變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)自控系統(tǒng)

1、目 錄一 摘 要1二概述2第一章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展31 變頻調(diào)速恒壓供水的目的和意義42 變頻調(diào)速及PLC在供水行業(yè)中的用521 變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用522可編程序控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用6第二章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)自控制系統(tǒng)61 概述62控制系統(tǒng)構(gòu)成63控制原理及功能實(shí)現(xiàn)731 PLC控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介832恒壓供水的控制原理83.3 相關(guān)控制功能實(shí)現(xiàn)94 運(yùn)行效果分析104.1 有效保證郫縣供水和該廠自用水壓力穩(wěn)定，提高該廠供水安全可靠性104.2 高效節(jié)能114.3 提高自動(dòng)化水平11第三章 變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理12  1 控制系統(tǒng)組成方框圖122系統(tǒng)工

2、作原理123變頻調(diào)速的基本原理及節(jié)電原理14第四章 變頻器在恒壓供水方面的應(yīng)用171 概述172 恒壓供水的變頻應(yīng)用方式182.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)組成192.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的參數(shù)選取203恒壓供水系統(tǒng)特點(diǎn)20第五章 關(guān)于變頻調(diào)速給水節(jié)能問(wèn)題21第六章系統(tǒng)功能總述221換變頻/工頻運(yùn)行功能222 PID的調(diào)節(jié)功能233通訊功能244 系統(tǒng)的節(jié)能功能25七、結(jié)語(yǔ)25參考文獻(xiàn)26摘要：自從通用變頻器問(wèn)世以來(lái)，變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，使我國(guó)供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從90年代初開(kāi)始經(jīng)歷

3、了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)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)。在實(shí)際應(yīng)用中得到了很大的發(fā)展。對(duì)城鎮(zhèn)住宅電力驅(qū)動(dòng)恒壓供水的原理及幾種實(shí)用化方案進(jìn)行了深入的討論，以變頻器為主體的恒壓供水系統(tǒng)對(duì)供水水泵實(shí)現(xiàn)全方位的寶護(hù)。該系統(tǒng)不但能最大限度地節(jié)約水資源，而且能夠節(jié)約電能，延長(zhǎng)供水水泵的使用壽命，并在緊急情況下（消防，減災(zāi)）能夠做到重點(diǎn)供水。最后，對(duì)幾種實(shí)用化供水方案進(jìn)行了詳細(xì)的討論。關(guān)鍵詞：變頻器；恒壓供水；變頻調(diào)速；供水系統(tǒng)；節(jié)能一、 概述隨著變頻調(diào)速

4、技術(shù)的飛速發(fā)展和人們認(rèn)識(shí)水平的提高，變頻調(diào)速很快成為交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的主流。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)就是變頻改的深度調(diào)速造成了水泵、電機(jī)運(yùn)行效率低，所以除了小型系統(tǒng)或系統(tǒng)高調(diào)速技術(shù)最典型的應(yīng)用，該系統(tǒng)具有顯著的節(jié)能效果、較高的控制精度，便于使用和維護(hù)。在短短的幾年內(nèi)，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)逐步完善的發(fā)展過(guò)程。早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)雖然簡(jiǎn)單可靠，但由于單泵電機(jī)的深度調(diào)速造成了水泵和電機(jī)運(yùn)行效率低，所以除了小型系統(tǒng)或系統(tǒng)改造已被多泵系統(tǒng)所代替。目前，多泵系統(tǒng)基本有兩種組成模式：變頻泵固定模式和變頻泵循環(huán)模式。變頻恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)介紹 全自動(dòng)變頻調(diào)速給水設(shè)備由電機(jī)水泵機(jī)組、壓力傳感器、PID控

5、制器、可編程控制器、變頻器、低壓電氣及壓力傳感器等各種電器元件構(gòu)成閉環(huán)自動(dòng)控制回路。通過(guò)壓力傳感器隨時(shí)監(jiān)控供水管網(wǎng)的壓力值，并將其轉(zhuǎn)變成模擬電信號(hào)，反饋到PID控制器，經(jīng)放大、運(yùn)算、比較分析后，PID調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)給變頻器，自動(dòng)變頻調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速及水泵的臺(tái)數(shù)，在供水過(guò)程中水泵用水量大時(shí)增加水泵，用水量少時(shí)減泵，從而實(shí)現(xiàn)恒壓變量供水及變壓變量供水。設(shè)備可根據(jù)用戶(hù)要求，增加附屬小泵和小壓力罐系統(tǒng)，在小流量或接近零流量供水時(shí)(如夜間)，變頻調(diào)速給水系統(tǒng)停機(jī)，由壓力罐系統(tǒng)維持工作。用水量極少及無(wú)人用水時(shí)進(jìn)入小泵補(bǔ)壓或進(jìn)入休眠狀態(tài)，這些都由可編程控制進(jìn)行控制。 原理 當(dāng)1號(hào)泵的運(yùn)行頻率升高到50Hz時(shí)，壓

6、力還低于設(shè)定值，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)將該泵切換到工頻運(yùn)行，2號(hào)泵自動(dòng)投入變頻運(yùn)行，如還低于設(shè)定壓力，則2號(hào)泵自動(dòng)切換到工頻運(yùn)行，3號(hào)-4號(hào)泵投入變頻運(yùn)行直到壓力達(dá)到設(shè)定值，當(dāng)用水量少時(shí)，系統(tǒng)控制水泵跟蹤壓力自動(dòng)降頻運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行頻率低到設(shè)定點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)停止該泵運(yùn)行，將另一臺(tái)轉(zhuǎn)換為變頻運(yùn)行，以此類(lèi)推，直到最后1號(hào)泵變?yōu)樽冾l運(yùn)行，如此循環(huán)運(yùn)行可保證水壓始終保持在設(shè)定值，這樣即達(dá)到水壓恒定的目的，也節(jié)約了大量電費(fèi)開(kāi)支。 1、 全自動(dòng)運(yùn)行無(wú)須人工操作。顯示機(jī)組電壓、電流；顯示恒壓點(diǎn)壓力設(shè)定值和實(shí)際值；顯示水泵狀態(tài)，運(yùn)行頻率； 2、 用水量少時(shí)，自動(dòng)切入小泵運(yùn)行；無(wú)人用水時(shí)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，節(jié)省電費(fèi)開(kāi)支20%-50

7、%。 3、 手動(dòng)狀態(tài)設(shè)有單泵變頻運(yùn)行方式，可手動(dòng)指定運(yùn)行哪個(gè)泵，停止哪個(gè)泵，易于檢修。 4、 手動(dòng)狀態(tài)設(shè)有工頻運(yùn)行方式，提高系統(tǒng)可靠性，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)可切換的工頻運(yùn)行方式，不會(huì)影響供水。 5、 變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行軟啟軟停，減少設(shè)備損耗，延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命。 6、水泵軟啟動(dòng)，管網(wǎng)壓力無(wú)沖擊，無(wú)水錘現(xiàn)象，壓力恒定；具有管道等過(guò)壓、欠壓保護(hù)功能； 7、 故障自診斷和自處理功能，對(duì)過(guò)流、欠壓、過(guò)壓、過(guò)載、斷水和變頻器故障均能自行診斷。 8、遠(yuǎn)程控制功能。根據(jù)甲方要求可預(yù)留通訊接口，便于接入樓宇集中監(jiān)控系統(tǒng)。 產(chǎn)品系列 3 kw、7.5kw 、11kw、15kw、18.5 kw、22 kw、30 kw、

8、45 kw、55 kw、75 kw 控制方式 空間矢量控制的正弦波PWM，內(nèi)置PID，邏輯程序控制 保護(hù)功能 過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、電流限幅、電子過(guò)熱過(guò)載繼電器、過(guò)壓失速、數(shù)據(jù)保護(hù) 額定輸入 三相380V±20%、50-60HZ±5% 外部輸出 故障信號(hào)、集電極開(kāi)路輸出、頻率同步 過(guò)載能力 150%1分鐘、180%0.2秒、100%連續(xù) 定時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī) 內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)鐘，設(shè)定多達(dá)六段/天開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間 PID 可手動(dòng)設(shè)定PID參數(shù)值P:0.1-800 I:0.01-32?D:0.01-10 應(yīng)用范圍 自來(lái)水、生活熱水、工業(yè)給水、消防定壓控制、防洪排灌等。 控制系統(tǒng)價(jià)格參考如下表： 變頻恒壓

9、供水控制柜參考價(jià) 功率 一拖二 一拖三 一拖四 3.7kw 6160 6376 6516 5.5kw 7492 7672 7818 7.5kw 7770 7920 8144 11kw 8800 9060 9312 15kw 11700 11932 12172 18.5kw 14028 14516 14808 22kw 17304 17600 18080 30kw 20080 20664 21070 37kw 21260 21664 22092 45kw 25138 25648 26176 55kw 28778 30440 31008 75kw 40392 41144 41940 15KW以上電

10、控柜配備電抗器等平波、濾波裝置。自從通用變頻器問(wèn)世以來(lái)，變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，使我國(guó)供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從90年代初開(kāi)始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)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)。在實(shí)際應(yīng)用中得到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來(lái)越強(qiáng)。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降

11、低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著非常重要的意義。新型供水方式與過(guò)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(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，而且具有顯著的節(jié)能效果。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)的這些優(yōu)越性，引起國(guó)內(nèi)幾乎所有供水設(shè)備廠家的高度重視，并不斷投入開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)這一高新技術(shù)產(chǎn)品。目前該產(chǎn)品正向著高可靠性、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，系列標(biāo)準(zhǔn)化是未來(lái)供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)成片開(kāi)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(shì)。在短短的幾年內(nèi)，調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)逐步完善的發(fā)展過(guò)程，早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸為多泵

12、系統(tǒng)所代替。雖然單泵產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易可靠，但由于單泵電機(jī)深度調(diào)速造成水泵、電機(jī)運(yùn)行效率低，而多泵型產(chǎn)品投資更為節(jié)省，運(yùn)行效率高，被實(shí)際證明是最優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，很快發(fā)展成為主導(dǎo)產(chǎn)品。二、變頻恒壓供水系統(tǒng)的特點(diǎn)1高效節(jié)能。與傳統(tǒng)供水方式相比變頻恒壓供水能節(jié)能30%-60%。 2占地面積小，投入少，效率高。 3配置靈活，自動(dòng)化程度高，功能齊全，靈活可靠。 4運(yùn)行合理，由于一天內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速下降，軸上的平均扭矩和磨損減少，水泵的壽命將大為提高。 5由于能對(duì)水泵實(shí)現(xiàn)軟停和軟起，并可消除水錘效應(yīng)（水錘效應(yīng)：直接起動(dòng)和停機(jī)時(shí)，液體動(dòng)能的急劇變大，導(dǎo)致對(duì)管網(wǎng)的極大沖擊，有很大破壞力）。 6 操作簡(jiǎn)便，省時(shí)省力。7

13、 變頻恒壓供水能自動(dòng)24小時(shí)維持恒定壓力，并根據(jù)壓力信號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)備用泵，無(wú)級(jí)調(diào)整壓力，供水 質(zhì)量好，與傳統(tǒng)供水比較，不會(huì)造成管網(wǎng)破裂及水龍頭共振現(xiàn)象。8 啟動(dòng)平滑，減少電機(jī)水泵的沖擊，延長(zhǎng)了電機(jī)及水泵的使用壽命，避免了傳統(tǒng)供水中的水錘現(xiàn)象。 9 采用變頻恒壓供水保護(hù)功能齊全，運(yùn)行可靠，具有欠壓、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱等保護(hù)功能。 10 可根據(jù)用戶(hù)需要，選擇各種附加功能，如：電機(jī)定時(shí)輪換，休眠等功能。第一章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展1 變頻調(diào)速恒壓供水的目的和意義變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活消防供水系統(tǒng)。然而，由于新系統(tǒng)多會(huì)繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設(shè)

14、備（如水泵），在對(duì)原有供水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的實(shí)踐中，往往會(huì)出現(xiàn)一些在理論上意想不到的問(wèn)題。隨著電力技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)的日臻完善，以變頻調(diào)速為核心的智能供水控制系統(tǒng)取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設(shè)備，起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)電流可限制在額定電流以?xún)?nèi)，從而避免了起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊；由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長(zhǎng)泵和閥門(mén)等東西的使用壽命；可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。其穩(wěn)定安全的運(yùn)行性能、簡(jiǎn)單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終達(dá)到高效率的運(yùn)行目的。1.變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用通常在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺(tái)常用泵，供水量大時(shí)多臺(tái)泵全開(kāi)，供水量小時(shí)開(kāi)一臺(tái)或兩

15、臺(tái)。在采用變頻調(diào)速進(jìn)行恒壓供水時(shí)，就用兩種方式，其一是所有水泵配用一臺(tái)變頻器；其二是每臺(tái)水泵配用一臺(tái)變頻器。后種方法根據(jù)壓力反饋信號(hào)，通過(guò)PID運(yùn)算自動(dòng)調(diào)整變頻器輸出頻率，改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到管網(wǎng)恒壓的目的，就一個(gè)閉環(huán)回路，較簡(jiǎn)單，但成本高。前種方法成本低，性能不比后種差，但控制程序較復(fù)雜，是未來(lái)的發(fā)展方向，比如NKL-A系列恒壓供水控制系統(tǒng)就可實(shí)現(xiàn)一變頻器控制任意數(shù)馬達(dá)的功能。2.可編程序控制器的應(yīng)用目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類(lèi)。2.1開(kāi)關(guān)量的邏輯控這是PLC最基本、最

16、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書(shū)機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。2.2模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。2.3運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和

17、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。3.過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專(zhuān)用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。4.數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)

18、算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。5.通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。6.可編程變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)6.1 變

19、頻器的節(jié)能、調(diào)速原理變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來(lái)說(shuō)，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。變頻調(diào)速是通過(guò)改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。一般使用的風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)它們額定風(fēng)量、水量都超過(guò)實(shí)際需要，又因工藝的需要，往往運(yùn)行中要改變風(fēng)量、水量，而目前多數(shù)采用檔板或閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)的，雖然方法簡(jiǎn)單，但實(shí)質(zhì)是人為增加阻力的辦法。因此浪費(fèi)大量電

20、能，屬不經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方式。從流體力學(xué)原理可知，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、水泵的流量與電機(jī)轉(zhuǎn)速及電機(jī)功率的關(guān)系如下：    當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率迅速降低，例風(fēng)量下降到80，轉(zhuǎn)速亦下降到80時(shí)，則軸功率下降到額定的51，若風(fēng)量下降到50，軸功率將下降到額定的13，其節(jié)電潛力非常大，采用變頻器調(diào)速方式有很強(qiáng)的節(jié)電效果，其節(jié)電可達(dá)30-40效果十分明顯15。6.2 變頻器控制方式的選擇低壓通用變頻輸出電壓為380650V，輸出功率為0.75400kW，工作頻率為0400Hz，它的主電路都采用交直交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。7.U/f=C的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式其

21、特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機(jī)械特性終究沒(méi)有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會(huì)隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。7.1 電壓空間矢量（SVPWM）控制方式它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，一次生

22、成三相調(diào)制波形，以?xún)?nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差；通過(guò)反饋估算磁鏈幅值，消除低速時(shí)定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動(dòng)態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒(méi)有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒(méi)有得到根本改善。7.2 矢量控制（VC）方式矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過(guò)三相二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1Ib1，再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1（Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流）

23、，然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，分別對(duì)速度，磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過(guò)控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過(guò)程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。7.3 直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）方式1985年，德國(guó)魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在

24、很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡(jiǎn)潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車(chē)牽引的大功率交流傳動(dòng)上。直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算；它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。7.4 矩陣式交交控制方式VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交直交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲(chǔ)能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)

25、行。為此，矩陣式交交變頻應(yīng)運(yùn)而生。由于矩陣式交交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。其實(shí)質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。矩陣式交交變頻具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)（<2ms），很高的速度精度（±2，無(wú)PG反饋），高轉(zhuǎn)矩精度（<3）；同時(shí)還具有較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及高轉(zhuǎn)矩精度，尤其在低速時(shí)（包括0速度時(shí)），可輸出150200轉(zhuǎn)矩15。因此，我們選用最后一種控制方式，矩陣式交-交控制方式。近年來(lái)我國(guó)中小城市發(fā)展迅

26、速,集中用水量急劇增加。據(jù)統(tǒng)計(jì),從1990年到1998年,我國(guó)人均日生活用水量（包括城市公共設(shè)施等非生產(chǎn)用水）有175.7升增加到241.1升,增長(zhǎng)了37.2%,與此同時(shí)我國(guó)城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高1。在用水量高峰期時(shí)供水量普遍不足,造成城市公用管網(wǎng)水壓浮動(dòng)較大。由于每天不同時(shí)段用水對(duì)供水壓力的要求變化較大,僅僅靠供水廠值班人員依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工手動(dòng)調(diào)節(jié)很難及時(shí)有效的達(dá)到目的。這種情況造成用水高峰期時(shí)供水壓力不足,用水低峰期時(shí)供水壓力過(guò)高,不僅十分浪費(fèi)能源而且存在事故隱患（例如壓力過(guò)高容易造成爆管事故）。供水廠希望通過(guò)對(duì)原有系統(tǒng)的技術(shù)改造,提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化水平。并在此基礎(chǔ)之上配備

27、相應(yīng)的系統(tǒng)管理軟件,改變傳統(tǒng)的落后管理方式,使管理工作規(guī)范化,提高水廠的業(yè)務(wù)管理水平。由于水廠原有的供水控制系統(tǒng)是一個(gè)完全依靠值班人員手動(dòng)控制的系統(tǒng),所以對(duì)該系統(tǒng)技術(shù)改造的要求是在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)進(jìn)行,設(shè)計(jì)一套取水和供水的自動(dòng)控制系統(tǒng),克服由于采用單純手動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制帶來(lái)的控制不方便、控制系統(tǒng)對(duì)供水管網(wǎng)中壓力和水位變化反應(yīng)遲鈍的問(wèn)題,降低能源消耗和資源浪費(fèi),提高設(shè)備的可維護(hù)性和運(yùn)行的可靠性,以達(dá)到降低自來(lái)水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的。在相當(dāng)比較大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)供水系統(tǒng),變頻調(diào)速恒壓供水有它自身的特點(diǎn)：1.供水量在短時(shí)間內(nèi)（一天時(shí)間內(nèi)）變化大,這種變化在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)甚至是幾倍或上十倍。2

28、.對(duì)供水壓力的要求比較嚴(yán)格,供水的壓力隨供水的流量的變化而變化,甚至少量的水消耗都需要一定的管道壓力。3.一般情況下,供水系統(tǒng)的水流量受到水消耗量的控制,而水流量又是通過(guò)供水水泵的輸出來(lái)提供的。從上即可結(jié)論：以變頻器為主體構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)不僅能夠最大程度滿足需要,也提高整個(gè)系統(tǒng)的效率,延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命、節(jié)約能源、而且能夠構(gòu)成復(fù)雜的功能強(qiáng)大的供水系統(tǒng)。2變頻調(diào)速及PLC在供水行業(yè)中的應(yīng)用2.1變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用作為高性能的調(diào)速傳動(dòng),直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制方法長(zhǎng)期以來(lái)一直應(yīng)用廣泛。但是直流電動(dòng)機(jī)由于換向器和電刷維護(hù)保養(yǎng)很麻煩,價(jià)格也相當(dāng)昂貴。使異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)性能好的調(diào)速一直是人們的理想。異步電

29、機(jī)的調(diào)速方法很多,例如變極調(diào)速、有極調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、變頻調(diào)速等。但是因?yàn)楦鞣N各樣的缺點(diǎn)沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。70年代以后,由于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)和微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展,促使晶體管變頻器的誕生。晶體管變頻器不但克服了以往交流調(diào)速的許多缺點(diǎn),而且調(diào)速性能可以和直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能相媲美。三相異步電動(dòng)機(jī)具有維修方便、價(jià)格便宜、功率和轉(zhuǎn)速適應(yīng)面寬等優(yōu)點(diǎn),其變頻調(diào)速技術(shù)在小型化、低成本和高可靠性方面占有明顯的優(yōu)勢(shì)。到80年代末,交流電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展成為一項(xiàng)成熟的技術(shù),它將供給交流電機(jī)的工頻交流電源經(jīng)過(guò)二極管整流變成直流,再由IGBT或GTR模塊等器件逆變成頻率可調(diào)的交流電源,以

30、此電源拖動(dòng)電機(jī)在變速狀態(tài)下運(yùn)行,并自動(dòng)適應(yīng)變負(fù)荷的條件。它改變了傳統(tǒng)工業(yè)中電機(jī)啟動(dòng)后只能以額定功率、定轉(zhuǎn)速的單一運(yùn)行方式,從而達(dá)到節(jié)能目的?，F(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于電力水泵供水系統(tǒng)中,較為傳統(tǒng)的運(yùn)行方式是可節(jié)電4060,節(jié)水1530。由于變頻調(diào)速具有調(diào)速的機(jī)械特性好,效率高,調(diào)速范圍寬,精度高,調(diào)整特性曲線平滑,可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的、平穩(wěn)的調(diào)速,體積小、維護(hù)簡(jiǎn)單方便、自動(dòng)化水平高等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)而倍受人們的青睞。尤其當(dāng)它應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵等大容量負(fù)載時(shí),可以獲得其它調(diào)速方式無(wú)法比擬的節(jié)能效果。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器,變頻器可分成交流直流交流變頻器和交流交流變頻器兩大類(lèi),目前國(guó)內(nèi)大都

31、使用交直交變頻器。自從通用變頻器問(wèn)世以來(lái),變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn),使我國(guó)供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從90年代初開(kāi)始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)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)。在實(shí)際應(yīng)用中得到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,變頻器的功能也越來(lái)越強(qiáng)。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能,對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備,降低成本,保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著非常重要的意義。新型供水

32、方式與過(guò)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(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),而且具有顯著的節(jié)能效果。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)的這些優(yōu)越性,引起國(guó)內(nèi)幾乎所有供水設(shè)備廠家的高度重視,并不斷投入開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)這一高新技術(shù)產(chǎn)品。目前該產(chǎn)品正向著高可靠性、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,系列標(biāo)準(zhǔn)化是未來(lái)供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)成片開(kāi)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(shì)。在短短的幾年內(nèi),變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)逐步完善的發(fā)展過(guò)程,早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸被多泵調(diào)速系統(tǒng)所代替。雖然單泵調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易可靠,但

33、由于單泵電機(jī)深度調(diào)速造成水泵、電機(jī)運(yùn)行效率低,而多泵調(diào)速系統(tǒng)投資更為節(jié)省,運(yùn)行效率高,被實(shí)際證明是最優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì),很快發(fā)展成為主導(dǎo)產(chǎn)品。2.2可編程序控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用早期的可編程序控制器(Programmable Logic Controller,PLC),主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展,可編程序控制器將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與新興的計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體,具有可靠性高、功能強(qiáng)、應(yīng)用靈活、編程簡(jiǎn)單、使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn),以及良好的工業(yè)環(huán)境工作性能和自動(dòng)控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)性能,在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。1969年,美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研

34、制出世界上第一臺(tái)可編程控制器。早期的可編程控制器由分離元件和中小規(guī)模集成電路組成,主要功能是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)等。70年代初期,體積小、功能強(qiáng)和價(jià)格便宜的微處理器被用于PLC,使得PLC的功能大大增強(qiáng)。在硬件方面,除了保持其原有的開(kāi)關(guān)模塊以外,還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊和各種特殊功能模塊。在軟件方面,PLC采用極易為電氣人員掌握的梯形圖編程語(yǔ)言,除了保持原有的邏輯運(yùn)算等功能以外,還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。進(jìn)入80年代中、后期,由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展,微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌,使得PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且,為

35、了進(jìn)一步提高PLC的處理速度,各制造廠商還研制開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用邏輯處理芯片,大大提高了PLC軟、硬件功能。在發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家,PLC已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在所有的工業(yè)部門(mén)。據(jù)“美國(guó)市場(chǎng)信息”的世界PLC以及軟件市場(chǎng)報(bào)告稱(chēng),1995年全球PLC及其軟件的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)模約50億美元5。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,PLC的功能得到大大的增強(qiáng),具有以下特點(diǎn)5,6,7：1可靠性高。PLC的高可靠性得益于軟、硬件上一系列的抗干擾措施和它特殊的周期循環(huán)掃描工作方式。2具有豐富的I/O接口模塊。PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào),有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備直接連接。另外為了提高操作性能,它還有多種人機(jī)對(duì)話的接口模塊；

36、為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò),它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。3采用模塊化結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要,除了單元式的小型PLC以外,絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件,包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì),由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái),系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶(hù)的需要自行組合。4編程簡(jiǎn)單易學(xué)。PLC的編程大多采用類(lèi)似于繼電器控制線路的梯形圖形式,對(duì)使用者來(lái)說(shuō),不需要具備計(jì)算機(jī)的專(zhuān)門(mén)知識(shí),因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。5安裝簡(jiǎn)單,維修方便。PLC不需要專(zhuān)門(mén)的機(jī)房,可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置,便于用戶(hù)了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化

37、結(jié)構(gòu),因此一旦某模塊發(fā)生故障,用戶(hù)可以通過(guò)更換模塊的方法,使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。由于PLC強(qiáng)大功能和優(yōu)點(diǎn),使得PLC在我國(guó)的水工業(yè)自動(dòng)化中得到廣泛的應(yīng)用。PLC在水工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用主要有水廠監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)加氯、自動(dòng)加礬、水泵變頻調(diào)速、SCADA系統(tǒng)和供水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)等8,9,10,11。其主要功能是進(jìn)行工藝參數(shù)的采集、生產(chǎn)過(guò)程控制、信息處理、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)以監(jiān)測(cè)第二章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)自控系統(tǒng)1. 概述 變頻調(diào)速技術(shù)是一種新型的、成熟的交流電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速驅(qū)動(dòng)技術(shù)，它以其獨(dú)特優(yōu)良的控制性被廣泛應(yīng)用在速度控制領(lǐng)域。特別是在供水行業(yè)中，由于生產(chǎn)安全和供水質(zhì)量的特殊需要，對(duì)恒壓供

38、水壓力有著嚴(yán)格要求，變頻調(diào)速技術(shù)也得到了更加深入的應(yīng)用。 成都市自來(lái)水公司六廠日產(chǎn)水量60萬(wàn)噸，擔(dān)負(fù)著成都市區(qū)及周邊地區(qū)70%以上的供水任務(wù)。自1996年年底六廠的三期工程投產(chǎn)后開(kāi)始向郫縣供水，使得該廠的供水方式從單一的重力流供水變?yōu)橹亓α骱蛪毫α鹘Y(jié)合供水的方式。自向郫縣供水以來(lái)，由于考慮到現(xiàn)階段郫縣的用水量較少，從節(jié)約能耗的角度出發(fā)，該廠使用一臺(tái)泵同時(shí)向郫縣供水和提供該廠的自用高壓水。為了滿足六廠自用水壓力，保證廠內(nèi)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)設(shè)備（如消毒環(huán)節(jié)中的水射器）能正常工作，該廠自用水壓力須較恒定的控制在0.3 Mpa以上，采用變頻調(diào)速控制是保證壓力恒定較為有效的方法。根據(jù)對(duì)郫縣城區(qū)供水量的了解，發(fā)

39、現(xiàn)郫縣全天各時(shí)段用水量變化較大（見(jiàn)后圖5），如果不對(duì)供水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，管網(wǎng)壓力的波動(dòng)也會(huì)很大，容易出現(xiàn)管網(wǎng)失壓或爆管事故。采用變頻恒壓供水控制后，當(dāng)郫縣用水量較小時(shí)，這時(shí)相應(yīng)管道和泵出口壓力均較大，變頻恒壓控制方式將會(huì)降低泵的頻率，減小泵出水量，從而降低管網(wǎng)壓力；反之亦然。這樣，小時(shí)用水量變化較大也不會(huì)造成管網(wǎng)壓力有較大的波動(dòng)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)踐，證明了變頻調(diào)速手段實(shí)現(xiàn)恒壓供水不僅保證廠內(nèi)自用高壓水壓力足夠且穩(wěn)定，而且保證了郫縣供水的安全可靠性。2. 控制系統(tǒng)構(gòu)成 整個(gè)恒壓供水系統(tǒng)有兩組變頻泵，每組均由一臺(tái)變頻器和一臺(tái)水泵組成；系統(tǒng)以PLC為控制核心，由PLC采集壓力信號(hào)和輸出控制變頻泵的運(yùn)行?？?/p>

40、制系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示圖1 控制系統(tǒng)構(gòu)成圖 PLC處理器選用的是Allen-Bradley公司的PLC-5型處理器，變頻泵選用的是ABB公司的SAMI STAR系列的315F 660/690型的變頻器和水泵。系統(tǒng)由兩只量程為01.0Mpa的壓力變送器分別檢測(cè)兩臺(tái)水泵后的輸水管道的壓力，壓力變送器將檢測(cè)到的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為420mA的電流信號(hào)，送到PLC子站的模擬量輸入模板（1771-IFE），通過(guò)PLC的PID運(yùn)算，由模擬量輸出模板（1771-OFE）輸出420mA的電流控制變頻泵的運(yùn)行。3. 控制原理及功能實(shí)現(xiàn) 3.1工作原理 控制器的電路框圖見(jiàn)圖3。 ?電源三相輸入、變頻器的三相輸出作為控制器

41、的輸入，信號(hào)經(jīng)取樣整形電路、隔離放大電路，以及頻率、相位跟蹤電路處理，進(jìn)入單片機(jī)。由軟件計(jì)算判斷后，在顯示單元顯示相應(yīng)的輸入輸出頻率，指示燈指示控制器運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)變頻器輸出相位、頻率與工頻電源相位、頻率一致時(shí)，控制器可分別給出集電極開(kāi)路輸出信號(hào)（或繼電器輸出信號(hào)）；當(dāng)工頻電源缺相或變頻器輸出與工頻電源相序相反時(shí)，控制器由故障代碼和指示燈同時(shí)報(bào)警。3.2  面板說(shuō)明 面板布置圖見(jiàn)圖4。1 電源頻率（故障代碼）顯示區(qū)； 2 變頻器輸出頻率（故障代碼）顯示區(qū)； 3 變頻器輸出、電源同頻輸出指示燈； 4 變頻器輸出、電源同相位輸出指示燈；?正序  同頻   &#

42、160;               5 變頻器輸入正相序指示燈； 6 控制器故障錯(cuò)誤指示燈； 7  8  9電源三相指示燈； 10 11 12 變頻器輸出三相指示燈；? 圖4  監(jiān)頻監(jiān)相控制器面板布置圖 ? 說(shuō)明：（1）控制器上電后，若變頻器上電且相序正確1區(qū)顯示變頻器輸入頻率，2區(qū)顯示為0;此時(shí)5,7,8,9燈亮，其它燈滅。（2）控制器上電后1、2區(qū)顯示101101，表明無(wú)工頻三相電源輸入或工頻三相電源缺相；1、2區(qū)顯示1

43、02102，表明無(wú)變頻電源輸入或輸入變頻電源缺相；1、2區(qū)顯示103103，表明既無(wú)變頻電源輸入也無(wú)工頻電源輸入。（3）控制器上電后1,2區(qū)顯示110110表明工頻電源相序錯(cuò)；變頻器啟動(dòng)后1,2區(qū)顯示119119表明變頻器輸出相序錯(cuò)；（4）變頻器輸出與工頻電源相位、頻率一致時(shí)，控制器可分別給出集電極開(kāi)路輸出信號(hào),同時(shí)相應(yīng)指示燈3、4亮。3.3  控制器接線及安裝 控制器接線端子示意圖見(jiàn)圖5，控制器外型尺寸：長(zhǎng)X高X厚=160mmX80mmX79mmU1 ? 說(shuō)明:（1）1、2為220V交流電源輸入端。（2）同相、同頻、故障為集電極開(kāi)路輸出端。GND為集電極開(kāi)路輸出的公共端。（3）U1

44、、V1、W1三相工頻電源輸入端；U2、V2、W2為變頻器的三相輸出端。? 圖6  無(wú)擾動(dòng)切換裝置框圖 ? ? 4  無(wú)擾動(dòng)切換的實(shí)現(xiàn) 圖6為具有無(wú)擾動(dòng)切換功能的變頻泵循環(huán)模式切換裝置框圖。系統(tǒng)由變頻器、監(jiān)頻監(jiān)相器、可編程控制器和切換接觸器等組成。當(dāng)變頻器輸出頻率升至工頻電源頻率時(shí)，監(jiān)頻監(jiān)相器輸出同頻信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入切換等待時(shí)期，當(dāng)變頻器輸出相位與工頻電源相位一致時(shí)，監(jiān)頻監(jiān)相器輸出同相信號(hào)，PLC通過(guò)切換接觸器把變頻泵從變頻電源切換到工頻電源，實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換。切換瞬時(shí)完成，無(wú)須等待，切換過(guò)渡過(guò)程小于20ms，切換后瞬時(shí)電流小于電機(jī)額定電流的1.5倍。PLC控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 該廠采用

45、Allen-Bradley公司的PLC-5型處理器通過(guò)DH+通訊方式構(gòu)建了全廠PLC工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)DH+網(wǎng)絡(luò)上的RSView工作站實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。RSView工作站是指運(yùn)行人機(jī)圖形界面軟件（RSView32）的計(jì)算機(jī)工作平臺(tái)，該工作站建在中心控制室，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守和運(yùn)行集中管理的調(diào)度中心。利用RSView32可以有效地對(duì)控制過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視和控制，可以實(shí)現(xiàn)圖形化的人機(jī)對(duì)話界面，模擬生產(chǎn)運(yùn)行的流程，在模擬流程上更加直觀地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的全自動(dòng)運(yùn)行監(jiān)視、遠(yuǎn)程人工直接干預(yù)操作（如PID指令運(yùn)行參數(shù)遠(yuǎn)程設(shè)定）、控制環(huán)節(jié)報(bào)警監(jiān)視等功能?？刂平缑嫒鐖D2。圖2 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制圖形界面（RSView

46、工作站）3.2 恒壓供水的控制原理SAMI STAR變頻器具有REMOTE和LOCAL兩種操作方式。LOCAL操作方式下，通過(guò)LOCAL START/STOP開(kāi)關(guān)啟停變頻器，通過(guò)f REF LOCAL INPUT0 輸入端口的電位開(kāi)關(guān)人工調(diào)節(jié)變頻器工作頻率；通過(guò)LOCAL/REMOTE輸入點(diǎn)可以將變頻器切換到REMOTE操作方式下，在REMOTE方式下，通過(guò)REMOTE START/STOP輸入點(diǎn)進(jìn)行PLC遠(yuǎn)程啟停變頻器，通過(guò)f REF REMOTE INPUT0端口輸入頻率控制信號(hào)（百分比）控制變頻器工作頻率。根據(jù)供水量情況，把變頻器的工作頻率上限設(shè)定為水泵基頻，即頻率變化范圍控制在050H

47、z，在此范圍內(nèi)水泵運(yùn)行頻率和定子相壓成正比（及與變頻器輸入頻率成正比），這使得變頻器輸入、水泵運(yùn)行頻率和泵的輸出壓力成較好的線形關(guān)系，可得到較好的控制效果。SAMI STAR變頻器對(duì)用戶(hù)開(kāi)放的I/0接口位于TERMINAL BLOCK CARD上，主要使用的有：X11-1（REMOTE START/STOP）；X11-4（LOCAL/REMOTE）；X11-13/14（f REF REMOTE INPUT0、420mA信號(hào)輸入）；X11-15/16（輸出420mA變頻器運(yùn)行頻率信號(hào)）；X11-17/18（輸出420mA變頻泵運(yùn)行電流信號(hào)）。變頻器由PLC遠(yuǎn)程控制時(shí)，啟動(dòng)是由PLC向X11-4輸

48、出信號(hào)，使變頻器切換到外部設(shè)備控制方式（REMOTE方式），再向X11-1輸出信號(hào)，啟動(dòng)變頻器。在恒壓調(diào)節(jié)時(shí)，PLC處理器把檢測(cè)到的壓力信號(hào)作為反饋值，與PID運(yùn)算的壓力設(shè)定值（由調(diào)度人員根據(jù)情況在REView上設(shè)定）進(jìn)行比較，再經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算得到調(diào)節(jié)后的修正值，通過(guò)模擬量輸出模板（1771-OFE）輸出到X11-13/14，作為REMOTE方式下變頻器的頻率控制信號(hào)，由于該信號(hào)是相對(duì)變頻器工作頻率上限的百分比，所以變頻器將輸入信號(hào)進(jìn)行內(nèi)部運(yùn)算后轉(zhuǎn)為真實(shí)工作頻率。為了使三期變頻恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)與全廠自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，全面實(shí)現(xiàn)對(duì)恒壓供水系統(tǒng)的運(yùn)行情況和設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制，更

49、加安全可靠地實(shí)現(xiàn)恒壓供水，使用PLC進(jìn)行PID運(yùn)算和監(jiān)控。PID閉環(huán)反饋控制原理如圖3：圖3 閉環(huán)控制原理圖圖4 PID流程圖 PLC的PID運(yùn)算調(diào)節(jié)通過(guò)該型處理器專(zhuān)用PID指令完成，通過(guò)設(shè)置各參數(shù)即可由PLC完成PID運(yùn)算調(diào)節(jié)。PID程序段流程如圖4。PID指令必須以相同的時(shí)間間隔周期性地執(zhí)行，可采用計(jì)時(shí)器，定時(shí)中斷或?qū)崟r(shí)采樣的等方法，此處選用了定時(shí)方法；PV是PID指令采樣的壓力控制反饋值，SP是PID指令的壓力控制設(shè)定值，KP為PID的比例增益，KI為PID的積分增益，KD為PID的微分增益，這五個(gè)控制參數(shù)作為主要的PID參數(shù)參與控制，確定PID參數(shù)時(shí)要兼顧系統(tǒng)靈敏性和穩(wěn)定性，由于恒壓控

50、制要求和設(shè)備的性能條件，參數(shù)設(shè)定更強(qiáng)調(diào)穩(wěn)定性（及KI），由于微分環(huán)節(jié)有放大噪聲的特點(diǎn)，將KD盡量設(shè)置得較小；SWM為PID指令轉(zhuǎn)為手動(dòng)直接調(diào)頻的開(kāi)關(guān)，SO設(shè)定為PID指令的在手動(dòng)控制輸出方式時(shí)的輸出值，當(dāng)變頻器從PID自控調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)為手動(dòng)直接調(diào)頻時(shí)，SO替代PID運(yùn)算結(jié)果作為轉(zhuǎn)換時(shí)的輸出值，將SO設(shè)定為控制值就可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫轉(zhuǎn)換，減小變頻器運(yùn)行頻率的震蕩。DB為PID指令的死區(qū)設(shè)定值，輸出超出死區(qū)時(shí)PID指令通過(guò)自動(dòng)運(yùn)算限制輸出超出限定范圍。3.3 相關(guān)控制功能實(shí)現(xiàn) 為了防止運(yùn)行時(shí)由于壓力變送器不可預(yù)見(jiàn)的故障造成PLC的PID運(yùn)算調(diào)節(jié)失實(shí)，從而造成管網(wǎng)壓力失恒引發(fā)失壓或爆管的嚴(yán)重事故。分別在1#和2#

51、變頻泵后輸水管上安裝壓力變送器，可以同時(shí)測(cè)到出廠輸水管線上的壓力；在PLC程序上對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行了相應(yīng)的處理，在程序中設(shè)置選擇軟開(kāi)關(guān)，調(diào)度人員可以在RSView上將其中一臺(tái)壓力變送器的值設(shè)定為“控制反饋值”，另一臺(tái)壓力變送器的值則設(shè)為“參考反饋值”（見(jiàn)圖2：變頻恒壓供水系統(tǒng)控制圖形界面（RSView工作站）；對(duì)1#壓力和2#壓力值進(jìn)行比較，相差0.1Mpa時(shí)，判斷為，其中一只壓力變送器出現(xiàn)故障，變頻器控制轉(zhuǎn)換為遠(yuǎn)程直接手動(dòng)調(diào)頻控制（通過(guò)RSView設(shè)置運(yùn)行）。壓力變送器正常工作時(shí)，“控制反饋值”經(jīng)過(guò)平均濾波處理后，分別比較壓力報(bào)警上限和下限值，如果超出控制范圍，變頻器控制轉(zhuǎn)換為遠(yuǎn)程直接手動(dòng)調(diào)頻控

52、制,否則“控制反饋值”作為PID調(diào)節(jié)的參數(shù)PV. 同時(shí)為了在就地手動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)在控制現(xiàn)場(chǎng)對(duì)變頻泵進(jìn)行開(kāi)?？刂坪瓦\(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視。我們?cè)谧冾l泵工作現(xiàn)場(chǎng)安裝了A-B公司的PanelView圖形工作終端，該工作終端提供圖形交互界面和觸摸輸入方式，以從站的方式與PLC進(jìn)行通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制命令的交換，提供就地監(jiān)控操作的通道。4. 運(yùn)行效果分析4.1 有效保證郫縣供水和該廠自用水壓力穩(wěn)定，提高該廠供水安全可靠性如果采用定速泵進(jìn)行供水必然會(huì)導(dǎo)致高峰供水時(shí)段內(nèi)管網(wǎng)供水壓力不足，夜間用水量較小時(shí)管網(wǎng)壓力過(guò)高，造成爆管現(xiàn)象。采用變頻恒壓控制后，變頻器的頻率隨郫縣用水量的變化而變化，及時(shí)調(diào)節(jié)該廠對(duì)郫縣供水量，從而使郫

53、縣城區(qū)管網(wǎng)壓力在一個(gè)較小的范圍內(nèi)變化（0.23-0.27Mpa）。另一方面，雖然該廠自用水秒流量變化不大，但由于自用水和郫縣供水為同一水泵加壓后，分作兩條支流，郫縣用水量的變化必然也會(huì)導(dǎo)致自用水壓力不穩(wěn)定，采用恒壓變頻控制方式，基本克服了這種變化因素。從上圖曲線也可看出，自用水壓力基本恒定不變。這樣保證了加氯水射器等重要設(shè)備的正常工作，保證了正常的消毒工藝流程，從而保證我廠出廠水水質(zhì)，提高供水的安全可靠性。4.2 高效節(jié)能 通過(guò)采用變頻調(diào)速恒壓控制，可在不同季節(jié)、全天不同時(shí)段內(nèi)有效即時(shí)地調(diào)控水量，這樣在用水量較低時(shí)，大大節(jié)約供水量，減少電耗。在設(shè)定壓力內(nèi)跟隨用水量供水，避免了傳統(tǒng)供水方式的損耗

54、，降低噸水消耗。4.3 提高自動(dòng)化水平根據(jù)該廠建立自動(dòng)控制系統(tǒng)的原則“分散控制、集中管理、現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守”，變頻恒壓供水技術(shù)的應(yīng)用提高了該廠自控系統(tǒng)的整體水平，真正作到了操作簡(jiǎn)便安全，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人職守，運(yùn)行安全可靠。三變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理  1 控制系統(tǒng)組成方框圖恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成是：變頻器+水泵+水管網(wǎng)壓力檢測(cè)部件+PID調(diào)節(jié)器(目前大多數(shù)變頻器已將PID調(diào)節(jié)器集成到其內(nèi)部)，如圖1所示：該圖為簡(jiǎn)單的單泵控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的電氣接線圖如圖2所示。圖1 圖1 恒壓供水系統(tǒng)示意圖圖2 電氣接線圖圖2中的補(bǔ)償電阻Rc用于補(bǔ)償壓力遠(yuǎn)傳表電阻值與VLT變頻器輸出電源匹配問(wèn)題。ABB

55、公司的SAMI STAR系列的315F 660/690型的變頻器的50端子是10V DC電源，專(zhuān)門(mén)用于過(guò)程控制系統(tǒng)的檢測(cè)裝置的供電電源。53端子是模擬量信號(hào)（反饋輸入和模擬量給定值）輸入端。55端子為公共端。ABB公司的SAMI STAR系列的315F 660/690型的變頻器集成有恒轉(zhuǎn)矩輸出特性和變轉(zhuǎn)矩輸出特性以及速度PID調(diào)節(jié)器和過(guò)程控制PID調(diào)節(jié)器，分別用于速度閉環(huán)運(yùn)行控制和過(guò)程運(yùn)行的閉環(huán)控制。在恒壓供水系統(tǒng)中使用變轉(zhuǎn)矩運(yùn)行特性和過(guò)程控制PID調(diào)節(jié)器。2系統(tǒng)工作原理1、如圖1所示，控制器給定水泵管網(wǎng)一供水壓力值，變頻器根據(jù)此值輸出一定頻率的交流電源至水泵電機(jī)，拖動(dòng)水泵穩(wěn)定運(yùn)行，并輸出與壓

56、力對(duì)應(yīng)的供水流量，保證水泵管網(wǎng)的壓力與控制器的給定壓力平衡。壓力傳感器時(shí)刻檢測(cè)管網(wǎng)壓力，并反饋至控制器，控制器根據(jù)反饋壓力與給定壓力的差值，控制變頻器的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度調(diào)節(jié)，改變水泵流量，保證供水管網(wǎng)壓力始終穩(wěn)定在給定值附近，實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)節(jié)。   2、多泵并聯(lián)變頻恒壓變量供水的工作模式通常是這樣的：當(dāng) 用水流量小于一臺(tái)泵在工頻恒壓條件下的流量，由一臺(tái)變頻泵 調(diào)速恒壓供水；當(dāng)用水流量增大，變頻泵的轉(zhuǎn)速自動(dòng)上升；當(dāng)變頻泵的轉(zhuǎn)速上升到工頻轉(zhuǎn)速，為用水流量進(jìn)一步增大，由 變頻供水控制器控制，自動(dòng)啟動(dòng)一臺(tái)工頻泵投入，該工頻泵 提供的流量是恒定的(工頻轉(zhuǎn)速恒壓下的流量)，其余各并聯(lián)工 頻泵按相同的原理投入。在多泵并聯(lián)變頻恒壓變量的供水情況下，當(dāng)用水流量下降 ，變頻調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速下降(變頻器供電頻率下降)；當(dāng)頻率下降 到零流量的時(shí)候，變頻供水控制器發(fā)出一個(gè)指令，自動(dòng)關(guān)閉一 臺(tái)工頻泵使之超出并聯(lián)供水。為了減少工頻泵自動(dòng)投入或超出時(shí)的沖擊(水力的或電流的沖擊)。在投入時(shí)，變頻泵的轉(zhuǎn)速 自動(dòng)下降，然后慢慢上升以滿足恒壓供水的要求。在超出時(shí)，變頻泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)自動(dòng)上升，然后慢慢下降以滿足恒壓供水的 要求。上述