裝配圖變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的研究

裝配圖變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的研究,裝配,變頻,供水,控制系統(tǒng),研究,鉆研 中國(guó)石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的 研究 學(xué)習(xí)中心： 重慶信息工程專修學(xué)院奧鵬學(xué)習(xí)中 心 年級(jí)專業(yè)： 0409 級(jí) 電氣工程及自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 羅亨強(qiáng) 學(xué) 號(hào)： 0451480255 指導(dǎo)教師： 韓亞軍 職 稱： 講師 導(dǎo)師單位： 重慶信息工程專修學(xué)院 中 國(guó) 石 油 大 學(xué) （ 華 東 ） 遠(yuǎn) 程 與 繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院 論文完成時(shí)間： 年 月 日 中國(guó)石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 發(fā)給學(xué)員 羅亨強(qiáng) 1．設(shè)計(jì)(論文)題目： 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的研究 2．學(xué)生完成設(shè)計(jì)(論文)期限： 年 月 日至 年 月 日 3．設(shè)計(jì)(論文)課題要求： 本系統(tǒng)采用變頻恒壓技術(shù)方案。此系統(tǒng)由單臺(tái)變頻控制 2 臺(tái) 3KW 水泵， 全自動(dòng)無人值守工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)供水設(shè)備的自動(dòng)控制，應(yīng)用變頻器實(shí) 現(xiàn)恒壓供水；同時(shí)保留手動(dòng)控制的功能。設(shè)計(jì)原理嚴(yán)格按照變頻恒壓供 水系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)方案設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照學(xué)校規(guī)定編排格式。 4．實(shí)驗(yàn)（變頻器實(shí)驗(yàn)室）部分要求內(nèi)容： 在學(xué)校規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，利用所學(xué)的知識(shí)及軟件設(shè)計(jì)圖形和提出論點(diǎn)。用 變頻器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)所得結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證，保證了結(jié)論的正確性． 5．文獻(xiàn)查閱要求： 充分利用了課余時(shí)間到圖書館查閱相關(guān)資料，如（變頻技術(shù)）等。結(jié)合 可編程控制技術(shù)、變頻控制技術(shù)、電機(jī)泵組控制技術(shù)的新型機(jī)電一體化 供水裝置,通過 PLC/PID 解決控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。從而取得較 好的控制效果。 6．發(fā) 出 日 期： 年 月 日 7．學(xué)員完成日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 學(xué) 生 簽 名： i 摘 要 供水工程往往成為高層建筑或工礦企業(yè)和小型企業(yè)中最重要的基礎(chǔ) 設(shè)施之一。任何時(shí)候都能提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、合格的水質(zhì)是 對(duì)給水系統(tǒng)提出的基本要求。就目前而言，多數(shù)工業(yè)、生活供水系統(tǒng)都 采用水塔、層頂水箱等作為基本儲(chǔ)水設(shè)備，由一級(jí)或二級(jí)水泵從地下市 政水管供給。因此，如何建立一個(gè)可靠安全、又易于維護(hù)的供水系統(tǒng)是 值得我們研究的課題。本文將研究和介紹利用 PLC/PID/單片機(jī)等來檢 測(cè)它的水位狀況，結(jié)合可編程控制技術(shù)、變頻控制技術(shù)、電機(jī)泵組控制 技術(shù)的新型機(jī)電一體化供水裝置,通過 PLC/PID 解決控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 和準(zhǔn)確性。從而取得較好的控制效果。 關(guān)鍵詞：PLC 變頻控制/恒壓供水 恒壓測(cè)試 目 錄 摘 要 ................................................................................................................i 目 錄……………………………………………………………………………………ii 第 1 章 前言 ..................................................................................................1 第 2 章 變頻恒壓供水工作原理 ..................................................................2 第 3 章 變頻恒壓供水系統(tǒng)技術(shù)方案 ........................................................4 3.1 系統(tǒng)介紹 ................................................................................................4 3.2 PLC 功能 .............................................................................................4 3.2.1 控制信號(hào)采集 ...............................................................................4 3.2.2 被自動(dòng)控制的工作對(duì)象 .................................................................4 第 4 章 建筑給水系統(tǒng)超壓出流的實(shí)測(cè)分析 ..............................................6 4.1 測(cè)試對(duì)象 ................................................................................................6 4.2 測(cè)試裝置 ..............................................................................................6 4.3 測(cè)試內(nèi)容和方法 ................................................................................7 4.3.1 測(cè)試點(diǎn)和測(cè)試時(shí)間 .......................................................................7 4.3.2 測(cè)試方法 .......................................................................................7 4.4 普通水龍頭半開狀態(tài) ..........................................................................7 4.5 節(jié)水龍頭半開狀態(tài) ..............................................................................8 4.6 結(jié)語(yǔ) ......................................................................................................8 第 5 章 變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ............................................................10 5.1 變頻恒壓供水技術(shù)概述 ....................................................................10 5.1.1 系統(tǒng)構(gòu)成與控制方式選擇 .........................................................10 5.1.2 各條件下供水具體控制方式 .....................................................11 5.2 實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ................................................................................12 5.2.1 實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)考慮的其他因素 .......................................................12 5.2.2 管網(wǎng)水壓控制點(diǎn)的選擇 .................................................................13 5.3 抗干擾問題 ......................................................................................13 5.4 故障時(shí)的問題 .......................................................................................13 第 6 章 專用變頻器在恒壓供水裝置中的應(yīng)用 ........................................15 6.1 回顧 ....................................................................................................15 6.2 變頻控制恒壓供水控制方式 ............................................................16 6.2.1 邏輯電子電路控制方式 .............................................................16 6.2.2 單片微機(jī)電路控制方式 .............................................................17 6.2.3 新型變頻調(diào)速供水設(shè)備 ...........................................................18 第 7 章 PLC 控制 變頻器恒壓供水系統(tǒng) ....................................................21 7.1 概述 ....................................................................................................21 7.2 控制系統(tǒng)構(gòu)成 ....................................................................................21 7.3 PLC 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 ............................................................................22 7.4 恒壓供水的控制原理 ........................................................................23 7.5 相關(guān)控制功能實(shí)現(xiàn) ............................................................................25 7.6.1 運(yùn)行效果分析 ...............................................................................26 7.6.2 高效節(jié)能 .....................................................................................27 7.7 提高自動(dòng)化水平 ................................................................................27 第 8 章 小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng) ................................................................28 8.1 概述 ....................................................................................................28 8.2 變頻節(jié)能理論 ....................................................................................28 8.2.1 交流電機(jī)變頻調(diào)速原理 .............................................................28 8.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)及控制參數(shù)選擇 ................................................29 8.3.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)組成 ...............................................................29 8.3.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的參數(shù)選取 .................................................30 8.4 變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) ................................................................30 第 9 章 結(jié)論 ................................................................................................33 致謝 ................................................................................................................34 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................35 1 第 1 章 前言 為了使用戶用水的多少是經(jīng)常變動(dòng)的，因此供水不足或供水過剩的 情況時(shí)有發(fā)生。而用水和供水的平衡集中反映在供水的壓力上，即用水 多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則壓力大。保持供水壓力的 恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時(shí)用水也多，用水少時(shí) 用水也少，從而提高了供水的質(zhì)量。 恒壓供水是指在供水網(wǎng)中用水量發(fā)生變化的時(shí)候，出口壓力保持不 變的供水方式。供水網(wǎng)系出口壓力值是根據(jù)用戶需求確定的。傳統(tǒng)的恒 壓供水方式是采用水塔、高位水箱、氣壓管等設(shè)施實(shí)現(xiàn)的。隨著變頻調(diào) 速技術(shù)的日益成熟和廣泛應(yīng)用，利用內(nèi)部包含有 PID 調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、 PLC 等器件有機(jī)結(jié)合的供水專用變頻器，構(gòu)成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸 出流量，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。 此外,這次課程設(shè)計(jì)對(duì)我還有以下意義: (1) 通過這次課程設(shè)計(jì)，加深對(duì) PLC 等理論方面的理解。 (2) 了解和掌握 PLC 應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)過程、方法及實(shí)現(xiàn)，為 以后設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) PLC 應(yīng)用系統(tǒng)打下良好基礎(chǔ)。 (3) 通過簡(jiǎn)單的課題設(shè)計(jì)練習(xí)，了解必須提交的各項(xiàng)工程文件，也 達(dá)到鞏固、充實(shí)和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的目的。 2 第 2 章 變頻恒壓供水工作原理 全自動(dòng)變頻調(diào)速供水設(shè)備是應(yīng)用先進(jìn)的現(xiàn)代控制理論，結(jié)合可編程 控制技術(shù)、變頻控制技術(shù)、電機(jī)泵組控制技術(shù)的新型機(jī)電一體化供水裝 置。該設(shè)備通過安裝在水泵出水總管上的遠(yuǎn)傳壓力表（內(nèi)為一滑動(dòng)電阻） ，將出口壓力轉(zhuǎn)換成 0-5V 電壓信號(hào)，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換模塊將模擬電壓信號(hào) 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并送入可編程序控制器，經(jīng)可編程內(nèi)部 PID 運(yùn)算，得出一 調(diào)節(jié)參量并將該參量送入 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)數(shù)摸轉(zhuǎn)換后將得出模擬量傳 送變頻器，進(jìn)而控制其輸出頻率的變化。設(shè)備采用多泵并聯(lián)的供水方式， 用戶用水量的大小決定了投入運(yùn)行的水泵的數(shù)量，當(dāng)用水量較小時(shí)，單 臺(tái)泵變頻工作，當(dāng)用水量增加，水泵運(yùn)行頻率隨之增加，如達(dá)到水泵額 定輸出功率仍無法滿足用戶供水要求時(shí)，該泵自動(dòng)轉(zhuǎn)換成工頻運(yùn)行狀態(tài)， 并變頻啟動(dòng)下一臺(tái)水泵。反之，當(dāng)用水量減少，則降低水泵運(yùn)行頻率直 至設(shè)定下限運(yùn)行頻率，如供水量仍大于用水量，則自動(dòng)停止工頻運(yùn)行泵 同時(shí)變頻泵轉(zhuǎn)速增加。當(dāng)用水量降至某一程度時(shí)（如夜間用水很少時(shí)） ， 變頻主泵停止工作，改由輔泵及小型氣壓罐供水。節(jié)能運(yùn)行：變頻恒壓 供水控制器采用最新微電腦設(shè)計(jì)處理器設(shè)計(jì)制造配備液晶中文顯示,參 數(shù)顯示、設(shè)定就一目了然了。產(chǎn)品特點(diǎn)： (1)外部接線簡(jiǎn)單:用戶只需通過菜單設(shè)置，即可使控制器適用于不同的 供水控制系統(tǒng)；無需改變復(fù)雜的外部接線。 (2)可靠性:由于控制器已將各種功能模塊集成于內(nèi)部，外部配件少， 、 進(jìn)一步降低了整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的機(jī)會(huì)。 (3)調(diào)試簡(jiǎn)單方便:豐富而完美的漢字提示。使一般的操作人員無需經(jīng)過 復(fù)雜的培訓(xùn)，也能對(duì)各種操作應(yīng)用自如。 (4)系統(tǒng)功能完善:與目前國(guó)內(nèi)同類設(shè)備比較，本設(shè)備更顯示出其獨(dú)特的 優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)備工作現(xiàn)場(chǎng)，工程人員可根據(jù)泵組的實(shí)際情況在顯示下，隨 時(shí)改變各種控制參數(shù)，由于保證泵組處于最優(yōu)化的運(yùn)行狀態(tài)。 (5)控制精度高本控制程序中所有的模擬量均為數(shù)碼處理。改良的 PID 數(shù)字控制系統(tǒng)能夠避免一般 PID 死區(qū)（對(duì)水泵控制而言）所帶來的控制 誤差,使系統(tǒng)的供水壓力更加穩(wěn)定。 (6)睡眠功能的最新應(yīng)用可使機(jī)組在每天的零流量的區(qū)域中自動(dòng)啟、停， 間歇型的供水方式,使節(jié)電效果更佳。 (7)控制功能先進(jìn)控制系統(tǒng)可在漢字顯示屏上明確顯示其工頻、變頻、 轉(zhuǎn)換的運(yùn)行工況。 (8)維修簡(jiǎn)單方便獨(dú)有的系統(tǒng)故障檢測(cè)、明確的故障部位（中文）提示, 使工程人員能夠清楚地了解故障所在,幫助維修人員檢查故障發(fā)生的部 位的部位和原因。 4 第 3 章 變頻恒壓供水系統(tǒng)技術(shù)方案 3.1 系統(tǒng)介紹 本系統(tǒng)變頻恒壓供水系統(tǒng)技術(shù)方案。此系統(tǒng)由單臺(tái)變頻控制 2 臺(tái) 3KW 水泵，全自動(dòng)無人值守工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)供水設(shè)備的自動(dòng)控制，應(yīng) 用變頻器實(shí)現(xiàn)恒壓供水；同時(shí)保留手動(dòng)控制的功能。本系統(tǒng)正常時(shí)為兩 泵輪作，每隔 12 小時(shí)輪流切換主泵一次。變頻器的功能變頻器接收 PID 信號(hào)，控制水泵，通過改變輸出頻率調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到恒 壓供水的目的。同時(shí)達(dá)到節(jié)能的目的。根據(jù)出水口壓力及設(shè)定壓力的偏 差，輸出模擬量控制變頻器輸出頻率， 使其出水口壓力保持恒定。 3.2 PLC 功能 3.2.1 控制信號(hào)采集 a)根據(jù)控制信號(hào)啟動(dòng)/停止整個(gè)系統(tǒng)； b)2 臺(tái)水泵接向變頻的開關(guān) 量； 3.2.2 被自動(dòng)控制的工作對(duì)象 a)2 臺(tái)水泵電機(jī)接向變頻或工頻的開關(guān)量控制； b)變頻器的啟停開 關(guān)量控制 c)切換供水泵數(shù)量；d)故障信號(hào)指示；e)在定時(shí)切換水泵； 3.3 控制功能 3.3.1 自動(dòng)控制 自動(dòng)控制的技術(shù)依據(jù)： a)水泵機(jī)組的開和停根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的管網(wǎng) 壓力和時(shí)間；b)變頻器的輸出頻率根據(jù)輸出壓力；c)控制方法：PLC 設(shè) 定為自動(dòng)控制時(shí)的控制方式。設(shè)有自動(dòng)運(yùn)行時(shí)的總啟動(dòng)停止按鈕，還能 設(shè)定如下參數(shù)： 1）時(shí)間設(shè)定為每 12 小時(shí)輪流切換泵一次，保證每臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)間相 同； 2）出水壓力設(shè)定；自動(dòng)控制是根據(jù)總出水壓力來控制變頻器的輸出頻 率，當(dāng)變頻器輸出頻率達(dá)到最大值（50HZ）時(shí)，1 號(hào)泵自動(dòng)跳開變頻切 入工頻，同時(shí)變頻切入啟動(dòng) 2 號(hào)臺(tái)泵并維持在恒定壓力的轉(zhuǎn)速。同理當(dāng) 2 號(hào)泵的變頻器輸出頻率達(dá)到最小值(20HZ)時(shí)，變頻自動(dòng)切斷第 2 號(hào)泵 使其停止運(yùn)行并切換回對(duì) 1 號(hào)泵的控制。當(dāng) 12 小時(shí)后系統(tǒng)會(huì)使 1 號(hào)自 由滑停同時(shí)由變頻控制的 2 號(hào)泵頻率上升，達(dá)到 50HZ 時(shí)再將 2 號(hào)泵跳 開切入工頻，變頻器切入控制并啟動(dòng) 1 號(hào)泵并完成輪作切換過程。以此 類推來保證每臺(tái)相同的運(yùn)行時(shí)間。當(dāng)系統(tǒng)工作在運(yùn)行最低峰時(shí)（即管網(wǎng) 水流量為 0 時(shí)）變頻器將輸出頻率最小值(20HZ)來維持管網(wǎng)恒定壓力， 此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)幾乎不消耗能源，所以本系統(tǒng)又具有十分優(yōu)良的節(jié)能效果。 3.3.2 手動(dòng)控制 當(dāng)變頻器或 PLC 發(fā)生故障時(shí)，可切換到手動(dòng)控制方式分別啟動(dòng)/停 止每臺(tái)泵。 （備注：每次切換時(shí)間為一分鐘左右，此時(shí)管壓會(huì)出現(xiàn)微幅 波動(dòng)。建議切換時(shí)間為工作低峰時(shí)段或每 24 小時(shí)切換一次） 6 第 4 章 建筑給水系統(tǒng)超壓出流的實(shí)測(cè)分析 超壓出流是指給水配件前的靜水壓大于流出水頭，其流量大于額定 流量的現(xiàn)象，兩流量的差值為超壓出流量，這部分流量未產(chǎn)生正常的使 用效益，且其流失又不易被人們察覺和認(rèn)識(shí)，屬“隱形”水量浪費(fèi)。此 外，超壓出流會(huì)帶來如下危害：①由于水壓過大，龍頭開啟時(shí)水成射流 噴濺，影響人們使用；②超壓出流破壞了給水流量的正常分配。③易產(chǎn) 生噪音、水擊及管道振動(dòng)，使閥門和給水龍頭等使用壽命縮短，并可能 引起管道連接處松動(dòng)、漏水甚至損壞，加劇了水的浪費(fèi)。為了解建筑給 水系統(tǒng)超壓出流現(xiàn)狀，筆者對(duì)此進(jìn)行了實(shí)測(cè)分析。 4.1 測(cè)試對(duì)象 選擇 11 棟不同高度和不同供水類型的建筑作為測(cè)試對(duì)象，其中多 層建筑 3 棟，均為外網(wǎng)直接供水；高層建筑 8 棟，一般均分為 2 個(gè)區(qū)， 低區(qū)由外網(wǎng)供水，高區(qū)由水泵、高位水箱聯(lián)合供水或由變頻調(diào)速泵供水， 有的樓層住戶支管上設(shè)有減壓閥。通過對(duì)目前建筑中普遍配置的螺旋升 降式鑄鐵水龍頭(以下簡(jiǎn)稱“普通水龍頭”)和陶瓷片密封水嘴(以下簡(jiǎn) 稱“節(jié)水龍頭”)使用時(shí)的壓力和流量進(jìn)行測(cè)試，了解建筑給水系統(tǒng)超 壓出流現(xiàn)狀。 4.2 測(cè)試裝置 由于測(cè)試是在已投入使用的建筑中進(jìn)行，為不妨礙用戶的正常用 水，采用了圖 1 所示的試驗(yàn)裝置，即用塑料軟管與一新安裝的試驗(yàn)用水 龍頭相連，試驗(yàn)用水龍頭前安裝壓力表，測(cè)試時(shí)只需將軟管的另一端與 原水龍頭緊密相連即可。測(cè)試采用 φ15 普通水龍頭和節(jié)水龍頭各 1 個(gè)； 天津市星光儀表廠 Y—100 型壓力表(測(cè)量范圍為 0～0.6MPa，最小刻度 為 0.01 MPa)及附件兩套；φ15 塑料軟管、1000mL 量筒、 秒表、三通、 管箍等管件若干個(gè)。 4.3 測(cè)試內(nèi)容和方法 4.3.1 測(cè)試點(diǎn)和測(cè)試時(shí)間 對(duì)每個(gè)樓體中測(cè)試點(diǎn)的選擇一般為：從第一層開始隔層入戶測(cè)試 (但實(shí)測(cè)中因有的住戶家中無人，測(cè)點(diǎn)有所變化)，測(cè)試點(diǎn)水源為室內(nèi)已 有污水盆水龍頭或洗滌盆水龍頭出水。測(cè)試時(shí)間為上午 9：00～10：30。 測(cè)試建筑內(nèi)普通水龍頭和節(jié)水龍頭在半開、全開狀態(tài)下的出流量及相應(yīng) 的動(dòng)壓和靜壓值。 4.3.2 測(cè)試方法 (1)流量測(cè)定 采用體積法測(cè)定流量，測(cè)試時(shí)水源水龍頭全開，測(cè)試用水龍頭分為半開 和全開兩種狀態(tài)。記錄普通水龍頭和節(jié)水龍頭在兩種開啟狀態(tài)下水的出 流時(shí)間 t 及相應(yīng)的出流量 V。每個(gè)測(cè)點(diǎn)在同一開啟狀態(tài)下測(cè)三次，取三 次的平均值作為此狀態(tài)下的最終測(cè)定值。 (2) 壓力測(cè)定 在每次測(cè)試用水龍頭開啟前讀壓力表值，此值為該測(cè)點(diǎn)靜壓值；測(cè)試用 水龍頭開啟后，在記錄流量的同時(shí)記錄壓力表讀數(shù)，此值為該狀態(tài)下的 動(dòng)壓值(工作壓力)。 4.4 普通水龍頭半開狀態(tài) 《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ15—88)中規(guī)定：污水盆水龍頭當(dāng)配 水支管管徑為 15mm、開啟度為 1/2(半開狀態(tài))時(shí)，額定流量為 0.2L/s。根據(jù)上述規(guī)定，對(duì) 67 個(gè)用水點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，有 37 個(gè)測(cè)試點(diǎn)的流量超過此標(biāo)準(zhǔn)(超標(biāo)率達(dá) 55%)。 4.5 節(jié)水龍頭半開狀態(tài) 節(jié)水龍頭與普通水龍頭相比，在管徑、水壓相同時(shí)的全開、半開流 量均小于后者。節(jié)水龍頭雖然出流量小但水流急，在較小流量下就可滿 足人們的用水需求，因而節(jié)水龍頭的額定流量應(yīng)小于普通水龍頭的額定 流量。結(jié)合現(xiàn)行的和送審的《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中的充氣水龍頭 和單閥龍頭的額定流量范圍，筆者認(rèn)為應(yīng)將 0.15L/s 作為節(jié)水龍頭額定 流量的參考值，以此作為判別現(xiàn)有建筑水龍頭是否超壓出流以及新建建 筑采取控制超壓出流措施的依據(jù)。 由圖 3 可見，節(jié)水龍頭出流量為 0.15L/s 時(shí)對(duì)應(yīng)的工作壓力為 0.08MPa，其與普通水龍頭出流量為 0.2L/s 時(shí)對(duì)應(yīng)的工作壓力 (0.06～0.07MPa)非常相近，這進(jìn)一步說明將 0.15L/s 作為節(jié)水龍頭額 定流量的參考值是比較合理的。 節(jié)水龍頭以半開狀態(tài)并以流量為 0.15L/s 作為其額定流量時(shí)，實(shí)測(cè)中有 41 個(gè)測(cè)試點(diǎn)的流量超標(biāo)(超標(biāo)率達(dá) 61%)。 4.6 結(jié)語(yǔ) 從測(cè)試結(jié)果可以看出，普通水龍頭和節(jié)水龍頭的超壓出流率分別為 55% 和 61%，實(shí)際上水龍頭出流量的超標(biāo)率要大于以上數(shù)值。以普通水龍頭 為例，有的水龍頭(如洗手盆)的額定流量不是 0.2L/s 而是 0.15L/s； 有的水龍頭額定流量雖是 0.2L/s，但要求的開啟度 不是 1/2 而是 3/4 或全開(全開狀態(tài)下有 60 個(gè)測(cè)試點(diǎn)的出流量超過 0.2L/s)，這樣就使得 水龍頭出流量的實(shí)際超標(biāo)率遠(yuǎn)大于 55%。 測(cè)試中普通水龍頭半開時(shí)的最大流量為 0.42L/s，全開時(shí)最大流量為 0.72L/s；節(jié)水龍頭半開和全開時(shí)最大流量分別為 0.29L/s 和 0.46L/s。不論是普通水龍頭還是節(jié)水龍頭，在半開狀態(tài)時(shí)最大出流量 約為額定流量的 2 倍；在全開狀態(tài)時(shí)最大出流量約為額定流量的 3 倍以 上。綜上所述，在現(xiàn)有建筑中水龍頭的超壓出流現(xiàn)象是普遍存在而且是 比較嚴(yán)重的，由此造成的“隱形”水量浪費(fèi)是不容忽視的，必須采取措 施加以解決。 10 第 5 章 變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5.1 變頻恒壓供水技術(shù)概述 變頻恒壓供水技術(shù)是 80 年代后期發(fā)展起來的，主要用于樓宇高層 的加壓供水，具有水壓恒定、水質(zhì)好、占地小、無高位水箱、噪音小、 節(jié)能等一系列優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)水泵的軟起動(dòng)，減小水泵起動(dòng)時(shí)的沖 擊電流，使水泵的使用壽命延長(zhǎng)，在調(diào)節(jié)水泵流量時(shí)，可以節(jié)約可觀的 能量。 5.1.1 系統(tǒng)構(gòu)成與控制方式選擇 針對(duì)給定的條件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由于各泵容量相等，可只用一個(gè) 變頻器，額定功率稍大于或等于泵的額定功率。由于變頻器的價(jià)格較高， 因此不建議使用變頻器的雙余度備份，但可在保護(hù)和故障容錯(cuò)中做一定 投資，以更好地保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。控制器件與控制方案選擇如下： 現(xiàn)階段使用較多的控制器件為：微處理器（單片機(jī)或 DSP） 、PLC 或?qū)Ｓ?變頻器。專用變頻器的主要生產(chǎn)廠商有三菱、ABB 等公司。不同的控制 裝置在控制的原理上基本是一樣的，主要有 PID 調(diào)節(jié)器、變頻/工頻自 動(dòng)切換、水網(wǎng)壓力檢測(cè)環(huán)節(jié)等，通過圖 5 所示連接而組成供水系統(tǒng)。為 了保持供水管道的壓力恒定，就必須實(shí)時(shí)檢測(cè)管道壓力并回饋給供水控 制器，使其構(gòu)成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)。現(xiàn)在最常用的控制器是以 PID 調(diào)節(jié) 為主要手段，也有的采用了模糊控制等現(xiàn)代控制理論方法。 變頻調(diào)速供水的恒壓值一般選用最不利點(diǎn)（管端）恒壓控制比較準(zhǔn) 確，但該壓力信號(hào)傳輸距離太長(zhǎng)，一方面容易受到干擾，另一方面也容 易出現(xiàn)故障，因此在用戶對(duì)供水精度要求不很高時(shí)，常以出水母管出口 處壓力作為恒壓值進(jìn)行控制。對(duì)于專用變頻器，由壓力傳感器檢測(cè)到的 管網(wǎng)壓力直接送入變頻器中的 PID 調(diào)節(jié)器輸入口；對(duì)微處理器（包括 PLC）控制的系統(tǒng)，壓力設(shè)定值以及用戶管網(wǎng)壓力檢測(cè)值則送入微處理 器中，經(jīng)內(nèi)部 PID 控制程序的計(jì)算，輸給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)，當(dāng) 變頻器頻率達(dá)到最大時(shí)，若仍沒有達(dá)到壓力設(shè)定值，就進(jìn)行變頻/工頻 切換，同時(shí)重新給變頻器輸出一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。壓力檢測(cè)值與壓力給 定值差距越大，該輸出信號(hào)變化就越大。一旦管網(wǎng)壓力達(dá)到了設(shè)定值， 該輸出控制信號(hào)就恒定下來，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。在專用變頻器中，壓力給 定值可以通過變頻器輸入設(shè)定，也可以通過電位器送入；而微處理器控 制系統(tǒng)的壓力給定值也可通過相應(yīng)的裝置輸入。允許用戶在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置 PID 參數(shù)，通過調(diào)試選出最佳參數(shù)，達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定。一般情況下，PID 方式的調(diào)節(jié)器就能夠滿足供水管壓力的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。然而，這種類型的閉 環(huán)系統(tǒng)也存在著一些難以解決的問題，比如在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程中， 水泵電機(jī)會(huì)出現(xiàn)速度超調(diào)甚至不穩(wěn)定的現(xiàn)象，對(duì)整個(gè)的供水設(shè)備具有很 大的破壞性，還會(huì)減小整個(gè)系統(tǒng)的效率。這些問題只能通過選定最優(yōu)的 PID 參數(shù)或修改 PID 算法來解決。在此不作詳細(xì)的分析。 5.1.2 各條件下供水具體控制方式 (1) 恒壓供水的起動(dòng)與停機(jī)： 在水泵出口母管處裝設(shè)壓力變送器和流量變送器，將壓力和流量信 號(hào)送入控制器，控制器將接收到的信號(hào)進(jìn)行比較、運(yùn)算，并發(fā)出指令， 對(duì)變頻器進(jìn)行控制。如果檢測(cè)得管網(wǎng)壓力大于設(shè)定值，則系統(tǒng)不起動(dòng)， 當(dāng)管網(wǎng)壓力小于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)起動(dòng)。變頻器帶 1＃泵軟起動(dòng),此時(shí) 1＃ 泵處于變頻調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)，變頻器根據(jù)收到的信號(hào)隨時(shí)調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速。 當(dāng) 1＃泵達(dá)到額定轉(zhuǎn)速仍不能滿足水壓值要求時(shí)，則該水泵自動(dòng)切換到 工頻狀態(tài)下運(yùn)行，變頻器則控制 2＃水泵，使之軟起動(dòng)并運(yùn)行。依此類 推，直到管網(wǎng)壓力滿足壓力設(shè)定要求。在用水高峰過后，由于投入多臺(tái) 泵而使管網(wǎng)壓力超過設(shè)定值，系統(tǒng)依據(jù)先投先停的原則，依次停止 1＃ 泵，2＃泵，…。先投先?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)泵的平均使用，有利于延長(zhǎng) 泵的使用壽命。對(duì)于所有泵的起停控制，完全由管網(wǎng)壓力決定。 (2) 休眠控制： 在夜間用水量非常少的情況下，為了節(jié)能，可以設(shè)置可以使水泵暫 停工作的休眠狀態(tài)。在管網(wǎng)壓力允許的條件下，當(dāng)變頻器輸出頻率低于 某下限頻率時(shí)，變頻器停止輸出。當(dāng)管網(wǎng)壓力小于下限設(shè)定時(shí)，再喚醒 變頻器使之重新開始工作。 5.2 實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5.2.1 實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)考慮的其他因素 對(duì)于實(shí)際系統(tǒng)來說，四臺(tái)等容量的供水泵并不是特別合理。在選 取水泵時(shí)，應(yīng)考慮在幾乎所有工況下都能使工作中的水泵處于高效率工 作區(qū)間，因此，在夜間或需水量非常少的工況下工作的水泵可選一個(gè)比 其他容量都小的。同時(shí)，如果該系統(tǒng)是針對(duì)實(shí)際供水而設(shè)計(jì)的話，則應(yīng) 該同時(shí)考慮樓宇泵房中所需要的另兩種泵：深井泵與污水泵，顯然那樣 的話系統(tǒng)會(huì)比現(xiàn)在的復(fù)雜一些。主要由于絕大多數(shù)城市都不允許直接從 市政管網(wǎng)吸水，因此采用變頻調(diào)速恒壓供水方式時(shí)仍然需要設(shè)置調(diào)節(jié)水 池。在調(diào)節(jié)池中應(yīng)安裝液深傳感器以檢測(cè)液面高度。當(dāng)水池液面下降到 一定高度時(shí)，為了保證消防用水，就需停止水泵運(yùn)行，這個(gè)高度就是消 防水位。只有當(dāng)水池液面達(dá)到設(shè)定水位時(shí)才能恢復(fù)正常供水。 污水泵控制：一般泵房都漏水，因此有集污池。在集污池中安裝液位控 制器，當(dāng)污水池液面達(dá)到排污高度時(shí)，自動(dòng)起動(dòng)排污泵，排完污水后自 動(dòng)停止排污泵。 5.2.2 管網(wǎng)水壓控制點(diǎn)的選擇 在本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，為了減少成本及增加可靠性而采用了泵口 恒壓方式，只能對(duì)由水量變化而引起的水泵剩余揚(yáng)程進(jìn)行監(jiān)控，它不包 含管網(wǎng)阻力下降而產(chǎn)生的剩余揚(yáng)程；若采用最不利點(diǎn)恒壓控制方法，則 水泵的調(diào)速幅度同時(shí)決定于上述兩個(gè)變化因素，使水泵調(diào)速后的揚(yáng)程與 管網(wǎng)阻力特性曲線更好地符合，以獲得最佳的節(jié)能效果。在實(shí)際工程中， 較現(xiàn)實(shí)的做法是在條件允許的情況下，盡可能將壓力控制點(diǎn)靠近最不利 點(diǎn)。 5.3 抗干擾問題 為保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行，在電氣連接上應(yīng)注意采取抗干擾措施： ①交流電源側(cè)可采用 RC 低通濾波，以防止來自電網(wǎng)的干擾。器件的直 流電源輸入端跨接電容濾波。 ②處理好一點(diǎn)/多點(diǎn)接地，數(shù)字地和模擬地分開等問題。 ③信號(hào)線選用帶屏蔽的雙絞線、電源線與信號(hào)線不平行布設(shè)，弱電強(qiáng)電 分開。 ④模擬信號(hào)采樣后，采用中值數(shù)字濾波，增加抗干擾能力。 ⑤在硬件設(shè)計(jì)中，增加看門狗電路；軟件設(shè)計(jì)中采取了指令冗余，軟件 陷阱等保護(hù)措施。 ⑥當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)聲光報(bào)警，可轉(zhuǎn)手動(dòng)操作。 5.4 故障時(shí)的問題 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說，不僅需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速和軟起動(dòng)的功能， 電機(jī)應(yīng)有過載、短路、過壓、缺相、欠壓、過熱等保護(hù)功能，對(duì)于供水 管路出現(xiàn)的問題也應(yīng)該有所識(shí)別，在故障不嚴(yán)重的情況下應(yīng)能繼續(xù)運(yùn)行， 并對(duì)故障作出報(bào)警。對(duì)于調(diào)節(jié)池缺水的情況，可通過液深傳感器檢測(cè)， 立刻停止水泵運(yùn)行。當(dāng)水池水位達(dá)到運(yùn)行水位時(shí)，自動(dòng)恢復(fù)水泵運(yùn)行。 在管網(wǎng)出現(xiàn)漏水問題及管道閥門損壞、不出水、少出水問題時(shí)，水泵運(yùn) 行會(huì)出現(xiàn)不出水或水壓達(dá)不到設(shè)定值的情況。在這種情況持續(xù)某個(gè)設(shè)定 的時(shí)間之后，認(rèn)定為管網(wǎng)缺水，系統(tǒng)發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，并提示及時(shí)進(jìn) 行系統(tǒng)檢修。在運(yùn)行過程中，若變頻器出現(xiàn)突然故障時(shí)，當(dāng)前運(yùn)行的變 頻泵應(yīng)自動(dòng)切換至工頻狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行，同時(shí)發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)；若水泵 電機(jī)出現(xiàn)故障，應(yīng)及時(shí)切除有故障的水泵并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)將閑置 的水泵投入系統(tǒng)中運(yùn)行。綜上所述，采用自動(dòng)化程度較高的變頻恒壓供 水系統(tǒng)，不僅能夠最大程度地提高整個(gè)系統(tǒng)效率、延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命、節(jié)約 能源，而且靈活性較好，能構(gòu)成復(fù)雜的、功能強(qiáng)大的供水系統(tǒng)。 15 第 6 章 專用變頻器在恒壓供水裝置中的應(yīng)用 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)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。 6.1 回顧 一般規(guī)定城市管網(wǎng)的水壓只保證 6 層以下樓房的用水，其余上 部各層均須 “提升”水壓才能滿足用水要求。以前大多采用傳統(tǒng)的水 塔、高位水箱，或氣壓罐式增壓設(shè)備，但它們都必須由水泵以高出實(shí)際 用水高度的壓力來“提升”水量，其結(jié)果增大了水泵的軸功率和能量損 耗。 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)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿 足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中得 到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來 越強(qiáng)。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水 設(shè)備，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著非常重要的意義。 新型供水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(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法比擬的優(yōu)勢(shì)，而且具有顯著的節(jié)能效果。恒壓供 水調(diào)速系統(tǒng)的這些優(yōu)越性，引起國(guó)內(nèi)幾乎所有供水設(shè)備廠家的高度重視， 并不斷投入開發(fā)、生產(chǎn)這一高新技術(shù)產(chǎn)品。 目前該產(chǎn)品正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制，多品種系列化的 方向發(fā)展。追求高度智能化，系列標(biāo)準(zhǔn)化是未來供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè) 成片開發(fā)`智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢(shì)。 在短短的幾年內(nèi)，調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)逐步完善的發(fā)展過 程，早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸為多泵系統(tǒng)所代替。雖然單泵產(chǎn)品系 統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易可靠，但由于單泵電機(jī)深度調(diào)速造成水泵、電機(jī)運(yùn)行效率低， 而多泵型產(chǎn)品投資更為節(jié)省，運(yùn)行效率高，被實(shí)際證明是最優(yōu)的系統(tǒng)設(shè) 計(jì)，很快發(fā)展成為主導(dǎo)產(chǎn)品。 6.2 變頻控制恒壓供水控制方式 眾所周知，水泵消耗功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。即 N=KN3 N：為 水泵消耗功率；n：為水泵運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速；K 為比例系數(shù)。而水泵設(shè)計(jì) 是按工頻運(yùn)行時(shí)設(shè)計(jì)的，但供水時(shí)除高峰外，大部分時(shí)間流量較小，由 于命名用了變頻技術(shù)及微機(jī)技術(shù)有微機(jī)控制，因此可以使水泵運(yùn)行的轉(zhuǎn) 速隨流量的變化而變化，最終達(dá)到節(jié)能的目的。實(shí)踐證明，使用變頻設(shè) 備可使水泵運(yùn)行平均轉(zhuǎn)速比工頻轉(zhuǎn)速降低 20%，從而大大降低能耗，節(jié) 能率可達(dá) 20%-40%。目前國(guó)內(nèi)各廠家生產(chǎn)的供水設(shè)備電控柜，除采用落 后繼電接觸器控制方式外，大致有以下四類： 6.2.1 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)有沖擊、 抗干擾能力較弱。但成本較低。 6.2.2 單片微機(jī)電路控制方式 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。 電路的可靠性和抗干擾能力都不是很高。帶 PID 回路調(diào)節(jié)器和/或可編 程序控制器（PLC）的控制方式：該方式變頻器的作有是為電機(jī)提供可 變頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無級(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)在輸入可編程控制器后，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)可編程控制器來計(jì)時(shí)，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)榭刂破鞯某杀緵]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)。 6.2.3 新型變頻調(diào)速供水設(shè)備 針對(duì)傳統(tǒng)的變頻調(diào)供水設(shè)備的不足之處，國(guó)內(nèi)外不少生產(chǎn)廠家近 年來紛紛推出了一系列新型產(chǎn)品，如華為的 TD2100；施耐德公司的 Altivar58 泵切換卡；SANKEN 的 SAMCO-I 系列；ABB 公司的 ACS600、ACS400 系列產(chǎn)品；富士公司的 G11S/P11S 系列產(chǎn)品；等等。 這些產(chǎn)品將 PID 調(diào)節(jié)器以及簡(jiǎn)易可編程控制器的功能都綜合進(jìn)變頻器內(nèi)， 形成了帶有各種應(yīng)用宏的新型變頻器。由于 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。這類變頻器的價(jià)格僅比通用變頻器略微高一點(diǎn)，但功能卻強(qiáng)很多， 所以采用帶有內(nèi)置 PID 功能的變頻器生產(chǎn)出的恒壓供水設(shè)備，降低了設(shè) 備成本，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了安裝調(diào)試時(shí)間。在滿足工藝要求的情 況下應(yīng)優(yōu)先采用。6.3 供水專用變頻器的功能 供水專用變頻器=普通變頻器+PLC，是集供水控制和供水管理 一體化的系統(tǒng)。內(nèi)置供水專用 PID 調(diào)節(jié)器，只需加一只壓力傳感器，即 可方便地組成供水閉環(huán)控制系統(tǒng)。傳感器反饋的水壓信號(hào)直接送入變頻 器自帶的 PID 調(diào)節(jié)器輸入口，而壓力設(shè)定既可以使用變頻器的鍵盤設(shè)定， 也可以采用一只電位器以模擬量的形式送入。每日可設(shè)定多段壓力運(yùn)行， 以適應(yīng)供水壓力的需要。也可設(shè)定指定日供水壓力的需要。也可設(shè)定指 定日供水壓力控制。面板可以直接顯示壓力反饋值（Mpa） 。 系統(tǒng)供水有兩種基本運(yùn)行方式：變頻泵固定方式和變泵循環(huán)方式。 變頻泵固定方式最多可以控制 7 臺(tái)泵，可選擇“先開先關(guān)”和“先開后 關(guān)” （適用泵容量不用場(chǎng)合）2 種水泵關(guān)閉順序。變頻泵循環(huán)方式最多 可以控制 4 臺(tái)泵，系統(tǒng)以“先開先關(guān)”的順序關(guān)泵。靈活配置常規(guī)泵、 消防泵、排污泵、休眼泵，便于實(shí)現(xiàn)供水泵房全面自動(dòng)化。工作泵與備 用泵不固死，可自動(dòng)定時(shí)輪換?？梢杂行У胤乐挂?yàn)閭溆帽瞄L(zhǎng)期不用時(shí) 發(fā)生的銹死現(xiàn)象，提高了設(shè)備的綜合利用率，降低了維護(hù)費(fèi)用。工作小 時(shí)自動(dòng)累計(jì)功能，方便節(jié)能分析和設(shè)備狀況維護(hù)。夜間供水量急劇減少 時(shí)，可方便指定每日休眼工作的起始/停止時(shí)刻，并可設(shè)定休眼時(shí)的壓 力給定值。休眼期間，只有休眼水泵工作，變頻器只監(jiān)測(cè)管網(wǎng)壓力，當(dāng) 壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)喚醒。變頻泵投入工作，當(dāng)壓力高于設(shè) 定值時(shí)，系統(tǒng)再次進(jìn)入休眠狀態(tài)，只有休眠水泵運(yùn)行。這樣，能最大限 度地節(jié)水節(jié)電功效。具有零星停機(jī)功能，在用戶不用水的情況下會(huì)自動(dòng) 停機(jī)。故障泵退出功能，水泵出現(xiàn)損壞時(shí)，讓故障泵自動(dòng)退出工作。有 消防信號(hào)外部輸入接口，當(dāng)有火警或消防信號(hào)到來時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)世換 到消防模式，有多種消防工作模式可選，主要根據(jù)消防和生活管網(wǎng)是否 共用，以及進(jìn)水池是否共用等條件來進(jìn)行選擇。另有消防泵自動(dòng)巡檢功 能，定時(shí)巡檢周期可設(shè)定。利用通訊功能，可實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制。便于樓宇 自動(dòng)化和管理。另外還有一些功能，如排污泵控制功能、進(jìn)水池液位檢 測(cè)及控制、管網(wǎng)超壓/欠壓保護(hù)功能、溫差及壓差控制、故障自動(dòng)電話 撥號(hào)（當(dāng)供水系統(tǒng)或變頻器發(fā)生故障時(shí)，通過內(nèi)置的 RS232C 串行通訊 接口，與外接的 MODEM 設(shè)備進(jìn)行信號(hào)連接，自動(dòng)啟動(dòng)預(yù)先設(shè)定的電 話號(hào)碼和信息，及時(shí)通知設(shè)備維護(hù)人員進(jìn)行相應(yīng)處理，可以方便地實(shí)現(xiàn) 泵房無人職守運(yùn)行） 。 由此可見，供水專用變頻器具有強(qiáng)大的功能，能滿足供水系統(tǒng)的各 種控制方案。若加上小型 PLD，就可以滿足更復(fù)雜的工藝要求。 20 第 7 章 plc 控制變頻器恒壓供水系統(tǒng) 7.1 概述 變頻調(diào)速技術(shù)是一種新型的、成熟的交流電機(jī)無級(jí)調(diào)速驅(qū)動(dòng)技術(shù)， 它以其獨(dú)特優(yōu)良的控制性被廣泛應(yīng)用在速度控制領(lǐng)域。特別是在供水行 業(yè)中，由于生產(chǎn)安全和供水質(zhì)量的特殊需要，對(duì)恒壓供水壓力有著嚴(yán)格 要求，變頻調(diào)速技術(shù)也得到了更加深入的應(yīng)用。 成都市自來水公司六 廠日產(chǎn)水量 60 萬(wàn)噸，擔(dān)負(fù)著成都市區(qū)及周邊地區(qū) 70%以上的供水任務(wù)。 自 1996 年年底六廠的三期工程投產(chǎn)后開始向郫縣供水，使得我廠的供 水方式從單一的重力流供水變?yōu)橹亓α骱蛪毫α鹘Y(jié)合供水的方式。自向 郫縣供水以來，由于考慮到現(xiàn)階段郫縣的用水量較少，從節(jié)約能耗的角 度出發(fā)，我廠使用一臺(tái)泵同時(shí)向郫縣供水和提供我廠的自用高壓水。為 了滿足六廠自用水壓力，保證廠內(nèi)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)設(shè)備（如消毒環(huán)節(jié)中的 水射器）能正常工作，我廠自用水壓力須較恒定的控制在 0.3 Mpa 以上， 采用變頻調(diào)速控制是保證壓力恒定較為有效的方法。根據(jù)我們對(duì)郫縣城 區(qū)供水量的了解，發(fā)現(xiàn)郫縣全天各時(shí)段用水量變化較大，如果不對(duì)供水 量進(jìn)行調(diào)節(jié)，管網(wǎng)壓力的波動(dòng)也會(huì)很大，容易出現(xiàn)管網(wǎng)失壓或爆管事故。 采用變頻恒壓供水控制后，當(dāng)郫縣用水量較小時(shí)，這時(shí)相應(yīng)管道和泵出 口壓力均較大，變頻恒壓控制方式將會(huì)降低泵的頻率，減小泵出水量， 從而降低管網(wǎng)壓力；反之亦然。這樣，小時(shí)用水量變化較大也不會(huì)造成 管網(wǎng)壓力有較大的波動(dòng)。經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)踐，證明了變頻調(diào)速手段實(shí)現(xiàn) 恒壓供水不僅保證廠內(nèi)自用高壓水壓力足夠且穩(wěn)定，而且保證了郫縣供 水的安全可靠性。 7.2 控制系統(tǒng)構(gòu)成 整個(gè)恒壓供水系統(tǒng)有兩組變頻泵，每組均由一臺(tái)變頻器和一臺(tái)水泵 組成；系統(tǒng)以 PLC 為控制核心，由 PLC 采集壓力信號(hào)和輸出控制變頻泵 的運(yùn)行。控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖(7--1)所示。PLC 處理器選用的是 Allen- Bradley 公司的 PLC-5 型處理器，變頻泵選用的是 ABB 公司的 SAMI STAR 系列的 315F 660/690 型的變頻器和水泵。系統(tǒng)由兩只量程為 0~1.0Mpa 的壓力變送器分別檢測(cè)兩臺(tái)水泵后的輸水管道的壓力，壓力 變送器將檢測(cè)到的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為 4~20mA 的電流信號(hào)，送到 PLC 子站 的模擬量輸入模板（1771-IFE） ，通過 PLC 的 PID 運(yùn)算，由模擬量輸出 模板（1771-OFE）輸出 4~20mA 的電流控制變頻泵的運(yùn)行。 圖 7-1 控制系統(tǒng)構(gòu)成圖 7.3 PLC 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 我廠采用 Allen-Bradley 公司的 PLC-5 型處理器通過 DH+通訊方式 構(gòu)建了全廠 PLC 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，通過 DH+網(wǎng)絡(luò)上的 RSView 工作站實(shí)現(xiàn) 人機(jī)對(duì)話。RSView 工作站是指運(yùn)行人機(jī)圖形界面軟件（RSView32）的 計(jì)算機(jī)工作平臺(tái)，該工作站建在中心控制室，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無人值守 和運(yùn)行集中管理的調(diào)度中心。利用 RSView32 可以有效地對(duì)控制過程進(jìn) 行監(jiān)視和控制，可以實(shí)現(xiàn)圖形化的人機(jī)對(duì)話界面，模擬生產(chǎn)運(yùn)行的流程， 在模擬流程上更加直觀地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的全自動(dòng)運(yùn)行監(jiān)視、遠(yuǎn)程人工直 接干預(yù)操作（如 PID 指令運(yùn)行參數(shù)遠(yuǎn)程設(shè)定） 、控制環(huán)節(jié)報(bào)警監(jiān)視等功 能?？刂平缑嫒鐖D(7--2)。 PLC 模擬量輸入 板 模擬量輸出 板 1#變頻器 2#變頻器 1#水泵 2#水泵 1#變頻泵 2#變頻泵 1#壓力變送器 2#壓力變送器 圖 2 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制圖形界面（RSView 工作站） 圖 7-2 7.4 恒壓供水的控制原理 SAMI STAR 變頻器具有 REMOTE 和 LOCAL 兩種操作方式。LOCAL 操作 方式下，通過 LOCAL START/STOP 開關(guān)啟停變頻器，通過 f REF LOCAL INPUT0 輸入端口的電位開關(guān)人工調(diào)節(jié)變頻器工作頻率；通過 LOCAL/REMOTE 輸入點(diǎn)可以將變頻器切換到 REMOTE 操作方式下，在 REMOTE 方式下，通過 REMOTE START/STOP 輸入點(diǎn)進(jìn)行 PLC 遠(yuǎn)程啟停變 頻器，通過 f REF REMOTE INPUT0 端口輸入頻率控制信號(hào)（百分比）控 制變頻器工作頻率。根據(jù)供水量情況，我們把變頻器的工作頻率上限設(shè) 定為水泵基頻，即頻率變化范圍控制在 0~50Hz，在此范圍內(nèi)水泵運(yùn)行 頻率和定子相壓成正比（及與變頻器輸入頻率成正比） ，這使得變頻器 輸入、水泵運(yùn)行頻率和泵的輸出壓力成較好的線形關(guān)系，可得到較好的 控制效果。SAMI STAR 變頻器對(duì)用戶開放的 I/0 接口位于 TERMINAL BLOCK CARD 上，主要使用的有：X11-1（REMOTE START/STOP） ；X11- 4（LOCAL/REMOTE） ；X11-13/14（f REF REMOTE INPUT0、4~20mA 信號(hào) 液壓 變頻器 ＰＬＣ 報(bào)警 顯示 控制 轉(zhuǎn)換器 壓力傳感器 去用戶 水池 水泵 輸入） ；X11-15/16（輸出 4~20mA 變頻器運(yùn)行頻率信號(hào)） ；X11- 17/18（輸出 4~20mA 變頻泵運(yùn)行電流信號(hào)） 。變頻器由 PLC 遠(yuǎn)程控制時(shí)， 啟動(dòng)是由 PLC 向 X11-4 輸出信號(hào)，使變頻器切換到外部設(shè)備控制方式 （REMOTE 方式） ，再向 X11-1 輸出信號(hào)，啟動(dòng)變頻器。在恒壓調(diào)節(jié)時(shí)， PLC 處理器把檢測(cè)到的壓力信號(hào)作為反饋值，與 PID 運(yùn)算的壓力設(shè)定值 （由調(diào)度人員根據(jù)情況在 REView 上設(shè)定）進(jìn)行比較，再經(jīng)過 PID 運(yùn)算 得到調(diào)節(jié)后的修正值，通過模擬量輸出模板（1771-OFE）輸出到 X11- 13/14，作為 REMOTE 方式下變頻器的頻率控制信號(hào)，由于該信號(hào)是相對(duì) 變頻器工作頻率上限的百分比，所以變頻器將輸入信號(hào)進(jìn)行內(nèi)部運(yùn)算后 轉(zhuǎn)為真實(shí)工作頻率。 為了使三期變頻恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)與全廠自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地結(jié)合 起來，全面實(shí)現(xiàn)對(duì)恒壓供水系統(tǒng)的 運(yùn)行情況和設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制，更加安全可靠地實(shí)現(xiàn)恒壓供