高層建筑PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計

1、隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，水對人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強，人民對供水的質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。把先進的自動化技術(shù)、控制技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用到供水領(lǐng)域，成為對供水系統(tǒng)的新要求。變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控，同時系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。1.1 變 頻 恒 壓供水 產(chǎn) 生 的背 景 和 意 義眾所周知，水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水

2、節(jié)能已成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)水高峰期，水的供給量常常低于需供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動化程度低。主要表現(xiàn)在用求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的升高供過于求的情況，此時將會造成能量的浪費，同時有可能使水管爆破和用水設(shè)備的損壞。在恒壓供水技術(shù)出現(xiàn)以前，出現(xiàn)過許多供水方式，以下就逐一分析。1 一臺恒速泵直接供水系統(tǒng)這種供水方式，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，有的甚至連蓄水池也沒有，直接從城市公用水網(wǎng)中抽水，嚴重影響城市公用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。這種供水方式，水泵整日

3、不停運轉(zhuǎn)，有的可能在夜間用水低谷時段停止運行。這種系統(tǒng)形式簡單、造價最低，但耗電、耗水嚴重，水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。2 恒速泵加水塔的供水方式這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶供水。水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系統(tǒng)所需要壓力。水塔注滿后水泵停止，水塔水位低于某一位置時再啟動水泵。水泵處于斷續(xù)工作狀態(tài)中O這種供水方式，水泵工作在額定流量額定揚程的條件下，水泵處于高效區(qū)。這種方式顯然比前一種節(jié)電，其節(jié)電率與水塔容量、水泵額定流量、用水不均勻系數(shù)、水泵的開停時間比、開停頻率等有關(guān)。供水壓力比較穩(wěn)定。但這種供水方式基建設(shè)備投資最大，占地面積也最大，水壓不可調(diào),不能兼顧近期與遠期的

4、需要；而且系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所需要壓力下降而下降，故還存在一些能量損失和二次污染問題。而且在使用過程中，如果該系統(tǒng)水塔的水位監(jiān)控裝置損壞的話，水泵不能進行自動的開、停，這樣水泵的開、停，將完全由人操作，這時將會出現(xiàn)能量的嚴重浪費和供水質(zhì)量的嚴重下降。3 恒速泵加高位水箱的供水方式這種方式原理與水塔是相同的，只是水箱設(shè)在建筑物的頂層。高層建筑還可分層設(shè)立水箱。都有所減少，但這對建筑物的造價與設(shè)計都有影響，同時水箱受建筑物的限制，容積不能過大，所以供水范圍較小。一些動物甚至人都可能進入水箱污染水質(zhì)。水箱的水位監(jiān)控裝置也容易損壞，這樣系統(tǒng)的開、停，將完全由人操作，使系統(tǒng)的供水質(zhì)量下降能

5、耗增加。4 恒速泵加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。罐的占地面積與水塔水箱供水方式相比較小，而且可以放在地上，設(shè)備的成本比水塔要低得多。而且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水質(zhì)因異物進入而被污染的可能性。但氣壓罐供水方式也存在著許多缺點，在介紹完變頻調(diào)速供水方式后，再將二者做一比較。5 變頻調(diào)速供水方式這種系統(tǒng)的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，無級調(diào)節(jié)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)。變頻調(diào)速水泵調(diào)速控制方式有三種：水泵出口恒壓控制、水泵出口變壓

6、控制、給水系統(tǒng)最不利點恒壓控制。(1) 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)在運行過程中水泵出口水壓恒定。這種方式適用于管路的阻力損失在水泵揚程中所占比例較小，整個給水系統(tǒng)的壓力可以看作是恒定的，但這種控制方式若在供水面積較大的居住區(qū)中應(yīng)用時，由于管路能耗較大，在低峰用水時，最不利點的流出水頭高于設(shè)計值，故水泵出口恒壓控制方式不能得到最佳的節(jié)能效果。(2) 出口變壓控制水泵出口變壓控制也是將壓力傳感器安裝在水泵出口處，但其壓力設(shè)定值不只是一個。是將每日 24 小時按用水曲線分成若干時段，計算出各個時段所需的水泵出口壓力，進行全日變壓，各時段恒壓控制。這種控制方式其

7、實是水泵出口恒壓控制的特殊形式。他比水泵出口恒壓控制方式能更節(jié)能，但這取決于將全天24 小時分成的時段數(shù)及所需水泵出口壓力計算的精確程度。所需水泵出口壓力計算得越符合實際情況越節(jié)能，將全天分得越細越節(jié)能，當然控制的實現(xiàn)也越復(fù)雜。(3) 最不利點恒壓控制最不利點恒壓控制是將壓力傳感器安裝在系統(tǒng)最不利點處，使系統(tǒng)在運行過程中保持最不利點的壓力恒定。這種方式的節(jié)能效果是最佳的，但由于最不利點一般距離水泵較遠，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。變頻調(diào)速的方式在節(jié)能效果上明顯優(yōu)于氣壓罐方式。氣壓罐方式依靠壓力罐中的壓縮空氣送水，氣壓罐配套水泵運行時，水泵在額定轉(zhuǎn)速、額定流量的條

8、件下工作。當系統(tǒng)所需水量下降時，供水壓力將超出系統(tǒng)所需要的壓力從而造成能量的浪費。同時水泵是工頻率啟動，且啟動頻繁，又會造成一定的能耗O而變頻恒壓供水在系統(tǒng)用水量下降時可無級調(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，啟動時沖擊電流很小，啟動能耗比較小。另外氣壓罐要消耗一定的鋼量，這也是它的一個較大的缺點。而變頻調(diào)速供水系統(tǒng)的變頻器是一臺由微機控制的電氣設(shè)備，不存在消耗多少鋼材的問題。同時由于氣壓罐體積大，占地面積一般為幾十平米。而變頻調(diào)速式中的調(diào)速裝置占地面積僅為幾平米。由此可見變頻調(diào)速供水方式比氣壓罐供水方式將節(jié)省大量占地面積O在運行效

9、果上，氣壓罐方式與調(diào)速式相比也存在著一定差距。氣壓罐方式的運行不穩(wěn)定，突出表現(xiàn)在它的頻繁啟動。由于氣壓罐的調(diào)節(jié)容量僅占其總?cè)莘e的 1/3-1/6， 因 而每個罐的調(diào)節(jié)能力很小，只得依靠頻繁的啟動來保證供水，這樣將產(chǎn)生較大的噪聲，同時由于啟動過于頻繁，壓力不穩(wěn)，加之硬啟動，電氣和機械沖擊較大，設(shè)備損壞很快O變頻調(diào)速式的運行十分穩(wěn)定可靠，沒有頻繁的啟動現(xiàn)象，加之啟動方式為軟啟動，設(shè)備運行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機械沖擊。在小區(qū)供水中，而且由于調(diào)速式是經(jīng)水泵加壓后直接送往用戶的，防止了的水質(zhì)二次污染，保證了飲用水水質(zhì)可靠。效益與社會效益。省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力式供水系統(tǒng)具有節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)大

10、、運行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟1.2 變 頻 恒 壓供水 系 統(tǒng) 的國 內(nèi) 研 究現(xiàn)狀變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國外生產(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、起制動控制、起制動控制、壓頻比控制及各種保護功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進行閉環(huán)控制。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況，因而投資成本高

11、。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻泵固定方式”， “變 頻泵循環(huán)方式變頻器，像日本 Samco公司，就推出了恒壓供水基板，備有兩種模式。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，通過設(shè)置指令代碼實現(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，便可直接控制多個內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多7 臺電機（泵 ）的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動

12、態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)（如 BA 系統(tǒng)）和 組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負載的容量，因此在實際使用時其范圍將會受到限制。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器（PLC）及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn) ;有的采用單片機及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。原深圳華為電氣公司和成都希望集團（森蘭變頻器 ）也推出子恒壓供水專用變頻器（5.5kw-22kw） ，無需外接PLC 和 PID 調(diào)節(jié)器，可

13、完成最多4 臺 水泵的循環(huán)切換、定時起、停和定時循環(huán)。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)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負載容量，同時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所?？梢钥闯?，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中，對于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性（EMC）的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制研究得不夠。因此，有待于進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)實踐。1.3 課 題 來 源及本 文 的 主要 研 究 內(nèi)容1 課題來源本課題來源于生產(chǎn)、生活供水

14、的實際應(yīng)用。2 研究的主要內(nèi)容通過前面對傳統(tǒng)供水現(xiàn)狀和變頻恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用前景分析可知，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)在我國己成為供水行業(yè)發(fā)展的主流趨勢。變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器、各種傳感器等組成。本文研究的目標是對恒壓控制技術(shù)給予提升，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能效果進一步提高，操作更加簡捷,故障報警及時迅速，同時具有開放的數(shù)據(jù)傳輸。該系統(tǒng)可以用于深井泵恒壓供水系統(tǒng)、各類型的自來水廠、供熱和空調(diào)循環(huán)用水系統(tǒng)、消防用水系統(tǒng)、工業(yè)鍋爐補水系統(tǒng)，還可以廣泛應(yīng)用于化工、制冷空調(diào)和其他工業(yè)及民用領(lǐng)域。本文研究的主要內(nèi)容如下：(a)通過揚程特性曲線和 管阻特性曲線分析供水系統(tǒng)的工作點，根據(jù)管網(wǎng)和水泵的

15、運行曲線 ，說明供水系統(tǒng)的節(jié)能原理。(b)分析變頻恒壓供水系 統(tǒng)的組成及特點，探討變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制策略，并歸納實用性的控制方案。(c)研究PID控制器的設(shè)計原理及方法。(d)設(shè)計變頻恒壓供水系 統(tǒng)的硬件和軟件。2調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)能耗與安全性分析在供水系統(tǒng)中，用水 量處于動態(tài)變化過程之中，采取恒速泵供水方式，無法維持管壓恒定,同時也影響設(shè)備壽命;若采取閥門控制調(diào)節(jié)流量來維持管壓,必然造成大量的電能浪費；而且水泵電機直接工頻起動與制動帶來的水錘效應(yīng)，對管網(wǎng)、閥門等也具有破壞性的影響?；诤銐骸⒐?jié)能及安全性考慮,采取變頻調(diào)速恒壓供水方式是一種不錯的選擇。據(jù)統(tǒng)計采用變頻調(diào)速技術(shù)調(diào)節(jié)流量實現(xiàn)恒壓供

16、水,可節(jié)20-50%,節(jié)能效果相當顯著。在討論變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能機理與安全性之前，有必要討論分析供水系統(tǒng)的一些基本概念和特性。2.1 供水系統(tǒng)的基本模型和主要參數(shù)供水系統(tǒng)的基本模型如圖2-1所示。吸入口圖 2-1 供水系統(tǒng)的基本模型b）基本模型a）全揚程的概念圖中：L0水泵中心位置；h0吸水口水位；h1 水平面水位；h2管道最高處水位；h3在管道高度不受限制的情況下，水泵能夠泵水上揚的最高位置的水位。表明水泵的泵水能力。在真 實的管道系統(tǒng)中，這個位置并不存在。只 有在h3大于管道的實際最高位置的 情況下，才能正常水。主要參數(shù)有：31 流量Q 單位時間內(nèi)流過管道內(nèi)某一截面的水流量，常用單位

17、是m /min ；2揚程H 也稱水頭，是供水系統(tǒng)把水從一個位置上揚到另一位置時水位的變化量，數(shù)值上等于對應(yīng)的水位差，常用單位是m；3.實際揚程Hb供水系統(tǒng)中，實際 的最高水位h2與最低水位hi之間的水位差，即供水系統(tǒng) 實際提高的水位。即： HB = h2 - h1 ；4全揚程H T 水泵能夠泵水上揚的最高水位h3 與吸入口的水位h0 之間的水位差。全揚程的大小說明了水泵的泵水能力。即：H T = h3 - h0 ；5損失揚程H L 全揚程與實際揚程之差，即為損失揚程。H B , H T , H L 之間的關(guān)系是：HT = HB + HL 。供水系統(tǒng)為了保證供水，其全揚程必須大于實際揚程，這多余

18、的揚程一方面用于提高及控制水的流速，另一方面用于抵償各部分管道內(nèi)的摩擦損失；6管阻R 閥門和管道系統(tǒng)對水流的阻力和閥門開度、流量大小、管道系統(tǒng)等多種因素有關(guān)，難以定量計算，常用揚程與流量間的關(guān)系曲線來描述；7壓力P 表明供水系統(tǒng)中某個位置水壓大小的物理量。其大小在靜態(tài)時主要取決于管路的結(jié)構(gòu)和所處的位置，而在動態(tài)情況下，則還與流量與揚程之間的平衡情況有關(guān)。2.2 供 水 系 統(tǒng)的特 性 曲 線和 工 作 點供水系統(tǒng)的參數(shù)表明了供水的性能。但各參數(shù)之間不是靜止孤立的，相互間存在一定的內(nèi)在聯(lián)系和變化規(guī)律。這種聯(lián)系和變化規(guī)律可用供水系統(tǒng)的特性曲線直觀地反映，主要有揚程特性曲線和管組特性曲線，如圖2-2

19、。通過特性曲線圖可以掌握供水系統(tǒng)的性能，確定其工作點。圖 2-2 中：曲線額定轉(zhuǎn)速nN時的揚 程特性曲線；曲線轉(zhuǎn)速ni時的揚程特性 曲線；曲線閥門開度100%時的 管阻特性曲線；HtQeQn圖2-2供水系統(tǒng)特性曲線曲線閥門開度不足100% 時的管阻特性曲線。1 .揚程特性一轉(zhuǎn)速下，全揚程與流量間以管路中的閥門開度 不改變?yōu)榍疤?，即截面積不變，水泵在某 的關(guān)系曲線Ht f(Q),稱為揚程特性曲線。不同轉(zhuǎn)速下，揚程特性 曲線不同，圖2-2中的曲線 、分別對應(yīng)于轉(zhuǎn)速nN、ni,且nN > n1。曲線表明轉(zhuǎn)速一定時，用水量增大，即流量增大，管道中的管阻損耗也就越大，供水系統(tǒng)的全揚程就越小，反映

20、用戶的用水需求狀況對全揚程的影響的。在這里，流量的大小取決于用戶，是用水流量，用 Qu表示。用水量一定時，即 Qu不變，轉(zhuǎn)速越低，水 泵的供水能力越低，供水系統(tǒng)的全揚程就越小。2 .管阻特性以水泵的轉(zhuǎn)速不改變 為前提，閥門在某一開度下，全揚程與流量間的關(guān)系曲線 Ht f(Q),稱為管阻特性曲線。 不同閥門開度，管阻特性曲線不同，圖 2-2中的曲線對應(yīng)閥門開度大于曲 線對應(yīng)的閥門開度。管阻特性表明由閥門 開度來控制供水能力的特性曲線。此時轉(zhuǎn) 速一定，表明水泵供水能力不變，流量的大小取決 于閥門的開度，即管阻的大小，是由供水側(cè)來決定的，故管阻特性的流量可以認為是供水流量，用Qg表示。在實際的供水管

21、道中，流量具有連續(xù)性，并不存在供水流量與用水流量的差別。這里的Qg和Qu是為了便于說 明供水能力和用水需求之間的平衡關(guān)系而假設(shè)的量。當供水流量Qg接近于。時，所需的揚程等于實際揚程（Ht Hb）。表明了如果全揚程小 于實際揚程的話，將 不能供水。因此，實際揚程也就是能夠供水的基本揚程。3 .供水系統(tǒng)的工作點揚程特性曲線和管阻 特性曲線的交點，稱為供水系統(tǒng)的工作點。在這一點，供水系統(tǒng)既滿足了揚程特性，也符合 了管阻特性。供水系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。圖2-2中的N點表示水泵工作于額定 轉(zhuǎn)速，閥門開度為100%時的供水狀態(tài)，為系統(tǒng)的額 定 工作點。4 .供水功率供水系統(tǒng)向用戶供水 時所消耗的

22、功率PG （kW）稱為供水功率，供水功率與流量和 揚程的乘積 成正比PG CPHrQ（2-1）式中CP 一比例常數(shù)。2.3 供水系統(tǒng)中恒壓實現(xiàn)方式對供水系統(tǒng)進行的控 制，歸根結(jié)底是為了滿足用戶對流量的需求。所以，流量是供水系統(tǒng)的基本控制對象。而流 量的大小又取決于揚程，而揚程難以進行具體測量和控制?？紤]到動態(tài)情況下，管道中水壓的大 小是揚程大小的反映，而揚程與供水能力（由流量Qg表示）和用水需求（由用水流量Qu表示）之間的平衡情況 有關(guān)。若供水能力Qg 用水需求Qu ,則壓力P上升；若供水能力Qgv用水需求Qu ,則壓力P下降；若供水能力Qg =用水需求Qu ,則壓力P不變。 可見，流體壓力P

23、的變化反映了供水能力與用水需 求Qu之間的矛盾。從而，選擇壓力控制來調(diào)節(jié)管道流量大小。這說明，通過恒壓供水就能保證供水能力和用水流量處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了用戶所 需的用水流量。將來用戶需求發(fā)生變 化時，需要對供水系統(tǒng)做出調(diào)節(jié)，以適應(yīng)流量的變化。這種調(diào)節(jié)就是以壓力恒定為前提來實 現(xiàn)的。常用的調(diào)節(jié)方式有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種。(1)閥門控制法轉(zhuǎn)速保持不變，通過 調(diào)節(jié)閥門的開度大小來調(diào)節(jié)流量。實質(zhì)是水泵本身的供 水能力不變，而通過改變水路中的阻力大 小來強行改變流量大小，以適 應(yīng)用戶對流量的需求。這時的管阻特性將隨閥門開度的改變而改變，但揚程特性則不變。(2)轉(zhuǎn)速控制法閥門開度保持不變，

24、通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量。實質(zhì)是通過改變水泵 的供水能力來適應(yīng)用戶對流量的需求。當水泵的轉(zhuǎn)速改變時，揚程特性將隨之改變，而管阻特性則不變。2.4 異步電動機調(diào)速方法通過轉(zhuǎn)速控制法實現(xiàn) 恒壓供水，需要調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。水泵通 過聯(lián)軸器由三相異步電動機來 拖動，因此水泵轉(zhuǎn)速 的調(diào)節(jié)，實質(zhì)就是需要調(diào)節(jié)異步電動機的 轉(zhuǎn)速。由三相異步電動機的轉(zhuǎn)速公 式nni (1S)60f” A一(1 9P(2-2)式中 ni一一異步電動機的同步轉(zhuǎn)速，r/min；n異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 ，r/min；P 異步電動機磁極對數(shù)；f 一一 異步電動機定子電壓頻率，即電源頻 率;S轉(zhuǎn)差率，S n1 nxi00%。由式(2-2)

25、可知調(diào)速方法有變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差調(diào) 速和變頻調(diào)速。1 .變極調(diào)速在電源頻率一定的情 況下，改變電動機的磁極對數(shù)，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的改變。磁極對數(shù)的改變通過改變電機定子繞 組的接線方式來實現(xiàn)。這種調(diào)速方式只適用于專門的變極電機，而且是有極調(diào)速，級差大，不適 用于供水系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速的連續(xù)調(diào)節(jié)。2 .變轉(zhuǎn)差調(diào)速通過改變電動機的轉(zhuǎn) 差率實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的改變。三相異步電動機的轉(zhuǎn)子銅損耗為'2 'PCu2 3 2 r2 sPm(2-3)該損耗和電機的轉(zhuǎn)差 率成正比，又稱為轉(zhuǎn)差功率，以電阻發(fā)熱方式消耗。電動機工作在額定狀態(tài)時，轉(zhuǎn)差率s很小，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子銅損 耗小，電機效率高。但在供水系統(tǒng)中由轉(zhuǎn)速控制法實現(xiàn)

26、恒壓供水時，為適應(yīng) 流量的變化，電機一般難以工作于額定狀態(tài)，其轉(zhuǎn)速值往往遠低于額定轉(zhuǎn)速，此時的轉(zhuǎn)差率s增大，轉(zhuǎn)差功率增大，電機運行效率降低。雖然變轉(zhuǎn)差調(diào)速中的串級調(diào)速法能將 增加部份的轉(zhuǎn)差功率 通過整流、逆變裝置回饋給電網(wǎng)，但其功率因數(shù)較低，低速時過載能力低，還需一臺與電動機相 匹配的變壓器，成本高，且增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗。因此變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法不適用于恒壓供水系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速控制法。3.變頻調(diào)速通過調(diào)節(jié)電動機的電源頻率來實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方式。這種調(diào)速方式需要用的變頻裝置，即變頻器。最常用的變頻器采取的是變壓變頻方式的,簡稱為 VVVF (VariableVoltage Variable Fre

27、quency) o在改變輸出頻率的同時也改變輸出電壓，以保證電機磁通基本不 變，其關(guān)系為比=常數(shù)f1式中ui 變頻器輸出電壓，f1 變頻器輸出頻率。變頻調(diào)速方式時，電動機的機械特性表達式2 'T m pU1 r2 /s2 % 員)僅1*')2s(2-4)式中 m 一一電機相數(shù)；門一一定子電阻； xi一一定子漏電抗； x2 一一轉(zhuǎn)子漏電抗折算 值。頻率f1從額定值fN往下調(diào)時,電機機械特性變化情況如圖2-3所示。圖中 fN > f1 > f2 > f3> f4。(2-7)變頻調(diào)速過程的特點：靜差率小，調(diào)速范圍 大，調(diào)速平滑性好，而且，很關(guān)鍵的 其轉(zhuǎn)差率不變

28、。電機 于恒壓供水方式中的 壓供水系統(tǒng)中采取變 優(yōu)良的運行特性和明一點是調(diào)速過程中， 的運行效率高，適合 轉(zhuǎn)速控制法。因此恒 頻調(diào)速方式可以獲得 顯的節(jié)能效果。圖2-3變頻調(diào)速機械特性2.5變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)能耗分析2.5.1 轉(zhuǎn)速控制調(diào)節(jié)流量實現(xiàn)節(jié)能(1)轉(zhuǎn)速控制法與閥門控制法供水能耗分析在圖2-2中，將閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法的特性曲線畫在了同一坐標系中 。假設(shè)系統(tǒng)原工作于額定狀態(tài) N點，當所需流量減少，從額定流量Qn變?yōu)镼e時，在恒壓前提下，采 用閥門控制法時供水系統(tǒng)工作點 將移到A點，對應(yīng)的供水功率 PG與面積AHeOQe成正比；采用轉(zhuǎn)速控 制法 時供水系統(tǒng)工作點將 移到B點，對應(yīng)的供

29、水功率 PG與面積BHcOQe成正比。兩種控制方式下的面 積之差 "=AHeHcB表明了采取轉(zhuǎn)速控制方式相 對于閥門控制方式 可以實現(xiàn)節(jié)能。(2)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與恒速運行供水能耗分析根據(jù)水泵比例定理， 改變轉(zhuǎn)速n,水泵流量Q、揚程H和軸功率P都隨之相應(yīng)變化，其關(guān) 系式為(2-5)(2-6)Q .niQn2-Hi(ni)2Hn(n1)3n式中 ni, Qi , Hi , R分別為調(diào)速后的水泵轉(zhuǎn)速、流量、揚程和軸功率。從以上關(guān)系可 知,大的。當轉(zhuǎn)速n下降時，軸功率按轉(zhuǎn)速變化的 3次方關(guān)系下降，可見轉(zhuǎn)速對功率的影響是最般在設(shè)計中，水泵 均考慮在最不利工況下供水，水泵在選型上也是按水泵額定工作點選

30、型和安裝使用，即按額 定工作點設(shè)計。但在實際運行中，管網(wǎng)用 水量常常低于最不利工況，這時, 如降低轉(zhuǎn)速相對于恒速泵供水運行，能使水泵的軸功率大大減 少?？梢?，在供水系統(tǒng) 中根據(jù)用水量的大小，通 過變頻方式調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速的方式來實現(xiàn)供水有很好的節(jié)能效果。 而且這種方式在用水量較少時節(jié)能效果更為明顯。2.5.2轉(zhuǎn)速控制供水系統(tǒng)的工作效率高(1)工作效率的定義供水系統(tǒng)的工作效率為水泵的供水功率 p與軸功率p之比，即G' p_PG(2-8)該效率是包含了水泵本身效率在內(nèi)的整個供水系統(tǒng)的總效率。式(2-8)中，pp是指水泵是在定流量、揚程下運行時所需的外來功率，即電動機的輸出功率；PG是供水系統(tǒng)

31、的輸出功率也就是水獲得的實際功率，由實際供水的揚程和流量計算。供水過程中的損耗主要來自于水泵本身的機械損耗、水力損失、容積損失，以及管路中的管阻損耗。PP(2)供水系統(tǒng)工作效率的近似計算公式水泵工作效率相對值的近似計算公式如下*Q、Ci(r)n一* nQ"Q"、n Ci、C2為常數(shù)，遵循如下規(guī)律 Ci-C2=i。(2-9)C (2)2n*式(2-9) 中 pQ n 效率、流量和轉(zhuǎn)速的 相對值均小于1。有以下關(guān)系，p N(3)不同控制方式時的工作效率*O _* 一= Q ,隨著流重的 減小，Q減小，水泵工 閥門控制法方式，因 轉(zhuǎn)速不變，n=l,比值n * . .作的效率 p降

32、低十分明顯。* *c 一、-、一 _ _一，j Q 不轉(zhuǎn)速控制方式時，因 閥門開度不變，由式(2-4),流量Q和轉(zhuǎn)速n是成正比的，比值 了 1 變。即水泵的工作效 率是不變的，總是處于最佳狀態(tài)。所以，轉(zhuǎn)速控制方式 與閥門控制方式相比，供水系統(tǒng)的工作效 率要大得多。這是變頻調(diào)速供 水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的第二個方面。2.5.3變頻調(diào)速電機運行效率高在設(shè)計供水系統(tǒng)時， 額定揚程和額定流量通常留有裕量，而且 ，實際用水流量也往往達不到 額定值，電動機也常 常處于輕載狀態(tài)，電機恒速運行時效率和 功率因數(shù)很低。采用變頻調(diào)速方式 變頻器能夠根據(jù)負載 輕重調(diào)整輸入電壓，從而提高了電動機的 工作效率。這是變頻調(diào)速

33、供水系統(tǒng) 具有節(jié)能效果的第三個方面。2.6供水系統(tǒng)安全性討論2.6.1 水錘效應(yīng)在極短時間內(nèi)，因水 流量的急巨變化，引起在管道的壓強過高 或過低的沖擊，并產(chǎn)生空化現(xiàn) 象，使管道受壓產(chǎn)生 噪聲，猶如錘子敲擊管子一樣，稱為水錘 效應(yīng)。水錘效應(yīng)具有極大的破壞性。 壓強過高，將引起管 子的破裂；壓強過低，又會導(dǎo)致管子的癟 塌。此外，水錘效應(yīng)還可能損壞閥 門和固定件。2.6.2 產(chǎn)生水錘效應(yīng)的原因及消除辦法產(chǎn)生水錘效應(yīng)的根本 原因，是水泵在起動和制動過程中的動態(tài)轉(zhuǎn)矩太大，短時間內(nèi)流量的巨大變化而引起的。采 用變頻調(diào)速，通過減少動態(tài)轉(zhuǎn)矩，可以實現(xiàn)徹底消除水錘效應(yīng)。水泵的動態(tài)轉(zhuǎn)矩大小 決定了水泵加速過程的快

34、慢，決定了加速過程流量變化的快慢，也就決定了水錘效應(yīng)的強弱。拖動系統(tǒng)中，動態(tài)轉(zhuǎn) 矩Tj Tm TL; Tm：是電動機的拖動轉(zhuǎn)矩； Tl ：是供水系統(tǒng)的制動轉(zhuǎn)矩。圖2-4反映了全壓起動和變頻起動過程中動態(tài)轉(zhuǎn)矩情況。圖中曲線是異步電動機的機械特 性，曲線是水泵的機械特性，圖2-4b)中的鋸齒狀線是變頻起 動過程中的動態(tài)轉(zhuǎn)矩。由圖2-4可知，水泵在直接起動過程時，因頻起動，可有效地降 低動態(tài)轉(zhuǎn)矩消除水錘效應(yīng)。停機過程效果類似。動態(tài)轉(zhuǎn)矩很大，造成了強烈的 水錘效應(yīng)，通過變圖2-4水泵的直接起動和變頻起動a)全壓起動b)變頻起動2.6.3 變頻調(diào)速對供水系統(tǒng)安全性的作用采用變頻調(diào)速，對系統(tǒng)的安全性有一系

35、列的好處：(1)消除了水錘效應(yīng)，減少了對 水泵及管道系統(tǒng)的沖擊，可大大延長水泵及管道系統(tǒng)的壽命;(2) 降低水泵平均轉(zhuǎn)速，減小工作過程中的平均轉(zhuǎn)矩，從而減小葉片承受的應(yīng)力，減小軸承的磨損，使水泵的工作壽命將大大延長；(3)避免了電機和水泵的硬起動，可大大延長聯(lián)軸器壽命；(4)減少了起動電流，也 就減少了系統(tǒng)對電網(wǎng)的沖擊，提高了自身 系統(tǒng)的可靠性。3 變 頻 調(diào) 速 恒 壓供 水 控 制 系 統(tǒng)設(shè) 計3.1 供 水 系 統(tǒng)總體 方 案 的確 定1 用戶需求供水系統(tǒng)總體要求：(1)由多臺水泵機組實現(xiàn)供水，流量范圍120m3/h,揚程80米左右;助泵，用于小流量時的供水；尤其在換泵時波動要?。?2)

36、 設(shè)置一臺小泵作為輔(3) 供水壓力要求恒定，(4) 系統(tǒng)能自動可靠運行，為方便檢修和應(yīng)急，應(yīng)具備手動功能；(5) 各主泵均能可靠地實現(xiàn)軟啟動；(6) 具有完善的保護和報警功能；(7) 系統(tǒng)要求較高的經(jīng)濟運行性能。2方案確定確定供水系統(tǒng)總體設(shè)計方案的基本依據(jù)是設(shè)計供水能力能滿足系統(tǒng)最不利點用水需求，同時還需要結(jié)合用戶用水量變化類型，考慮方案適用性、節(jié)能性及其它技術(shù)要求。根據(jù)用戶的用水時段特點可將用戶用水量變化類型分為連續(xù)型、間歇型兩大類，根據(jù)流量的變化特點，還可進一步細分為高流量變化型，低流量變化型，全流量變化型等。不同季節(jié)、不同月份，流量變化類型也會改變。連續(xù)型是指一天內(nèi)很少有流量為零的時候

37、，或本身管網(wǎng)的正常泄漏就保持有一定的流量。間歇型指一天內(nèi)有多段用水低谷時間，流量很小或為零。采用變頻調(diào)速方式來實現(xiàn)低流量時的恒壓供水節(jié)能效果比較明顯，與通常的工頻氣壓給水設(shè)備相比平均節(jié)能可達30%。 水 泵變頻軟起動沖擊電流小，也有利于電機泵的壽命，此外水泵在低速運行時，噪聲小。采用多臺水泵并聯(lián)供水，根據(jù)用水量大小調(diào)節(jié)投入水泵臺數(shù)的方案。在全流量范圍內(nèi)靠變頻泵的連續(xù)調(diào)節(jié)和工頻泵的分級調(diào)節(jié)相結(jié)合，使供水壓力始終保持為設(shè)定值。多泵并聯(lián)代替一、二臺大泵單獨供水不會增加投資，而其好處是多方面的。首先是節(jié)能，每臺泵都可以較高效率運行，長期運行費用少；其二，供水可靠性好，一臺泵故障時，一般并不影響系統(tǒng)供水

38、，小泵的維修更換也方便；其三，小泵起動電流小，不要求增加電源容量；其四，只須按單臺泵來配置變頻器容量，減少投資。處于供水低谷小流量或夜間小流量時，為進一步減少功耗，采用一臺小流量泵來維持正常的泄漏和水壓。多泵變頻循環(huán)工作方式的可靠切換，是實現(xiàn)多泵分級調(diào)節(jié)的關(guān)鍵，可選用編程靈活、可靠性高、抗干擾能力強、調(diào)試方便、維護工作量小的PLC 通過編程來實現(xiàn)。供水系統(tǒng)的恒壓通過壓力變送器、PID 調(diào)節(jié)器和變頻器組成的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制。根據(jù)水壓的變化，由變頻器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)恒壓。綜合以上分析，確定以可靠性高、使用簡單、維護方便的變頻器和 PLC 作為主要控制設(shè)備來設(shè)計變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，其總體結(jié)構(gòu)如圖

39、3-1。變頻器PIDSLh用戶壓力上下限信號廣電網(wǎng)電流予水位下 限信號M2M3圖3-1系統(tǒng)構(gòu)成方案圖PLC FX2N32MRYV1SLl儲水池3.2控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.2.1 系統(tǒng)主要配置的選型1 .水泵機組的選型根據(jù)系統(tǒng)要求的總流 量范圍、揚程大小，確定供水系統(tǒng)設(shè)計流量和設(shè)計供水壓力（水泵揚程）,考慮到用水量類型為 連續(xù)型低流量變化型，確定采用3臺主水泵機組和1臺輔助泵機組，型號及參數(shù)見表3-1。表3-1水泵型號及參數(shù)用水量/ ( m3 / h)揚程/ m水泵型號電動機功率/kw配用變頻器/kw36310065LG50-205222224110050LG24-20511112.變頻器的選型

40、根據(jù)控制功能不同， 通用變頻器分為三種類型。普通功能型 u/f控制變頻器，具有轉(zhuǎn)矩控制 功的高功能型u/f控制變頻器，矢量控制高 功能型變頻器。供水系 統(tǒng)屬泵類負載，低速運行時的 轉(zhuǎn)矩小，可選用價格相對便宜的u/f控制變頻器。綜合以上因素，系統(tǒng) 選用專為風機、泵用負載設(shè)計的普通功能型u/f控制方式的森蘭變頻器，型號BT12S22KWI,變頻器內(nèi)置PID控制模塊，可用于閉環(huán)控制系統(tǒng) ，實現(xiàn)恒壓供水。其主要參數(shù)及性能介紹如下：額定容量：30KVA ;額定電壓：380V;額定電流：45A;額定過載電流：額定電流的120%1分鐘。配用制動電阻：30。3 . PLC的選型依據(jù)控制任務(wù)，從 PLC的輸入1

41、輸出點數(shù)、存儲器容量、輸入 l輸出接口模塊類型等方面等 來選擇PLC型號。在供水系統(tǒng)的設(shè)計中，我們選 擇三菱FX2N-32MR ,其I/O端子分配在3.2.4節(jié) 給出。FX2N-32MR 主要參數(shù)及特點：I/O點數(shù)：16/16;用戶程序步數(shù)：4K;基本指令：27條；功能指令：298條；基本指令執(zhí)行 時間：0.08微秒；通 信功能：強；輸出形式：繼電型；輸出能 力：2A/點。4 .壓力變送器及數(shù)顯儀的選型選用普通壓力表 Y-100和XMT-1270數(shù)顯儀實現(xiàn)壓 力的檢測、顯示和變送。 壓力表測量范圍 0-1MPa,精度1.5;數(shù)顯儀輸出一路4-20mA電流信號，送給變頻器 作為PID調(diào)節(jié)的反饋電

42、信號， 可設(shè)定壓力上下、限，通過兩路繼電器控制輸出壓力超限信號 。5 .其余器件型號表3-2器件型號表元件ii#>>備注自動開關(guān)DW10-200/3脫扣器150ADZ4-50/320脫扣器50A1個DZ4-25/320脫扣器25A1個接觸器CJ10-607個熔斷器RM10-100/801個RM10-200/1254個RM10-600/5001個按鈕開關(guān)LA19-11規(guī)格：5 0 0 V14個指示燈XD624V,1.2W4紅，8綠中間繼電器DZ-53/22024V,2.5-5W14個高低水位控制器EQ1個主令控制器SA1個熱繼電器JR16-60/3D熱元件32A, 45A1個32A,

43、 3個45A3.2.2 主電路方案設(shè)計三臺大容量的主水泵(1#,2 #,3 #)根據(jù)供水狀態(tài)的不同，具有變頻、工頻兩種運行方式，因此每臺主水泵均要求通 過兩個接觸器分別與工頻電源和變頻電源輸出相聯(lián)；輔助泵只運行在工頻狀態(tài)，通過一個接觸器 接入工頻。連線時一定要注意，保證水泵旋向正確，接觸器的選擇依據(jù)電動機制容量來確定。QF1,QF2,QF3,QF4,QF5,QF6分別為主電路、變頻器和各水泵的工頻運行空氣開關(guān)，F(xiàn)R1, FR2, FR3, FR4為工頻運行時的電機過載保護用熱繼電器，變頻運行時由變頻器來實現(xiàn)電機過載保護。QF4KM6圖3-2主電路圖QF5KM7變頻器的主電路輸出 端子（U, V

44、, W）經(jīng)接觸器 接至三相電動機上，當旋轉(zhuǎn)方向與工頻時電機 轉(zhuǎn)向不一致時，需要 調(diào)換輸出端子（U,V,W）的相序，否則無法工作。變頻器和電動機之間的配線長度應(yīng)控制在100m以內(nèi)。在變頻器起動、運行 和停止操作中，必須用觸摸面板的運行和停止鍵或者是外控端子 FWD（REV）來操作，不得以主電路空氣開關(guān) QF2的通斷來 進行。為了改善變頻器的功率因素，還應(yīng)在變頻器的（Pl, P+）端子之間需接入相應(yīng)的 DC電抗器。變頻器接地端子必須可靠接地，以保 證安全，減少噪聲。圖 3-2給出了供水系統(tǒng)電氣控制主回路的主要聯(lián)線關(guān)系。3.2.3 控制電路設(shè)計在控制電路的設(shè)計中，必須要考慮弱電和強電之間的隔離的問

45、題。為了保護PLC設(shè)備，PLC輸 出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是在 PLC輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器 ，通 過中間繼電器控制 接觸器線圈的得電/失電，進而控制電機或者閥門的動作。通 過隔離，可延長 系統(tǒng) 的使用壽命，增 強系統(tǒng)工作的可靠性?？刂齐娐分羞€要考 慮電路之間互鎖的關(guān)系，這對于變頻器安全運行十分重要。變頻器的輸出端嚴禁和工頻電源因此，在控制電路中相連，也就是說不允許一臺電機同時接到 工頻電源和變頻電源的情況出現(xiàn)。多處對各主泵電機的工頻/變頻運行接觸器作了互鎖設(shè)計；另外，變頻器是按單臺電機容量配置,不允許同時帶多臺電機運行，為此對各電 機的變頻運行也作了互鎖設(shè)計。為

46、提高互鎖的可靠性,在PLC控制程序設(shè)計時，進一步通過 PLC內(nèi)部的軟繼電器來做互鎖?？刂齐娐分羞€考慮了 電機和閥門的當前工作狀態(tài)指示的設(shè)計,為了節(jié)省PLC的輸出端口，在電路中可以采用 PLC輸出端子的中間繼電器的 相應(yīng)常開觸點的斷開和 閉合來控制相應(yīng)電機和閥門的指示燈的亮和熄滅，指示當前系統(tǒng)電機和閥門的工作狀態(tài)。出于可靠性及檢修方 面的考慮，設(shè)計了手動/自動轉(zhuǎn)換控制電路。通過轉(zhuǎn)換關(guān)及相應(yīng)的電路來實現(xiàn)。圖3-3給出了供水系統(tǒng)的部份電氣控制線路圖。NSAkA， kA kA kA kA kA kASB11SB1n sb34 J t kA1SB5SB8中SB9- kA4 SB1時kA5SB1SB2kA

47、5kA3kA1kA2kA 二HL0kA1kA2FR1kA2 5SB6>=rkA5kA4kA3kA1kA3kA5kA1kA3 口kA4 mFR2kA6JISB13A kA6 j7 SB1<FkA7kA5Z3 kA6O kA7 口FR3FR4圖3-3手動控制線路圖圖3-3中，SA為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，KA為手動/自動轉(zhuǎn)換用中間繼電器，打在位置為手 動狀態(tài)，打在 位置KA吸合，為自動狀態(tài)。在 手動狀態(tài)，通過按鈕 SB1-SB14控制各臺泵的起停。在自動狀態(tài)時， 系統(tǒng)執(zhí)行PLC的控制程序，自動控制泵的起停。中間繼電器KA的7個常閉觸點串接在四臺泵的手動控制 電路上，控制四臺泵的手動運行。中

48、間繼電器KA的常開觸點接PLC的XO ,控制自動變頻運行程序的執(zhí)行。在自動狀態(tài)時，四臺泵在PLC的控制下能夠有序而平穩(wěn)地切換、運行電動機電源的通斷，由中間繼電器KA1-KA7控制接觸器KM1-KM7的線圈來實現(xiàn)。HLO為 自動運行指示燈。FR1, FR2, FR3, FR4為四臺泵的熱繼電器的常閉觸點，對電機進行過載保護。3.2.4 PLC的I/O端子分配及接線圖PLC的I/O分配如表3-3。表3-3 PLC的I/O端子分配現(xiàn)場器件與接線段子I/O地址功能注釋輸入中間繼電器KA常開觸點X0自動/手動轉(zhuǎn)換開關(guān)變頻器Y2端子X1變頻器輸出頻率極限信號遠傳壓力表壓力上限電接點X2壓力下限到達信號遠傳

49、壓力表壓力下限電接點X3壓力上限到達信號水池水位下限信號X4水池缺水接觸器KM8常開X5變頻器故障報警信號接觸器KM9常開X15壓力上下限報警信號變頻器Y1X16變頻器過載信號輸出KA8線圈Y0實現(xiàn)運行/停止控制KA1線圈Y11#變頻運行控制及指示KA2線圈Y21#工頻運行控制及指示KA3線圈Y32#變頻運行控制及指示KA4線圈Y42#工頻運行控制及指示KA5線圈Y53#變頻運行控制及指示KA6線圈Y63#工頻運行控制及指示KA7線圈Y7輔助泵工頻運行控制及指示KA10線圈Y10水池水位下限報警指示KA11線圈Y11變頻器故障報警指示KA12線圈Y12水壓上下報警KA13線圈Y13自動變頻運行

50、指示KA14線圈Y14自動工頻運行指示KA15線圈Y15變頻器過載運行指示依據(jù)表3-3得FX2N-32MR的I/O 口的輸入輸出電路圖，如圖3-4。圖3-4 PLC的接線圖3.2.5 變頻器功能設(shè)定及接線圖表3-4變頻器接線 及參數(shù)設(shè)置變頻器端子現(xiàn)場器件與接線端子功能代碼參數(shù)設(shè)定解釋FWDKA8線圈Y1PLC 的 X16F334輸出過載預(yù)報信號Y2PLC 的 X1F332輸出頻率到達信號CMPLC 的 COMPE接地端子IRF接壓力傳感器輸入信號30A, 30BKM8線圈變頻器故障總報警信號30PA, 30PBKM9線圈壓力上下限報警信號F012頻率由外控端子 IRF420mAF021外控FW

51、D,REV控制，STOP有效F031電動機停車方式自由制動F0450.00 Hz最大頻率F06380V最高輸出電壓F102電子熱保護，過載預(yù)報動作F1249.5Hz上限頻率F1320.00 Hz下限頻率F2110.00 Hz啟動頻率F271轉(zhuǎn)向鎖定，正向有效F503反饋方式模擬電流 420mAF444控制對象是壓力表3-4中頻率參數(shù)設(shè)置說明:(1)最大頻率：水泵屬于平方律負載，轉(zhuǎn)矩T 8n2 ,當轉(zhuǎn)速超過其額定 轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)矩將按平方規(guī)律增加，導(dǎo)致電 動機嚴重過載。因此，變頻器的最高頻率只能與水泵額定頻率相等。(2)上限頻率：由于變頻器內(nèi)部具有轉(zhuǎn) 差補償功能，在50Hz的情況下，水泵在變頻運行時

52、 的 實際轉(zhuǎn)速要高于工頻運行時的轉(zhuǎn)速，從而增大了電動機的負載，因此實際預(yù)置得略低于額定頻率。(3)下限頻率：在供水系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速過低，會出現(xiàn)水泵的全揚程小于基本揚程(實際揚程)，形成水泵 空轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象。所以，在多 數(shù)情況下，下限頻率不能 太低，可根據(jù)實際情況適當調(diào)整。(4) 啟動頻率：水泵在啟動前，其葉輪全部在水中，啟動時，存在著一定的阻力，在從0Hz開始啟動的一段頻率內(nèi)，實際上轉(zhuǎn)不起來。因此，應(yīng)適當預(yù)置啟動頻率值，使其在啟動瞬間有一點沖擊力。4 系 統(tǒng) 軟 件 開 發(fā)4.1 PLC 控制程序的 設(shè) 計4.1.1 全 自 動 變頻 恒 壓 運行 方 式 水 泵運 行 狀 態(tài) 及轉(zhuǎn)換 過 程分 析1 轉(zhuǎn)換過程分析啟動自動變頻運行方式時，首先起動輔助穩(wěn)壓泵工頻運行供水，當用水量大，超過輔助泵最大供水能力而無法維持管道內(nèi)水壓時，PLC 通 過變頻器啟動1 號主水泵供水，同時關(guān)閉輔助泵的運行。在1 號主水泵供