某企業(yè)恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

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Coupled with the current energy shortage, so the design high-performance, high energy, able to adapt to the different areas of constant pressure water supply system has a strong role in promoting the development of society.This paper first analyzes the characteristics of each water supply mode, now considering eventually opted for frequency conversion constant pressure water supply, and then analysis the principle of frequency conversion constant pressure water supply system of institutions. and proposes several control methods. By careful study and comparison, PLC and inverters method fits water supply system and datatransmission very well. Finally the paper shows the design of constant pressure supply water controller according to built-in PID fretroller conwerter introduction of its software. secondly and selection of mian equipment of the systerm and introduces，finally the systerms hard software design is introduced.The system, which has initially been completed with reliable performance and excellent energy-saving effect. From a theoretical point of view, the system is able to achieve constant pressure water supply, with a certain degree of economic and social benefits.Key Words: constant pressure water supply; frequency control of motors; PLC; PID.目 錄某企業(yè)恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)IAbstractI目 錄III圖 目 錄VI表 目 錄VII符號(hào)及其計(jì)量單位說(shuō)明VIII第1章 前言11.1 該企業(yè)的供水背景介紹11.2 供水系統(tǒng)選擇分析11.3 變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義3第2章 變頻恒壓供水系統(tǒng)42.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)理論分析42.1.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理42.1.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制理論模型52.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的特點(diǎn)52.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方式的選擇62.4 變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理82.4.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成82.4.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的工作原理9第3章 系統(tǒng)設(shè)備的選擇及介紹113.1 PLC的選擇113.1.1 PLC的簡(jiǎn)介113.1.2 PLC的選型123.2 變頻器的選擇133.2.1 變頻器的簡(jiǎn)介133.2.2 變頻器選型143.2.3 三棱FR-F740-37K-CHT1變頻器的介紹153.3 軟啟動(dòng)器的選擇183.3.1 軟啟動(dòng)器的簡(jiǎn)介183.3.2 軟啟動(dòng)器的選型183.3.3 西普STR系列L型軟起動(dòng)器的介紹193.4 其他主要器件的選擇213.4.1 壓力傳感器的選擇17213.4.2 離心泵、電動(dòng)機(jī)的選擇213.4.3 導(dǎo)線的選擇213.4.4 空氣開(kāi)關(guān)的選擇223.4.5 熔斷器的選擇233.4.6 交流接觸器的選擇233.4.7 熱繼電器的選擇23第4章 系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)及變頻器參數(shù)設(shè)定244.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)244.1.1 系統(tǒng)的強(qiáng)電回路244.1.2 PLC的I/O端口分配254.1.3 控制面板設(shè)計(jì)264.2 軟件設(shè)計(jì)264.2.1 PLC的語(yǔ)言介紹274.2.2 系統(tǒng)中所用PLC的基本指令介紹284.2.3 程序的初始化設(shè)計(jì)284.2.4 手動(dòng)運(yùn)行程序設(shè)計(jì)314.2.5 自動(dòng)運(yùn)行程序設(shè)計(jì)334.2.6 報(bào)警程序的設(shè)計(jì)334.3 變頻器參數(shù)的設(shè)計(jì)34結(jié) 論38參考文獻(xiàn)39致 謝40附 錄41附錄一41附錄二41圖 目 錄圖1 供水系統(tǒng)的基本特征4圖2 變頻恒壓控制原理5圖3 供水系統(tǒng)方案圖8圖4 系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)原理9圖5 PLC硬件結(jié)構(gòu)框圖12圖6 變頻器的工作原理20圖7 系統(tǒng)的主電路24表 目 錄表1 導(dǎo)線的分類22Table 1 The classification of wires22表2 接觸器型號(hào)及具體參數(shù)23Table 2 Each contact number and specific pattern23表3 PLC的I/O端口分配25Table 3 The I/O interface PLC distribution25表4 本設(shè)計(jì)所用到的基本指令28Table 4 This design USES the basic instructions28表5 初始化程序表30Table 5 Initialize program30表6 FNC66的功能31Table 6 FNC 66 function instruction moves31表7 手動(dòng)運(yùn)行程序表32Table 7 The manual part of the program32表8 自動(dòng)運(yùn)行程序表33Table 8 Programme for automatic part33表9 報(bào)警程序表34Table 9 The starting and stopping one-touch instructions34表10 變頻器PID功能參數(shù)表35Table 10 The inverter PID funcion parammeter list35符號(hào)及其計(jì)量單位說(shuō)明P30：有功計(jì)算負(fù)荷，單位kW。Kd：需要系數(shù)。Pe：額定有功功率，單位kW。Q30：無(wú)功計(jì)算負(fù)荷，單位kVar。S30：視在計(jì)算負(fù)荷，單位kVA。I30：計(jì)算電流，單位A。Un：額定電壓，單位kV。cos：功率因數(shù)。Igmax：導(dǎo)體所在電路的最大持續(xù)工作電流，單位A。Ial：相應(yīng)于導(dǎo)體額定環(huán)境溫度條件下導(dǎo)體的長(zhǎng)期允許電流，單位A。A0：三相四線制線路的中性線截面積，單位mm。A：相線截面積，單位mm。IRTR：熔斷器的額定電流，單位A。第1章 前言1.1 該企業(yè)的供水背景介紹該企業(yè)地處山坡，企業(yè)面積較大，人口較多，日用水量較大，而自來(lái)水公司所提供的水管不管是壓力還是在流量，都不能滿足企業(yè)員工生活的需要，因此該企業(yè)決定在山腳下建造了一個(gè)蓄水池，其供水方式是先對(duì)自來(lái)水進(jìn)行存儲(chǔ)，再利用兩臺(tái)水泵進(jìn)行供水。經(jīng)計(jì)算在一般情況下，用一臺(tái)30kW水泵以基頻恒速就可以保持水管恒壓供給員的工生活用水，在特殊情況下，再加一臺(tái)30kW水泵以變頻調(diào)速運(yùn)行來(lái)保持水管恒壓供水。要求能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)供水，以減少人的勞動(dòng)強(qiáng)度、水資源和電能的浪費(fèi)。1.2 供水系統(tǒng)選擇分析眾所周知，水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水節(jié)能己成為時(shí)代要求的條件下，長(zhǎng)期以來(lái)在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動(dòng)化程度低。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過(guò)于求的情況，此時(shí)將會(huì)造成能量的浪費(fèi)，同時(shí)有可能導(dǎo)致水管爆破和用水設(shè)備的損壞。在恒壓供水技術(shù)出現(xiàn)以前，出現(xiàn)過(guò)許多供水方式。（1） 一臺(tái)恒速泵直接供水系統(tǒng)這種供水方式，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，有的甚至連蓄水池也沒(méi)有，直接從城市公用水網(wǎng)中抽水，嚴(yán)重影響城市公用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。這種供水方式，水泵整日不停運(yùn)轉(zhuǎn)，有的可能在夜間用水低谷時(shí)段停止運(yùn)行。這種系統(tǒng)形式簡(jiǎn)單、造價(jià)最低，但耗電、耗水嚴(yán)重，水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。（2） 恒速泵+水塔的供水方式這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶供水。水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系統(tǒng)所需要壓力。水塔注滿后水泵停止，水塔水位低于某一位置時(shí)再啟動(dòng)水泵。水泵處于斷續(xù)工作狀態(tài)中。這種供水方式，水泵工作在額定流量額定揚(yáng)程的條件下，水泵處于高效能區(qū)。這種方式顯然比前種節(jié)電，其節(jié)電率與水塔容量、水泵額定流量、用水不均勻系數(shù)、水泵的開(kāi)、停時(shí)間比、開(kāi)/停頻率等有關(guān)。供水壓力比較穩(wěn)定。但這種供水方式基建設(shè)備投資最大，占地面積也最大；水壓不可調(diào)，不能兼顧近期與遠(yuǎn)期的需要；而且系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所需要壓力下降而下降，故還存在一些能量損失和二次污染問(wèn)題。而且在使用過(guò)程中，如果該系統(tǒng)水塔的水位監(jiān)控裝置損壞的話，水泵不能進(jìn)行自動(dòng)的開(kāi)、停，這樣水泵的開(kāi)、停，將完全由人操作，這時(shí)將會(huì)出現(xiàn)能量的嚴(yán)重浪費(fèi)和供水質(zhì)量的嚴(yán)重下降。（3） 射流泵+水箱的供水方式這種方式是利用射流泵本身的獨(dú)特結(jié)構(gòu)進(jìn)行工作，利用壓差和來(lái)水管粗，出水管細(xì)的變徑工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)供水，但是由于其技術(shù)和工藝的不完善，加之該方式會(huì)出現(xiàn)有壓無(wú)量（流量）的現(xiàn)象，無(wú)法滿足高層供水的需要。（4） 恒速泵+高位水箱的供水方式這種方式原理與水塔是相同的，只是水箱設(shè)在建筑物的頂層。高層建筑還可分層設(shè)立水箱。占地面積與設(shè)備投資都有所減少，但這對(duì)建筑物的造價(jià)與設(shè)計(jì)都有影響，同時(shí)水箱受建筑物的限制，容積不能過(guò)大，所以供水范圍較小。水箱的水位監(jiān)控裝置也容易損壞，這樣系統(tǒng)的開(kāi)、停，將完全由人工操作，使系統(tǒng)的供水質(zhì)量下降能耗增加。（5） 恒速泵+氣壓罐供水方式這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水箱蓄水，通過(guò)監(jiān)測(cè)罐內(nèi)壓力來(lái)控制泵的開(kāi)、停。罐的占地面積與水塔水箱供水方式相比較小，而且可以放在地上，設(shè)備的成本比水塔要低得多。而且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水質(zhì)因異物進(jìn)入而被污染的可能性。氣壓罐供水具有體積小、技術(shù)簡(jiǎn)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(duì)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(wú)謂的增高，也使浪費(fèi)加大，從而限制了其發(fā)展。（6） 變頻調(diào)速恒壓供水方式這種系統(tǒng)的原理是通過(guò)安裝在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號(hào)與設(shè)定壓力值作比較，再通過(guò)控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出，無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。使系統(tǒng)水壓無(wú)論流量如何變化始終穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。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、效率較低、可靠性差，自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了居民用水和工業(yè)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，其優(yōu)越性表現(xiàn)在：一是節(jié)能顯著；二是在開(kāi)、停機(jī)時(shí)能減小電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊以及供水水壓對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水對(duì)人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強(qiáng)，人民對(duì)供水的質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。把先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用到供水領(lǐng)域，成為對(duì)供水系統(tǒng)的新要求。1.3 變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義泵站擔(dān)負(fù)著工農(nóng)業(yè)和生活用水的重要任務(wù)，運(yùn)行中需大量消耗能量，提高泵站效率，降低能耗，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有重大意義。我國(guó)泵站的特點(diǎn)是數(shù)量大、范圍廣、類型多、發(fā)展速度快，在工程規(guī)模上也有一定水平，但由于設(shè)計(jì)中忽視動(dòng)能經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)以及機(jī)電產(chǎn)品類型和質(zhì)量上存在的一些問(wèn)題等等原因，致使在技術(shù)水平、工程標(biāo)準(zhǔn)以及經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)等方面與國(guó)外先進(jìn)水平相比，還有一定的差距。目前，大量的電能浪費(fèi)在水泵、風(fēng)機(jī)負(fù)載上，城鄉(xiāng)居民用水設(shè)備所消耗的電量在這類負(fù)載中占了相當(dāng)?shù)谋壤?。這一方面是由于我國(guó)居民多，用水量大，造成用電量大；另一方面是因?yàn)槲覈?guó)供水設(shè)備工作效率低，控制方式不夠科學(xué)合理，造成不必要的能量浪費(fèi)。因此，研究提水系統(tǒng)的能量模型，找出能夠節(jié)能的控制策略方法，這里大有潛力可挖，是減少能耗，保障供水的一個(gè)很有意義的工作。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(jiǎn)單、維修方便和低成本等諸多特點(diǎn)，變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、防雷避雷技術(shù)、現(xiàn)代控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控；同時(shí)系統(tǒng)具有良好節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)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。第2章 變頻恒壓供水系統(tǒng)2.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)理論分析本節(jié)主要分析變頻恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理和變頻恒壓控制理論模型兩方面的內(nèi)容。2.1.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理供水系統(tǒng)的基本特性和工作點(diǎn)揚(yáng)程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門(mén)開(kāi)度不變?yōu)榍疤?，表明水泵在某一轉(zhuǎn)速下?lián)P程H與流量Q之間的關(guān)系曲線f（Q），如圖1所示。圖1 供水系統(tǒng)的基本特征由圖可以看出，流量Q越大，揚(yáng)程H越小。由于在閥門(mén)開(kāi)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Q（u）間的關(guān)系。而管阻特性是以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?，表明閥門(mén)在某一開(kāi)度下，揚(yáng)程H與流量Q之間的關(guān)系H J（Qu）。管阻特性反映了水泵的能量用來(lái)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。由圖可知，在同一閥門(mén)開(kāi)度下，揚(yáng)程H越大，流量Q也越大。由于閥門(mén)開(kāi)度的改變，實(shí)際上是改變了在某一揚(yáng)程下，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。2.1.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制理論模型變頻恒壓供水系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標(biāo)，在控制上實(shí)現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力跟隨設(shè)定的供水壓力。設(shè)定的供水壓力可以是一個(gè)常數(shù)，也可以是一個(gè)時(shí)間分段函數(shù)，在每一個(gè)時(shí)段內(nèi)是一個(gè)常數(shù)。所以，在某個(gè)特定時(shí)段內(nèi)，恒壓控制的目標(biāo)就是使出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力維持在設(shè)定的供水壓力的設(shè)定值。從圖2中可以看出，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，如果實(shí)際供水壓力低于設(shè)定壓力，控制系統(tǒng)將得到正的壓力差，這個(gè)差值經(jīng)過(guò)計(jì)算和轉(zhuǎn)換，計(jì)算出變頻器輸出頻率的增加值，該值就是為了減小實(shí)際供水壓力與設(shè)定壓力的差值，將這個(gè)增量和變頻器當(dāng)前的輸出值相加，得出的值即為變頻器當(dāng)前應(yīng)該輸出的頻率。該頻率使水泵機(jī)組轉(zhuǎn)速增大，從而使實(shí)際供水壓力提高，在運(yùn)行過(guò)程中該過(guò)程將被重復(fù)，直到實(shí)際供水壓力和設(shè)定壓力相等為止。如果運(yùn)行過(guò)程中實(shí)際供水壓力高于設(shè)定壓力，情況剛好相反，變頻器的輸出頻率將會(huì)降低，水泵的轉(zhuǎn)速減小，實(shí)際供水壓力因此而減小。同樣，最后調(diào)節(jié)的結(jié)果是實(shí)際供水壓力和設(shè)定壓力相等。圖2 變頻恒壓控制原理2.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的特點(diǎn)隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)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(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)用中如何充分利用專用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)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(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。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(lái)供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)中成片開(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)。變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用生活水、工業(yè)用水以及消防用水等多種場(chǎng)合的供水要求，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1） 供水系統(tǒng)的控制對(duì)象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個(gè)過(guò)程控制量，同其他一些過(guò)程控制量（如：溫度、流量、濃度等）一樣，對(duì)控制作用的響應(yīng)具有滯后性。（2） 用戶管網(wǎng)中因?yàn)橛泄茏琛⑺N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)壓力的變化近似成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)可以等效為一個(gè)線性系統(tǒng)。（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(duì)象的模型具有很強(qiáng)的多變性。（4） 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(mén)的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進(jìn)行供水。（5） 用變頻器進(jìn)行調(diào)速，用調(diào)速泵（變頻泵）和恒速泵（工頻泵）的組合進(jìn)行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對(duì)每臺(tái)水泵進(jìn)行軟啟動(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(duì)電網(wǎng)的沖擊同時(shí)減少了啟動(dòng)慣性對(duì)設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。2.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方式的選擇目前國(guó)內(nèi)變頻恒壓供水設(shè)備的控制方式主要有：（1） 邏輯電子電路控制方式這類控制電路難以實(shí)現(xiàn)水泵機(jī)組全部軟啟動(dòng)、全流量變頻調(diào)節(jié)，往往采用一臺(tái)泵固定于變頻狀態(tài)，其余泵均為工頻狀態(tài)的方式。因此，控制精度較低、水泵切換時(shí)水壓波動(dòng)大、調(diào)試較麻煩、工頻泵起動(dòng)時(shí)有沖擊、抗干擾能力較弱，但其成本較低。（2） 單片微機(jī)電路控制方式這種方式控制精度高、控制算法靈活、參數(shù)調(diào)整方便，具有較高的性能價(jià)格比。但開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的靈活性差，同時(shí)變頻器在運(yùn)行時(shí)，將產(chǎn)生干擾，變頻器的功率越大，產(chǎn)生的干擾越大，所以必須采取相應(yīng)的抗干擾措施來(lái)保證系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)適用于某一特定領(lǐng)域的小容量的變頻恒壓供水中。這類控制電路優(yōu)于邏輯電路，但在應(yīng)付不同管網(wǎng)、不同供水情況時(shí)，調(diào)試較麻煩；追加功能時(shí)往往要對(duì)電路進(jìn)行修改，不靈活也不方便。（3） 可編程序控制器（PLC）+PID調(diào)節(jié)擴(kuò)展模塊（帶PID回路調(diào)節(jié)器）的控制方式該方式變頻器的作用是為電機(jī)提供可變頻率的電源。實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。傳感器的任務(wù)是檢測(cè)管網(wǎng)水壓，壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)在輸入可編程控后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部PID控制程序的計(jì)算，輸出給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)送入PID回路調(diào)節(jié)器，由PID回路調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)器內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算后，輸入給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號(hào)。由于變頻器的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)是由可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器給出的，所以對(duì)可編程控制器來(lái)講。既要有模擬量輸入接口，又要有模擬量輸出接口。由于帶模擬量輸入，輸出接口的可編程控制器價(jià)格很高，這無(wú)形中就增加了供水設(shè)備的成本。若采用帶有模擬量輸入，數(shù)字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器的數(shù)字量輸出口端另接一塊PWM調(diào)制板，將可編程控制器輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量。這樣，可編程控制器的成本沒(méi)有降低，還增加了連線和附加設(shè)備，降低了整套設(shè)備的可靠性。如果采用一個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入，輸出的可編程控制器和一個(gè)PID回路調(diào)節(jié)器，其成本也和帶模擬量輸入，輸出的可編程控制器差不多。所以，在變頻調(diào)速恒壓給水控制設(shè)備中，PID控制信號(hào)的產(chǎn)生和輸出就成為降低給水設(shè)備成本的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。（4） 可編程序控制器（PLC）+帶PID調(diào)節(jié)的變頻器的控制方式由于這類變頻器將PID調(diào)節(jié)器集成在變頻器內(nèi)部，因此PID運(yùn)算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對(duì)可編程控制器存貯容量的要求和對(duì)PID算法的編程，而且PID參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。由于變頻器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑、穩(wěn)定。同時(shí)，為了保證水壓反饋信號(hào)值的準(zhǔn)確、不失值，可對(duì)該信號(hào)設(shè)置濾波時(shí)間常數(shù)，同時(shí)還可對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡(jiǎn)單、方便?？紤]以上四種方案后，本企業(yè)的供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用可編程序控制器（PLC）+帶PID調(diào)節(jié)的變頻器的控制方式。如圖3所示。圖3 供水系統(tǒng)方案圖2.4 變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理2.4.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成由圖3可知，該變頻恒壓供水系統(tǒng)的主要由PLC、帶內(nèi)置PID的變頻器、軟啟動(dòng)器、壓力傳感器和供水部分組成，供水部分主要有水泵組、電動(dòng)機(jī)、管道和閥門(mén)等。水泵組包括一臺(tái)恒速泵和一臺(tái)調(diào)速泵。恒速泵：水泵運(yùn)行只在工頻狀態(tài)，轉(zhuǎn)速恒定；用在一般情況下，供員工生活用水。調(diào)速泵：是由變頻器控制，變頻器根據(jù)實(shí)際水壓的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定；用在特殊情況下，來(lái)保持水管恒壓供水。PLC主要用于控制水泵組的啟停、系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行以及系統(tǒng)運(yùn)行情況的監(jiān)視和報(bào)警。帶內(nèi)置PID的變頻器用于對(duì)水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，變頻器跟蹤壓力傳感器送來(lái)的實(shí)際壓力信號(hào)實(shí)施PID調(diào)節(jié)后，改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。軟啟動(dòng)器用于恒速泵的啟動(dòng)，降低電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的起動(dòng)電流，減少配電容量，避免增容投資；減少起動(dòng)應(yīng)力，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)及相關(guān)設(shè)備的使用壽命。壓力傳感器用于對(duì)出水管壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并把實(shí)際水壓傳送給變頻器。2.4.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的工作原理本系統(tǒng)的控制方式：控制面板控制PLC的輸入，PLC的輸出控制恒速泵和調(diào)速泵的啟停，用變頻器的內(nèi)置PID進(jìn)行PID調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)恒壓供水。合上空氣開(kāi)關(guān)，供水系統(tǒng)投入運(yùn)行。將手動(dòng)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)打到自動(dòng)上，系統(tǒng)進(jìn)入全自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，PLC中程序接通KM2（變頻器接觸器），并起動(dòng)變頻器。根據(jù)壓力給定值（根據(jù)管網(wǎng)壓力要求設(shè)定）與實(shí)際值壓力值（來(lái)自于壓力傳感器）的偏差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，并輸出頻率給定信號(hào)給變頻器。變頻器根據(jù)頻率給定信號(hào)及預(yù)先設(shè)定好的加速時(shí)間控制水泵的轉(zhuǎn)速以保證水壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)恒壓控制。PID調(diào)節(jié)的具體過(guò)程見(jiàn)下圖4，給定值用表示，反饋值用表示，頻率用f表示，轉(zhuǎn)速用n表示，壓力偏差用表示。圖4 系統(tǒng)PID的調(diào)節(jié)原理（1） ，即，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行比例、積分和微分計(jì)算后輸出一個(gè)增大的頻率f給變頻器，調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速n增加，出水管壓力增大。（2） ，即，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行比例、積分和微分計(jì)算后輸出一個(gè)減小的頻率f給變頻器，調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速n降低，出水管壓力減小。第3章 系統(tǒng)設(shè)備的選擇及介紹設(shè)備的選擇在系統(tǒng)中是非常重要，合理的選擇設(shè)備，能使系統(tǒng)的性能更好。本控制系統(tǒng)主要圍繞PLC、帶內(nèi)置PID的變頻器來(lái)設(shè)計(jì)的，因此PLC、帶內(nèi)置PID的變頻器的講述較多，其他設(shè)備講述較少。注：各設(shè)備的詳細(xì)介紹請(qǐng)參考相應(yīng)的使用說(shuō)明書(shū)。3.1 PLC的選擇本設(shè)計(jì)中PLC主要用于控制恒速泵和調(diào)速泵的啟停、系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行以及系統(tǒng)運(yùn)行情況的監(jiān)視和報(bào)警，因此PLC的選擇非常重要。3.1.1 PLC的簡(jiǎn)介可編程控制器是60年代末在繼電器系統(tǒng)上發(fā)展起來(lái)的，采用的是計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，最初主要用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算。隨著微電子技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，以及工業(yè)自動(dòng)化控制愈來(lái)愈高的需求，PLC無(wú)論在功能上、速度上、智能化模塊以及聯(lián)網(wǎng)通信上，都有很大的提高。現(xiàn)在的PLC已不只是開(kāi)關(guān)量控制，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了順序控制、邏輯控制的范圍，具備了模擬量控制、過(guò)程控制以及遠(yuǎn)程通信等強(qiáng)大功能。美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA）將其正式命名為可編程控制器（Programmable Controller），簡(jiǎn)稱PC，但是為了和個(gè)人計(jì)算機(jī)（Persona1 Computer）的簡(jiǎn)稱PC相區(qū)別，人們常常把可編程控制器仍簡(jiǎn)稱為PLC?？删幊炭刂破鞯漠a(chǎn)生和發(fā)展與繼電器控制系統(tǒng)有很大的關(guān)系，繼電器是一種用弱電信號(hào)控制強(qiáng)電信號(hào)的電磁開(kāi)關(guān)，但在復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，故障的查找和排除非常困難，不適應(yīng)于工藝要求發(fā)生變化的場(chǎng)合。由此，產(chǎn)生了可編程控制器，它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)，用面向控制過(guò)程、面向用戶的簡(jiǎn)單編程語(yǔ)句，適應(yīng)各種工業(yè)環(huán)境，其簡(jiǎn)單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制器，是當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一?？删幊炭刂破骶哂胸S富的輸入、輸出接口，并具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，但它的產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，其靈活標(biāo)準(zhǔn)的配置能夠適應(yīng)工業(yè)上的各種控制。在實(shí)際應(yīng)用中，其硬件可根據(jù)實(shí)際需要選用配置，其軟件則需要根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。其硬件結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)下圖5所示。圖5 PLC硬件結(jié)構(gòu)框圖PLC由于具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、配套齊全、功能完善，適用性強(qiáng)、易學(xué)易用、維護(hù)方便、容易改造、體積小、重量輕、能耗低、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建造工作量小等這些優(yōu)點(diǎn)。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、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。3.1.2 PLC的選型PLC選擇是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)：（1） 選擇合理的結(jié)構(gòu)型式，PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。整體式PLC的每一個(gè)I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)較小，一般用于系統(tǒng)工藝過(guò)程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便，在I/O點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。（2） 安裝方式的選擇，PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I/O式以及多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程I/O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程I/O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程I/O可以分散安裝在現(xiàn)場(chǎng)裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程I/O電源；多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。（3） 相應(yīng)的功能要求，一般小型（低檔）PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對(duì)于只需要開(kāi)關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。對(duì)于以開(kāi)關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔PLC。對(duì)于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價(jià)格較貴，一般用于大規(guī)模過(guò)程控制和集散控制系統(tǒng)等場(chǎng)合。（4） 響應(yīng)速度要求，PLC是為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的通用控制器，不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號(hào)有特殊的速度要求時(shí)，則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度，可選用具有高速I/O處理功能的PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。根據(jù)其控制的需要、PLC的選用要求和原則，本系統(tǒng)選用的是三菱FX2N系列的型號(hào)為FX2N-32MR的可編程控制器。該可編程控制器的I/O端口為32點(diǎn)，其輸入端口和輸出端口各為16點(diǎn)。由于FX2N系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊；FX2N系列是功能較強(qiáng)大的微PLC，I/O端口可擴(kuò)展到多達(dá)128點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用32點(diǎn)。3.2 變頻器的選擇本設(shè)計(jì)主要圍繞變頻器內(nèi)置PID的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)的，是實(shí)現(xiàn)恒壓供水最主要的器件，因此變頻器的選擇非常重要。3.2.1 變頻器的簡(jiǎn)介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。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交-直-交方式，為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源（DC），再把直流電源（DC）變換為頻率、電壓均可控制的交流電源（AC）以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的分類：按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開(kāi)關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。變頻器的控制方式主要有非智能控制方式和智能控制方式。在交流變頻器中使用的非智能控制方式有V/f協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。智能控制方式主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制等。變頻器主要作用：可調(diào)的運(yùn)行速度、控制電機(jī)的啟動(dòng)電流、啟動(dòng)時(shí)需要的功率更低、可控的加速功能、可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限、可逆運(yùn)行控制等。3.2.2 變頻器選型變頻器的選擇是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)：（1） 根據(jù)負(fù)載特性選擇變頻器。如負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載可選擇西門(mén)子MMV/MDV變頻器，ABB公司ACS400系列變頻器等；如負(fù)載為風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載可選擇西門(mén)子ECO、MM430變頻器，ABB公司ACS800系列變頻器、三菱FR-F740系列變頻器等。（2） 選擇變頻器時(shí)應(yīng)以實(shí)際電機(jī)電流值作為變頻器選擇的依據(jù)，電機(jī)的額定功率只能作為參考。另外，應(yīng)充分考慮變頻器的輸出的高次諧波，高次諧波會(huì)使電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率變差。因此，用變頻器給電動(dòng)機(jī)供電與用工頻電網(wǎng)供電相比較，電動(dòng)機(jī)的電流會(huì)增加10而溫升會(huì)增加20左右。所以在選擇電動(dòng)機(jī)和變頻器時(shí)，應(yīng)考慮到這種情況，適當(dāng)留有余量，以防止溫升過(guò)高，影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命。（3） 變頻器若要長(zhǎng)電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)應(yīng)該采取措施抑制長(zhǎng)電纜對(duì)地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。所以變頻器應(yīng)放大一、兩檔選擇或在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。（4） 當(dāng)變頻器用于控制并聯(lián)的幾臺(tái)電機(jī)時(shí)，一定要考慮變頻器到電動(dòng)機(jī)的電纜的長(zhǎng)度總和在變頻器的容許范圍內(nèi)。如果超過(guò)規(guī)定值，要放大一檔或兩檔來(lái)選擇變頻器。另外在此種情況下，變頻器的控制方式只能為V/F控制方式，并且變頻器無(wú)法實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)流、過(guò)載保護(hù)，此時(shí)需在每臺(tái)電動(dòng)機(jī)側(cè)加熔斷器來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。（5） 對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，如高環(huán)境溫度、高開(kāi)關(guān)頻率、高海拔高度等，此時(shí)會(huì)引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。（6） 使用變頻器控制高速電機(jī)時(shí)，由于高速電動(dòng)機(jī)的電抗小，會(huì)產(chǎn)生較多的高次諧波。而這些高次諧波會(huì)使變頻器的輸出電流值增加。因此，選擇用于高速電動(dòng)機(jī)的變頻器時(shí)，應(yīng)比普通電動(dòng)機(jī)的變頻器稍大一些。（7） 變頻器驅(qū)動(dòng)繞線式異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于繞線電動(dòng)機(jī)與普通的鼠籠電動(dòng)機(jī)相比，繞線電動(dòng)機(jī)繞組的阻抗小，因此，容易發(fā)生由于紋波電流而引起的過(guò)電流跳閘現(xiàn)象，所以應(yīng)選擇比通常容量稍大的變頻器。（8） 選擇變頻器時(shí)，一定要注意其防護(hù)等級(jí)是否與現(xiàn)場(chǎng)的情況相匹配。否則現(xiàn)場(chǎng)的灰塵、水汽會(huì)影響變頻器的長(zhǎng)久運(yùn)行。居于以上考慮，本設(shè)計(jì)選用三棱FR-F740-37K-CHT1變頻器。3.2.3 三棱FR-F740-37K-CHT1變頻器的介紹三棱FR-F740-37K-CHT1型變頻器在初始設(shè)定參數(shù)下：額定容量53.3kVA，3相額定電壓380480V，額定頻率50Hz/60Hz，額定電流6577A，過(guò)載能力110%、60s，120%、3s，40（反時(shí)限特性），允許的交流電壓波動(dòng)323528V（50Hz/60Hz），允許的頻率波動(dòng)5%、強(qiáng)制風(fēng)冷卻方式，開(kāi)放型（IPOO）保護(hù)結(jié)構(gòu)（JEM 1030）*8，大約23kg重。一般情況下，適用于37kW的異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，并且?guī)в蠵ID功能。詳細(xì)介紹請(qǐng)參考該變頻器的使用說(shuō)明書(shū)。（1） 主回路端子介紹（2） 控制回路端子介紹改變Pr.178Pr.196（輸入輸出端子功能選擇）參數(shù)值，可以選擇端子的功能。 輸入信號(hào)端子 輸出信號(hào)端子（3）通訊端子本設(shè)計(jì)用到該變頻器的控制回路端子：接入點(diǎn)輸入的RT、RES、AU、SD；頻率設(shè)定：2、4、5、10（10E）；輸出信號(hào)：A1、B1、C1。3.3 軟啟動(dòng)器的選擇軟啟動(dòng)器用于恒速泵的啟動(dòng)，降低電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的起動(dòng)電流，減少配電容量，避免增容投資；減少起動(dòng)應(yīng)力，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)及相關(guān)設(shè)備的使用壽命。3.3.1 軟啟動(dòng)器的簡(jiǎn)介軟起動(dòng)器是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，國(guó)外稱為Soft Starter。它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路運(yùn)用不同的方法，控制三相反并聯(lián)閘管的導(dǎo)通角，使被控電機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實(shí)現(xiàn)不同的功能軟起動(dòng)器特別適用于各種泵類負(fù)載或風(fēng)機(jī)類負(fù)載，需要軟起動(dòng)與軟停車的場(chǎng)合。同樣對(duì)于變負(fù)載工況、電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于輕載運(yùn)行，只有短時(shí)或瞬間處于重載場(chǎng)合，應(yīng)用軟起動(dòng)器則具有輕載節(jié)能的效果。軟啟動(dòng)的限流特性可有效限制浪涌電流，避免不必要的沖擊力矩以及對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的電流沖擊，有效地減少線路刀閘和接觸器的誤觸發(fā)動(dòng)作；對(duì)頻繁啟停的電動(dòng)機(jī)，可有效控制電動(dòng)機(jī)的溫升，大大延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的壽命。目前應(yīng)用較為廣泛、工程中常見(jiàn)軟啟動(dòng)器時(shí)晶閘管（SCR）軟啟動(dòng)。3.3.2 軟啟動(dòng)器的選型選用軟啟動(dòng)器應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1） 軟起動(dòng)器的選型首先要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電流和額定電壓。（2） 充分了解負(fù)載情況，按照正常負(fù)載、重載和超重載三種情況選擇和計(jì)算合適容量的軟起動(dòng)器。（3） 選擇軟起動(dòng)器不但要考慮負(fù)載狀況和負(fù)載類別，還需要考慮負(fù)載的連續(xù)性，起停頻率。負(fù)載較大或者起停頻率增加，必須選擇較大額定值產(chǎn)品。（4） 充分考慮環(huán)境因素對(duì)設(shè)備容量的影響，比如濕度、溫度、海拔、灰塵等等客觀因素。（5） 根據(jù)工藝設(shè)備情況選擇合理的運(yùn)行方案和參數(shù)調(diào)整，比如主回路接觸器，熱過(guò)載繼電器，快速熔斷器的配置等等。（6） 電網(wǎng)供電質(zhì)量好壞以及周圍是否并列運(yùn)行變頻器和無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，這種情況都會(huì)造成軟起動(dòng)器的不正常運(yùn)行，甚至損壞，在設(shè)計(jì)選型布置時(shí)需要注意?；谝陨系幕驹瓌t，本設(shè)計(jì)選用西普STR系列L型軟起動(dòng)器。3.3.3 西普STR系列L型軟起動(dòng)器的介紹STR系列L型數(shù)字式交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器是采用電力電子技術(shù)、微處理器技術(shù)及現(xiàn)代控制理論設(shè)計(jì)生產(chǎn)的具有當(dāng)今國(guó)際先進(jìn)水平的新型起動(dòng)設(shè)備。該產(chǎn)品能有效地限制異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流，可廣泛應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵、輸送類及壓縮機(jī)等負(fù)載，是傳統(tǒng)的星/三角轉(zhuǎn)換、自耦降壓、磁控降壓等降壓起動(dòng)設(shè)備的理想換代產(chǎn)品。其作用：降低電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，減少配電容量，避免增容投資；減少起動(dòng)應(yīng)力，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)及相關(guān)設(shè)備的使用壽命；多種起動(dòng)模式及寬范圍的電流、電壓等設(shè)定，可適應(yīng)多種負(fù)載情況。其特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：（1） 起動(dòng)方式：根據(jù)負(fù)載特點(diǎn)選擇不同的起動(dòng)模式及參數(shù)設(shè)置，可最大程度的使電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)最佳的起動(dòng)效果。（2） 高技術(shù)性能：由于采用了高性能微處理器及強(qiáng)大的軟件支持功能使控制電路得以簡(jiǎn)化，無(wú)需對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。即可獲得一致、準(zhǔn)確及快速的執(zhí)行速度。（3） 高可靠信：STR系列型軟起動(dòng)器所有電器元件均經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選，主控板經(jīng)過(guò)72小時(shí)高溫循環(huán)試驗(yàn)和振動(dòng)試驗(yàn)，從而保證了出廠產(chǎn)品的高可靠性。（4） 優(yōu)化的結(jié)構(gòu)：獨(dú)特緊湊的模塊化結(jié)構(gòu)及上進(jìn)線下出線的連接方式，控制板采用先進(jìn)的SMT貼片技術(shù)，體積更小，方便用戶的集成、成套。（5） 保護(hù)功能：STR系列型軟起動(dòng)器對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程有缺相、過(guò)載、過(guò)流及起動(dòng)時(shí)間超限等保護(hù)功能。（6） 額定輸出電流（功率設(shè)置）：當(dāng)軟起動(dòng)器標(biāo)稱功率比實(shí)際負(fù)載功率大時(shí)，可在一定范圍內(nèi)修改軟起動(dòng)器的實(shí)際輸出電流，使其和實(shí)際負(fù)載電流匹配，以保證軟起動(dòng)器的輸出功率和實(shí)際負(fù)載功率相匹配。STR系列的L型交流電動(dòng)機(jī)變頻器工作原理：STR系列電動(dòng)機(jī)變頻器采用三對(duì)反并聯(lián)的晶閘管連接到交流電機(jī)的定子回路上，利用晶閘管的電子開(kāi)關(guān)作用，通過(guò)微處理器控制其觸發(fā)角的變化來(lái)改變晶閘管的通斷程度，由此來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的輸入電壓的大小，以到達(dá)控制電機(jī)軟起動(dòng)的目的，當(dāng)起動(dòng)完成后，變頻器輸出達(dá)到進(jìn)線電壓，這時(shí)將通過(guò)旁路控制信號(hào)，自動(dòng)控制旁路接觸器KM吸合，將電機(jī)并入電網(wǎng)運(yùn)行，如下圖6所示：圖6 變頻器的工作原理STR系列型軟起動(dòng)器注意事項(xiàng)14：主電路接線注意事項(xiàng)：（1）STR系列型軟起動(dòng)器在起動(dòng)完成后無(wú)在線運(yùn)行功能，因此使用時(shí)必須配接旁路接觸器KM。（2）STR系列型軟起動(dòng)器在起動(dòng)完成并旁路接觸器投入運(yùn)行后，僅具備輸入電壓缺相保護(hù)功能，所以在使用時(shí)，電機(jī)側(cè)必須加裝熱繼電器或電機(jī)保護(hù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的保護(hù)。控制電路接線注意事項(xiàng)：（1）用戶在使用STR系列型軟起動(dòng)器時(shí)，如需遠(yuǎn)控操作或利用故障輸出端子作為報(bào)警信號(hào)可直接從外控端子上連接相應(yīng)的接線，用戶只需采用本機(jī)鍵盤(pán)操作，而不需采用外部信號(hào)控制電機(jī)的運(yùn)行，則相應(yīng)的外部端子不用接線。（2）STR系列型軟起動(dòng)器外部起動(dòng)、停車控制有兩種接，控制方式有三線控制和兩線控制兩種。該系統(tǒng)的軟啟動(dòng)器的接線（見(jiàn)附圖二）。系統(tǒng)采用三線控制，軟啟動(dòng)器的控制回路輸入RUN端口與PLC的恒速泵啟動(dòng)輸出端口相連，用于控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)；軟啟動(dòng)器的控制回路輸入STOP端口與PLC的恒速泵停止輸出端口相連，用于控制電動(dòng)機(jī)的停止；軟啟動(dòng)器故障輸出K12、K14端口分別PLC的故障輸入端口，用于恒速泵的故障監(jiān)視；接觸器KM1，當(dāng)電機(jī)的啟動(dòng)完成后，KM1的線圈得電，KM1主觸頭閉合，電機(jī)的啟動(dòng)完成并工頻運(yùn)行。3.4 其他主要器件的選擇3.4.1 壓力傳感器的選擇17根據(jù)本設(shè)計(jì)的原理和查閱電氣技師手冊(cè)，本設(shè)計(jì)選擇BS-604型壓力傳感器，其參數(shù)：測(cè)量形式及范圍：標(biāo)準(zhǔn)0-10Mpa，（0300Mpa內(nèi)用戶可指定）；接口尺寸：M201.5外螺紋（用戶可指定）；精度等級(jí)：0.1%、0.5%、0.2%；長(zhǎng)期穩(wěn)定性：小于0.25%FS/年，小于0.5%FS/年；供電電源：1536 VDC（標(biāo)定電壓24VDC）；輸出信號(hào)：420mA、05V；接線方式：三線制。3.4.2 離心泵、電動(dòng)機(jī)的選擇離心泵選用森淼三峰（SMSF）-DL型立式多級(jí)離心泵，型號(hào)100DL72-20，數(shù)量為2臺(tái)；參數(shù)：流量72m/h，揚(yáng)程80m，額定轉(zhuǎn)速為1450r/min，效率為72%。電動(dòng)機(jī)選用無(wú)錫銳龍電機(jī)有限公司的Y系列的Y200L-4，數(shù)量為2臺(tái)；參數(shù)：額定功率為30kW，額定轉(zhuǎn)速為1470r/min，額定電流為57A，工作電壓3/AC/380，三角形接線；滿載時(shí)效率=