樓宇恒壓供水系統(tǒng)控制要點

1、渤海石油職業(yè)學院電氣自動化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文樓宇恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計學生姓名：閆忠全專業(yè)班級：09電氣2班指導(dǎo)教師：袁勇完稿日期：2012年3月20日目錄內(nèi)容摘要 3一、傳統(tǒng)供水系統(tǒng)的概況 4二、PLG變頻恒壓供水系統(tǒng)方案分析及論證41變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)控制原理 52變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)特點及適用范圍 63傳統(tǒng)供水系統(tǒng)異步電動機的調(diào)速 74. PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)異步電動機的調(diào)速 8三、PLG變頻恒壓供水系統(tǒng)方案的設(shè)計 91恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 92恒壓供水的原理 113系統(tǒng)功能 114恒壓供水系統(tǒng)控制分析 125.水泵的轉(zhuǎn)速與其揚程H、流量Q及功率的關(guān)系 136變頻技術(shù)參數(shù)及調(diào)試參數(shù) 1

2、47設(shè)備的選擇 168模擬供水系統(tǒng)擬定 219 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 2110. PLCS入輸出接線圖及程序 26四、故障處理的程序設(shè)計 29五、結(jié)束語 30參考 文獻 31樓宇恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計閆忠全【內(nèi)容摘要】 隨著我國改革開放的不斷深入, 我國的經(jīng)濟、文化、教育等各方面都在日新月異地向前發(fā)展。 科學技術(shù)更是突飛猛進。 在高壓供水技術(shù)上， 從 80 年代以來，我國變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備開發(fā)成功后，經(jīng)過多年的應(yīng)用，技術(shù)上已經(jīng)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(chǎn)企業(yè)運用相當廣泛！ 70、 80 年代建設(shè)的水塔 - 水泵聯(lián)合供水或氣壓罐供水方式， 在節(jié)能、 環(huán)保和維

3、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(yīng)快、低損耗的方向發(fā)展。 作為應(yīng)用現(xiàn)代電力電子器件與微計算機技術(shù)有機結(jié)合的交流變頻調(diào)速裝置， 隨著產(chǎn)品的開發(fā)創(chuàng)新和推廣應(yīng)用， 使得交流異步電動機調(diào)速領(lǐng)域發(fā)生一場巨大的技術(shù)革命。 目前自動恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用的電動機調(diào)速裝置均采用交流變頻技術(shù)，而系統(tǒng)的控制裝置采用PLC控制器，因PLC不僅可實現(xiàn)泵組、閥 門的邏輯控制，并可完成系統(tǒng)的數(shù)字PID調(diào)節(jié)功能，可對系統(tǒng)中的各種運行參數(shù)、 控制點的實時監(jiān)控，并完成系統(tǒng)運行工況的CRTB面顯示、故障報警及打印報表 等功能。 自動恒壓供水系

4、統(tǒng)具有標準的通訊接口， 可與城市供水系統(tǒng)的上位機聯(lián)網(wǎng)， 實現(xiàn)城區(qū)供水系統(tǒng)的優(yōu)化控制， 為城市供水系統(tǒng)提供了現(xiàn)代化的調(diào)度、 管理、監(jiān)控及經(jīng)濟運行的手段。 改造原有供水設(shè)備， 充分發(fā)揮其社會效益的同時， 最大限度的提高供水設(shè)備的經(jīng)濟效益。 不但管理單位或部門比較重視， 作為現(xiàn)代化企業(yè)更應(yīng)該為此努力！【關(guān)鍵詞】 樓宇自控系統(tǒng)生活給水 樓宇自動化 恒壓供水24、傳統(tǒng)供水系統(tǒng)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(tǒng)的供水方式離不開蓄水池、 水箱等儲水設(shè)施，而蓄水池中的水一般由 自來水管網(wǎng)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

5、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(chǎn)生自來水水壓低、 水流小的不穩(wěn)定現(xiàn)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(chǎn)用水也無法得到相應(yīng)的供應(yīng)。用P圖1-1傳統(tǒng)供水系統(tǒng)原理圖、PLG變頻恒壓供水系統(tǒng)方案分析及論證傳統(tǒng)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(shù)的發(fā)展和人們對生活 飲用水要求的不斷提高，變頻調(diào)速恒壓

6、供水系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能和高品質(zhì)的供水 特點被廣泛應(yīng)用于住宅小區(qū)及高層建筑的生活、消防中。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 可以實現(xiàn)水泵電動機無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，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(tǒng)之一。在實際應(yīng)用中如何充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備、降低成本、保證供水質(zhì)量等有著重要的意義。變頻調(diào)速包 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)備的投入， 運行的經(jīng)濟合理性， 還是系統(tǒng)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(diào)速恒壓供水系統(tǒng)控制原理設(shè)備

7、投入運行前， 首先應(yīng)設(shè)定設(shè)備的工作壓力等相關(guān)參數(shù)， 設(shè)備運行時， 由壓力傳感器連續(xù)采集供水管網(wǎng)中的水壓及水壓變化信號， 并將其轉(zhuǎn)換為電信號傳送至變頻器控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將反饋回來的信號與設(shè)定壓力進行比較和運算，如果實際壓力比設(shè)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(shè)定壓力高， 則控制水泵減速運行， 當達到設(shè)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(wǎng)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

8、網(wǎng)的供水量， 保證壓力穩(wěn)定。 若兩臺泵運行仍不能保證管網(wǎng)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(xiàn)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(xiàn)，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(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由變頻器、 泵組電機、 供水管網(wǎng)、 儲水箱、 （

9、智能 PID調(diào)節(jié)器）、壓力變送器、PLC控制單元等部分組成，控制系統(tǒng)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(xiàn)電機的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)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(wǎng)水壓。智能PID 調(diào)節(jié)器實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的PLC調(diào)節(jié)。PLC控制單元則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備，同時還是變頻器的驅(qū)動控制，根據(jù)用水量的實際變化，自動調(diào)整其它工頻泵的運行臺數(shù)。變頻器和 PLC 的應(yīng)用為水泵轉(zhuǎn)速的平滑性連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。水泵電機實現(xiàn)變頻軟啟動 , 消除了對電網(wǎng)、電氣設(shè)備和機械設(shè)備的沖擊，延長電機設(shè)備的使用壽命。如圖 2-1 所

10、示：圖2-1 恒壓供水系統(tǒng)控制原理框圖一智能PID調(diào)節(jié)器屬于PLC擴展模塊，可以與ADDA奠塊一起使用，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(tǒng)控制原理框圖二2變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)特點及適用范圍(1)系統(tǒng)特點：高效節(jié)能。按需要設(shè)定供水壓力，根據(jù)管網(wǎng)用水量來變頻調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使 水泵始終保持高效運行，同普通的水塔供水設(shè)備相比，節(jié)能效果明顯。對電網(wǎng)沖擊小，保護功能完善。消除了水泵電機直接起動時對電網(wǎng)的沖擊和 干擾，并且設(shè)備控制系統(tǒng)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

11、率，延長了水泵的使用壽命。人機界面觸摸面板操作，設(shè)計參數(shù)靈活方便?？伸`活設(shè)定頻率下限、加速時間、減速時間、換泵時間等各種工作參數(shù)，能夠顯示系統(tǒng)運行時間，查找各種故障原因。定時喚醒功能。 由于系統(tǒng)是根據(jù)管網(wǎng)用水量的多少來決定投入運行水泵的臺數(shù)， 所以當用水量長期在某一范圍內(nèi)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(shè)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(shè)置定時換泵功能。 在設(shè)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(shè)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，

12、 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(shè)定。當變頻器發(fā)生故障時， 能夠自動轉(zhuǎn)換至工頻運行， 確保供水不間斷。 突然停電后再來電，設(shè)備能夠自動啟動運行。（ 2）適用范圍:廣泛應(yīng)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(chǎn)用水、消防用水、鍋爐恒壓補水、輸油管道增壓、注水系統(tǒng)、農(nóng)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(tǒng)供水系統(tǒng)異步電動機的調(diào)速生產(chǎn)和生活中的供水方式有多種，常見的供水方式通常會設(shè)一臺或多臺水泵。 用多臺水泵時會根據(jù)不同的用水量啟動不同數(shù)量的水泵運行， 供水水壓是波動的，要保證供水

13、質(zhì)量，穩(wěn)定供水出口（或管網(wǎng)）的壓力，變頻恒壓供水是最好的方式之一，而傳統(tǒng)供水與變頻恒壓供水最主要的區(qū)別就在于調(diào)速系統(tǒng)的不同，調(diào)速系統(tǒng)分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)， 在本設(shè)計中選擇交流水泵電機用變頻器調(diào)速來改變水泵電機的轉(zhuǎn)速達到恒壓供水的要求， 所以在此對兩種供水系統(tǒng)中的交流調(diào)速系統(tǒng)進行比較選擇：（1） 異步電動機變極調(diào)速異步電動機的同步轉(zhuǎn)速遵循電機學的基本關(guān)系：n0=60f/p式中 f ：電源交變頻，為50HZ；p ：電機定子磁極對數(shù)。轉(zhuǎn)差率 s 參量，其公式為s= （n0-n） / n0電機實際轉(zhuǎn)速為n=（ 60f/p ） （ 1-s ）設(shè)定頻率f不變，調(diào)節(jié)電機極對數(shù)p,即可使同步轉(zhuǎn)速n0

14、得到調(diào)節(jié)，這就是變極調(diào)速的方法。該方法有以下特點；它是調(diào)變式調(diào)速，要實施變極調(diào)速，必須通過外接定子繞組控制線路的切換來完成， 這種調(diào)速方式適用于籠型異步電動機。（2） 異步電動機改變轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速實現(xiàn)改變轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速的方法是： 轉(zhuǎn)子電路中， 轉(zhuǎn)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?而附加電動勢也是直流電動勢，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(guān)斷時間來調(diào)整附加電動勢的平均值即控制轉(zhuǎn)子電路中的總電動勢， 這樣通過調(diào)節(jié)總電動勢來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流進而控制電動機的轉(zhuǎn)速，這種調(diào)速方式適用于

15、繞線式異步電機。改變轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速的優(yōu)點： 調(diào)速性能好。 當電動機減速時， 轉(zhuǎn)子電路中的電能將通過逆變器反饋回電網(wǎng)， 使減速過程中機械能轉(zhuǎn)化成電能， 無損失地送回電網(wǎng)。因此，這種調(diào)速方式節(jié)能效果顯著。改變轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速的缺點： 由于改變轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速系統(tǒng)使用了較多的開關(guān)元件與電網(wǎng)耦合連接，系統(tǒng)中高次諧波竄入電網(wǎng)嚴重；另外，系統(tǒng)功率因數(shù)低。因此改變轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速系統(tǒng)僅適用于繞線式異步電機。4 PLC、變頻恒壓供水系統(tǒng)異步電動機的調(diào)速根據(jù)方案一的公式， 式中電動機定子繞組的磁極對數(shù)p 一定， 改變電源頻率f ，即可改變電動機同步轉(zhuǎn)速。異步電動機的實際轉(zhuǎn)速總低于同步轉(zhuǎn)速，而且隨著同步轉(zhuǎn)速而變化。電源頻率增加

16、，同步轉(zhuǎn)速n0 增加，實際轉(zhuǎn)速也增加；電源頻率下降， 電機轉(zhuǎn)速也下降， 這種通過改變電源頻率實現(xiàn)的速度調(diào)節(jié)過程稱為變頻調(diào)速。采用變頻電源供電構(gòu)成的變頻調(diào)速系統(tǒng)是具有高效率和高性能的調(diào)速系統(tǒng)。通過改變定子供電頻率， 電機轉(zhuǎn)速可得到較大范圍的無級調(diào)節(jié)。 對定子電壓 （或電源） 以及頻率按一定規(guī)律進行協(xié)調(diào)控制， 可提高傳動系統(tǒng)的運行特性。 通過控制轉(zhuǎn)差率（n0-n） /n0,電機可獲得較理想的快速響應(yīng)特性，一旦采用閉環(huán)控制 系統(tǒng)，整個拖動及傳動系統(tǒng)可獲得高精度及優(yōu)良的傳動特性。變頻調(diào)速技術(shù)的實質(zhì)：使用變頻調(diào)節(jié)器（簡稱變頻器）去拖動電動機。主要運行特點：實現(xiàn)電動機 的無級調(diào)速，電動機的啟動電流小，即實

17、現(xiàn)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(tǒng)自動化、高性能化；提高 生產(chǎn)效率，增加產(chǎn)量；改進產(chǎn)品質(zhì)量等。綜上所述，確定方案采用PLG變頻包壓供水系統(tǒng)異步電動機的調(diào)速。三、PLG變頻恒壓供水系統(tǒng)方案的設(shè)計1恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成恒壓供水泵站一般需要設(shè)多臺水泵及電機，這比設(shè)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(yīng)的會不足。而且水泵與電 機維修的時候，備用泵是必要的。而包壓供水的主要目標是保持管網(wǎng)水壓的恒定， 水泵電機的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化的， 那么這就是要用

18、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(yīng)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(jīng) 費的角度來看的話這樣比較昂貴。另一種方案則是數(shù)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(tǒng)方案圖。圖中，水泵電機是輸出環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速由變頻器控制，實現(xiàn)變流量恒壓控制。壓 力傳感器檢測管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)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(jù)給定信號和反饋信號的比值，進行PID調(diào)節(jié)來控制自身的 輸出頻率，從而對水泵進行速度

19、控制。控制系統(tǒng)的工作原理：變頻調(diào)速恒壓供水 控制最終是通過調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，水泵是供水的執(zhí)行單元。通過調(diào)速能實 現(xiàn)水壓恒定是由水泵特性決定的。如圖 3-2:圖3-2供水系統(tǒng)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(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)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(zhuǎn)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(yīng)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(tǒng)工作正常，信號值為零)和無信 號(信號系統(tǒng)因斷路或未工作而沒有信號)。壓力

20、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(tǒng)振蕩。(2)遠傳壓力表遠傳壓力表的基本結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(wǎng)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

21、大管網(wǎng)的供水量保證壓力穩(wěn)定。 若兩臺泵運轉(zhuǎn)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(xiàn)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(xiàn)，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(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，當變頻器運行到全速而反饋壓力仍達不到設(shè)定值時， 變頻器首先降速到頻率設(shè)定值， 同時內(nèi)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

22、， 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(shè)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(zhuǎn)換開關(guān)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(xiàn)問題時 使用。（ 2）自動變頻控制方式當轉(zhuǎn)換開關(guān)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(jù)遠傳壓力表的反饋信號， 自動調(diào)節(jié)輸出頻率， 從而改變水泵的轉(zhuǎn)速， 達到恒壓供水 的目的，

23、當壓力增大時，將減小輸出頻率，使電機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速增高，增大供水量。3 系統(tǒng)功能（ 1） PID 的調(diào)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(shè)定給定壓 力值，PID參數(shù)值，并通過計算比較以切換泵的操作完成系統(tǒng)控制，系統(tǒng)參數(shù)在 實際運行中調(diào)整，使系統(tǒng)控制響應(yīng)趨于完整。（ 2） “休眠”功能系統(tǒng)運行時經(jīng)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(tǒng)專用設(shè)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

24、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(zhuǎn)2泵，當頻率到達一定值后將啟動 1泵調(diào)節(jié)2泵的轉(zhuǎn)速?！靶菝咧怠弊冾l器輸出的下限頻率參數(shù)設(shè)置?！靶菝叽_認時間”用參數(shù)設(shè)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td<tn時變頻器繼續(xù)工作，當td >tn時變頻器將進入休眠狀態(tài)。 “喚醒值”由供水壓力下限啟動，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(jīng)測試“休眠值”為10HZ?！靶菝叽_認時間” td:20s“喚醒值” 70%（ 3） 通訊功能該系統(tǒng)具有計算機的通訊功能，PLC變頻器均提供有RS23&E 485接口，PLC可選用三菱的FX0n，

25、 計算機可以與一套或多套系統(tǒng)進行通訊. 利用計算機同時可以監(jiān)測：電流、電壓、頻率、轉(zhuǎn)速、壓力等也可以控制變頻器的各類參數(shù)。4 恒壓供水系統(tǒng)控制分析水泵出口壓力恒定控制，它適用于管網(wǎng)系統(tǒng)阻力損失占總揚程比例較小的情況。管網(wǎng)末端壓力恒定控制，適用于小區(qū)管網(wǎng)線路長，流量變化產(chǎn)生的阻力損失占總揚程比例較大時， 以管網(wǎng)末端不利點， 所需壓力進行恒壓控制， 達到最節(jié)能的要求?？刂品绞降倪x擇，要結(jié)合供水規(guī)模，供水對象，設(shè)備費用，長期運轉(zhuǎn)費及我國現(xiàn)有電器產(chǎn)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(tǒng)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(tǒng)采用廣泛。水泵轉(zhuǎn)速變化幅度一般調(diào)

26、在（80%100%） n， n 為水泵每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，單位r/min ，因為這個范圍內(nèi)機組和電控設(shè)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(tǒng)為例， 系統(tǒng)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(zhuǎn)速逐漸升高，當供水量Q<1/3QmaX寸（Qma勸兩臺水泵全部工頻運行時的最大流量），可編程控制器CPU艮據(jù)根據(jù)供水量的變化自動調(diào)節(jié)1#泵的運行轉(zhuǎn)速，以保證所需的供水壓力。當用水量

27、Q在1/3Qmax<Q<Q<Qm蛾，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(zhuǎn)速由用戶的用水量確定，以保證供水系統(tǒng)最不利點的供水壓力恒定。4.2 控制系統(tǒng)保證（ 1）工頻 / 變頻控制方式的轉(zhuǎn)換操作為保證系統(tǒng)的可靠性，必須提供工頻 / 變頻兩種操作方式，以減少因變頻器故障或設(shè)備檢修維護等原因而造成無法供水的現(xiàn)象， 要求控制系統(tǒng)必須設(shè)立手動工頻操作方式，一般采用轉(zhuǎn)換開關(guān)或組合開關(guān)作為選擇操作設(shè)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

28、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(zhuǎn)換開關(guān)打到“工頻”檔位， 操作人員可以根據(jù)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(shù)角度上來說， 該方式無法保障出水管網(wǎng)壓力值的恒定， 所以必須有人監(jiān)守。該方式主要供設(shè)備故障檢修時使用。5水泵的轉(zhuǎn)速與其揚程 T流量Q及功率的關(guān)系（揚程： 是指水泵單位質(zhì)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(nèi)所抽送液體的數(shù)量， 常用的流量是體積流量，用Q表示，其單位是m3 /h。根據(jù)流體力學原理可知，當水泵的

29、轉(zhuǎn)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(guān)系：Q2/Q1=(n2/n1)H2/H1=(n2/n1)2P2/P1=(n2/n1)3即流量Q與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比；揚程H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比；水泵功 率P與轉(zhuǎn)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(shù)離心水泵在不同轉(zhuǎn)速(頻率)下的流量、揚程及軸功率頻率f (Hz)轉(zhuǎn)速n%a# q%揚程H%軸功率P%501001001001004590r 908172.94080806451.23570704934.33060r 6036 121.62550502512.5根據(jù)水泵的揚程T流量Q及功率與

30、水泵轉(zhuǎn)速(頻率)的關(guān)系式及表 4-2可知改 變水泵的轉(zhuǎn)速就可改變水泵的功率。6變頻技術(shù)參數(shù)及調(diào)試參數(shù)(1)技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)：主回路電源：三相五線制。380V+10%控制回路電壓：220V系統(tǒng)性能特點：具備1#/2#泵運行方式選擇開關(guān)：實現(xiàn)由變頻器聯(lián)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(zhuǎn)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 包壓供水方式下。兩臺定量泵工作循環(huán)方式通過變頻器相應(yīng)的參數(shù)進行定義。無擾動切換方式使工頻泵投/切過程中對系統(tǒng)水壓沖擊最小。(2)變頻器的主要調(diào)試參數(shù)變頻器在投入運行后的調(diào)

31、試是保證系統(tǒng)達到最佳運行狀態(tài)的必要手段。 變頻 器根據(jù)負載的轉(zhuǎn)動慣量的大小，在啟動和停止電機時所需的時間不相同， 設(shè)定時 問過短會導(dǎo)致變頻器在加速時過電流、 在減速時過電壓保護；設(shè)定時間過長會導(dǎo) 致變頻器在調(diào)速運行時使系統(tǒng)變得調(diào)節(jié)緩慢， 反應(yīng)遲滯，應(yīng)變能力差，系統(tǒng)易處 在短期不穩(wěn)定狀態(tài)中。為了變頻器不跳閘保護，現(xiàn)場使用當中的許多變頻器加減速時間的設(shè)置過長，它所帶來的問題很容易被設(shè)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(xiàn)場使用時要根據(jù)所驅(qū)動的負載性質(zhì)不同，測試出負載的允許最短加減速時間，進行設(shè)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

32、器的參數(shù)表序號功能代碼功能名稱設(shè)置值備注1071選擇電動機控制模式3內(nèi)置PID調(diào)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(shè)定161=1, 162=1, 163=1根據(jù)系統(tǒng)所帶電動機4001選擇運轉(zhuǎn)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(jù)水泵設(shè)止8175壓力指令0.36根據(jù)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(jù)實際11179下限壓力/MPa0.34根據(jù)實際12002選¥ 1速頻率的設(shè)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(zhuǎn)指

33、令“FR'14631輸入端子D12定義選擇5空轉(zhuǎn)指令“MBS使用說明：當轉(zhuǎn)換開關(guān)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(guān)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(guān)SB9閉合，同

34、時缺水信號指示燈 HL7亮，SA3斷開，水泵停止，當水充滿時，系統(tǒng)復(fù)位。同時電流互感器和電壓表能 監(jiān)視出系統(tǒng)電流和電壓。同時為該系統(tǒng)配備了 ABBS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(shè)備的選擇 7.1設(shè)備選擇原則在恒壓供水設(shè)計時應(yīng)先選擇水泵和電動機， 選擇的依據(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)。 選擇依據(jù)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給水衛(wèi)生器具用水標準/（ m/人日）小時變化系數(shù)1僅有給水龍頭0.04 0.082.52.02有給水衛(wèi)生器具，但無淋浴設(shè)備0.085 0.132.5

35、2.03有給水衛(wèi)生器具，并肩淋浴設(shè)備0.13 0.192.51.84有給水衛(wèi)生器具，并有淋浴設(shè)備 和集中熱水供應(yīng)0.17 0.252.01.6表3-4供水規(guī)模換算表戶數(shù)用水標準/ (mV人日)0.100.150.200.25201.802.603.504.40302.603.905.306.60403.505.307.008.80554.807.209.6012.00756.609.8013.1016.401008.8013.1017.5021.9015013.1019.7026.3032.8020017.6026.3035.0043.8025021.9032.8043.8054.703502

36、6.3039.4052.5065.6040035.0052.5070.0087.5045039.4059.0078.7098.4050043.8065.6087.50109.4060052.5078.80105.00131.3070061.3091.90122.50153.1080070.00105.00140.00175.00100087.50131.30175.00218.80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

37、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 2111

38、18065DL12-12 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(shè)定供水壓力經(jīng)驗數(shù)據(jù)：平房供水壓力p=0.12Pa；樓房供水壓力p=(0.08+0.04x 樓層數(shù))MPa系統(tǒng)設(shè)

39、計還應(yīng)遵循以下原則：(1)蓄水池容量應(yīng)大于每小時最大供水量(2)水泵揚程應(yīng)大于供水高度(3)水泵流量總和應(yīng)大于實際最大供水量7.2水泵的選擇(1)根據(jù)表3-3確定用水量標準為0.19m3/人日。(2)根據(jù)表3-4確定沒小時最大用水量為43.8m3/h。(3)根據(jù)7層樓高度可確定設(shè)置供水壓力值為 0.36MP3(4)根據(jù)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(chǎn)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(tǒng)采用的是三菱可編程序控制器 FX0n系列，I/O點數(shù)為40點，F(xiàn)X

40、0n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FXGPWI軟件，提 供三種編程語言，分別為梯形圖、指令表、SFC犬態(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(diào)試，并能實現(xiàn)梯形圖與語句 表的相互轉(zhuǎn)換。為了提高整個系統(tǒng)的性價比，系統(tǒng)采用開關(guān)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(zhuǎn)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/O點數(shù)基本指令執(zhí)行時問功能指令模擬模塊量通信FX0N241281.6

41、 3.6 255有較強7.4變頻器的選擇變頻器選用三菱SAMCO-vm0舔列變頻器。通過變頻器面板設(shè)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(jù)壓力給定和實測壓力，調(diào)節(jié)輸出 頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速。SW觥制基板，該信號進PLG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(tǒng)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(zhuǎn)速，實現(xiàn)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

42、效應(yīng) 原理實現(xiàn)壓力測量的力-電轉(zhuǎn)換。 傳感器由敏感芯體和信號調(diào)理電路組成，當壓力作用于傳感器時，敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號調(diào)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(shù)指標的要求。該傳感器的量程為02.5MPa,工作溫度為5c60 C,供電電源為28±3V(D。 7.6電氣元件表其他元器件的選擇如表3-6所示：表3-6電氣元件表在舁 廳P符號名稱單位數(shù)量技術(shù)參數(shù)1QF1、QF2空氣升關(guān)個22RNB變頻器臺1二菱 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

43、電流表塊18PV電壓表塊19PLCPLC臺1FX0n-40ER10SA轉(zhuǎn)換開關(guān)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(tǒng)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(tǒng)采用變頻包壓供水方案；(2)變頻器及水泵選擇；(3)控制電路設(shè)計；(4)安裝調(diào)試說明。9電氣控制系統(tǒng)設(shè)計9.1 主電路圖的設(shè)計在硬件系統(tǒng)設(shè)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(lián)如圖(3-3)。變頻器輸

44、入電源前面接入一個自動空氣開關(guān)，來實現(xiàn)電機、 變頻器的過流過載保護接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)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(guān)，來實現(xiàn)電機的過流過載保護接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)小機的額定電流 來確定。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動機的容量適當選擇。水耗WH或率圖3-3主電路電氣控制系統(tǒng)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(yīng)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

45、在接點輸入場合，為了防止接 觸不良，微小信號接點應(yīng)使用兩個并聯(lián)接點或合用雙生接點。4 .控制回路的接線建議選用0.3mm-0.75mm2的電纜。a圖3-4電氣控制系統(tǒng)接線原理圖9.2 控制電路控制PLC主要是用于實現(xiàn)變頻恒壓供水系統(tǒng)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(xiàn)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(yīng)急或 檢修時臨時使用；系統(tǒng)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(tǒng)控制電路圖。圖中SA為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，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

46、時，可用按鈕SB1SB6空制兩臺水泵的啟/停；自動運行時，系統(tǒng)在 PLC®序控制下運行如圖3-5所示:N-L1>FU2sa7PLCSB1a1<M1GJSB2/ KM2>4 QO.ON1HL1Q0.1 61SB31<M3SB4SB5既5山SB6KM2HL2KM3KFR2HL3KM4Q0.3M10KM6HL5KM4HL4KM51<FR316Q1JQL2行3 2004 225.5 24KM6 HL6 HgyHLZVhaKAHL10圖3-5控制電路圖9.3其他設(shè)備的外圍接線圖(1) PLC外圍接線圖SBi >樂n-2SB5rnS36 >SB7巳ES3

47、 8 >手動0=。自動KR1 一豆KR：3 0ESB1>IOOOYODOX0D1T001Y002K002Y013K003Y004X004Y0C5KO05Y006X006T007X007K010TO JOXOUYOUTOI 2X012TOISX013Y014K014Y015即砧K016X017X020X021K022X023XD24COMCOM24V+L擴展接口NKN1LKM2LJKM3LJEN4LJ配一KR2kai Lr一 W-1HA自動運行供水信號過皴糧獸揩 荒0T珊0圖3-6 PLC外圍接線圖26(2)變頻器的外圍接線圖圖3-8壓力傳感器的接線圖27接PLC圖3-7變頻器接線圖

48、(3)壓力傳感器接線圖10 PLC輸入輸出接線圖及程序(1) PLC I/O 表根據(jù)設(shè)計任務(wù)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(xiàn)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FW郵子Y0實現(xiàn)變頻運行/停止KA1線圈Y11#電機變頻運行控制和指小KA2線圈Y21#電機工頻運行控制和指小KA3線圈Y32#電機變頻運行控制和指小KA4線圈Y42#電機工頻運行控制和指小KA5線圈Y5輔助泵工頻運行控制和指小KA6線圈Y6變頻器X1端子功能有效28(2) PLC®序設(shè)計根據(jù)PLC輸入輸出分配表和任務(wù)要求寫出 PLC程序，如圖3-9所示:29W8 vooe 300K2M99300