長電機設備的使用壽命。如圖2-1所示：圖2-1恒壓供水系統控制原理框圖一智能PID調節(jié)器屬于PLC擴展模塊，可以與ADDA模塊一起使用，起到過程控制模塊的效果，同時它的功能可以被變頻器的某些功能代替，達到同樣的控制效果，其控制原理圖如圖2-2所示。圖2-2恒壓供水系統控制原理框圖二2 變頻調速恒壓供水系統特點及適用范圍（1）系統特點:高效節(jié)能。按需要設定供水壓力，根據管網用水量來變頻調節(jié)水泵轉速，使水泵始終保持高效運行，同普通的水塔供水設備相比，節(jié)能效果明顯。對電網沖擊小，保護功能完善。消除了水泵電機直接起動時對電網的沖擊和干擾，并且設備控制系統具有短路、過流、過壓、過載、欠壓、 過熱等多種保護功能，大大提高了工作效率，延長了水泵的使用壽命。人機界面觸摸面板操作，設計參數靈活方便?？伸`活設定頻率下限、加速時間、減速時間、換泵時間等各種工作參數，能夠顯示系統運行時間，查找各種故障原因。定時喚醒功能。由于系統是根據管網用水量的多少來決定投入運行水泵的臺數，所以當用水量長期在某一范圍內變化時就會使得某臺水泵因長期運行而磨損嚴重，而其它水泵因長期不使用而造成生銹，設定本功能后則可解決該問題。對于同流量的多臺水泵，為使各泵平均工作時間相同，須設置定時換泵功能。在設定了定時換泵功能后，當一臺變量泵連續(xù)工作時間超過設定值后，且有變量泵處于“休息”狀態(tài)，則變頻器自動切換啟動“休息”時間最長的變量泵，并停止原變量泵，以保證各臺水泵運行時間均等，延長水泵使用壽命。換泵時間可任意設定。當變頻器發(fā)生故障時，能夠自動轉換至工頻運行，確保供水不間斷。突然停電后再來電，設備能夠自動啟動運行。 （2）適用范圍: 廣泛應用于居民區(qū)、賓館及其它公共建筑的生活用水、鍋爐補給水，加壓泵站、各類工礦企業(yè)的生產用水、消防用水、鍋爐恒壓補水、輸油管道增壓、注水系統、農田灌溉等。綜合以上說述，選擇變頻恒壓供水是可行的。3 傳統供水系統異步電動機的調速生產和生活中的供水方式有多種，常見的供水方式通常會設一臺或多臺水泵。用多臺水泵時會根據不同的用水量啟動不同數量的水泵運行，供水水壓是波動的，要保證供水質量，穩(wěn)定供水出口（或管網）的壓力，變頻恒壓供水是最好的方式之一，而傳統供水與變頻恒壓供水最主要的區(qū)別就在于調速系統的不同，調速系統分為直流調速系統和交流調速系統，在本設計中選擇交流水泵電機用變頻器調速來改變水泵電機的轉速達到恒壓供水的要求，所以在此對兩種供水系統中的交流調速系統進行比較選擇： (1)異步電動機變極調速異步電動機的同步轉速遵循電機學的基本關系： n0=60f/p式中 f：電源交變頻，為50HZ； p：電機定子磁極對數。轉差率s參量，其公式為 s=（n0-n）/ n0 電機實際轉速為 n=（60f/p）（1-s）設定頻率f不變，調節(jié)電機極對數p，即可使同步轉速n0得到調節(jié)，這就是變極調速的方法。該方法有以下特點；它是調變式調速，要實施變極調速，必須通過外接定子繞組控制線路的切換來完成，這種調速方式適用于籠型異步電動機。(2)異步電動機改變轉子電阻調速 實現改變轉子電阻調速的方法是：轉子電路中，轉子繞組電動勢與外加電動勢迭加，由于是正弦電動勢，因此要求附加電動勢也是正弦電動勢并有相同的頻率，通過大功率整流元件將正弦電動勢變?yōu)橹绷鳎郊与妱觿菀彩侵绷麟妱觿?，而附加電動勢是由可控硅可控整流通過控制可控制硅開通關斷時間來調整附加電動勢的平均值即控制轉子電路中的總電動勢，這樣通過調節(jié)總電動勢來調節(jié)轉子電流進而控制電動機的轉速，這種調速方式適用于繞線式異步電機。改變轉子電阻調速的優(yōu)點：調速性能好。當電動機減速時，轉子電路中的電能將通過逆變器反饋回電網，使減速過程中機械能轉化成電能，無損失地送回電網。因此，這種調速方式節(jié)能效果顯著。改變轉子電阻調速的缺點：由于改變轉子電阻調速系統使用了較多的開關元件與電網耦合連接，系統中高次諧波竄入電網嚴重；另外，系統功率因數低。因此改變轉子電阻調速系統僅適用于繞線式異步電機。4 PLC、變頻恒壓供水系統異步電動機的調速根據方案一的公式，式中電動機定子繞組的磁極對數p一定，改變電源頻率f，即可改變電動機同步轉速。異步電動機的實際轉速總低于同步轉速，而且隨著同步轉速而變化。電源頻率增加，同步轉速n0增加，實際轉速也增加；電源頻率下降，電機轉速也下降，這種通過改變電源頻率實現的速度調節(jié)過程稱為變頻調速。采用變頻電源供電構成的變頻調速系統是具有高效率和高性能的調速系統。通過改變定子供電頻率，電機轉速可得到較大范圍的無級調節(jié)。對定子電壓（或電源）以及頻率按一定規(guī)律進行協調控制，可提高傳動系統的運行特性。通過控制轉差率（n0-n）/n0，電機可獲得較理想的快速響應特性，一旦采用閉環(huán)控制系統，整個拖動及傳動系統可獲得高精度及優(yōu)良的傳動特性。變頻調速技術的實質：使用變頻調節(jié)器（簡稱變頻器）去拖動電動機。主要運行特點：實現電動機的無級調速，電動機的啟動電流小，即實現軟啟動，方便地進行加減速控制。主要用途：較大幅度地節(jié)約電能；使控制傳動系統自動化、高性能化；提高生產效率，增加產量；改進產品質量等。綜上所述，確定方案采用PLC、變頻恒壓供水系統異步電動機的調速。三、PLC、變頻恒壓供水系統方案的設計1恒壓供水系統的基本構成恒壓供水泵站一般需要設多臺水泵及電機，這比設單臺水泵電機節(jié)能而可靠。配單臺電機及水泵時，它們的功率必須足夠大，在用水量少時來開一臺大電機肯定是浪費的，電機選小了用水量大時供水量則相應的會不足。而且水泵與電機維修的時候，備用泵是必要的。而恒壓供水的主要目標是保持管網水壓的恒定，水泵電機的轉速要跟隨用水量的變化而變化的，那么這就是要用變頻器為水泵電機供電。在此這里有兩種配置方案，一種是為每一臺水泵電機配一臺相應的變頻器，從解決問題方案這個比較簡單和方便，電機與變頻器間不須切換，但是從經費的角度來看的話這樣比較昂貴。另一種方案則是數臺電機配一臺變頻器，變頻器與電機間可以切換的，供水運行時，一臺水泵變頻運行，其余的水泵工頻運行，以滿足不同的水量需求。如圖3-1供水系統方案圖。圖3-1 供水系統方案圖圖中，水泵電機是輸出環(huán)節(jié)，轉速由變頻器控制，實現變流量恒壓控制。壓力傳感器檢測管網出水壓力，并將其轉變?yōu)樽冾l器可接受的模擬量信號。變頻器接受反饋信號后，根據給定信號和反饋信號的比值，進行PID調節(jié)來控制自身的輸出頻率，從而對水泵進行速度控制?？刂葡到y的工作原理：變頻調速恒壓供水控制最終是通過調節(jié)水泵轉速來實現的，水泵是供水的執(zhí)行單元。通過調速能實現水壓恒定是由水泵特性決定的。如圖3-2：圖3-2 供水系統原理框圖（1）壓力變送器圖中在管道中裝壓力傳感器用于檢測管網中的水壓，常裝設在泵站的出水口。當用水量大時，水壓降低;用水量小時，水壓升高。水壓傳感器將水壓的變化轉變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o變頻器，壓力變送器輸出信號是隨著壓力而變的電壓或電流信號。當距離較遠時，應取電流信號以消除因線路壓降而引起的誤差。通常取420mA，以利于區(qū)別零信號（信號系統工作正常，信號值為零）和無信號（信號系統因斷路或未工作而沒有信號）。壓力變送器一般選取在離出水口較遠的地方，否則容易引起系統振蕩。（2）遠傳壓力表遠傳壓力表的基本結構是在壓力表的指針軸上附加了一個能夠帶動電位器滑動觸點的裝置。因此，從電路器件的角度看，實際上是一個電阻值隨壓力而變的電位器。使用時可將遠傳壓力表與變頻器直接連接。圖中P為遠傳壓力表。電機功率較大時，系統可為每臺電機配備電機保護器，在變頻器的控制下穩(wěn)定運行；當用水量大到變頻器全速運行也不能保證管網的壓力穩(wěn)定時，控制器的壓力下限信號與變頻器的高速信號同時被 PLC檢測到，變頻器通過控制基板自動將原工作在變頻狀態(tài)下泵投入到工頻運行，以保持壓力的連續(xù)性，同時將一臺泵用變頻器起動后投入運行，以加大管網的供水量保證壓力穩(wěn)定。若兩臺泵運轉仍不能滿足水壓要求，則依次將變頻工作狀態(tài)下的泵投入到工頻運行，而將另一臺備用泵投入變頻運行。當用水量減少時，首先表現為變頻器已工作在最低速信號有效，這時壓力上限信號如仍出現，PLC首先將工頻運行的泵停掉，以減少供水量。當上述兩個信號仍存在時，PLC再停掉一臺工頻運行的電機，直到最后一臺泵用主頻器恒壓供水。2 恒壓供水的原理變頻器控制1#變量泵與管道壓力變送器構成閉環(huán)控制系統，當變頻器運行到全速而反饋壓力仍達不到設定值時，變頻器首先降速到頻率設定值，同時內部1#繼電器動作觸發(fā)2#泵軟啟動器開始運行工頻泵，投入2#工頻泵運行。這時變頻提速，尋找恒壓點完成第一級無擾動切換。當變頻器運行到低速而監(jiān)測達到壓力設定時，在切除工頻泵之前，變頻首先提速后，再將先投入的工頻泵切除。工頻泵的投切分級循環(huán)方式可定義。（1）手動工頻控制方式當轉換開關打到手動位置時，此時為工頻運行，按下啟動按鈕1SB（綠），接觸器KM1閉合，水泵電機將工頻運行，工頻運行信號燈HL0將亮，按下停止按鈕4SB（紅），水泵電機將停止運行。該控制方式一般用于當變頻器出現問題時使用。（2）自動變頻控制方式當轉換開關打到自動位置時，此時將投入自動變頻控制方式，變頻器根據遠傳壓力表的反饋信號，自動調節(jié)輸出頻率，從而改變水泵的轉速，達到恒壓供水的目的，當壓力增大時，將減小輸出頻率，使電機轉速降低，減小供水量，當壓力減小時，將增大輸出頻率，使電機轉速增高，增大供水量。3 系統功能（1） PID的調節(jié)功能由壓力傳感器反饋的水壓信號(4-20MA或-5V)直接送入變頻器，設定給定壓力值，PID參數值，并通過計算比較以切換泵的操作完成系統控制，系統參數在實際運行中調整，使系統控制響應趨于完整。（2） “休眠”功能系統運行時經常會遇到用戶用水量較小或不用水(如夜晚)情況，為了節(jié)能，該系統專用設置了可以使水泵暫停工作的“休眠”功能，當變頻器頻率輸出低于其下限時，變頻器停止工作，2泵不工作，水泵停止(處于休眠狀態(tài))。當水壓繼續(xù)升高時將停止1泵，當水壓下降到一定值時將先啟動變頻器運轉2泵，當頻率到達一定值后將啟動1泵調節(jié)2泵的轉速。 “休眠值”變頻器輸出的下限頻率參數設置。 “休眠確認時間”用參數設置，當變頻器的輸出頻率低于休眠值的時間如小于休眠時間td時，即tdtn時變頻器繼續(xù)工作，當tdtn時變頻器將進入休眠狀態(tài)?！皢拘阎怠庇晒┧畨毫ο孪迒?，當供水壓力低于下限值時由變頻器向PLC發(fā)出喚醒指令。經測試“休眠值”為10HZ。“休眠確認時間”td:20s“喚醒值”70%（3） 通訊功能該系統具有計算機的通訊功能，PLC變頻器均提供有RS232或485接口，PLC可選用三菱的FX0n，計算機可以與一套或多套系統進行通訊.利用計算機同時可以監(jiān)測：電流、電壓、頻率、轉速、壓力等也可以控制變頻器的各類參數。4 恒壓供水系統控制分析水泵出口壓力恒定控制，它適用于管網系統阻力損失占總揚程比例較小的情況。管網末端壓力恒定控制，適用于小區(qū)管網線路長，流量變化產生的阻力損失占總揚程比例較大時，以管網末端不利點，所需壓力進行恒壓控制，達到最節(jié)能的要求。控制方式的選擇，要結合供水規(guī)模，供水對象，設備費用，長期運轉費及我國現有電器產品性能等進行綜合考慮比較后確定。水泵出口恒壓控制，由于電控系統比較簡單，便于查出故障和維護，故在我國建筑小區(qū)供水系統采用廣泛。 水泵轉速變化幅度一般調在（80%100%）n，n為水泵每分鐘轉數，單位r/min，因為這個范圍內機組和電控設備的總效率比較高。當啟信號輸入時變頻器啟動第一臺泵當該泵達到最高頻率時，變頻器將該泵切換到工頻運行，變頻器啟動下一臺泵變頻運行，相反當泵停止條件成立時，先停止最先啟動的泵。4.1 過程控制以兩臺水泵的恒壓供水系統為例，系統在自動運行方式下，變頻器控制可編程控制器軟啟動1#泵，此時1#泵進入變頻運行狀態(tài)，其轉速逐漸升高，當供水量Q1/3Qmax時（Qmax為兩臺水泵全部工頻運行時的最大流量），可編程控制器CPU根據根據供水量的變化自動調節(jié)1#泵的運行轉速，以保證所需的供水壓力。當用水量Q在1/3QmaxQQQmax時，可編程控制器發(fā)出指令再將2#泵置于工頻運行狀態(tài)，同時軟啟動2#泵進入變頻運行工況，此時2#泵的運行轉速由用戶的用水量確定，以保證供水系統最不利點的供水壓力恒定。4.2 控制系統保證（1）工頻/變頻控制方式的轉換操作為保證系統的可靠性，必須提供工頻/變頻兩種操作方式，以減少因變頻器故障或設備檢修維護等原因而造成無法供水的現象，要求控制系統必須設立手動工頻操作方式，一般采用轉換開關或組合開關作為選擇操作設備。（2）自動運行即每一臺泵具有變頻自動恒壓控制功能，當用水量不夠時，可自動投入另外一臺或幾臺工頻泵運行。（3）手動運行當壓力傳感器故障或變頻器故障時，為確保用水，每臺泵可分別以手動工頻方式運行。將轉換開關打到“工頻”檔位，操作人員可以根據需要自己決定起動或停止任意一臺泵的運行。由于在該操作方式下， PID、變頻器等均不參加控制，因此，從技術角度上來說，該方式無法保障出水管網壓力值的恒定，所以必須有人監(jiān)守。該方式主要供設備故障檢修時使用。5 水泵的轉速與其揚程H、流量Q及功率的關系（揚程：是指水泵單位質量的液體通過泵后所獲得的能量，通常稱之為揚程。用H表示。流量：流量是水泵在單位時間內所抽送液體的數量，常用的流量是體積流量，用Q表示，其單位是m3 /h。根據流體力學原理可知，當水泵的轉速發(fā)生變化時，其揚程H、流量Q及水泵功率P也隨之變化，他們之間有以下關系：Q2/Q1=(n2/n1) H2/H1=(n2/n1)2 P2/P1=(n2/n1)3即流量Q與轉速n的一次方成正比；揚程H與轉速n的平方成正比；水泵功率P與轉速n的立方成正比。下面表3-1可較為直觀的理解。表3-1離心水泵的參數 離心水泵在不同轉速（頻率）下的流量、揚程及軸功率頻率f（Hz）轉速n%流量Q%揚程H%軸功率P%501001001001004590908172.94080806451.23570704934.33060603621.62550502512.5根據水泵的揚程H、流量Q及功率與水泵轉速（頻率）的關系式及表4-2可知改變水泵的轉速就可改變水泵的功率。6 變頻技術參數及調試參數（1）技術參數主要技術參數：主回路電源：三相五線制。380V+10%?？刂苹芈冯妷海?20V系統性能特點：具備1#/2#泵運行方式選擇開關：實現由變頻器聯動控制，或單獨用手動方式軟啟運行。1#泵在變頻器控制下，進行軟啟動，當供水壓力不足時增大轉速，達到工頻時切換2#變頻啟動，當供水壓力繼續(xù)不足達到工頻時切換變頻啟動運行于自動恒壓供水方式下。兩臺定量泵工作循環(huán)方式通過變頻器相應的參數進行定義。無擾動切換方式使工頻泵投/切過程中對系統水壓沖擊最小。（2） 變頻器的主要調試參數變頻器在投入運行后的調試是保證系統達到最佳運行狀態(tài)的必要手段。變頻器根據負載的轉動慣量的大小，在啟動和停止電機時所需的時間不相同，設定時間過短會導致變頻器在加速時過電流、在減速時過電壓保護；設定時間過長會導致變頻器在調速運行時使系統變得調節(jié)緩慢，反應遲滯，應變能力差，系統易處在短期不穩(wěn)定狀態(tài)中。為了變頻器不跳閘保護，現場使用當中的許多變頻器加減速時間的設置過長，它所帶來的問題很容易被設備外表的正常而掩蓋，但是變頻器達不到最佳運行狀態(tài)。所以現場使用時要根據所驅動的負載性質不同，測試出負載的允許最短加減速時間，進行設定。對于水泵電機，加減速時間的選擇在 0.2-20 秒之間。如表3-2所示：表3-2 變頻器的參數表序號功能代碼功能名稱設置值備注1071選擇電動機控制模式3內置PID調節(jié)2160選擇貢稅選購件的模式11一控三3161-167使用電動機的設定161=1，162=1，163=1根據系統所帶電動機4001選擇運轉指令2停電時自動再啟動5007上限頻率/Hz506008下限頻率/Hz207003U/F圖形2根據水泵設定8175壓力指令0.36根據實際需要9177模擬反饋增益壓力0.6遠程壓力表量程值10178上限壓力/MPa0.38根據實際11179下限壓力/MPa0.34根據實際12002選擇1速頻率的設定方法1使指令與反饋不沖突13630輸入端子D11定義選擇1正轉指令“FR”14631輸入端子D12定義選擇5空轉指令“MBS”使用說明：當轉換開關打到手動位置時候，按下SB1，SB2,SB3水泵開始工頻運行，按下SB4,SB5,SB6水泵停止運行當開關打到自動運行時候，自動運行HL6指示燈亮，按下啟動按鈕SB7，一號水泵開始變頻運行，當壓力升高時一號泵自動切換到工頻，同時二號泵變頻啟動開始運行，當壓力繼續(xù)升高，二號泵改為工頻運行。HL0 HL2 HL4和HL1 HL3 HL5分別為兩臺水泵工頻和變頻運行的指示燈，當水泵過載時，熱繼電器能保護電機不被燒壞，同時過載報警指示燈亮，水泵停止運行，當蓄水池的水位低時，浮子開關SB9閉合，同時缺水信號指示燈HL7亮，SA3斷開，水泵停止，當水充滿時，系統復位。同時電流互感器和電壓表能監(jiān)視出系統電流和電壓。同時為該系統配備了ABB得電磁流量計，既能檢測出瞬時流量，又能檢測累計流量，該流量計還可以與上位機組態(tài)進行遠程抄表。7 設備的選擇7.1 設備選擇原則在恒壓供水設計時應先選擇水泵和電動機，選擇的依據是供水規(guī)模（供水流量）。而供水規(guī)模和住宅類型以及用戶數有關。選擇依據原則使用如表3-3如下：表3-3不同住宅類型用水標準住宅類型給水衛(wèi)生器具用水標準/（m3/人日）小時變化系數1僅有給水龍頭0.040.082.52.02有給水衛(wèi)生器具，但無淋浴設備0.0850.132.52.03有給水衛(wèi)生器具，并有淋浴設備0.130.192.51.84有給水衛(wèi)生器具，并有淋浴設備和集中熱水供應0.170.252.01.6表3-4供水規(guī)模換算表戶數用水標準/（m3/人日）0.100.150.200.25201.802.603.504.40302.603.905.306.60403.505.307.008.80554.807.209.6012.00756.609.8013.1016.401008.8013.1017.5021.9015013.1019.7026.3032.8020017.6026.3035.0043.8025021.9032.8043.8054.7035026.3039.4052.5065.6040035.0052.5070.0087.5045039.4059.0078.7098.4050043.8065.6087.50109.4060052.5078.80105.00131.3070061.3091.90122.50153.1080070.00105.00140.00175.00100087.50131.30175.00218.80表3-5 水泵、電動機和變頻器選型表用水量/(m/h)揚程/m水泵型號電動機功率/kW配用變頻器/kW12 X N2450DL12-12 x 233.73040DL12-12 x 22.22.23650DL12-12 x 2334540DL12-12 x 2336040DL12-12 x 24424 X N4050DL12-12 x 25.55.56050DL12-12 x 27.57.58050DL12-12 x 2111110050DL12-12 x 2111132 X N3065DL12-12 x 25.55.54565DL12-12 x 27.57.56065DL12-12 x 211117565DL12-12 x 215159065DL12-12 x 2151510565DL12-12 x 218.518.536 X N4065DL12-12 x 27.57.56065DL12-12 x 211118065DL12-12 x 2151510065DL12-12 x 218.518.512065DL12-12 x 2222250 X N4080DL12-12 x 211116080DL12-12 x 215158080DL12-12 x 218.518.510080DL12-12 x 2222212080DL12-12 x 23030100 X N40100DL218.518.560100DL3303080100DL43737100100DL54545120100DL65555設定供水壓力經驗數據：平房供水壓力p=0.12Pa；樓房供水壓力p=（0.08+0.04x樓層數）MPa系統設計還應遵循以下原則：（1）蓄水池容量應大于每小時最大供水量（2）水泵揚程應大于供水高度（3）水泵流量總和應大于實際最大供水量7.2 水泵的選擇（1）根據表3-3 確定用水量標準為0.19m3/人日。（2）根據表3-4確定沒小時最大用水量為43.8m3/h。（3）根據7層樓高度可確定設置供水壓力值為0.36MPa。（4）根據表3-5確定水泵型號為50LG24-20x2共2臺，水泵自帶電動機功率為5.5KW7.3 PLC的選擇當輸入信號電路采用繼電器等感性負載時，繼電器開閉產生的浪涌電流帶來的噪音有可能引起變頻器的誤動作，因此該系統采用的是三菱可編程序控制器FX0n系列，I/O點數為40點，FX0n系列PLC是一種卡片大小的PLC，適合在小型環(huán)境中進行控制。它具有卓越的性能、串行通訊功能以及緊湊的尺寸，這使得它們能用在以前常規(guī)PLC無法安裝的地方。三菱PLC編程采用FXGPWIN軟件,提供三種編程語言，分別為梯形圖、指令表、SFC狀態(tài)流程圖，提供完整的編程環(huán)境，PLC程序上載,可進行離線編程和在線連接和調試，并能實現梯形圖與語句表的相互轉換。為了提高整個系統的性價比，系統采用開關量的輸入/輸出來控制電機的啟停、軟起動、循環(huán)變頻及故障的報警等，而電機轉速、水壓量等模擬量則由變頻器來控制。其硬件配置如下型號I/0點數基本指令執(zhí)行時間功能指令模擬模塊量通信FX0N241281.63.6s55有較強7.4 變頻器的選擇變頻器選用三菱 SAMCO-vm05 系列變頻器。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（420mA）接至變頻器端子的IRF端，作為壓力反饋，變頻器根據壓力給定和實測壓力，調節(jié)輸出頻率，改變水泵轉速。SWS控制基板，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。變頻控制系統主回路如圖二所示。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速，實現恒壓供水。7.5 壓力傳感器的選擇壓力傳感器使用CY-YZ-1001型絕對壓力傳感器。改傳感器采用硅壓阻效應原理實現壓力測量的力電轉換。傳感器由敏感芯體和信號調理電路組成，當壓力作用于傳感器時，敏感芯體內硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號調理電路將輸出的電壓信號作放大處理，同時進行溫度補償、非線性補償，使傳感器的電性能滿足技術指標的要求。該傳感器的量程為02.5MPa，工作溫度為560 ，供電電源為283V（DC）。7.6 電氣元件表其他元器件的選擇如表3-6所示：表3-6 電氣元件表序號符號名稱單位數量技術參數1QF1、QF2空氣開關個22RNB變頻器臺1三菱SAMCO-vm053VF交流接觸器個64FR熱繼電器個35KA中間繼電器個26TA電流互感器個17PA電流表塊 18PV電壓表塊19PLCPLC臺1FX0n-40ER10SA轉換開關個111SB按鈕個8紅、綠各412HR、HW信號燈個3紅1，綠6白111電磁流量計個114FU熔斷器個115SP壓力傳感器塊18 模擬供水系統擬定一居民小區(qū)4幢7層樓，居住224戶，住宅類型為3型，保證日夜供水。要求：（1）系統采用變頻恒壓供水方案；（2）變頻器及水泵選擇；（3）控制電路設計；（4）安裝調試說明。9 電氣控制系統設計9.1 主電路圖的設計在硬件系統設計中，采用一臺變頻器連接2臺電動機，每臺水泵電機都有變頻工頻兩種工作狀態(tài)，每臺電機都通過兩個接觸器與工頻電源和變頻器輸出電源相聯如圖（3-3）。變頻器輸入電源前面接入一個自動空氣開關，來實現電機、變頻器的過流過載保護接通，空氣開關的容量依據大機的額定電流來確定。對于有變頻工頻兩種狀態(tài)的電動機，還需要在工頻電源下面接入兩個同樣的自動空氣開關，來實現電機的過流過載保護接通，空氣開關的容量依據小機的額定電流來確定。所有接觸器的選擇都要依據電動機的容量適當選擇。圖 3-3 主電路電氣控制系統接線原理圖及說明1.端子SD、SE和5為輸出信號公共端，這些端子不要接地（見圖3-4）。2.控制回路端子的接線應使用屏蔽線或雙絞線，而且必須與主回路，弱電回路（含200V繼電器程序回路）分開布線。3.由于控制回路的頻率信號是微小信號，所以在接點輸入場合，為了防止接觸不良，微小信號接點應使用兩個并聯接點或合用雙生接點。4.控制回路的接線建議選用0.3mm2-0.75mm2的電纜。圖3-4 電氣控制系統接線原理圖9.2 控制電路控制PLC主要是用于實現變頻恒壓供水系統的自動控制，要完成以下功能：自動控制兩臺水泵的投入運行；能在兩臺水泵之間實現變頻泵的切換；兩臺水泵在啟動時要有軟啟動功能；對水泵的操作要有手動/自動控制功能，手動只在應急或檢修時臨時使用；系統要有完善的報警功能并能顯示運行狀況。如圖4-5為電控系統控制電路圖。圖中SA為手動/自動轉換開關，SA打在1的位置為手動控制狀態(tài)；打在2的狀態(tài)為自動控制狀態(tài)。手動運行時，可用按鈕SB1SB6控制兩臺水泵的啟/停；自動運行時，系統在PLC程序控制下運行。如圖3-5所示：圖3-5 控制電路圖9.3 其他設備的外圍接線圖（1）PLC外圍接線圖圖3-6 PLC外圍接線圖（2）變頻器的外圍接線圖圖3-7 變頻器接線圖（3）壓力傳感器接線圖圖3-8 壓力傳感器的接線圖10 PLC輸入輸出接線圖及程序（1）PLC I/O 表根據設計任務列出PLC的輸入輸出表，如表3-7所示：表3-7 PLC輸入輸出分配表現場器件與接線端子I/O地址功能備注輸入變頻器Y2端子X0變頻器輸出頻率極限信號遠傳壓力表壓力上限接點X1壓力下限到達信號遠傳壓力表壓力下限接點X2壓力上限到達信號中間繼電器KA常開觸點X3自動/手動切換水池水位下限信號X4水池缺水信號FR1常開觸點X51#電機過載信號FR2常開觸點X62#電機過載信號FR4常開觸點X10輔助泵過載信號輸出變頻器的FWD端子Y0實現變頻運行/停止KA1線圈Y11#電機變頻運行控制和指示KA2線圈Y21#電