变频器在高层供水中的应用(共47页)

1、PAGE PAGE 53目录(ml)中文(zhngwn)摘要 2英文摘要(zhiyo) 3前 言 4第一章 系统方案的提出 61.1 多功能变频恒压供水单片机控制系统 61.2 变频恒压供水PLC控制系统 9变频器与PLC的介绍 142.1 变频器的介绍 142.2 PLC的介绍15第三章 变频器在供水中的应用 17 3.1 应用的基本原理17 3.2 变频恒压供说系统18第四章 设计方案 204.1 概要204.2 变频器的选择204.3 系统方案314.4 系统实现功能324.5 计算机与变频器通信及程序设计334.6 PLC的控制37第五章 设计结果 43 5.1 控制柜的设计43 5.

2、2 控制柜的连接43 5.3 变频器的连接43 5.4 PLC的连接(linji)43致 谢 44参考文献 45摘要(zhiyo)在小区建设普及特别是小高层建筑及高层建筑日益增多的今天，小区的供水问题成为(chngwi)住户比较关心的问题，因为老百姓不再想过“住楼住楼用水发愁”的日子，所以变频恒压自动供水便提上了日程。本文主要针对当前供水系统中存在的自动化程度不高、能耗严重、可靠性低的缺点加以研究，设计出一种在这几个方面都有所提高的变频器控制的高层供水系统。本文共分五章。第一章是设计方案的提出，在这一章里，我们对几种供水方案进行了比较，说明了选择这个方案的原因；第二章是关于变频器与PLC的一些

3、介绍；第三章是介绍变频器在供水中的应用；第四章是方案的设计；第五章是设计结论部分，这一章里我们所给出的是设计出的图纸等。本文综合运用了变频器、传感器、可编程控制器、PID等控制系统中常用的控制部件及其相关程序设计方法。关键词：变频器、可编程控制器、变频调速ABSTRACT The especially little key figures construct in the small area construction universality and today that key figures construct to increase increasingly, the water su

4、pply problem of the small area becomes the problem that the inhabitant compares the concern, the common people no longer thinks the day of live the building to live the building to become sad with the water, so change the frequency to press the au to supply water and then lift up agenda.This text ma

5、inly aim at the current water supply system and is not high and can consume the low defect of severity, reliability to take into the research in the existent automation degree, designing on sowing in this several to all have the key figures of the frequency converter of exaltation control to supply

6、water the system.This text total detect to five chapter .Chapter 1 is to design the project to put forward, in this, we supplied water the project to carry on the compare to several kinds, explaining to select the reason of this project ;Chapter 2 is concerning frequency converter and PLC some intro

7、ductions ;Chapter 3 is to introduce the frequency converter at provide the aquatic application ;Chapter 4 is the design of the project ;Chapter 5 is to design the conclusion fraction, this in the that we give is to design of the drawing paper etc.This text synthesized to make use of the frequency co

8、nverter, sensor, transducer, programmable controller, PID etc. control system in in common use control parts and its related program design methods.KEY WORDS：Frequency conversion device , PLC , variable velocity variable frequency前言(qin yn)此次毕业设计设计题目为变频器在高层(o cn)供水中的应用，毕业实习地点为武汉科瑞系统集成公司。指导老师为王晓勇（校方）

9、、杨景亮（科瑞）。选择这个课题有它一定的社会背景，饮水工程对每个人来说都是非常重要的，供水系统也在现代工业中无处不在。然而，作为饮水工程中最重要的的供水这一环节目前却存在着很多问题，传统供水方式已经(y jing)不能满足当前社会的发展和需要。在对目前有的几种传统供水方式做比较后我们发现，它们各有优缺点如下：一、水塔。其基建投资大，占地多，维修不方便，水泵为硬启动，启动电流大，控制柜内触点多易烧坏，若启动频繁，电机易烧， 联轴器易坏 。其优点是控制方式简单，短时维修或断电可不挺水，当用水量很小时，可以长时间不开泵。二、气压罐。为了减少水泵启动次数，停泵压力往往比较高，致使水泵工作在低效阶段，同

10、时出水压力无谓的增高，也使浪费加大。所以这种方式比水塔要费电，因水泵为硬启动，联轴器冲击大，启动电流大，触点易烧坏，当用水量大时将造成电机启动频繁，电机易烧坏。其优点是控制方式简单，便于维修，当罐内储满时，允许短时不断水维修，在用水量很小时，可以长时间不开泵，价格也较低。三、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式。这种方式漏油，发热需冷却，效率低，改造麻烦。只能是一对一驱动，需经常检修。但其价格低廉，结构简单明了，维修较方便。四、单片机变频调速供水系统。此系统也能作到变频调速，自动化程度要优于前三种，但是系统开发周期较长，对操作员素质要求比较高，可靠性低，维修不方便，且不适于恶劣的工业环境。

11、由上述我们可看出，传统(chuntng)的供水系统浪费了很多水力资源、电力资源，效率低下，可靠性也较低，它们还有个共同的大缺点就是自动化程度不高，跟不上时代发展的需求，严重影响了居民的用水和工业系统中的用水。所以开发一种新型的自动化程度高、可靠性高、节能效果好的供水系统迫在眉睫。在小区建设普及(pj)特别是小高层建筑及高层建筑日益增多的今天，小区的供水问题成为住户比较关心的问题，因为老百姓不再想过“住楼住楼用水发愁(f chu)”的日子，所以变频恒压自动供水便提上了日程。目前在小区的建设中往往需要建设一个二次加压供水泵房并采用变频器实现恒压自动供水。一般情况下，为保证小区的供水正常，在设计时往

12、往设计成“一用两备”三台水泵，由一台变频器（附加调节器、单片机、等器件构成控制系统）拖动三台水泵循环运转。与空调水泵控制不同，恒压供水自动控制系统通过压力传感器采集管网中的压力并将其转换成模拟信号进行变频控制。这样变频恒压水系统直接取代水塔、高位水箱及传统的气压罐供水装置，为局部加压供水开辟了新的途径。另外水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运行的节能效果非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省。可编程控制器结合使用，可实现循环变频，电机软启动，具有欠压保护、过压保护、短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，大大延长了设备的使用寿命。第一章 系统(xtng)方案的提出 在对目前(

13、mqin)有的几种传统供水方式做比较后我们发现，它们各有优缺点如下：一、水塔。其基建投资大，占地(zhn d)多，维修不方便，水泵为硬启动，启动电流大，控制柜内触点多易烧坏，若启动频繁，电机易烧， 联轴器易坏 。其优点是控制方式简单，短时维修或断电可不挺水，当用水量很小时，可以长时间不开泵。二、气压罐。为了减少水泵启动次数，停泵压力往往比较高，致使水泵工作在低效阶段，同时出水压力无谓的增高，也使浪费加大。所以这种方式比水塔要费电，因水泵为硬启动，联轴器冲击大，启动电流大，触点易烧坏，当用水量大时将造成电机启动频繁，电机易烧坏。其优点是控制方式简单，便于维修，当罐内储满时，允许短时不断水维修，在

14、用水量很小时，可以长时间不开泵，价格也较低。三、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式。这种方式漏油，发热需冷却，效率低，改造麻烦。只能(zh nn)是一对一驱动，需经常检修。但其价格低廉，结构简单明了，维修较方便。四、单片机变频调速供水系统。此系统也能作到变频调速，自动化程度要优于前三种(sn zhn)，但是系统开发周期较长，对操作员素质要求比较高，可靠性低，维修不方便，且不适于恶劣的工业环境。变频调速技术是近年来发展(fzhn)起来的最有价值的调速技术，它自投入工业应用以来，显示出了强大的竞争力。变频调速技术用于水泵控制系统，具有调速性能好、节能效果显著、运行安全等优点。下面我们来介绍两

15、种用于高层恒压变频供水的方案。1.1 多功能变频恒压供水单片机控制系统 1.1.1控制系统该恒压供水变频系统以单片机为核心，在水泵的出水管道上安装一个远程压力表，用于检测管道压力，并把出口压力变成05V或420MA的模拟信号，送到单片机系统的A/D转换输入端，再经A/D转换变成相应的数字信号，送入8951单片机进行比较，得出偏差值，再经PID调节得出控制参数，经D/A转换变成05V或010V的模拟信号，送入变频器中，以控制其输出频率的大小，以次改变水泵的电机转速，从而达到控制管道压力的作用。当实际管道压力小于给定压力时，变频器输出频率升高；反之，频率降低，电机转速减小，管道压力降低，最终达到供

16、水压力恒压。系统框图如图1所示。 图11.1.2硬件(yn jin)设计一、硬件总体(zngt)说明单片机系统的硬件结构(jigu)框图如图2所示。图2本系统以8951单片机为核心，它有4K EPROM，所以不用外扩EPROM，这样可以利用P0、P2口作为输入、输出I/O端口，简化了硬件结构。系统的显示部分采用4片74LS164驱动LED，使用8951的串行通讯口TXD、RXD。93C46为串行EEPROM，用于保存开机设定时的原始参数。采用NE555组成硬件定时复位电路，可以有效防止程序死机现象。74LS273用于对继电器输出状态硬件琐存，以防止输出状态被干扰。ULN2003为反向驱动芯片，

17、同时在74LS273的CLEAR管脚外接了RC电路，用于开机上电时使74LS273的输出端清零，可以防止继电器的误动作，对变频器起保护(boh)作用。在报警输入端与CPU之间采用光偶隔离，以消除外部干扰。系统A/D输入采用8位串行TLC0831逐次逼近模数转换器，D/A输出采用了光驱动电路，具体D/A电路略。二、硬件设计(shj)特点本系统硬件设计充分考虑了抗干扰的措施，通过(tnggu)光耦与外部信号隔离，在继电器输入端增加了续流二极管，增加了硬件锁定及电源滤波电路。由于本系统是无人监视系统，因此分别具有水位报警、消防报警、变频器故障报警、欠压报警功能。当有报警输入时，单片机在74LS273

18、锁存器的一端输出高电平信号，通过ULN2003驱动块和继电器，起动外接的报警灯或喇叭，同时根据不同的故障分别产生故障显示和相应的报警处理。本系统设置了四键小键盘、LED显示模块，可用与不同场合调试时进行参数设定，操作方便，易于安装。1.1.3软件设计系统软件程序由主程序、定时中断显示和频率输出子程序组成。系统主程序流程图如图3所示。采用软件模块化设计，引入了先进模糊逻辑控制技术，并增加了容错技术和抗干扰算法。图3系统采用了定时(dn sh)复位软件设计方案（1秒钟复位一次），以消除程序运行时的死机现象。数字滤波采用了平均值滤波方法，以消除程序干扰对输入信号的影响。本系统控制算法采用了工程控制中

19、比较先进的模糊PID算法。设PS为压力设定值，PI为压力测量值。由于压力为一阶惯性与纯滞后环节想串联的对象，并要求控制进度较高，因此采用比例积分（PI）控制。为了现场调试的方便，在设计中使系统PI调整的上升、下降和跟踪采样周期设定为可变，可以在开机设定时改变其值，因此可以改变PI差分计算的步长，从而调整PI参数，以便适应不同场合控制的需要。在设计中采用增量PI算法，并采用双字节浮点运算，这样可以提高控制精度。本系统引进积分作用是为了减小系统的稳态误差，但一般的PID控制积分作用存在以下缺点；积分作用针对性不强，有时不符合控制的需要；只要误差存在，积分作用就存在，在实际(shj)控制系统中导致“

20、积分(jfn)饱和”，使系统快速性下降；积分参数选择不当会导致系统震荡。为了消除上诉积分作用的缺点，本系统采用模糊逻辑控制技术，单片机的模糊控制实现主要采用三种方式：直接查表方式，强制转换方式，公式计算方式。本系统使用的是强制转换方式，其算法如下：当偏差信号大于设定偏差值时，选用较大KP（比例(bl)系数）、TI（积分时间），以提高系统的快速性；当偏差信号小于设定偏差，趋于稳定时。选用较小的KP、TI参数，以减小稳态误差，从而使被控量获得良好的动静态特性；当系统动态过程向误差增大方向(fngxing)变化，并且本次采样时刻误差EI和误差变化EI同号(tn ho)，EIXEI0时，对误差积分；当

21、系统动态过程向误差减小方向变化，并且本次采样时刻误差EI和误差变化EI异号，EIXEI0时，不对误差积分。1.2 变频恒压供水PLC控制系统 这个方案是我们最终选择的设计方案，故在这里我们将只对其作简要介绍，并对此系统的优点进行详尽的描述。在住宅小区水厂的管网系统中，由于管网是封闭的，泵站供水的流量是由用户用水量决定的，泵站供水的压力(yl)以满足管网中压力最不利点的压力损失P和流量(liling)Q之间存在着如下(rxi)关系：P=KQ2； 式中K一为系数 设PL为压力最不利点所需的最低压力，则泵站出口总管压力P应按下式关系供水，则可满足用户用水的要求压力值，又有最佳的节能效果。 P=PL+

22、P=PL+KQ2因此供水系统的设定压力应该根据流量的变化而不断修正设定值，这种恒压供水技术称为变量恒压供水，即供水系统最不利点的供水压力为恒值而泵站出口总管压力连续可调。典型的自动恒压供水系统的结构(jigu)框图如图所示；系统具有控制水泵出口总管(zn un)压力恒定、变流量供水功能，系统通过安装在出水总管上的压力传感器、流量传感器，实时将压力、流量非电量信号转换为电信号，输入至可编程控制器(PLC)的输入模块(m kui)，信号经CPU运算处理后与设定的信号进行比较运算，得出最佳的运行工况参数，由系统的输出模块输出逻辑控制指令和变频器的频率设定值，控制泵站投运水泵的台数及变量泵的运行工况，

23、并实现对每台水泵根据CPU指令实施软启动、软切换及变频运行。系统可根据用户用水量的变化，自动确定泵组的水泵的循环运行，以提高系统的稳定性及供水的质量。1.2.1运行特征以三台水泵的恒压供水系统为例，系统在自动运行方式下，可编程控制器控制变频器软启动1#泵，此时1#泵进入变频运行状态，其转速逐渐升高，当供水量Q1/3Qmax时(Qmax为三台水泵全部工频运行时的最大流量)，可编程控制器CPU根据供水量的变化自动调节1#泵的运行转速，以保证所需的供水压力。当用水量Q在13QmaxQ23Qmax之间时，1#泵已不能满足用户所需的用水量，这时可编程控制器发出指令将1#泵转为工频运行，并软启动2#泵，使

24、2#泵进入变频运行工况，2#泵的运行转速由用户用水量决定，以保证供水系统最不利点所需的供水压力。当外需供水量Q为23QmaxQQmax时，可编程控制器发出指令再将2#泵置于工频运行状态，同时软启动3#泵进入变频运行工况，此时3#泵的运行转速由用户的用水量确定，以保证供水系统最不利点的供水压力恒定。当外供水量减少(jinsho)至1/3QmaxQ23Qmax之间时，3#泵的转速逐渐降至接近于零，此时(c sh)可编程控制器发出1#泵退出运行(ynxng)指令。在3#泵退出运行后，3#泵的转速逐渐升高，继续处于变频运行工况，其转速仍由外供水量决定。当外供水量继续减少至Q13Qmax时，可编程控制器

25、发出2#泵退出运行指令，此时3#泵仍处于变频运行工况。当外供水量再增至13QmaxQ23Qmax之间时，3#泵转为工频运行状态，可编程控制器发出1#泵软启动指令并使其进入变频运行工况，如此往复循环以实现系统的恒压供水。1.2.2系统经济效益分析及系统优点泵的变量功率N1、供水量Q1与泵转速n1三者的关系如下式： N1Q1=(n1n)3 Q1Q= n1n 式中Q一额定流量，Q1Q N一额定流量Q时的轴功率 n一水泵的额定转速因额定流量Q=100时，n=100，N=100，若n1=90n时Q1=90Q，N1=72.9N，即可节电27.1。若n1=80n时Q1=80Q，N1=51.2N，即可节电48

26、.8。1.2.3系统优点(1)恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能；(2)由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量时，泵转速(zhun s)降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命；(3)因实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低(jingd)了人员的劳动强度，节省了人力；(4)水泵电动机采用软启动(qdng)方式，按设定的加速时间加速，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振； (5)

27、由于变量泵工作在变频工作状态，在其运行过程中其转速是由外供水量决定的，故系统在运行过程中可节约可观的电能，其经济效益是十分明显的。由于其节电效果明显，所以系统具有收回投资快，而长期受益，其产生的社会效益也是非常巨大。鉴于此系统有这么多的优点，我们选择其为我们设计方向。第二章 变频器与PLC的介绍 变频器与PLC是这个控制系统最重要的组成部分，是这个系统的核心。下面我们分别来对其做些介绍。2.1.变频器的介绍2.1.1变频器简介各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均200V/60Hz（50Hz）或100V/60Hz（50Hz），等等。通常，把电压和频率固定不变的交流电

28、变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电。把直流电变换为交流电的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：变频器，变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品中不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也以“inverter”的名称进行出售。变频器的工

29、作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。2.1.2 变频(bin pn)调速的原理众所周知，三相交流(jioli)电动机的转速与频率、极数及转差率之的关系如下： 其中(qzhng)： 每分钟的转速； 交流电的频率； 磁极对数； 转差率。在三相电动机中对转速的调整可以通过调整交流电的频率、电动机的极数以及转差率来实现。过去人们通过对电机的极数变化来调整电机的转速，但随着电子技术的发展，变频器技术的不断成熟，调整电源的频率要比调整电机的极数与转差率方便得多，所以，现在对三相交流电动机进行转速调整都通过调节三相交流电的频率来

30、实现。电机在工频电源供电时，电机的起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些。如果用大的电压和频率起动电机，例如使用工频电网直接供电，就会产生一个大的起动冲击（大的起动电流）。而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机产生的转矩要小于工频电网供电的转矩值。所以变频器驱动的电机起动电流要小些。通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。当变频器调速到大于60Hz频率时，电机的输出转矩将降低。通常的电机是按50Hz

31、(60Hz)电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。下面来讲讲电机的旋转速度能够自由(zyu)地改变的原因。 在工业领域所使用的大部分电机均为为感应式交流电机。感应式交流电机的旋转速度近似地取决于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续(linx)的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以不适和改变该值来调整电机的速度。另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。n = 60f/p，n: 同步速度，

32、f: 电源频率 ，p: 电机极数，改变频率和电压是最优的电机控制方法 。如果仅改变频率，电机将被烧坏。特别(tbi)是当频率降低时，该问题就非常突出。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压，例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。 2.2可编程控制器PLC简介 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程

33、序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计。PLC由下列基本功能部件(bjin)组成：中央处理单元（CPU），存储器（Memory），输入输出模件（Input/Output Module），智能I/O模件和特殊功能模件，编程器，电源，外部设备，机架。PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。PLC具有如下(rxi)优点：1.可靠性高，抗干扰能力强；2. 配套(pi to

34、)齐全，功能完善，适用性强；3.易学易用，深受工程技术人员欢迎；4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；5.体积小，重量轻，能耗低。现在PLC可用于开关量的逻辑控制、位置控制、过程控制、数据处理、通信联网。第三章 变频器在供水中的应用3.1变频器在供水中的应用(yngyng)的基本原理在小区建设普及特别是小高层建筑及高层建筑日益增多的今天(jntin)，小区的供水问题成为住户比较关心的问题，因为老百姓不再想过“住楼住楼用水发愁(f chu)”的日子，所以变频恒压自动供水便提上了日程。目前在小区的建设中往往需要建设一个二次加压供水泵房并采用变频器实现恒压自动供水。一般情况下，为保证小区

35、的供水正常，在设计时往往设计成“一用两备”三台水泵，由一台变频器（附加调节器、单片机、等器件构成控制系统）拖动三台水泵循环运转。与空调水泵控制不同，恒压供水自动控制系统通过压力传感器采集管网中的压力并将其转换成模拟信号进行变频控制。这样变频恒压水系统直接取代水塔、高位水箱及传统的气压罐供水装置，为局部加压供水开辟了新的途径。另外水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运行的节能效果非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省。可编程控制器结合使用，可实现循环变频，电机软启动，具有欠压保护、过压保护、短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，大大延长了设备的使用寿命。其工作原理与空调系统水系

36、统的工作原理基本相同。首先泵由变频器供电工作，水泵电机转速随着调节器输出给变频器控制信号的变化而改变，以保持管网压力的稳定。用水量大时，变频器输出频率升高；用水量小时，频率降低。当频率上升到即水泵全速运转时仍不能满足供水需要时，则自动将泵切换到工频运行，泵由电网供电全速运行，泵由变频器供电投入运行，如果泵电机达到满转速时仍不能满足供水要求，则自动将泵切换到工频运行，泵由变频器供电投入运行，依此规律逐个投入运行；当泵都处于工频全速运行方式，处于变频运行工作方式时，如果此时用水量减小，变频器输出频率下降，当频率到达一定的下限时，供水量仍大于用水量，则系统自动将泵停止运行。同样，泵停机后，如果此时供

37、水量还大于用水量，则系统自动将泵停止运行，依此类推。如果此时用水量又大于供水量，则系统自动将泵由变频器供电运行，所有水泵电机从停止到旋转工作及从旋转工作到停止都由变频器来控制，实现带载软启动，避免了启动冲击电流和启动给水泵电机带来的机械冲击，保证了管网压力稳定，满足了小区的正常供水。3.2恒压变频(bin pn)供水系统图例(tl)： 恒压供水控制系统(kn zh x tn)的基本控制策略是：采用电动机调速装置与可编程控制器(PLC)构成 控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵

38、站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。随着电力电子技术的发展，电力电子器件的理论研究和制造工艺水平的不断提高，电力电子器件在容量、耐压、特性和类型等方面得到了很大的发展。进入90年代电力电子器件向着大容量、高频率、响应快、低损耗的方向发展。作为应用现代电力电子器件与微计算机技术有机结合的交流变频调速装置，随着产品的开发创新和推广应用，使得交流异步电动机调速领域发生一场巨大的技术革命。目前自动恒压供水系统应用的电动机调速装置均采用交流

39、变频技术，而系统的控制装置采用PLC控制器，因PLC不仅可实现泵组、阀门的逻辑控制，并可完成系统的数字PID调节功能，可对系统中的各种运行参数、控制点的实时监控，并完成系统运行工况的CRT画面显示、故障报警及打印报表等功能。自动恒压供水系统具有标准的通讯接口，可与城市供水系统的上位机联网，实现城区供水系统的优化控制，为城市供水系统提供了现代化的调度、管理、监控及经济运行的手段。设计方案4.1概要(giyo)恒压变频供水是近几年在我国逐渐盛行起来的一种供水方案，它具有节约水源、保护设备、自动化程度(chngd)高、造价低等优点，并非常适用于高层建筑、住宅小区锅炉的自动化供水需要。该供水系统采用P

40、ID仪表与PLC的控制器相结合控制方案，具有安装调试方便、功能全面、可靠性高、抗干扰能力强等优点。该系统已调试成功，并应用与多处楼宇自动供水系统中，经长时间的实际运行，证明该系统运行可靠，性能满足要求。系统主要由LG产电的PLC控制器、变频器构成、软启动器、接触开关、热继电器、电机保护路、数据(shj)采集及其辅助设备构成。4.2 变频器的选择选择变频器首先要根据不同的变频供水设备，这里先介绍几种常见的变频供水设备，然后介绍几种我们在设计中要用的变频器。4.2.1 变频供水设备的介绍普通循环软启动变频供水设备该类型设备在实际应用中较多，系统由水泵机组、循环软启动变频柜、压力仪表、管路系统等构成

41、。变频柜由变频调速器，PLC，多功能PCS-PID调节仪，低压电器等构成。系统一般选择同型号水泵23台，以3台泵为例，系统的工作情况如下：平时1台泵变频供水，当1台泵供水不足时，先开的泵倒为工频运行，变频柜再软启动第2 台泵，若流量还不够，第2台泵倒为工频运行，变频柜再软启动第3台泵。若用水量减少，按启泵顺序依次停止工频泵，直到最后1台泵变频恒压供水。另外系统具有定时换泵功能，若某台泵连续运行超过24 h变频柜可自动停止该泵切换到下一台泵继续变频运行。换泵时间由程序设定，可按要求随时调整。这样(zhyng)可均衡各泵的运行时间，延长整体泵组的寿命。为达到更好的节能目的，多功能PCS-PID调节

42、仪设有双恒压接口，系统可实现双恒压供水功能。该系统一般(ybn)适用于规模较小的多层住宅小区(如300户以内)或其它小规模用水系统，水泵功率一般不超过7.5 kW。另外也适用于小流量用水时间很短或用水量变化(binhu)不大的其它场合，如循环水系统。带小流量泵的循环软启动变频供水设当变频供水系统在小流量或零流量的情况下，比如在夜间用水低谷时内的用水量很小，此时水泵在低流量下运行，会造成水泵效率大大降低，不能达到节能的目的，水泵功率越大用电越多。例如对3001000户的多层住宅小区或600户左右的小高层住宅楼群(12层以内)的生活用水系统，生活主泵功率一般在15 kW左右，系统的零流量频率f0一

43、般为25 35 Hz，故在夜间小流量时，采用主泵变频供水效率较低。这就涉及供水系统在小流量或零流量时的节电问题，一般可以采取4种方案：变频主泵 +工频辅泵；变频主泵+工频辅泵+气压罐；变频主泵+气压罐；变频主泵+变频辅泵。从节能、投资角度看第4种方案更为适宜，该方案即在原变频主泵基础上，再配备12台小泵专用在夜间或平时小流量时变频供水，一般选择小泵流量为36 m3/h，居民区户数越多，流量可适当选择大些。小泵功率一般为1.53 kW，小泵的扬程按主泵扬程或略低于主泵扬程即可。变频柜采用PLC控制，程序采用模块化设计，系统控制流程见图1。平时系统运行于主泵循环软启动变频供水模式，系统用水量减小时

44、，主泵频率逐渐降低，当频率低于小流量频率时，PCS-PID调节器发出低频切换信号，延时2 min，系统自动进入小泵变频供水模式。当用水量增大，小泵流量不能满足系统需要时，PCS-PID调节器发出满频信号，延时5 min，系统自动返回主泵循环软启动变频供水模式。为达到更好的节能效果，系统也可实现双恒压供水功能。以郑州某单位住宅小区变频(bin pn)供水系统为例，生活主泵配QDG30?203立式多级泵2台，单台Q=30 m3/h，H=60 m，N=11 kW，小泵配QDL4.8-86立式(l sh)多级泵1台，Q=4.8 m3/h，H=48 m，N=1.5 kW。在用水非高峰时，主泵运行小流量(

45、liling)频率平均为30 Hz，电流为6.5 A，采用小泵时小流量频率平均为35 Hz，电流为2.5 A，按每天小流量运行时间15 h计算，每年可节电3800 kWh。c. 全流量高效变频供水设备对比较大的生活小区和高层建筑的生活用水，若单配主泵机组和小流量泵，因小泵流量 QL和主泵流量QM差别较大，当流量调节范围在QL1/3Qm时，水泵的运行效率仍很低，导致水泵运行不经济，浪费电能。并且流量在大于或接近QL时还会出现频繁的换泵操作。为实现在全流量范围内水泵始终能高效率运行，这就有必要再增加一种中流量水泵，流量可选为1/3 Qm1/2 QM。特殊情况下还可增加2种中流量水泵。这样整体水泵流

46、量选择呈阶梯状，从而使得设备在任何流量段运行时均处于水泵的高效率段，更加节能。变频柜控制核心由PLC和多功能PCS-PID调节仪构成，系统也可实现双恒压供水功能，中泵和小泵变频时低恒压供水，主泵变频时高恒压供水。4.2.2 两种变频器的介绍这里我们主要(zhyo)用到的是两种型号的变频器：STARVERT-iG5、STARVERT-iH：STARVERT-iG5：一般(ybn)特性功率/电压等级：0.371.5kW,200-230VAC,1相0.374.0kW,200-230VAC,3相0.374.0kW,380-460VAC,3相- 防护等级：IP00IP20- 变频器类型：采用IGBT的P

47、WM控制- 控制方式：V/F空间矢量PWM技术- 内置：RS-485- 内置：ModBus-RTU- 内置：PID控制- 远程控制盘(可读写参数)- 0.5Hz输出150%转矩- 防失速功能(gngnng)- 8步速控制- 3段跳跃频率- 3个多功能输入- 1个多功能输出- 模拟输出(010V)- PNP and NPN 双方向信号- 速度跟踪- 1到10kHz载波频率 内置制动单元- 手动/自动转矩补偿接线图 HYPERLINK HTTP:/adminpage/Uploaddata/Product/A09005/iG506.jpg 3电子(dinz)端子配置符号功能R交流三相线输入，3相，2

48、00230V AC (-2型号)，380460V AC (-4型号)STU到电机得3相输出端子VWB1动态制动电阻连接端子B2G底盘接地（根据不同类型，接地端子不一定在端子排上，而可能在散热器上）控制(kngzh)端子配置 输入信号类型符号名称说明起动触点功能选择P1,P2,P3多功能输入1，2，3使用的多功能输入，厂家设定步频率1，2，3FX正转指令当闭合的时候正转，打开的时候停止RX反转指令当闭合的时候反转，打开的时候停止JOG寸动频率给定当寸动信号处于on时，在寸动频率下运行。运行的方向是由FX（或者RX）信号决定的。BX紧急停止当BX信号处于on时，变频器的使出关断。当电机使用电子制动

49、去停止时，使用BX去关断输出信号。当BX信号处于OFF（没有被锁存关断的情况下），FX信号（或者RX信号）处于ON，电机处于继续运行的状态，所以要小心。RST故障复位当保护电路处于处于有效状态时，释放保护状态。CM顺序公共端子被用作触点输入端子的公共端子。模拟频率设定VR频率给定电源(+12V)作为模拟频率给定的电源。最大输出+12V，100mAV1频率给定（电压）使用频率给定和0-10V作为输入，输入阻抗20KI频率给定（电流）使用频率给定和DC 4-20mA作为输入，输入阻抗250CM频率给定公共端子模拟频率给定和FM的公共端子（用于监视）输出信号脉冲FM-CM模拟/数字输出(用于外部监视

50、)输出以下的其中一个：输出频率，输出电压，输出电流，DC连接电压，厂家设定的默认值为输出频率，最大输出电压和输出电流为0-12V，1mA，输出频率为500Hz30A,30C,30B故障触点输出保护功能运行时有效。AC250V 1A或更小，DC30V1A或更小 故障：30A-30C short(30B-30C open) 常态：30A-30C short(30B-30C open) MO-MG多功能输出在定义多功能输出端子后使用。AC250V 1A 或更小RS485S+,S-通讯端口RS485通信STARVERT-iH一般(ybn)特性功率/电压(diny)等级：3055kW,200-230VA

51、C,3相30220kW,380-460VAC,3相- 变频器类型：采用(ciyng)IGBT的PWM控制- 控制方式：V/F空间矢量PWM技术- 恒转矩，变转矩双功率等级- 防护等级：IP00- 210Hz载波频率- 0.5400Hz输出频率- 可移动的控制面板(读/写参数)- 6个多功能输入端子- 5个多功能输出端子(3个集电极开机方式，2个继电器方式)- 4-20mA模拟量输出- 直流制动2.接线图 HYPERLINK HTTP:/adminpage/Uploaddata/Product/A09001/IH01.jpg 3.电源(dinyun)端子配置端子号功能RST交流电源输入（3相，2

52、00230VAC或380460VAC）G接地P1P2直流母线正端子 外接直流电抗器(P1-P2)和制动单元连接端 N直流母线负端子 制动单元(N-N)连接端子UVW到电机输出端子（3相，200230VAC或380460VAC）4.控制(kngzh)端子配置类型端子号名称描述输入信号起动接点功能选择P1P6FXRX多功能输入16正转指令反转指令用于多功能输入端子得电前进，失电停止得电后退，失电停止BX紧急停止当BX信号为ON，变频器输出被关闭当电机使用机械包闸制动，BX用于关闭输出信号，当BX信号为OFF时，FX得电，电机运行RST故障复位用于故障复位CM顺序公共端子输入端的公共端子模拟量频率选

53、择VR频率给定电源(10V)模拟频率设置电源，最大输出+12V,10mAV1V2频率给定（电压）用于0-10V的输入频率，内置电阻20KI频率给定（电流）用于4-20mA的输入频率，内置电阻20KCM频率公共端子频率设置公共端子输出信号输入FM频率输出 （用于外部监视） 根据变频器输出频率输出PWM信号，最大输出电压和输出频率为0-12V和1mALM电流/电压输出 （用于外部监视）输出电流或输出电压，缺省设置为输出电压。最大输出电压和输出频率为0-12V和1mA，输出频率设置为1.8kHz模拟量IO模拟输出(412mA)根据变频器输出频率输出数字信号接点A,C,B故障触电输出当保护功能运行时被

54、激活，AC250V,1A或更小；DC30V，1A或更小故障：30A-30C闭(30A-30C开)正常：30B-30C闭(30A-30C开)1A-1B,2A-2B多功能继电器输出1，2定义多功能输出端子后使用，AC250V,1A或更小；DC30V,1A或更小OC1,OC2,OC3多功能集电极开路输出定义多功能输出端子后使用，DC24V,50mAEG公共端子OC1,OC2,OC3的接地端子4.3 系统(xtng)方案 系统主要由LG产电的PLC控制器、变频器构成(guchng)、软启动器、接触开关、热继电器、电机保护路、数据采集及其辅助设备构成。整个抽水泵系统有5.5KW电机两台，4KW电机一台，

55、采用变频器循环工作方式，三台电机均可采用设置在变频状态下工作。由于离小区变压器距离不远，变压器容量足够，所有采取直接启动，不使用软启动器。当变频器工作在50HZ，管网压力(yl)仍然低于系统设定的下限时，首先泵由变频器供电工作，水泵电机转速随着调节器输出给变频器控制信号的变化而改变，以保持管网压力的稳定。用水量大时，变频器输出频率升高；用水量小时，频率降低。当频率上升到即水泵全速运转时仍不能满足供水需要时，则自动将泵切换到工频运行，泵由电网供电全速运行，泵由变频器供电投入运行，如果泵电机达到满转速时仍不能满足供水要求，则自动将泵切换到工频运行，泵由变频器供电投入运行，依此规律逐个投入运行；当泵

56、都处于工频全速运行方式，处于变频运行工作方式时，如果此时用水量减小，变频器输出频率下降，当频率到达一定的下限时，供水量仍大于用水量，则系统自动将泵停止运行。同样，泵停机后，如果此时供水量还大于用水量，则系统自动将泵停止运行，依此类推。如果此时用水量又大于供水量，则系统自动将泵由变频器供电运行，所有水泵电机从停止到旋转工作及从旋转工作到停止都由变频器来控制，实现带载软启动，避免了启动冲击电流和启动给水泵电机带来的机械冲击，保证了管网压力稳定，满足了小区的正常供水。系统为每台电机配备电机保护器，是为确保在过载、欠压、过压、过流、相序不平衡、缺相、电机空转(kngzhun)等情况下确保电机的良好使用

57、条件，达到延长电机的使用寿命的目的。系统配备远程压力表，可进行高低位报警，同时通过PLC可确保(qubo)取水在合理水位的水质监控，同时也保护电机的正常运转工况。变频器的输出频率可在050HZ之间变化。频率越高，水泵的出口压力越高。调节变频器的输出频率，就可以改变水泵的输出压力。闭环恒压运行既能保证高层楼房的供水，又能节约(jiyu)大量的能量。如果以后修好更高层的楼宇，可以调高水泵的输出压力。我们使用的是差动变压器式压力传感器，它的价格便宜、工作可靠，安装在水泵出水管道上，将01MPA的压力转换为420MA的直流电压，用于水压的闭环控制。考虑到生活供水系统要求相当高的可靠性，在系统中采用了大

58、量的后备措施，如果电接点压力表出现故障，可用手动方式起动和关闭水泵。如果水位控制器出了问题，或别的原因要求不用水位控制器来控制电动阀，可用电动阀控制器上的开阀、关阀和停止按钮控制电动阀的开闭。如果电动阀控制器出了问题，可以用阀上的手轮打开或关闭电动阀。如果变频器出了问题，可以用工频电源驱动水泵。4.4系统实现功能1全自动平稳切换，恒压控制主水管网压力传感器的压力信号420MA送给数字PID控制器，控制器根据压力设定值与实际检测值进行PID运算，并给出信号直接控制变频器的转速以使管网的压力稳定。当用水量不是很大时，一台水泵在变频器的控制下稳定运行；当用水量大到变频器全速运行也不能保证管网的压力稳

59、定时，控制器的压力下限信号与变频器的高速信号同时被PLC检测到，PLC自动将原工作在变频状态下的泵投入到工频运行，而将另一台备用泵投入变频运行。当用水量减少时，首先表现为变频器已工作在最低转速信号有效(yuxio)，这时压力上限信号如仍出现，PLC首先将工频运行的泵掉掉，以减少供水量。当上述两个信号仍然存在时，PLC再掉一台工频运行的电机，直到最后一台泵用变频器恒压供水。另外，控制系统设计六台泵为两组，每台泵的电机累计运行时间可显示，24轮换一次，既保证供水系统有备用泵，又保证系统的泵有相同的运行时间，确保了泵的可靠寿命。控制系统图见（图2）。2半自动运行(ynxng)当PLC系统出现问题时，

60、自动控制系统失灵，这时候系统工作处于半自动状态，既一台泵具有变频自动恒压控制功能，当用水量不够(bgu)时，可手动投入另外一台或几台工频泵运行。3手动当压力传感器故障或变频器故障时，为确保用水，三台泵可以分别以手动工频方式运行。4.5计算机与变频器间通信及程序设计4.5.1计算机与变频器的通讯计算机和变频器间要进行通信，首先要设定变频器通信参数，如果没有进行初始化设定或者出现错误的设定，数据将不能正常传输。每次初始化设定后，变频器必须复位。假如这时没有复位，通信也将不能进行。变频器的参数设定包括波特率、起始位、停止位。奇偶校验等。具体参数号及参数值设定范围表略。变频器与计算机之间的数据传输是以