恒壓供水系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　自從通用變頻器問世以來，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)

2、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。</p><p>　　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

3、進(jìn)行了詳細(xì)的討論。</p><p>　　關(guān)鍵詞：變頻器；恒壓供水；變頻調(diào)速；供水系統(tǒng)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀和應(yīng)用1</p><p>　　1.1變頻調(diào)速恒壓供水的應(yīng)用1</p><p>　　1.2變頻器恒壓供水產(chǎn)生的背景和

4、意義1</p><p>　　2 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)2</p><p>　　2.1供水系統(tǒng)的基本特性2</p><p>　　2.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理2</p><p>　　2.2.1系統(tǒng)的構(gòu)成2</p><p>　　2.2.2變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)原理3</p><p>

5、　　2.2.3變頻恒壓控制理論模型4</p><p>　　3 變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求6</p><p>　　3.2系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.3控制系統(tǒng)組成方框圖7</p><p>　　4 器件的選型及介紹14</p><p>

6、　　4.1 變頻器簡(jiǎn)介14</p><p>　　4.2 變頻器選型14</p><p>　　4.2.1 變頻器的控制方式14</p><p>　　4.2.2 變頻器容量的選擇15</p><p>　　4.2.3 變頻器主電路外圍設(shè)備選擇17</p><p>　　4.3 可編程控制器(PLC)19

7、</p><p>　　4.3.1 PLC的定義及特點(diǎn)19</p><p>　　4.3.2 PLC及壓力傳感器的選擇20</p><p>　　5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)21</p><p>　　5.1 PLC程序設(shè)計(jì)21</p><p>　　5.1.1 初始化子程序設(shè)計(jì)21</p><p>

8、;　　5.1.2 PID控制中斷子程序22</p><p>　　5.2 變頻器參數(shù)的設(shè)置24</p><p>　　5.2.1 參數(shù)復(fù)位24</p><p>　　5.2.2電機(jī)參數(shù)設(shè)置24</p><p><b>　　總 結(jié)26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)

9、27</b></p><p>　　1 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀和應(yīng)用</p><p>　　1.1變頻調(diào)速恒壓供水的應(yīng)用</p><p>　　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，供水量小時(shí)開一臺(tái)或兩臺(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

10、信號(hào)，通過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。</p><p>　　1.2變頻器恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義</p><p>　　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)行中需要大量消

11、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。我過泵站的特點(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)量上存在的一些問題等原因，至使在技術(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，大量的動(dòng)能消耗在水泵、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)大的比例。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

12、法是目前較為重要的一件事。</p><p>　　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)與一體。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，方便的實(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

13、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。</p><p>　　2 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)</p><p>　　2.1供水系統(tǒng)的基本特性</p><p>　　供水系統(tǒng)的基本特性是水泵在某一轉(zhuǎn)速下?lián)P程h與流量q之間的關(guān)系曲線f (q)，前提是供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變。揚(yáng)程特性所反映的是揚(yáng)程h與用水流量q之間的關(guān)系。由圖2.1的揚(yáng)程特性表明，流量q

14、越大，揚(yáng)程h越小。在閥門開度和水泵轉(zhuǎn)速都不變的情況下，流量q的大小主要取決于用戶的用水情況。管阻特性是以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?，閥門在某一開度下，揚(yáng)程h與流量q之間的關(guān)系h=f (q)。管阻特性反映了水泵轉(zhuǎn)動(dòng)的能量用來克服水泵系統(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2.1可知，在同一閥門開度下，揚(yáng)程h越大，流量q也越大，流量q的大小反映了系統(tǒng)的供水能力。 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)的平衡工作點(diǎn)

15、，如圖2.1中a點(diǎn)。在這一點(diǎn)，用戶的用水流量和供水系統(tǒng)的供水流量達(dá)到平衡狀態(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。當(dāng)用水流量和供水流量達(dá)到平衡時(shí)，揚(yáng)程ha穩(wěn)定，供水系統(tǒng)的壓力也保持恒定。</p><p>　　圖2.1 供水系統(tǒng)的基本特性</p><p>　　2.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理</p><p>　　2.2.1系統(tǒng)的構(gòu)成<

16、/p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)采用西門子的S7-200 plc作為控制器，變頻器MM440是頻率調(diào)節(jié)器，交流接觸器和電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，壓力傳感器作為控制的反饋元件。S7-200 plc選用內(nèi)部控制模塊CPU224，模擬量2路輸入通用模塊、模擬量2路輸出通用模塊和pid模塊CPU224有14路輸入/10路輸出，對(duì)于小型的控制系統(tǒng)而言夠用。pid模塊使用方便，在軟件中只需要配置pid的每個(gè)參數(shù)。 三相交流電

17、與MM440的電源輸入口連接，經(jīng)過變頻器變頻后的交流電接異步電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵轉(zhuǎn)動(dòng)。S7-200數(shù)字輸出口輸出控制信號(hào)到交流接觸器，交流接觸器兩端連接的是工頻或變頻的三相交流電，主要起接通或斷開三相交流電與異步電動(dòng)機(jī)。S7-200的模擬輸出口輸出控制電壓信號(hào)給MM440的模擬電壓輸入口ain1+和ain1-，該控制電壓主要調(diào)節(jié)交流電的頻率。壓力傳感器從供水網(wǎng)絡(luò)中反饋壓力信號(hào)，壓力信號(hào)經(jīng)過濾波放大后輸入給S7-200的模擬輸入口。

18、</p><p>　　2.2.2變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)原理</p><p>　　1.電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理</p><p>　　水泵電機(jī)多采用三相異步電動(dòng)機(jī)，而其轉(zhuǎn)速公式為： </p><p><b>　?。ǎǎ?(</b></p><p>　　式中：f表示電源頻率，p表示電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)

19、，s表示轉(zhuǎn)差率。</p><p>　　從上式可知，三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有：</p><p>　　(l) 改變電源頻率</p><p>　　(2) 改變電機(jī)極對(duì)數(shù)</p><p><b>　　(3) 改變轉(zhuǎn)差率</b></p><p>　　改變電機(jī)極對(duì)數(shù)調(diào)速的調(diào)控方式控制簡(jiǎn)單，投資省，節(jié)能效果顯

20、著，效率高，但需要專門的變極電機(jī)，是有級(jí)調(diào)速，而且級(jí)差比較大，即變速時(shí)轉(zhuǎn)速變化較大，轉(zhuǎn)矩也變化大，因此只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機(jī)器。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速為了保證其較大的調(diào)速范圍一般采用串級(jí)調(diào)速的方式，其最大優(yōu)點(diǎn)是它可以回收轉(zhuǎn)差功率，節(jié)能效果好，且調(diào)速性能也好，但由于線路過于復(fù)雜，增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗，且成本高而影響它的推廣價(jià)值。下面重點(diǎn)分析改變電源頻率調(diào)速的方法及特點(diǎn)。</p><p>　　根據(jù)公式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化

21、不大時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n基本上與電源頻率f成正比。連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，就可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。但是，單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行性能惡化。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，已出現(xiàn)了各種性能良好、工作可靠的變頻調(diào)速電源裝置，它們促進(jìn)了變頻調(diào)速的廣泛應(yīng)用。</p><p>　　2.變頻恒壓控制系統(tǒng)節(jié)能原理</p><p>　　供水系統(tǒng)的揚(yáng)程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤?，表明水?/p>

22、在某一轉(zhuǎn)速下?lián)P程H與流量Q之間的關(guān)系曲線，如圖2.1所示。由于在閥門開度和水泵轉(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Qu間的關(guān)系H=f(Qu)。而管阻特性是以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?，表明閥門在某一開度下?lián)P程H與流量Q之間的關(guān)系曲線，如圖2.1所示。管阻特性反映了水泵的能量用來克服泵系統(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。由于閥門開度的改變，實(shí)際上是改變了在某一揚(yáng)程下，供

23、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2.1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。</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動(dòng)機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成。通常由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且

24、把電機(jī)和水泵做成一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實(shí)現(xiàn)恒壓供水的。因此，供水系統(tǒng)變頻的實(shí)質(zhì)是異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的</p><p>　　2.2.3變頻恒壓控制理論模型</p><p>　　變頻恒壓控制系統(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</p><p>　

25、　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</p><p>　　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)，</p><p>　　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)定的供水壓力上從圖2.2中可以看出，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，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)過計(jì)算和轉(zhuǎn)換，計(jì)算出變頻器輸出頻

26、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)行過程中該過程將被重復(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。</p>

27、<p>　　從圖2-2中可以看出，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，如果實(shí)際供水壓力低于設(shè)定壓</p><p>　　力，控制系統(tǒng)將得到正的壓力差，這個(gè)差值經(jīng)過計(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</p><p>　　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</p><p>　　使

28、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)行過程中該過程將被重復(fù)，</p><p>　　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。</p><p>　　圖2.2變頻恒壓控制原理圖</p><p>　　

29、3 變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</p><p>　　本系統(tǒng)是以一個(gè)供水系統(tǒng)作為被控對(duì)象，PLC與變頻器協(xié)調(diào)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速與啟動(dòng)和停止。</p><p><b>　　控制要求：</b></p><p>　?。?）工藝參數(shù): 水泵流量：295 m3/h </p><

30、p>　　水泵出口壓力： 0.08Mpa </p><p>　?。?）水泵參數(shù)：型號(hào)：125H-13</p><p>　　額定流量：793 m3/h</p><p><b>　　揚(yáng)程：32.3 m</b></p><p>　　功率：80.3 KW</p><p>　　額定轉(zhuǎn)速：1450 r/m

31、in</p><p>　　配用電機(jī)功率：100KW</p><p>　?。?）電動(dòng)機(jī)參數(shù)：型號(hào)：JD-L-39-4</p><p><b>　　功率：100KW</b></p><p><b>　　額定頻率：50Hz</b></p><p>　　額定電壓：380VAC；<

32、;/p><p>　　額定轉(zhuǎn)速：1470 r/min</p><p>　　額定電流：188.2 A</p><p>　　（4）水泵電機(jī)的起動(dòng)/停止、正轉(zhuǎn)、調(diào)速控制。</p><p>　?。?）變頻器采用遠(yuǎn)方控制方式。</p><p>　?。?）變頻器的頻率由4—20mA電流信號(hào)控制。</p><p>

33、　　（7）變頻器的運(yùn)行狀態(tài)指示（如運(yùn)行、停止、過流、低壓等）。</p><p>　?。?）變頻器的報(bào)警處理。</p><p>　　3.2系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)主電路圖</p><p>　　主電路。如圖所示，接觸器KM1用于將電源接至變頻器的輸入端，KM2用于將變頻器的輸出端接至電動(dòng)機(jī)，KM3用于將工頻電源直接接至電

34、動(dòng)機(jī)，熱繼電器KR用于工頻運(yùn)行時(shí)的過載保護(hù)</p><p>　　3.3控制系統(tǒng)組成方框圖</p><p>　　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3.2所示：</p><p>　　該圖為簡(jiǎn)單的單泵控制系統(tǒng)。</p><p>　　圖3.2 恒壓供水系統(tǒng)示意

35、圖</p><p>　　PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器和現(xiàn)場(chǎng)的水泵機(jī)組一起組成一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的控制流程圖如圖3.1所示：</p><p>　　圖3.2變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程圖</p><p>　　從圖中可看出，系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)三大部分，具體為：</p><p>　

36、　(1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，其中由一臺(tái)變頻泵和兩臺(tái)工頻泵構(gòu)成，變頻泵是由變頻調(diào)速器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定；工頻泵只運(yùn)行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很大（變頻泵達(dá)到工頻運(yùn)行狀態(tài)都無法滿足用水要求時(shí)）的情況下投入工作。</p><p>　　(2) 信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測(cè)的信號(hào)包括管網(wǎng)水壓信

37、號(hào)、水池水位信號(hào)和報(bào)警信號(hào)。管網(wǎng)水壓信號(hào)反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號(hào)。此信號(hào)是模擬信號(hào)，讀入PLC時(shí)，需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。另外為加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，還需對(duì)供水的上限壓力和下限壓力用電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果可以送給PLC，作為數(shù)字量輸入；水池水位信號(hào)反映水泵的進(jìn)水水源是否充足。信號(hào)有效時(shí)，控制系統(tǒng)要對(duì)系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)控制，以防止水泵空抽而損壞電機(jī)和水泵。此信號(hào)來自安裝于水池中的液位傳感器；報(bào)警信號(hào)反映系統(tǒng)是否正常

38、運(yùn)行，水泵電機(jī)是否過載、變頻器是否有異常，該信號(hào)為開關(guān)量信號(hào)。</p><p>　　(3) 控制機(jī)構(gòu)：供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統(tǒng))、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分。供水控制器是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對(duì)系統(tǒng)中的壓力、液位、報(bào)警信號(hào)進(jìn)行采集，對(duì)來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即水泵

39、機(jī)組)進(jìn)行控制；變頻器是對(duì)水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元，其跟蹤供水控制器送來的控制信號(hào)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。</p><p>　　作為一個(gè)控制系統(tǒng)，報(bào)警是必不可少的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行，防止因電機(jī)過載、變頻器報(bào)警、電網(wǎng)過大波動(dòng)、供水水源中斷造成故障，因此系統(tǒng)必須要對(duì)各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由PLC判斷報(bào)警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作控制，

40、以免造成不必要的損失。</p><p>　　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)定的供水壓力上[10]。</p><p><b>　　圖3.3控制電路<

41、/b></p><p>　　當(dāng)鈕子開關(guān)S 為合上位置時(shí)為自動(dòng)啟動(dòng), 否則為手動(dòng)啟動(dòng)。當(dāng)水位為低水位H1時(shí)，表的壓力為設(shè)定的最低壓力值，指針指向SP1，下電接點(diǎn)SP1閉合；當(dāng)水位為高水位H2時(shí)，表的壓力為設(shè)定的最高壓力值，指針指向SP2，下電接點(diǎn)SP2閉合。自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)：合上QF ，當(dāng)水位為低水位H1時(shí)，到達(dá)表的壓力設(shè)定的最低壓力值，線圈KA1得電，同時(shí)KA1常開觸頭都閉合，線圈KM1得電，同時(shí)KM1主觸頭閉合

42、并且KM1常開觸頭閉合自鎖，KM1的常閉觸頭斷開，指示燈HL1亮，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)開始工作為水泵加壓。</p><p>　　若當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作5分鐘后水壓到達(dá)設(shè)置值，指針指向SP2，上限電接點(diǎn)SP2閉合，線圈KA2得電，同時(shí)KA2常開觸頭閉合自鎖，KA2常閉觸頭斷開，同時(shí)線圈KA1失電，KA1常開觸頭斷開，同時(shí)線圈KA2失電，KA2常開觸頭斷開，KA2常閉觸頭閉合，此時(shí)，時(shí)間繼電器KT1不得電，KT1常開延時(shí)觸頭仍斷開，

43、第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)不投入工作。</p><p>　　若當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作5分鐘后水壓未到達(dá)設(shè)置值，未指針指向SP2，指針仍指向SP1，線圈KA1仍電，KA1常開觸頭仍閉合，線圈KM1仍得電，指示燈HL1仍亮，同時(shí)依然KM1主觸頭閉合并且KM1常開觸頭閉合自鎖，KM1的常閉觸頭斷開，時(shí)間繼電器 6KT1通電延時(shí)動(dòng)作，KT1常開觸頭閉合，線圈KM2得電，同時(shí)KM2主觸頭閉合，KM2常開觸頭閉合自鎖，KM2常閉觸頭斷開，指示燈HL

44、2亮，第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)也投入工作此時(shí)，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)均開始工作。</p><p>　　若當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作20分鐘后水壓到達(dá)設(shè)置值，指針指向SP2，上限電接點(diǎn)SP2閉合，線圈KA2得電，同時(shí)KA2常開觸頭閉合自鎖，KA2常閉觸頭斷開，同時(shí)線圈KA1失電，KA1常開觸頭斷開，同時(shí)線圈KA2失電，KA2常開觸頭斷開，KA2常閉觸頭閉合，同時(shí)線圈KM2失電，同時(shí)KM2主觸頭斷開，KM2常開觸頭斷開，KM2常閉觸頭閉合，指示燈HL2滅

45、，此時(shí)，切除第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)；</p><p>　　若當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作20分鐘后水壓未到達(dá)設(shè)置值，未指針指向SP2，指針仍指向SP1，線圈KA1仍電，KA1常開觸頭仍閉合，線圈KM1仍得電，指示燈HL1仍亮，同時(shí)依然KM1主觸頭閉合并且KM1常開觸頭閉合自鎖，KM1的常閉觸頭斷開，時(shí)間繼電器KT2通電延時(shí)動(dòng)作，KT2常開延時(shí)觸頭閉合，線圈KA3得電，KA3常開觸頭閉合自鎖，KA3常閉觸頭斷開，KT2常閉延時(shí)觸頭斷開，同時(shí)

46、線圈KM1失電，同時(shí)KM1主觸頭斷開，KM1常開觸頭斷開，KM1常閉觸頭閉合，此時(shí)，切除第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，指示燈HL1滅，同時(shí)線圈KM2失電，同時(shí)KM2主觸頭斷開，KM2常開觸頭斷開，KM2常閉觸頭閉合，指示燈HL2滅，此時(shí)，切除第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)均停止工作，指示燈HL3滅。</p><p>　　手動(dòng)啟動(dòng)時(shí)：合上QF ，按下SB2啟動(dòng)按鈕，線圈KA1得電，同時(shí)KA1常開觸頭都閉合，線圈KM1得電，同時(shí)KM1主觸

47、頭閉合并且KM1常開觸頭閉合自鎖，KM1的常閉觸頭斷開，指示燈HL1亮，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)開始工作為水泵加壓。</p><p>　　若當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作5分鐘后水壓到達(dá)設(shè)置值，指針指向SP2，上限電接點(diǎn)SP2閉合，線圈KA2得電，同時(shí)KA2常開觸頭閉合自鎖，KA2常閉觸頭斷開，同時(shí)線圈KA1失電，KA1常開觸頭斷開，同時(shí)線圈KA2失電，KA2常開觸頭斷開，KA2常閉觸頭閉合，此時(shí)，時(shí)間繼電器KT1不得電，KT1常開延時(shí)觸頭仍

48、斷開，第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)不投入工作。</p><p>　　若當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作5分鐘后水壓未到達(dá)設(shè)置值，未指針指向SP2，指針仍指向SP1，線圈KA1仍電，KA1常開觸頭仍閉合，線圈KM1仍得電，指示燈HL1仍亮，同時(shí)依然KM1主觸頭閉合并且KM1常開觸頭閉合自鎖，KM1的常閉觸頭斷開，時(shí)間繼電器KT1通電延時(shí)動(dòng)作，KT1常開觸頭閉合，線圈KM2得電，同時(shí)KM2主觸頭閉合，KM2常開觸頭閉合自鎖，KM2常閉觸頭斷開，指示燈H

49、L2亮，第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)也投入工作此時(shí)，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)均開始工作；</p><p>　　若當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作20分鐘后水壓到達(dá)設(shè)置值，指針指向SP2，上限電接點(diǎn)SP2閉合，線圈KA2得電，同時(shí)KA2常開觸頭閉合自鎖，KA2常閉觸頭斷開，同時(shí)線圈KA1失電，KA1常開觸頭斷開，同時(shí)線圈KA2失電，KA2常開觸頭斷開，KA2常閉觸頭閉合，同時(shí)線圈KM2失電，同時(shí)KM2主觸頭斷開，KM2常開觸頭斷開，KM2常閉觸頭閉合，指示燈HL2

50、滅，此時(shí)，切除第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)；若當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作20分鐘后水壓未到達(dá)設(shè)置值，未指針指向SP2，指針仍指向SP1，線圈KA1仍電，KA1常開觸頭仍閉合，線圈KM1仍得電，指示燈HL1仍亮，同時(shí)依然KM1主觸頭閉合并且KM1常開觸頭閉合自鎖，KM1的常閉觸頭斷開，時(shí)間繼電器KT2通電延時(shí)動(dòng)作，KT2常開延時(shí)觸頭閉合，線圈KA3得電，KA3常開觸頭閉合自鎖，KA3常閉觸頭斷開，KT2常閉延時(shí)觸頭斷開，同時(shí)線圈KM1失電，同時(shí)KM1主觸頭斷開，KM1

51、常開觸頭斷開，KM1常閉觸頭閉合，此時(shí)，切除第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，指示燈HL1滅，同時(shí)線圈KM2失電，同時(shí)KM2主觸頭斷開，KM2常開觸頭斷開，KM2常閉觸頭閉合，指示燈HL2滅，此時(shí)，切除第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)均停止工作，指示燈</p><p>　　手動(dòng)啟動(dòng)時(shí)：合上QF ，按下SB2啟動(dòng)按鈕，線圈KA1得電，同時(shí)KA1常開觸頭都閉合，線圈KM1得電，同時(shí)KM1主觸頭閉合并且KM1常開觸頭閉合自鎖，KM1的常閉觸頭斷開

52、，指示燈HL1亮，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)開始工作為水泵加壓。</p><p>　　若當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作5分鐘后水壓到達(dá)設(shè)置值，指針指向SP2，上限電接點(diǎn)SP2閉合，線圈KA2得電，同時(shí)KA2常開觸頭閉合自鎖，KA2常閉觸頭斷開，同時(shí)線圈KA1失電，KA1常開觸頭斷開，同時(shí)線圈KA2失電，KA2常開觸頭斷開，KA2常閉觸頭閉合，此時(shí)，時(shí)間繼電器KT1不得電，KT1常開延時(shí)觸頭仍斷開，第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)不投入工作。</p>

53、<p>　　若當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作5分鐘后水壓未到達(dá)設(shè)置值，未指針指向SP2，指針仍指向SP1，線圈KA1仍電，KA1常開觸頭仍閉合，線圈KM1仍得電，指示燈HL1仍亮，同時(shí)依然KM1主觸頭閉合并且KM1常開觸頭閉合自鎖，KM1的常閉觸頭斷開，時(shí)間繼電器KT1通電延時(shí)動(dòng)作，KT1常開觸頭閉合，線圈KM2得電，同時(shí)KM2主觸頭閉合，KM2常開觸頭閉合自鎖，KM2常閉觸頭斷開，指示燈HL2亮，第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)也投入工作此時(shí)，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)均開始工

54、作；</p><p>　　若當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作20分鐘后水壓到達(dá)設(shè)置值，指針指向SP2，上限電接點(diǎn)SP2閉合，線圈KA2得電，同時(shí)KA2常開觸頭閉合自鎖，KA2常閉觸頭斷開，同時(shí)線圈KA1失電，KA1常開觸頭斷開，同時(shí)線圈KA2失電，KA2常開觸頭斷開，KA2常閉觸頭閉合，同時(shí)線圈KM2失電，同時(shí)KM2主觸頭斷開，KM2常開觸頭斷開，KM2常閉觸頭閉合，指示燈HL2滅，此時(shí)，切除第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)；若當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作20分鐘后水

55、壓未到達(dá)設(shè)置值，未指針指向SP2，指針仍指向SP1， 7線圈KA1仍電，KA1常開觸頭仍閉合，線圈KM1仍得電，指示燈HL1仍亮，同時(shí)依然KM1主觸頭閉合并且KM1常開觸頭閉合自鎖，KM1的常閉觸頭斷開，時(shí)間繼電器KT2通電延時(shí)動(dòng)作，KT2常開延時(shí)觸頭閉合，線圈KA3得電，KA3常開觸頭閉合自鎖，KA3常閉觸頭斷開，KT2常閉延時(shí)觸頭斷開，同時(shí)線圈KM1失電，同時(shí)KM1主觸頭斷開，KM1常開觸頭斷開，KM1常閉觸頭閉合，此時(shí)，切除第一臺(tái)

56、電動(dòng)機(jī)，指示燈HL1滅，同時(shí)線圈KM2失電，同時(shí)KM2主觸頭斷開，KM2常開觸頭斷開，KM2常閉觸頭閉合，指示燈HL2滅，此時(shí)，切除第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)均停止工作，指</p><p>　　高水位保護(hù)：若水壓超過高水位時(shí)，即表的壓力設(shè)定的最高壓力值，SL 浮球斷電器閉合，同時(shí)線圈KA3得電，KA3常開觸頭閉合自鎖，KA3常閉觸頭斷開，切除正在工作的電動(dòng)機(jī)，指示燈HL1滅，此時(shí)沒有任何電動(dòng)機(jī)工作。按下SB1停止按

57、鈕解除保高水位保護(hù)線圈KA3失電，KA3常開觸頭斷開，KA3常閉觸頭閉合，此時(shí)恢復(fù)到最初狀態(tài)。</p><p>　　4 器件的選型及介紹</p><p>　　4.1 變頻器簡(jiǎn)介</p><p>　　1、變頻器的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　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。變頻器包

58、括控制電路、整流電路、中間直流電路及逆變電路組成。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變成交流電。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說，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。 </p><p><b>　　2、變頻器的分類 </b></p><p>　　

59、變頻器的分類方法有多種，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。 </p><p>　　4.2 變頻器選型</p><

60、;p>　　4.2.1 變頻器的控制方式</p><p>　　控制方式是決定變頻器使用性能的關(guān)鍵所在。目前市場(chǎng)上低壓通用變頻器品牌很多，包括歐、美、日及國(guó)產(chǎn)的共約5O多種。選用變頻器時(shí)不要認(rèn)為檔次越高越好，其實(shí)只要按負(fù)載的特性，滿足使用要求就可，以便做到量才使用、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。下表中參數(shù)供選用時(shí)參考。</p><p>　　表4.1控制方式的比較</p><p>　

61、　故選擇U/f=C控制</p><p>　　4.2.2 變頻器容量的選擇</p><p>　　變頻器的容量直接關(guān)系到變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，因此，合理的容量將保證最優(yōu)的投資。變頻器的容量選擇在實(shí)際操作中存在很多誤區(qū)，這里給出了三種基本的容量選擇方法，它們之間互為補(bǔ)充。</p><p><b>　　1、從電流的角度：</b></p>

62、;<p>　　大多數(shù)變頻器容量可從三個(gè)角度表述：額定電流、可用電動(dòng)機(jī)功率和額定容量。其中后兩項(xiàng)，變頻器生產(chǎn)廠家由本國(guó)或本公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達(dá)變頻器的能力。</p><p>　　選擇變頻器時(shí)，只有變頻器的額定電流是一個(gè)反映半導(dǎo)體變頻裝置負(fù)載能力的關(guān)鍵量。負(fù)載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則。需要著重指出的是，確定變頻器容量前應(yīng)仔細(xì)了解設(shè)備

63、的工藝情況及電動(dòng)機(jī)參數(shù)，例如潛水電泵、繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的額定電流要大于普通籠形異步電動(dòng)機(jī)額定電流，冶金工業(yè)常用的輥道用電動(dòng)機(jī)不僅額定電流大很多，同時(shí)它允許短時(shí)處于堵轉(zhuǎn)工作狀態(tài)，且輥道傳動(dòng)大多是多電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。應(yīng)保證在無故障狀態(tài)下負(fù)載總電流均不允許超過變頻器的額定電流。 </p><p><b>　　2、從效率的角度：</b></p><p>　　系統(tǒng)效率等于變頻器效率與電

64、動(dòng)機(jī)效率的乘積，只有兩者都處在較高的效率下工作時(shí)，則系統(tǒng)效率才較高。從效率角度出發(fā)，在選用變頻器功率時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：</p><p>　?。?）變頻器功率值與電動(dòng)機(jī)功率值相當(dāng)時(shí)最合適，以利變頻器在高的效率值下運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　?。?）在變頻器的功率分級(jí)與電動(dòng)機(jī)功率分級(jí)不相同時(shí)，則變頻器的功率要盡可能接近電動(dòng)機(jī)的功率，但應(yīng)略大于電動(dòng)機(jī)的功率。</p><p&g

65、t;　　（3）當(dāng)電動(dòng)機(jī)屬頻繁起動(dòng)、制動(dòng)工作或處于重載起動(dòng)且較頻繁工作時(shí)，可選取大一級(jí)的變頻器，以利用變頻器長(zhǎng)期、安全地運(yùn)行。</p><p>　?。?）經(jīng)測(cè)試，電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率確實(shí)有富余，可以考慮選用功率小于電動(dòng)機(jī)功率的變頻器，但要注意瞬時(shí)峰值電流是否會(huì)造成過電流保護(hù)動(dòng)作。</p><p>　?。?）當(dāng)變頻器與電動(dòng)機(jī)功率不相同時(shí)，則必須相應(yīng)調(diào)整節(jié)能程序的設(shè)置，以利達(dá)到較高的節(jié)能效果。<

66、/p><p>　　3、從計(jì)算功率的角度：</p><p>　　對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器必須同時(shí)滿足以下3個(gè)計(jì)算公式：</p><p>　　(1)滿足負(fù)載輸出： Pcn≥Pm／η (4.1)</p><p>　　(2)滿足電動(dòng)機(jī)容量： Pcn≥√3KUeIe cosφ ×10

67、-3(4.2)</p><p>　　(3)滿足電動(dòng)機(jī)電流： Icn≥KIe(4.3)</p><p>　　式中Pcn為變頻器容量（單位kW），PM--負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率（單位kW），Ue為電動(dòng)機(jī)額定電壓（單位V），Ie為電動(dòng)機(jī)額定電流（單位A），η為電動(dòng)機(jī)效率（通常約為0．85），cosφ為電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)（通常約為0．75），k是電流波形補(bǔ)償系數(shù)（由于變頻器的輸出

68、波形并不是完全的正弦波，而含有高次諧波的成分，其電流應(yīng)有所增加，通常K約為1．05～1．1）。</p><p>　　將本系統(tǒng)參數(shù)帶入求得所取變頻器容量最低為88KW故取100KW，額定電流139.26A，故取150A。</p><p>　　根據(jù)計(jì)算所得的所需參數(shù)可以選取西門子MicroMaster430（風(fēng)機(jī)水泵專業(yè)）變頻器，具體的可以選擇MM430-110K型號(hào)的變頻器，他配接電機(jī)的容量

69、是110kw，額定電流為205A滿足使用需求，可以選擇。</p><p>　　4.2.3 變頻器主電路外圍設(shè)備選擇</p><p><b>　　1、斷路器</b></p><p>　　當(dāng)變頻器需要檢修時(shí)，或者因某種原因而長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)，將QF切斷，使變頻器與電源隔離。當(dāng)變頻器輸入側(cè)發(fā)生短路等故障時(shí)，進(jìn)行保護(hù)。</p><p&

70、gt;<b>　　選擇原則</b></p><p>　　(1)變頻器在剛接電源的瞬間，對(duì)電容器的充電電流可達(dá)額定電流的（2-3）倍；</p><p>　　(2)變頻器的進(jìn)線電流是脈沖電流，其峰值?？赡艹^額定電流；</p><p>　　(3)變頻器允許的過載能力為150%，1min。</p><p>　　為了避免誤動(dòng)作，

71、斷路器的額定電流應(yīng)選：</p><p><b>　　(4.4)</b></p><p>　　其中為變頻器的額定電流。故選擇斷路器額定電流選擇210A</p><p>　　根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以選擇斷路器DW15—400斷路器額定電壓為380V，額定電流為300滿足要求可以選擇。</p><p><b>　　2、接觸器

72、</b></p><p>　　(1)主要作用：可通過按鈕開關(guān)方便地控制變頻器的通電與斷電；變頻器發(fā)生故障時(shí)，可自動(dòng)切斷電源。</p><p><b>　　(2)選擇原則：</b></p><p>　　由于接觸器自身并無保護(hù)功能，不存在誤動(dòng)作的問題，故選擇原則是主觸點(diǎn)的額定電流，應(yīng)該大于126.6A,可以選擇主觸點(diǎn)額定電流為130A的

73、接觸器。</p><p>　　根據(jù)上述數(shù)據(jù)施奈德的LC1—D150，滿足參數(shù)要求，可以選擇</p><p><b>　　3、主電路的線徑</b></p><p>　　(1)電源和變頻器之間的導(dǎo)線</p><p>　　一般說來，和同容量普通電動(dòng)機(jī)的電線選擇方法相同。考慮到其輸入側(cè)的功率因數(shù)往往較低，應(yīng)本著宜大不宜小的原則來

74、決定線徑。</p><p>　　(2)變頻器和電機(jī)之間的導(dǎo)線</p><p>　　因?yàn)轭l率下降時(shí)，電壓也要下降，在電流相等的情況下，線路電壓降在輸出電壓中的比例將上升，而電動(dòng)機(jī)得到電壓的比例則下降。這有可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)帶不動(dòng)負(fù)載并發(fā)熱。所以，在決定變頻器和電動(dòng)機(jī)之間導(dǎo)線的線徑時(shí)，最關(guān)鍵的因素便是線路電壓降的影響。一般要求：</p><p><b>　　(4.

75、5)</b></p><p><b>　　的計(jì)算公式是：</b></p><p><b>　　(4.6)</b></p><p>　　式中：——額定相電壓，V ；</p><p>　　——電動(dòng)機(jī)額定電流，A ；</p><p>　　——單位長(zhǎng)度（每米）導(dǎo)線的電阻，

76、mΩ/m ；</p><p>　　——導(dǎo)線的長(zhǎng)度，m 。由上兩式可直接求出的取值范圍。根據(jù)Ro值確定導(dǎo)線面積。</p><p>　　由公式（4.5）得：～11.4）V</p><p>　　由公式（4.6）得：0.69 mΩ/m 1.04 mΩ/m</p><p>　　根據(jù)表3.1判斷所需的導(dǎo)線截面積，為了滿足控制系統(tǒng)的要求，應(yīng)該選擇截面積為1

77、6的導(dǎo)線。</p><p>　　表4.2 常用電動(dòng)機(jī)引出線的單位長(zhǎng)度電阻值。</p><p><b>　　4、制動(dòng)電阻</b></p><p>　　準(zhǔn)確計(jì)算制動(dòng)電阻值十分麻煩，在實(shí)際工作中基本不用。許多變頻器的使用說明書上給了一些計(jì)算方法，也有的直接提供了供用戶選用的制動(dòng)電阻的規(guī)格。但按說明書上選擇電阻時(shí)須注意下面問題，變頻器生產(chǎn)廠家為了減少

78、制動(dòng)電阻檔次，常常對(duì)若干種不同容量的電動(dòng)機(jī)提供相同阻值和容量的制動(dòng)電阻。選用時(shí)，應(yīng)注意根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的具體情況進(jìn)行調(diào)整。對(duì)同一擋中電動(dòng)機(jī)容量較小者，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值偏大。為了減小能量的消耗，應(yīng)根據(jù)制動(dòng)過程的緩急程度以及飛輪力矩的大小，考慮能否選擇阻值較大的制動(dòng)電阻。對(duì)同一擋中電動(dòng)機(jī)容量較大者，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值偏小。在一些飛輪力矩較大，又要求快速制動(dòng)的場(chǎng)合，或者如起重機(jī)械那樣，需要釋放位能的場(chǎng)合，上述制動(dòng)電阻有可能滿足不了要

79、求，靠考慮選擇阻值較小的一擋制動(dòng)電阻。</p><p>　　4.3 可編程控制器(PLC)</p><p>　　4.3.1 PLC的定義及特點(diǎn) 在PLC的發(fā)展過程中，美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA）經(jīng)過4年的調(diào)查，于1980年把這種新型的控制器正式命名為可編程序控制器（Programmable Controller），英文縮寫為PC，并作如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字式電子裝

80、置。它使用可編程序的存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)指令，并實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)和算術(shù)運(yùn)算功能，用來對(duì)各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。PLC的特點(diǎn)如下：</p><p>　　1、高可靠性(1)所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。(2)各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10~20ms.(3)各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。(4)采用性能優(yōu)良的開關(guān)電

81、源。(5)對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。(6)良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。(7)大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。2、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)，如： 交流或直流； 開關(guān)量或模擬量； 電壓或電流； 脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如： 按鈕 行程

82、開關(guān) 接近開關(guān) 傳感器及變送器 電磁線圈 控制閥直接連接。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; 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，等等。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C</p><p><b>　　4、編程簡(jiǎn)單易學(xué) </b></p><

83、;p>　　PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。</p><p>　　5、安裝簡(jiǎn)單，維修方便</p><p>　　PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)

84、行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。</p><p>　　4.3.2 PLC及壓力傳感器的選擇</p><p>　　水泵M1、M2、M3可變頻運(yùn)行，也可工頻運(yùn)行，需要6個(gè)輸出點(diǎn)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求需要五個(gè)輸入點(diǎn)，則選擇西門子的S7-200系列PLC。</p><p>　　壓力傳感器采用CY-Y

85、Z-1001型絕對(duì)傳感器。該傳感器采用硅壓阻效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量的力-電轉(zhuǎn)換。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)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(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。傳感器的量程為0～2.5MPa，工作溫度為5℃～60℃，輸出電壓為0～5V，作為本系統(tǒng)的反饋信號(hào)供給PLC。</p><p>

86、<b>　　5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1 PLC程序設(shè)計(jì)</p><p>　　PLC控制程序采用SIEMENS公司提供的STEP 7-MicroWIN-V40編程軟件開發(fā)。該軟件的SIMATIC指令集包含三種語言，即語句表(STL)語言、梯形圖(LAD)語言、功能塊圖(FWD)語言[14]。語句表(STL)語言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語言，特別適

87、合于來自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機(jī)器硬件的語言。梯形圖(LAD)語言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，是應(yīng)用最多的一種編程語言，與計(jì)算機(jī)語言相比，梯形圖可以看作是PLC的高級(jí)語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電氣工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)人員所接受，是初學(xué)者理想的編程工具。功能塊圖(FWD)的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似，功能塊圖中每個(gè)模塊有輸入和輸出端

88、，輸出和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或、非、異或邏輯運(yùn)算，模塊之間的連接方式與電路的連接方式基本相同。</p><p>　　PLC控制程序由一個(gè)主程序、若干子程序構(gòu)成，程序的編制在計(jì)算機(jī)上完成，編譯后通過PC/PPI 電纜把程序下載到PLC，控制任務(wù)的完成，是通過在RUN模式下主機(jī)循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　5.1.1 初始化子程序設(shè)計(jì)</p>&l

89、t;p>　　首先初始化變頻運(yùn)行的上下限頻率，在第二章水泵切換分析中已說明水泵變頻運(yùn)行的上下限頻率分別為50HZ和20HZ。假設(shè)所選變頻器的輸出頻率范圍為0~100HZ，則上下限給定值分別為16000和6400。在初始化PID控制的各參數(shù)（Kc、Ts、Ti、Td），各參數(shù)的取值將在下一節(jié)中詳細(xì)介紹。最后再設(shè)置定時(shí)中斷和中斷連接。具體程序梯形圖如圖5.1所示。</p><p>　　圖5.1 初始化子程序SBR_

90、0梯形圖</p><p>　　5.1.2 PID控制中斷子程序</p><p>　　首先將由AIW0輸入的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換，經(jīng)過PID運(yùn)算后，再將標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)化成輸出值，由AQW0輸出模擬信號(hào)。具體程序梯形圖如圖5.2所示。</p><p>　　圖5.2 PID控制中斷子程序INT_0梯形圖</p><p>　　5.2 變頻器參數(shù)的設(shè)置&

91、lt;/p><p>　　5.2.1 參數(shù)復(fù)位</p><p>　　1、P0003＝3(選擇級(jí)別為專家級(jí))</p><p>　　2、設(shè)定P0010＝30</p><p>　　3、設(shè)定P0970＝1（設(shè)定P0970＝1后變頻器將自動(dòng)進(jìn)入?yún)?shù)恢復(fù)程序，大約要10～20秒鐘后才能將所有參數(shù)恢復(fù)為出廠缺省值，恢復(fù)的過程中變頻器顯示P----字樣并閃爍。）

92、</p><p><b>　　4、顯示P0970</b></p><p><b>　　則復(fù)位操作完成</b></p><p>　　5.2.2電機(jī)參數(shù)設(shè)置</p><p>　　P0010=1 (快速調(diào)試)</p><p>　　P0100=0(功率單位為KW；f的缺省值為50Hz

93、)</p><p>　　P0304=380(電動(dòng)機(jī)的額定電壓)</p><p>　　P0305=126.6(電動(dòng)機(jī)的額定電)</p><p>　　P0307=75（電動(dòng)機(jī)的額定功率）</p><p>　　P0310=50(電動(dòng)機(jī)的額定頻率)</p><p>　　P0311=1470（電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速）</p>

94、;<p>　　P0700=2(變頻器命令源選擇為模入端子/數(shù)字輸入)</p><p>　　P1000=2(模擬設(shè)定值)</p><p>　　P1080=5(電動(dòng)機(jī)最小頻率)</p><p>　　P1082=50(電動(dòng)機(jī)最大頻率)</p><p>　　P1120=10（電動(dòng)機(jī)從靜止停車加速到最大電動(dòng)機(jī)頻率所需時(shí)間）</p&g

95、t;<p>　　P1121=10（電動(dòng)機(jī)從最大頻率減速到靜止停車所需的時(shí)間）</p><p>　　P3900=1(結(jié)束快速調(diào)試)</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　控制供水系統(tǒng)最終是為了滿足用戶的需要，此系統(tǒng)以變頻器與PLC為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)。PLC控制變頻器進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，同時(shí)變頻器輸出頻率值控制水泵

96、的轉(zhuǎn)速。按實(shí)際情況設(shè)定壓力給定值，根據(jù)壓力變送器的反饋信號(hào)與設(shè)定值的壓差調(diào)整水泵的工作情況，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。該系統(tǒng)可靠性高、效率高、節(jié)能效果好以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，更好的實(shí)現(xiàn)恒壓供水。因?qū)崿F(xiàn)了恒壓自動(dòng)控制，不需要操作人員頻繁操作，節(jié)省了人力，提高了供水質(zhì)量，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)無人值班，節(jié)約管理費(fèi)用。對(duì)整個(gè)供水過程來說，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性好，管理人員可根據(jù)每個(gè)季節(jié)的用水情況，選擇不同的壓力設(shè)定范圍，不但節(jié)約了用水，而且節(jié)約了電能，達(dá)到了更優(yōu)的

97、節(jié)能方式，實(shí)現(xiàn)供水的最優(yōu)化控制和穩(wěn)定性控制。</p><p>　　通過此次課設(shè)，將所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到了實(shí)際的設(shè)計(jì)中，是我對(duì)知識(shí)有了更深的了解，同時(shí)也提高了我們動(dòng)手動(dòng)腦的能力。其中遇到了很多問題，在此感謝老師與同學(xué)們的幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李良仁.變頻調(diào)速技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出

98、版社，2004.12：85-92</p><p>　　[2] 康梅，朱莉.變頻器使用指南.北京[M]：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.10：174-179</p><p>　　[3] 李白先，黃哲.變頻器使用技術(shù)與維修精要[M].北京：人民郵電出版社，2009.5：157-161</p><p>　　[4] 魏連榮.變頻器應(yīng)用技術(shù)及實(shí)例解析.北京[M]：化學(xué)工業(yè)出版社，2