畢業(yè)論文--生活消防合用供水系統(tǒng)軟件設(shè)計

1、<p>　　編號 </p><p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　二〇〇九年十月</b></p><p>　題 目生活消防合用恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><

2、;p>　　變頻器與PLC在各行各業(yè)中的應(yīng)用已成為改造傳統(tǒng)工業(yè)、改善工藝流程、提高生產(chǎn)過程的自動化水平、提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善生產(chǎn)環(huán)境、節(jié)約能源的主要技術(shù)手段之一。近年來，在各地已建成或正在興建的數(shù)量、類型眾多的居住小區(qū)或居住組團(tuán)中，占相當(dāng)大比例的是由7～9層以下的多層住宅組成，在設(shè)計這類多層小區(qū)的過程中采用生活消防合用恒壓變頻調(diào)速，主要是因為多層小區(qū)生活消防壓力不大，在管材選用適當(dāng)或是消防管路采用防倒流措施，在采用變頻設(shè)備及電源可靠條

3、件下，采用生活消防合用供水設(shè)備是經(jīng)濟(jì)型的選擇。</p><p>　　本課題系統(tǒng)采用硬件軟件相結(jié)合的控制方式，通過變頻器與PLC的相結(jié)合，實現(xiàn)水泵的運行切換和調(diào)速，通過揚程特性曲線分析供水系統(tǒng)的工作原理，根據(jù)管網(wǎng)和水泵的運行曲線，說明采用變頻供水系統(tǒng)的節(jié)能原理。并且分析生活消防變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成及特點，探討多層居民區(qū)生活消防合用變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制策略，總結(jié)變頻恒壓供水系統(tǒng)的實際性能與使用效果。</p&

4、gt;<p>　　關(guān)鍵詞：生活消防合用 恒壓變頻 PLC 節(jié)能</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1引言1</b></p><p>　　1.2變頻恒壓供水產(chǎn)生

5、的背景和意義2</p><p>　　1.3變頻恒壓供水的現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3.1變頻恒壓供水系統(tǒng)在國外研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3.2變頻恒壓供水的發(fā)展趨勢3</p><p>　　1.4課題的來源和主要研究內(nèi)容3</p><p>　　第二章 變頻恒壓供水系統(tǒng)的概述5</p&g

6、t;<p>　　2.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的描述5</p><p>　　2.1.1變頻恒壓供水原理的分析6</p><p>　　2.1.2恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能分析7</p><p>　　2.1.3恒壓供水系統(tǒng)的安全性分析9</p><p>　　2.2恒壓供水系統(tǒng)的基本組成10</p><p>　　2.

7、2.1可編程序控制器（PLC）10</p><p>　　2.2.2變頻器的基本介紹12</p><p>　　2.2.3壓力傳感器14</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計15</p><p>　　3.1生活消防合用恒壓供水系統(tǒng)的介紹15</p><p>　　3.2生活消防合用恒壓供水系統(tǒng)的控制要求15

8、</p><p>　　3.3生活消防合用恒壓供水系統(tǒng)的主電路設(shè)計16</p><p>　　3.4控制電路設(shè)計17</p><p>　　3.4.1控制系統(tǒng)的I/O點及地址分配17</p><p>　　3.4.2控制電路的設(shè)計18</p><p>　　3.5設(shè)備選型19</p><p>　

9、　3.5.1消防泵電機(jī)的確定19</p><p>　　3.5.2變頻器的選型20</p><p>　　3.5.3PLC的選型21</p><p>　　第四章 生活消防合用供水系統(tǒng)軟件設(shè)計23</p><p>　　4.1系統(tǒng)流程圖設(shè)計思想23</p><p>　　4.2主程序設(shè)計23</p>

10、<p>　　4.2.1主程序流程圖設(shè)計23</p><p>　　4.2.2主程序梯形圖24</p><p>　　4.3壓力恒定控制程序設(shè)計26</p><p>　　第五章 總結(jié)與展望28</p><p>　　5.1論文總結(jié)28</p><p>　　5.2技術(shù)展望28</p><

11、;p><b>　　致 謝29</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　水是生命之源，人類生存和發(fā)展都離不開水

12、。在通常的城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水中基本上都是靠供水站的電動機(jī)帶動離心水泵，產(chǎn)生壓力使管網(wǎng)中的自來水流動，把供水管網(wǎng)中的自來水送給用戶。但供水機(jī)泵供水的同時，也消耗大量的能量，如果能在提高供水機(jī)泵的效率和確保供水機(jī)泵的可靠穩(wěn)定運行的同時降低能耗，將具有重要經(jīng)濟(jì)意義。</p><p>　　我國供水機(jī)泵的特點是數(shù)量大、范圍廣、類型多，在工程規(guī)模上也有一定水平，但在技術(shù)水平、工程標(biāo)準(zhǔn)以及經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)等方面與國外先進(jìn)水平相比，還有

13、一定的差距。</p><p>　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)的可靠性要求不斷提高。衡量供水質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一是供水壓力是否恒定，因為水壓恒定于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的，如當(dāng)發(fā)生火警時若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火會造成更大的經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡，但是用戶用水量是經(jīng)常變動的，因此用水和供水之間的不平衡的現(xiàn)象時有發(fā)生，并且集中反映在供水的壓力上，用水多而供水少，則供水壓力低；用水少而

14、供水多，則供水壓力大。保持管網(wǎng)的水壓恒定供水，可使供水和用水之間保持平衡，不但提高了供水的產(chǎn)量和質(zhì)量，也確保了供水生產(chǎn)以及電機(jī)運行的安全可靠性。</p><p>　　對于大多數(shù)采用供水企業(yè)來說，傳統(tǒng)供水機(jī)泵存在日常運行費用太高，單位供水的能耗偏大的問題，尋求供水與能耗之間的最佳性價比，是困擾企業(yè)的一個長期問題。目前各供水廠的供水機(jī)泵設(shè)計按最大揚程與最大流量這一最不利條件設(shè)計，水泵大多數(shù)時間在設(shè)計效率以下運行。導(dǎo)致

15、電動機(jī)與水泵之間常常出現(xiàn)大馬拉小車問題，如圖1-1所示。因此，如何解決供水與能耗之間的不平衡，尋求提高供水效率的整體解決方案，是各供水企業(yè)關(guān)心的焦點問題之一。</p><p>　　圖1-1 傳統(tǒng)供水機(jī)泵示意圖</p><p>　　變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用。利用變頻技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合，在中小型供水企業(yè)實

16、現(xiàn)恒壓供水，不僅能達(dá)到比較明顯的節(jié)能效果，提高供水企業(yè)的效率，更能有效保證從水系統(tǒng)的安全可靠運行。</p><p>　　變頻恒水壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣傳動技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進(jìn)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；同時可達(dá)到良好的節(jié)能性，提高供水效率。所以研究設(shè)計基于變頻調(diào)速的恒定水壓供水系統(tǒng)(簡稱變頻恒壓供水，如圖1-2)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活

17、水平，同時降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。</p><p>　　圖1-2 變頻供水機(jī)泵示意圖</p><p>　　1.2變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義</p><p>　　我國長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，工業(yè)自動化程度低。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

18、量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況。此時造成能量的浪費，同時還有可能造成水管爆裂和用水設(shè)備的損壞。</p><p>　　傳統(tǒng)調(diào)節(jié)供水壓力的方式，多采用頻繁啟停電機(jī)控制和水塔二次供水調(diào)節(jié)的方式，前者產(chǎn)生大量能耗，而且對電網(wǎng)中其他負(fù)荷造成影響，設(shè)備不斷啟停會影響設(shè)備壽命；后者需要大量的占地與投資。且由于是二次供水，不能保證供水質(zhì)的安全與可靠性。而變頻調(diào)速式運行十分穩(wěn)定可靠，沒有頻繁的啟動現(xiàn)象，啟動方式為軟啟

19、動，設(shè)備運行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機(jī)械沖擊，也沒有水塔供水所帶來的二次污染的危險。</p><p>　　由此可見，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有供水安全、節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、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(jì)效益與社會效益。</p><p>　　1.3變頻恒壓供水的現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.1變頻恒壓供水系統(tǒng)在國外研

20、究現(xiàn)狀</p><p>　　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。目前國外的恒壓供水系統(tǒng)變頻器成熟可靠，恒壓控制技術(shù)先進(jìn)。國外變頻供水系統(tǒng)在設(shè)計時主要采用一臺變頻器只帶一臺水泵機(jī)組的方式。這種方式運行安全可靠，變壓方式更靈活。此方式的缺點必是電機(jī)數(shù)量和變頻的數(shù)量一樣多，因而投資成本高。國外生產(chǎn)的變頻器，特別是供水廠用變頻器，相對于國產(chǎn)變頻器而言，價格明顯偏高，維護(hù)成本也高于國內(nèi)產(chǎn)品。</p&

21、gt;<p>　　目前國內(nèi)有不少公司從事進(jìn)行變頻恒壓供水的研制和推廣，國產(chǎn)變頻器主要采用進(jìn)口元件組裝或直接進(jìn)口國外變頻器，結(jié)合PLC調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)恒壓供水，在小容量、控制要求的變頻供水領(lǐng)域，國產(chǎn)變頻器發(fā)展較快，并以其成本低廉優(yōu)勢占領(lǐng)了相當(dāng)部分小容量變頻恒壓供水市場。但在大功率大容量變頻器上，國產(chǎn)變頻器有待于進(jìn)一步改進(jìn)和完善。</p><p>　　1.3.2變頻恒壓供水的發(fā)展趨勢</p>

22、<p>　　1.變頻供水系統(tǒng)目前正向集成化、維護(hù)操作簡單化方向發(fā)展</p><p>　　在國內(nèi)外，專門針對供水系統(tǒng)的變頻器集成化越來越高，很多專用供水變頻器集成了PLC或PID，甚至將壓力傳感器也融入了變頻組件。同時維護(hù)操作也越來越簡單，部分新品的變頻供水只需要簡單設(shè)定壓力值就可以正常運行，控制軟件和其他參數(shù)在出廠時就已經(jīng)設(shè)定或利用傳感器自動獲取完畢。</p><p>　　2.高

23、壓變頻系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應(yīng)用</p><p>　　在過去變頻供水涉及較少的高壓變頻系統(tǒng)，也是發(fā)展的重要方向。高-低-高型的高壓變頻系統(tǒng)、串聯(lián)多電平高壓系統(tǒng)目前已經(jīng)在實際應(yīng)用中不斷完善，高壓高頻中的諧波等問題也逐步得到解決。</p><p>　　3.變頻供水系統(tǒng)正在融入更全面的供水管理系統(tǒng)</p><p>　　面對日益復(fù)雜的供水系統(tǒng)，如何在滿足供水需求的前提下，最大限

24、度的提高供水效益，是所有供水部門共同面臨的重要課題。目前，在美國、日本、法國等地的有些城市已經(jīng)基本上實現(xiàn)了供水系統(tǒng)的計算機(jī)優(yōu)化，把變頻供水與計算機(jī)直接調(diào)度管理結(jié)合起來，我國也正在進(jìn)行著這方面的研究與小范圍的應(yīng)用。</p><p>　　1.4課題的來源和主要研究內(nèi)容</p><p>　　本課題來源于生活消防合用變頻恒壓供水的實際運用，對變頻電機(jī)在供水系統(tǒng)中的設(shè)計運用，效能進(jìn)行分析與研究。&l

25、t;/p><p>　　對多層建筑，《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GBJ16—1987）規(guī)定“消防給水宜與生產(chǎn)、生活給水管道合用”。但對高層建筑，《高層居民建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50045—1995）第7.4.4條規(guī)定“室內(nèi)消防給水系統(tǒng)應(yīng)與生活、生產(chǎn)給水系統(tǒng)分開獨立設(shè)置”。而12層以內(nèi)小高層建筑，生活消防壓力差別不大，若管材選用設(shè)當(dāng)或消防管路采取防倒流措施，在采用變頻設(shè)備及電源可靠條件下，采用生活消防合用變頻供水設(shè)備具有以下

26、優(yōu)點：</p><p>　　1.生活泵組定時輪換運行，不會因備用泵長期不用或管理不善而使水泵銹死，機(jī)組時刻處在工作狀態(tài)。</p><p>　　2.生活泵組和消防泵組合用，基本節(jié)省一套消防泵組，便于設(shè)備管理和維護(hù)。</p><p>　　3.設(shè)備自動化程度高，供水穩(wěn)定可靠，且水質(zhì)無二次污染。</p><p>　　4.水泵軟啟動軟停止，無沖擊和管路

27、超壓的危害。</p><p>　　本文主要研究生活消防合用恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。通過變頻器的調(diào)速，實現(xiàn)電機(jī)的切換，達(dá)到節(jié)能的效果。系統(tǒng)按循環(huán)軟啟動變頻設(shè)備或帶小流量泵的循環(huán)軟啟動變頻設(shè)備選型，主泵的流量按生活消防兩者的最大值來選擇，揚程一般按消防設(shè)計壓力選擇。通過變頻器與PLC的相結(jié)合，分析揚程特性曲線分析供水系統(tǒng)的工作特點，根據(jù)管網(wǎng)和水泵的運行曲線，說明采用變頻供水系統(tǒng)的節(jié)能原理。并且分析生活消防變

28、頻恒壓供水系統(tǒng)的組成及特點，探討多層居民區(qū)生活消防合用變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制策略。</p><p>　　第二章 變頻恒壓供水系統(tǒng)的概述</p><p>　　2.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的描述</p><p>　　變頻恒壓供水控制系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、壓力傳感器等部分組成?？刂坪诵膯卧狿LC根據(jù)手動設(shè)定壓力信號與現(xiàn)場壓力傳感器的反饋信號經(jīng)PLC的分析和計算，得到壓力偏

29、差和壓力偏差的變化率，經(jīng)過PID運算后，PLC將0～5V的模擬信號輸出到變頻器，用以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及進(jìn)行電機(jī)的軟起動；PLC通過比較模擬量輸出與壓力偏差的值，通過I/O端口開關(guān)量的輸出驅(qū)動切換繼電器組，以此來協(xié)調(diào)投入工作的電機(jī)臺數(shù)，并完成電機(jī)的起停、變頻與工頻的切換。通過調(diào)整電機(jī)組中投入工作的電機(jī)臺數(shù)和控制電機(jī)組中一臺電機(jī)的變頻轉(zhuǎn)速，使動力系統(tǒng)的工作壓力穩(wěn)定，進(jìn)而達(dá)到生活消防恒壓供水的目的。如圖2-1恒壓供水系統(tǒng)組成框圖。</p

30、><p>　　圖2-1恒壓供水系統(tǒng)組成框圖</p><p>　　對供水系統(tǒng)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，但揚程難以進(jìn)行具體的測量和控制?？紤]到在動態(tài)環(huán)境下，管道中水壓的大小（用壓力p表示）與供水能力（用流量Qg表示）和用水需求（用水量Qu表示）之間的平衡有關(guān)。</p><p>　　當(dāng)供水能力大于

31、用水需求，則壓力上升；</p><p>　　當(dāng)供水能力小于用水需求，則壓力下降；</p><p>　　當(dāng)供水能力等于用水需求，則壓力不變。</p><p>　　可見供水能力與用水需求之間的矛盾具體反映在流體壓力的變化上。因此，壓力就成為控制流量大小的參變量。就是說，保持供水系統(tǒng)中某處壓力的恒定，也就保證了該處的供水能力和用戶流量處于平衡，恰到好處的滿足了用戶所需的用

32、水流量，這就是恒壓供水所要達(dá)到的目的。</p><p>　　2.1.1變頻恒壓供水原理的分析</p><p>　　變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是采用電動機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器（PLC）構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運行，并自動調(diào)整泵組的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。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

33、反饋的總管壓力實際值進(jìn)行比較，其差值輸入CPU運算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動機(jī)的投運臺數(shù)和運行變量泵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。 </p><p>　　由水泵的工作原理可知：水泵的流量與水泵（電機(jī)）的轉(zhuǎn)速成正比，水泵的揚程與水泵（電機(jī)）的轉(zhuǎn)速的平方成正比，水泵的軸功率等于流量與揚程的乘積，故水泵的軸功率與水泵的轉(zhuǎn)速的三次方成正比（既水泵的軸功率與供電頻率的三次方成正比）。根據(jù)上述原理可知

34、改變水泵的轉(zhuǎn)速就可改變水泵的功率。</p><p>　　一般供水系統(tǒng)中，流量調(diào)節(jié)方法一般為閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種。</p><p><b>　　1.閥門調(diào)節(jié)法</b></p><p>　　閥門調(diào)節(jié)法主要通過調(diào)節(jié)出水管的開度來調(diào)節(jié)流量，實際是通過改變管道的阻力來改變水的流量。閥門調(diào)節(jié)時，管阻特性隨著閥門開度的變化而變化，而電機(jī)恒速運行，因此揚

35、程特性并不改變。當(dāng)流量從QA下降到QB時，穩(wěn)定工作點由A點移到B點，供水功率PA與0EBF區(qū)域的面積成正比。</p><p><b>　　2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法是通過改變水泵轉(zhuǎn)速來改變水的流量。管道一般處于全開狀態(tài)，如果水泵轉(zhuǎn)速改變，則全揚程也改變。采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法時，揚程隨著轉(zhuǎn)速改變而改變，但管阻特性則保持不變。如圖3所示，當(dāng)流量從QA

36、下降到QB時穩(wěn)定工作點由A點移到C點，供水功率PB與0ECH區(qū)域的面積成正比。</p><p>　　采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法比采用閥門調(diào)節(jié)法節(jié)約的功率與HCBF區(qū)域的面積成正比。由水泵特性得出以下關(guān)系：</p><p>　　流量與轉(zhuǎn)速成一次方關(guān)系：Q1/Q2 = n1/n2 （2-1）</p><p>　　揚程與轉(zhuǎn)速成二次方關(guān)系：H1/H2

37、= n1/n2 （2-2）</p><p>　　電機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)速成三次方關(guān)系：P1/P2 = n1/n2 （2-3）</p><p>　　由上述推導(dǎo)可以知道，采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法的節(jié)能效果很明顯。隨著變頻調(diào)速技術(shù)不斷成熟，恒壓供水采用變頻器來控制水泵轉(zhuǎn)速。由電機(jī)轉(zhuǎn)速公式：n=60f/p，其中，n為電機(jī)同步轉(zhuǎn)速，f為供電頻率，p為電機(jī)極對數(shù)，

38、可知電機(jī)供電頻率f與轉(zhuǎn)速成正比。這樣，采用變頻器調(diào)速時，變頻器的輸出頻率與流量、揚程及電機(jī)軸功率也有上述的n次方（n=1,2,3）比例關(guān)系。</p><p>　　例如：將供電頻率由50HZ降為45HZ，則P45/P50=（45/50）3= 0.729，即P45=0.729 P50；將供電頻率由50HZ降為40HZ，則P40/P50=（40/50）3= 0.512，即P40=0.512 P50。 </p>

39、;<p>　　水泵一般是按供水系統(tǒng)在設(shè)計時的最大工況需求來考慮的，而用水系統(tǒng)在實際使用中有很多時間不一定能達(dá)到用水的最大量，一般用閥門調(diào)節(jié)增大系統(tǒng)的阻力來節(jié)流，造成電機(jī)用電損失，而采用變頻器可使系統(tǒng)工作狀態(tài)平緩穩(wěn)定，通過改變轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)用水供應(yīng)，并可通過降低轉(zhuǎn)速節(jié)能收回投資。</p><p>　　很多電機(jī)拖動設(shè)備都存在裕量較大、工作效率低、電能耗量大、啟動電流大、工作噪聲大等難題。且不斷的影響企業(yè)的經(jīng)

40、濟(jì)效益，而投資變頻器可以從根本上解決這些問題，一般情況下，完全可以改善工藝條件,并且投資回收期不超過10個月。</p><p>　　2.1.2恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能分析</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)采用電位器設(shè)定壓力，采用一個壓力傳感器檢測管網(wǎng)中壓力，壓力傳感器將信號送入變頻器PID回路，PID回路處理之后，送出一個水量增加或減少信號，控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速。如在一定延時時間內(nèi)，壓力還是不足或過

41、大，則通過變頻器作工頻、變頻切換起動另一臺水泵，使實際管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力相一致。隨著用水量的減少，變頻器自動減少輸出頻率或切除水泵，達(dá)到了節(jié)能的目的。</p><p>　　水泵的調(diào)速運行，是指水泵在運行中根據(jù)運行環(huán)境的需要，人為的改變運行工作狀況點(簡稱工況點)的位置，使流量、揚程、軸功率等運行參數(shù)適應(yīng)新的工作狀況的需要。水泵的工況點是由水泵的性能曲線和管網(wǎng)的特性曲線的交點確定的。因此，只要這兩條曲線之一的形狀或

42、位置有了改變，工況點的位置也就隨之改變。所以，水泵的調(diào)節(jié)從原理上講是通過改變水泵的性能曲線或管網(wǎng)特性曲線或二者同時改變來實現(xiàn)的。</p><p>　　水泵的調(diào)節(jié)方式與節(jié)能的關(guān)系非常密切，過去普遍采用改變閥門或擋板開度的節(jié)流調(diào)節(jié)方式，即改變裝置管網(wǎng)的特性曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方式雖然簡便易行，但往往造成很大的能量損失。大量的統(tǒng)計調(diào)查表明，一些在運行中需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的水泵，其能量浪費的主要原因，往往是由于采用不合適的調(diào)

43、節(jié)方式。因此，研究并改進(jìn)它們的調(diào)節(jié)方式，是節(jié)能最有效的途徑和關(guān)鍵所在。</p><p>　　2.1.2.1水泵調(diào)速節(jié)能原理</p><p><b>　　1.水泵揚程特性</b></p><p>　　在水泵的軸功率一定的前提下，揚程H與流量Q之間的關(guān)系H=f(Q)，稱為揚程特性。其曲線如圖2-2中的曲線2和曲線4所示。曲線2為水泵轉(zhuǎn)速較高的情況，

44、而曲線4為水泵轉(zhuǎn)速較低的情況。</p><p><b>　　2.管路的壓力特性</b></p><p>　　裝置的揚程Hc與管路的流量Q之間的關(guān)系Hc=f(Q，)稱為管路的阻力特性。其曲線如圖中的曲線1和曲線3所示。曲線1為開大管路閥門（管阻較小）的情況，而曲線3為關(guān)小管路閥門（管阻較大）的情況。</p><p><b>　　3.調(diào)節(jié)

45、流量的方法</b></p><p>　　如圖2-2中的曲線1表示閥門全部打開時，供水系統(tǒng)的阻力特性；曲線2表示水泵額定轉(zhuǎn)速時的揚程特性，則這時供水系統(tǒng)工作在A點；流量為Qa，揚程為Ha。電動機(jī)的軸功率與面積OQaAHa成正比。要將流量調(diào)整為Qb，有兩種方法：</p><p>　　1）轉(zhuǎn)速不變，將閥門關(guān)小：工作點移至B點，流量為Qb，揚程為Hb。電機(jī)的軸功率與面積OQbBHb成正

46、比。</p><p>　　2）閥門的開度不變，降低轉(zhuǎn)速：閥門的開度不變，降低轉(zhuǎn)速后揚程特性曲線如圖2-2中的曲線4所示，工作點移至B點，流量仍Qb為，揚程Hc為，電動機(jī)的軸功率與面積OQbCHc成正比。</p><p>　　將上述兩種方法加以對比，可明顯地看出，采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法來調(diào)節(jié)流量，電動機(jī)所用的功率將大大減少。</p><p>　　圖2-2水泵的流量調(diào)節(jié)&l

47、t;/p><p>　　2.1.2.2變頻恒壓供水系統(tǒng)優(yōu)點</p><p>　　相對于傳統(tǒng)的加壓供水方式，變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點突出地體現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p><b>　　1.高效節(jié)能</b></p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)的最顯著優(yōu)點就是節(jié)約電能，節(jié)能量通常在1%～40%。從單臺水泵的節(jié)能來看，流量越小，節(jié)

48、能量越大。</p><p><b>　　2.恒壓供水</b></p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)實現(xiàn)了系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定而流量可在大范圍內(nèi)連續(xù)變化，從而可以保證用戶任何時候的用水壓力，不會出現(xiàn)在用水高峰期用戶的熱水器不能正常使用的情況。</p><p><b>　　3.安全衛(wèi)生</b></p><p&g

49、t;　　系統(tǒng)實行閉環(huán)供水后，用戶的水全部由管道直接供給，取消了水塔、天面水池、氣壓罐等設(shè)施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。</p><p>　　4.自動運行、管理簡便</p><p>　　新型的變頻恒壓供水系統(tǒng)具各了過電流、過電壓、欠電壓、斷相、短路保護(hù)，瞬時停電保護(hù)，過載、失速保護(hù)，低液位保護(hù)，主泵定時輪換控制和密碼設(shè)定等功能，功能完善，全自動控制，自動運行，泵房不

50、設(shè)崗位，只需派人定期檢查、保養(yǎng)。</p><p>　　5.延長設(shè)備壽命、保護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定</p><p>　　使用變頻器后，機(jī)泵的轉(zhuǎn)速不再是長期維持額定轉(zhuǎn)速運行，減少了機(jī)械磨損，降低了機(jī)泵故障率，而且主泵定時輪換控制功能自動定時輪換主泵運行，保證各泵磨損均勻且不銹死，延長了機(jī)泵使用壽命。變頻器的無級調(diào)速運行，實現(xiàn)了機(jī)泵軟起動，避免了電動機(jī)開停時的大電流對電動機(jī)繞組和電網(wǎng)的沖擊，消除了水泵的水錘

51、效應(yīng)。</p><p>　　6.占地少、投資回收期短</p><p>　　新型的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水池上直接安裝立式泵，控制間只要安放一到兩個控制柜，體積很小，整個系統(tǒng)占地非常小，可以節(jié)省投資，降低運行管理費，再加上變頻供水的節(jié)能優(yōu)點，都決定了變頻恒壓供水系統(tǒng)的投資回收期短，一般約2年。</p><p>　　2.1.3恒壓供水系統(tǒng)的安全性分析</p>

52、<p>　　異步電動機(jī)在全電壓啟動時，從靜止?fàn)顟B(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速所需要的時間只有在25s。這意味著在0.25s的時間里，水的流量從零猛增到額定流量。由于水具有動量和不可壓縮性，因此，在極短時間內(nèi)流量的巨大變化將引起對管道的壓強過高或過低的沖擊，并產(chǎn)生空化現(xiàn)象。壓力沖擊將使管壁受力而產(chǎn)生噪聲，猶如錘子敲擊管子一樣，故稱為水錘效應(yīng)。</p><p>　　水錘效應(yīng)具有極大的破壞性:壓強過高，將引起管道的破裂，反

53、之，壓強過低又會導(dǎo)致管道的癟塌。此外，水錘效應(yīng)也可能破壞閥門和固定件。在直接停機(jī)時，供水系統(tǒng)的水頭將克服電動機(jī)的慣性而使系統(tǒng)急劇地停止。這也同樣會引起壓力沖擊和水錘效應(yīng)。</p><p>　　產(chǎn)生水錘效應(yīng)的根本原因，是在啟動和制動過程中的動態(tài)轉(zhuǎn)矩太大.在啟動中，異步電動機(jī)和水泵的機(jī)械特性如圖2-3所示。圖中，曲線1是異步電動機(jī)械特性，曲線2是水泵的機(jī)械特性，陰影部分是動態(tài)轉(zhuǎn)矩Tj(即兩者之差)。</p>

54、;<p>　　圖2-3水泵的全壓啟動和變頻啟動</p><p>　　在拖動系統(tǒng)中，決定加速過程的是動態(tài)轉(zhuǎn)矩Tj</p><p>　　Tj=Tm-Tl （2-4）</p><p>　　由圖2-3可知，水泵在直接啟動過程中，拖動系統(tǒng)動態(tài)轉(zhuǎn)矩Tj的大小如陰影分所示，是很大的。所以，加速過程很快。</p>&l

55、t;p>　　采用了變頻調(diào)速后，可以通過對升速時間的預(yù)置來延長啟動過程，使動大為減小。圖中，曲線簇1是異步電動機(jī)在不同頻率下的性，曲線2是水泵的機(jī)械特性，中間的鋸齒狀線是升速過程中的動態(tài)轉(zhuǎn)矩同頻率時電動機(jī)機(jī)械特性與水泵機(jī)械特性之差)。</p><p>　　在停機(jī)過程中，同樣可以通過對降速時間的預(yù)置來延長停機(jī)過程，使動大為減小，從而徹底消除了水錘效應(yīng)。</p><p>　　水錘效應(yīng)的消除

56、無疑可大大延長水泵及管道系統(tǒng)的壽命。此外，由于均轉(zhuǎn)速下降、工作過程中平均轉(zhuǎn)矩減小的原因使:葉片承受的應(yīng)力大為減小、軸承的磨損也大為減小。</p><p>　　所以，采用了變頻調(diào)速以后，水泵的工作壽命將大大延長。</p><p>　　2.2恒壓供水系統(tǒng)的基本組成</p><p>　　2.2.1可編程序控制器（PLC）</p><p>　　可編程

57、序控制器（PLC）自20世紀(jì)70年代發(fā)明以來，經(jīng)過飛速的發(fā)展，從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)種類，尤其在功能上更加完美和強大特別是20世紀(jì)末期可編程序控制器發(fā)展更適合現(xiàn)代化工業(yè)控制的要求，從控制規(guī)模來說，由小型機(jī)到超大型機(jī)品種齊全；從控制能力來說，有各種各樣的特殊功能模塊單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移、數(shù)模、模數(shù)等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品配套能力來說，各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程序控制器的工業(yè)配套更加容易。伴隨著工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)代總線的發(fā)展

58、，可編程序控制器在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的各個層面上發(fā)揮重要的作用。所以可編程序控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　國際電工委員會（IEC）于1987年對PLC定義如下：</p><p>　　PLC是專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字運算操作的電子裝置，是帶有存儲器，可編程序的控制器。它能夠存入和執(zhí)行命令，進(jìn)行邏輯運算、順序控制、定時、

59、計數(shù)和算術(shù)運算等操作，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體，易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計。</p><p>　　2.2.1.1PLC硬件組成</p><p>　　PLC的種類雖多、性能各異，但是在硬件組成原理上，幾乎所有的PLC都具有相同或相似的結(jié)構(gòu)。PLC的硬件部分由中央處理單元（CPU模塊）、存儲器、輸入/

60、輸出（I/O）模塊、電源模塊、通信模塊等部分組成,如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 PLC的硬件組成框圖</p><p>　　2.2.1.2PLC硬件組成</p><p>　　PLC的軟件由系統(tǒng)監(jiān)控程序和用戶程序組成。</p><p><b>　　1.系統(tǒng)監(jiān)控程序</b></p><p&

61、gt;　　由PLC制造廠商設(shè)計編寫的，并存入PLC的系統(tǒng)存儲器中，用戶不能直接讀寫與更改。系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序、監(jiān)控程序等。</p><p>　　2.PLC的用戶程序</p><p>　　是用戶利用PLC的編程語言，根據(jù)控制要求編制的程序。在PLC的應(yīng)用中，最重要的是用PLC的編程語言來編寫用戶程序，以實現(xiàn)控制目的。由于PLC是專門為工業(yè)控制而

62、開發(fā)的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術(shù)人員，為了滿足他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，PLC的主要編程語言采用比計算機(jī)語言相對簡單、易懂、形象的專用語言。</p><p>　　PLC編程語言是多種多樣的，對于不同生產(chǎn)廠家、不同系列的PLC產(chǎn)品采用的編程語言的表達(dá)方式也不相同，但基本上可歸納兩種類型：一是采用字符表達(dá)方式的編程語言，如語句表等；二是采用圖形符號表達(dá)方式編程語言，如梯形圖等。</p><p

63、>　　2.2.2變頻器的基本介紹</p><p>　　變頻器屬于電氣設(shè)備的一種，主要用途是通過電力半導(dǎo)體器件的通斷作用來改變交流電電源頻率，在實際使用中變頻器還具備改變交流電電壓的功能。變頻器所處理的電源功率根據(jù)其制造特性而有所不同，涵蓋范圍可達(dá)幾兆瓦。</p><p>　　變頻器的組成主要包括主電路和控制電路兩個部分，其中主電路是由整流器、逆變器和直流部分構(gòu)成，其中整流器的作用是將

64、交流電轉(zhuǎn)換為直流電，逆變器則是將直流電轉(zhuǎn)換為所需頻率的交流電。變頻器中還可能被置入變壓器和電池。目前市場上的變頻器基本有著圖2-5所示的基本構(gòu)成。</p><p>　　圖2-5變頻器的基本構(gòu)成</p><p>　　變頻器的優(yōu)點包括在調(diào)速方面的優(yōu)勢，包括調(diào)速性能較好、調(diào)速范圍較寬等，變頻器的應(yīng)用為電機(jī)等設(shè)備的使用提供了更好的方案，在節(jié)能問題上提供了極大的幫助。變頻器易于操作，并設(shè)有各種設(shè)備接

65、口，這也讓變頻器的使用越加廣闊。</p><p>　　2.2.2.1變頻器的分類</p><p>　　變頻器按其供電電壓分為：低壓變頻器 ( 110V 220V 380V ) 、中壓變頻器 ( 500V　660V 1140V ) 和高壓變頻器 ( 3KV 3.3KV 6KV 6.6KV 10KV )。 </p><p>　　按供電電源的相數(shù)分為：單相輸入變頻器和三相

66、輸入變頻器。 </p><p>　　變頻器按其功能分為：恒轉(zhuǎn)矩通用型變頻器、簡易型變頻器、迷你型變頻調(diào)速器、通用型變頻器、高頻電主軸變頻器、電梯專用變頻器、防爆變頻器等。 </p><p>　　變頻器按直流電源的性質(zhì)分為：電流型變頻器和電壓型變頻器。 </p><p>　　變頻器按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分為： PAM 輸出電壓調(diào)節(jié)方式變頻器和 PWM 輸出電壓調(diào)節(jié)方式變頻

67、器。 </p><p>　　變頻器按控制方式分為 ：U/f 控制方式和轉(zhuǎn)差頻率控制方式兩種。 </p><p>　　變頻器按機(jī)殼外型分為：塑殼變頻器、 鐵殼變頻器和柜式變頻器。 </p><p>　　變頻器按其輸出功率大小分為：小功率變頻器、中功率變頻器和大功率變頻器。</p><p>　　變頻器通常利用變頻器本身的多段速度設(shè)定法和壓力傳感器

68、給出信號經(jīng)PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行頻率設(shè)定的方法。</p><p>　　2.2.2.2變頻器的工作原理</p><p>　　我們知道交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位： </p><p>　　n＝60 f(1－s)/p (2-5) </p><p>　　n———異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速； &

69、lt;/p><p>　　f———異步電動機(jī)的頻率； </p><p>　　s———電動機(jī)轉(zhuǎn)差率； </p><p>　　p———電動機(jī)極對數(shù)。 </p><p>　　轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機(jī)電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的

70、高效率、高性能的調(diào)速手段。</p><p>　　2.2.2.3變頻器調(diào)速的方法</p><p>　　目前應(yīng)用較廣泛的是通過傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的DC4~20mA的模擬量信號后，將該信號送入PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)過PID儀表將壓力設(shè)定值與傳感器的反饋值進(jìn)行比較計算后，給出一個變頻器的頻率給定值。其原理圖如圖2-6所示。</p><p>　　圖2-6 PID調(diào)節(jié)器控制原

71、理圖</p><p>　　2.2.3壓力傳感器</p><p>　　壓力傳感器是工業(yè)實踐中常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡單介紹一些常用傳感器。</p><p>　　1.變片壓力傳感器 </p><p>　　力學(xué)傳

72、感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。</p><p><b>　　2.陶瓷壓力傳感器</b></p><p>　　抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用

73、在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯通電橋(閉橋)，由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，標(biāo)準(zhǔn)的信號根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。</p><p>　　3.藍(lán)寶石壓力傳感器</p><p>　　利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅

74、藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有無與倫比的計量特性。藍(lán)寶石系由單晶體絕緣體元素組成，不會發(fā)生滯后、疲勞和蠕變現(xiàn)象；藍(lán)寶石比硅要堅固，硬度更高，不怕形變；藍(lán)寶石有著非常好的彈性和絕緣特性（1000 OC以內(nèi)），因此利用硅-藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件，對溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，也有著很好的工作特性；藍(lán)寶石的抗輻射特性極強；另外硅藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件，無p-n漂移，因此從根本上簡化了制造工藝，提高了重復(fù)性，確保了高成品率。 </

75、p><p><b>　　4.壓電壓力傳感器</b></p><p>　　壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質(zhì)完全消失（這個高溫就是所謂的“居里點”）。由于隨著應(yīng)力的變化電場變化微?。ㄒ簿驼f壓電系數(shù)比較低）

76、，所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　3.1生活消防合用恒壓供水系統(tǒng)的介紹</p><p>　　在多層居民小區(qū)中，生活消防壓力差別不

77、大，若管材選用設(shè)當(dāng)或消防管路采取防倒流措施，在采用變頻設(shè)備及電源可靠條件下，采用生活消防合用變頻供水設(shè)備使得生活泵組和消防泵組合用，基本節(jié)省一套消防泵組，便于設(shè)備管理和維護(hù)。同時設(shè)備自動化程度高，供水穩(wěn)定可靠，且水質(zhì)無二次污染。另外水泵軟啟動軟停止，無沖擊和管路超壓的危害。所以在多層居民小區(qū)中選用生活消防合用恒壓供水方式是經(jīng)濟(jì)型的選擇。</p><p>　　生活消防合用恒壓供水系統(tǒng)主要由3臺水泵構(gòu)成，平時無消防信

78、號時，由壓力大小決定水泵的運行。用水低峰期可以運行一臺電機(jī)，若用水量增加，則使得電機(jī)由變頻狀態(tài)轉(zhuǎn)為工頻狀態(tài)，若用水量依舊增加，壓力不足，則開始運行第二臺電機(jī)，以此類推。當(dāng)三臺電機(jī)都為生活供水運行時，壓力達(dá)到最大值，供水量也到達(dá)最大值，則為用水高峰期。當(dāng)用水量減少后，即壓力足的情況下，遵循哪臺電機(jī)先運行就先停止哪臺電機(jī)。當(dāng)接到消防信號時，切斷生活供水，三臺電機(jī)轉(zhuǎn)為工頻狀態(tài)，以最大的出水量滿足消防的供水需求。消防信號消除后，則繼續(xù)轉(zhuǎn)為生活供

79、水。</p><p>　　3.2生活消防合用恒壓供水系統(tǒng)的控制要求</p><p>　　該系統(tǒng)是由三臺水泵進(jìn)行供水,分別由電動機(jī)M1、M2、M3進(jìn)行拖動。接觸器KM1、KM3、KM5，分別控制M1、M2、M3的工頻運行；接觸器KM2、KM4、KM6，分別控制M1、M2、M3的變頻運行。生活水泵滿足多層小區(qū)的用水需求，在接到消防信號后，切斷生活水泵，轉(zhuǎn)入消防水泵，開始進(jìn)行消防供水。水池的高低

80、水位信號也直接送給PLC，作為水位報警。為了保持供水的連續(xù)性，水位上、下限傳感器高低距離較少。平時關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行，維持生活用水低恒壓。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺泵供消防用水使用，并維持消防用水的高恒壓值。火災(zāi)結(jié)束后，三臺泵改為生活供水使用。</p><p>　　在系統(tǒng)處于穩(wěn)壓狀態(tài)下，變頻器控制水泵組向生活管網(wǎng)供水的同時向消防管網(wǎng)供水，保持消防管網(wǎng)恒定在常高

81、壓供水狀態(tài),，水泵同時擔(dān)當(dāng)了生活水泵和消防穩(wěn)壓泵的作用。</p><p>　　當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時,消防控制中心發(fā)出信號至PLC，PLC自動控制系統(tǒng)切換，由生活供水系統(tǒng)切換為消防供水系統(tǒng)。消防報警燈亮起，消防壓力自動起動消防水泵,向消防管網(wǎng)供水。如圖3-1所示為生活消防合用供水系統(tǒng)組成框圖。</p><p>　　圖3-1生活消防合用恒壓供水系統(tǒng)組成框圖</p><p>　　

82、3.3生活消防合用恒壓供水系統(tǒng)的主電路設(shè)計</p><p>　　三臺電機(jī)分別為M1、M2、M3。接觸器KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3三臺電機(jī)的變頻運行；接觸器KM2、KM4、KM6，分別控制M1、M2、M3三臺電機(jī)的工頻運行；FR為三臺水泵電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器。當(dāng)合上KM7，閉合KM1，電機(jī)M1變頻啟動，當(dāng)壓力1不足的時候，KM1斷開KM2閉合，電機(jī)M1處于工頻狀態(tài)。以此類推。</p&g

83、t;<p>　　加上起動信號后，此信號被保持，開始起動程序，此時由PLC控制M1變頻運行，當(dāng)接到信號壓力1不足時，M1投入工頻運行，接到信號壓力2不足時，M2投入變頻運行，但是M1依舊處于工頻狀態(tài)；接到信號壓力3不足時，M2投入工頻運行；接到信號壓力4不足時，M2投入變頻運行；當(dāng)壓力值逐漸減弱時，就開始退泵，退泵遵循的原則是哪臺電機(jī)先啟動就先停哪臺電機(jī)。圖3-2為電路控制系統(tǒng)主電路圖。</p><p&g

84、t;　　圖3-2電路控制系統(tǒng)主電路圖</p><p><b>　　3.4控制電路設(shè)計</b></p><p>　　3.4.1控制系統(tǒng)的I/O點及地址分配</p><p>　　該系統(tǒng)根據(jù)要求設(shè)置14個輸入端子和8個輸出端子。輸入端子為總起和總停，以及壓力信號，在該系統(tǒng)中根據(jù)每一臺電機(jī)的運行切換狀態(tài)，將壓力不足的信號依據(jù)各個電機(jī)變頻工頻的轉(zhuǎn)換設(shè)定為

85、壓力1不足、壓力2不足、壓力3不足、壓力4不足、手動巡檢。當(dāng)壓力達(dá)到最大時，三臺電機(jī)工頻運行。當(dāng)用水高峰期過后，壓力開始減小，考慮到實際情況，壓力減小時，就要將電機(jī)一臺一臺的退泵，因此設(shè)定壓力足6、壓力足7、壓力足8、壓力足9以及巡檢結(jié)束。這樣就可以在用水高峰期是既能滿足用戶的需求，又能在用水量少時，避免了電機(jī)的運行，減少了電機(jī)的運行時間，延長了電機(jī)的使用壽命。</p><p>　　輸出端子為7個，其中6個為三臺

86、電機(jī)的變頻工頻啟動，Q0.1為M1變頻啟動；Q0.2 為M1的工頻啟動；Q0.3為M2的變頻啟動；Q0.4為M2的工頻啟動；Q0.5為M3的變頻啟動；Q0.6為M3的工頻啟動。Q0.7為消防報警，當(dāng)接到消防信號時，消防報警燈亮起。分配如表3-1所示：</p><p>　　表3-1控制系統(tǒng)I/O口分配表</p><p>　　3.4.2控制電路的設(shè)計</p><p>　

87、　如圖3-3所示，設(shè)置14個輸入端子和8個輸出端子。I0.0和I0.13分別為系統(tǒng)的總起和總停。設(shè)定4個壓力足的信號，以及4個壓力不足的信號。以此來控制三臺電機(jī)的變頻工頻切換運行。設(shè)立的消防信號為I0.11，當(dāng)接到消防信號時，則全部切換成三臺電機(jī)工頻運行的狀態(tài)，滿足最大的消防需水量。輸出端子分別表示三臺電機(jī)的變頻和工頻狀態(tài)，以及一個消防報警信號燈輸出。同時設(shè)立手動巡檢，水泵每隔24小時手動巡檢一次，每24小時在主泵和備用泵之間自動切換。

88、</p><p>　　合上總起按鈕，接觸器KM7閉合，KM1同時也閉合，這時1號電機(jī)處于變頻狀態(tài)，當(dāng)接到壓力1不足的信號時，KM1斷開，KM2閉合，電機(jī)處于工頻運行狀態(tài)。當(dāng)接到壓力2不足信號時，1號電機(jī)工頻狀態(tài)不變，閉合KM3，2號電機(jī)開始變頻運行，以此類推。</p><p>　　當(dāng)接到I0.11消防信號時，立即關(guān)閉生活供水，即斷開KM1、KM3、KM5，同時閉合KM2、KM4、KM6使得

89、三臺電機(jī)全部為工頻狀態(tài)，這樣就能夠最大需求的滿足消防的用水量。</p><p>　　圖 3-3 I/O硬件接線圖</p><p><b>　　3.5設(shè)備選型</b></p><p>　　3.5.1消防泵電機(jī)的確定</p><p>　　生活消防合用恒壓供水系統(tǒng)日常主供機(jī)組有三臺，可以采用的變頻方式有一拖二 (即一臺變頻器帶

90、二臺電機(jī))、一拖三、一拖四三種。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，拖的電機(jī)較多，變頻器和控制系統(tǒng)就會越復(fù)雜，成本也會較高一些。從國內(nèi)目前成熟的變頻器上考慮，采用一拖二方式的低壓變頻器成本較低，技術(shù)也較成熟。因此如果能滿足生活消防合用恒壓供水要求，采用一拖二的方式更適宜。在變頻電機(jī)選擇上，考慮生活消防合用用于居民區(qū)，在每天夜間用水量減少，在啟機(jī)后會有較長時間采用較小流量補水，這時采用小功率電機(jī)變頻，電機(jī)功率相對會低一些，因此，從經(jīng)濟(jì)與實用角度，采用變頻一拖

91、二，帶一臺Y315/160kw電機(jī)和一臺Y280s/75kw 電機(jī)，既可以滿足最大供水量要求，也可以解決小流量時電耗問題，是比較適宜的變頻機(jī)泵選擇方案。</p><p>　　3.5.2變頻器的選型</p><p>　　變頻器在選型時應(yīng)注意以下幾點：</p><p>　　1. 輸出功率和電流</p><p>　　變頻器輸出功率和電流必須等于或大

92、于被驅(qū)動異步電機(jī)的功率和電流。由于變頻的過載能力沒有電機(jī)過載能力強，一旦電機(jī)有過載，損壞的首先是變頻器。如果變頻器的保護(hù)功能不完善的話，又如果設(shè)備上已選用的電機(jī)功率大于實際機(jī)械負(fù)載功率，但是有可能用戶會將把機(jī)械功率調(diào)節(jié)到達(dá)到電機(jī)輸出功率。此時，變頻器一定要可以勝任，也就是說變頻器的功率選用一定要等于或大于電機(jī)功率。 </p><p>　　個別電機(jī)額定電流值較特殊，不在常用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格附近，又有的電機(jī)額定電壓低，額定電

93、流偏大，此時要求變頻器的額定電流必須等于或大于電機(jī)額定電流。</p><p><b>　　2.額定溫度</b></p><p>　　電子器件、特電解電容等器件在高于額定溫度后，每升高10℃壽命會下降一半，因此環(huán)境溫度應(yīng)保持較低，除設(shè)置完善的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)以保證變頻器正常運行外，在選用上增大一個容量等級，以使額定運行時，溫升有所下降是完全必要的。 </p>

94、<p><b>　　3.電網(wǎng)電壓</b></p><p>　　電網(wǎng)電壓處于不正常時，將有害于變頻器。電壓過高，如對380v的線電壓如上升到450v就會造成損壞，因此電網(wǎng)電壓超過使用手冊規(guī)定范圍的場合，要使用變壓器調(diào)整，以確保變頻器的安全。</p><p><b>　　4.不同用途使用</b></p><p>　　

95、使用于不同用途時，選擇變頻器的系列型號應(yīng)作分析，對于一般用途變頻器采用v/f=常數(shù)控制方式已可滿足，對于負(fù)載變化范圍大，而且又要求較高運轉(zhuǎn)精度的場合，特別是低速時要求有穩(wěn)定的速度和負(fù)載能力時，則要選用矢量控制等方式的變頻器，對數(shù)控機(jī)床等精密傳動還要采用閉環(huán)控制和有速度傳感器的方式，相應(yīng)的變頻器也要有這些配合的接口，選用時需要綜合考慮。</p><p><b>　　5.場所選擇</b><

96、/p><p>　　變頻器使用不同場所對變頻器的防護(hù)等級要作選擇，為防止鼠害、異物等進(jìn)入應(yīng)作防護(hù)選擇，常見ip10、ip20、ip30、ip40等級分別能防止ф50、ф12、ф2.5、ф1固體物進(jìn)入。 </p><p>　　該系統(tǒng)選用的是施耐德ATV61/71變頻器，它能夠低頻滿轉(zhuǎn)矩輸出，保證低速狀態(tài)下出力到位；同級別最高過轉(zhuǎn)矩能力（200%2S，150%60S），主流應(yīng)用極限狀態(tài)下出力源源不斷

97、；最廣電壓寬度（340V～575V）和工作溫度（-10 — +50），適合各種工況使用；全系列產(chǎn)品電路板加強涂層工藝，可在惡劣工況使用、運行，幫助客戶提升系統(tǒng)可靠性；菜單設(shè)置淺顯，調(diào)試便捷，方便客戶使用；選型簡單，有效提高客戶工作效率。</p><p>　　系統(tǒng)變頻運行主要靠變頻器來實現(xiàn)。變頻器有一數(shù)量很大的參數(shù)群，初始情況下，只有所謂的基本參數(shù)可以看到。只需設(shè)定簡單的幾個參數(shù)，變頻器就可以工作。</p&g

98、t;<p>　　除基本參數(shù)外，還必須對完整參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。完整參數(shù)的設(shè)定主要是PID參數(shù)的整定，它是按照工藝對控制性能的要求，決定調(diào)節(jié)器的參數(shù)Kp、TI、TD。</p><p>　　變頻器根據(jù)偏差調(diào)節(jié)PID的參數(shù)，當(dāng)運行參數(shù)遠(yuǎn)離目標(biāo)參數(shù)時，調(diào)節(jié)幅度加快，隨著偏差的逐步接近，跟蹤的幅度逐漸減小，近似相等時，系統(tǒng)達(dá)到一個動態(tài)平衡，維持系統(tǒng)的恒壓穩(wěn)定狀態(tài)。變頻器參數(shù)設(shè)定如表3-2所示：</p>

99、<p>　　表3-2變頻器的參數(shù)設(shè)定</p><p>　　3.5.3PLC的選型</p><p>　　PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點：</p><p><b>　　1.合理的結(jié)構(gòu)型

100、式</b></p><p>　　PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。</p><p>　　整體式PLC的每一個I／O點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便在I／O點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、I／O模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。</p><

101、;p><b>　　2.安裝方式的選擇</b></p><p>　　PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I／O式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。</p><p>　　集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠(yuǎn)程I／O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程I／O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程I／O可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動器和遠(yuǎn)程I／O電源；多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的

102、分布式適用于多臺設(shè)備分別獨立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。</p><p><b>　　3.相應(yīng)的功能要求</b></p><p>　　一般小型(低檔)PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。對于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶A／D和D／A轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送

103、功能的增強型低檔PLC。對于控制較復(fù)雜，要求實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔PLC。</p><p><b>　　4.響應(yīng)速度要求</b></p><p>　　PLC是為工業(yè)自動化設(shè)計的通用控制器，不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號有特殊的速度要求時，則

104、應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度，可選用具有高速I／O處理功能的PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。</p><p>　　5.系統(tǒng)可靠性的要求</p><p>　　對于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。</p><p>　　該系統(tǒng)選用的是施耐德TWD系列PLC，施耐德PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)

105、境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。施耐德PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。</p><p>　　第四章 生活消防合用供水系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　4.

106、1系統(tǒng)流程圖設(shè)計思想</p><p>　　在該控制系統(tǒng)中，變頻器通過PCL 對電機(jī)出廠壓力點處設(shè)置的壓力變送器反饋信號進(jìn)行單閉環(huán)控制。此外，為了適應(yīng)供水情況的突發(fā)變化等，在必要時，可以實現(xiàn)手動頻率控制功能。程序設(shè)計的主要任務(wù)是接受外部開關(guān)信號的輸入以及管網(wǎng)的壓力信號和水池水位信號，判斷當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)是否正常，然后執(zhí)行程序，由輸出信號去控制接觸器、繼電器和變頻器等器件，以完成相應(yīng)的控制任務(wù)，除了PID 運算，PLC

107、主要控制任務(wù)就是輸出頻率的計算和工頻、變頻的切換。在設(shè)計時 ，需要注意的是由于供水系統(tǒng)是一個慣性較大無法突變的系統(tǒng)，不需要過高的響應(yīng)速度，因而在設(shè)計思想上應(yīng)以查詢方式為主，中斷方式為輔。</p><p><b>　　4.2主程序設(shè)計</b></p><p>　　4.2.1主程序流程圖設(shè)計</p><p>　　在系統(tǒng)開始工作的時候，先要對整個系統(tǒng)

108、進(jìn)行流程設(shè)計，即在開始啟動的時候，先對系統(tǒng)的各個部分的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，如出錯則報警，接著對模擬量(管網(wǎng)壓力、液位等)數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)表進(jìn)行處理。如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1恒壓供水系統(tǒng)流程圖</p><p>　　4.2.2主程序梯形圖</p><p>　　生活供水時，合上總起按鈕，接觸器KM7閉合，KM1同時也閉合，這時1號電機(jī)處于變頻狀態(tài)，當(dāng)

109、接到壓力1不足的信號時，KM1斷開，KM2閉合，電機(jī)處于工頻運行狀態(tài)。當(dāng)接到壓力2不足信號時，1號電機(jī)工頻狀態(tài)不變，閉合KM3，2號電機(jī)開始變頻運行，以此類推。3號泵為備用泵，1號泵工作24小時后自動切換為備用泵工作，每24小時水泵自動巡檢一次。</p><p>　　當(dāng)接到I0.11消防信號時，立即關(guān)閉生活供水，即斷開KM1、KM3、KM5，同時閉合KM2、KM4、KM6使得三臺電機(jī)全部為工頻狀態(tài)，這樣就能夠最大

110、需求的滿足消防的用水量。當(dāng)消防信號消除時，關(guān)閉消防用水，轉(zhuǎn)入生活供水，又可以滿足居民的供水需求。</p><p>　　本文系統(tǒng)共有14個輸入端子和8個輸出端子。I0.0和I0.13分別為系統(tǒng)的總起和總停。設(shè)定4個壓力足的信號，以及4個壓力不足的信號。以此來控制三臺電機(jī)的變頻工頻切換運行。設(shè)立的消防信號為I0.11，當(dāng)接到消防信號時，則全部切換成三臺電機(jī)工頻運行的狀態(tài)，滿足最大的消防需水量。輸出端子分別表示三臺電機(jī)