畢業(yè)設(shè)計(jì)--plc變頻器調(diào)速恒壓控制供水系統(tǒng)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：PLC變頻器調(diào)速恒壓控制供水系統(tǒng)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)也對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。城市供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個(gè)重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)

2、定性、經(jīng)濟(jì)性直接影響到用戶的正常工作和生活。隨著人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性要求的不斷提高，利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)出高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)供水廠復(fù)雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。</p><p>　　本文首先根據(jù)管網(wǎng)和水泵的運(yùn)行特性曲線，闡明了供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理；具體分析了變頻恒水壓供水的原理及系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，通過研究和比較，得出結(jié)論:變頻調(diào)速是當(dāng)今國際上一項(xiàng)效益最高、性能最

3、好、應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的電機(jī)調(diào)速技術(shù)。因此本文以采用變頻器和PLC 組合構(gòu)成系統(tǒng)的方式，以某居民小區(qū)水泵電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)為對象，逐步闡明如何實(shí)現(xiàn)水壓恒定供水。</p><p>　　進(jìn)行了控制系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)，控制電路設(shè)計(jì)。對輸入輸出點(diǎn)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，共有13個(gè)輸入輸出點(diǎn)，根據(jù)PLC的選型原則，設(shè)備選用了在生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列(CPU222)的PLC和MM430泵類專用的變頻器，利用變

4、頻器的本身自有的軟啟動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的啟動(dòng)。在控制過程中，電控系統(tǒng)由S7-200完成，PID控制由變頻器的內(nèi)置PID控制方式完成，根據(jù)控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)和控制要求，結(jié)合變頻器的功能參數(shù)表預(yù)置了相關(guān)的參數(shù)。在介紹了PLC的編程方法的基礎(chǔ)上，選用了邏輯代數(shù)編程，寫出了恒壓變頻供水的邏輯代數(shù)，并設(shè)計(jì)了梯形圖</p><p>　　關(guān)鍵詞 恒壓供水；變頻調(diào)速；PLC；設(shè)計(jì)</p><p><

5、b>　　Abstract</b></p><p>　　As China's social and economic development, urban construction and development very quickly, but also the construction of infrastructure facilities has put forward high

6、er requirements. City water supply system construction is one of the important aspects of the water supply reliability and stability, the economy of a direct impact on the user's normal work and life. As people on th

7、e water quality and water supply systems in the continuous improvement of reliability requirements, the use of advan</p><p>　　In this paper, pipe network and pumps under the operation of the curve, clarify t

8、he water supply system for energy-saving Frequency Control Principle; specific analysis of the frequency of the principle of constant pressure water supply system and the composition of the structure, through research an

9、d comparison, concluded: Frequency Control is the highest international one-effectiveness, performance, the best and most widely, the most The future development of the Motor technology. Therefore th</p><p>

10、　　A control system for the main circuit design, control circuit design. The input and output points to the statistics, a total of 13 input and output, the PLC in accordance with the principle of selection, equipment sele

11、ction in the production of the most widely produced by Siemens S7-200 series (CPU222) of the PLC and pumps for MM430 The converter, using its own frequency converter itself to achieve the soft-start the pump motor launch

12、. In the control process, the electronic control system comple</p><p>　　Keywords Constant pressure Water Supply ；Variable velocity Variable frequency；PLC；Design </p><p><b>　　目 錄</b

13、></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題的提出1</p><p>　　1.2 變頻調(diào)速及PLC在供水行業(yè)中的應(yīng)用2<

14、/p><p>　　1.2.1變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用2</p><p>　　1.2.2可編程序控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用3</p><p>　　第2章 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定4</p><p>　　2.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析4</p><p>　　2.1.1電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理4</p><p

15、>　　2.1.2水泵的工作原理4</p><p>　　2.1.3供水電機(jī)的搭配5</p><p>　　2.1.4 變頻器的構(gòu)成6</p><p>　　2.1.5變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理9</p><p>　　2.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方案的確定11</p><p>　　2.2.1 系統(tǒng)簡介11&l

16、t;/p><p>　　2.2.2變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的構(gòu)成方案12</p><p>　　2.2.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案13</p><p>　　第3章 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.1 供水設(shè)備的選擇15</p><p>　　3.1.1 水泵的參數(shù)計(jì)算與型號的選擇17<

17、/p><p>　　3.1.2 變頻器的選型17</p><p>　　2.3.3 壓力傳感器的選擇18</p><p>　　2.3.4 水位傳感器的選擇19</p><p>　　2.3.5其他低壓電器的選擇19</p><p>　　3.2 PLC的選型20</p><p>　　3.2.1 I

18、/O點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)20</p><p>　　3.2.2 PLC選型的基本原則21</p><p>　　3.2.3 I/O的分配21</p><p>　　3.2.4統(tǒng)硬件線路設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.2.5 PID參數(shù)的預(yù)置23</p><p>　　第4章 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)26</p&g

19、t;<p>　　4.1 常用編程方法26</p><p>　　4.1.1順序控制編程方法26</p><p>　　4.1.2 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法26</p><p>　　4.1.3邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法26</p><p>　　4.1.3翻譯設(shè)計(jì)法28</p><p>　　4.2. 編程軟件的簡單介紹29&l

20、t;/p><p>　　4.3 恒壓供水系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計(jì)30</p><p><b>　　4.4總結(jié)35</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　謝 辭38</b></p><p><b>　　

21、附 錄39</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題的提出</b></p><p>　　水和電是人類生活、生產(chǎn)中不可缺少的重要物質(zhì)，在節(jié)水節(jié)能已成為時(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下，我們這個(gè)水資源和電能源短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)

22、供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動(dòng)化程度較低，而隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，以及住房制度改革的不斷深入，城市中各類小區(qū)建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)也對小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個(gè)重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性直接影響到小區(qū)住戶的正常工作和生活，也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平的高低。</p><p>　　傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式有：恒速泵加壓供水、氣壓罐供水、水塔高

23、位水箱供水、液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等方式，其優(yōu)、缺點(diǎn)如下[1]：</p><p>　　(1) 恒速泵加壓供水方式無法對供水管網(wǎng)的壓力做出及時(shí)的反應(yīng)，水泵的增減都依賴人工進(jìn)行手工操作，自動(dòng)化程度低，而且為保證供水，機(jī)組常處于滿負(fù)荷運(yùn)行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時(shí)，管網(wǎng)長期處于超壓運(yùn)行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴(yán)重，電機(jī)硬起動(dòng)易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，破壞性大，目前較少采用。<

24、/p><p>　　(2) 氣壓罐供水具有體積小、技術(shù)簡單、不受高度限制等特點(diǎn)，但此方式調(diào)節(jié)量小、水泵電機(jī)為硬起動(dòng)且起動(dòng)頻繁，對電器設(shè)備要求較高、系統(tǒng)維護(hù)工作量大，而且為減少水泵起動(dòng)次數(shù)，停泵壓力往往比較高，致使水泵在低效段工作，而出水壓力無謂的增高，也使浪費(fèi)加大，從而限制了其發(fā)展。</p><p>　　(3) 水塔高位水箱供水具有控制方式簡單、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理、短時(shí)間維修或停電可不停水等優(yōu)點(diǎn)，但存

25、在基建投資大，占地面積大，維護(hù)不方便，水泵電機(jī)為硬起動(dòng)，啟動(dòng)電流大等缺點(diǎn)，頻繁起動(dòng)易損壞聯(lián)軸器，目前主要應(yīng)用于高層建筑。</p><p>　　(4) 液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式易漏油，發(fā)熱需冷卻，效率低，改造麻煩，只能是一對一驅(qū)動(dòng)，需經(jīng)常檢修；優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡單明了，維修方便。</p><p>　　(5) 單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)也能做到變頻調(diào)速，自動(dòng)化程度要優(yōu)于上面4種

26、供水方式，但是系統(tǒng)開發(fā)周期比較長，對操作員的素質(zhì)要求比較高，可靠性比較低，維修不方便，且不適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。</p><p>　　綜上所述，傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在浪費(fèi)水力、電力資源；效率低；可靠性差；自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。目前的供水方式朝向高效節(jié)能、自動(dòng)可靠的方向發(fā)展，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

27、能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用，特別是在城鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級加壓系統(tǒng)，居民生活用水的恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速水泵節(jié)能效果尤為突出，其優(yōu)越性表現(xiàn)在：一是節(jié)能顯著；二是在開、停機(jī)時(shí)能減小電流對電網(wǎng)的沖擊以及供水水壓對管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊；三是能減小水泵、電機(jī)自身的機(jī)械沖擊損耗[2]。</p><p>　　基于PLC和變頻技術(shù)的恒壓供水系統(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(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)系

28、統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)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(shí)意義。</p><p>　　1.2 變頻調(diào)速及PLC在供水行業(yè)中的應(yīng)用</p><p>　　1.2.1變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用</p><p>　　變頻調(diào)速是優(yōu)于以往任何一種調(diào)速方式(如調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、串級調(diào)速等)，是當(dāng)今國際上

29、一項(xiàng)效益最高、性能最好、應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的電機(jī)調(diào)速技術(shù)。它采用微機(jī)控制技術(shù)，電力電子技術(shù)和電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)交流電動(dòng)機(jī)的無級調(diào)速，具有高效率、寬范圍和高精度等特點(diǎn)。以變頻器為核心結(jié)合PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本低能耗等諸多特點(diǎn)。</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。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻

30、率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動(dòng)控制、變壓變頻比控制及各種保護(hù)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(jī)構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時(shí)，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(jìn)行閉環(huán)控制。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(dòng)化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)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器，像瑞典、瑞士的ABB集團(tuán)推

31、出了HVAC變頻技術(shù)，法國的施耐德公司就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”，“變頻泵循壞方式”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(shí)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(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多七臺電機(jī)(泵)的供水系統(tǒng)。</p><p>　　采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)以后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)，電機(jī)起動(dòng)電流從零逐漸增

32、至額定電流，起動(dòng)時(shí)間相應(yīng)延長，對電網(wǎng)沒有較大的沖擊，減輕了起動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對于電機(jī)的機(jī)械損傷，有效的延長了電機(jī)的使用壽命。</p><p>　　1.2.2可編程序控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用</p><p>　　可編程控制器，簡稱PLC(Programmable logic Controller)，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會(huì)(International Elec

33、trical Committee)頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義:“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)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(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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。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(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?！?lt;/p><p

34、>　　世界上公認(rèn)的第一臺PLC是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制的。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立組件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似

35、的梯形圖作為主要編程語言[5] ，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲組件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期

36、可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升</p><p>　　第2章 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定</p><p>　　2.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析</p><p>　　2.1.1電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理</p><p>　　水泵電機(jī)多采用三相異步電動(dòng)機(jī)，

37、而其轉(zhuǎn)速公式為：</p><p><b>　　(2.1) </b></p><p>　　式中：f表示電源頻率，p表示電動(dòng)機(jī)極對數(shù)，s表示轉(zhuǎn)差率。</p><p>　　從上式可知，三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有：</p><p>　　(l) 改變電源頻率</p><p>　　(2) 改變電機(jī)極對數(shù)<

38、;/p><p><b>　　(3) 改變轉(zhuǎn)差率</b></p><p>　　改變電機(jī)極對數(shù)調(diào)速的調(diào)控方式控制簡單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高，但需要專門的變極電機(jī)，是有級調(diào)速，而且級差比較大，即變速時(shí)轉(zhuǎn)速變化較大，轉(zhuǎn)矩也變化大，因此只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機(jī)器。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速為了保證其較大的調(diào)速范圍一般采用串級調(diào)速的方式，其最大優(yōu)點(diǎn)是它可以回收轉(zhuǎn)差功率，節(jié)能效果好，且調(diào)速

39、性能也好，但由于線路過于復(fù)雜，增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗[7]，且成本高而影響它的推廣價(jià)值。下面重點(diǎn)分析改變電源頻率調(diào)速的方法及特點(diǎn)。</p><p>　　根據(jù)公式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n基本上與電源頻率f成正比。連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，就可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。但是，單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行性能惡化。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，已出現(xiàn)了各種性能良好、工作可靠的變頻調(diào)速電源裝置，它們促進(jìn)了變

40、頻調(diào)速的廣泛應(yīng)用。</p><p>　　2.1.2水泵的工作原理</p><p>　　供水所用水泵主要是離心泵，普通離心泵如圖2.1所示，葉輪安裝在泵2內(nèi)，并緊固在泵軸3上，泵軸由電機(jī)直接帶動(dòng)，泵殼中央有一液體吸入口4與吸入管5連接，液體經(jīng)底閥6和吸入管進(jìn)入泵內(nèi)，泵殼上的液體排出口8與排出管9連接。</p><p>　　在泵啟動(dòng)前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體:啟動(dòng)后，葉

41、輪由軸帶動(dòng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進(jìn)入泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴(kuò)大而減速，又將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場所。液體由葉輪中心流向外緣時(shí)，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中?？梢?，只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，液體便會(huì)不斷地被吸入和排出[5]。</p>

42、<p>　　圖2.1 離心泵結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　2.1.3供水電機(jī)的搭配 </p><p>　　因此，要正確選擇電動(dòng)機(jī)的功率， 對恒定負(fù)載連續(xù)工作方式，如果知道負(fù)載的功率(生產(chǎn)機(jī)械軸上的功率)（kW），可按式(2.1)計(jì)算所需電動(dòng)機(jī)的功率[6](kW)：</p><p><b>　　(2.2)</b></p>

43、;<p>　　式中，為生產(chǎn)機(jī)械的效率，為電動(dòng)機(jī)的效率，即傳動(dòng)效率。</p><p>　　按上式求出的功率，不一定與產(chǎn)品功率相同。因此，所選電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)等于或稍大于計(jì)算所得的功率。</p><p>　　供水電機(jī)驅(qū)動(dòng)離心泵運(yùn)行，和離心泵共同組成了供水系統(tǒng)的整體，電機(jī)的配置主要以水泵供水負(fù)載來決定。電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械所需要的功率來選擇，盡量使電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)行。選

44、擇時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn):</p><p>　　(1) 如果電動(dòng)機(jī)功率選得過小，就會(huì)出現(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象，造成電動(dòng)機(jī)長期過載，使其絕緣因發(fā)熱而損壞，甚至電動(dòng)機(jī)被燒毀。</p><p>　　(2) 如果電動(dòng)機(jī)功率選得過大，就會(huì)出現(xiàn)“小馬拉小車”現(xiàn)象，其輸出機(jī)械功率不能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不高，不但對用戶和電網(wǎng)不利，而且還會(huì)造成電能浪費(fèi)。</p><p>　　2.

45、1.4 變頻器的構(gòu)成</p><p>　　通常由變頻器主電路（IGBT、BJT、或GTO作逆變元件）給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源。此電源輸出的電壓或電流及頻率，由控制回路的控制指令進(jìn)行控制。而控制指令則根據(jù)外部的運(yùn)轉(zhuǎn)指令進(jìn)行運(yùn)算獲得。對于需要更精密速度或快速響應(yīng)的場合，運(yùn)算還應(yīng)包含由變頻器主電路和傳動(dòng)系統(tǒng)檢測出來的信號和保護(hù)電路信號，即防止因變頻器主電路的過電壓、過電流引起的損失外，還應(yīng)保護(hù)異步電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)等

46、</p><p>　　圖2-2變頻器結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　1.主電路</b></p><p>　　給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。如上圖所示是典型的電壓逆變器的例子，其主電路由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸引在整流和逆變時(shí)產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”以及將直流功率變換為交流功率的“逆變

47、器”。另外，異步電動(dòng)機(jī)需要制動(dòng)時(shí)，有時(shí)要附加“制動(dòng)回路”。</p><p><b>　　(1)整流器</b></p><p>　　最近大量使用的是二極管的交流器，圖3.4所示，它把工頻電源變換為直流電源?？捎脙山M晶體管交流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　(2)平波回路</b&

48、gt;</p><p>　　在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電壓吸收脈動(dòng)電壓（電流）。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路的構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。</p><p><b>　　(3)逆變器</b></p><p>　　同整流器相反，

49、逆變器的作用是將直流功率變換為所需要頻率的交流功率，根據(jù)PWM控制信號使6個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷，就可以得到三相頻率可變的交流輸出。</p><p><b>　　(4)制動(dòng)回路</b></p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)在再生制動(dòng)區(qū)域使用時(shí)（轉(zhuǎn)差率為負(fù)），再生能量儲存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。一般說來，由機(jī)械系統(tǒng)（含電動(dòng)機(jī)）慣量積蓄的能量比電容能儲存的能量大，需要

50、快速制動(dòng)時(shí)，可用由逆變流器向電源反饋或設(shè)置制動(dòng)回路（開關(guān)和電阻）把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓上升。</p><p>　　圖2-3典型的電壓型逆變器一例</p><p><b>　　2.控制電路</b></p><p>　　給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，稱為控制電路。如圖2.2所示，控制電路由以下電路組成，頻

51、率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓/電流檢測電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測電路”，將運(yùn)算電路的控制信號進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”。</p><p>　　在圖2.2點(diǎn)劃線內(nèi)，僅以控制電路A部分構(gòu)成控制電路時(shí)，無速度檢測電路，為開環(huán)控制。在控制電路B部分增加了速度檢測電路，即增加了速度指令，可以對異步電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行控制更精確的閉環(huán)控制。</p><p><

52、b>　　控制電路主要包括：</b></p><p><b>　　(1)運(yùn)算電路</b></p><p>　　將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、功率。</p><p>　　(2)電壓/電流檢測電路</p><p>　　與主電路電位隔離，檢測電壓、電流等。

53、</p><p><b>　　(3)驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　為驅(qū)動(dòng)主電路 器件的電路。它使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。</p><p><b>　　(4)速度檢測電路</b></p><p>　　以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸上的速度檢測器（TG、PLG等）的信號為速度信號</p><

54、;p>　　送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　保護(hù)電路</b></p><p>　　檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。</p><p><b>　　保護(hù)回路主要包括：</b></

55、p><p><b>　　1）逆變器保護(hù)</b></p><p>　?、偎矔r(shí)過電壓保護(hù)。由于逆變器負(fù)載側(cè)短路等，流過逆變器器件的電流達(dá)到異常值（超過容許值）時(shí)，瞬時(shí)停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)，切斷電流。交流器的輸出電流達(dá)到異常值，也同樣停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　②過載保護(hù)。逆變器輸出電流超過額定值，且持續(xù)流通達(dá)規(guī)定的時(shí)間以上，為了防止逆變器器件、線路

56、等損壞要停止運(yùn)轉(zhuǎn)。恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)需要反時(shí)限特性，采用熱繼電器或者電子熱保護(hù)（使用電子電路）。過負(fù)載是由于負(fù)載的GD2（慣性）過大或因負(fù)載過大使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。</p><p>　?、墼偕^電壓保護(hù)。采用逆變器使電動(dòng)機(jī)快速減速時(shí)，由于再生功率直流電路電壓將升高，有時(shí)超過容許值。可以采取停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)或停止快速減速的辦法，防止過電壓。</p><p>　?、芩矔r(shí)停電保護(hù)。對于數(shù)毫秒以內(nèi)的瞬時(shí)停

57、電，控制電路工作正常。但瞬時(shí)停電時(shí)間在10ms以上時(shí)，通常會(huì)使控制電路誤動(dòng)作，主電路也不能供電，所以檢出后使逆變器停止運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　?、萁拥剡^電流保護(hù)。逆變器負(fù)載側(cè)接地時(shí)，為了保護(hù)逆變器，有時(shí)要有接地過電流保護(hù)功能。但為了確保人身安全，需要轉(zhuǎn)設(shè)漏電斷路器。</p><p>　?、蘩鋮s風(fēng)機(jī)異常。有冷卻風(fēng)機(jī)的裝置，但風(fēng)機(jī)異常時(shí)裝置內(nèi)溫度將上升，因此采用風(fēng)機(jī)熱繼電器或器件散熱片溫度傳

58、感器，檢出異常后停止逆變器。</p><p>　　2）異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)</p><p>　?、龠^載保護(hù)。過載檢出裝置與逆變器保護(hù)共用，但考慮低速運(yùn)轉(zhuǎn)的過熱時(shí)，在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)埋入溫度傳感器，或者利用轉(zhuǎn)在逆變器內(nèi)的電子熱保護(hù)來檢出過熱。動(dòng)作頻繁時(shí)可以考慮減輕電動(dòng)機(jī)負(fù)載、增加電動(dòng)機(jī)及逆變器容量等。</p><p>　?、诔l（超速）保護(hù)。逆變器的輸出頻率或者異步電動(dòng)機(jī)的速

59、度超過規(guī)定值時(shí)，停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　3）其他保護(hù)</b></p><p>　?、俜乐故龠^電流。急加速時(shí)，如果異步電動(dòng)機(jī)跟蹤遲緩，則過電流保護(hù)電路動(dòng)作，運(yùn)轉(zhuǎn)就不能繼續(xù)進(jìn)行（失速）。所以，在負(fù)載電流減小之前要進(jìn)行控制，抑制頻率上升或使頻率下降。對于恒速運(yùn)轉(zhuǎn)中的過電流，也進(jìn)行同樣的控制。</p><p>　?、诜乐故僭偕?/p>

60、過電壓。減速時(shí)產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為了防止再生過電壓保護(hù)電路動(dòng)作，在直流電壓下降之前要進(jìn)行控制，抑制頻率下降，防止失速再生過電壓。</p><p>　　本系統(tǒng)中 ，采用MciorMaster430系列變頻器，型號為HVAC(風(fēng)機(jī)和水泵節(jié)能型)EC01—4500/3，額定電壓為380V—500V，額定功率35kW。MicroMaster430系列變頻器是全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器中的風(fēng)機(jī)和泵類變轉(zhuǎn)矩負(fù)載專家

61、，功率范圍7.5kW至250Kw。它按照專用要求設(shè)計(jì)，并使用內(nèi)部功能互聯(lián)(BiCo)技術(shù)，具有高度可靠性和靈活性，牢固的EMC(電磁兼容性)設(shè)計(jì)；控制軟件可以實(shí)現(xiàn)專用功能：多泵切換、手動(dòng)/自動(dòng)切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運(yùn)行方式等[14]。</p><p>　　2.1.5變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理</p><p>　　供水系統(tǒng)的揚(yáng)程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤?，表明?/p>

62、泵在某一轉(zhuǎn)速下?lián)P程H與流量Q之間的關(guān)系曲線，如圖2.1所示。由于在閥門開度和水泵轉(zhuǎn)速都不變的情況下，流量的大小主要取決于用戶的用水情況，因此，揚(yáng)程特性所反映的是揚(yáng)程H與用水流量Qu間的關(guān)系H=f(Qu)。而管阻特性是以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?，表明閥門在某一開度下?lián)P程H與流量Q之間的關(guān)系曲線，如圖2.1所示。管阻特性反映了水泵的能量用來克服泵系統(tǒng)的水位及壓力差、液體在管道中流動(dòng)阻力的變化規(guī)律。由于閥門開度的改變，實(shí)際上是改變了在某一揚(yáng)程下，

63、供水系統(tǒng)向用戶的供水能力。因此，管阻特性所反映的是揚(yáng)程與供水流量Qc之間的關(guān)系H=f(Qc)。揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線的交點(diǎn)，稱為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖2.4中A點(diǎn)。在這一點(diǎn)，用戶的用水流量Qu和供水系統(tǒng)的供水流量Qc處于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既滿足了揚(yáng)程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。</p><p>　　圖2.4 恒壓供水系統(tǒng)的基本特征</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部

64、分主要由水泵、電動(dòng)機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成。通常由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機(jī)和水泵做成一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實(shí)現(xiàn)恒壓供水的。因此，供水系統(tǒng)變頻的實(shí)質(zhì)是異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。</p><p>　　在供水系統(tǒng)中，通常以流量為控制目的，常用的控制方法為閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法。閥門控制法是通過調(diào)節(jié)閥門開度

65、來調(diào)節(jié)流量，水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變。其實(shí)質(zhì)是通過改變水路中的阻力大小來改變流量，因此，管阻將隨閥門開度的改變而改變，但揚(yáng)程特性不變。由于實(shí)際用水中，需水量是變化的，若閥門開度在一段時(shí)間內(nèi)保持不變，必然要造成超壓或欠壓現(xiàn)象的出現(xiàn)。轉(zhuǎn)速控制法是通過改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度保持不變，是通過改變水的動(dòng)能改變流量。因此，揚(yáng)程特性將隨水泵轉(zhuǎn)速的改變而改變，但管阻特性不變。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

66、動(dòng)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(shí)電機(jī)加速，用水量減小時(shí)電機(jī)減速。</p><p>　　由流體力學(xué)可知，水泵給管網(wǎng)供水時(shí)，水泵的輸出功率P與管網(wǎng)的水壓H及出水流量Q的乘積成正比；水泵的轉(zhuǎn)速n與出水流量Q成正比；管網(wǎng)的水壓H與出水流量Q的平方成正比。由上述關(guān)系有，水泵的輸出功率P與轉(zhuǎn)速n三次方成正比，即：</p><p><b>　　（2.3）</

67、b></p><p><b>　　（2.4）</b></p><p><b>　　(2.5)</b></p><p><b>　　(2.6)</b></p><p>　　式中k、k1、k2、k3為比例常數(shù)。</p><p>　　圖2.5 管網(wǎng)及水泵

68、的運(yùn)行特性曲線</p><p>　　當(dāng)用閥門控制時(shí)，若供水量高峰水泵工作在E點(diǎn)，流量為Q1，揚(yáng)程為H0，當(dāng)供水量從Q1減小到Q2時(shí)，必須關(guān)小閥門，這時(shí)閥門的摩擦阻力變大，阻力曲線從b3移到b1，揚(yáng)程特性曲線不變。而揚(yáng)程則從H0上升到H1，運(yùn)行工況點(diǎn)從E點(diǎn)移到F點(diǎn)，此時(shí)水泵的輸出功率正比于H1×Q2。當(dāng)用調(diào)速控制時(shí)，若采用恒壓(H0)，變速泵(n2)供水，管阻特性曲線為b2，揚(yáng)程特性變?yōu)榍€n2，工作點(diǎn)從

69、E點(diǎn)移到D點(diǎn)。此時(shí)水泵輸出功率正比于H0×Q2，由于H1>H0，所以當(dāng)用閥門控制流量時(shí)，有正比于(H1－H0)×Q2的功率被浪費(fèi)掉，并且隨著閥門的不斷關(guān)小，閥門的摩擦阻力不斷變大，管阻特性曲線上移，運(yùn)行工況點(diǎn)也隨之上移，于是H1增大，而被浪費(fèi)的功率要隨之增加。所以調(diào)速控制方式要比閥門控制方式供水功率要小得多，節(jié)能效果顯著。</p><p>　　2.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方案的確定<

70、;/p><p>　　2.2.1 系統(tǒng)簡介</p><p>　　隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能和高品質(zhì)的供水質(zhì)量等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)及高層建筑的生活、消防供水中。變頻恒壓供水的調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。

71、在實(shí)際應(yīng)用中如何充分利用專用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計(jì)變頻恒壓供水設(shè)備、降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。變頻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(shè)備的投資，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢，而且具有顯著的節(jié)能效果。目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制、多品種系列化的方向發(fā)展。追求高度智能化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，是未來供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)中成片開

72、發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢。</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用生活水、工業(yè)用水等多種場合的供水要求，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):</p><p>　　(1)供水系統(tǒng)的控制對象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個(gè)過程控制量，同其他一些過程控制量(如:溫度、流量、濃度等)一樣，對控制作用的響應(yīng)具有滯后性。同時(shí)用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)。</p>

73、<p>　　(2)用戶管網(wǎng)中因?yàn)橛泄茏?、水錘等因素的影響，同時(shí)又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個(gè)線性系統(tǒng)。</p><p>　　(3)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統(tǒng)，而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用水量和揚(yáng)程等方面存在著較大的差異，因此其控制對象的模型具有很強(qiáng)的多變性。</p><p>

74、　　(4)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泉的停止和運(yùn)行)是時(shí)時(shí)發(fā)生的，同時(shí)定量泵的運(yùn)行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化，因此可以認(rèn)為，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是時(shí)時(shí)變化的。</p><p>　　(5)當(dāng)出現(xiàn)意外的情況(如突然停水、斷電、泵、變頻器或軟啟動(dòng)器故障等)時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動(dòng)器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況點(diǎn)自

75、動(dòng)進(jìn)行切換，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。在故障發(fā)生時(shí)，執(zhí)行專門的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進(jìn)行供水。</p><p>　　(6)水泵的電氣控制柜，其有遠(yuǎn)程和就地控制的功能和數(shù)據(jù)通訊接口，能與控制信號或控制軟件相連，能對供水的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，以便顯示和監(jiān)控以及報(bào)表打印等功能。</p><p>　　(7)用變頻器進(jìn)行調(diào)速，用調(diào)節(jié)泵和固定泵的組合進(jìn)行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對每臺水泵進(jìn)行軟啟

76、動(dòng)，啟動(dòng)電流可從零到電機(jī)額定電流，減少了啟動(dòng)電流對電網(wǎng)的沖擊同時(shí)減少了啟動(dòng)慣性對設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，延長了設(shè)備的使用壽命。</p><p>　　2.2.2變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的構(gòu)成方案</p><p>　　從變頻恒壓供水的原理分析可知，該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機(jī)組以及低壓電器組成。系統(tǒng)主要的設(shè)計(jì)任務(wù)是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環(huán)控制多

77、臺水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時(shí)還要能對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)要求，結(jié)合系統(tǒng)的使用場所，本次設(shè)計(jì)才用通用變頻器+PCL(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)+壓力傳感器的構(gòu)成方案。系統(tǒng)的構(gòu)成框圖如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.6 系統(tǒng)構(gòu)成框圖</p><p>　　這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)

78、行數(shù)據(jù)交換；通用性強(qiáng)，由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計(jì)上，只需確定PLC的硬件配置和變頻器的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，可以方便地通過PC機(jī)來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。同時(shí)由于PLC的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機(jī)組的容量大小無關(guān)[10]。</p><p>　　2.2

79、.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案有多種，有1臺變頻器控制一臺水泵的簡單控制方案，也有一臺變頻器控制幾臺水泵的方案，下面重點(diǎn)介紹一臺變頻器控制幾臺水泵的特點(diǎn)。</p><p>　　利用單臺變頻器控制多臺水泵的控制方案適用于大多數(shù)供水系統(tǒng)，是目前應(yīng)用中比較先進(jìn)的一種方案。下面以單臺變頻器控制2臺水泵的方案來說明。該控制方案的流程圖如圖2.7所示。

80、</p><p>　　圖2.7 控制流程圖</p><p>　　自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理如下:根據(jù)系統(tǒng)用水量的變化，控制系統(tǒng)控制2臺水泵按1—2—3—4—1的順序運(yùn)行，以保證正常供水。開始工作時(shí)，系統(tǒng)用水量不多，只有1號泵在變頻器控制下運(yùn)行，2號泵處于停止?fàn)顟B(tài)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)1。當(dāng)用水量增加，變頻器輸出頻率增加，則1號泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加，當(dāng)變頻器增加到最高輸出頻率時(shí)，表示只有1臺水泵工作己

81、不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過控制系統(tǒng)，1號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動(dòng)2號泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)2。</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)用水高峰過后，用水量減少時(shí)，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻率時(shí)，表示只有1臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過控制系統(tǒng)，可將1號泵電機(jī)停運(yùn)，2號泵電機(jī)仍由變頻器電源供電，這時(shí)控制系統(tǒng)處于狀態(tài)3。</p><p>　　當(dāng)用水

82、量再次增加，變頻器輸出頻率增加，則2號泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加，當(dāng)變頻器增加到最高輸出頻率時(shí)，表示只有1臺水泵工作已不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過控制系統(tǒng)的控制，2號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動(dòng)1號泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4。</p><p>　　當(dāng)控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4時(shí)，用水量減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻率時(shí)，表示只有1臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)供水的要求，此時(shí)，通過控制系統(tǒng)的控制，2

83、號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器啟動(dòng)1號泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4。</p><p>　　當(dāng)控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4時(shí)，用水量又減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻率時(shí)，表示只有1臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過控制系統(tǒng)的控制，可將2號泵電機(jī)停運(yùn)，1號泵電機(jī)仍由變頻器供電，這時(shí)，控制系統(tǒng)又回到了狀態(tài)1。如此循環(huán)往復(fù)的工作，以滿足系統(tǒng)用水的需要[11</p><p>　

84、　第3章 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 供水設(shè)備的選擇</p><p>　　在做供水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)先選擇水泵和電機(jī)，選擇依據(jù)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(shù)有關(guān)。有關(guān)選擇依據(jù)原則使用表格如下。</p><p>　　不同住宅類型的用水標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　不同住宅類型的用水標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)《城市居

85、民生活用水標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50331-2002，節(jié)錄如表3.1。</p><p>　　表3.1 不同住宅類型的用水標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　2. 供水規(guī)模換算表。</p><p>　　不同住宅類型的用水標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)《城市居民生活用水標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50331-2002，節(jié)錄如表3.2。上面一行為用水標(biāo)準(zhǔn)(/人日)，中間數(shù)據(jù)為用水規(guī)模(/h)。</p>&

86、lt;p>　　表3.2 供水規(guī)模換算表</p><p>　　3. 根據(jù)供水量和高度確定水泵型號和臺數(shù),并對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行選型,見表3.3。</p><p>　　表3.3 水泵，電機(jī)和變頻器選型表</p><p><b>　　注：N為水泵臺數(shù)</b></p><p>　　4. 設(shè)定供水壓力經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：平方供水壓力P=0.1

87、2MPa；樓房供水壓力</p><p>　　P=（0.08+0.04×樓層數(shù)）MPa (3.1)</p><p>　　（5）系統(tǒng)設(shè)計(jì)還應(yīng)遵循以下的原則：</p><p>　?、?蓄水池容量應(yīng)大于每小時(shí)最大供水量；</p><p>　?、?水泵揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供水高度；</p&g

88、t;<p>　?、?水泵流量總和應(yīng)大于實(shí)際最大供水量。</p><p>　　3.1.1 水泵的參數(shù)計(jì)算與型號的選擇</p><p>　　(1) 根據(jù)表3.1確定用水量標(biāo)準(zhǔn)為0.19/人日。</p><p>　　(2) 根據(jù)表3.2確定每小最大用水量為175.00/h。</p><p>　　(3) 根據(jù)10層樓高度35m，按照式

89、(3.1)計(jì)算得</p><p>　　P =（0.08+0.04×樓層數(shù)）MPa=0.48MPa </p><p>　　可確定設(shè)置供水壓力值為0.48MPa。</p><p>　　根據(jù)表2.3確定水泵型號為100DL3，工3臺(其中一臺做備用)，水泵自帶電動(dòng)機(jī)功率為30kW。</p><p>　

90、　3.1.2 變頻器的選型</p><p>　　1. MM430變頻器介紹</p><p>　　MciorMaster430變頻器的端子接口分布如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 MM430 端子接口分布圖</p><p><b>　　2. 端子功能介紹</b></p><p>　　

91、各端子的功能如表3.4所示。</p><p>　　表3.4 端子功能表</p><p>　　2.3.3 壓力傳感器的選擇</p><p>　　CYYB-120系列壓力變送器為兩線制4～20mA電流信號輸出產(chǎn)品。它采用CYYB-105系列壓力傳感器的壓力敏感元件。經(jīng)后續(xù)電路給電橋供電，并對輸出信號進(jìn)行放大、溫度補(bǔ)償及非線性修正、V/I變換等處理，對供電電壓要求寬松，具

92、有4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。一對導(dǎo)線同時(shí)用于電源供電及信號傳輸，輸出信號與環(huán)路導(dǎo)線電阻無關(guān)，抗干擾性強(qiáng)、便于電纜鋪設(shè)及遠(yuǎn)距離傳輸，與數(shù)字顯示儀表、A/D轉(zhuǎn)換器及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接方便。CYYB-120系列壓力變送器新增加了全密封結(jié)構(gòu)帶現(xiàn)場數(shù)字顯示的隔爆型產(chǎn)品?？蓮V泛應(yīng)用于航空航天、科學(xué)試驗(yàn)、石油化工、制冷設(shè)備、污水處理、工程機(jī)械等液壓系統(tǒng)產(chǎn)品及所有壓力測控領(lǐng)域[13]。</p><p><b>　　

93、主要特點(diǎn)：</b></p><p>　　（1）高穩(wěn)定性、高精度、寬的工作溫度范圍；</p><p>　?。?）抗沖擊、耐震動(dòng)、體積小、防水；</p><p>　?。?）標(biāo)準(zhǔn)信號輸出、良好的互換性、抗干擾性強(qiáng)；</p><p>　　（4）最具有競爭力的價(jià)格。</p><p>　　2.3.4 水位傳感器的選擇&

94、lt;/p><p>　　SL980-投入式液位變送器，廣泛用于儲水池、污水池、水井、水箱的水位測量，油池、油罐的油位測量，江河湖海的深度測量。接受與液體深度成正比的液壓信號，并將其轉(zhuǎn)換為開關(guān)量輸出，送給計(jì)算機(jī)、記錄儀、調(diào)節(jié)儀或變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)液位的全自動(dòng)控制。主要特點(diǎn)是：安裝簡單，精度高，可靠性高，性能穩(wěn)定，能實(shí)現(xiàn)自身保護(hù)等[14]。</p><p>　　2.3.5其他低壓電器的選擇<

95、/p><p><b>　　1. 斷路器的選擇</b></p><p>　　（1） ，選擇。斷路器具有隔離,過電流及欠電壓等保護(hù)功能,當(dāng)變頻器的輸入側(cè)發(fā)生短路或電源電壓過低等故障時(shí),可迅速進(jìn)行保護(hù)?？紤]變頻器允許的過載能力為150%，時(shí)間為1min。所以為了避免誤動(dòng)作，斷路器的額定電流應(yīng)選</p><p>　?。ˋ）

96、 (3.2)</p><p>　　式中為變頻器的額定輸出電流</p><p><b>　　所以，選90A。</b></p><p>　?。?） 斷路器選擇。在電動(dòng)機(jī)要求實(shí)現(xiàn)工頻和變頻切換驅(qū)動(dòng)的電路中，斷路器應(yīng)按電動(dòng)機(jī)在工頻下起動(dòng)電流來考慮，斷路器的額定電流應(yīng)選</p><p><b>　　(A) &

97、lt;/b></p><p>　　式中為電動(dòng)機(jī)的額定電流，=60A。</p><p><b>　　所以選160A。</b></p><p><b>　　2. 接觸器的選擇</b></p><p>　　接觸器的選擇應(yīng)考慮到電動(dòng)機(jī)在工頻下的起動(dòng)情況，其觸點(diǎn)電流通?？砂措妱?dòng)機(jī)的額定電流再加大一個(gè)檔次

98、來選擇，由于電動(dòng)機(jī)的額定電流為60A，所以接觸器的觸點(diǎn)電流選70A即可。</p><p>　　3.2 PLC的選型</p><p>　　3.2.1 I/O點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)</p><p>　　恒壓變頻供水控制系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)如表2.4所示。</p><p>　　表3.4 I/O統(tǒng)計(jì)表</p><p>　　3.2.2 P

99、LC選型的基本原則</p><p>　　這是PLC應(yīng)用設(shè)計(jì)中很重要的一步，目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的PLC種類很多，在選用PLC時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面[15]。</p><p><b>　?。?）規(guī)模要適當(dāng)；</b></p><p>　　（2）功能要相當(dāng)，結(jié)構(gòu)要合理；</p><p>　?。?）輸入，輸出功能及負(fù)載能力的選擇要正確

100、；</p><p>　?。?）要考慮環(huán)境條件。</p><p>　　根據(jù)以上原則，這次設(shè)計(jì)選擇西門子S7-200系列的CPU222AC/DC。</p><p>　　3.2.3 I/O的分配</p><p>　　根據(jù)功能要求和工藝流程，我們統(tǒng)一了I/O接點(diǎn)的分配，分配表如表2.5所示。根據(jù)PLC口的分配，系統(tǒng)的控制要求以及合理利用I/O口的原則

101、[16]。</p><p>　　表3.5 I/O分配表</p><p>　　3.2.4統(tǒng)硬件線路設(shè)計(jì)</p><p>　　供水系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)如圖3.4所示，采用了一臺變頻器同時(shí)連接兩臺電動(dòng)機(jī)，所以必須確保開關(guān)KM1和KM2電氣連鎖，連鎖功能由軟件和硬件實(shí)現(xiàn)。在變頻水泵出現(xiàn)問題或緊急情況下，可以起用備用水泵。</p><p><b>

102、;　　圖3.2 主電路圖</b></p><p>　　系統(tǒng)的控制線路如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 自動(dòng)控制線路圖</p><p>　　3.2.5 PID參數(shù)的預(yù)置</p><p>　　由于SIEMENS MM430變頻器自帶了PID模塊，我們不需要進(jìn)行PID調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)，只需進(jìn)行簡單的參數(shù)設(shè)置就可以了。首先將設(shè)置

103、模擬輸入的DIP開關(guān)1撥到ON位置，選擇為4～20mA輸入，將DIP開關(guān)2撥到OFF位置選擇電動(dòng)機(jī)的頻率，OFF位置為50Hz。其它參數(shù)的設(shè)置需要現(xiàn)場調(diào)試或者依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來確定，以下就是一些口訣和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。</p><p>　　1.PID常用口訣: 參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查，先是比例后積分，最后再把微分加，曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大，曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳，曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降，曲線波動(dòng)周

104、期長，積分時(shí)間再加長，曲線振蕩頻率快，先把微分降下來，動(dòng)差大來波動(dòng)慢，微分時(shí)間應(yīng)加長，理想曲線兩個(gè)波，前高后低4比1。</p><p>　　2.一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低 </p><p>　　3.PID控制器參數(shù)的工程整定,各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中P.I.D參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以下可參照：　　</p><p>　　溫度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180

105、s壓力P: P=30~70%,T=24~180s, 　　</p><p>　　液位L: P=20~80%,T=60~300s, 　　</p><p>　　流量L: P=40~100%,T=6~60s。 </p><p>　　3.PID控制的原理和特點(diǎn)</p><p>　　在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱P

106、ID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有

107、PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。 　</p><p><b>　　比例（P）控制 　</b></p><p>　　比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。 　</p><p>

108、<b>　　積分（I）控制 　</b></p><p>　　在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即

109、便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 　</p><p><b>　　微分（D）控制 　</b></p><p>　　在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)

110、振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免