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1、西南石油学院电子与电气系课程设计（论文） 西南石油学院学生毕业设计（论文）题目：变频调速恒压供水学生： 专业：电气工程及自动化指导教师：辅导老师： 完成日期：2011-12-6 恒压供水系统设计摘 要人口的日益增多以及人们生活水平的不断提高，人们对供水的数量、质量、稳定性也提出了更高的要求。我国中小城市水厂尤其是老水厂自动控制系统配置相对落后，机组的控制主要依赖值班人员的手工操作。控制过程繁琐，而且手动控制无法对供水管网的压力和水位变化及时做出恰当的反应。为了保证供水，机组通常处于超压状态运行，不但效率低、耗电量大，而且城市管网长期处于超压运行状态，老化也十分严重。所谓恒压供水是指通过闭环控制
2、，使供水的压力自动化保持恒定，用户用水的多少是经常变动当的，应此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水压力上，即用水多少则压力低；用水少而供水多则压力大。保持供水的压力恒定可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高供水质量。本文介绍了PID调节，供水压力由变送器转换成（420mA）的电流，反馈到PLC中，在PLC中的PID中将测定的压力和给定的压力相比较，并经比例（P）、积分（I）、微分（D）诸环节后得到频率给定信号，控制变频器的工作频率，从而控制了水泵的转速和供水量。关键词：变频器，恒压供水，PLC，PID,变送器目 录第一章
3、 引言5第二章 恒压供水系统32.1 恒压供水必要性32.2恒压供水系统32.3恒压供水系统的工作原理32.3.1恒压供水系统的构成32.3.2恒压供水系统特点3第三章S7-300PLC介绍43.1. PID控制原理33.2 PID控制器调节方法3第四章 恒压供水元器件介绍44.1变频器的介绍54.2 压力传感器的选用54.3水泵的介绍54.3.1水泵的调节方式54.32水泵的选定5六、8七、13八、致谢词14九、参考文献15一、引言本次课程设计的内容是双泵控制的恒压系统设计，供水系统是国民生产生活中不可缺少的重要一环。传统供水方式占地面积大，水质易污染，基建投资多，而最主要的缺点是水压不能保
4、持恒定，导致部分设备不能正常工作。变频调速技术是一种新型成熟的交流电机无极调速技术，它以其独特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域，特别是供水行业中。由于安全生产和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格的要求，因而变频调速技术得到了更加深入的应用。恒压供水方式技术先进、水压恒定、操作方便、运行可靠、节约电能、自动化程度高。 主要内容是综合运用所学的学课程的知识，通过对PLC、变频器的来熟悉掌握，培养分析问题和解决问题的能力，从而进一步巩固，加深和开阔所学知识。同时通过设计计算，绘图及运用技术标准，规范，设计手册等有关资料，熟练掌握公式编辑器，AutoCAD绘图，MCGS编程，全面掌握恒压
5、供水系统。通常在同一路供水系统中，设置多台常用泵，供水量大时多台泵全开，供水量小时开一台或两台。在采用变频调速进行恒压供水时，就用两种方式，其一是所有水泵配用一台变频器；其二是每台水泵配用一台变频器。后种方法根据压力反馈信号，通过PID运算自动调整变频器输出频率，改变电动机转速，最终达到管网恒压的目的，就一个闭环回路，较简单，但成本高。前种方法成本低，性能不比后种差，但控制程序较复杂，是未来的发展方向。第二章恒压供系统2.1恒压供水的必要性伴随着社会的发展和进步，城市高层建筑的供水问题日益突出。一方面要求提高供水的质量，不要因为压力的波动而造成供水障碍；另一方面要求保证供水的可靠性和安全性，在
6、发生火灾时能够可靠供水。针对这两方面的要求，新的供水方式应运而生，这就是PLC控制的恒压无塔供水系统。恒压供水保证了供水的质量，以PLC为主机的控制系统丰富了系统的控制功能，同时又提高了系统的可靠性。我国长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，工业自动化程度低。主要表现在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量，出现水压降低供不应求的现象；而在用水低峰期，水的供给量常常高于需求量，出现水压升高供过于求的情况，此时会造成能量的浪费，同时还有可能造成水管爆裂和用水设备的损坏。传统调节供水压力的方式，多采用频繁启停电机的控制和水塔二次供水调节的方式，前者产生大量能耗的，
7、而且对电网中其他负荷造成影响，设备不断启停会影响设备寿命；后者则需要大量的占地与投资。且由于是二次供水，不能保证供水质的安全与可靠性。而变频调速式的运行十分稳定可靠，没有频繁的启动现象，启动方式为软启动，设备运行十分平稳，避免了电气、机械冲击，也没有水塔供水所带来的二次污染的危险。由此可见，变频调速恒压供水系统具有供水安全、节约能源、节省钢材、节省占地、节省投资、调节能力大、运行稳定可靠的优势，具有广阔的应用前景和明显的经济效益与社会。2.2变频恒压供水系统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
8、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。恒压供水就是利用变频器的PID或PI功能实现的工业过程的闭环控制。即将压力控制点测的压力信号直接输入到变频器中，由变频器将其与用户设定的压力值进行比较，并通过变频器内置PID运算将结果转换为频率调节信号调整水泵电机的电源频率，从而实现控制水泵转速。供水系统选用原则水泵扬程应大于实际供水高度。水泵流量总和应大于实际最大供水量。恒压供水
9、泵站一般需要设多台水泵及电机，这比设单台水泵电机节能而可靠。配单台电机及水泵时，它们的功率必须足够大，在用水量较少时运行一台较大电机肯定是浪费的，电机选小了用水量大时供水量则相应的会不足。而且水泵与电机维修的时候，备用泵是必要的。而恒压供水的主要目标是保持管网水压的恒定，水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化的，那么这就是要用变频器为水泵电机供电。在此这里有两种配置方案，一种是为每一台水泵电机配一台相应的变频器，从解决问题方案这个比较简单和方便，电机与变频器间不须切换，但是从经费的角度来看的话这样比较昂贵。另一种方案则是数台电机配一台变频器，变频器与电机间可以切换的，供水运行时，一台水泵变频运
10、行，其余的水泵工频运行，以满足不同的水量需求。 如图2-1为恒压供水泵的水的构成。示PSMCAFURMMMMMP+压力传感器调节器变频器水箱水泵用户开关 图2-1恒压供水泵的构成图中压力传感器用于检测管网中的水压，常装设在泵站的出水口。当用水量大时，水压降低；用水量小时，水压升高。水压传感器将水压的变化转变为电流或电压的变化送给调节器。 调节器是一种电子装置，它具有设定水管水压的给定值、接受传感器送来得管网水压的实测值、根据给定值与实测值的综合依一定的调节规律发出的系统调接信号等功能。调节器的输出信号一般是模拟信号，420MA变化的电流信号或010V间变化的电压信号。信号的量值与前边的提到的差
11、值成正比例，用于驱动执行器设备工作。在变频器恒压供水系统中，执行设备就是变频器， 调节器是一种电子装置，它具有设定水管水压的给定值、接受传感器送来得管网水压的实测值、根据给定值与实测值的综合依一定的调节规律发出的系统调接信号等功能。调节器的输出信号一般是模拟信号，420MA变化的电流信号或010V间变化的电压信号。信号的量值与前边的提到的差值成正比例，用于驱动执行器设备工作。在变频器恒压供水系统中，执行设备就是变频器。 用PLC代替调节器，其控制性能和精度大大提高了，因此，PLC作为恒压供水系统的主要控制器，其主要任务就是代替调节器实现水压给定值与反馈值的综合与调节工作，实现数字PID调节；它
12、还控制水泵的运行与切换，在多泵组恒压供水泵站中，为了使设备均匀的磨损，水泵及电机是轮换的工作。如规定和变频器相连接的泵为主泵（主泵也是轮流担任的），主泵在运行时达到的最高频率时，须增加一台工频水泵投入运行。PLC则是泵组管理的执行设备。PLC同时还是变频器的驱动控制。恒压供水泵站中变频器常常采用模拟量控制方式，这需采用PLC的模拟量控制模块，该模块的模拟量输入端子接受到传感器送来的模拟信号，输出端送出经给定值与反馈值比较并经PID处理后得出的模拟量信号，并依此信号的变化改变变频器的输出频率。另外，泵站的其他控制逻辑也由PLC承担，如：手动、自动操作转换，泵站的工作状态指示，泵站的工作异常的报警
13、，系统的自检等等。2.3恒压供水工作原理 本文介绍的的供水系统可适用于，生活用水、工业用水等多种场合的供水。以一台水泵和一台稳压泵泵组成的供水仿真系统，变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检测、PLC控制系统、变频器、人机界面、上位连接以及报警装置等部分组成。其工作工程；PLC首先直接由变频器启动第一台水泵；同时由远程压力表检测出出水口管路水压，将模拟量送到PLC控制器，与给定水压值（设定上下限）比较厚，控制变频器输出频率，调节水泵的转速。当变频器频率到达最大或最小时，由PLC控制加泵或减泵实现恒压供水，这样就构成了以设定压力位基准的压力闭环系统。如图2.3所示 图2-2恒压供水系统恒压供水的
14、原理对供水系统进行的控制，实际上是为了满足用户对水的流量需求，让用户得到稳定的水量。因此，流量就成了供水系统的基本控制对象。在不同时间(如白天和晚上)、不同季节(如冬天和夏天)，用水流量的变化是很大的，这就造成供水不足或者供水过剩的情况时有发，七。一般情况下，管道中水压的大小与用水需求之问的平衡情况有关：如供水能力用水需求，则压力上升。如供水能力用水需求，则压力下降。如供水能力=用水需求，则压力不变。由此可见，要保持某处供水系统的压力恒定，实际上是保证该处的供水和用水处于平衡状态，这就是恒压供水所要达到的目的。变频器与PLC的恒压供水系统的结构原理图如图2.3所示，该系统主要由PLC，变频器，
15、压力传感器，电气控制系统和水泵电机等组成。图2-3其工作原理是：通过安装在出水管网上的压力传感器，把出水口压力信号变成420mA的电流信号送至变频器，再通过变频器的A/D转换模块将模拟量变成数字量，同时变频器的A/D转换模块也将压力设定值转换成数字量，两个数据同时经过PID控制模块进行比较，PID根据变频器的参数设置进行数据处理，并将数据处理的结果以运行频率的形式进行输出控制，这样运行频率的变化就可以改变水泵电机的转速，进而可调节供水量。根据用水量的不同，变频水泵的工作频和率转速也不同，在变频器设置中设定一个上限频率和下限频率检测，当用水量大则供水压力低于设定值时，变频器频率上升到上限频率，此
16、时变频器输出一个开关信号给PLC；当用水量处于低峰时，供水压力升高，变频器输出频率降低到下限频率时，变频器输出一个开关信号给PLC，这两个信号不会同时产生，但任何一个信号反馈到PLC都会影响PLC的输出，以实现切换交流接触器组，以此协调投入工作的水泵电机台数，并完成电机的启停和、变频与工频切换。通过调整投入工作的电机的台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使系统管网的工作压力始终稳定，进而达到恒压供水的目的。二、电气控制系统恒压供水电气控制系统主电路如图2.4所示，由图可知，该系统的一台电动机分别是M1接触器KM1分别控制1台电机的变频运行， KM2分别控制M1、工频运行。图2-4该系统有手动
17、和自动运行的两种方式，手动、自动的工作方式通过一转换开关来选择。手动时，可根据需要分别用相应的按钮启、该方式主要供设备调试、自动有故障和检修时使用；自动运行时，按下启动按钮，1#泵变频启动，泵的转速随变频器输出频率的上升而逐渐升高，如变频器的频率达到50HZ而此时水压还未达到设定值，变频器检测到上限频率并输出一个开关信号给PLC，延时一段时间后，1泵迅速切换至工频运行。2.3.1恒压供水系统组成学校变频恒压供水系统通常是由S7-300变频器、储水罐、离心泵（主泵+休眠泵）、压力传感器、PLC、变频器（主泵+休眠泵）、管网组成。工作流程是利用设置在管网上的压力传感器将管网系统内因用水量的变化引起
18、的水压变化，及时将信号（4-20mA或0-10V）反馈PID调节器，PID调节器对比设定控制压力进行运算后给出相应的变频指令，改变水泵的运行或转速，使得管网的水压与控制压力一致。在选择变频恒压供水系统的参数时应注意以下几点（1）、合理选取压力控制参数，实现系统低能耗恒压供水。这个目的的实现关键就在于压力控制参数的选取，通常管网压力控制点的选择有两个：一个就是管网最不利点压力恒压控制，另一个就是泵出口压力恒压控制。选择管网最不利点的最小水头为压力控制参数，形成闭环压力自控系统，使得水泵的转速与PID调节器设定压力相匹配，可以达到最大节能效果，而且实现了恒压供水的目的。（2）、变频器在投入运行后的
19、调试是保证系统达到最佳运行状态的必要手段。变频器根据负载的转动惯量的大小，在启动和停止电机时所需的时间不相同，设定时间过短会导致变频器在加速时过电流、在减速时过电压保护；设定时间过长会导致变频器在调速运行时使系统变得调节缓慢，反应迟滞，应变能力差，系统易处在短期不稳定状态中。为了不使变频器误跳闸保护，现场使用当中的许多变频器加减速时间的设置过长，它所带来的问题很容易被设备的外表的正常而掩盖，但是变频器达不到最佳运行状态。所以现场使用时要根据所驱动的负载性质不同，测试出负载的允许最短加减速时间，进行设定。对于水泵电机，加减速时间的选择在0.2-20秒之间。变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品
20、质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水。量发生变化时保持水压恒定，以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。232 恒压供水系统的特点1，滞后性供水系统的控制对象是用户管网的水压，它同其他一些变量(如：温度、流量、浓度等)一样，是一个过程控制量，对控制作用的响应具有滞后性。2、非线性用户管网中因为有管阻、水锤等因素的影响，同时又由于水泵的一些固有特性，使水泵转速的变化与管网压力的变化不成正比，因此变频调速恒压供水系统是一个
21、非线性系统。3、多变性恒压供水系统要面向各种各样的供水系统，而不同系统的管网结构和扬程等方面存在着较大的差异，因此其控制对象的模型一定要具有多变性。4、时变性在调速恒压供水系统中，由于有水泵的时时控制，其运行状念影响供水系统的模型参数，使其发生不确定性变化，因此可以认为，变频调速恒压供水系统的控制对象是时变的。5、容错性当出现意外的情况(如突然断电、水泵、变频器、软启动器故障等)时，系统能根据不同的工况自动进行投切，保证管网内压力恒定。在故障发生时，执行专门的故障程序，保证在紧急情况下的仍能进行供水。6、节能性系统用变频器进行调速，用调：节泵和固定泵的组合进行恒压供水，节能效果显著，对每台水泵
22、进行软启动，启动电流可从0增大到电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击的同时，减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。312供水系统的主要参数：a流量(Q)：单位时间内流过管路内某一截面的水量b扬程(H)：单位质量的水被水泵上扬时所达到的能量。扬程主要包括3个部分：提升上扬水位所需能量、克服水在管网中的流动阻力所需能量、使水流动具有一定的流速所需的能量，由于后面两个参数较小且不变，所以，常用水位的变化量来代表量程。c管阻(R)：表示管路系统(包括水管、各种阀门和连接装置)对水流产生阻力的物理量，管阻特性反映了水泵的能量用来克服泵系统的水位及压力差、液体在管道中的流动阻力
23、的变化规律。根据管网特性，描述供水系统的基本特征如下图2.32所示：图中两条曲线均是在阀门开度不变的前提下描绘的扬程特性曲线与管道的特性曲线。从图中可以看出； 流量Q越大，扬程H越小。在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量大小主要取决于用户的用水情况，因此，扬程特性所反映的事扬程H与用水流量Qu之间的关系。而管阻特性是以水泵转速不变的前提，表明开在某一度下，扬程H与流量Q之间的关系。由图可知，在同一阀门开度下，扬程H越大流量Q也越大。由于阀门开度的改变，实际上是改变了在某一扬程下，供水系统向用户的供水能力。因此，管阻特性所反映的是扬程与供水流量QG之间的关系。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点
24、，称之为供水系统的工作点，如图23.2中A点。在这一点，用户的用水流量Qu和供水系统的供水流量QG处于平衡状态，供水统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。调速后水泵的流量、扬程与轴功率随着变化。转速增高，流量、扬程与轴功率随之不同程度的提高；转速降低，流量、扬程与轴功率都随之不同程度的降低。第三章PLC介绍本系统采用西门子用S7-300313C-2DP PLC作为控制器，它自带16 路开关量输入，16路开关量输出；远程采集模块配SM331，8路12位模拟量输入模块，SM332；4路13位模拟量输出模块，PLC电源采用PS307，2A电源供电。PLC硬件布局如下：3.1 PID控制
25、原理工业生产过程中，对于生产装置的温度、压力、流量、液位等工艺变量常常要求维持在一定的数值上，或按一定的规律变化，以满足生产工艺的要求。PID控制器是根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致。不同的控制规律适用于不同的生产过程，必须合理选择相应的控制规律，否则PID控制器将达不到预期的控制效果。系统的传感器得到的测量结果 控制器作出决定 通过一个输出设备来作出反应 控制器从传感器得到测量结果，然后用需求结果减去测量结果来得到误差。然后用误差来计算出一个对系统的纠正值来作为输入结果，这样系统就可以从它的输出结果中消除误差。 在一个PID回路中，这
26、个纠正值有三种算法，消除目前的误差，平均过去的误差，和透过误差的改变来预测将来的误差。 比如说，假如一个水箱在为一个植物提供水，这个水箱的水需要保持在一定的高度。一个传感器就会用来检查水箱里水的高度，这样就得到了测量结果。控制器会有一个固定的用户输入值来表示水箱需要的水面高度，假设这个值是保持65的水量。控制器的输出设备会连在一个马达控制的水阀门上。打开阀门就会给水箱注水，关上阀门就会让水箱里的水量下降。这个阀门的控制信号就是我们控制的变量，它也是这个系统的输入来保持这个水箱水量的固定。 PID控制器可以用来控制任何可以被测量的并且可以被控制变量。比如，它可以用来控制温度，压强，流量，化学成分
27、，速度等等。汽车上的巡航定速功能就是一个例子。 一些控制系统把数个PID控制器串联起来，或是链成网络。这样的话，一个主控制器可能会为其他控制输出结果。一个常见的例子是马达的控制。我们会常常需要马达有一个控制的速度并且停在一个确定的位置。这样呢，一个子控制器来管理速度，但是这个子控制器的速度是由控制马达位置的主控制器来管理的。 连合和串联控制在化学过程控制系统中是很常见的。3.2 PID控制器调试方法1.比例系数的调节比例系数P的调节范围一般是：0.1-100. 如果增益值取 0.1，PID 调节器输出变化为十分之一的偏差值。如果增益值取 100， PID 调节器输出变化为一百倍的偏差值。 可见
28、该值越大，比例产生的增益作用越大。初调时，选小一些，然后慢慢调大，直到系统波动足够小时，再该调节积分或微分系数。过大的P值会导致系统不稳定，持续振荡；过小的P值又会使系统反应迟钝。合适的值应该使系统由足够的灵敏度但又不会反应过于灵敏，一定时间的迟缓要靠积分时间来调节。 2.积分系数的调节积分时间常数的定义是，偏差引起输出增长的时间。积分时间设为 1秒，则输出变化 100%所需时间为 1 秒。初调时要把积分时间设置长些，然后慢慢调小直到系统稳定为止。 3.微分系数的调节微分值是偏差值的变化率。例如，如果输入偏差值线性变化，则在调节器输出侧叠加一个恒定的调节量。大部分控制系统不需要调节微分时间。因
29、为只有时间滞后的系统才需要附加这个参数。如果画蛇添足加上这个参数反而会使系统的控制受到影响。如果通过比例、积分参数的调节还是收不到理想的控制要求，就可以调节微分时间。初调时把这个系数设小，然后慢慢调大，直到系统稳定。第四章 恒压供水元器件介绍4.1变频器选型及介绍变频器选型时要确定以下几点：1、采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。 2、变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。 3、 变频器与负载的匹配问题； 1）电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。 2）电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负
30、载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。 3）转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。 4、在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。 5、变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。 6、对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。变频调速的原理我们知道，交流电动机的同步转速表达式为：
31、 n 60 f(1 s)/p （1）式中 n 异步电动机的转速； f 异步电动机的频率； s 电动机转差率； p 电动机极对数。 由式 (1) 可知，转速 n 与频率 f 成正比，只要改变频率 f 即可改变电动机的转速，当频率 f 在 0 50Hz 的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。 变频器采用恒压供水系统使用最多的三肯变频器，型号SAMCO-VM05-2.2K,模拟量输入端子，需要DC1与D11短接需设置叁数如下：序号参数参数名称参数值参数说明1Cd001运转指令选择2外部端子信号输入2Cd002速
32、频设定方法选择6外部端子420mA模拟量信号输入3Cd007上限频率504Cd008下限频率05Cd062偏执频率（IRF/VRF2）P0420mA对应量程下限6Cd063增益频率（IRF/VRF2）P50420mA对应量程上限7Cd630输入端子DI1定义1正转控制原理图设计 变频器控制原理图设计步骤如下： 1、首先确认变频器的安装环境 1）工作温度。变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为055，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40以下。在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发
33、热的元件紧靠变频器的底部安装。 2）环境温度。温度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。必要时，必须在箱中增加干燥剂和加热器。在水处理间，一般水汽都比较重，如果温度变化大的话，这个问题会比较突出。 3）腐蚀性气体。使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能。 4）振动和冲击。装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良。淮安热电就出现这样的问题。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。
34、设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护。 5）电磁波干扰。变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。 2、变频器和电机的距离确定电缆和布线方法 1）变频器和电机的距离应该尽量的短。这样减小了电缆的对地电容，减少干扰的发射源。 2）控制电缆选用屏蔽电缆，动力电缆选用屏蔽电缆或者从变频器到电机全
35、部用穿线管屏蔽。 3）电机电缆应独立于其它电缆走线，其最小距离为500mm。同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线，这样才能减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们按90度角交叉。与变频器有关的模拟量信号线与主回路线分开走线，即使在控制柜中也要如此。 4）与变频器有关的模拟信号线最好选用屏蔽双绞线，动力电缆选用屏蔽的三芯电缆（其规格要比普通电机的电缆大档）或遵从变频器的用户手册。 3、变频器控制原理图 1）主回路：电抗器的作用是防止变频器产生的高次谐波通过电源的输入回路返回到电网从而影响其他的受电设备，需要根据变频器的容量大小来决定是否需要加电
36、抗器；滤波器是安装在变频器的输出端，减少变频器输出的高次谐波，当变频器到电机的距离较远时，应该安装滤波器。虽然变频器本身有各种保护功能，但缺相保护却并不完美，断路器在主回路中起到过载，缺相等保护，选型时可按照变频器的容量进行选择。可以用变频器本身的过载保护代替热继电器。 2）控制回路：具有工频变频的手动切换，以便在变频出现故障时可以手动切工频运行，因输出端不能加电压，固工频和变频要有互锁。 4、变频器的接地 变频器正确接地是提高系统稳定性，抑制噪声能力的重要手段。变频器的接地端子的接地电阻越小越好，接地导线的截面不小于4mm，长度不超过5m。变频器的接地应和动力设备的接地点分开，不能共地。信号
37、线的屏蔽层一端接到变频器的接地端，另一端浮空。变频器与控制柜之间电气相通。 4.2压力传感器的选用根据我们的需要，考虑的小区的供水的可靠及稳定性并结合它所具有的特点，我选用PTH503压力传感器。它采用全不锈钢封焊结构，具有良好的防潮能力及优异的介质兼容性。输出信号: 420mA(二线制)、05V、15V、010V(三线制) 供电电压: 24DCV(936DCV)。广泛用于工业设备、水利、化工、医疗、电力、空调、金刚石压机、冶金、车辆制动、楼宇供水等压力测量与控制，具有高精度、高稳定性、量程范围宽等优点。4.3水泵的选择依据要正确选择电动机的功率，必须经过以下计算或比较：对于恒定负载连续工作方
38、式，如果知道负载的功率(即生产机械轴上的功率)P10（w)，可按式21计算所需电动机的功率P(kW)：P=Pl(12) (21)式中，1为生产机械的效率；2为电动机的效率，即传动效率。按上式求出的功率，不一定与产品功率相同。因此，所选电动机的额定功率应等于或稍大于计算所得的功率。变频恒压供水的理论分析，电动机的功率应根据小区内所需要（楼高为六层）的功率来选择，尽量使电动机在额定负载下运行按2.2计算。P=gH=1.01039.836=I.764105 (Pa) （ 2.2）选择时应注意以下两点：(1)如果电动机功率选得过小，就会出现“小马拉大车”现象，造成电动机长期过载，使其绝缘因发热而损坏，
39、甚至电动机被烧毁。(2)如果电动机功率选得过大，就会出现“大马拉小车”现象，其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利，而且还会造成电能浪费。4.3.1水泵的调节方式水泵的调速运行，是指水泵在运行中根据运行环境的需要，人为的改变运行工作状况点(简称工况点)的位置，使流量、扬程、轴功率等运行参数适应新的工作状况的需要。水泵的工况点是由水泵的性能曲线和管网的特性曲线的交点确定的。因此，只要这两条曲线之一的形状或位置有了改变，工况点的位置也就随之改变。所以，水泵的调节从原理上讲是通过改变水泵的性能曲线或管网特性曲线或二者同时改变来实现的。水泵的调节方式与节能的关系非常
40、密切，过去普遍采用改变阀门或挡板开度的节流调节方式，即改变装置管网的特性曲线进行调节。这种调节方式虽然简便易行，但往往造成很大的能量损失。大量的统计调查表明，一些在运行中需要进行调节的水泵，其能量浪费的主要原因，往往是由于采用不合适的调节方式。因此，研究并改进它们的调节方式，是节能最有效的途径和关键所在，水泵的调节方式可分为恒速调节与变速调节水泵的调节方式。4.3.2水泵的选定在小区供水时日常主供机组有三台，其中备用电机有一台，可以采用的变频方式有一拖二(即一台变频器带二台电机)、一拖三、一拖四的三种方式。从经济角度考虑，拖的电机较多，变频器和控制系统就会越复杂，成本也会较高一些。从国内目前成
41、熟的变频器上考虑，采用一拖三的低压变频器成本较低，技术也较成熟。因此如果能满足日常供水要求，采用一拖三的方式更适宜于日常水厂。在变频电机选择上，考虑日常水厂作为全城的辅助水厂，在每天夜间会停机并在启动点机后会有较长时间采用较小流量补水，这时采用小功率电机变频，电机功率相对会低一些，因此，从经济与实用角度，采用变频一拖三，带一台Y315160kw电机和两台Y280S75kw电机，其中备用电机既可以满足最大供水量要求，也可以解决小流量时电耗问题，是比较适宜的变频机泵的选择方案。（见第三章主电路图）元器件名称型号数量价格断路器DZ47-63 3P32AD375接触器CJT1-104120三肯变频器S
42、AMCO-VMOS14000中间继电器3748022-OXC2264指示灯ADP22360电压表CBT7676-98340转换开关LW8D-1020345PLC(电源 CPU)S7-30015000水泵SKB-2CDL6511100压力变送器GB-300K22200稳压泵TQCN400011200导线RV多股软导线若干60端子排KJ若干100承压水管12000配电柜XL600-1600-37018000触摸屏TPC7062K12000开关电源S-150-24110电缆若干价格总计;29774小结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
43、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。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。实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。水泵电动机采用软启动方式，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。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。正因为此，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
44、。在实际应用中，采用PLC控制恒压供水，还能容易地随时修改控制程序，以改变各元件的工作时间和工作状况，满足不同情况要求。与继电器或硬件逻辑电路控制系统相比，PLC控制系统具有更大的灵活性和在供水系统中采用变频调速运行方式，系统可根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速或加减泵，使供水系统管网中的压力保持在给定值，以求最大限度的节能、节水、节地、节资，并使系统处于可靠运行的状态，实现恒压供水；减泵时采用“先启先停”的切换方式，相对于“先启后停”方式，更能确保各泵使用平均以延长设备的使用寿命；同时针对所用四台泵均已使用多年、需要定期进行检修的实际情况，增加了硬件/软件备用功能，有效延长了设备的使用寿命；压力闭环控制，系统用水量任何变化均能使供水管网的服务压力保持给定，大大提高了供水品质；变频器故障后仍能保障不间断供水，同时实现故障消除后自启动，具有一定的先进性。目前该系统已投入使用，效果明显。17
