樓宇恒壓供水控制系統(tǒng)設計

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渤海石油職業(yè)學院電氣自動化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文樓宇恒壓供水操縱系統(tǒng)設計學生姓名：閆忠全專業(yè)班級：09電氣2班指導教師：袁勇完稿日期：2012年3月20

目錄內(nèi)容摘要 3一、傳統(tǒng)供水系統(tǒng)的概況 4二、PLC、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)操縱原理 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、PLC、變頻恒壓供水系統(tǒng)方案的設計 91．恒壓供水系統(tǒng)的差不多構(gòu)成 92．恒壓供水的原理 113．系統(tǒng)功能 124．恒壓供水系統(tǒng)操縱分析 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) 147．設備的選擇 168．模擬供水系統(tǒng)擬定 219．電氣操縱系統(tǒng)設計 2110．PLC輸入輸出接線圖及程序 26四、故障處理的程序設計 29五、結(jié)束語 30參考文獻 31

樓宇恒壓供水操縱系統(tǒng)設計閆忠全【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進展?？茖W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)速恒壓供水設備開發(fā)成功后，通過多年的應用，技術(shù)上差不多成熟，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操縱難度專門大。進入90年代電力電子器件向著大容量、高頻率、響應快、低損耗的方向進展。作為應用現(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)新和推廣應用，使得交流異步電動機調(diào)速領域發(fā)生一場巨大的技術(shù)革命。目前自動恒壓供水系統(tǒng)應用的電動機調(diào)速裝置均采納交流變頻技術(shù)，而系統(tǒng)的操縱裝置采納PLC操縱器，因PLC不僅可實現(xiàn)泵組、閥門的邏輯操縱，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)、操縱點的實時監(jiān)控，并完成系統(tǒng)運行工況的CRT畫面顯示、故障報警及打印報表等功能。自動恒壓供水系統(tǒng)具有標準的通訊接口，可與都市供水系統(tǒng)的上位機聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)城區(qū)供水系統(tǒng)的優(yōu)化操縱，為都市供水系統(tǒng)提供了現(xiàn)代化的調(diào)度、治理、監(jiān)控及經(jīng)濟運行的手段。改造原有供水設備，充分發(fā)揮其社會效益的同時，最大限度的提高供水設備的經(jīng)濟效益。不但治理單位或部門比較重視，作為現(xiàn)代化企業(yè)更應該為此努力！【關(guān)鍵詞】樓宇自控系統(tǒng)生活給水樓宇自動化恒壓供水

一、傳統(tǒng)供水系統(tǒng)的概況隨著社會的迅速進展，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、水箱等儲水設施，而蓄水池中的水一般由自來水管網(wǎng)供給，如此，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加壓，造成大量電力資源的白費；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)的居民生活帶來專門大的不便；而且當供電線路停電時無法保持供水；特不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；關(guān)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的供應。圖1-1傳統(tǒng)供水系統(tǒng)原理圖二、PLC、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白費且效率低、可靠性差、自動化程度低等缺點，嚴峻阻礙了居民用水和工業(yè)用水。隨著變頻技術(shù)的進展和人們對生活飲用水要求的不斷提高，變頻調(diào)速恒壓供水系統(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)能夠?qū)崿F(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。在實際應用中如何充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設計變頻調(diào)速恒壓供水設備、降低成本、保證供水質(zhì)量等有著重要的意義。變頻調(diào)速恒壓供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設備的投入，運行的經(jīng)濟合理性，依舊系統(tǒng)的穩(wěn)定性、自動化程度等方面都具有專門大的優(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)操縱原理設備投入運行前，首先應設定設備的工作壓力等相關(guān)參數(shù)，設備運行時，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操縱系統(tǒng)，操縱系統(tǒng)將反饋回來的信號與設定壓力進行比較和運算，假如實際壓力比設定壓力低，則發(fā)出指令操縱水泵加速運行，假如實際壓力比設定壓力高，則操縱水泵減速運行，當達到設定壓力時，水泵就維持在該運行頻率上。當用水量不是專門大時，一臺泵在變頻器的操縱下穩(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，操縱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，這時壓力上限信號假如仍出現(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。假如一臺水泵連續(xù)運行時刻超過3小時，則切換下一臺水泵，如此能夠幸免某一臺水泵因長期工作時刻過長而降低壽命，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、(智能PID調(diào)節(jié)器)、壓力變送器、PLC操縱單元等部分組成，操縱系統(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操縱單元則是泵組治理的執(zhí)行設備，同時依舊變頻器的驅(qū)動操縱，依照用水量的實際變化，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)、電氣設備和機械設備的沖擊，延長電機設備的使用壽命。如圖2-1所示：圖2-1恒壓供水系統(tǒng)操縱原理框圖一智能PID調(diào)節(jié)器屬于PLC擴展模塊，能夠與AD\DA模塊一起使用，起到過程操縱模塊的效果，同時它的功能能夠被變頻器的某些功能代替，達到同樣的操縱效果，其操縱原理圖如圖2-2所示。圖2-2恒壓供水系統(tǒng)操縱原理框圖二2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。按需要設定供水壓力，依照管網(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，同一般的水塔供水設備相比，節(jié)能效果明顯。對電網(wǎng)沖擊小，愛護功能完善。消除了水泵電機直接起動時對電網(wǎng)的沖擊和干擾，同時設備操縱系統(tǒng)具有短路、過流、過壓、過載、欠壓、過熱等多種愛護功能，大大提高了工作效率，延長了水泵的使用壽命。人機界面觸摸面板操作，設計參數(shù)靈活方便。可靈活設定頻率下限、加速時刻、減速時刻、換泵時刻等各種工作參數(shù)，能夠顯示系統(tǒng)運行時刻，查找各種故障緣故。定時喚醒功能。由于系統(tǒng)是依照管網(wǎng)用水量的多少來決定投入運行水泵的臺數(shù)，因此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峻，而其它水泵因長期不使用而造成生銹，設定本功能后則可解決該問題。關(guān)于同流量的多臺水泵，為使各泵平均工作時刻相同，須設置定時換泵功能。在設定了定時換泵功能后，當一臺變量泵連續(xù)工作時刻超過設定值后，且有變量泵處于“休息”狀態(tài)，則變頻器自動切換啟動“休息”時刻最長的變量泵，并停止原變量泵，以保證各臺水泵運行時刻均等，延長水泵使用壽命。換泵時刻可任意設定。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，設備能夠自動啟動運行。（2）適用范圍:廣泛應用于居民區(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。綜合以上講述，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一臺或多臺水泵。用多臺水泵時會依照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要緊的區(qū)不就在于調(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，因此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)速遵循電機學的差不多關(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得到調(diào)節(jié)，這確實是變極調(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操縱線路的切換來完成，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，由因此正弦電動勢，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?，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操縱可操縱硅開通關(guān)斷時刻來調(diào)整附加電動勢的平均值即操縱轉(zhuǎn)子電路中的總電動勢，如此通過調(diào)節(jié)總電動勢來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流進而操縱電動機的轉(zhuǎn)速，這種調(diào)速方式適用于繞線式異步電機。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)嚴峻；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。4PLC、變頻恒壓供水系統(tǒng)異步電動機的調(diào)速依照方案一的公式，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，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。采納變頻電源供電構(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)操縱，可提高傳動系統(tǒng)的運行特性。通過操縱轉(zhuǎn)差率（n0-n）/n0，電機可獲得較理想的快速響應特性，一旦采納閉環(huán)操縱系統(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。要緊運行特點：實現(xiàn)電動機的無級調(diào)速，電動機的啟動電流小，即實現(xiàn)軟啟動，方便地進行加減速操縱。要緊用途：較大幅度地節(jié)約電能；使操縱傳動系統(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，確定方案采納PLC、變頻恒壓供水系統(tǒng)異步電動機的調(diào)速。三、PLC、變頻恒壓供水系統(tǒng)方案的設計1恒壓供水系統(tǒng)的差不多構(gòu)成恒壓供水泵站一般需要設多臺水泵及電機，這比設單臺水泵電機節(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確信是白費的，電機選小了用水量大時供水量則相應的會不足。而且水泵與電機維修的時候，備用泵是必要的。而恒壓供水的要緊目標是保持管網(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，那么這確實是要用變頻器為水泵電機供電。在此那個地點有兩種配置方案，一種是為每一臺水泵電機配一臺相應的變頻器，從解決問題方案那個比較簡單和方便，電機與變頻器間不須切換，然而從經(jīng)費的角度來看的話如此比較昂貴。另一種方案則是數(shù)臺電機配一臺變頻器，變頻器與電機間能夠切換的，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)速由變頻器操縱，實現(xiàn)變流量恒壓操縱。壓力傳感器檢測管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)樽冾l器可同意的模擬量信號。變頻器同意反饋信號后，依照給定信號和反饋信號的比值，進行PID調(diào)節(jié)來操縱自身的輸出頻率，從而對水泵進行速度操縱。操縱系統(tǒng)的工作原理：變頻調(diào)速恒壓供水操縱最終是通過調(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，應取電流信號以消除因線路壓降而引起的誤差。通常取4～20mA，以利于區(qū)不零信號（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）。壓力變送器一般選取在離出水口較遠的地點，否則容易引起系統(tǒng)振蕩。（2）遠傳壓力表遠傳壓力表的差不多結(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愛護器，在變頻器的操縱下穩(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，操縱器的壓力下限信號與變頻器的高速信號同時被PLC檢測到，變頻器通過操縱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操縱1#變量泵與管道壓力變送器構(gòu)成閉環(huán)操縱系統(tǒng)，當變頻器運行到全速而反饋壓力仍達不到設定值時，變頻器首先降速到頻率設定值，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，查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）手動工頻操縱方式當轉(zhuǎn)換開關(guān)打到手動位置時，現(xiàn)在為工頻運行，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。該操縱方式一般用于當變頻器出現(xiàn)問題時使用。（2）自動變頻操縱方式當轉(zhuǎn)換開關(guān)打到自動位置時，現(xiàn)在將投入自動變頻操縱方式，變頻器依照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，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)操縱，系統(tǒng)參數(shù)在實際運行中調(diào)整，使系統(tǒng)操縱響應趨于完整。（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)專用設置了能夠使水泵暫停工作的“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))。當水壓接著升高時將停止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)設置?！靶菝叽_認時刻”用參數(shù)設置，當變頻器的輸出頻率低于休眠值的時刻如小于休眠時刻td時，即td＜tn時變頻器接著工作，當td＞tn時變頻器將進入休眠狀態(tài)?！皢拘阎怠庇晒┧畨毫ο孪迒?，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_認時刻”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RS232或485接口，PLC可選用三菱的FX0n，計算機能夠與一套或多套系統(tǒng)進行通訊.利用計算機同時能夠監(jiān)測：電流、電壓、頻率、轉(zhuǎn)速、壓力等也能夠操縱變頻器的各類參數(shù)。4恒壓供水系統(tǒng)操縱分析水泵出口壓力恒定操縱，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)末端壓力恒定操縱，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，所需壓力進行恒壓操縱，達到最節(jié)能的要求。操縱方式的選擇，要結(jié)合供水規(guī)模，供水對象，設備費用，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。水泵出口恒壓操縱，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)采納廣泛。水泵轉(zhuǎn)速變化幅度一般調(diào)在（80%~100%）n，n為水泵每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，單位r/min，因為那個范圍內(nèi)機組和電控設備的總效率比較高。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過程操縱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，變頻器操縱可編程操縱器軟啟動1#泵，現(xiàn)在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時（Qmax為兩臺水泵全部工頻運行時的最大流量），可編程操縱器CPU依照依照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Q在1/3Qmax<Q<Q<Qmax時，可編程操縱器發(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，現(xiàn)在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操縱系統(tǒng)保證（1）工頻/變頻操縱方式的轉(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備檢修維護等緣故而造成無法供水的現(xiàn)象，要求操縱系統(tǒng)必須設立手動工頻操作方式，一般采納轉(zhuǎn)換開關(guān)或組合開關(guān)作為選擇操作設備。（2）自動運行即每一臺泵具有變頻自動恒壓操縱功能，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）手動運行當壓力傳感器故障或變頻器故障時，為確保用水，每臺泵可分不以手動工頻方式運行。將轉(zhuǎn)換開關(guān)打到“工頻”檔位，操作人員能夠依照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、變頻器等均不參加操縱，因此，從技術(shù)角度上來講，該方式無法保障出水管網(wǎng)壓力值的恒定，因此必須有人監(jiān)守。該方式要緊供設備故障檢修時使用。5水泵的轉(zhuǎn)速與其揚程H、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刻內(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。依照流體力學原理可知，當水泵的轉(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%流量Q%揚程H%軸功率P%501001001001004590908172.94080806451.23570704934.33060603621.62550502512.5依照水泵的揚程H、流量Q及功率與水泵轉(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)①要緊技術(shù)參數(shù)：主回路電源：三相五線制。380V+10%。操縱回路電壓：220V②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)動操縱，或單獨用手動方式軟啟運行。1#泵在變頻器操縱下，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，當供水壓力接著不足達到工頻時切換變頻啟動運行于自動恒壓供水方式下。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）變頻器的要緊調(diào)試參數(shù)變頻器在投入運行后的調(diào)試是保證系統(tǒng)達到最佳運行狀態(tài)的必要手段。變頻器依照負載的轉(zhuǎn)動慣量的大小，在啟動和停止電機時所需的時刻不相同，設定時刻過短會導致變頻器在加速時過電流、在減速時過電壓愛護；設定時刻過長會導致變頻器在調(diào)速運行時使系統(tǒng)變得調(diào)節(jié)緩慢，反應遲滯，應變能力差，系統(tǒng)易處在短期不穩(wěn)定狀態(tài)中。為了變頻器不跳閘愛護，現(xiàn)場使用當中的許多變頻器加減速時刻的設置過長，它所帶來的問題專門容易被設備外表的正常而掩蓋，然而變頻器達不到最佳運行狀態(tài)。因此現(xiàn)場使用時要依照所驅(qū)動的負載性質(zhì)不同，測試出負載的同意最短加減速時刻，進行設定。關(guān)于水泵電機，加減速時刻的選擇在0.2-20秒之間。如表3-2所示：表3-2變頻器的參數(shù)表序號功能代碼功能名稱設置值備注1071選擇電動機操縱模式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使用電動機的設定161=1，162=1，163=1依照系統(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依照水泵設定8175壓力指令0.36依照實際需要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依照實際11179下限壓力/MPa0.34依照實際12002選擇1速頻率的設定方法1使指令與反饋不沖突13630輸入端子D11定義選擇1正轉(zhuǎn)指令“FR”14631輸入端子D12定義選擇5空轉(zhuǎn)指令“MBS”使用講明：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，當壓力接著升高，二號泵改為工頻運行。HL0HL2HL4和HL1HL3HL5分不為兩臺水泵工頻和變頻運行的指示燈，當水泵過載時，熱繼電器能愛護電機不被燒壞，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ABB得電磁流量計，既能檢測出瞬時流量，又能檢測累計流量，該流量計還能夠與上位機組態(tài)進行遠程抄表。7設備的選擇7.1設備選擇原則在恒壓供水設計時應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類型給水衛(wèi)生器具用水標準/（m3/人日）小時變化系數(shù)1僅有給水龍頭0.04～0.082.5～2.02有給水衛(wèi)生器具，但無淋浴設備0.085～0.132.5～2.03有給水衛(wèi)生器具，并有淋浴設備0.13～0.192.5～1.84有給水衛(wèi)生器具，并有淋浴設備和集中熱水供應0.17～0.252.0～1.6表3-4供水規(guī)模換算表戶數(shù)用水標準/（m3/人日）00.25201.802.603.504.40302.603.905.306.60403.505.307.008.80554.807.209.6012.00756.609.8013.1016.401008.8013.1017.5021.9015013.1019.7026.3032.8020017.6026.3035.0043.8025021.9032.8043.8054.7035026.3039.4052.5065.6040035.0052.5070.0087.5045039.4059.0078.7098.4050043.8065.6087.50109.4060052.5078.80105.00131.3070061.3091.90122.50153.1080070.00105.00140.00175.00100087.50131.30175.00218.80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/kW12XN2450DL12-12x233.73040DL12-12x22.22.23650DL12-12x2334540DL12-12x2336040DL12-12x24424XN4050DL12-12x25.55.56050DL12-12x27.57.58050DL12-12x2111110050DL12-12x2111132XN3065DL12-12x25.55.54565DL12-12x27.57.56065DL12-12x211117565DL12-12x215159065DL12-12x2151510565DL12-12x218.518.536XN4065DL12-12x27.57.56065DL12-12x211118065DL12-12x2151510065DL12-12x218.518.512065DL12-12x2222250XN4080DL12-12x211116080DL12-12x215158080DL12-12x218.518.510080DL12-12x2222212080DL12-12x23030100XN40100DL218.518.560100DL3303080100DL43737100100DL54545120100DL65555設定供水壓力經(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)設計還應遵循以下原則：（1）蓄水池容量應大于每小時最大供水量（2）水泵揚程應大于供水高度（3）水泵流量總和應大于實際最大供水量7.2水泵的選擇（1）依照表3-3確定用水量標準為0.19m3（2）依照表3-4確定沒小時最大用水量為43.8m3（3）依照7層樓高度可確定設置供水壓力值為0.36MPa。（4）依照表3-5確定水泵型號為50LG24-20x2共2臺，水泵自帶電動機功率為5.5KW7.3PLC的選擇當輸入信號電路采納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)采納的是三菱可編程序操縱器FX0n系列，I/O點數(shù)為40點，F(xiàn)X0n系列PLC是一種卡片大小的PLC，適合在小型環(huán)境中進行操縱。它具有卓越的性能、串行通訊功能以及緊湊的尺寸，這使得它們能用在往常常規(guī)PLC無法安裝的地點。三菱PLC編程采納FXGPWIN軟件,提供三種編程語言，分不為梯形圖、指令表、SFC狀態(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)采納開關(guān)量的輸入/輸出來操縱電機的啟停、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操縱。其硬件配置如下型號I/0點數(shù)差不多指令執(zhí)行時刻功能指令模擬模塊量通信FX0N24～1281.6～3.6μs55有較強7.4變頻器的選擇變頻器選用三菱SAMCO-vm05系列變頻器。通過變頻器面板設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（4～20mA）接至變頻器端子的IRF端，作為壓力反饋，變頻器依照壓力給定和實測壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速。SWS操縱基板，該信號進PLC，作為工頻切換的操縱信息，由PLC操縱水泵的工頻或變頻運行。變頻操縱系統(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。改傳感器采納硅壓阻效應原理實現(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0～2.5MPa，工作溫度為5℃～60℃，供電電源為7.6電氣元件表其他元器件的選擇如表3-6所示：表3-6電氣元件表序號符號名稱單位數(shù)量技術(shù)參數(shù)1QF1、QF2空氣開關(guān)個22RNB變頻器臺1三菱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)采納變頻恒壓供水方案；（2）變頻器及水泵選擇；（3）操縱電路設計；（4）安裝調(diào)試講明。9電氣操縱系統(tǒng)設計9.1主電路圖的設計在硬件系統(tǒng)設計中，采納一臺變頻器連接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、變頻器的過流過載愛護接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)大機的額定電流來確定。關(guān)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)電機的過流過載愛護接通，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。圖3-3主電路電氣操縱系統(tǒng)接線原理圖及講明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.操縱回路端子的接線應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.由于操縱回路的頻率信號是微小信號，因此在接點輸入場合，為了防止接觸不良，微小信號接點應使用兩個并聯(lián)接點或合用雙生接點。4.操縱回路的接線建議選用0.3mm2-0.75mm2的電纜。圖3-4電氣操縱系統(tǒng)接線原理圖9.2操縱電路操縱PLC要緊是用于實現(xiàn)變頻恒壓供水系統(tǒng)的自動操縱，要完成以下功能：自動操縱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/自動操縱功能，手動只在應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)操縱電路圖。圖中SA為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打在1的位置為手動操縱狀態(tài)；打在2的狀態(tài)為自動操縱狀態(tài)。手動運行時，可用按鈕SB1~SB6操縱兩臺水泵的啟/停；自動運行時，系統(tǒng)在PLC程序操縱下運行。如圖3-5所示：圖3-5操縱電路圖9.3其他設備的外圍接線圖（1）PLC外圍接線圖圖3-6PLC外圍接線圖（2）變頻器的外圍接線圖圖3-7變頻器接線圖（3）壓力傳感器接線圖圖3-8壓力傳感器的接線圖10PLC輸入輸出接線圖及程序（1）PLCI/O表依照設計任務列出PLC的輸入輸出表，如表3-7所示：表3-7PLC輸入輸出分