藍(lán)天生活小區(qū)管道系統(tǒng)的PID控制-水泵變頻調(diào)速控制給水系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)

摘要本系統(tǒng)是針對(duì)居民生活用水而設(shè)計(jì)的一套由變頻器、PLC、水泵機(jī)組等設(shè)備組成的自動(dòng)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將PLC、變頻器、相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，并發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，能夠最大程度滿足需要，具有運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單和高效節(jié)能等特點(diǎn)。該系統(tǒng)對(duì)變頻器內(nèi)置PID模塊參數(shù)進(jìn)行預(yù)置，通過(guò)壓力傳感器對(duì)水壓的反饋構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)；PID模塊根據(jù)用水量的變化調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，并達(dá)到有效節(jié)能的目的。本文首先介紹了采取變頻調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)恒壓供水相對(duì)于傳統(tǒng)供水方式的節(jié)能原理；其次，對(duì)水泵機(jī)組的各種供水狀態(tài)及轉(zhuǎn)換的條件、水泵由變頻轉(zhuǎn)工頻運(yùn)行方式的切換過(guò)程進(jìn)行分析，著重研究并提出了基于PLC和變頻器的恒壓供水系統(tǒng)的方案，并給出了硬件設(shè)計(jì)和PLC控制程序設(shè)計(jì),以及主電路圖和控制電路圖的繪制。關(guān)鍵詞：PLC；變頻調(diào)速；恒壓供水

AbstractThesystemisdesignedforresidentialwatersetbytheinverter,PLC,waterpumpandotherequipmentconsistingofautomaticconstantpressurewatersupplycontrolsystem.ThesystemPLC,inverter,thecorrespondingsensorsandactuatorstogetherorganically,andtheirrespectiveadvantages,tothegreatestextenttomeettheneedsofastable,simpleandenergyefficientfeatures.ThesystemisbuiltonthedriveparameterspresetPIDmodules,pressuresensorsonthepressurethroughtheclosedloopfeedbackcontrolsystem;PIDblockchangesinwaterregulationunderthepumpoutputflow,constantpressurewatersupply,andtoachieveaneffectiveenergy-savingpurposes.Thispaperdescribestheapproachtakentoachievefrequencycontrolconstantpressurewatersupplycomparedtotraditionalmethodsofenergyconservationprinciple;Secondly,thestateofthepumpunitandconversionofvariouswatersupplyconditions,waterpumprunbythefrequencyswitchmodefrequencyoftheswitchingprocess,focusesontheproposedPLCandinverterbasedWaterSupplySystemprogram,andgivesthehardwaredesignandPLCcontrolprogramdesignandthemaincircuitandcontrolcircuitofthedrawing.Keywords:PLC;frequencyconversion;constantpressurewatersupply

目錄第一章緒論 11.2國(guó)內(nèi)恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀 11.2.1國(guó)內(nèi)恒壓供水系統(tǒng)的研究狀況 21.2.2各類供水系統(tǒng)的比較 31.3本課題的總體方案 41.3.1系統(tǒng)的總體布局圖 51.3.2系統(tǒng)的總體方案 51.3.3本系統(tǒng)的特點(diǎn) 61.4本課題的主要工作 7第二章恒壓供水系統(tǒng)的原理 92.1變頻器 92.1.1變頻器的基本原理 92.1.2變頻器的結(jié)構(gòu)電路圖 102.1.3變頻器的配線 132.1.4故障診斷與對(duì)策 152.2軟起動(dòng) 172.2.1軟起動(dòng)的基本原理及性能特點(diǎn) 172.2.2軟啟動(dòng)的主要起動(dòng)方式 182.2.3常見故障的排除 19第三章供水系統(tǒng)中生活用水及消防用水的相關(guān)計(jì)算 213.1用戶用水量的相關(guān)計(jì)算 213.2水泵揚(yáng)程的計(jì)算 233.3水泵的選擇 243.3.1生活供水泵的選擇 243.3.2消防泵的選擇 25第四章供水系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 274.1主要器件選型 274.1.1電動(dòng)機(jī)選型 274.1.2變頻器和軟起動(dòng)選型 274.1.3控制器件選型 284.2PID調(diào)節(jié)器 304.2.1PID調(diào)節(jié)原理 304.2.2PID參數(shù)設(shè)計(jì) 314.2.3PID設(shè)定值的調(diào)整及控制算法 324.3壓力傳感器 334.4供水系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì) 344.4.1恒壓供水思路 344.4.2強(qiáng)電驅(qū)動(dòng)線路1 354.4.3強(qiáng)電驅(qū)動(dòng)線路2 374.4.4電動(dòng)閥控制電路 374.4.5PLC接線圖 384.4.6控制線路 39第五章恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 425.1編寫PLC程序的基本步驟 425.2PLC程序中使用的繼電器 425.3恒壓供水系統(tǒng)I/O分配表 465.4程序流程圖 465.5程序編寫 475.5.1梯形圖的基本繪制規(guī)則 475.5.2梯形圖 475.6程序調(diào)試 475.6.1PLC程序的運(yùn)行和模擬調(diào)試 475.6.2硬件功能調(diào)試 485.6.3系統(tǒng)總體調(diào)試 48結(jié)論 50參考文獻(xiàn) 51致謝 52附錄1PLC程序流程圖 53附錄2PLC程序 57第一章緒論1.1恒壓供水問(wèn)題的提出隨著工業(yè)發(fā)展和人民生活水平的提高，用水量越來(lái)越多，而水資源有限，造成用水緊張。并且在城市化進(jìn)程迅速的今天，城市的居住形式主要是生活小區(qū)，那么小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)就顯得尤為重要。供水的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、穩(wěn)定性直接影響到小區(qū)住戶的正常生活和工作。傳統(tǒng)的供水方式如水塔高位水箱供水，氣壓給水，單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等都存在不同程度浪費(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(jí)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。應(yīng)用變頻器恒壓供水，水箱能大幅度減小，因此能有效地減小樓房的負(fù)載，由于減小了供水水箱和樓房的負(fù)荷，可以節(jié)約工程造價(jià)，相應(yīng)地也擴(kuò)大了樓房的面積。變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)其節(jié)能、安全、供水高品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，在供水行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化（實(shí)際上為供水管網(wǎng)的壓力變化）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)今先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中如何充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻器調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。1.2國(guó)內(nèi)恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀變頻調(diào)速給水是國(guó)內(nèi)十幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型給水方式，已被廣泛應(yīng)用于居住區(qū)、高層大廈、工礦企業(yè)、農(nóng)村、城鎮(zhèn)的生活給水和一些生產(chǎn)工藝有特殊要求的生產(chǎn)給水系統(tǒng)。它有明顯的節(jié)能效果。凡需增壓的給水系統(tǒng)，為了節(jié)能，均可采用變頻調(diào)速給水系統(tǒng)。隨著我國(guó)科技發(fā)展和生產(chǎn)能力的提高，變頻調(diào)速給水控制方式也從一般邏輯電子電路控制方式，發(fā)展到可編程序控制器控制方式；從一臺(tái)泵固定變頻發(fā)展到按可編程序自動(dòng)切換變頻的方式，使之運(yùn)行更可靠、更合理、更加節(jié)能。1.2.1國(guó)內(nèi)恒壓供水系統(tǒng)的研究狀況目前,就國(guó)內(nèi)而言，歸結(jié)起來(lái)主要采用以下三種方法:（1）水池－水泵（恒壓變頻或氣壓罐）－管網(wǎng)系統(tǒng)－用水點(diǎn)這種方式是集中供水。對(duì)于一、二層是商業(yè)群房，群房上建有多幢住宅的建筑，目前較多采用此種供水方案。一般設(shè)計(jì)有地下生活水池一座，集中恒壓變頻供水，不設(shè)屋頂水箱。主水泵一般有三臺(tái)，二開一備自動(dòng)切換，副泵為一般為一小流量泵，夜間用水量小時(shí)主泵自動(dòng)切換到副泵，以維持系統(tǒng)壓力基本不變。恒壓變頻供水是較為理想和先進(jìn)的。首先恒壓變頻供水保證出水壓力不變，根據(jù)用水量大小進(jìn)行變頻供水，既節(jié)約電能，又保證水泵軟啟動(dòng)（對(duì)電網(wǎng)電壓沖擊不大），延長(zhǎng)了水泵壽命。各臺(tái)水泵自動(dòng)輪換使用，即最先投入使用的水泵最早退出運(yùn)行，這樣各臺(tái)水泵壽命均等，而且一旦水泵出現(xiàn)故障，該系統(tǒng)能自動(dòng)跳過(guò)故障泵運(yùn)行。如圖1-1所示。（2）水池－水泵－高位水箱－用水點(diǎn)此方式也是集中供水。單幢次高層和高層建筑的高壓供水區(qū)較多采用該種方案。一般也需要設(shè)計(jì)有一座地下水池，通過(guò)兩臺(tái)水泵（一用一備）抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用水點(diǎn)。該方式是較成熟的水泵、水箱供水方式。（3）單元水箱－單元增壓泵－單元高位水箱－各單位用水點(diǎn)此方式已簡(jiǎn)化為單元總水表進(jìn)水。單元水箱和單元增壓泵實(shí)際上是一個(gè)整體，我們稱之為單元增壓器。由于有屋頂水箱，高水位時(shí)停泵，低水位時(shí)啟泵，這樣，水泵也有了停息時(shí)間，既省電又不至于一停電就停泵無(wú)水供應(yīng)，用水有了保障，社會(huì)效益較好。

圖1-1傳統(tǒng)恒壓供水方式1.2.2各類供水系統(tǒng)的比較1.2.1中三種供水方式是現(xiàn)階段常用的三種供水方式，這三種供水方式各有其特點(diǎn)，為小區(qū)供水提供了較多的選擇。（1）水池－水泵（恒壓變頻或氣壓罐）－管網(wǎng)系統(tǒng)－用水點(diǎn)是目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的方法。該系統(tǒng)供水采用變頻泵循環(huán)方式，以“先開先關(guān)”的順序關(guān)泵，工作泵與備用泵不固定死。這樣，既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)泵有相同的運(yùn)行時(shí)間，有效地防止因?yàn)閭溆帽瞄L(zhǎng)期不用發(fā)生銹死現(xiàn)象，提高了設(shè)備的綜合利用率，降低了維護(hù)費(fèi)用。（2）水池－水泵－高位水箱－用水點(diǎn)這種供水方式通過(guò)水泵抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用戶。雖然各種利用水箱進(jìn)行供水的系統(tǒng)都存在水箱清洗困難的問(wèn)題，但是這種二次供水方式不可避免造成了較嚴(yán)重的二次污染，影響居民的身體健康。所以這種方案并不可取，終將淘汰。（3）單元水箱－單元增壓泵－單元高位水箱－各單位用水點(diǎn)的確也達(dá)到了樓房高層的用戶不因城市供水管網(wǎng)水壓減小而用不到水的目標(biāo)，但是它的投資較大，總費(fèi)用比上兩種方式增加一、二十萬(wàn)元。這些費(fèi)用要在用戶的水電費(fèi)上來(lái)扣除，這對(duì)于居民和學(xué)校來(lái)說(shuō)是巨大的壓力，所以也不可取。結(jié)合小區(qū)用水的特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)效益的考慮,決定采用恒壓變頻供水系統(tǒng)。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年代初開始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水變頻調(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。但上述的恒壓供水系統(tǒng)有一個(gè)很大的弊病，就是在一個(gè)變頻泵已經(jīng)工作但壓力仍然達(dá)不到設(shè)定壓力，需要啟動(dòng)另外一個(gè)泵時(shí)把主線路從變頻器切換到工頻線路上，從理論上講是不錯(cuò)的，變頻器輸出電壓是380V，工頻線路輸出的也是380V。但是實(shí)際應(yīng)用中工頻線路的電壓是不定的。一般在水廠的配電室里對(duì)外輸出有兩到三個(gè)檔，一個(gè)是春秋季節(jié)時(shí)用的380V的供電電壓，另一個(gè)是夏天時(shí)用的420V或420V以上（因?yàn)橛每照{(diào)冰箱較多），設(shè)所需水壓0.2mpa，單泵只能達(dá)到0.195mpa，則需要加泵，當(dāng)線路由變頻切換到工頻時(shí)，電壓突然增大，多出來(lái)的電壓會(huì)使水泵向上抽更多的水，很有可能使水壓超過(guò)設(shè)定值，PLC根據(jù)壓力傳感器的信號(hào)令A(yù)泵退出運(yùn)行，但實(shí)際水壓并未達(dá)到0.2mpa穩(wěn)定后仍然需要加泵，B泵頻率上升至50Hz，切換線路并啟動(dòng)C泵，切換時(shí)又遇到剛才的狀況，導(dǎo)致水泵頻繁切換，但水壓始終上不去。1.3本課題的總體方案本設(shè)計(jì)針對(duì)恒壓供水控制系統(tǒng)包括軟硬件方面在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中具體作用進(jìn)行詳細(xì)的介紹。系統(tǒng)將PLC、變頻器（含PID）、相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，并發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，這個(gè)操作方便的自動(dòng)控制系統(tǒng)，以變頻調(diào)速為核心，以智能供水控制系統(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內(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)泵和閥門等器件的使用壽命；可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。使得系統(tǒng)調(diào)試和使用都十分方便，而且大大簡(jiǎn)化了水廠在管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析等方面的工作量。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，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，使供水實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終達(dá)到高效率優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，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。1.3.1系統(tǒng)的總體布局圖圖1-2系統(tǒng)總體布局圖1.3.2系統(tǒng)的總體方案本系統(tǒng)采用3臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行方式，把1泵和變頻器連接，實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行。為保護(hù)電機(jī)，2泵和3泵用軟起動(dòng)器來(lái)啟動(dòng)，起動(dòng)參數(shù)可調(diào)，而且采用軟起動(dòng)具有軟停車功能，即平滑減速，逐漸停機(jī)，它可以克服瞬間斷電停機(jī)沖擊電流大的弊病，減輕對(duì)管道的沖擊，避免高程供水系統(tǒng)的“水錘效應(yīng)”，減少設(shè)備損壞。在工作過(guò)程中，壓力傳感器將主管網(wǎng)水壓變換為電流信號(hào)，經(jīng)模擬量輸入模塊，輸入PLC，PLC根據(jù)給定的壓力設(shè)定值與實(shí)際檢測(cè)值進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出控制信號(hào)經(jīng)模擬量輸出模塊至變頻器，調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的頻率。當(dāng)用水量較小時(shí)，一臺(tái)泵在變頻器的控制下恒壓運(yùn)行，當(dāng)用水量大到水泵全速運(yùn)行也不能保證管網(wǎng)的壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，壓力傳感器上傳的信號(hào)被PLC檢測(cè)到，PLC自動(dòng)將變頻泵的頻率降至出水頻率，同時(shí)將第二臺(tái)泵軟啟動(dòng)投入到工頻運(yùn)行，以保持壓力的穩(wěn)定，此時(shí)管網(wǎng)壓力恒定依靠調(diào)節(jié)變頻泵頻率實(shí)現(xiàn)；一段時(shí)間后，若2臺(tái)泵運(yùn)轉(zhuǎn)仍不能滿足壓力的要求，則依次將軟啟動(dòng)下一臺(tái)水泵。當(dāng)用水量減少時(shí)，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速信號(hào)有效，這時(shí)實(shí)際壓力值大于設(shè)定壓力，PLC將最后啟動(dòng)的工頻泵停掉，以減少供水量。一段緩沖時(shí)間后，當(dāng)變頻器仍工作在出水頻率以下時(shí)，PLC再軟停車停掉第2臺(tái)工頻運(yùn)行的電機(jī)，此時(shí)管網(wǎng)壓力恒定依靠調(diào)節(jié)變頻泵頻率實(shí)現(xiàn)。為了防止備用泵銹死，用PLC設(shè)定時(shí)，B、C泵循環(huán)備用。循環(huán)時(shí)間可默認(rèn)定在每周三凌晨2點(diǎn)，因?yàn)檫@時(shí)用水量較少，備用泵循環(huán)可順利進(jìn)行。主要參數(shù)的設(shè)定可用文本顯示器來(lái)設(shè)定，省去了改寫程序的麻煩。綜上所述，恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動(dòng)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)化控制水泵組的變頻調(diào)速運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)整水泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)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)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入CPU運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動(dòng)機(jī)的投入運(yùn)行的臺(tái)數(shù)和運(yùn)行變量泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力數(shù)值上。1.3.3本系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）設(shè)備時(shí)刻監(jiān)測(cè)供水量。在變壓（或恒壓）給水條件下，經(jīng)過(guò)微機(jī)控制水泵機(jī)組的工作狀態(tài)和轉(zhuǎn)速，使之處于高效節(jié)能的運(yùn)行狀態(tài)，避免了電能的浪費(fèi)。水泵在微機(jī)和變頻控制器控制下軟起動(dòng)，啟動(dòng)電流小（一般不超過(guò)額定工作電流的110%），能耗少。與常規(guī)繼電接觸器控制相比，節(jié)電10%~30%。（2）以微機(jī)控制水泵運(yùn)行，調(diào)整速度快，控制精度高。一般恒壓給水系統(tǒng)給水壓力誤差±0.02Mpa。（3）水泵的軟啟動(dòng)，降低了對(duì)電網(wǎng)供電容量的要求，減少了水泵機(jī)組的機(jī)械沖擊和磨損及水泵切換時(shí)的振蕩現(xiàn)象，因而延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。（4）設(shè)備一般均具有變頻自動(dòng)、工頻手動(dòng)、手動(dòng)三種操作方式，且以微機(jī)控制運(yùn)行，使之管理簡(jiǎn)便，運(yùn)行可靠。（5）變頻給水具有軟啟動(dòng)、過(guò)載、短路、過(guò)壓、欠壓、缺相、過(guò)熱和失速保護(hù)功能，在異常情況下的聲、光信號(hào)報(bào)警，且有自檢、故障判斷功能，設(shè)備運(yùn)行更加安全可靠。（6）設(shè)備一般均為一體化裝置，體積小占地少。其中提高備用泵的利用率和節(jié)能是本給水系統(tǒng)的主要特點(diǎn)，故引用以下一個(gè)例子加以說(shuō)明。在山東農(nóng)村，每村平均戶數(shù)在260戶左右，每戶每月用水量大約在3t，每月全村用水量約780t，平均每天用水約26t。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，每天早、中、晚各1h用水量之和占全天用水量的80％左右，即3h供水量為21t，平均7t/h。而其他21h供水總量為5.4t，平均0.26t/h。如該村選用的潛水電泵是2OOQj32—52/4，額定流量32m/h，額定功率7.5KW，則在除早、中、晚三時(shí)的時(shí)間里，其流量占額定流量的0.81％，不足1％，而在早中晚三時(shí)，流量占額定流量的21％。根據(jù)試驗(yàn)，當(dāng)2OOQj32—52/4潛水電泵與變頻設(shè)備合理匹配的情況下，當(dāng)流量達(dá)到額定流量21％，其能耗為3.1KW。由上面的分析可知，早中晚三時(shí)供水總量為80％，而耗電量為9.3kW·h；而其他21個(gè)小時(shí)，供水總量為20％，而耗電量為34.65kW·h。早、中、晚三時(shí)供水量80％，只占全天耗電的21％，而其余時(shí)間供水量20％，耗電卻占全天的79％。這顯然是極不合理的現(xiàn)象。因此，必須解決好微小流量時(shí)能耗大效率低的問(wèn)題。當(dāng)流量較小時(shí)，恒壓供水模式將轉(zhuǎn)換成壓差供水模式。壓差供水模式的工作過(guò)程如下，當(dāng)流量條件滿足壓差方式時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換。變頻泵以50Hz的頻率開啟，向微泄露補(bǔ)償器壓水，當(dāng)壓力達(dá)到壓差上限時(shí)，水泵停止供水并停機(jī)。這時(shí)管道的壓力由微泄露補(bǔ)償器來(lái)提供。當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)到壓力低于壓差下限時(shí)，變頻泵再次以工頻把補(bǔ)償器壓滿。在壓力達(dá)到壓差上限時(shí)，定時(shí)器同時(shí)計(jì)時(shí)，在變頻器若干次的啟停后（系統(tǒng)默認(rèn)為4次），PLC自動(dòng)比較壓力由壓差上限到壓差下限的的時(shí)間是否低于系統(tǒng)設(shè)定的頻率上升時(shí)間，若都低于說(shuō)明需水量已增大，系統(tǒng)就自動(dòng)切換到恒壓供水狀態(tài)。微泄露補(bǔ)償器是比傳統(tǒng)的壓力罐、氣壓罐更先進(jìn)、更環(huán)保的恒壓裝置。只使用普通氣囊儲(chǔ)氣，而微泄露補(bǔ)償器使用高質(zhì)量橡膠囊儲(chǔ)氣，杜絕了二次污染。本系統(tǒng)是由變頻技術(shù)、壓差—恒壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換技術(shù)及微泄露補(bǔ)償技術(shù)組成。采用這種技術(shù)供水時(shí)，變頻設(shè)備能自動(dòng)的根據(jù)供水流量轉(zhuǎn)換供水方式，并利用微泄漏補(bǔ)償器儲(chǔ)能，來(lái)實(shí)現(xiàn)微小流量下高效率供水的目標(biāo)。1.4本課題的主要工作畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，大體包括以下五項(xiàng)內(nèi)容：1.緒論主要介紹恒壓供水問(wèn)題的提出、國(guó)內(nèi)恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀、以及恒壓供水系統(tǒng)的目的和意義，簡(jiǎn)述了目前我們常用的供水系統(tǒng)，根據(jù)社會(huì)發(fā)展的需要必須要進(jìn)行技術(shù)改造，變頻器的廣泛應(yīng)用，隨著技術(shù)的發(fā)展，其優(yōu)越性越來(lái)越多，主要是節(jié)能、恒壓、綜合技術(shù)的集成等，以后將朝大容量、小體積、高性能、易操作、壽命高、可靠性強(qiáng)、無(wú)公害化發(fā)展，從而可以看出變頻調(diào)速恒壓供水的廣泛前景；并且對(duì)幾種供水系統(tǒng)進(jìn)行了比較，從工作原理到優(yōu)越性均進(jìn)行了細(xì)致的闡述。2.變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的理論原理主要介紹變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的工作原理，變頻器的節(jié)能、調(diào)速原理；變頻器的工況點(diǎn)的確定和能耗機(jī)理分析，以及系統(tǒng)調(diào)速范圍的確定。3.各種附圖的繪制：工程設(shè)計(jì)離不開圖紙，繪制各種圖是設(shè)計(jì)工程的基本要求。本設(shè)計(jì)應(yīng)需四張圖，包括：生活泵主電路，消防泵主電路，消防控制電路，變頻器的外部接線圖，可編程控制器PLC的外部接線圖等。4.供水量、水泵揚(yáng)程及其相關(guān)計(jì)算。5.元器件的選擇：根據(jù)元器件的選取原則，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式選取合適的器件?？傊ㄟ^(guò)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，必須掌握變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一系列技術(shù)，也必須達(dá)到如下要求：完成畢業(yè)論文說(shuō)明書；完成恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出能正常運(yùn)行的系統(tǒng)軟件；完成PLC與變頻器的外部接線。

第二章恒壓供水系統(tǒng)的原理2.1變頻器變頻器的功能是將頻率固定的(通常為50Hz)的交流電變換成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電源。變頻器的輸入端接至頻率固定的三相交流電，輸出端輸出的是頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電。變頻器主要分為間接變頻和直接變頻兩大類，而間接變頻又根據(jù)中間直流環(huán)節(jié)的主要儲(chǔ)能元件的不同可分為電壓型和電流型。電壓型變頻器主回路由相控整流器，中間直流環(huán)節(jié)和逆變器三個(gè)部分組成。相控整流器將交流電壓整流為可控的直流電壓，經(jīng)濾波由電容Cd輸出直流電壓Vd，逆變器將直流Ud變換成頻率可調(diào)的交流電源供給電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。由于中間直流環(huán)節(jié)是Cd低阻抗輸出相當(dāng)于是恒壓源，故稱電壓型。電流型交-直-交變頻器與電壓型變頻器的差別僅在于中間直流環(huán)節(jié)中的儲(chǔ)能元件用的是電感而不是電容。由于中間直流環(huán)節(jié)是高阻抗輸出相當(dāng)于電流源，故稱電流型。2.1.1變頻器的基本原理變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置?，F(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變頻），先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流環(huán)節(jié)、中間直流環(huán)節(jié)、逆變環(huán)節(jié)和控制環(huán)節(jié)4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。從理論上可知電機(jī)的轉(zhuǎn)速N與供電頻率f有以下關(guān)系：n=2×60f(1-s)∕q(2-1）(q-電機(jī)極數(shù)s-轉(zhuǎn)差率)由上式可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，如果不改變電動(dòng)機(jī)的級(jí)數(shù)，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。變頻器在工頻以下和工頻以上工作時(shí)的情況：（1）變頻器小于50Hz時(shí)，由于I*R很小，所以U/F=E/F不變時(shí)，磁通為常數(shù)，轉(zhuǎn)矩和電流成正比，這也就是為什么通常用變頻器的過(guò)流能力來(lái)描述其過(guò)載（轉(zhuǎn)矩）能力，并成為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。（2）變頻器50Hz以上時(shí)，通常的電機(jī)是按50Hz電壓設(shè)計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。(T=Te,P<=Pe)變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。當(dāng)電機(jī)以大于50Hz頻率速度運(yùn)行時(shí)，電機(jī)負(fù)載的大小必須要給予考慮，以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。舉例，電機(jī)在100Hz時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到50Hz時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的1/2。因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速。下面用公式來(lái)定性的分析一下頻率在50Hz時(shí)的情況。眾所周知，對(duì)一個(gè)特定的電機(jī)來(lái)說(shuō),其額定電壓和額定電流是不變的。如變頻器和電機(jī)額定值都是:15kW/380V/30A,電機(jī)可以工作在50Hz以上。當(dāng)轉(zhuǎn)速為50Hz時(shí)，變頻器的輸出電壓為380V，電流為30A。這時(shí)如果增大輸出頻率到60Hz，變頻器的最大輸出電壓電流還只能為380V/30A。很顯然輸出功率不變。所以我們稱之為恒功率調(diào)速。這時(shí)的轉(zhuǎn)矩情況怎樣呢？由于功率是角速度與轉(zhuǎn)矩的乘積。因?yàn)楣β什蛔?，角速度增加了，所以轉(zhuǎn)矩會(huì)相應(yīng)減小。我們還可以再換一個(gè)角度來(lái)看：從電機(jī)的定子電壓U=E+I×R(I-電流，R-電子電阻，E-感應(yīng)電勢(shì))（2-2）可以看出，U、I不變時(shí)，E也不變。而E=k×f×X(k-常數(shù)，f-頻率，X-磁通)（2-3）所以當(dāng)f由50-->60Hz時(shí)，X會(huì)相應(yīng)減小。對(duì)于電機(jī)來(lái)說(shuō)，T=K×I×X(K-常數(shù)，I-電流，X-磁通)（2-4）因此轉(zhuǎn)矩T會(huì)跟著磁通X減小而減小。結(jié)論：當(dāng)變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)減小。2.1.2變頻器的結(jié)構(gòu)電路圖目前，通用型變頻器絕大多數(shù)是交—直—交型變頻器，通常尤以電壓器變頻器為通用，其主回路圖（見圖2-1），它是變頻器的核心電路，由整流回路（交—直交換），直流濾波電路（能耗電路）及逆變電路（直—交變換）組成，當(dāng)然還包括有限流電路、制動(dòng)電路、控制電路等組成部分。圖2-1變頻器的結(jié)構(gòu)電路圖（1）整流電路

如圖2-2所示，通用變頻器的整流電路是由三相橋式整流橋組成。它的功能是將工頻電源進(jìn)行整流，經(jīng)中間直流環(huán)節(jié)平波后為逆變電路和控制電路提供所需的直流電源。三相交流電源一般需經(jīng)過(guò)吸收電容和壓敏電阻網(wǎng)絡(luò)引入整流橋的輸入端。網(wǎng)絡(luò)的作用，是吸收交流電網(wǎng)的高頻諧波信號(hào)和浪涌過(guò)電壓，從而避免由此而損壞變頻器。當(dāng)電源電壓為三相380V時(shí)，整流器件的最大反向電壓一般為1200—1600V，最大整流電流為變頻器額定電流的兩倍。圖2-2整流電路圖（2）濾波電路

逆變器的負(fù)載屬感性負(fù)載的異步電動(dòng)機(jī)，無(wú)論異步電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)或發(fā)電狀態(tài)，在直流濾波電路和異步電動(dòng)機(jī)之間，總會(huì)有無(wú)功功率的交換，這種無(wú)功能量要靠直流中間電路的儲(chǔ)能元件來(lái)緩沖。同時(shí)，三相整流橋輸出的電壓和電流屬直流脈沖電壓和電流。為了減小直流電壓和電流的波動(dòng)，直流濾波電路起到對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行濾波的作用。通用變頻器直流濾波電路的大容量鋁電解電容，通常是由若干個(gè)電容器串聯(lián)和并聯(lián)構(gòu)成電容器組，以得到所需的耐壓值和容量。另外，因?yàn)殡娊怆娙萜魅萘坑休^大的離散性，這將使它們隨的電壓不相等。因此，電容器要各并聯(lián)一個(gè)阻值等相的勻壓電阻，消除離散性的影響，因而電容的壽命則會(huì)嚴(yán)重制約變頻器的壽命。

（3）逆變電路

逆變電路的作用是在控制電路的作用下，將直流電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換成頻率和電壓都可以任意調(diào)節(jié)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，所以逆變電路是變頻器的核心電路之一，起著非常重要的作用。最常見的逆變電路結(jié)構(gòu)形式是利用六個(gè)功率開關(guān)器件（GTR、IGBT、GTO等）組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中功率開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，可以得到任意頻率的三相交流輸出。通常的中小容量的變頻器主回路器件一般采用集成模塊或智能模塊。智能模塊的內(nèi)部高度集成了整流模塊、逆變模塊、各種傳感器、保護(hù)電路及驅(qū)動(dòng)電路。如三菱公司生產(chǎn)的IPMPM50RSA120，富士公司生產(chǎn)的7MBP50RA060，西門子公司生產(chǎn)的BSM50GD120等，內(nèi)部集成了整流模塊、功率因數(shù)校正電路、IGBT逆變模塊及各種檢測(cè)保護(hù)功能。模塊的典型開關(guān)頻率為20KHz，保護(hù)功能為欠電壓、過(guò)電壓和過(guò)熱故障時(shí)輸出故障信號(hào)燈。逆變電路中都設(shè)置有續(xù)流電路。續(xù)流電路的功能是當(dāng)頻率下降時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速也隨之下降。為異步電動(dòng)機(jī)的再生電能反饋至直流電路提供通道。在逆變過(guò)程中，寄生電感釋放能量提供通道。另外，當(dāng)位于同一橋臂上的兩個(gè)開關(guān)，同時(shí)處于開通狀態(tài)時(shí)將會(huì)出現(xiàn)短路現(xiàn)象，并燒毀換流器件。所以在實(shí)際的通用變頻器中還設(shè)有緩沖電路等各種相應(yīng)的輔助電路，以保證電路的正常工作和在發(fā)生意外情況時(shí)，對(duì)換流器件進(jìn)行保護(hù)。

2.1.3變頻器的配線1、主回路端子臺(tái)的配線圖如圖2-3所示。圖2-3變頻器配線圖2、控制回路端子（1）控制回路端子圖變頻器實(shí)際應(yīng)用中接線端子排列如圖2-4所示。圖2-4變頻器端子圖（2）控制回路端子功能說(shuō)明變頻器中所用的各個(gè)端子說(shuō)明如表2-1所示。JP1跳線說(shuō)明：電源：1-2短接，V+輸出5V/50mA。電源：2-3短接，V+輸出10V/10mA。

表2-1變頻器端子功能表種類端子符號(hào)端子功能備注模擬輸入V+向外提供+5V/50mA電源或+10V/10mA電源由控制板上JP1選擇V-向外提供-10V/10mA電源VI1頻率設(shè)定電壓信號(hào)輸入端10～10VVI2頻率設(shè)定電壓信號(hào)輸入端2-10～10VII頻率設(shè)定電流信號(hào)輸入正端（電流流入端）0～20mAGND頻率設(shè)定電壓信號(hào)的公共端（V+、V-電源地），頻率設(shè)定電流信號(hào)輸入負(fù)端（電流流出端）控制端子X1多功能輸入端子1多功能輸入端子的具體功能由參數(shù)L-63~L-69設(shè)定，端子與CM端閉合有效X2多功能輸入端子2X3多功能輸入端子3X4多功能輸入端子4X5多功能輸入端子5X6多功能輸入端子6X7多功能輸入端子7，也可作外部脈沖信號(hào)的輸入端子FWD正轉(zhuǎn)控制命令端與CM端閉合有效，F(xiàn)WD-CM決定面板控制方式時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向。REV逆轉(zhuǎn)控制命令端RST故障復(fù)位輸入端CM控制端子的公共端+24向外提供的+24V/50mA的電源（CM端子為該電源地）模擬輸出AM可編程電壓信號(hào)輸出端，外接電壓表頭（由參數(shù)b-10設(shè)定）最大允許電流1mA輸出電壓0～10VFM可編程頻率信號(hào)輸出端，外接頻率計(jì)（由參數(shù)b-11設(shè)定）最高輸出信號(hào)頻率50KHz、幅值10VAM-AM、FM端子的公共端內(nèi)部與GND端相連OC輸出OC1OC2可編程開路集電極輸出，由參數(shù)b-15及b-16設(shè)定最大負(fù)載電流50mA，最高承受電壓24V故障輸出TATBTC變頻器正常：TA-TB閉合TA-TC斷開變頻器故障：TA-TB斷開TA-TC閉合觸點(diǎn)容量：AC250V1A阻性負(fù)載RS485通訊ABRS485通訊端子

3、變頻器的基本配線圖如圖2-5所示。圖2-5變頻器基本配線圖2.1.4故障診斷與對(duì)策當(dāng)變頻器有故障時(shí)，1泵故障輸入置1，1泵停止，具體故障如表2-2。

表2-2變頻器故障對(duì)策表故障代碼故障說(shuō)明可能原因?qū)Σ逧r.01加速中過(guò)流1.加速時(shí)間過(guò)短2.轉(zhuǎn)矩提升過(guò)高或V/F曲線不合適1.延長(zhǎng)加速時(shí)間2.降低轉(zhuǎn)矩提升電壓、調(diào)整V/F曲線Er.02減速中過(guò)流減速時(shí)間太短增加減速時(shí)間Er.03運(yùn)行中過(guò)流負(fù)載發(fā)生突變減小負(fù)載波動(dòng)Er.04加速中過(guò)壓1.輸入電壓太高2.電源頻繁開、關(guān)1.檢查電源電壓2.用變頻器的控制端子控制變頻器的起、停Er.05減速中過(guò)壓1.減速時(shí)間太短2.輸入電壓異常1.延長(zhǎng)減速時(shí)間2.檢查電源電壓3.安裝或重新選擇制動(dòng)電阻Er.06運(yùn)行中過(guò)壓1.電源電壓異常2.有能量回饋性負(fù)載1.檢查電源電壓2.安裝或重新選擇制動(dòng)電阻Er.07停機(jī)時(shí)過(guò)壓電源電壓異常檢查電源電壓Er.08運(yùn)行中欠壓1.電源電壓異常2.電網(wǎng)中有大的負(fù)載起動(dòng)1.檢查電源電壓2.分開供電Er.09變頻器過(guò)載1.負(fù)載過(guò)大2.加速時(shí)間過(guò)短3.轉(zhuǎn)矩提升過(guò)高或V/F曲線不合適4.電網(wǎng)電壓過(guò)低1.減小負(fù)載或更換成較大容量變頻器2.延長(zhǎng)加速時(shí)間3.降低轉(zhuǎn)矩提升電壓、調(diào)整V/F曲線4.檢查電網(wǎng)電壓Er.10電機(jī)過(guò)載1.負(fù)載過(guò)大2.加速時(shí)間過(guò)短3.保護(hù)系數(shù)設(shè)定過(guò)小4.轉(zhuǎn)矩提升過(guò)高或V/F曲線不合適1.減小負(fù)載2.延長(zhǎng)加速時(shí)間3.加大電機(jī)過(guò)載保護(hù)系數(shù)（H-2）4.降低轉(zhuǎn)矩提升電壓、調(diào)整V/F曲線Er.11變頻器過(guò)熱1.風(fēng)道阻塞2.環(huán)境溫度過(guò)高3.風(fēng)扇損壞1.清理風(fēng)道或改善通風(fēng)條件2.改善通風(fēng)條件、降低載波頻率3.更換風(fēng)扇Er.12輸出接地1.變頻器的輸出端接地2.變頻器與電機(jī)的連線過(guò)長(zhǎng)且載波頻率過(guò)高1.檢查連接線2.縮短接線、降低載波頻率Er.13干擾由于周圍電磁干擾而引起的誤動(dòng)作給變頻器周圍的干擾源加吸收電路Er.14輸出缺相變頻器與電機(jī)之間的接線不良或斷開檢查接線Er.15IPM故障1.輸出短路或接地2.負(fù)載過(guò)重1.檢查接線2.減輕負(fù)載Er.16外部設(shè)備故障變頻器的外部設(shè)備故障輸入端子有信號(hào)輸入檢查信號(hào)源及相關(guān)設(shè)備Er.17電流檢測(cè)錯(cuò)誤1.電流檢測(cè)器件或電路損壞2.輔助電源有問(wèn)題向廠家尋求服務(wù)Er.18PID反饋故障1.PID反饋信號(hào)線斷開2.用于檢測(cè)反饋信號(hào)的傳感器發(fā)生故障3.反饋信號(hào)與設(shè)定不符1.檢查反饋通道2.檢查傳感器有無(wú)故障3.核實(shí)反饋信號(hào)是否符合設(shè)定要求2.2軟起動(dòng)2.2.1軟起動(dòng)的基本原理及性能特點(diǎn)交流電機(jī)軟啟動(dòng)器工作原理：軟起動(dòng)的工作原理是由檢測(cè)回路和控制回路將信號(hào)送至微電腦，通過(guò)微電腦的計(jì)算(主板)，給驅(qū)動(dòng)電路(驅(qū)動(dòng)板)發(fā)出啟動(dòng)運(yùn)行信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)接收的控制信號(hào)，發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)控制串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)可控硅的觸發(fā)角，通過(guò)控制可控硅觸發(fā)角的大小來(lái)改變可控硅的開通程度，從而達(dá)到控制電機(jī)啟動(dòng)的目的。一般變頻器內(nèi)均包含軟起動(dòng)器，無(wú)特殊需要不必另設(shè)軟起動(dòng)器。(其控制原理見圖2-6所示)。

圖2-6軟啟動(dòng)的控制框圖軟起動(dòng)起動(dòng)性能特點(diǎn)：

三臺(tái)電機(jī)可分別啟動(dòng)，也可同時(shí)啟動(dòng)。

(1)啟動(dòng)電壓可調(diào)，保證電機(jī)啟動(dòng)的最小啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，避免電機(jī)過(guò)熱和能源浪費(fèi)。

(2)控制電機(jī)平滑啟動(dòng)，減少啟動(dòng)電流沖擊。

(3)啟動(dòng)電流可根據(jù)負(fù)載情況調(diào)整，減少啟動(dòng)損耗，以最小的電流產(chǎn)生最佳的轉(zhuǎn)矩。

(4)啟動(dòng)時(shí)間可調(diào)，在該時(shí)間范圍內(nèi)，電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸上升，避免轉(zhuǎn)速?zèng)_擊。

(5)對(duì)傳動(dòng)機(jī)械的機(jī)械保護(hù)，清除轉(zhuǎn)矩浪涌并降低沖擊電流。

(6)恒定的加減速，不需要測(cè)速機(jī)，即使當(dāng)電機(jī)負(fù)載變化時(shí)也是如此。

(7)自由停車和軟停車可選，軟停車快慢可調(diào)。

(8)有相序、缺相、過(guò)熱、啟動(dòng)過(guò)程過(guò)流、運(yùn)行過(guò)程過(guò)流和過(guò)載的檢測(cè)及保護(hù)，其過(guò)流值和過(guò)載值可調(diào)。2.2.2軟啟動(dòng)的主要起動(dòng)方式軟起動(dòng)器的起動(dòng)方式是指用什么方法使電動(dòng)機(jī)由靜止態(tài)到穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)態(tài)。例如限電流起動(dòng)，電壓斜坡起動(dòng)，電流帶沖擊的(“踢一腳”)起動(dòng)(這個(gè)沖擊有助于克服靜阻矩)，以及這些方式的交替或組合起動(dòng)方式等。

(1)電壓雙斜坡起動(dòng)：如圖2-7所示，在起動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)的輸出力矩隨電壓增加，在起動(dòng)時(shí)提供一個(gè)初始的起動(dòng)電壓，根據(jù)負(fù)載可調(diào)，將調(diào)到大于負(fù)載靜摩擦力矩，使負(fù)載能立即開始轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)輸出電壓從開始按一定的斜率上升(斜率可調(diào))，電機(jī)不斷加速。當(dāng)輸出電壓達(dá)到達(dá)速電壓時(shí)，電機(jī)也基本達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。軟起動(dòng)器在起動(dòng)過(guò)程中自動(dòng)檢測(cè)電壓，當(dāng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，使輸出電壓達(dá)到額定電壓。

圖2-7啟動(dòng)輸出特性(2)限流起動(dòng)：就是電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程中限制其起動(dòng)電流不超過(guò)某一設(shè)定值(J)的軟起動(dòng)方式。其輸出電壓從零開始迅速增長(zhǎng)，直到輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電流限值J，然后保持輸出電流J(J的條件下逐漸升高電壓，直到額定電壓，使電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸升高，直到額定轉(zhuǎn)速。這種起動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電流小，且可按需要調(diào)整。對(duì)電網(wǎng)影響小，其缺點(diǎn)是在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降，不能充分利用壓降空間。

(3)突跳起動(dòng)：這一起動(dòng)開始階段，讓晶閘管在極短的時(shí)間內(nèi)全導(dǎo)通后回落，再按原設(shè)定的值線性上升，進(jìn)入恒流起動(dòng)，該起動(dòng)方法適用于重載并需克服摩擦的起動(dòng)場(chǎng)合。如采用此方式，還可以減少啟動(dòng)時(shí)的振動(dòng)。其原理如圖2-8所示：

圖2-8啟動(dòng)輸出特性

(4)組合起動(dòng)方式：施耐德及西門子軟啟動(dòng)器就采用的是組合起動(dòng)方式，此種啟動(dòng)方式是在滿足給定的電壓與電流條件下，主板根據(jù)負(fù)荷變化，通過(guò)計(jì)算，輸出一種最佳啟動(dòng)方式。組合起動(dòng)方式對(duì)主板要求較高，但是啟動(dòng)效果較好，適用于大負(fù)荷及對(duì)啟動(dòng)要求較高的場(chǎng)所。2.2.3常見故障的排除STR軟啟動(dòng)器有10種保護(hù)功能。當(dāng)軟啟動(dòng)器故障保護(hù)功能動(dòng)作時(shí)，軟啟動(dòng)器立即停機(jī)。操作鍵盤顯示故障保護(hù)代碼，用戶可根據(jù)代碼所對(duì)應(yīng)的故障原因進(jìn)行分析處理。在故障排除后，可通過(guò)復(fù)位鍵RESET進(jìn)行復(fù)位。使軟啟動(dòng)器回到啟動(dòng)準(zhǔn)備狀態(tài)。詳見表2-3。表2-3軟啟動(dòng)器故障對(duì)策表常見故障原因說(shuō)明處理辦法Phr進(jìn)線電源相序錯(cuò)誤調(diào)換任兩相進(jìn)線Pho進(jìn)線電源缺相檢查進(jìn)線使之可靠接入Pr01起動(dòng)峰值電流過(guò)流保護(hù)起動(dòng)電流超過(guò)4倍Ie調(diào)整起動(dòng)時(shí)間及起始電壓Pr02I2t保護(hù)調(diào)整限流參數(shù)或起動(dòng)時(shí)間參數(shù)設(shè)定Pr03電動(dòng)機(jī)過(guò)流保護(hù)避免負(fù)載急劇變化Pr04電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)減小電機(jī)負(fù)載Pr05非法起動(dòng)保護(hù)重新確認(rèn)控制模式Pr06在起動(dòng)或運(yùn)行中缺相檢查進(jìn)線電源Pr07干擾保護(hù)處理干擾源Pr08設(shè)定參數(shù)丟失重新設(shè)定各參數(shù)OH過(guò)熱保護(hù)降低起動(dòng)頻度

第三章供水系統(tǒng)中生活用水及消防用水的相關(guān)計(jì)算3.1用戶用水量的相關(guān)計(jì)算設(shè)計(jì)秒流量計(jì)算后填入表3-1：取ɑ=2.16（即每人每日最高用水量標(biāo)準(zhǔn)125L/人），k=0.002,每層各設(shè)置拖布池和家具盆一個(gè)，分段編號(hào)計(jì)算管徑（拖布池Ng為1.0，家具盆為0.7）生活秒流量計(jì)算公式：qg=0.2ɑ√N(yùn)g+kNg(L/s)ɑ,k—根據(jù)建筑物用途而定的系數(shù)Ng—計(jì)算管段的衛(wèi)生器具給水當(dāng)量總數(shù)eq\o\ac(○,1)管段秒流量q=0.2L/seq\o\ac(○,2)管段秒流量q=0.2×2.16√1.7+0.002×1.7=0.259L/s，其中該段的N=1.0+0.7=1.7eq\o\ac(○,3)管段秒流量q=0.2×2.16√3.4+0.002×3.4=0.3592L/s,其中N=3.4eq\o\ac(○,4)管段秒流量q=0.2×2.16√5.1+0.002×5.1=0.436L/s,其中N=5.1eq\o\ac(○,5)管段秒流量q=0.2×2.16√6.8+0.002×6.8=0.5L/s,其中N=6.8eq\o\ac(○,6)管段秒流量q=0.2×2.16√8.5+0.002×8.5=0.555L/s,其中N=8.5eq\o\ac(○,7)管段秒流量q=0.2×2.16√10.2+0.002×10.2=0.6065L/s,其中N=10.2

管段編號(hào)衛(wèi)生潔具的當(dāng)量拖布池家具盆當(dāng)量總數(shù)Ng設(shè)計(jì)秒流量q(L/s)管徑DN(mm)eq\o\ac(○,1)eq\o\ac(○,2)eq\o\ac(○,3)eq\o\ac(○,4)eq\o\ac(○,5)eq\o\ac(○,6)eq\o\ac(○,7)1.01.00.72.01.43.02.14.02.85.03.56.04.21.01.73.45.16.88.510.20.20.2590.35920.4360.50.5550.605015202020202020表3-1根據(jù)計(jì)算的設(shè)計(jì)秒流量，查表選擇管徑。根據(jù)下表（住宅最高日生活用水定額及小時(shí)變化系數(shù)）可得表3-2住宅類別衛(wèi)生器具設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)用水定額/（L/人*d）小時(shí)變化系數(shù)Kh普通住宅I有大便器.洗滌盆85-150=2\*ROMANII有大便器洗臉盆洗滌盆洗衣機(jī)沐浴設(shè)備130-300Ⅲ有大便器洗臉盆洗滌盆洗衣機(jī)集中熱水供應(yīng)和沐浴設(shè)備180-320別墅有大便器洗臉盆洗滌盆洗衣機(jī)灑水栓，家用熱水機(jī)組和沐浴設(shè)備200-350最大小時(shí)用水量的計(jì)算公式：其中：T＝24h為每日用水時(shí)間Kh—時(shí)間常數(shù)（I類住宅，Kh＝2.5）由題目已知，用水量在4-14立方米每小時(shí)變化，則Qh=14m3/h根據(jù)公式可求出Qd=134.4。最高日用水量的計(jì)算公式：其中—最高日生活用水量qd—單位用水定額（I類住宅，qd＝125L/人）m—設(shè)計(jì)小區(qū)內(nèi)的人數(shù)則m=1075.2,即設(shè)計(jì)小區(qū)內(nèi)的人數(shù)約為1076人。取與Qq中較大者作為供水標(biāo)準(zhǔn)，流量取。考慮選泵時(shí)留有裕度10％～15％，所以按×（1＋10％）＝14×110％＝15.4/h選泵。消防用水量根據(jù)規(guī)范，人數(shù)小于2.5萬(wàn)人時(shí)，一次滅火用水量為15L/S，本小區(qū)人數(shù)為1076人，消防用水量選為15L/S,選泵時(shí)留有裕度10％，所以Qq消防＝Qq×110％＝15×110％＝16.5L/S=59/h。3.2水泵揚(yáng)程的計(jì)算在供水系統(tǒng)中，一般把最遠(yuǎn)最高層作為計(jì)算依據(jù)。如果小區(qū)最遠(yuǎn)點(diǎn)的建筑不是最高的建筑，則必須選擇兩個(gè)最不利供水點(diǎn)分別計(jì)算供水揚(yáng)程，并以供水揚(yáng)程較大的建筑最遠(yuǎn)點(diǎn)供水揚(yáng)程。壓力換算公式：1at=760mmHg=10mH2O=105Pa=0.1MPa由題目已知供水壓力恒定為（28±1）mH2O,則28mH2O=0.28Pa（應(yīng)保持室外壓力H0近似等于室內(nèi)壓力H）理論上，若0.1Mpa的壓力可以獲得10m揚(yáng)程，因此，供水揚(yáng)程可計(jì)算如下：H＝P/0.01H—供水揚(yáng)程P—供水壓力0.01MPa揚(yáng)程為1m，此設(shè)計(jì)給定水壓為0.28Mpa，所以揚(yáng)程H為28m。在使用變頻器進(jìn)行調(diào)速調(diào)壓的供水系統(tǒng)中，水泵的總揚(yáng)程與所需揚(yáng)程相差不大時(shí)，變頻調(diào)速的節(jié)能效果并不明顯，但是也并不是水泵的總揚(yáng)程與所需揚(yáng)程相差越大越好，如果相差太大，電機(jī)的電流就會(huì)過(guò)大，若長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行將導(dǎo)致電機(jī)溫度升高，絕緣層就會(huì)加速老化，并且有可能過(guò)電流導(dǎo)致變頻器停機(jī)保護(hù)。綜合考慮，所選揚(yáng)程應(yīng)在所需揚(yáng)程的1.3—1.5倍之間，因此揚(yáng)程應(yīng)取36.4m—42m之間。3.3水泵的選擇3.3.1生活供水泵的選擇在水泵并聯(lián)時(shí)，多臺(tái)水泵的流量并不等于多臺(tái)水泵中每臺(tái)水泵出水量之和。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，兩臺(tái)水泵并聯(lián)時(shí)流量為單臺(tái)的190％，三臺(tái)水泵并聯(lián)時(shí)，流量為單臺(tái)的251％，四臺(tái)水泵并聯(lián)流量?jī)H為單臺(tái)的284％。因此，在本設(shè)計(jì)中綜合考慮，使用三臺(tái)泵進(jìn)行生活用水的供水。選三臺(tái)水泵每臺(tái)水泵流量為/2.51＝14/2.51＝5.58/h。在小區(qū)供水中，對(duì)于沒(méi)有特殊要求的，綜合成本、維護(hù)等各方面的情況，一般選擇單級(jí)單吸式離心泵，IS型單級(jí)單吸清水離心泵是按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的一種普適性水泵適用于：工業(yè)制藥，飲料，化工等工礦和城市給水，排水，亦可用于農(nóng)業(yè)排灌。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，單級(jí)單吸軸向吸入便于維護(hù)，因此選用此類水泵。表3-3IS型單級(jí)單吸離心泵性能參數(shù)型號(hào)流量

mз/h揚(yáng)程

m轉(zhuǎn)速

r/min電機(jī)功率

KW口徑mm吸入排出IS50-32-12512.52029002.250326.3514500.555032IS50-32-16012.5322900350326.3814500.555032IS50-32-20012.55029000.550326.312.514500.755032IS50-32-25012.58029001150326.32014501.55032IS65-50-125252029003655012.5514500.556550IS65-50-160253229005.5655012.5814500.756550IS65-40-200255029007.5654012.512.514501.16540IS65-40-2502580290015654012.52014502.26540IS65-40-31525125290030654012.532145046540IS80-65-125502029005.5806525514500.758065IS80-65-160503229007.5806525814501.58065IS80-50-200505029001580502512.514502.28050IS80-50-250508029002280502520145038050IS80-50-315501252900378050253214505.58050IS100-80-125100202900111008050514501.510080IS100-80-160100322900151008050814502.210080IS100-65-20010050290022100655012.51450410065IS100-65-2501008029003710065502014505.510065IS100-65-31510012529007510065503214501110065IS125-100-2002005029004512510010012.514507.5125100IS125-100-2502008029007512510010020145011125100IS125-100-315200125290011012510010032145015125100IS125-100-40010050145030125100IS150-125-25020020145018.5150125IS150-125-31520032145030150125IS150-125-40020050145045150125IS200-150-25040020145037200150IS200-150-31540032145055200150IS200-150-40040050145090200150根據(jù)用戶用水流量和水泵揚(yáng)程，表3-3中有多種型號(hào)均符合條件，在此選擇IS65-40-250型即可。3.3.2消防泵的選擇消防水泵應(yīng)采用一用一備，或多用一備，備用消防泵的工作能力不應(yīng)小于其中最大一臺(tái)工作消防泵。當(dāng)為多用一備時(shí)，應(yīng)考慮多臺(tái)消防泵并聯(lián)時(shí)，流量疊加對(duì)消防泵出口壓力的影響。選擇消防泵時(shí)，其水泵性能曲線應(yīng)平滑無(wú)駝峰，消防泵零流量時(shí)的壓力不應(yīng)超過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)額定壓力的140%，當(dāng)水泵流量為額定流量的150%時(shí)，此時(shí)消防泵的壓力不應(yīng)低于額定壓力的65%。消防泵電機(jī)軸功率應(yīng)滿足水泵流量揚(yáng)程曲線上任何一點(diǎn)的工作要求。最好選擇消防專用水泵。小區(qū)消防用水Qq＝59/h，查規(guī)范有：六層最不利配水點(diǎn)，消火栓剩余壓力為0.23Mpa，所以選水泵揚(yáng)程為28＋23＝51m。消防泵選用自吸水泵XBD-5.78/23.89—IS100—65—250B--JM型消防專用水泵一臺(tái)。備用泵選擇同樣型號(hào)的水泵。XBD型消防泵可傳送80以下的清水或物理化學(xué)性質(zhì)類似于水的液體之用，也可用于高層建筑的生活供水、工廠倉(cāng)庫(kù)、電站、碼頭消防用泵及城市礦山給排水。表3-4XBD-5.78/23.89—IS100—65—250B--JM型消防專用水泵性能參數(shù)流量（）揚(yáng)程（m）轉(zhuǎn)速（r/min）效率（%）汽蝕余量（m）功率（kw）軸電動(dòng)機(jī)86592900723.819.322

第四章供水系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)4.1主要器件選型4.1.1電動(dòng)機(jī)選型（1）電動(dòng)機(jī)容量的選擇：電動(dòng)機(jī)的容量可以根據(jù)水泵的軸功率和電動(dòng)機(jī)與水泵轉(zhuǎn)速一致來(lái)選擇。（2）電動(dòng)機(jī)的選擇：生活供水水泵電動(dòng)機(jī)選Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，Y180M—Ⅱ型電動(dòng)機(jī)三臺(tái)。電機(jī)參數(shù)：額定功率22KW，滿載時(shí)：定子電流為42.2A，轉(zhuǎn)速為2940r/min，效率為88％，功率因數(shù)為0.88，啟動(dòng)電流為額定電流的7倍，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1.7倍，最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的2.2倍。消防泵電機(jī)選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，同樣選用Y180M—Ⅱ型電動(dòng)機(jī)兩臺(tái)。電機(jī)的性能參數(shù)如表3-3和3-4中所示。4.1.2變頻器和軟起動(dòng)選型1變頻器選型：根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求可以選擇西門子430變頻器，MicroMaster430。其外形特點(diǎn)如圖4-1所示：圖4-1各項(xiàng)功能特點(diǎn)：（1）風(fēng)機(jī)和泵類變轉(zhuǎn)矩控制專家--傳動(dòng)平穩(wěn)，輕松無(wú)憂。MicroMaster430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。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。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(cè)、節(jié)能運(yùn)行方式等。（2）控制功能：線性v/f控制，并帶有增強(qiáng)電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)和控制特性的磁通電流控制(FCC)，多點(diǎn)v/f控制。內(nèi)置PID控制器。快速電流限制，防止運(yùn)行中不應(yīng)有的跳閘。數(shù)字量輸入6個(gè)，模擬量輸入2個(gè)，模擬量輸出2個(gè)，繼電器輸出3個(gè)；具有15個(gè)固定頻率，4個(gè)跳轉(zhuǎn)頻率，可編程。采用BiCo技術(shù)，實(shí)現(xiàn)I/O端口自由連接。集成RS485通訊接口，可選PROFIBUS-DP通訊模塊。靈活的斜坡函數(shù)發(fā)生器，可選平滑功能。三組參數(shù)切換功能：電機(jī)數(shù)據(jù)切換，命令數(shù)據(jù)切換。風(fēng)機(jī)和泵類專用功能：多泵切換，旁路功能，手動(dòng)/自動(dòng)切換，斷帶及缺水檢測(cè)，節(jié)能方式。（3）保護(hù)功能：過(guò)載能力為140％額定負(fù)載電流，持續(xù)時(shí)間3秒和110％額定負(fù)載電流，持續(xù)時(shí)間60秒。過(guò)電壓、欠電壓保護(hù)。變頻器過(guò)溫保護(hù)。接地故障保護(hù)，短路保護(hù)。I2t電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)。PTC/KTY電機(jī)保護(hù)。2軟起動(dòng)選型：根據(jù)電動(dòng)機(jī)頻率值，軟起動(dòng)器可選擇STR015A，功率為18.5KW。4.1.3控制器件選型器件：使用國(guó)產(chǎn)配置 功率：30KW電流：62A

表4-1器件名稱數(shù)量貨品型號(hào)規(guī)格可編程控制器1FX2N-32MR-001PLC數(shù)模轉(zhuǎn)化模塊1FX2N-4DAPLC模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊1FX2N-4AD空氣開關(guān)3DZ47-63/3P-50A交流接觸器4CJ-X1-45/22-220V熱繼電器33U-A59/25-40A壓力傳感器1YYB-ES（錢江儀器儀表廠）中間繼電器2JZ-C1-22V萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)1LW112旋鈕3LAY37-NED1紅按鈕3LAY16-A-01R綠按鈕3LAY16-A-10G紅指示燈5AD16-22R31綠指示燈4AD16-22G31熔斷器1HG30-32熔芯1RT14-10A電流表16L2-100/5A電壓表16L2-450V電流互感器1LMK-0.66-100/5A液位控制器261F-GP-N(歐姆龍)接線端子5JH9-15A接線端子13JH9-100A浮動(dòng)開關(guān)1GSK-1B(精士)控制柜殼11200*600*370

4.2PID調(diào)節(jié)器4.2.1PID調(diào)節(jié)原理圖4-2PID控制接線圖僅用P動(dòng)作控制，不能完全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增加I動(dòng)作的P+I控制。用PI控制時(shí)，能消除由改變目標(biāo)值和經(jīng)常的外來(lái)擾動(dòng)等引起的偏差。但是，I動(dòng)作過(guò)強(qiáng)時(shí)，對(duì)快速變化偏差響應(yīng)遲緩。對(duì)有積分元件的負(fù)載系統(tǒng)可以單獨(dú)使用P動(dòng)作控制。對(duì)于PD控制，發(fā)生偏差時(shí)，很快產(chǎn)生比單獨(dú)D動(dòng)作還要大的操作量，以此抑制偏差的增加。偏差小時(shí)，P動(dòng)作的作用減小?？刂茖?duì)象含有積分元件的負(fù)載場(chǎng)合，僅P動(dòng)作控制，有時(shí)由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在該場(chǎng)合，為使P動(dòng)作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用PD控制。換言之，該種控制方式適用于過(guò)程本身沒(méi)有制動(dòng)作用的負(fù)載。利用I動(dòng)作消除偏差作用和用D動(dòng)作抑制振蕩作用。在結(jié)合P動(dòng)作就構(gòu)成了PID控制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式。采用PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無(wú)偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過(guò)程。這種控制方式用于從產(chǎn)生偏差到出現(xiàn)響應(yīng)需要一定時(shí)間的負(fù)載系統(tǒng)（即實(shí)時(shí)性要求不高，工業(yè)上的過(guò)程控制系統(tǒng)一般都是此類系統(tǒng)，本系統(tǒng)也比較適合PID調(diào)節(jié)）效果比較好。

PID調(diào)節(jié)器的動(dòng)作規(guī)律是：(4-1)或（4-2）式中Kc：調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)Ti：調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間Td：調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間：比例帶，它是慣用增益的倒數(shù)e：調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)U：輸出PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)是：（4-3）不難看出，由上式表示的調(diào)節(jié)器動(dòng)作規(guī)律在物理上是不能實(shí)現(xiàn)的。工業(yè)上實(shí)際采用的PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)一般為（4-4）其中K‘c=FKc；T’i=FTi；T‘d=Δd/F式中帶‘的量是調(diào)節(jié)器參數(shù)的實(shí)際值，不帶的為參數(shù)的刻度值。F成為相互干擾系數(shù)：Ki為積分增益；Kd為微分增益。4.2.2PID參數(shù)設(shè)計(jì)①P增益：設(shè)定范圍：0.01～10.0倍這是操作量和偏差之間有比例關(guān)系的動(dòng)作。增益取大時(shí)，響應(yīng)快，但過(guò)大將產(chǎn)生振蕩。增益取小時(shí)，響應(yīng)遲后。實(shí)際中取10。②積分時(shí)間：設(shè)定范圍：0.1～3600s，0.0：不動(dòng)作。操作量（輸出頻率）的變化速度和偏差成比例關(guān)系的動(dòng)作，即輸出按偏差積分的動(dòng)作。積分時(shí)間大時(shí)，響應(yīng)遲后，另外，對(duì)外部擾動(dòng)的控制能力變差。積分時(shí)間小時(shí)，響應(yīng)速度快，但過(guò)小將產(chǎn)生振蕩。實(shí)際中取150s。③微分時(shí)間：設(shè)定范圍：001～10.0s0.0：不動(dòng)作。操作量（輸出頻率）和偏差的微分值成比例動(dòng)作（D動(dòng)作）。微分時(shí)間大時(shí)，能使發(fā)生偏差時(shí)P動(dòng)作引起的振蕩很快衰減。微分時(shí)間小時(shí)，發(fā)生偏差時(shí)的衰減作用小。實(shí)際中取取0.4。4.2.3PID設(shè)定值的調(diào)整及控制算法圖4-3PID設(shè)定值的調(diào)整①PID值可在用示波器監(jiān)視響應(yīng)波形的同時(shí)進(jìn)行調(diào)整。可作如下總體調(diào)整：

1）P增益，在不發(fā)生振蕩條件下增大其值；

2）I積分時(shí)間，在不發(fā)生振蕩條件下減小其值；

3）D微分時(shí)間，在不發(fā)生振蕩條件下增大其值；

4）對(duì)于抑制超調(diào)，可以增大積分時(shí)間，減小微分時(shí)間；

5）對(duì)于加快響應(yīng)速度，如果允許有小量超調(diào)的話，可以減小積分時(shí)間，增大微分時(shí)間；

6）抑制比積分時(shí)間長(zhǎng)的周期振蕩，增大積分時(shí)間；

7）抑制大約和微分時(shí)間同樣長(zhǎng)周期的振蕩，減小微分時(shí)間。②PID控制算法：如圖4-4，PID控制原理圖，將壓力傳感器傳來(lái)的電流信號(hào)（0～10mA）通過(guò)一個(gè)1KΩ的電阻轉(zhuǎn)化為0～10V的電壓信號(hào)。這個(gè)電壓信號(hào)經(jīng)RTD模塊放大后送給西門子PLC的模擬輸入量模塊FX2N-4AD轉(zhuǎn)化為12位的數(shù)字信號(hào)，該模塊有四個(gè)模擬量輸入通道，12位的分辨率，總體精度在+1%，轉(zhuǎn)換速度15ms/通道。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存入PLC內(nèi)部特殊數(shù)據(jù)寄存器D0。PLC根據(jù)采集的信號(hào)計(jì)算出偏差e(t)和偏差變化率ec(t)，按照PID的控制規(guī)則計(jì)算控制量u(t)，并輸出控制量u(t)。西門子PLC的模擬輸出量模塊FX2N-4DA的D/A轉(zhuǎn)換，變換成0~5V的電壓信號(hào)，送至變頻器，并通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)3#水泵電機(jī)的工作電流，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的變頻恒壓控制FX2N-4DA模塊有四通道D/A輸出，總體精度+1%，轉(zhuǎn)換速度2.1ms。圖4-4PID控制原理圖③在壓力采集時(shí)，運(yùn)用FROM(FNC78)指令采樣5次求平均值e(t)，在軟件上設(shè)計(jì)數(shù)字濾波程序，實(shí)現(xiàn)每個(gè)通道數(shù)據(jù)的均值濾波，力求在擾動(dòng)多、滯后大的系統(tǒng)中提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。然后對(duì)照下圖4-5來(lái)3#水泵電機(jī)變頻運(yùn)行實(shí)現(xiàn)變頻恒壓控制。圖4-5工作模式區(qū)域劃分1）當(dāng)e0<e(t)≤e1，啟動(dòng)3#水泵電機(jī)變頻運(yùn)行，此狀態(tài)稱為Z1狀態(tài)；

2）當(dāng)e1<e(t)≤e2，啟動(dòng)一臺(tái)水泵工頻電機(jī)運(yùn)行，3#水泵電機(jī)變頻運(yùn)行，此狀態(tài)稱為Z2態(tài)；

3）當(dāng)e2<e(t)≤e3，啟動(dòng)兩臺(tái)水泵工頻電機(jī)運(yùn)行，3#水泵電機(jī)變頻運(yùn)行，此狀態(tài)稱為Z3態(tài)；4.3壓力傳感器壓力傳感器作用是通過(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號(hào)變成4～20mA變化的電流信號(hào)或0～5V間變化的電壓信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出一個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上。根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對(duì)水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。壓力傳感器使用CY-YZ-1001型絕對(duì)壓力傳感器。傳感器由敏感芯體和信號(hào)調(diào)理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時(shí)，敏感芯體內(nèi)硅片上的電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號(hào)調(diào)理電路將輸出的電壓信號(hào)作放大處理，同時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。該傳感器的量程為0～2.5MPa，工作溫度為5℃～60℃，供電電源為28±3V（DC）。4.4供水系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)4.4.1恒壓供水思路本系統(tǒng)具體控制方案為：1、供水（1）單泵工作開機(jī)延時(shí)5秒，首先開啟真空泵，開啟1泵真空電磁閥和1泵電動(dòng)閥，真空泵工作1分鐘后（可以設(shè)置），開啟變頻1泵，關(guān)閉真空泵，關(guān)閉1泵真空電磁閥；1泵按25HZ/S速度上升至出水頻率（可以設(shè)置），再按30HZ/S速度工作。（2）進(jìn)泵當(dāng)1泵到達(dá)全速但壓力達(dá)不到設(shè)定值，延時(shí)（可以設(shè)置）開啟真空泵，開啟2泵真空電磁閥和2泵電動(dòng)閥，真空工作1分鐘后（可以設(shè)置），軟起工頻2泵，關(guān)閉真空泵，關(guān)閉2泵真空電磁閥；1泵下降至出水頻率（可以設(shè)置），若壓力超過(guò)設(shè)定壓力，重新執(zhí)行單泵工作程序。（3）退泵當(dāng)1泵頻率下降至出水頻率（可以設(shè)置），實(shí)際壓力超過(guò)設(shè)定壓力，延時(shí)（可以設(shè)置），停止2泵，關(guān)閉2泵電動(dòng)閥，重新執(zhí)行單泵工作程序；（4）3泵為手動(dòng)/自動(dòng)備用泵，本系統(tǒng)考慮到當(dāng)遇到特殊情況時(shí)兩個(gè)泵達(dá)不到需求時(shí)，要啟動(dòng)3泵。故在PLC程序中編寫了進(jìn)退3泵的程序。（5）電動(dòng)閥門可自動(dòng)，也可手動(dòng)控制。2、取水當(dāng)蓄水池水位下降到水位下限后，停止所有工作供水泵，并開啟取水電動(dòng)閥；到達(dá)工作上限時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)，關(guān)閉取水電動(dòng)閥，按照以上程序執(zhí)行。

3、工作狀態(tài)系統(tǒng)分自動(dòng)和手動(dòng)控制，在自動(dòng)狀態(tài)下執(zhí)行自動(dòng)程序，在手動(dòng)狀態(tài)下能夠手動(dòng)啟動(dòng)所有負(fù)載。具體思路如圖4-6所示。圖4-6