目录
1 变频器恒压供水系统简介 (1)
1.1 变频恒压供水系统理论分析 (1)
1.1.1变频恒压供水系统节能原理 (1)
1.1.2 变频恒压控制理论模型 (2)
1.2 恒压供水控制系统构成 (3)
1.3 变频器恒压供水产生的背景和意义 (3)
2 变频恒压供水系统设计 (4)
2.1 设计任务及要求 (5)
2.2 恒压供水系统主电路设计 (6)
2.3 系统工作过程 (7)
3 器件的选型及介绍 (9)
3.1 变频器简介 (9)
3.1.1 变频器的基本结构与分类 (9)
3.1.2 变频器的控制方式 (9)
3.2 变频器选型 (10)
3.2.1 变频器的控制方式 (10)
3.2.2 变频器容量的选择 (11)
3.2.3 变频器主电路外围设备选择 (13)
3.3 可编程控制器(PLC) (15)
3.3.1 PLC的定义及特点 (15)
3.3.2 PLC的工作原理 (16)
3.3.3 PLC及压力传感器的选择 (16)
4 PLC编程及变频器参数设置 (18)
4.1 PLC的I/O接线图 (18)
4.2 PLC程序 (18)
4.3 变频器参数的设置 (22)
4.3.1 参数复位 (22)
4.3.2 电机参数设置 (22)
总结 (23)
参考文献 (24)
1 变频器恒压供水系统简介
1.1变频恒压供水系统理论分析
1.1.1变频恒压供水系统节能原理
供水系统的基本特性和工作点扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不
变为前提，表明水泵在某一转速下扬程H与流量Q之间的关系曲线f(Q)，如图1-1
所示。
图1-1供水系统的基本特征
由图可以看出，流量Q越大，扬程H越小。由于在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量的大小主要取决于用户的用水情况，因此，扬程特性所反映的是扬程H与用水流量Q(u)间的关系。而管阻特性是以水泵的转速不变为前提，表明阀门在某一开度下，扬程H与流量Q之间的关系H J (Qu )。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、液体在管道中流动阻力的变化规律。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Qc之间的关系H f (Qc )。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图中A点。在这一点，用户的用水流量Qu和供水系统的供水流量Qc处于平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。图1-1为供水系统的基本特征。
变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通
常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一体，通过变频器
调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此，供水
系统变频的实质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定
子供电频率来改变同步转速而实现调速的。
1.1.2 变频恒压控制理论模型
变频恒压控制系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总管
网的实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是一个常数，也可
以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。所以，在某个特定时段内，
恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上从图1-2中可以看出，在系统运行过程中，如果实际供水压力低于设定压
力，控制系统将得到正的压力差，这个差值经过计算和转换，计算出变频器输出频率的增加值，该值就是为了减小实际供水压力与设定压力的差值，将这个增量
和变频器当前的输出值相加，得出的值即为变频器当前应该输出的频率。该频率
使水泵机组转速增大，从而使实际供水压力提高，在运行过程中该过程将被重复，
直到实际供水压力和设定压力相等为止。如果运行过程中实际供水压力高于设定压力，情况刚好相反，变频器的输出频率将会降低，水泵的转速减小，实际供水压力因此而减小。同样，最后调节的结果是实际供水压力和设定压力相等。
图1-2变频恒压控制原理图
1.2恒压供水控制系统构成
变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵连成一体，通过变频器调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。
水压由压力传感器的信号4-20mA送入变频器内部的PID模块，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，以调整水泵电机的电源频率，从而实现控制水泵转速。由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑，稳定。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试更为简单、方便。
西门子系列PLC编程采用STEP7软件，它是西门子PLC的视窗软件支持工具，提供完整的编程环境，可进行离线编程和在线连接和调试，并能实现梯形图与语句表的相互转换。系统程序包括主程序和起动子程序，主程序包括参与调节程序和电机切换程序；电机切换程序又包括加电机程序和减电机程序。起动子程序实际上是清零子程序。在主程序中，设置两个变频器频率上下限到达滤波时间继电器，用于稳定系统。
1.3 变频器恒压供水产生的背景和意义
众所周知，水是生产生活中不可或缺的重要组分部分，但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的技术一直比较落后，工业自动化程度低。主要表现生产生活用水量常随时间的变化而发生变动，季节、昼夜相差很大。再用水高峰期，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，出现水压升高供过应求的现象，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/停电机控制和水塔二次供水调节的方式，前者产生大量能耗，而且对电网中其他符合造成影响，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、节约钢材、节约占地、节约投资、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和社会效益。
泵站担负着工农业和生活用水的重要任务，运行中需要大量消耗能量，提高泵站效率；降低能耗，对国民经济有重大意义。我过泵站的特点是数量大、范围广、类型多、发展速度快，在工程规模上也有一定水平，但由于设计中忽视动能经济观点以及机电产品类型和质量上存在的一些问题等原因，至使在技术水平、工程标准以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比，还有一定的差距。目前，大量的动能消耗在水泵、风机负载上，城乡居民用水设备所消耗的电量在这类负载中占了相当大的比例。因此，研究提水系统的能量模型，找出能够节能的控制策略方法是目前较为重要的一件事。
以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点，变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、防雷避雷技术、现代控制、远程监控技术与一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便的实现供水系统的集中管理与监控；同时系统具有良好节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。
2 变频恒压供水系统设计
2.1 设计任务及要求
本系统是以一个供水系统作为被控对象，PLC与变频器协调控制电机的转速与启动和停止。
系统控制要求:
(1) 工艺参数: 供水系统由3台水泵组成：
母管压力H≥0.8时，一台定速，一台变速，一台备用。
母管压力H≤0.64时，一台定速或变速，二台备用。
母管压力H≤0.52时，一台变速，二台备用。
(2) 电动机参数：型号：JD-L-39-4
功率：75KW
额定频率：50Hz
额定电压：380V AC；
额定转速：1470 r/min
额定电流：126.6 A
(3) 水泵电机的起动/停止、正转、调速控制。
(4) 变频器采用远方控制方式。
(5) 通过母管压力变送器测得实际压力大小，同时和压力给定组成闭环控制。
(6) 变频器的运行状态指示（如运行、停止、过流、低压等）。
(7) 变频器的报警处理。
2.2 恒压供水系统主电路设计
图2.1 系统主电路图
由恒压供水主电路图可见，接触器1KM2、2KM2、和3KM2用于变频器输出，分别接到水泵M1、M2和M3，而接触器1KM3、2KM3和3KM3将工频电源接到3台水泵。变频器可以对任何一台水泵启动和恒压供水控制。
空气开关（QL）是当电动机过载时自动将电动机从电网中断开
热继电器（FR）是利用电流的热效应原理工作的保护电路，它在电路中用作电动机的过载保护。
图2.2 系统控制电路图
2.3 系统工作过程
1、减泵过程
当用水量减少、水压上升、变频器输出频率低于下限值时，但管网压力仍偏高时，则各泵将依次退出运行，依次退出运行的方式有两种。
(1)先开先停方式。PLC接收到下限频率到达信号，延时一定时间后，接触器1KM2失电复位，水泵M1脱离工频电源停止运行。变频器输出频率仍然低于下限值，重复上述过程，水泵M2脱离工频电源停止运行，变频器驱动水泵M3恒压供水，水压稳定在设定值上。这种方式称为循环方式，通常用于各台水泵的容量都相等的供水系统中。其优点是可以自动的使各泵运行的时间比较均衡；缺点是工频运行状态直接停机时，可能由于停机太快而使管网压力发生较大波动。
(2)先开后停方式。首先使正在变频运行的M3减速停机，然后使变频器的输出频率升至50Hz，将M2切换为变频工作，依此类推这种方式通常用于各台水泵的容量不相等的供水系统中，其优点是水泵的停机比较缓慢，管网压力比较稳定；缺点是不能自动地循环变换。
2、加泵过程
首先由M1在变频控制的情况下工作。
当用水量增大、水压下降，变频器输出频率上升到50Hz时水压仍然不足，经过短暂的延时，将M1切换为工频工作，同时变频器的输出频率迅速降低为0，然后使M2投入变频运行。当M2也达到额定频率而水压仍不足时，重复开始运行时的过程，水泵M2脱离变频器驱动，由工频供电全速运行，变频器驱动水泵M3变频运行，使水压恒定在设定值上。
3 器件的选型及介绍
3.1 变频器简介
3.1.1 变频器的基本结构与分类
1、变频器的基本结构
变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。变频器包括控制电路、整流电路、中间直流电路及逆变电路组成。其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。
2、变频器的分类
变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。
3.1.2 变频器的控制方式
在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。
(1) V/f控制
V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。
(2) 转差频率控制
转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。
(3) 矢量控制
矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。
(4) 直接转矩控制
直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在开环的状态下，也能输出100%的额定转矩，对于多拖动具有负荷平衡功能。
(5) 最优控制
最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同，可以根据最优控制的理论对某一个控制要求进行个别参数的最优化。例如在高压变频器的控制应用中，就成功的采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条件下的电压最优波形。
3.2 变频器选型
3.2.1 变频器的控制方式
控制方式是决定变频器使用性能的关键所在。目前市场上低压通用变频器品牌很多，包括欧、美、日及国产的共约5O多种。选用变频器时不要认为档次越高越好，其实只
要按负载的特性，满足使用要求就可，以便做到量才使用、经济实惠。下表中参数供选用时参考。
表3.1控制方式的比较
故选择U/f=C控制
3.2.2 变频器容量的选择
变频器的容量直接关系到变频调速系统的运行可靠性，因此，合理的容量将保证最优的投资。变频器的容量选择在实际操作中存在很多误区，这里给出了三种基本的容量选择方法，它们之间互为补充。
1、从电流的角度：
大多数变频器容量可从三个角度表述：额定电流、可用电动机功率和额定容量。其中后两项，变频器生产厂家由本国或本公司生产的标准电动机给出，或随变频器输出电压而降低，都很难确切表达变频器的能力。
选择变频器时，只有变频器的额定电流是一个反映半导体变频装置负载能力的关键量。负载电流不超过变频器额定电流是选择变频器容量的基本原则。需要着重指出的是，确定变频器容量前应仔细了解设备的工艺情况及电动机参数，例如潜水电泵、绕线转子电动机的额定电流要大于普通笼形异步电动机额定电流，冶金工业常用的辊道用电动机不仅额定电流大很多，同时它允许短时处于堵转工作状态，且辊道传动大多是多电动机传动。应保证在无故障状态下负载总电流均不允许超过变频器的额定电流。
2、从效率的角度：
系统效率等于变频器效率与电动机效率的乘积，只有两者都处在较高的效率下工作时，则系统效率才较高。从效率角度出发，在选用变频器功率时，要注意以下几点：（1）变频器功率值与电动机功率值相当时最合适，以利变频器在高的效率值下运转。（2）在变频器的功率分级与电动机功率分级不相同时，则变频器的功率要尽可能接近电动机的功率，但应略大于电动机的功率。
（3）当电动机属频繁起动、制动工作或处于重载起动且较频繁工作时，可选取大一级的变频器，以利用变频器长期、安全地运行。
（4）经测试，电动机实际功率确实有富余，可以考虑选用功率小于电动机功率的变频器，但要注意瞬时峰值电流是否会造成过电流保护动作。
（5）当变频器与电动机功率不相同时，则必须相应调整节能程序的设置，以利达到较高的节能效果。
3、从计算功率的角度：
对于连续运转的变频器必须同时满足以下3个计算公式：
(1)满足负载输出：Pcn≥Pm／η (3.1)
(2)满足电动机容量：Pcn≥√3KUeIe cosφ ×10-3 (3.2)
(3)满足电动机电流：Icn≥KIe(3.3)
式中Pcn为变频器容量（单位kW），PM--负载要求的电动机轴输出功率（单位kW），Ue为电动机额定电压（单位V），Ie为电动机额定电流（单位A），η为电动机效率（通常约为0．85），cosφ为电动机功率因数（通常约为0．75），k是电流波形补偿系数（由于变频器的输出波形并不是完全的正弦波，而含有高次谐波的成分，其电流应有所增加，通常K约为1．05～1．1）。
将本系统参数带入求得所取变频器容量最低为88KW故取100KW，额定电流139.26A，故取150A。
根据计算所得的所需参数可以选取西门子MicroMaster430（风机水泵专业）变频器，具体的可以选择MM430-110K 型号的变频器，他配接电机的容量是110kw ，额定电流为205A 满足使用需求，可以选择。
3.2.3 变频器主电路外围设备选择
1、断路器
当变频器需要检修时，或者因某种原因而长时间不用时，将QF 切断，使变频器与电源隔离。当变频器输入侧发生短路等故障时，进行保护。
选择原则
(1)变频器在刚接电源的瞬间，对电容器的充电电流可达额定电流的（2-3）倍；
(2)变频器的进线电流是脉冲电流，其峰值常可能超过额定电流；
(3)变频器允许的过载能力为150%，1min 。
为了避免误动作，断路器的额定电流QN I 应选：
N Q N I I )4.1~3.1(≥ (3.4)
其中N I 为变频器的额定电流。故选择断路器额定电流选择210A
根据上述数据可以选择断路器DW15—400断路器额定电压为380V ，额定电流为300满足要求可以选择。
2、接触器
(1)主要作用：可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电；变频器发生故障时，可自动切断电源。
(2)选择原则：
由于接触器自身并无保护功能，不存在误动作的问题，故选择原则是主触点的额定电流N KN I I ≥，应该大于126.6A,可以选择主触点额定电流为130A 的接触器。
根据上述数据施奈德的LC1—D150，满足参数要求，可以选择
3、主电路的线径
(1)电源和变频器之间的导线
一般说来，和同容量普通电动机的电线选择方法相同。考虑到其输入侧的功率因数往往较低，应本着宜大不宜小的原则来决定线径。
(2)变频器和电机之间的导线
因为频率下降时，电压也要下降，在电流相等的情况下，线路电压降U ?在输出电压中
的比例将上升，而电动机得到电压的比例则下降。这有可能导致电动机带不动负载并发热。所以，在决定变频器和电动机之间导线的线径时，最关键的因素便是线路电压降U ?的影响。一般要求：
N U U )%3~2(≤? (3.5)
U ?的计算公式是：
)(1000
30V l R I U MN =? (3.6) 式中：N U ——额定相电压，V ；
MN I ——电动机额定电流，A ；
0R ——单位长度（每米）导线的电阻，mΩ/m ；
l ——导线的长度，m 。由上两式可直接求出0R 的取值范围。根据Ro 值确
定导线面积。
由公式（3.5）得：6.7(≤?U ～11.4）V
由公式（3.6）得：0.69 mΩ/m ≤≤0R 1.04 mΩ/m
根据表3.1判断所需的导线截面积，为了满足控制系统的要求，应该选择截面积为162m m 的导线。
4、制动电阻
准确计算制动电阻值十分麻烦，在实际工作中基本不用。许多变频器的使用说明书上给了一些计算方法，也有的直接提供了供用户选用的制动电阻的规格。但按说明书上选择电阻时须注意下面问题，变频器生产厂家为了减少制动电阻档次，常常对若干种不同容量的电动机提供相同阻值和容量的制动电阻。选用时，应注意根据生产机械的具体情况进行调整。对同一挡中电动机容量较小者，制动转矩与额定转矩的比值偏大。为了减小能量的消耗，应根据制动过程的缓急程度以及飞轮力矩的大小，考虑能否选择阻值
较大的制动电阻。对同一挡中电动机容量较大者，制动转矩与额定转矩的比值偏小。在一些飞轮力矩较大，又要求快速制动的场合，或者如起重机械那样，需要释放位能的场合，上述制动电阻有可能满足不了要求，靠考虑选择阻值较小的一挡制动电阻。
3.3 可编程控制器(PLC)
3.3.1 PLC的定义与特点
在PLC的发展过程中，美国电气制造商协会（NEMA）经过4年的调查，于1980
年把这种新型的控制器正式命名为可编程序控制器（Programmable Controller），英文缩写为PC，并作如下定义：“可编程序控制器是一种数字式电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时和算术运算功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。PLC的特点如下：
1、高可靠性
(1)所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。
(2)各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms.
(3)各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。
(4)采用性能优良的开关电源。
(5)对采用的器件进行严格的筛选。
(6)良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。
(7)大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。
2、丰富的I/O接口模块
PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮行程开关接近开关传感器及变送器电磁线圈控制阀直接连接。另外为了提高操作性
能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。
3、采用模块化结构
为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
4、编程简单易学
PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。
5、安装简单，维修方便
PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。
3.3.2 PLC的工作原理
PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。
3.3.3 PLC及压力传感器的选择
水泵M1、M2、M3可变频运行，也可工频运行，需要6个输出点，根据系统设计要求需要五个输入点，则选择西门子的S7-200系列PLC。
压力传感器采用CY-YZ-1001型绝对传感器。该传感器采用硅压阻效应原理实现压力测量的力-电转换。传感器由敏感芯体和信号调理电路组成，当压力作用于传感器时，敏感芯体内硅片上的惠斯登电桥的输出电压发生变化，信号调理电路将输出的电压信号作放大处理，同时进行温度补偿、非线性补偿，使传感器的电性能满足技术指标的要求。传感器的量程为0～2.5MPa，工作温度为5℃～60℃，输出电压为0～5V，作为本系统的反馈信号供给PLC。
4 PLC编程及变频器参数设置
4.1 PLC的I/O接线图
图4.1 PLC的I/0接线图
输出端接中间继电器控制电机的工频与变频工作状态的转换，输入点I0.0控制系统电机的停止工作，I0.1控制系统电机工作及变频器工作的开始。I0.2点用于在一号泵有故障时手动启用三号泵代替一号泵的工作。I0.4为当变频器输出频率达到上限值时手动闭合，使电动机切换为工频工作。
4.2 PLC程序
启动变频器工作
PLC接收压力变送器反馈的值，与设定值进行以系列计算之后输出一个值控制变频器的输出频率，同时根据输出AC0的值判断电动机工作的台数与状态。其中压力变送器反馈值为0～5，内部数据为0～32767，对应进行转换之后通过下面的程序进行判断，以控制电动机的运行。
恒压供水技术方案文件编码（GHTU-UITID-GGBKT-POIU-WUUI-8968）
恒压供水技术方案 一、综述 1、概述：以变频器为核心的自动给水设备已经成为当下现代高楼自动供水设备的核心 设备。可以取代传统的高位水箱、气压罐供水，避免水质的二次污染，具有节能、操作方便、自动化程度高的特点。变频调速恒压供水设备可在生产生活用水、锅炉恒压补水、供暖系统、空调系统、定压差循环水、消防用水等方面直接应用。 2、特点： （1）高效节能； （2）可取代高位水箱或者水池，减少土建投资，避免水质二次污染； （3）采用恒压供水，大大提高供水品质； （4）延迟设备使用寿命，采用变频恒压供水，启动方式是软启动，对机械、电气设备冲击小，可大大延迟设备使用寿命，特别是机械设备。 （5）控制系统可根据客户需求配置人机管理系统、中文提示、中文监控操作，极大方便了客户的操作使用和设备维修； （6）全自动控制，无需人工干预； （7）具有完善的保护功能，变频器保护、欠电压保护、过电压保护、短路保护、过载保护、过热保护、缺相保护。 3、适用范围 （1）适用于自来水厂及加压泵站； （2）适用于住宅小区、宾馆、饭店及其它大型公共建筑的生活供水； （3）适用于大中型工矿企业的生产生活用水； （4）适用于居民住宅小区、宾馆、饭店、大型公共建筑和各种工矿企业的消防供水、生产供水； （5）适用于工矿企业恒压、冷却水工会和循环供水系统； （6）适用于热水供水、采暖、空调、通风系统的供水； （7）适用于污水泵站、污水处理中的污水提升系统； （8）适用于农田排灌、园林喷洒、水景和音乐喷泉系统； 二、工作原理
目录 1 变频器恒压供水系统简介 (1) 1.1 变频恒压供水系统理论分析 (1) 1.1.1变频恒压供水系统节能原理 (1) 1.1.2 变频恒压控制理论模型 (2) 1.2 恒压供水控制系统构成 (3) 1.3 变频器恒压供水产生的背景和意义 (3) 2 变频恒压供水系统设计 (4) 2.1 设计任务及要求 (5) 2.2 恒压供水系统主电路设计 (6) 2.3 系统工作过程 (7) 3 器件的选型及介绍 (9) 3.1 变频器简介 (9) 3.1.1 变频器的基本结构与分类 (9) 3.1.2 变频器的控制方式 (9) 3.2 变频器选型 (10) 3.2.1 变频器的控制方式 (10) 3.2.2 变频器容量的选择 (11) 3.2.3 变频器主电路外围设备选择 (13) 3.3 可编程控制器(PLC) (15) 3.3.1 PLC的定义及特点 (15) 3.3.2 PLC的工作原理 (16) 3.3.3 PLC及压力传感器的选择 (16) 4 PLC编程及变频器参数设置 (18) 4.1 PLC的I/O接线图 (18) 4.2 PLC程序 (18) 4.3 变频器参数的设置 (22) 4.3.1 参数复位 (22) 4.3.2 电机参数设置 (22) 总结 (23) 参考文献 (24)
1 变频器恒压供水系统简介 1.1变频恒压供水系统理论分析 1.1.1变频恒压供水系统节能原理 供水系统的基本特性和工作点扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不 变为前提，表明水泵在某一转速下扬程H与流量Q之间的关系曲线f(Q)，如图1-1 所示。 图1-1供水系统的基本特征 由图可以看出，流量Q越大，扬程H越小。由于在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量的大小主要取决于用户的用水情况，因此，扬程特性所反映的是扬程H与用水流量Q(u)间的关系。而管阻特性是以水泵的转速不变为前提，表明阀门在某一开度下，扬程H与流量Q之间的关系H J (Qu )。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、液体在管道中流动阻力的变化规律。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Qc之间的关系H f (Qc )。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图中A点。在这一点，用户的用水流量Qu和供水系统的供水流量Qc处于平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。图1-1为供水系统的基本特征。 变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通
22KW深井泵恒压变频控制方案 变频调速恒压供水具有节能、安全、高品质的供水质量等优点，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，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。 一、恒压供水原理 通过管网中的远传压力表或者压力传感器将信号送入变频器，使用英威腾变频器自带的PID运算调节功能，自动调整电机转速，当管网中压力增大时，远传压力表或压力变送器的反馈信号增大，变频器输出频率、电压下降，电机速度下降，水泵轴功率减小，水泵的流量减少，当到达所需恒定压力值时，此时系统处于动态平衡。当管网中压力减小时，远传压力表或压力变送器的反馈值减小，变频器经过PID运算，调节输出频率上升，从而使得电机转速上升，直到达到设定压力，动态平衡。当不用水时，由于管网压力已达恒定，变频器进入休眠待机状态，此时电机不转，水泵停止工作。当管网压力发生改变时，变频器再次自动唤醒，从而达到恒压动态调节水的流量，达到恒压节能的目的。 本控制回路，设有工频备用回路。当变频器回路出现故障时，将选择开关打到“工频模式”，手动启动工频回路，以保证生产生活用水需求。在工频回路设有电动机保护器，电动机保护器具有电动机过载、缺相、短路保护功能，时刻保证水泵机组安全。 二、恒压供水节能方案 如上所述，流量是供水系统的基本控制对象，供水流量需要随时满足用水流量。在供水系统中，管道中的水压能够充分反映供水能力与用水需求之间的关系： 若供水流量 > 用水流量→管道水压上升↑ 若供水流量 < 用水流量→管道水压下降↓ 若供水流量 = 用水流量→管道水压不变 所以,保持管道中的水压恒定，就可保证该处供水能力恰好满足用水需求，这就是恒压供水系统所要达到的目的。 整个控制过程如下： 用水需求↑——管路水压↓——压力设定值与返馈值的差值↑——PID输出↑——变频器输出频率↑——水泵电机转速↑——供水流量↑——管路水压趋于稳定 控制原理框图如下：
浅谈变频恒压供水系统中水泵选择 目前，供水行业中经常用到无负压给水设备和变频恒压给水设备，以上两种设备的基本原理都是根据供水系统的压力变化（对应流量变化）。利用变频器调节执行单元（水泵、电机）的转速，达到恒压供水目的（f1：f2＝n1: n2= Q1: Q2=H12: H22。该系统中，执行单元是系统中主要工作消耗能源的设备及主要影响系统综合性能的设备之一。泵的选择合理与否则直接影响到系统的两个重要指标： 一、运行费用——耗电量及出水量。 二、使用维护成本——设备使用寿命，日常维护费用。 所以，在变频恒压供水系统中，水泵的选择至关重要。 变频恒压供水系统中水泵的选择必须考虑以下几方面： 1.流量、扬程，满足系统设计的供水要求，泵的基本参数合理与否是系统供水功能的基本保障。 2.水泵配电机的供电要求必须满足使用地供电情况。 3.尽量选择高效率水泵，由于变频恒压供水为不间断供水，运转时间长，水泵在该系统中又是主要耗能单元，高效率的水泵选择是系统节能理念的根本保证。 4.性能曲线（Q－H线）选择较陡峭的水泵。 变频恒压供水主要是通过水泵转速的变化来调节因用水量变化带来的压力变化，使压力恒定、平稳，性能曲线陡峭的泵相对于性能曲线平稳的泵在转速、流量发生变化压力恒定时频率的调节幅度大，选择性能曲线陡峭的水泵在变频恒压给水系统中满足不同用水量的变化更加节能。 5.选择使用寿命相对长的水泵。水泵作为能量转换工作单元，本身就是易损坏，高维修保养的部份。高品质的水泵关系到整个系统的使用寿命，直接影响使用成本。 6.选择维修维护简单的水泵 一般设备将交到物业公司管理，物业公司的维修技术力量不强，不方便维修或维修技术要求高的水泵会增加使用成本，特别是零部份互换性差的水泵更会增加日常的维护成本。 其它如：使用环境对防护等级及噪音要求等根据实际情况加以考虑。 以下为典型不能用于变频恒压供水系统中的水泵实例： 一、填料密封水泵 该类水泵启动转矩大，变频启动的启动转矩小，使用中经常会使变频器报故障，并且使用中密封耗能量大，也不节能。 二、屏蔽泵 1.该泵效率相对于单端面机械密封离心泵低，一般不会高于60%。 2.变频恒压供水系统流量是变化的，经常会出现长时间小流量供水，如夜间及其他供水各区，屏蔽泵在长时间小流量情况下运转，由于其效率低，会导致发热，使液体蒸发，而导致干转，从而损坏滑动轴承或过热后烧毁电机。 3.屏蔽泵为单级泵，性能曲线较为平坦，压力恒定，流量发生变化要求的转速变化不大，
变频恒压供水的应用方案 一、前言 随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频供水设备已广泛应用于多层住宅小区生活及高层建筑生活消防供水系统。变频调速供水设备一般具有设备投资少，系统运行稳定可靠，占地面积小，节电节水，自动化程度高，操作控制方便等特点。但在实际应用中若选型及控制不当，不但达不到节能目的，反而“费电”。以下结合我们多年来的实践经验，对几种变频供水系统的应用及其控制方法进行介绍，供同行及用户在设计、改造、选型时参考。 二、一拖二变频供水方式（见图1） 适用一般小区恒压供水，特点：是无需附加供水控制盒，成本低。利用变频器本身内置的恒压PID 控制功能。就能达到2 台水泵循环启停功能。 三、带小流量循环软启动变频供水设备（如3+1 供水模式，见图2） 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。变频柜由变频调速器，供水盒（PLC+AD 模块+DA 模块），低压电器等构成。系统一般选择同型号水泵2~3 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，先开的泵切换为工频运行，变频柜再软启动第2 台泵，若流量还不够，第2 台泵切换为工频运行，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24h 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。这样可均衡各泵的运行时间，延长整体泵组的寿命，防止个别水泵因长时间不工作而锈死。 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，系统内的用水量很小，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300~1000 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15kW 左右，系统的零流量频率fo 一般为25~35Hz 故在夜间小流量时，采用主泵变频供水效率较低。 这就涉用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：a 变频主泵+工频辅泵；b 变频主泵+工频辅泵+气压罐； c 变频主泵+气压罐； d 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1~2 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3~6m3/h，居民区户数越多，流量可适当选择大些。小泵功率一般为1.5~3kW，小泵的扬程按主泵的扬程或略低扬程即可。 四、深水井变频供水设备
1 引言 恒压供水在城市自来水管网系统、住宅小区生活消防用水系统、楼宇中央空调冷却循环水系统等众多领域中均有应用。恒压供水是指用户端在任何时候，不管用水量的大小总能保持管网中水压的基本恒定。在恒压供水系统中可根据压力给定的理想值信号及管网水压的反馈信号进行比较，变频器根据比较结果调节水泵的转速，达到控制管网水压的目的。本文介绍基于PLC控制的多台水泵循环变频恒压供水系统的设计方法。 2 控制要求 某中心给水泵站担负周边高层小区的生活用水二次加压任务。包括3台22kW生活水泵、1台7.5kW夜间补压水泵。3台生活水泵用水高峰时段需要工作在“1工1变”状态，其它时段工作在“1变”状态，深夜用水低谷仅用7.5kW补压泵工作在工频即可。 3 系统设计 该系统主要由三菱FX-2N系列PLC控制器、三菱FR-A540变频器、PID调节器、压力变送器、浮球水位计(开关)、低压电气设备及水泵组成。 3.1 主回路设计 采用一拖多的方式，每台电机水泵既可工频运行又可变频运行。主回路如图1所示。图1 主回路图变频器用水高峰期3台水泵一台工频运行一台变频运行另一台处于待机状态，并每周循环一次，既便于维护和检修作业，又不至于停止供水。利用PLC编程可实现此功能。状态转换图如图2所示。一般用水时段有一台水泵处于变频状态，其中应特别注意，为了保护机电设备在工频——变频状态切换过程中应先将变频器输出停止，延时1s时间后再启动，此时可能会出现短暂失压现象，但实际应用中这种影响并不明显。图2 多泵循环的PLC编程方法3.2 变频器频率(速度)设定的方法(1) 利用变频器本身的多段速度设定法三菱FR-A540变频器本身有多段速度的设定功能，以七段速度为例，七段调速如附表所示。附表变频器七段速度表这种控制方式下，当前水位若在下限则PLC输出高一级的变频信号给变频器，当七段速度均启动工作但仍未达到上限，则启动工频。若已达到高水位，则PLC输出低一级的变频信号给变频器。相应的状态转换图如图3。图3 利用变频器本身的多段速度控制功能实现恒压供水(2) 利用压力传感器信号经PLC运算给出变 频器运行频率设定信号利用变频器本身的多段速度控制仅需要水压上限和下限两个信号，控制方式简单，编程方便。但控制精度不高。通过安装在出水管网上的压力变送器(本项目选择PMC系列电子陶瓷压力传感器)，将压力信号转换成标准的DC4～20mA的模拟量信号送入PLC的扩展A/D单元，经过A/D变换，利用PLC采用经验数据方法计算出此时变频器应运行的频率，将相应的数字量信号再通过PLC扩展D/A转换单元，转换成电压信号，此时变频器工作在Pr.79=2的外部操作模式，由2、5端子之间的电压值决定其频率输出。硬件原理图见图4。图4 变频器频率由PLC给定硬件原理图由于涉及到PLC的A/D、D/A单元，其软件编程需注意这两个单元初始化的方法及数据传输的方式。程序如图5所示。图5 A/D、D/A模块初始化及数据传送编程(3) 利用压力传感器给出信号经PID调节器进行频率设定的方法除了3.2(2)中的方法外，目前应用较广泛的是通过传感器将压力信号转换成标准的DC4～20mA的模拟量信号后，将该信号送入PID调节器，经过PID
水泵恒压供水方案 一.泵房供水电机一般以恒定速度运行,用大小泵切换或调节 进出水阀的方法调节水压及流量,以满足各种不同的需求.这种低效率控制流量的方法,不能满足实际工作要求,由于工作中水量变化,可能使平均水压升高,一方面造成不必要的能量消耗还会使管网因较大的压力冲击,使管网破裂;另一方面使水压不稳,影响供水品质. 二.采用变频恒压供水自动化控制的特点: 1.节省电能,降低能源消耗,能24小时维持恒定压力,并根据 压力信号自动启动备用泵,无级调整压力,供水质量好,与 传统供水相比,不会造成管网破裂及水龙头共振现象. 2.启动平滑,减少电机水泵的冲激,延长了电机及水泵的使 用寿命,降低了维修成本,避免了传统供水中的水锤现象. 3.变频恒压供水保护功能齐全,运行可靠,具有欠压,过压, 过流,过热等保护功能.可根据用户需要,选择各种附加功 能. 三.供水工况 目前通过二台45KW,二台15KW的水泵(一用一备),工艺要求水压为5Mpa。主要考虑节能及自动化的要求,内置自动节能,PID,简易PLC及通讯接口等功能,可以
方便与PLC,现场总线进行通讯,方便操作及监控,同时可以方便地与压力传感器连用。 四、恒压供水原理 当供水系统阻力一定时,水泵转速的变化,将会改变供水系统的压力和流量。如图1所示,当水泵转速由N1提升到N2时,由于阻力曲线R不变,水泵工况由A点移到B点。则流量由Q1提升到Q2,同时扬程也由H1提升到H2。系统阻力不变时,只需调节电动机的转速,即可改变流量与扬程。 H R H2 N2 P=QⅹHⅹr/102ⅹn (1) H1N1 B P:水泵工况点的轴动功率(KW) H0 A Q:水泵工况点的水压或流量(m3/s ) Q1 Q2 Q H:水泵工况点的扬程(m) r:输出介质单位体积重量(Kg/m H0 ( 图1 ) n:水泵工况点的泵效率(%) 根据离心泵的公式 (1)和水阻力特性曲线,我们可以知道,在水阻特性一定时,调速N与流量Q、 扬程H、轴功率P之间的关系式为: Q2/Q1=N2/N1 (2) H2/H1=(N2/N1)2 P2/P1=(N2/N1)3
恒 压 供 水 案2013年5月
目录 一、企业供水系统问题分析 (1) 1.1、原有供水系统配置 (1) 1.2、原系统存在的问题分析 (3) 二、解决方案 (5) 2.1、方案要点 (5) 2.2、控制原理 (5) 三、设备和工程量清单 (8) 四、施工计划 (9) 五、售后服务 (9)
一、企业供水系统问题分析 1.1、原有供水系统配置 贵司原有供水系统，拥有****给水泵(图1-1)，实际应用过程中，基本上****即可满足需求。每台水泵吸水管终端未安装底阀，改用储水槽利用虹吸原理来达到吸水效果，虽然初期投入成本较高但运行稳定性高于底阀。每台水泵出水口均安装了管道减震器、闸阀和止回阀管径均为DN150，汇入主管道（DN300）。水泵动力控制柜3只，每只负责控制2台水泵，初期安装的变频器已经损坏现已改为工频运行。供水管道安装电磁流量计、压力表等检测仪表。具体参数如（表1-1） 表1-1 供水系统设备及参数列表 名称规格数量单位备注 供水泵电机：V 水泵： 6 只 电控箱H*l*D GGD 3 只 电磁流量计DN300 PVDF 1.6Mpa 1寸法兰接口 1 套 管道减震器橡胶法兰接口 1 套数量以现场为准闸阀铸铁法兰接口 1 套数量以现场为准管路配件铸铁 DN150 1 套数量以现场为准
图1-1 供水系统图
1.2、原系统存在的问题分析 经贵司工程师介绍和现场勘察，原有供水系统存在以下问题，经过我司工程技术人员分析，其原因如下： ?水表计量精确度 贵司采用人工抄表的方式，统计各个厂区用水量和总供水量，各个厂区用水量与总供水量误差较大； 原因在于：人工抄表本身存在时间上误差；贵司总表流量计与工况不匹配，且维护不到位； ?水表损坏率较高 各厂区水表的损坏频率较高； 原因在于：总表流量计与工况不匹配，而且维护不到位； ?流量计不匹配而且维护不到位 贵司总供水管侧安装的流量计为6MPa，而日常使用压力远远低于该参数，而且贵司水质较差，探头很长时间未维护；
恒温恒压供水装置 恒温恒压供水装置概述： 恒温恒压供水装置，是结合消防和生活、生产用水的特点，研制生产的具有国外先进水平的新一代产品，采用微型计算机可编程控制技术，根据供水管网和水源的多种情况，由微型计算机控制调节各种复杂的工作，实现了智能化供水。 恒压变流量供水装置，是非常理想的一种节能供水设备，节能效果好，结构紧凑，占地面积小，运行稳定可靠，使用寿命长，方案设计灵活，供水压力可调，流量可大可小，完全可以取代水塔、高位水箱及各种气压式供水设备，可彻底免除水质的二次污染。 恒温恒压供水装置亦用于改造原有老式泵房设备，改造后同样可以达到高效节能、自动恒压供水的目的。 恒温恒压供水装置工作原理 恒温恒压供水装置的工作原理是根据用户用水量变化自动调节运行水泵台数和一台水泵转速，使水泵出口压力保持恒定。当用户用水量小于一台水泵出水量时，控制系统根据用水量的变化有一台水泵变频调整运行，当用水量增加时管道系统内压力下降，这时压力传感器把检测到的信号传送给微机控制单元，通过微机运行判断，发出指令到变频器，控制水泵电机，使转速加快以保证系统压力恒定，反之当用水量减少时，使水泵转速减慢，以保持恒压。当用水量大于一台泵出水时，台泵切换到工频运行，第二台泵开始变频调整运行，当用
水量大于两台泵出水量时，将自动停止一台或二台泵运行。在整个运行过程中，始终保持系统恒压不变，使水泵始终工作在高效区，既保证用户恒压供水，又节省电能。 恒温恒压供水装置的优点 1.对市政管网供水不产生影响 恒温恒压供水装置直接连接到自来水管网上，通过压力传感器将管内压力反馈到变频器中，由变频器根据设置好的压力理想值和安全值控制设备水泵机组的启停和变频，因此使用无负压变频供水设备不会对周围用户造成影响。 2.节约用水 恒温恒压供水装置全部为密封结构，彻底杜绝管道的跑、冒、滴、漏现象；设备不设水池、水箱，节省了清洗水池、水箱的水量。 3.节省能源 恒温恒压供水装置是串联在市政管道上的，可以充分利用市政自来水压力，提升水泵只需补充相差的压力即可，设备功率小，运行费用低。 4.节省投资 恒温恒压供水装置可以利用管网压力，水泵选型较小，节省设备投资；不需设置水池、水箱，可以减少相应的费用；设备运行不产生二次污染，无需水处理投资。 5.杜绝二次污染
ABB ACS510的SPFC功能在多泵恒压供水系统中的实现ABB ACS510变频器SPFC功能，又称循环软启动功能，内置在ACS510变频器中。该功能不同于PFC功能之处在于，SPFC功能每次启动新电机的时候，都是用变频器来启动的，而变频器刚刚拖动过的电机，将投切到工频上。 三泵控制主回路电路图 1拖3控制的主回路电路图如图1所示。 变频器在SPFC 功能下运行时，3 泵恒压供水系统的主回路硬件配置有变频器，接触器，熔断开关等，根据需要选配OREL-01（ACS510 继电器扩展选件）。 SPFC宏的主要控制特点为： 1）当电机1 频率到达上限设定频率时，如果压力没有达到给定要求，电机脱离传动单元，经过一段时间延迟后，直接接入电网运行； 2）电机2 连接到传动单元，2 号电机速度根据PID 的给定值和实际值的运算结果逐步增加，直到满足泵的实际工况； 3）电机3使用同样的步骤进行启动； 4）停止电机的过程如同标准PFC控制（停止辅助电机，并继续调节正在控制的电机速度）； 5）设置电机的启动顺序可以分为平均运行时间和继电器顺序（参考参数8127）。 系统的工作逻辑 三泵控制原理图如图2所示，变频器工作逻辑时序图如图3 所示。如果最终用户在使用过程中，没有特殊的要求，基本上按照图（2）就可以实现三泵的SPFC功能。从图2、图3中，可以看到的有变频器ACS510 的继电器与DI 口，三位开关S1，S2，S3，以及继电器线包与常开常闭触点等元件。结合变频器主回路图，控制回路图，逻辑时序图，系统的工作逻辑如下所述。 1）DI 信号闭合，传动单元启动，RO1（继电器1）闭合，接触器K1 也吸合。此时调制被禁止。
潜水泵恒压供水 潜水泵 潜水泵是深井提水的重要设备。使用时整个机组潜入水中工作。把地下水提取到地表，是生活用水、矿山抢险、工业冷却、农田灌溉、海水提升、轮船调载，还可用于喷泉景观，热水潜水泵用于温泉洗浴，还可适用于从深井中提取地下水，也可用于河流、水库、水渠等提水工程。主要用于农田灌溉及高山区人畜用水，亦可供中央空调冷却、热泵机组、冷泵机组、城市、工厂、铁路、矿山、工地排水使用。一般流量可以达到(5m3~650m3)每小时、扬程可达到10-550米潜水泵有好几种，电机里的线包有油侵式和水侵式还有是干式在使用前必须先看说明书，不能搞错，长期不用，必须在使用前还得把叶轮弄转，不然会因为长期不用卡死而烧包。开泵前，吸入管和泵内必须充满液体。开泵后，叶轮高速旋转，其中的液体随着叶片一起旋转，在离心力的作用下，飞离叶轮向外射出，射出的液体在泵壳扩散室内速度逐渐变慢，压力逐渐增加，然后从泵出口，排出管流出。此时，在叶片中心处由于液体被甩向周围而形成既没有空气又没有液体的真空低压区，液池中的液体在池面大气压的作用下，经吸入管流入泵内，液体就是这样连续不断地从液池中被抽吸上来又连续不断地从排出管流出。 潜水泵恒压供水
安装步骤 1.深井潜水泵的验收：用户到物流公司提货时要仔细验收查看电缆外皮有无破损。水泵有无断裂。 2.装卸：装卸车要小心，以免损坏机组的同心度或碰破电缆绝缘皮。 3.整套机组下井前的检查步骤：A.拆开滤网，用撬杆拨动连轴器应转动灵活，B将电泵竖放加满清水，接好电缆接头，用水盆浸泡接头处，摇测接头对地电阻(单指接头对水的绝缘电阻)值不小于500兆欧。C.将水泵立放用合适的容器给泵的出口加洗衣粉水，同时稍微点动一下电机启动按钮仔细观察泵的转向，时间不得超过2秒，做好相续标记。 4.水泵分体运输时现场组装的步骤：A.安装前将电机垂直立放，打开放气孔与注水孔，注意一定要将两个水堵都打开，加满清水将注水堵与放水堵拧紧，观察电机是否有漏水现象，如有漏水现象千万不能下井，原因可能是运输过程当中磕碰所至，应及时联系代理商或制造厂家协商解决，直至不漏为止(观察10～15分钟)。然后摇测电机的绝缘电阻，其值不低于50兆欧。B.包扎电缆接头，包好后试一下电机的转向，电机的转向于水泵上所标的箭头方向是否一致，并做好相续标记。 5.机泵分体时水泵的检查
目录 欧阳光明（2021.03.07）1 变频器恒压供水系统简介1 1.1 变频恒压供水系统理论分析1 1.1.1变频恒压供水系统节能原理1 1.1.2 变频恒压控制理论模型2 1.2 恒压供水控制系统构成3 1.3 变频器恒压供水产生的背景和意义3 2 变频恒压供水系统设计4 2.1 设计任务及要求5 2.2 恒压供水系统主电路设计6 2.3 系统工作过程7 3 器件的选型及介绍9 3.1 变频器简介9 3.1.1 变频器的基本结构与分类9 3.1.2 变频器的控制方式9 3.2 变频器选型10 3.2.1 变频器的控制方式10 3.2.2 变频器容量的选择11 3.2.3 变频器主电路外围设备选择13 3.3 可编程控制器(PLC)15 3.3.1 PLC的定义及特点15
3.3.2 PLC的工作原理16 3.3.3 PLC及压力传感器的选择16 4 PLC编程及变频器参数设置18 4.1 PLC的I/O接线图18 4.2 PLC程序18 4.3 变频器参数的设置22 4.3.1 参数复位22 4.3.2 电机参数设置22 总结23 参考文献24 1 变频器恒压供水系统简介 1.1变频恒压供水系统理论分析 1.1.1变频恒压供水系统节能原理 供水系统的基本特性和工作点扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不 变为前提，表明水泵在某一转速下扬程H与流量Q之间的关系曲线f(Q)，如图1-1 所示。 图1-1供水系统的基本特征 由图可以看出，流量Q越大，扬程H越小。由于在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量的大小主要取决于用户的用水情况，
因此，扬程特性所反映的是扬程H与用水流量Q(u)间的关系。而管阻特性是以水泵的转速不变为前提，表明阀门在某一开度下，扬程H与流量Q之间的关系H J (Qu )。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、液体在管道中流动阻力的变化规律。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Qc之间的关系H f (Qc )。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图中A点。在这一点，用户的用水流量Qu和供水系统的供水流量Qc处于平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。图1-1为供水系统的基本特征。 变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通 常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一体，通过变频器 调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此，供水 系统变频的实质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定 子供电频率来改变同步转速而实现调速的。
多泵并联恒压供水水泵的合理配置 由多泵并联恒压供水原理，一台变频泵与多台工频泵并联恒压供水，其最大供水流量等于各并联泵在恒压工频转速下流量之和。在恒压供水过程中，工频泵的流量是恒定的(恒压工频转速下的流量)，变频泵的流量随用水流量而变化。为保证能在零到最大流量范围内均能获得恒压供水，在配泵时要求变频泵是所有泵中的最大者。考虑到变频器的价格与其功率成正比，最经济的配泵方案是所有泵的大小、型号相同。 6 多泵并联恒压供水时各泵的自动投入和退出方式 由多泵并联恒压供水原理可知，多泵并联恒压供水，只要变频泵在所有泵中是最大的，即可实现恒压供水。随用水流量变化，各并联泵可自动投入或退出。其自动投入或退出的方式有二种: (1) 以工频状态自动投入或退出 第一种方式是基本方式，各台工频泵以工频状态自动投入或退出。具体方式如下，当用水流量增加，变频泵的转速上升，当上升到工频转速，如用水流量继续增加，下一台工频泵以工频状态自动投入，反之，在多泵并联恒压供水过程中，当用水流量减少，变频泵转速下降，当其转速下降到零流量的阈值，最后投入的一台工频自动停泵退出，采用这种控制方式的电控系统比较简单、可靠，是一种工程实用的控制
方式。设有变频恒压供水控制硬件、软件的abb变频器采用的是这 种控制方式。如果要实现变频泵与工频泵定时轮换，可以利用abb 变频器的pfc应用宏控制软件以达到所要求的定时轮换控制。在这种情况下，每台泵可由变频驱动也可由工频驱动，由变频控制以实现定时轮换。 (2) 循环软起动并按先开先停的原则进行控制 第二种方式称之为循环软起动并按先开先停的原则进行控制。具体控制过程如下:当用水流量增加，变频泵转速上升，当转速上升到工频 转速，由变频控制器控制使该变频泵切换到工频运行，然后由控制器控制变频软起动一台新泵，新起动的泵是变频泵，它与工频泵并联运行以实现恒压供水。当用水流量减少，变频泵的转速下降，当转速下降到零流量的阈值，由变频控制器控制使最先开启的一台泵停泵，以实现先开先停的控制原则，要实现先开后停的原则，变频控制器中要应用单片机，由以上可见，采用这种控制方式，其控制系统要复杂得多，其性价比如何尚有待使用实践的检验。 7 多泵并联恒压供水，各泵自动投入或退出过程防止水力冲击的措 施 如上所述，当采用第一种控制方式，在工频泵投入时为减少水力冲击，在此过程中可使变频泵的转速先下降，然后慢慢上升以达到恒压供水。反之，当用水流量减少，各并联的工频泵应依次退出。在工频泵停泵
基于PLC控制恒压供水的设计 ——水泵控制 内容摘要：生活都离不开水。但如果水源离用水场所较远，就需要管路的输送。而将水送到较远或较高的地方，管路中是需要一定的水压的，水压高了，才能将水送到远的或较高的楼层。 产生水压的设备是水泵，水泵转动的越快，产生的水压越高。传统的维持管路的水压是建造水塔，水泵开的时候将水打到水塔中，水泵休息时，借助水塔继续供水。水塔中的水位变化相对水塔的高度来说很小，也就是说水塔能维持的供水管路中水压的基本恒定。 但是，建造水塔需要发费财力，水塔还会造成水的二次污染。那么，可不可以不借助水塔来实现恒压供水呢？当然可以，但是要解决水压随用水量的大小变化的问题。通常的办法是：用量大时，增加水泵的数量或提高水泵的转动速度以保持管网中的水压不变，用水量小时又需做出相反的调节。这就是恒压供水的基本思路。这在电机速度调节技术不发达的年代是不可设想的，但今天办到这一点已变得很容易了，交流变频器的诞生为水泵转速平滑联系调节提供了方便。交流变频器是改变交流电源频率的电力电子设备，输入三相工频交流点后，可以输出频率平滑变化的三相交流电。 鉴于社会的需求，设计一个由三台水泵组构成的生活、消防双恒压无塔供水泵站系统。 如图所示（一），市网自来水用高低水位控制器EQ来控制注水阀YV1，自动把水注满储水水池，只要水位低于高水位，则自动往水池注水，但是当水池的水位高于高水位上限时，延时一段时间后，由PLC发出信号，关闭注水阀YV1，等到水位低于高水位上限时，过一段时间后，再打开注水阀YV1继续注水（这种情况在处于消防状态时被关闭）。水池的高、低水位信号也直接送给PLC，作为高、低水位的报警。为了保证供水的连续性，水位上下限传感器高低距离较小。生活用水和消防用水共用三台水泵，平时电磁阀YV2处于关闭状态，生活管网处于接通状态，电磁阀YV3处于失电状态，关闭消防管网，三台水泵根据生活用水的多少，按一定的控制逻辑运行，维持生活用水低恒压。当有火灾发生时，电磁阀YV3得电，消防用水管路打开，并同时打开三台水泵供水，管路中的水压为消防用水的高恒压，生活用水管路没有关闭，生活用水的水压由减压阀控制。但是当管路中的水压低于消防用水的高恒压或水池水位已经达到水池低水位下限时，给电磁阀YV2通电，关闭生活用水的管路。火灾结束后，三台水泵改为为生活用水供水。 图（一）、生活消防双恒压供水系统构成 二、系统的控制要求 对于三台水泵生活/消防双恒压供水系统的基本要求是：
1 概论 随着社会经济的迅速发展，水对人民生活与工业生产的影响日益加强，人民对供水的质量和供水系统可靠性的要求不断提高。把先进的自动化技术、控制技术、通讯及网络技术等应用到供水领域，成为对供水系统的新要求。 变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便地实现供水系统的集中管理与监控，同时系统具有良好的节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。 1.1变频恒压供水产生的背景和意义 众所周知，水是生产生活中不可缺少的重要组成部分，在节水节能已成为时代特征的现实条件下，我们这个水资源和电能短缺的国家，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，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，此时将会造成能量的浪费，同时有可能使水管爆破和用水设备的损坏。在恒压供水技术出现以前，出现过许多供水方式，以下就逐一分析。 1．一台恒速泵直接供水系统 这种供水方式，水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，有的甚至连蓄水池也没有，直接从城市公用水网中抽水，严重影响城市公用管网压力的稳定。这种供水方式，水泵整日不停运转，有的可能在夜间用水低谷时段停止运行。这种系统形式简单、造价最低，但耗电、耗水严重，水压不稳，供水质量极差。 2．恒速泵加水塔的供水方式 这种方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系统所需要压力。水塔注满后水泵停止，水塔水位低于某一位置时再启动水泵。水泵处于断续工作状态中。这种供水方式，水泵工作在额定流量额定扬程的条件下，水泵处于高效区。这种方式显然比前一种节电，其节电率与水塔容量、水泵额定流量、用水不均匀系数、水泵的开停时间比、开停频率等有关。供水压力比较稳定。但这种供水方式基建设备投资最大，占地面积也最大，水压不可调，不能兼顾近期与远期的需要；而且系统水压不能随系统所需流量和系统所
变频器综合设计变频器控制恒压供水系统 专业班级： 15电气普招 设计人：王于风 学号： 201550030107 指导教师：雷钢 设计时间：2017年10月20日
摘要 恒压供水在城市自来水管网系统、住宅小区生活消防用水系统、楼宇中央空调冷却循环水系统等众多领域中均有应用。恒压供水是指用户端在任何时候，不管用水量的大小总能保持管网中水压的基本恒定。在恒压供水系统中可根据压力给定的理想值信号及管网水压的反馈信号进行比较，变频器根据比较结果调节水泵的转速，达到控制管网水压的目的。 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，开发出一种新型的并在这三个方面都有所提高的变频式恒压供水自动控制系统。全文共分为四章。第一章阐明了供水系统的应用背景、选题意义及主要研究内容。第二章阐明了供水系统的变频调速节能原理。第三章详细介绍了系统硬件的工作原理以及硬件的选择。第四章详细阐述了系统软件开发并对程序进行解释。 关键词：恒压供水，PLC，变频技术 目录 摘要0 1 变频控制系统简介0 1.1变频调速供水控制系统简介0 1.2变频调速在供水行业中的应用0 2 供水系统的变频调速节能原理2 2.1 水泵调速运行的节能原理2 2.2 本系统总体介绍3 3 系统硬件的工作原理及硬件选择4 3.1 PLC的工作原理及选择4 3.2 变频调速系统原理及选择6 3.3 压力传感器的选择9 3.4 水泵的选择10 3.5 鉴频鉴相问题10 3.6 控制电路13 4 系统软件开发14 4.1 PLC编程简介14 4.2 PLC程序解释22 致谢错误！未定义书签。 参考文献25
案例5.4__变频水泵恒压供水装置 1.概况： 近年来由于城市建设飞速发展，高层楼宇大量涌现，居民用水矛盾日益突出。如采用水箱供水存在水压不稳、二次污染和耗能等问题。随着PLC控制和变频技术的发展，变频恒压供水逐步为大家认可。 变频恒压供水目前国家尚无标准。因此变频恒压供水系统的构成各不相同，一般按用户要求进行生产。通常控制采用PLC, 调速采用变频器, 用压力变送器作为管网压力采样和反馈信号与压力设定信号进行比较，经过PID调节器运算，它的输出作为变频器频率给定，从而调节电动机的转速，使管网压力维持恒定。一台变频器可以控制二台或多台水泵。 在本实例中，因考虑到本系统的使用环境是居民大楼，用水量需根据季节变换和气温变化经常要进行调整。而控制室为无人值守，操作者是一般物业人员，要求系统工作可靠，操作简单。因此对系统的总体设计中采用PLC来对水泵的开、关和切换进行控制及对故障进行处理；使用PID调节器来实现闭环控制，而水泵的驱动则采用变频器，变频器工作在开环运行状态，由PID调节器的输出（4～20mA电流）作为变频器的频率给定信号。供水管网中的压力则通过压力变送器转换为4～20mA的电流信号反馈到PID调节器。压力给定信号在调节器面板中以键盘设置。系统的控制方框图如图4-1所示。 水泵房的现场照片和控制柜外形照片分别见图4-2和图4-3， 图4-2 水泵房现场照片图4-3 恒压供水系统电气控制柜外形图本系统在正常工作时只须二台泵，另一台作为备用泵。考虑到三台泵应均衡使用，故不设备用泵，而改为三台泵轮流工作制。如大楼居民用水流量少时，用一号泵作变频运行,电动机低速运行。当用水流量增加造成管网压力降低，压力变送器输出信号减小，使PID调节器输出信号增加，从而使变频器输出频率增加，使电动机升速,管网压力随之增加。PID调节器调节压力的过程如下：PID调节器的给定量P g恒定，
案例 4.4__ 变频水泵恒压供水装置 1. 概况： 近年来由于城市建设飞速发展，高层楼宇大量涌现，居民用水矛盾日益突出。如采用水箱供水存在水 压不稳、二次污染和耗能等问题。随着 PLC 控制和变频技术的发展，变频恒压供水逐步为大家认 可。 变频恒压供水目前国家尚无标准。 因此变频恒压供水系统的构成各不相同， 一般按用户要求进行生产。 通常控制采用 PLC, 调速采用变频器 , 用压力变送器作为管网压力采样和反馈信号与压力设定信号进行比 较， 经过 PID 调节器运算， 它的输出作为变频器频率给定， 从而调节电动机的转速， 使管网压力维持恒定。 一台变频器可以控制二台或多台水泵。 在本实例中，因考虑到本系统的使用环境是居民大楼，用水量需根据季节变换和气温变化经常要进行 调整。而控制室为无人值守，操作者是一般物业人员，要求系统工作可靠，操作简单。因此对系统的总体 设计中采用 PLC 来对水泵的开、关和切换进行控制及对故障进行处理；使用 PID 调节器来实现闭环控制， 而水泵的驱动则采用变频器，变频器工作在开环运行状态，由 PID 调节器的输出（ 4～ 20mA 电流）作为变 频器的频率给定信号。 供水管网中的压力则通过压力变送器转换为 4～20mA 的电流信号反馈到 PID 调节器。 压力给定信号在调节器面板中以键盘设置。系统的控制方框图如图 4-1 所示。 图 4-2 水泵房现场照片 图 4-3 恒压供水系统电气控制柜外形图 本系统在正常工作时只须二台泵，另一台作为备用泵。考虑到三台泵应均衡使用，故不设备用泵，而 改为三台泵轮流工作制。如大楼居民用水流量少时，用一号泵作变频运行 , 电动机低速运行。当用水流量 增加造成管网压力降低，压力变送器输出信号减小，使 PID 调节器输出信号增加，从而使变频器输出频率 水泵房的现场照片和控制柜外形照片分别见图 4-2 和图 4-3 ，
变频器多泵恒压供水应用及电机切换问题 1 引言 在变频技术应用还未广泛的时期,区域供水系统都是经由市政管网经过二次加压和高位水塔储水池来满足用户对供水压力的要求。日常供水控制通常采用水泵恒速运行加上调整出口阀开度的方式调节供水的水量水压。而由水泵的扬程特性图及管阻特性图可知这种靠调节输出阀门来进行恒压供水的方式使得大量能量消耗在出口阀门而造成浪费,而且存在水池的二次污染问题。 2 恒压供水原理 2.1 供水原理 变频技术通过调速节约了在改变阀门开度上造成的能量浪费,并且由于取消水塔而从原理上解决二次污染问题。阀门控制法的本质是水泵本身的供水能力不变,通过改变水路中的管阻大小来改变流量,以适应用户对流量的需求。而转速特性是在阀门开度不变的情况下,通过调节转速来达到用户要求的水量。我们知道流量与扬程的乘积近似为供水功率,如图1水泵的扬程特性及管阻特性图所示,假定现在用户用水量稳定在E点,我们可以看到在阀门开度不变的情况下单纯调节转速所需要的供水功率(面积OECD)小于转速不变而单纯调节阀门所需的供水功率(面积ABOE),所以说变频技术节约了能量,并且解决了二次污染问题。(如图1所示,面积ABCD即为节约的能量)。 图1 水泵扬程及管阻特性 现有的变频水泵恒压供水方式基于PID控制原理,简单概括就是:维持管路供水压力的恒定。当用户用水量加大时,管路压力减小,变频器转速要提高以增加流量补充压力。反之,用户用水量减小时,管路压力增大,变频器转速要降低,使流量适当降低以使压力恒定。 2.2 多泵供水 多泵供水是最常见的变频供水方案。多泵建筑供水系统普遍采用变频器循环控制方式。多泵控制思路是一拖多工变频结合复合式变流量变频供水。在小流量用水时工况，变频器带一台水泵运行,随用水量的变化,调整水泵的转速,实现恒压供水；当用水量增大,变频器达到50HZ时,变频器发出指令,使该变频泵切换到工频,同时使变频器带动下一台水泵变频软启动运行。随用水流量增大,以后各台水泵的软启动依次类推。当用水量减小时,先停转为工频运行的那台水泵。系统