DZ219變頻調(diào)速定壓供水系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)
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1目錄第一章 緒 論 .........................................................11．1 二次供水的發(fā)展現(xiàn)狀 ............................................11．1．1 傳統(tǒng)的供水方式 ..........................................11．1．2 定壓供水方式 ............................................21．2 變頻調(diào)速技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ..................................31．2．1 我國(guó)變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展概況 ..............................31．2．2 國(guó)外現(xiàn)狀 ...............................................61．2．3 未來(lái)的發(fā)展方向 .........................................61．3 變頻定壓供水系統(tǒng)的參數(shù)選取 ....................................81．4 論文的目的意義及研究?jī)?nèi)容 ......................................91．4．1 目的及意義 ..............................................91．4．2 研究?jī)?nèi)容 ...............................................10第二章 定壓供水控制系統(tǒng)方案 ..........................................122．1 控制方案及運(yùn)行特征 ...........................................122．2 定壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 .......................................132．2．1 變頻定壓供水控制方式 ...................................152．2．2 硬件線路 ...............................................162．2．3 系統(tǒng)軟件 ...............................................172．3 系統(tǒng)的保護(hù)功能 ...............................................172．3．1 水泵維護(hù)和輪換功能 ....................................172．3．2 故障檢測(cè)與報(bào)警功能 ....................................18第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及實(shí)施 ............................................193．1 系統(tǒng)控制工藝流程設(shè)計(jì) .........................................193．2 ACS40/ABB 變頻器 .............................................203．3 水泵手動(dòng)控制系統(tǒng) .............................................223．4 水泵自動(dòng)控制系統(tǒng) .............................................23第四章 四泵恒壓供水程序設(shè)計(jì)及控制算法 .............................294．1 程序設(shè)計(jì)及注解說(shuō)明 ...........................................294．2 控制算法原理 .................................................42結(jié)束語(yǔ) ...........................................................45參考文獻(xiàn) ...........................................................47附錄 ...........................................................492附錄 A：程序清單 ...................................................49附錄 B：軟件流程圖 .................................................57附錄 C：硬件圖 .....................................................581第一章 緒 論城市供水系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著為生產(chǎn)和日常生活供水和消防用水的重要任務(wù)。在居民生活用水、工業(yè)用水、各類自來(lái)水廠、油田、油庫(kù)、鍋爐供熱和定壓補(bǔ)水噴淋及消防等供水系統(tǒng)中，采用傳統(tǒng)的水塔、高位水箱、氣壓增壓等設(shè)備，不但占地面積和設(shè)備投資大，維護(hù)困難，且不能滿足高層建筑、工業(yè)、消防等高水壓、大流量的快速供水需求。另一方面，由于供水量的隨機(jī)性，采用傳統(tǒng)方法，難以保證供水的實(shí)時(shí)性，且能量浪費(fèi)嚴(yán)重。目前國(guó)內(nèi)城市供水系統(tǒng)的控制和管理還處于相當(dāng)落后的局面,與國(guó)外相比有著很大的差距?？傮w自動(dòng)化監(jiān)控程度低,大部分的供水系統(tǒng)僅有單級(jí)的常規(guī)控制。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,對(duì)供水系統(tǒng)提出了更高的要求,所以必需對(duì)現(xiàn)有供水系統(tǒng)的控制和管理進(jìn)行改造,向著高度自動(dòng)化乃至無(wú)人化供水系統(tǒng)的方向發(fā)展,以達(dá)到減員增效和提高管理水平的目的。隨著交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的完善，變頻調(diào)速定壓供水系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)，成為比較完善的供水系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)可靠性高、控制性能好的定壓供水系統(tǒng)具有很高的實(shí)用價(jià)值。1．1 二次供水的發(fā)展現(xiàn)狀1．1．1 傳統(tǒng)的供水方式一般城市管網(wǎng)的水壓為 1.4-2.4kg/cm2，只能保證 6 層樓以下樓房的用水，6 層以上各樓層均須提升水壓才能保證用水要求，以前大多采用傳統(tǒng)的水塔，高位水箱或是氣壓增壓設(shè)備，但它們都必須有水泵以高出實(shí)際用水高度的壓力來(lái)提升水量，增大了水泵的軸功率和能耗。水箱/水塔供水：系統(tǒng)供水是由水箱/水塔直接供應(yīng)，用上水泵把水送入高位水箱，水箱中的水靠重力自流向用戶供水，即為重力供水。它是由位置高度所形成的壓力來(lái)進(jìn)行供水的，因此，必須建造高大的水塔或在建筑特屋頂建立貯水箱。由于水箱和水塔的容積是一定的，在用水高峰常常不能滿足供水要求。同時(shí)，由于其存水量大，在屋頂形成很大的負(fù)重，增加了結(jié)構(gòu)的承重和占用樓層的建筑面積。此外，水箱和水塔的貯水，增加了水被二次污染的機(jī)會(huì)。氣壓供水系統(tǒng)：氣壓供水系統(tǒng)不在屋頂上設(shè)置水箱，也不用單獨(dú)建筑水塔，僅在地下室或某些空余之處設(shè)置水泵機(jī)組和氣罐設(shè)備。采用壓力給水來(lái)滿足供水要求。氣壓供水系統(tǒng)是以氣壓罐代替水塔或高位水箱，利用密閉壓力罐內(nèi)的壓力將水壓送入管網(wǎng)，其優(yōu)2點(diǎn)是靈活性大，建設(shè)快，少受污染，利于抗震等；缺點(diǎn)是體積和投資大，壓力變化大，運(yùn)行效率低，還需空氣壓縮機(jī)充氣。因此，耗費(fèi)動(dòng)力較多，維護(hù)費(fèi)用高。1．1．2 定壓供水方式定壓供水是指在供水網(wǎng)中用水量發(fā)生變化時(shí)，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。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟和廣泛應(yīng)用，利用變頻器、PID 調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、PLC 等器件的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，實(shí)現(xiàn)定壓供水。該技術(shù)以在供水行業(yè)普及。變頻定壓供水系統(tǒng)主要特點(diǎn)：1、 節(jié)能，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)電 20%-40%，能實(shí)現(xiàn)綠色用電。2、 占地面積小，投入少，效率高。3、 配置靈活，自動(dòng)化程度高，功能齊全，靈活可靠。4、 運(yùn)行合理，由于是軟起和軟停，不但可以消除水錘效應(yīng)，而且電機(jī)軸上的平均扭矩和磨損減小，減少了維修量和維修費(fèi)用，并且水泵的壽命大大提高。5、 由于變頻定壓調(diào)速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，防止了很多傳染疾病的傳染源頭。6、 通過(guò)通信控制，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，節(jié)約了人力物力。變頻調(diào)速定壓供水系統(tǒng)，無(wú)須貯水箱或塔，它由單臺(tái)泵或多臺(tái)泵將水源的水直接打入用戶主管網(wǎng)中，根據(jù)用水量隨時(shí)調(diào)速水泵的速度和水泵運(yùn)行的臺(tái)數(shù)，以保持管網(wǎng)壓力恒定。在用水高峰能保持恒定水壓，在用水低谷或無(wú)人用水時(shí)，可調(diào)低水泵運(yùn)行速度或進(jìn)入睡眠狀態(tài)，具有顯著的節(jié)能效果。除此之外，該系統(tǒng)還具有設(shè)備占地面積小，綜合造價(jià)低，減輕水質(zhì)二次污染，便于使用和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。普通循環(huán)軟啟動(dòng)變頻供水設(shè)備：該類型設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中較多系統(tǒng)由水泵機(jī)組循環(huán)軟啟動(dòng)變頻柜，壓力儀表管路系統(tǒng)等構(gòu)成變頻柜由變頻調(diào)速器 PLC 低壓電器等構(gòu)成系統(tǒng)一般選擇同型號(hào)水泵 2 ~3 臺(tái)以 3 臺(tái)泵為例系統(tǒng)的工作情況如下：平時(shí) 1 臺(tái)泵變頻供水當(dāng) 1 臺(tái)泵供水不足時(shí)先開(kāi)的泵倒為工頻運(yùn)行變頻柜再軟啟動(dòng)第 2 臺(tái)泵，若流量還不夠第 2 臺(tái)泵倒為工頻運(yùn)行變頻柜再軟啟動(dòng)第 3 臺(tái)泵，若用水量減少按啟泵順序依次停止工頻泵直到最后 1 臺(tái)泵變頻定壓供水。另外系統(tǒng)具有定時(shí)換泵功能，若某臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行超過(guò) 24 h 變頻柜可自動(dòng)停止該泵切換到下一臺(tái)泵繼續(xù)變頻運(yùn)行。換泵時(shí)間由程序設(shè)定可按要求隨時(shí)調(diào)整，這樣可均衡各泵的運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)整體泵組的壽命。該系統(tǒng)一般適用于規(guī)模較小的多層住宅小區(qū)(如 300 戶以內(nèi))或其它小規(guī)模用水系統(tǒng)水泵功率一般不超過(guò) 7.5 kW， 另外也適用于小流量用水時(shí)間很短或用水量變3化不大的其它場(chǎng)合如循環(huán)水系統(tǒng)。基于PLC的定壓供水系統(tǒng)： [7]可編程邏輯控制器(PLC) 及其網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的支柱之一, 由于近年來(lái)PLC 的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理、圖形顯示、聯(lián)網(wǎng)通信功能得到了很大的加強(qiáng), 使得 PLC 得以向過(guò)程控制滲透和發(fā)展。過(guò)程控制通常是指工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定周期進(jìn)行的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制。在過(guò)程控制領(lǐng)域, PID 是最主要的調(diào)節(jié)器之一, 其原理簡(jiǎn)單、適用性和魯棒性強(qiáng), 最突出的特點(diǎn)是它不依賴于對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型, 因此可以解決工業(yè)過(guò)程精確建模時(shí)的困難。有一種用于教學(xué)和培訓(xùn)用途的定壓供水系統(tǒng)。系統(tǒng)具有自動(dòng)水循環(huán)功能, 控制模型采用典型的工業(yè)過(guò)程控制(PID)。通過(guò)遠(yuǎn)傳壓力表采集系統(tǒng)供水壓力并傳送給PLC, 經(jīng)過(guò) PLC 中的 PID 算法程序得到輸出控制信號(hào), 控制變頻器改變水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速, 從而實(shí)現(xiàn)定壓供水功能。此系統(tǒng)中使用的硬件設(shè)備, 主要包括 PLC、Flex I/O 、Device Net、變頻器、SMC 電機(jī)軟啟動(dòng)器、操作員終端等, 都是美國(guó)公司的產(chǎn)品。系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：系統(tǒng)工作時(shí)先通過(guò) SMC 軟啟動(dòng), 正常運(yùn)轉(zhuǎn)后, 將控制切換到變頻器控制檔, 進(jìn)入變頻定壓供水工作狀態(tài)，使整個(gè)系統(tǒng)受 ControlLogix 處理器的控制。在此之前應(yīng)通過(guò)操作員終端向處理器發(fā)送變頻起動(dòng)命令, 使水泵起動(dòng), 然后變頻器接管對(duì)水泵的控制,定壓供水過(guò)程開(kāi)始。此時(shí), 遠(yuǎn)傳壓力表將水的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成為 0～ 5V 的電壓信號(hào), Flex I/O 的模型量輸入模塊獲得這個(gè)電壓信號(hào)后, 將 A/D 轉(zhuǎn)換后的信號(hào)交給處理器, 由處理器交給 PID 程序處理。程序?qū)?PID調(diào)節(jié)的輸出通過(guò)設(shè)備網(wǎng)通訊模塊傳到變頻器的控制端口, 從而改變變頻器的輸出, 由此改變水泵的轉(zhuǎn)速。水循環(huán)回路中的水壓隨之發(fā)生變化, 遠(yuǎn)傳壓力表采集到的這些變化, 再次交給處理器, 由此實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制, 使水壓穩(wěn)定在設(shè)定值, 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的定壓供水?！∧壳案鞣N PLC 都提供相應(yīng)的 PID 控制指令和相應(yīng)的回路調(diào)節(jié)軟件。因此, 將PLC 應(yīng)用于 PID 控制, 能夠使控制系統(tǒng)小型化 , 使控制模塊高度集成, 且易于操作和維護(hù)。又由于 PLC 可通過(guò) Flex I/O 連接局域網(wǎng),使得系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制成為可能。1．2 變頻調(diào)速技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1．2．1 我國(guó)變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展概況電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)通常由電動(dòng)機(jī)、控制裝置和信息裝置 3 部分組成。電氣傳動(dòng)關(guān)系到合理地使用電動(dòng)機(jī)以節(jié)約電能和控制機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)(位置、速度、加速度等)，實(shí)現(xiàn)電能-機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的目的。電氣傳動(dòng)分成不調(diào)速和調(diào)4速兩大類，調(diào)速又分交流調(diào)速和直流調(diào)速兩種方式。不調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接由電網(wǎng)供電，但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展這類原本不調(diào)速的機(jī)械越來(lái)越多地改用調(diào)速傳動(dòng)以節(jié)約電能(節(jié)約 15%～20%或更多)，改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)量。在我國(guó) 60%的發(fā)電量是通過(guò)電動(dòng)機(jī)消耗掉的，因此調(diào)速傳動(dòng)是一個(gè)重要行業(yè)，一直得到國(guó)家重視，目前已有一定規(guī)模。近年來(lái)交流調(diào)速中最活躍、發(fā)展最快的就是變頻調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速是交流調(diào)速的基礎(chǔ)和主干內(nèi)容。上個(gè)世紀(jì)變壓器的出現(xiàn)使改變電壓變得很容易，從而造就了一個(gè)龐大的電力行業(yè)。長(zhǎng)期以來(lái)，交流電的頻率一直是固定的，變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)使頻率變?yōu)榭梢猿浞掷玫馁Y源。我國(guó)電氣傳動(dòng)產(chǎn)業(yè)始建于 1954 年，當(dāng)時(shí)第一批該專業(yè)范圍內(nèi)的學(xué)生從各大專院校畢業(yè)，同時(shí)在機(jī)械工業(yè)部屬下建立了我國(guó)第一個(gè)電氣傳動(dòng)成套公司，這就是后來(lái)的天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所的前身。我國(guó)電氣傳動(dòng)與變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史見(jiàn)表1。現(xiàn)在我國(guó)已有 200 家左右的公司、工廠和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的工作。表 1 我國(guó)電氣傳動(dòng)與變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史技 術(shù) 特 征 應(yīng) 用 年 代帶電機(jī)擴(kuò)大機(jī)的發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)機(jī)組傳動(dòng) ★ 50 年代初～70 年代中汞孤整流器供電的直流調(diào)速傳動(dòng) ★★ 50 年代后期～60 年代后期磁放大器勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)機(jī)組傳動(dòng) 60 年代初～70 年代中晶閘管變流器勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)機(jī)組 ★★★ 60 年代后期～70 年代后期晶閘管變流器供電的直流調(diào)速傳動(dòng) 70 年代初～現(xiàn)在飽和磁放大器供電的交流調(diào)速傳動(dòng) 60 年代初～60 年代后期靜止串級(jí)調(diào)速交流調(diào)速傳動(dòng) 70 年代中～現(xiàn)在循環(huán)變流器供電的交流變頻調(diào)速傳動(dòng) 80 年代后期～現(xiàn)在電壓或電流型 6 脈沖逆變器供電的交流變頻調(diào)速傳動(dòng) 80 年代初～現(xiàn)在BJT(IGBT)PWM 逆變器供電的交流變頻調(diào)速傳動(dòng) 90 年代中～現(xiàn)在★我國(guó)第 1 臺(tái)電機(jī)擴(kuò)大機(jī)是在 1955 年制造出來(lái)的?！铩镂覈?guó)第 1 臺(tái)汞孤整流器(5 A，600 V)是在 1952 年制造出來(lái)的。★★★我國(guó)第 1 只晶閘管(5 A，400 V)是在 1963 年制造出來(lái)的。 我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，許多產(chǎn)品的科研開(kāi)發(fā)能力仍落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。至今自行開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品大體只相當(dāng)于國(guó)際上 80 年代水平。隨著改革開(kāi)放，經(jīng)濟(jì)5高速發(fā)展，形成了一個(gè)巨大的市場(chǎng)，它既對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)，也對(duì)外國(guó)公司敞開(kāi)。很多最先進(jìn)的產(chǎn)品從發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)口，在我國(guó)運(yùn)行良好，滿足了我國(guó)生產(chǎn)和生活需要。國(guó)內(nèi)許多合資公司生產(chǎn)當(dāng)今國(guó)際上先進(jìn)的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)的成套部門在自行設(shè)計(jì)制造的成套裝置中采用外國(guó)進(jìn)口公司和合資企業(yè)的先進(jìn)設(shè)備，自己開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件，能為國(guó)內(nèi)外重大工程項(xiàng)目提供一流的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)。雖然取得很大成績(jī)，但應(yīng)看到由于國(guó)內(nèi)自行開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)產(chǎn)品的能力弱，對(duì)國(guó)外公司的依賴性嚴(yán)重。目前國(guó)內(nèi)主要的產(chǎn)品狀況如下：(1)晶閘管變流器和可關(guān)斷器件(BJT、IGBT、VDMOS)斬波器供電的直流調(diào)速設(shè)備。這類設(shè)備的市場(chǎng)很大，隨著交流調(diào)速的發(fā)展，該市場(chǎng)雖在縮減，但由于我國(guó)舊設(shè)備改造任務(wù)多，以及它在幾百至一千多 kW 范圍內(nèi)價(jià)格比交流調(diào)速低得多，所以在短期內(nèi)市場(chǎng)不會(huì)縮減很多。國(guó)產(chǎn)設(shè)備能滿足需要，部分出口。自行開(kāi)發(fā)的控制器多為模擬控制，近年來(lái)主要采用進(jìn)口數(shù)字控制器配國(guó)產(chǎn)功率裝置。(2)IGBT 或 BJT PWM 逆變器供電的交流變頻調(diào)速設(shè)備。這類設(shè)備的市場(chǎng)很大，總?cè)萘空嫉谋壤淮?，但臺(tái)數(shù)多，增長(zhǎng)快，應(yīng)用范圍從單機(jī)擴(kuò)展到全生產(chǎn)線，從簡(jiǎn)單的 V/f 控制到高性能的矢量控制。約有 50 家工廠和公司生產(chǎn)，其中合資企業(yè)占很大比重。(3)負(fù)載換流式電流型晶閘管逆變器供電的交流變頻調(diào)速設(shè)備。這類產(chǎn)品在抽水蓄能電站的機(jī)組起動(dòng)，大容量風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)和軋機(jī)傳動(dòng)方面有很大需求。國(guó)內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造，目前容量最大做到 12 MW。功率裝置國(guó)內(nèi)配套，自行開(kāi)發(fā)的控制裝置只有模擬式的，數(shù)字裝置需進(jìn)口，自己開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件。(4)交-交變頻器供電的交流變頻調(diào)速設(shè)備。這類產(chǎn)品在軋機(jī)和礦井卷?yè)P(yáng)傳動(dòng)方面有很大需求，臺(tái)數(shù)不多，功率大。主要靠進(jìn)口，國(guó)內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造。目前最大容量做到 7 000～8 000 kW。功率部分國(guó)產(chǎn)，數(shù)字控制裝置進(jìn)口，包括開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件。變頻調(diào)速技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和日常生活中的重要地位是由以下因素決定的。(1)應(yīng)用面廣，是工業(yè)企業(yè)和日常生活中普遍需要的新技術(shù)。(2)是節(jié)約能源的高新技術(shù)。(3)是國(guó)際上技術(shù)更新?lián)Q代最快的領(lǐng)域。(4)是高科技領(lǐng)域的綜合性技術(shù)。(5)是替代進(jìn)口，節(jié)約投資的最大領(lǐng)域之一。從總體上看我國(guó)電氣傳動(dòng)的技術(shù)水平較國(guó)際先進(jìn)水平差距 10～15 年。在大功率交-交、無(wú)換向器電機(jī)等變頻技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造，但在數(shù)字化及系統(tǒng)可靠性方面與國(guó)外還有相當(dāng)差距。而這方面產(chǎn)品在諸如抽水蓄能電站機(jī)組起動(dòng)及運(yùn)行、大容量風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和軋機(jī)傳動(dòng)、礦井卷?yè)P(yáng)方面有很大需求。在中小功率變頻技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)幾乎所有的產(chǎn)品都是普通的 V/f 控制，僅6有少量的樣機(jī)采用矢量控制，品種與質(zhì)量還不能滿足市場(chǎng)需要，每年大量進(jìn)口。國(guó)內(nèi)交流變頻調(diào)速技術(shù)產(chǎn)業(yè)狀況表現(xiàn)如下。(1)變頻器的整機(jī)技術(shù)落后，國(guó)內(nèi)雖有很多單位投入了一定的人力、物力，但由于力量分散，并沒(méi)有形成一定的技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模。(2)變頻器產(chǎn)品所用半導(dǎo)體功率器件的制造業(yè)幾乎是空白。(3)相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)及行業(yè)落后。(4)產(chǎn)銷量少，可靠性及工藝水平不高。1．2．2 國(guó)外現(xiàn)狀在大功率交-交變頻(循環(huán)變流器)調(diào)速技術(shù)方面，法國(guó)阿爾斯通已能提供單機(jī)容量達(dá) 3 萬(wàn) kW 的電氣傳動(dòng)設(shè)備用于船舶推進(jìn)系統(tǒng)。在大功率無(wú)換向器電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)方面，意大利 ABB 公司提供了單機(jī)容量為 6 萬(wàn) kW 的設(shè)備用于抽水蓄能電站。在中功率變頻調(diào)速技術(shù)方面，德國(guó)西門子公司 Simovert A 電流型晶閘管變頻調(diào)速設(shè)備單機(jī)容量為 10～2 600 kVA 和 Simovert P GTO PWM 變頻調(diào)速設(shè)備單機(jī)容量為100～900 kVA，其控制系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，用于電力機(jī)車、風(fēng)機(jī)、水泵傳動(dòng)。在小功率交流變頻調(diào)速技術(shù)方面，日本富士 BJT 變頻器最大單機(jī)容量可達(dá) 700 kVA,IGBT 變頻器已形成系列產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)也已實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。國(guó)外交流變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展有以下特點(diǎn)。(1)市場(chǎng)的大量需求。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高和能源全球性短缺，變頻器越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在機(jī)械、紡織、化工、造紙、冶金、食品等各個(gè)行業(yè)以及風(fēng)機(jī)、水泵等的節(jié)能場(chǎng)合，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。(2)功率器件的發(fā)展。近年來(lái)高電壓、大電流的 SCR、GTO、IGBT、IGCT 等器件的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使高電壓、大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。(3)控制理論和微電子技術(shù)的發(fā)展。矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制等新的控制理論為高性能的變頻器提供了理論基礎(chǔ)；16 位、32 位高速微處理器以及信號(hào)處理器(DSP)和專用集成電路(ASIC)技術(shù)的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)變頻器高精度、多功能化提供了硬件手段。(4)基礎(chǔ)工業(yè)和各種制造業(yè)的高速發(fā)展，變頻器相關(guān)配套件社會(huì)化、專業(yè)化生產(chǎn)。1．2．3 未來(lái)的發(fā)展方向7交流變頻調(diào)速技術(shù)是強(qiáng)弱電混合、機(jī)電一體的綜合性技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換(整流、逆變)，又要處理信息的收集、變換和傳輸，因此它的共性技術(shù)必定分成功率和控制兩大部分。前者要解決與高壓大電流有關(guān)的技術(shù)問(wèn)題和新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)問(wèn)題，后者要解決(基于現(xiàn)代控制理論的控制策略和智能控制策略)的硬、軟件開(kāi)發(fā)問(wèn)題(在目前狀況下主要是全數(shù)字控制技術(shù))。其主要發(fā)展方向有如下幾項(xiàng)。(1)實(shí)現(xiàn)高水平的控制?；陔妱?dòng)機(jī)和機(jī)械模型的控制策略，有矢量控制、磁場(chǎng)控制、直接轉(zhuǎn)矩控制和機(jī)械扭振補(bǔ)償?shù)龋换诂F(xiàn)代理論的控制策略，有滑模變結(jié)構(gòu)技術(shù)、模型參考自適應(yīng)技術(shù)、采用微分幾何理論的非線性解耦、魯棒觀察器，在某種指標(biāo)意義下的最優(yōu)控制技術(shù)和逆奈奎斯特陣列設(shè)計(jì)方法等；基于智能控制思想的控制策略，有模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)和各種各樣的自優(yōu)化、自診斷技術(shù)等。(2)開(kāi)發(fā)清潔電能的變流器。所謂清潔電能變流器是指變流器的功率因數(shù)為 1，網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)有盡可能低的諧波分量，以減少對(duì)電網(wǎng)的公害和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。對(duì)中小容量變流器，提高開(kāi)關(guān)頻率的 PWM 控制是有效的。對(duì)大容量變流器，在常規(guī)的開(kāi)關(guān)頻率下，可改變電路結(jié)構(gòu)和控制方式，實(shí)現(xiàn)清潔電能的變換。(3)縮小裝置的尺寸。緊湊型變流器要求功率和控制元件具有高的集成度，其中包括智能化的功率模塊、緊湊型的光耦合器、高頻率的開(kāi)關(guān)電源，以及采用新型電工材料制造的小體積變壓器、電抗器和電容器。功率器件冷卻方式的改變(如水冷、蒸發(fā)冷卻和熱管)對(duì)縮小裝置的尺寸也很有效。(4)高速度的數(shù)字控制。以 32 位高速微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字控制模板有足夠的能力實(shí)現(xiàn)各種控制算法，Windows 操作系統(tǒng)的引入使得可自由設(shè)計(jì)，圖形編程的控制技術(shù)也有很大的發(fā)展。(5)模擬與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)。電機(jī)模擬器、負(fù)載模擬器以及各種 CAD軟件的引入對(duì)變頻器的設(shè)計(jì)和測(cè)試提供了強(qiáng)有力的支持。主要的研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目有如下各項(xiàng)。(1)數(shù)字控制的大功率交-交變頻器供電的傳動(dòng)設(shè)備。(2)大功率負(fù)載換流電流型逆變器供電的傳動(dòng)設(shè)備在抽水蓄能電站、大型風(fēng)機(jī)和泵上的推廣應(yīng)用。(3)電壓型 GTO 逆變器在鐵路機(jī)車上的推廣應(yīng)用。(4)電壓型 IGBT、IGCT 逆變器供電的傳動(dòng)設(shè)備擴(kuò)大功能，改善性能。如 4 象限運(yùn)行，帶有電機(jī)參數(shù)自測(cè)量與自設(shè)定和電機(jī)參數(shù)變化的自動(dòng)補(bǔ)償以及無(wú)傳感器的矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。(5)風(fēng)機(jī)和泵用高壓電動(dòng)機(jī)的節(jié)能調(diào)速研究。眾所周知，風(fēng)機(jī)和泵改用調(diào)速傳動(dòng)后可節(jié)約大量電力。特別是電壓電動(dòng)機(jī)，容量大，節(jié)能效果更顯著。研究經(jīng)濟(jì)合理8的高壓電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法是當(dāng)今重大課題。主要的研究?jī)?nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)有如下各項(xiàng)。(1)高壓、大電流技術(shù)：①動(dòng)態(tài)、靜態(tài)均壓技術(shù)(6 kV、10 kV 回路中 3 英寸晶閘管串聯(lián)，靜動(dòng)態(tài)均壓系數(shù)大于 0.9)；②均流技術(shù)(大功率晶閘管并聯(lián)的均流技術(shù)，均流系數(shù)大于 0.85)；③浪涌吸收技術(shù)(10 kV、6 kV 回路中)；④光控及電磁觸發(fā)技術(shù)(電/光，光/電變換技術(shù))；⑤導(dǎo)熱與散熱技術(shù)(主要解決導(dǎo)熱及散熱性好、電流出力大的技術(shù)，如熱管散熱技術(shù))；⑥高壓、大電流系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)(抗大電流電磁力結(jié)構(gòu)、絕緣設(shè)計(jì))；⑦等效負(fù)載模擬技術(shù)。(2)新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)：①可關(guān)斷驅(qū)動(dòng)技術(shù)；②雙 PWM 逆變技術(shù)；③循環(huán)變流/電流型交-直-交(CC/CSI)變流技術(shù)(12 脈波變頻技術(shù))；④同步機(jī)交流勵(lì)磁變速運(yùn)行技術(shù)；⑤軟開(kāi)關(guān) PWM 變流技術(shù)。(3)全數(shù)字自動(dòng)化控制技術(shù)：①參數(shù)自設(shè)定技術(shù)；②過(guò)程自優(yōu)化技術(shù)；③故障自診斷技術(shù)；④對(duì)象自辨識(shí)技術(shù)。(4)現(xiàn)代控制技術(shù)：①多變量解耦控制技術(shù)；②矢量控制和直接力矩控制技術(shù)；③自適應(yīng)技術(shù)。變頻調(diào)速技術(shù)作為高新技術(shù)、基礎(chǔ)技術(shù)和節(jié)能技術(shù)，已經(jīng)滲透到經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的所有技術(shù)部門中。我國(guó)以后在變頻調(diào)速技術(shù)方面應(yīng)積極做的工作如下：(1)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)來(lái)改造傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)，節(jié)約能源及提高產(chǎn)品質(zhì)量，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。(2)大力發(fā)展變頻調(diào)速技術(shù)，必需把我國(guó)變頻調(diào)速技術(shù)提高到一個(gè)新水平，縮小與世界先進(jìn)水平的差距，提高自主開(kāi)發(fā)能力，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)工程建設(shè)和市場(chǎng)的需求。(3)規(guī)范我國(guó)變頻調(diào)速技術(shù)方面的標(biāo)準(zhǔn)，提高產(chǎn)品可靠性及工藝水平，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。變頻調(diào)速器是優(yōu)秀的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置．若我們正確地應(yīng)用變頻器，它則能顯著地節(jié)省電力，在節(jié)能領(lǐng)域時(shí)里得到廣泛地應(yīng)用。變頻調(diào)速技術(shù)是一種新型成熟的交流電機(jī)無(wú)極調(diào)速技術(shù),它以其獨(dú)特優(yōu)良的控制性能被廣泛應(yīng)用于速度控制領(lǐng)域,特別是供水行業(yè)中。由于安全生產(chǎn)和供水質(zhì)量的特殊需要,對(duì)定壓供水壓力有著嚴(yán)格的要求,因而變頻調(diào)速技術(shù)得到了更加深入的應(yīng)用。1．3 變頻定壓供水系統(tǒng)的參數(shù)選取 （1） 、合理選取壓力控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低能耗定壓供水。這個(gè)目的的實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵就在于壓力控制參數(shù)的選取，通常管網(wǎng)壓力控制點(diǎn)的選擇有兩個(gè)：一個(gè)就是管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力定壓控制，另一個(gè)就是泵出口壓力定壓控制。兩者如何選擇，我們來(lái)簡(jiǎn)9單分析一下。 管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力恒定時(shí)，管網(wǎng)用水量由 QMAX 減少到 Q1，水泵降低轉(zhuǎn)速，與用水管路特性曲線 A（不變）相交于點(diǎn) C，水泵特性曲線下移，管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力H0。而泵出口壓力定壓控制時(shí)，則 Ha 不變，用水量由 QMAX 減少到 Q1 與 Ha 交于 B點(diǎn)，用水管路特性曲線 A 上移并通過(guò) B 點(diǎn)，管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力變?yōu)?Hb，Hb - H0 的揚(yáng)程差即為能量浪費(fèi)，所以選擇管網(wǎng)最不利點(diǎn)的最小水頭為壓力控制參數(shù)，形成閉環(huán)壓力自控系統(tǒng)，使得水泵的轉(zhuǎn)速與 PID 調(diào)節(jié)器設(shè)定壓力相匹配，可以達(dá)到最大節(jié)能效果，而且實(shí)現(xiàn)了定壓供水的目的。 （2） 、變頻器在投入運(yùn)行后的調(diào)試是保證系統(tǒng)達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)的必要手段。變頻器根據(jù)負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小，在啟動(dòng)和停止電機(jī)時(shí)所需的時(shí)間不相同，設(shè)定時(shí)間過(guò)短會(huì)導(dǎo)致變頻器在加速時(shí)過(guò)電流、在減速時(shí)過(guò)電壓保護(hù)；設(shè)定時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致變頻器在調(diào)速運(yùn)行時(shí)使系統(tǒng)變得調(diào)節(jié)緩慢，反應(yīng)遲滯，應(yīng)變能力差，系統(tǒng)易處在短期不穩(wěn)定狀態(tài)中。 為了變頻器不跳閘保護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)使用當(dāng)中的許多變頻器加減速時(shí)間的設(shè)置過(guò)長(zhǎng)，它所帶來(lái)的問(wèn)題很容易被設(shè)備外表的正常而掩蓋，但是變頻器達(dá)不到最佳運(yùn)行狀態(tài)。所以現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)要根據(jù)所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載性質(zhì)不同，測(cè)試出負(fù)載的允許最短加減速時(shí)間，進(jìn)行設(shè)定。對(duì)于水泵電機(jī)，加減速時(shí)間的選擇在 0.2-20 秒之間。 1．4 論文的目的意義及研究?jī)?nèi)容1．4．1 目的及意義傳統(tǒng)的恒速泵供水系統(tǒng)，供水壓力不能調(diào)節(jié)，用水量的變化造成管道壓力大幅變化，壓力大時(shí)造成管路損壞，電能損耗大。水塔供水和壓力罐供水造價(jià)高，占地面積大，水泵起動(dòng)頻繁，由于水錘效應(yīng)的影響，水泵容易損壞，維修費(fèi)用高。研究變頻定壓供水系統(tǒng)的目的是設(shè)計(jì)具有供水壓力調(diào)整方便、精度高、占地面積小、靈活性強(qiáng)、投資小、高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)的供水系統(tǒng)，控制系統(tǒng)內(nèi)置微電腦控制器，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)定時(shí)供水，徹底實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守自動(dòng)供水，具有過(guò)流、過(guò)載、過(guò)壓、欠壓、缺相、失速、過(guò)熱等多種保護(hù)功能，水泵起動(dòng)方式為軟起動(dòng)，無(wú)水錘效應(yīng)，對(duì)電網(wǎng)和水泵無(wú)沖擊，延長(zhǎng)了水泵及電器的使用壽命，增加了系統(tǒng)的可靠性，控制系統(tǒng)具有故障報(bào)警和顯示功能，并可進(jìn)行工頻直接運(yùn)行，應(yīng)急供水。相對(duì)與傳統(tǒng)的加壓供水方式，變頻定壓供水系統(tǒng)的意義突出的體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1. 高效節(jié)能 變頻定壓供水系統(tǒng)的最顯著優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)約電能，節(jié)能量通常在 10-40%。從單臺(tái)10水泵的節(jié)能來(lái)看，流量越小，節(jié)能量越大。 2. 恒壓供水 變頻定壓供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定而流量可在大范圍內(nèi)連續(xù)變化，從而可以保證用戶任何時(shí)候的用水壓力，不會(huì)出現(xiàn)在用水高峰期熱水器不能正常使用的情況。 3. 安全衛(wèi)生 系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)供水后，用戶的水全部由管道直接供給，取消了水塔、天面水池、氣壓罐等設(shè)施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。 4. 自動(dòng)運(yùn)行、管理簡(jiǎn)便 新型的小區(qū)變頻定壓供水系統(tǒng)具備了過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、欠相、短路保護(hù)、瞬時(shí)停電保護(hù)、過(guò)載、失速保護(hù)、低液位保護(hù)、主泵定時(shí)輪換控制、密碼設(shè)定等功能，功能完善，全自動(dòng)控制，自動(dòng)運(yùn)行，泵房不設(shè)崗位，只需派人定期檢查、保養(yǎng)。 5. 延長(zhǎng)設(shè)備壽命、保護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定 使用變頻器后，機(jī)泵的轉(zhuǎn)速不再是長(zhǎng)期維持額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，減少了機(jī)械磨損，降低了機(jī)泵故障率，而且主泵定時(shí)輪換控制功能自動(dòng)定時(shí)輪換主泵運(yùn)行，保證各泵磨損均勻且不銹死，延長(zhǎng)了機(jī)泵使用壽命。變頻器的無(wú)級(jí)調(diào)速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了機(jī)泵軟啟動(dòng)，避免了電機(jī)開(kāi)停時(shí)的大電流對(duì)電機(jī)線圈和電網(wǎng)的沖擊，消除了水泵的水錘效應(yīng)。 6. 占地少、投資回收期短 新型的小區(qū)變頻定壓供水系統(tǒng)采用水池上直接安裝立式泵，控制間只要安放一到兩個(gè)控制柜，體積很小，整個(gè)系統(tǒng)占地就非常小，可以節(jié)省投資。另外不用水塔或天面水池、控制間不設(shè)專人管理、設(shè)備故障率極低等方面都實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步減少投資，運(yùn)行管理費(fèi)低的特點(diǎn)，再加上變頻供水的節(jié)能優(yōu)點(diǎn)，都決定了小區(qū)變頻定壓供水系統(tǒng)的投資回收期短，一般約 2 年。1．4．2 研究?jī)?nèi)容 本文介紹以可編程控制器(PLC)和 ABB 系列變頻器為控制核心，4 個(gè)水泵為執(zhí)行元件，采用 PID 算法控制水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，即可調(diào)節(jié)出口管網(wǎng)壓力，使之達(dá)到用戶設(shè)定的壓力。本文主要內(nèi)容是建立在恒壓供水原理、PLC 原理、變頻調(diào)速原理之上，通過(guò)選擇和設(shè)置幾個(gè)主要器件，實(shí)現(xiàn)定壓供水控制功能，以達(dá)到用水量和供水量的統(tǒng)一。 水泵工作程序：第一臺(tái)水泵變頻啟動(dòng)、運(yùn)行，當(dāng)水壓滿足不了使用要求時(shí)（即水壓不足） ，先將第一臺(tái)水泵轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，再投入第二臺(tái)變頻自動(dòng)。依次類推直到第四臺(tái)水泵啟動(dòng)。停泵時(shí)先停變頻泵，將變頻切回到工頻后變頻運(yùn)行，即先啟動(dòng)的11后停止，后啟動(dòng)的先停止（即為順開(kāi)，逆停） 。設(shè)置其中任意一臺(tái)水泵故障停機(jī)，該系統(tǒng)能保證饒過(guò)故障泵運(yùn)行和停止。可實(shí)現(xiàn)定時(shí)開(kāi)停、長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。具有故障報(bào)警指示功能。具有遠(yuǎn)程報(bào)警功能。其主要功能：1、系統(tǒng)具有軟起軟停及恒壓供水功能，設(shè)有自動(dòng)和手動(dòng)兩種運(yùn)轉(zhuǎn)功能；2、系統(tǒng)具有一定的抗干擾能力；3、控制電源：電壓：AC 220V；功率：40W4、定壓范圍： 0～0.5Mpa, 5、定壓控制精度：±0.01Mpa 6、完成 4 臺(tái)水泵的組合邏輯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其中每臺(tái)泵都可以采取變頻控制方式和工頻控制方式，其中同一時(shí)間僅有一臺(tái)泵采取變頻控制，其他為工頻控制，單臺(tái)水泵的流量: Q=50m3/h 揚(yáng)程： P=50m 功率：P=15KW 其中要求各個(gè)泵工作順序?yàn)橄乳_(kāi)先停，保證每個(gè)水泵的工作時(shí)間大致相同。12第二章 定壓供水控制系統(tǒng)方案定壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器(PLC)構(gòu)成 控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)整泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入CPU運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動(dòng)機(jī)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)和運(yùn)行變量泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。 2．1 控制方案及運(yùn)行特征在住宅小區(qū)水廠的管網(wǎng)系統(tǒng)中，由于管網(wǎng)是封閉的，泵站供水的流量是由用戶用水量決定的，泵站供水的壓力以滿足管網(wǎng)中壓力最不利點(diǎn)的壓力損失ΔP和流量Q之間存在著如下關(guān)系： ΔP=KQ2； 式中K一為系數(shù) 設(shè)PL為壓力最不利點(diǎn)所需的最低壓力，則泵站出口總管壓力P應(yīng)按下式關(guān)系供水，則可滿足用戶用水的要求壓力值，又有最佳的節(jié)能效果。 P=PL+ΔP=PL+KQ2 因此供水系統(tǒng)的設(shè)定壓力應(yīng)該根據(jù)流量的變化而不斷修正設(shè)定值，這種恒壓供水技術(shù)稱為變量恒壓供水，即供水系統(tǒng)最不利點(diǎn)的供水壓力為恒值而泵站出口總管壓力連續(xù)可調(diào)。 典型的自動(dòng)定壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示；系統(tǒng)具有控制水泵出口總管壓力恒定、變流量供水功能，系統(tǒng)通過(guò)安裝在出水總管上的壓力傳感器、流量傳感器，實(shí)時(shí)將壓力、流量非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸入至可編程控制器(PLC)的輸入模塊，信號(hào)經(jīng)CPU運(yùn)算處理后與設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，得出最佳的運(yùn)行工況參數(shù)，由系統(tǒng)的輸出模塊輸出邏輯控制指令和變頻器的頻率設(shè)定值，控制泵站投運(yùn)水泵的13臺(tái)數(shù)及變量泵的運(yùn)行工況，并實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)水泵的調(diào)節(jié)控制。 以4臺(tái)水泵的恒壓供水系統(tǒng)為例，系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行方式下，可編程控制器控制變頻器、軟啟動(dòng)1#泵，此時(shí)1#泵進(jìn)入變頻運(yùn)行狀態(tài)，其轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)供水量Q0-50Hz 頻率給定；0-20mA(R i=500KΩ) （DIP 開(kāi)關(guān)：AI1 短接）0-50Hz 頻率給定3AGND 模擬輸入 0V（通過(guò) 1MΩ 電阻連接到機(jī)殼）A01 模擬輸出，可編程。缺省：0-20mA（帶載能力0-50Hz 輸出頻率。精度：+/-3%典型值+24V 輔助電源 24VDC+20%，-10%/250Ma(參考 AGND)。有短路保護(hù)。DVCM1 DI1-3 數(shù)據(jù)輸入公共端 1。當(dāng)輸入端與 DVCM1 間電壓>=10V（或Δｐ，則β＝0，采用PD算法則 ，其中：)1()1()???kgeTkudp )1()(21()( ????keTkugdpdp圖4.2 系統(tǒng)運(yùn)算程序圖中： ， ， ，)1()()????kCeBkuf )(TkAdp??)21(TkBdp??kCdp?VW56為中斷調(diào)用次數(shù)；VW30為給定偏差量；VW60為系統(tǒng)偏差值；VW60為系統(tǒng)反饋參量；該反饋參量通過(guò)壓力傳感器獲得，由于環(huán)境的影響可能會(huì)使該參量發(fā)生擾動(dòng)，該變化會(huì)直接影響到參量偏差，因此，為了減小參量的誤差，該信號(hào)的取得通過(guò)子程序１的數(shù)字濾波獲得。本系統(tǒng)的PID參數(shù)裝載位置為：VD0－－PID的過(guò)程變量；VD4－－PID的設(shè)定值；VD8－－PID的輸出；VD12－－PID的增益；VD16－－PID的采樣時(shí)間；VD20－－PID的積分時(shí)間；VD24－－PID的微分時(shí)間；VD28－－PID的偏置值；VD32－－PID先前的過(guò)程變量；VB0－－起動(dòng)PID表；過(guò)程變量的設(shè)置根據(jù)采樣數(shù)據(jù)的工作狀態(tài)不同而不斷的修正，系統(tǒng)設(shè)置只由被測(cè)參量的變化狀態(tài)來(lái)確定，由于PID運(yùn)45算過(guò)程需要參數(shù)量在1以下，故在運(yùn)算過(guò)程中需要作單位量化處理，而且需要對(duì)偏差值符號(hào)進(jìn)行處理，因此在運(yùn)算過(guò)程中采用32位數(shù)據(jù)運(yùn)算。在頻率調(diào)節(jié)過(guò)程中，考慮到變頻器的利用率和系統(tǒng)的可靠性，調(diào)頻的下限值設(shè)定為25Hz，上限值設(shè)定為50Hz。當(dāng)系統(tǒng)剛啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速很低，無(wú)法滿足系統(tǒng)要求，此時(shí)將參數(shù)值強(qiáng)制設(shè)置到使系統(tǒng)穩(wěn)點(diǎn)工作在50Hz，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)節(jié)區(qū)內(nèi)時(shí)，調(diào)節(jié)參數(shù)的偏差、偏差變化率、輸出量和速率都對(duì)系統(tǒng)輸出產(chǎn)生影響，隨著目標(biāo)參數(shù)的接近程度不同，調(diào)整參數(shù)值逐漸平緩接近目標(biāo)函數(shù)。圖4.3 PID運(yùn)算子程序由于考慮到系統(tǒng)運(yùn)行慣性的影響，調(diào)節(jié)過(guò)程可能出現(xiàn)震蕩，因此，在程序中設(shè)計(jì)了目標(biāo)預(yù)測(cè)程序。當(dāng)運(yùn)行參數(shù)遠(yuǎn)離目標(biāo)參數(shù)時(shí)，調(diào)節(jié)幅度加快，隨著運(yùn)行參數(shù)與目標(biāo)參數(shù)的逐步接近。跟蹤調(diào)節(jié)幅度逐漸減小，直至運(yùn)行參數(shù)與目標(biāo)參數(shù)近似相等時(shí)，系統(tǒng)按照運(yùn)行參數(shù)變化的預(yù)測(cè)值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，以維持系統(tǒng)的恒壓穩(wěn)定值。同時(shí)，由于系統(tǒng)調(diào)節(jié)的慣性較大，而系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集速度很快，在運(yùn)算過(guò)程中，運(yùn)算結(jié)果可能會(huì)使調(diào)頻輸出大于50Hz或小于25Hz，因此，當(dāng)輸出頻率大于50Hz或小于25Hz時(shí)，將輸出頻率強(qiáng)制設(shè)定為極限值。對(duì)于系統(tǒng)擾動(dòng)的處理，由于系統(tǒng)是定時(shí)采樣，在采樣過(guò)程中擾動(dòng)是難免的，當(dāng)擾動(dòng)超過(guò)預(yù)期值時(shí)，作為錯(cuò)誤值處理，當(dāng)擾動(dòng)量小于預(yù)測(cè)值時(shí)，采樣數(shù)值作為有效數(shù)據(jù)處理，作為調(diào)節(jié)參數(shù)的依據(jù)。46結(jié)束語(yǔ)變頻式恒壓供水的最大好處，就是用多少水供多少水，不做無(wú)用功，因而達(dá)到節(jié)能節(jié)水的目的。根據(jù)流體力學(xué)原理和試驗(yàn)結(jié)論，對(duì)于水機(jī)水泵等的流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，所需功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，所以水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)電效果非常顯著。根據(jù)實(shí)際使用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，采用變頻式恒壓供水，可節(jié)電 30～60％。近年來(lái)國(guó)內(nèi)高層建筑不斷興建，它的特點(diǎn)是高度高、層數(shù)多、體量大。面積可達(dá)幾萬(wàn)平方米到幾十萬(wàn)平方米。這些建筑都是一個(gè)個(gè)龐然大物，高高的聳立在地面上，這是它的外觀，而隨之帶來(lái)的內(nèi)部的建筑設(shè)備也是大量的。為了提高設(shè)備利用率，合理地使用能源，加強(qiáng)對(duì)建筑設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視等，自然地就提出了樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)。 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(guò)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。樓宇自動(dòng)化恒壓供水系統(tǒng)的飛躍發(fā)展給我國(guó)的小區(qū)供水帶來(lái)了很大的便利。它充分利用了變頻軟啟動(dòng)和PLC技術(shù)的相結(jié)合實(shí)現(xiàn)一拖多泵的供水系統(tǒng)。PLC編程在工業(yè)領(lǐng)域更適用，它通過(guò)梯形圖編程、它更容易被人們理解。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。自從通用變頻器問(wèn)世以來(lái)，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(kāi)始經(jīng)歷了一次飛躍。 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(kāi)發(fā)、生產(chǎn)這一高新技術(shù)產(chǎn)品。目前正向著高可靠性、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(lái)供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)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)。47致謝回想將近半年的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程，首先要感謝我的導(dǎo)師尤文老師對(duì)我的諄諄教導(dǎo)。尤老師在我們論文的前期準(zhǔn)備、編寫(xiě)過(guò)程及收尾階段都給予了很多幫助和指導(dǎo)意見(jiàn)。他教會(huì)我們的一些學(xué)習(xí)方法和處理問(wèn)題技巧使我受益終身。同時(shí)感謝自動(dòng)化系的各位老師對(duì)我的教育和幫助。我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)在學(xué)校進(jìn)行，各位老師、同寢兄弟、同學(xué)、師兄、師姐給我們提供了很好的環(huán)境和很大幫助，在次也表示衷心感謝。48參考文獻(xiàn)1．楊鳳蘭.變頻調(diào)速水泵在自動(dòng)化供水系統(tǒng)中的節(jié)能實(shí)踐.電氣時(shí)代 2005 年 第 11 期2．李國(guó)厚，趙明富，徐君鵬.可編程控制器在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.《自動(dòng)第 2 化儀表》6 卷 第 8 期 2005 年 8 月3．趙勇飛，陳啟卷.PLC 及變頻調(diào)速技術(shù)在泵站恒壓供水中的應(yīng)用.工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置 2004 年 第 4 期4．張紅星，李 鳴，湯志彪，楊大勇.基于變頻調(diào)速的恒壓供水控制系統(tǒng).機(jī)電設(shè)備 2005 年 第 3 期 總第 24 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FTTH用PLC製品の開(kāi)発. 古河電工時(shí)報(bào)第114 號(hào)（平成16 年7 月）50附錄附錄A：程序清單0 LD P_First_Cycle1 MOV(21) #C23F132 LD P_0n3 ANDW(34) 2#00FFDM2104 LD P_0n5ANDW（34）2#FF00DM2206 LD P_0n7 MOVD(83) DM220#012DM2308 LD P_0n9 BIN(23) DM230DM24010 LD P_0n11 ANDW(34) 3#00FFDM31012 LD P_0n13 ANDW(34) 3#FF00DM32014 LD P_0n15 MOVD(83) DM320#012DM33016 LD P_0n17 BIN(23) DM330DM34018 LD P_0n19 MOV(21) DM2101220 LDNOT KA121 ORNOT RF122 OUT ka1g23 LDNOT KA224 ORNOT RF225 OUT ka2g26 LDNOT KA327 ORNOT RF328 OUT ka3g29 LDNOT KA430 ORNOT RF431 OUT ka4g32 LD ka1g5133 DIFU(13) 35.0134 LD ka2g35 DIFU(13) 35.0236 LD ka3g37 DIFU(13) 35.0338 LD ka4g39 DIFU(13) 35.0440 LD 35.0141 AND INKM442 LD 35.0243 AND INKM844 ORLD45 LD 35.0346 AND INKM1247 ORLD48 LD 35.0449 AND INKM1650 ORLD51 LD KAPL52 TIM 80#20053 LD yhdb54 DIFU(13) 35.0755 LD pbgz56 DIFU(13) 35.0957 LD 35.0758 LD 35.0959 ANDNOT pqgz60 ORLD61 LD TIM02062 KEEP(11) jzkb63 LD P_1min64 LD TIM01065 OR P_First_Cycle66 CNT 50#144067 LD yhdb68 LD pbgz69 ANDNOT pqgz70 ORLD71 TIM 10#4072 TIM 20#2073 LD 38.0874 LD TIM02075 LD 38.0976 SFT(10) 383877 LD P_First_Cycle78 OR 38.0579 MOV(21) #23880 LDNOT kalg81 AND bpb182 LDNOT ka2g83 AND bpb284 ORLD85 LDNOT ka3g86 AND bpb387 ORLD88 LDNOT ka4g89 AND bpb490 ORLD91 ANDNOT pys92 ANDNOT yhdb93 ANDNOT pqgz94 ANDNOT pbgz95 OUT yxbp96 LD P_0n5297 IL(02)98 LD P_0n99 MOV(21) #00F8DM12100 LD P_0n101 MOV(21) #00FFDM13102 LD P_0n103 MOV(21) #0000DM14104 LD P_0n105 MOV(21) #0006DM15106 LD P_0n107 BCMP(68) DM310DM1039108 LD INKM2109 ANDNOT INKM4110 SET ls1111 LD INKM2112 ANDNOT INKM4113 DIFD(14) 36.05114 LD 36.05115 SET 36.11116 LD 36.11117 TIM 1#300118 LD TIM001119 RSET ls1120 RSET 36.11121 LD INKM6122 ANDNOT INKM8123 SET ls2124 LD INKM6125 ANDNOT INKM8126 DIFD(14) 36.06127 LD 36.06128 SET 36.12129 LD 36.12130 TIM 2#300131 LD TIM002132 RSET ls2133 RSET 36.12134 LD INKM10135 ANDNOT INKM12136 SET ls3137 LD INKM10138 ANDNOT INKM12139 DIFD(14) 36.07140 LD 36.07141 SET 36.13142 LD 36.13143 TIM 3#300144 LD TIM003145 RSET ls3146 RSET 36.13147 LD INKM14148 ANDNOT INKM16149 SET ls4150 LD INKM14151 ANDNOT INKM16152 DIFD(14) 36.08153 LD 36.08154 SET 36.14155 LD 36.14156 TIM 4#30053157 LD TIM004158 RSET ls4159 RSET 36.14160 ILC(03)161 LD bpb1162 IL(02)163 LDNOT ka1g164 ANDNOT jzkb165 ANDNOT pqgz166 ANDNOT pys167 OUT km4168 LD INKM4169 TIM 11#1200170 LDNOT ka2g171 AND INKM4172 LD famx173 AND TIM011174 OR ak21175 ANDLD176 LDNOT fmin177 OR ls3178 OR ls4179 ANDLD180 OUT ka21181 LD INKM6182 ANDNOT INKM8183 TIM 12#1200184 LDNOT ka3g185 AND INKM4186 LD fmax187 AND TIM012188 LD fmax189 AND ka2g190 AND TIM011191 ORLD192 OR ka31193 ANDLD194 LDNOT fmin195 OR ls4196 ANDLD197 OUT ka31198 LD INKM10199 ANDNOT INKM12200 TIM 13#1200201 LDNOT ka4g202 AND INKM4203 LD famx204 AND TIM013205 LD famx206 AND ka3g207 AND TIM012208 O
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