变频调速控制系统设计.docx

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1、大学毕业设计论文课题任务书课题名称专业学生姓名20 20学年变频调速掌握系统设计电气自动化班级指导教师指导人数课题概述：一、设计任务1、了解变频调速技术背景和展望2、三菱变频器调速工作原理3、恒压供水变频调速系统硬件和软件的设计4、PLC 和供水设备的选取二、设计目的1. 通过设计，加深对机电掌握技术学问的理解，稳固提高所学理论专业学问，并予以适当的深化，培育综合应用技能、建立创意识、分析解决实际问题力量的目的。2. 把握变频调速系统设计的一般方法，包括设备选型、PLC 的选型、硬件和软件的设计、供水系统的安全性问题等。3. 学会在工程开发时如何搜集和查阅资料、使用开发工具、进展方案论证与设计

2、、总结设计成果，撰写学术论文等，为今后工作打下良好根底。三、完成成果1、开题报告一份2、毕业设计论文说明书一份6000 字以上3、三菱变频器FR-A740 接线图4、恒压供水主电路原理图和恒压供水掌握电路原理图5、文献综述参考资料及文献：王晓敏机电掌握技术实训2023 王晓敏王晓敏电气自动化系统设计2023 王晓敏王晓敏机电掌握技术2023 王晓敏王晓敏电气掌握与PLC 应用2023 王晓敏设计成果要求：1、开题报告： 1000字2、说 明 书： 1000字3、图纸：2号4张、号张、号张4、论文： 6000字5、其他：起止日期要求完成的内容1、 完成开题报告。2、 完成毕业设计论文初稿，指导教

3、师进审核。度计3、 完成毕业设计论文，装订成册，连划同电子文档一并上交指导教师。安排4、 指导教师完成毕业设计论文的批阅，评阅小组完成毕业设计论文的评阅。5、 毕业辩论。审核系主任批准院长毕业设计论文原创性声明本人严峻声明：本人呈交的毕业设计论文，是在指导教师指导下独立完成的争论成果。内容都是本人自己搜集和设计的，文中引用了他人的成果，但均做出了明确的标注或得到许可。本人如违反了上述声明，愿依据学校规定的方式，担当一切后果。论文作者签名日期大学毕业设计论文开题报告题目恒压供水变频调速系统设计学生姓名学号专业电气自动化班级指导教师王完成日期201 年1 月 1 日一、课题名称、来源、目的和意义1

4、、论文名称肇庆小区供水系统设计争论2、论文来源小区变频供水系统设计实践3、目的和意义近年来我国中小城市进展快速，集中用水量急剧增加。在用水量顶峰期时供水量普遍缺乏，在用水量低峰期造成水管压力过大存在事故隐患和能源铺张。设计一套供水自动掌握系统，便可以自动掌握水量， 恒压供水，已到达自来水的生产本钱和提高生产治理水平的目的。恒压供水系统不仅可以最大程度满足需要，也提高整个系统的效率、节约能源。二、国内外现状和进展趋势自从变频器问世以来，变频器技术在各个领域都得到了广泛的应用，近十年来，销售额逐年增加，于今全年有超过数十亿元 RMB的市场。这十年中经受了屡次更，现所使用的变频器大都属于目前最为先进

5、的国内制造机,通过这十年来对国外的先进技术进展销化，也正在乐观地进展国产变频器的自主开发努力追赶世界兴旺国家的水平。近十年来国外通用变频器技术的进展对于深入了解沟通传动与控制技术的走向，以及如何站在高起点上结合我国国情开发我国自己的产品应当说具有格外乐观的意义.三、争论内容及方法1、争论内容进展对变频调速系统产业化所带来的影响，并对变频调速系统的进展前景进展了推测。争论课题来源于日常生活中的用水状况，也结合了宽阔居民的反映状况。全面介绍了变频调速领域争论的热点问题，分析了最技术2、争论方法恒压供水变频调速设计系统工程，必需遵循系统工程的原理与方法。首先分析系统中的危急性，为调整设备、操作、治理

6、和费用等因素供给依据，以使系统所存在的问题得到解决。四、课题争论打算阶段任务时间小区考察参与小区供水系统安装与检修人员及居民了解实际状况和设201 年月计规划等等。论文预备收集并阅读变频器恒压供水文201 年月献资料。论文撰写论文撰写20 年月论文辩论论文辩论20年月大学-电力工程学院毕业设计论文题目恒压供水变频调速系统设计学生姓名学号专业电气自动化班级指导教师评阅教师目 录名目9摘要11前言12第一章 绪论131.1 引言131.2 本课题产生的背景和意义141.3 变频恒压供水的现况141.3.1 国内外变频供水系统现状141.3.2 变频供水系统应用范围141.3.3 变频掌握原理151

7、.3.4 恒压供水系统特点161.4 本人的主要工作16其次章 变频恒压供水的理论分析162.1 水泵的工作原理172.2 供水电机的搭配172.3 水泵的调整方式182.4 恒压供水系统的能耗分析182.5 供水系统的安全性问题202.5.1 水锤效应202.5.2 水锤效应的产生缘由202.5.3 水锤效应的消退212.5.4 延长水泵寿命的其他因素21第三章 变频恒压供水掌握系统硬件的设计223.1 变频恒压供水掌握系统的构成方案223.2 变频恒压供水系统的掌握方案233.3 供水设备的选择原则243.4 参数的计算与供水设备选型253.4.1 水泵的参数计算与型号的选择253.4.2

8、 变频器的选择253.4.3 压力传感器的选择263.4.4 水位传感器的选择273.4.5 其他低压电器的选择273.5 PLC 的选型283.5.1 I/O 点的统计283.5.2 PLC 选型的根本原则283.5.3 I/O 的安排283.6 系统硬件线路设计293.7 PID 参数的预置30第四章 变频恒压供水掌握系统软件的设计314.1 常用编程方法314.1.1 阅历设计法314.1.2 翻译设计法314.1.3 规律代数设计法324.2 编程软件的简洁介绍344.3 恒压供水系统梯形图的设计354.4 程序的仿真与调试394.4.1 仿真软件的简介394.4.2 恒压供水系统程序

9、的仿真调试404.5 恒压变频供水系统的WinCC 界面设计424.5.1 WinCC 软件简介424.5.2 恒压供水系统的WinCC 界面设计424.6 经济效益分析46第五章 总结与期望475.1 总结475.2 展望47第六章 工程设计概算见表486、1 生活变频供水系统48参考文献49致 谢50附录 语句表51恒压供水变频调速系统设计肇庆小区供水系统设计学生： 指导教师：XX 大学摘要随着社会经济的飞速进展，城市的建设规模的不断扩大，人口的增多，和人们对生活水平的要求不断提高，人们对城市供水的水量、质量、稳定性提出了越来越高的要求。传统的生活中供水的方法是通过建筑水塔来维持水压和水量

10、。但是，现在的建筑物越累越高，水塔就难以满足人们的需求了。再者，建筑水塔还会花费很多的财力，水塔对水还会造成其次次污染。本文结合城市小区现状，设计了一套基于 PLC 的变频调速恒压自动掌握供水系统。关键词：变频调速、变频供水、恒压供水、PLC、传感器前言近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动掌握技术的快速进展，沟通传动与掌握技术成为目前进展最为快速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即沟通调速取代直流调速和计算机数字掌握技术取代模拟掌握技术已成为进展趋势。电机沟通变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动

11、性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它很多优点而被国内外公认为最有进展前途的调速方式。深入了解沟通传动与掌握技术的走向，具有格外乐观的意义随着生产技术的不断进展，直流拖动的薄弱环节逐步显露出来。由于换向器的存，直流电机的维护量加大，单机容量、最高转速以及使用环境都受到限制。人们开头转向构造简洁、运行牢靠、维护便利、价格低廉的异步电动机。但异步电动机的调速性能难以满足生产的需要。于是，从 20 世纪 30 年月开头，人们致力于沟通调速技术的争论，然而进展缓慢。在相当长的时期内， 直流调速始终以其优异的性能统治着电气传动领域。20 世纪 60 年月以后，特别是 70 年月以来，电

12、力电子技术、掌握技术和微电子技术的飞速进展，使得沟通调速性能可以与直流调速相媲美。目前，沟通调速已进入逐步代替直流调速的时代。国内已经有较多的变频器生产厂，但大局部的产品都是VF 掌握和电压空间矢量掌握变频器，使用在调速精度和动态性能要求不高的负载上应当没有问 题。VF 掌握和电压空间矢量掌握变频器比矢量掌握变频器从技术上来看要简洁得多，由于国内厂家大局部都是手工作坊式的生产，工艺欠佳，检测手段有限， 品质的全都性和稳定性难以保证。变频器技术的另外一个层面是应用技术。在大型综合自动化系统，先进掌握与优化技术，大型成套专用系统，如连铸连轧生产线、高速造纸生产线、电缆光纤生产线、化纤生产线、建材生

13、产线等，变频器的作用是电气传动掌握，其掌握的简单性、掌握精度和动态响应都有很高的要求， 已经完全取代了直流调速技术。近年来，变频器在功能上，利用先进的掌握理论， 开发出了诸如卷取、提升、主从等掌握功能，使应用系统的构成更加便利和简洁， 使变频器的应用技术提高到一个的水平。第一章 绪论1.1 引言水是生命之源，人类生存和进展都离不开水。在通常的城市及乡镇供水中， 根本上都是靠供水站的电动机带动离心水泵，产生压力使管网中的自来水流淌， 把供水管网中的自来水送给用户。但供水机泵供水的同时，也消耗大量的能量， 假设能在提高供水机泵的效率、确保供水机泵的牢靠稳定运行的同时，降低能耗， 将具有重要经济意义

14、。我国供水机泵的特点是数量大、范围广、类型多，在工程规模上也有肯定水平，但在技术水平、工程标准以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比，还有肯定的差距。随着社会经济的快速进展，人们对供水质量和供水系统的牢靠性要求不断提高。衡量供水质量的重要标准之一是供水压力是否恒定，由于水压恒定于某些工业或特别用户是格外重要的，如当发生火警时，假设供水压力缺乏或无水供给，不能快速灭火，会造成更大的经济损失或人员伤亡.但是用户用水量是常常变动的， 因此用水和供水之间的不平衡的现象时有发生，并且集中反映在供水的压力上： 用水多而供水少，则供水压力低；用水少而供水多，则供水压力大。保持管网的水压恒定供水，可使供水和

15、用水之间保持平衡，不但提高了供水的产量和质量， 也确保了供水生产以及电机运行的安全牢靠性。变频调速技术以其显著的节能效果和稳定牢靠的掌握方式，在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用。利用变频技术与自动掌握技术相结合，在中小型供水企业实现恒压供水，不仅能到达比较明显的节能效果， 提高供水企业的效率，更能有效保证从水系统的安全牢靠运行.变频 恒 水 压供水系统集变频技术、电气传动技术、现代掌握技术于一体。承受该系统进展供水可以提高供水系统的稳定性和牢靠性，便利地实现供水系统的集中治理与监控; 同时可到达良好的节能性，提高供水效率。所以设计基于变频调速的恒定水压供水系统(简称变频

16、恒压供水，如图1.2)，对于提高企业效率以及人民的生活水平， 同时降低能耗等方面具有重要的现实意义。图1.1 传统供水机示意图图1.2 变频供水机示意图1.2 本课题产生的背景和意义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始终比较落后，工业自动化程度低。传统调整供水压力的方式，多承受频繁启/停电机掌握和水塔二次供水调整的方式，前者产生大量能耗的，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。而变频调速式的运行格外稳定牢靠，没有频繁的启动现象，启动方式为软启动， 设备运行格外平稳，避开了电气、机械冲击，也没有水塔供水所带来的二次污染

17、的危急。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、调整力量大、运行稳定牢靠的优势，具有宽阔的应用前景和明显的经济效益与社会效益。1.3 变频恒压供水的现况1.3.1 国内外变频供水系统现状变频恒压供水是在变频调速技术的进展之后渐渐进展起来的。目前国外的恒压供水系统变频器成熟牢靠，恒压掌握技术先进。国外变频供水系统在设计时主要承受一台变频器只带一台水泵机组的方式。这种方式运行安全牢靠，变压方式更敏捷。此方式的缺点必是电机数量和变频的数量一样多，投资本钱高。目前国内有不少公司在从事进展变频恒压供水的研制推广，国产变频器主要承受进口元件组装或直接进口国外变频

18、器，结合PLC 或PID调整器实现恒压供水， 在小容量、掌握要求低的变频供水领域，国产变频器进展较快，并以其本钱低廉的优势占据了相当局部小容量变频恒压供水市场。但在大功率大容量变频器上， 国产变频器有待于进一步改进和完善。1.3.2 变频供水系统应用范围变频恒压供水系统在供水行业中的应用，按所使用的范围大致分为三类:(1) 小区供水(加压泵站)变频恒压供水系统这类变频供水系统主要用于包括工厂、小区供水、高层建筑供水、乡村加压站，特点是变频掌握的电机功率小，一般在135kW以下，掌握系统简洁。由于这一范围的用户群格外浩大，所以是目前国内争论和推广最多的方式。(2) 国内中小型供水厂变频恒压供水系

19、统这类变频供水系统主要用于中小供水厂或大中城市的关心供水厂。这类变频器、电机功率在135kV320kW之间，电网电压通常为220V或380V。受中小水厂规模和经济条件限制，目前主要承受国产通用的变频恒压供水变频器。(3) 大型供水厂的变频恒压供水系统这类变频供水系统用于大中城市的主力供水厂，特点是功率大(一般都大于320kW)、机组多、多数承受高压变频系统。这类系统一般变频器和掌握器要求较高，多数承受了国外进口变频器和掌握系统。目前，国内除了高压变频供水系统，多数变频供水系统均声称只要转变容量就可以通用于各种供水范围，但在实际运用中，不同供水环境对变频器的要求和掌握方式是不全都的，大多数变频器

20、并不能真正实现通用。所以在局部条件简单的中小水厂，承受通用的恒压供水变频系统并不能完全满足实践要求，现局部中小水厂已生疏到这一状况，并针对实际状况对变频恒压供水系统加以改进和完善。1.3.3 变频掌握原理用变频调速来实现恒压供水，与用调整阀门来实现恒压供水相比，节能效果格外显著可依据具体状况计算出来。其优点是：1、 起动平衡，起动电流可限制在额定电流以内，从而避开了起动时对电网的冲击；2、 由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等的使用寿命；3、 可以消退起动和停机时的水锤效应；一般地说，当由一台变频器掌握一台电动机时，只需使变频器的配用电动机容量与实际电动机容量相符即可。当一台变频器同时

21、掌握两台电动机时，原则上变频器的配用电动机容量应等于两台电动机的容量之和。但如在顶峰负载时的用水量比两台水泵全速供水量相差很多时。可考虑适当减小变频器的容量，但应留意留有足够的容量。虽然水泵在低速运行时，电动机的工作电流较小。但是，当用户的用水量变化频繁时，电动机将处于频繁的升、降速状态，而升、降速的电流可略超过电动机的额定电流，导致电动机过热。因此，电动机的宠保护是必需的。对于这种由于频繁地升、降速而积存起来的温升，变频器内的电子宠保护功能是难以起到保护作用的，所以应承受热继电器来进展电动机的宠保护。在主要功能预置方面，最高频率应以电动机的额定频率为变频器的最高工作频率。升、降速时间在承受P

22、ID 调整器的状况下，升、降速时间应尽量设定得短一些，以免影响由 PID 调整器打算的动态响应过程。如变频器本身具有 PID 调整功能时，只要在预置时设定 PID 功能有效，则所设定的升速和降速时间将自动失效。1.3.4 恒压供水系统特点1、节电：优化的节能掌握软件，使水泵实现最大限度地节能运行；2、节水：依据实际用水状况设定管网压力，自动掌握水泵出水量，削减了水的跑、漏现象；3、运行牢靠：由变频器实现泵的软起动，使水泵实现由工频到变频的无冲击切换，防止管网冲击、避开管网压力超限，管道裂开；4、联网功能：承受全中文工控组态软件，实时监控各个站点，如电机的电压、电流、工作频率、管网压力及流量等。

23、并且能够累积每个站点的用电量， 累积每台泵的出水量，同时供给各种形式的打印报表，以便分析统计；5、掌握敏捷：分段供水，定时供水，手动选择工作方式；6、自我保护功能完善：如某台泵消灭故障，主动向上位机发出报警信息，同时启动备用泵，以维持供水平衡。万一自控系统消灭故障，用户可以直接操作手动系统，以保护供水。1.4 本人的主要工作本课题主要通过争论PLC来掌握变频器实现恒压供水，通过设计解并生疏了PLC的工作原理，编程原理以及编程方法。进展了掌握系统的主电路设计、掌握 电路设计，系统的掌握设备选用S7-200系列的PLCCPU222，变频器选用西门子泵类专用的变频器MM430。进展了掌握程序梯形图的

24、设计。在掌握过程中， 电控系统由S7-200完成，PID掌握由变频器完成。最终，对变频恒压供水系统进 行调试，对该系统在供水中所取得的节约电耗、恒定压力、保护管网等进展了总结，指出变频技术在供水领域所取得的成果及局限性。其次章 变频恒压供水的理论分析2.1 水泵的工作原理供水所用水泵主要是离心泵，一般离心泵如图2.1所示，叶轮安装在泵2内， 并紧固在泵轴3上，泵轴由电机直接带动，泵壳中心有一液体吸入口4与吸入管5 连接，液体经底阀6和吸入管进入泵内，泵壳上的液体排出口8与排出管9连接。在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体:启动后，叶轮由轴带动高速转动， 叶片间的液体也必需随着转动。在离心力的作用

25、下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的渐渐扩大而减速，又将局部动能转变为静压能，最终以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了肯定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出5。2.2 供水电机的搭配图2.1 离心泵构造示意图供水电机驱动离心泵运行，和离心泵共同组成了供水系统的整体，电机的配置主要以水泵供水负载来打算。电动机的功率应依据生产机械所需要的功率来选择，尽量使电动机在额定负载下运行。选择时应留意以下两点:(1)

26、 假设电动机功率选得过小，就会消灭“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，甚至电动机被烧毁。(2) 假设电动机功率选得过大，就会消灭“小马拉小车”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，而且还会造成电能铺张。因此，要正确选择电动机的功率， 对恒定负载连续工作方式，假设知道负载的功率(生产机械轴上的功率) kW，可按式(2.1)计算所需电动机的功率6(kW)：(2.1)式中， 为生产机械的效率，为电动机的效率，即传动效率。按上式求出的功率，不肯定与产品功率一样。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。2.3 水泵的调

27、整方式水泵的调速运行，是指水泵在运行中依据运行环境的需要，人为的转变运行工作状况点(简称工况点)的位置，使流量、扬程、轴功率等运行参数适应的工作状况的需要。水泵的调整方式与节能的关系格外亲热，过去普遍承受转变阀门或挡板开度的节流调整方式，即转变装置管网的特性曲线进展调整。大量的统计调查说明，一些在运行中需要进展调整的水泵，其能量铺张的主要缘由，往往是由于承受不适宜的调整方式。因此，争论并设计它们的调整方式，是节能最有效的途径和关键所在。水泵的调整方式可分为恒速调整与变速调整。具体划分如下6：2.4 恒压供水系统的能耗分析在供水系统中，最根本的掌握对象是流量。因此，要争论节能问题，必需从考察调整

28、流量的方法入手。常见的方法有阀门掌握法和转速掌握法两种。供水系统中对水压流量的掌握，传统上承受阀门调整实现。由于水泵的轴功率与转速的立方成正比，因此水泵用变频器来调整转速能实现压力或流量的自动掌握，同时可获得大量节能。闭环恒压供水系统正越来越多地取代高位水箱、水塔等设施及阀门调整。(1) 阀门掌握法：通过关小或开大阀门来调整流量，而转速保持不变。阀门掌握法的实质是水泵本身的供水力量不变，而是通过转变水路中的阻力大小来强行转变流量，以适应用户对流量的要求。这时，管阻特性将随阀门开度的转变而转变，但是扬程特性不变。如图 2.3所示，设用户所需流量Q 为额定流量的60%(即Q =60%Q )。当通过

29、关XXN小阀门来实现时，管阻特性将转变为曲线，而扬程特性则仍为曲线，故供水系统的工作点移至E点，这时，流量减小为Q (=Qx)；扬程增加为H ；供水功率P与面积ODEJ成正比。EEC图2.3 调整流量的方法与比较(2) 恒压掌握法：即通过转变水泵的转速来调整流量，而阀门开度保持不变， 也称为转速掌握法。转速掌握法的实质是通过转变水泵的供水力量来适应用户对流量的要求。当水泵的饿转速转变时，扬程特性将随之转变，而管阻特性不变。以用户所需流量等于60%Qn为例，当通过降低转速使得Qx=60%Qn时，扬程特性仍为曲线，故工作点移向C点。这时流量减小为Q =Qx，扬程减小为Hc，E供水功率P 与面积0D

30、CK成正比。C比较上述两种调整流量的方法可以看出， 在所需流量小于额定流量(Qx用水需求Q ，则压力上升P；GU如：供水力量Q 用水需求Q ，则压力上升P；GU如：供水力量Q =用水需求Q ，则压力上升P不变。GU可见，供水力量与用水需求之间的冲突具体地反映在流体压力的变化上。从而，压力就成为了用来作为掌握流量大小的参变量。就是说，保持供水系统中某处的压力的恒定，也就保证了使该处的供水力量和用水流量处于平衡状态，恰到好处地满足了用户所需的用水流量，这就是恒压供水所要到达的目的78。2.5 供水系统的安全性问题2.5.1 水锤效应异步电动机在全电压启动时，从静止状态加速到额定转速所需要的时间只有

31、在0.25S。这意味着在0.25S的时间里，水的流量从零增到额定流量。由于水具有动量和不行压缩性，因此，在极短时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高或过低的冲击，并产生空化现象。压力冲击将使管壁受力而产生噪声，如同锤子敲击管子一样，故称为水锤效应。水锤效应具有极大的破坏性，压强过高，将引起管道的裂开，反之，压强过低又会导致管道的瘪塌。此外，水锤效应也可能破坏阀门和固定件。在直接停机时，供水系统的水头将抑制电动机的惯性而使系统急剧地停顿。这也同样会引起压力冲击和水锤效应。2.5.2 水锤效应的产生缘由产生水锤效应的根本缘由，是在启动和制动过程中的动态转矩太大.在启动过程中，异步电动机和水泵的

32、机械特性如图2.4a所示，图中曲线1是异步电动机的机械特性，曲线2是水泵的机械特性，阴影局部是动态转矩T (即两者之差)。Ja全压启动b变频启动图2.4 水泵的全压启动与变频启动在拖动系统中，打算加速过程的是动态转矩由图2.4a可知，水泵在直接启动过程中，拖动系统动态转矩写的大小如阴影局部所示，是很大的。所以，加速过程很快。2.5.3 水锤效应的消退承受了变频调速后，可以通过对升速时间的预置来延长启动过程，使动态转矩大为减小，如图2.4b命所示。图中，曲线簇1是异步电动机在不同频率下的机械特性，曲线2是水泵的机械特性，中间的锯齿状线是升速过程中的动态转矩(即不同频率时电动机机械特性与水泵机械特

33、性之差)。在停机过程中，同样可以通过对降速时间的预置来延长停机过程，使动态转矩大为减小，从而彻底消退了水锤效应。2.5.4 延长水泵寿命的其他因素水锤效应的消退，无疑可大大延长水泵及管道系统的寿命。此外，由于水泵平均转速下降、工作过程中平均转矩减小的缘由，使:(1) 叶片承受的应力大为减小。(2) 轴承的磨损也大为减小。所以，承受了变频调速以后，水泵的工作寿命将大大延长。第三章 变频恒压供水掌握系统硬件的设计3.1 变频恒压供水掌握系统的构成方案从变频恒压供水的原理分析可知，该系统主要有压力传感器、压力变送器、变频器、恒压掌握单元、水泵机组以及低压电器组成。系统主要的设计任务是利用恒压掌握单元

34、使变频器掌握一台水泵或循环掌握多台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软启动以及变频水泵与工频水泵的切换，同时还要能对运行数据进展传输。依据系统的设计任务要求，结合系统的使用场所，本次设计才用通用变频器+PCL(包括变频掌握、调整器掌握)+人机界面+压力传感器的构成方案。系统的构成框图如图3.1所示。图3.1 系统构成框图这种掌握方式敏捷便利。具有良好的通信接口，可以便利地与其他的系统进展数据交换；通用性强，由于PLC产品的系列化和模块化，用户可敏捷组成各规模和要求不同掌握系统。在硬件设计上，只需确定PLC的硬件配置和变频器的外部接线，当掌握要求发生转变时，可以便利地通过PC机来转变存贮器中的

35、掌握程序，所以现场调试便利。同时由于PLC的抗干扰力量强、牢靠性高，因此系统的牢靠性大大提高。因此该系统能适用于各类不同要求的恒压供水场合，并且与供水机组的容量大小无关10。3.2 变频恒压供水系统的掌握方案变频恒压供水系统的掌握方案有多种，有1台变频器掌握一台水泵的简洁掌握方案，也有一台变频器掌握几台水泵的方案，下面重点介绍一台变频器掌握几台水泵的特点。利用单台变频器掌握多台水泵的掌握方案适用于大多数供水系统，是目前应用中比较先进的一种方案。下面以单台变频器掌握2台水泵的方案来说明。该掌握方案的掌握原理如图3.2所示。图3.2 掌握原理框图掌握系统的工作原理如下:依据系统用水量的变化，掌握系

36、统掌握2台水泵按12341的挨次运行，以保证正常供水。开头工作时，系统用水量不多， 只有1号泵在变频器掌握下运行，2号泵处于停顿状态，掌握系统处于状态1。当用水量增加，变频器输出频率增加，则1号泵电机的转速也增加，当变频器增加到最高输出频率时，表示只有1台水泵工作己不能满足系统用水的要求，此时， 通过掌握系统，1号泵从变频器电源转换到一般的沟通电源，而变频器电源启动2 号泵电机，掌握系统处于状态2。当系统用水顶峰过后，用水量削减时，变频器输出频率削减，假设减至设定频率时，表示只有1台水泵工作已能满足系统用水的要求，此时，通过掌握系统， 可将1号泵电机停运，2号泵电机仍由变频器电源供电，这时掌握

37、系统处于状态3。当用水量再次增加，变频器输出频率增加，则2号泵电机的转速也增加，当变频器增加到最高输出频率时，表示只有1台水泵工作已不能满足系统用水的要求，此时，通过掌握系统的掌握，2号泵从变频器电源转换到一般的沟通电源， 而变频器电源启动1号泵电机，掌握系统处于状态4。当掌握系统处于状态4时，用水量削减，变频器输出频率削减，假设减至设定频率时，表示只有1台水泵工作已能满足系统供水的要求，此时，通过掌握系统的掌握，2号泵从变频器电源转换到一般的沟通电源，而变频器启动1号泵电机， 掌握系统处于状态4。当掌握系统处于状态4时，用水量又削减，变频器输出频率削减，假设减至设定频率时，表示只有1台水泵工

38、作已能满足系统用水的要求，此时，通过掌握系统的掌握，可将2号泵电机停运，1号泵电机仍由变频器供电，这时，掌握系统又回到了状态1。如此循环往复的工作，以满足系统用水的需要11。3.3 供水设备的选择原则在做供水系统时，应先选择水泵和电机，选择依据是供水规模供水流量。而供水规模和住宅类型以及用户数有关。有关选择依据原则使用表格如下。不同住宅类型的用水标准。不同住宅类型的用水标准，依据城市居民生活用水标准GB/T 50331-2023，节录如表3.1。表3.1 不同住宅类型的用水标准住宅给水卫生器具完善程度类型1仅有给水龙头0.040.082.52.02有给水卫生器具，但无淋浴设备0.0850.13

39、2.52.03有给水卫生器具，并有淋浴设备0.130.192.51.84有给水卫生器具，但无淋浴设备0.170.252.01.6和集中热水供给用水标准/人日小时变化系数2. 供水规模换算表。不同住宅类型的用水标准，依据城市居民生活用水标准GB/T 50331-2023，节录如表3.2。上面一行为用水标准(/人日)，中间数据为用水规模(/h)。表3.2 供水规模换算表户数用水标准/人日0.100.150.200.2545039.4059.0078.7098.4050043.8065.6087.50109.4060052.5078.80105.00131.3070061.3091.90122.50

40、153.1080070.00105.00140.00175.00100087.50131.30175.00218.803. 依据供水量和高度确定水泵型号和台数,并对电动机进展选型,见表3.3。表3.3 水泵，电机和变频器选型表4080LG50-20x211116080LG50-20x3151550xN8080LG50-20x418.518.510080LG50-20x5222212080LG50-20x6303040100DL218.518.560100DL33030100xN80100DL43737100100DL54545120100DL65555注：N为水泵台数4. 设定供水压力阅历数据

41、：平方供水压力P=0.12MPa；楼房供水压力12 P=0.08+0.04楼层数MPa(3.1)5系统设计还应遵循以下的原则：蓄水池容量应大于每小时最大供水量；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。3.4 参数的计算与供水设备选型3.4.1 水泵的参数计算与型号的选择(1) 依据表3.1确定用水量标准为0.19/人日。(2) 依据表3.2确定每小最大用水量为175.00/h。(3) 依据10层楼高度35m，依据式(3.1)计算得P =0.08+0.04楼层数MPa=0.48MPa可确定设置供水压力值为0.48MPa。依据表3.3确定水泵型号为100DL3，工3台(其中一

42、台做备用)，水泵自带电动机功率为30kW。3.4.2 变频器的选择本系统中 ，承受MciorMaster430系列变频器，型号为HVAC(风机和水泵节能型)EC014500/3，额定电压为380V500V，额定功率35kW。MicroMaster430系列变频器是全一代标准变频器中的风机和泵类变转矩负载专家，功率范围7.5kW至250Kw。它依据专用要求设计，并使用内部功能互联(BiCo)技术，具有高度牢靠性和敏捷性，结实的EMC(电磁兼容性)设计；掌握软件可以实现专用功能： 多泵切换、手动/自动切换、旁路功能、断带及缺水检测、节能运行方式等14。1. MM430变频器介绍MciorMaster430变频器的端子接口分布如图3.3所示。图3.3MM430 端子接口分布图2. 端子功能介绍各端子的功能如表3.4所示。表3.4 端子功能表引脚序号引脚名称功能引脚序号引脚名称功能1+10V电源电压12AOUT1+模拟输出12013AOUT1-3AI