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1、摘 要随着我国社会经济的发展、人口的增多以及人们生活水平的不断提高，人们对城市供水系统的建设、供水的可靠性、稳定性、经济性提出了更高的要求。而传统供水厂,普遍采用的恒速泵加压供水方式存在效率较低、可靠性不高、自动化程度低等缺点，难以满足当前经济生活的需要。那么，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然趋势。本文根据贵州省六盘水市水城县供水公司的供水系统设计实例，从系统设计、系统结构分析、控制方式以及变频调速后的节能效果等几个方面，介绍了变频调速技术在供水系统中的应用。该系统具有自动变频恒压运行、自动工频运行、远程手动控制和现场手动控制
2、等多种模式。有效地解决了传统供水方式中存在的问题，并扩展了计算机和PLC之间进行通信的功能，完成了上、下位机的通信设置，可以通过通信模块实现对供水系统的远程监控和故障报警，增强了系统的可靠性，提升了系统的总体性能。（全套资料请联系QQ397679637）关键词 恒压供水 变频调速 PLCAbstract With the development of the social economy of our country, as well as the increasing population and continuously improved living standard. So peopl
3、e put forward higher requirement for the infrastructure construction of sub-district as well as the reliability and stability and economy of water supply. For the traditional water supply factory, there are so many dismerits couldnt meet peoples demand , for instance: the pump pressurization water s
4、upply at constant speed, water tower of upper cistern,the jar ete. So, advanced techniques of automation,control and communication can be applied to different water supply fields.Taking Liupanshui water supply system design for example，from system design，system structure analysis，control mode and fr
5、equency conversion velocity modulation energy conservation effect etc，this paper introduced the frequency conversion velocity modulation technology in the water supply system application. This set of system has the functions like automatic constant pressure operation by using variable frequency, aut
6、omatic work frequency operation，and the mode of long-range control by hand and the on-the-spot control by hand etc. The system has solved the problem existing in the traditional way of water supply. And extended to communicate between computer and PLC functions. This paper has finished setting up th
7、e communication between upper and lower computer. At the same time ,this paper also realize the long-range monitoring and fault reporting for water supply system through communication modular.And strengthen the reliability,promotes the systematic overall performance.Key words Constant pressure water
8、-supply Variable velocity Variable frequency PLC(Programmable controller)目 录摘 要I摘 要（英文）II第1章 绪论1课题来源及研究意义1课题来源1研究意义2国内外变频供水系统研究现状及发展趋势2国内外变频供水系统研究现状2变频供水系统发展趋势4课题研究对象及主要研究内容4课题研究对象4主要研究内容5第2章 供水系统主电路设计6供水方式的选择6系统方案选择6供水系统主电路设计8主电路图设计8水泵电机10变频器13交流接触器15过载保护16降压启动及自耦变压器选型18水泵调速运行的节能性分析18小结20第3章 供水系统控制
9、电路设计21供水系统控制电路图设计21供水系统控制原理图设计21供水系统运行指示图设计223.2 PLC及其扩展模块选型233.2.1 PLC选型23模拟量输入输出模块选型24数据通信模块243.3 PLC的I/O端子分配及变频器接线243.3.1 PLC I/O端子分配24变频器接线26压力变送器选型263.5 控制电路中间继电器选型273.6 PLC用隔离变压器选型27鉴频鉴相器的选型28“倒泵功能”在恒压供水系统中的应用28手动控制在恒压供水系统中的应用29控制算法在恒压供水系统中的应用291小结30第4章 供水系统PLC软件设计32系统水泵运行状态及转换过程分析32供水系统程序设计33
10、供水系统程序流程图设计33供水系统主程序设计35供水远程监控系统设计38监控系统硬件构成384.3.2 PLC通信程序设计39计算机通信程序设计40小结41结 论42致 谢43参考文献44附 录45CONTENTSAbstract（Chinese）IAbstractIIChapter1 Introduction1 Topic source and research significance11.1.1 Topic source1 Research significance2 Domestic water system frequency research situation and devel
11、opment trend2 Domestic water system frequency2 Frequency conversion water supply system development trend4 Research objects and research content4 Research object4 The main research contents5Chapter2 The main circuit design water system62.1 The choice of the ways of water6 System scheme selection6 Th
12、e main circuit design water system8 Main circuit design82.3.2 Pump motor10 Inverter13 Ac contactor15 Overload protection162.3.6 Step-down start and selection of the transformer182.4 The water saving speed-regulating operation18 Summary20Chapter3 Water supply system control circuit design21 Water sup
13、ply system control diagram design21 Water supply system control diagram design21 Water supply system operation indicator diagram design223.2 PLC and its extension module selection233.2.1 PLC selection23 Analog input and output module selection24 Data communication module243.3 PLC distribution of I/O
14、 terminals and Inverter wiring243.3.1 PLC distribution of I/O terminals24 Inverter wiring26 Pressure transmitter selection263.5 Intermediate relay type of Control circuit273.6 The isolated transformer selection of PLC27 Phase/frequency discriminator selection283.8 Pour pump function in the constant
15、pressure water supply system application28 Manual control in the constant pressure water supply system application29 Control algorithm in the constant pressure water supply system application291 Summary30Chapter4 Water supply system of PLC software design32 Pump system and conversion process analysi
16、s32 Water supply system programming33 Water supply system program flowchart design33 Water system design of the program354.3 Water remote monitoring system design38 Monitoring system hardware384.3.2 PLC communication program design39 Computer communication program design40 Summary41Conclusions42Ackn
17、owledgements43References44Appendix45 第1章 绪论水是生命之源，人类生存和发展都离不开水。随着国民经济的快速发展，城市人口和城镇建设规模不断扩大，人们的生活水平也越来越高，对城市集中供水的规模、质量、安全性及稳定性等提出了越来越高的要求。据统计，从1990年到1998年，我国人均日生活用水量(包括城市公共设施等非生产用水)由175.7升增加到241.1升，增长了37.2%。与此同时，我国城市家庭日均生活用水量也在逐年快速提高。与供水需求量不断上升相矛盾的是在全国666个城市中有330个城市存在着不同程度的缺水，其中严重缺水的城市达108个。在32个百万人口以
18、上的特大城市中，有30个长期受到缺水的困扰，特别是位于水资源短缺地区的城市，其水的供需矛盾尤为突出。由于供水不足，城市工业每年的经济损失达2300亿元，同时也给城市居民生活造成许多困难和不便，成为城市化过程中的一大隐患。在通常的城市及乡镇供水中，基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动，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。有资料显示，水泵电机作为一种高耗能通用机械，其耗电量占全国总耗电量的21%以上，具有很大的节能潜力，如果能在提高供水机泵的效率、确保供水机泵的可靠稳定运行的同时，降低能耗，将具有重要经济意义。另外，衡量供水质量的重
19、要标准之一是供水压力的恒定，因为水压恒定对于某些工业或特殊用户是非常重要的，如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，会造成更大的经济损失或人员伤亡。但是用户用水量是经常变动的，因此用水和供水之间的不平衡现象时有发生，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。保持管网水压的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，不但提高了供水的产量和质量，也确保了供水电机泵运行的安全可靠性。（全套资料请联系QQ397679637）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，前者产生大量的能耗，而且对电网中其他负荷造成影响，设备不
20、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。而变频调速式运行十分稳定可靠，没有频繁的启动现象，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效益。对于大多数供水企业来说，传统供水机泵存在运行费用高，供水成本居高不下，单位供水能耗偏大的问题，寻求供水与能耗之间的最优性价比，是一个长期困扰企业的问题。现有的供水系统主要是恒速控制系统并且用常规的阀门来控制供水量
21、。恒速调控方式虽然简单，但从节约能耗的角度来看，却相当不经济。研究结果表明，水泵的轴功率与转速的三次方成正比，因而当电机采用恒速控制时，将有很大一部分电能消耗在阀门和以额定转速运行的电机上。为了节能降耗，一种有效的方法是广泛采用电机调速技术，通过调节电机泵的转速适应水量和水压的变化，使水泵始终工作在高效区，降低水泵能耗，这对节约能源和提高供水企业经济效益均具有极其重要的意义。因此，为适应当今社会的快速发展，市政供水一方面要求避免因压力的波动而造成的供水障碍，另一方面要求保障供水的可靠性和安全性，甚至于在火灾发生时也能可靠供水。基于这两方面的要求，PLC控制的变频恒压无塔供水系统应运而生。该系统
22、集自动化技术、现代控制技术、电气传动技术、变频技术于一体，可以显著提高供水系统的稳定性和可靠性，也有利于实现供水系统的集中管理与监控。此外，变频恒压供水系统还具有良好的节能性，这在大力提倡节能降耗的今天尤为重要。本论文将围绕变频恒压控制技术开展研究工作，以期为城市供水行业技术进步和科技应用做出贡献。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，此时不仅会造成能量的浪费、供水电机的不必要损耗，而且还有可能造
23、成水管因受压过大而爆裂以及用水设备的损坏等等不良情况的发生。 变频恒压供水技术是在变频调速技术基础之上逐渐发展起来的。在初期阶段，变频器主要用来进行频率控制、变速控制、正反转控制、启制动控制、压频比控制等。在这个阶段，变频器仅仅用作变频恒压供水系统的执行机构。为了在供水量需求不同时，保证管网压力恒定，还需要在变频器外部增加压力传感器和压力控制器，以对压力进行闭环控制。在供水工程中，也是采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，造成投资成本很高。随着变频恒压供水系统在稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点逐渐显现出来，再加上其显著的节能效果，许多变
24、频器生产厂家开始推出具有恒压供水功能的变频器，例如：日本Samco公司就推出了恒压供水基板，具有“变频泵固定方式”和“变频泵循环方式”两种工作模式，它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能，在应用时只需搭载配套的恒压供水单元，便可以直接控制多个内置的电磁接触器工作，最多可构成7台电机(泵)的供水系统。这类控制设备虽然微化了电路结构，降低了设备成本，但因其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性也不高，且难以与别的监控系统和组态软件实现数据通信，限制了带负载的容量，其实际使用范围受到不小的限制。后来日本富士电
25、机公司推出了新一代风机、水泵专用型变频器FRENIC-VP系列，VP系列变频器具备适合HVAC（Heat Ventilation Air Conditioner）行业所需的最佳功能，节省空间，操作简便，机型丰富，全球通用。该类变频器能够适应风机、水泵等二次方递减转矩负载特性，节能、省力，充分挖掘了系统的应变能力，满足了整体成本下降的需要。国内不少公司在做变频恒压供水工程时，大多采用国外的变频器来控制水泵的转速并实现管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的还需要采用可编程控制器辅以相应的软件予以实现，有的则采用单片机及相应的软件予以实现。从使用调查情况来看，虽然取得了可喜的进步，但在系统的动
26、态性能、稳定性能抗干扰性能以及开放性等方面，还没有完全达到用户的要求。原深圳华为(现己更名为艾默生)电气公司和成都希望集团(森兰变频器)也推出了恒压供水专用变频器(5.5kw22kw)，无需外接PLC和PID调节器，可完成多达4台水泵的循环切换、定时启停及定时循环控制工作。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现，但其输出接口限制了带负载的数量，也不具有数据通信功能，只适用于小容量、控制要求不高的供水场所。1.变频供水系统目前正在向集成化、维护操作简单化方向发展在国内外，专门针对供水的变频器集成化越来越高。很多专用供水变频器集成了PLC或PID，甚至将压力传感器也融入变频组
27、件。同时维护操作也越来越简单，部分新品的变频供水只需简单设定压力值就可以正常运行，控制软件和其它参数在出厂时就已设定或利用传感器自动获取完毕。在过去变频供水涉及较少的商压变频系统，也是发展的重要方向，高一低-高型的高压变频系统、串联多电平高压变频供水系统目前己在实际应用中不断完善高压高频中的谐波等问题也逐步得到解决。面对日益复杂的供水系统，如何在满足供水需求的前提下，最大限度地提高供水系统的效益，是所有供水部门共同面临的重要课题。目前，在美国、日本、法国等地的有些城市已基本上实现了供水系统的计算机优化，把变频供水与计算机直接调度管理结合起来，我国也正在进行着这方面的研究与小范围应用。本课题来源
28、于供水生产的实际应用，并以贵州省六盘水市水城县供水公司的供水系统进行PLC恒压无塔供水系统设计，并对变频电机在供水中的设计应用、效能进行分析与研究。从该供水公司的供水情况看，主要负责水城县老城区约6万人的供水需求。由于是水城县的重要供水厂，因此，其供水量主要用于县城区生活、消防用水，供水量的时变化系统较大。一般在早上六点到八点，中午十一点到下午两点，下午五点到七点，晚上十点到十一点四个时间段的用水量较大。出于市政供水的复杂性和现实性，采用PLC恒压无塔供水技术研究，实现供水电机的变频运行、减少工作人员劳动强度和节能降耗具有很深的现实意义。通过扬程特性曲线和管阻特性曲线分析供水系统的工作点，根据
29、管网和水泵的运行曲线，说明采用变频恒压供水系统的节能原理。分析变频恒压供水系统的组成及特点，探讨变频恒压供水系统的控制策略，并归纳实用性的控制方案。分析变频恒压供水系统的实际性能与使用效果。此外，本设计要求以PLC为核心设计一个变频恒压无塔供水系统，包括生活用水的恒压控制和消防用水的恒压控制即双恒压系统，实现：（1）生活供水时系统应低恒压值运行，消防供水时系统应高恒压值运行；（2）可编程控制器PLC需根据恒压供水的需要，通过反馈信息控制启动电机泵的数量；（3）正常生活供水时，一台电机泵连续运行的时间不得超过40个小时，并轮流切换，即系统具有“倒泵功能”，以避免某一台电机泵持续工作时间过长；（4
30、）在用水高峰期时，系统能够根据用水需求量控制12台电机泵同时协调工作，保证用水需求的正常供给；（5）控制系统具有故障指示功能，并且在故障发生时可进行简单的故障处理（6）三台电机泵在启动时具有变频软启动功能，且采用分组方式运行；（7）控制系统可以与上位机进行通信，并可通过上位机进行远程监控和报警。（全套资料请联系QQ397679637）第2章 供水系统主电路设计本设计的供水方式选择变频调速供水方式，该方式在节能效果上明显优于气压罐供水方式。气压罐供水方式依靠压力罐中的压缩空气送水。当气压罐配套水泵运行时，水泵在额定转速、额定流量的条件下工作。当系统所需水量下降时，供水压力将超出系统所需要的压力从
31、而造成能量的浪费。加上水泵是工频启动，且启动频繁，又会造成一定的电能损耗。相比之下，变频恒压供水能在系统用水量下降时无级调节水泵转速，使供水压力与系统所需水压大致相等，这样就节省了许多电能，同时变频器对水泵采用软启动，启动时冲击电流小，启动能耗也比较小。另外气压罐供水需要配备一定量的钢罐，气压罐体积一般比较大，占地面积达几十平方米。在变频调速方式中，调速装置占地面积仅有几平方米，相比气压罐供水方式将节省大量占地面积。从运行效果上看，气压罐方式与调速式相比也存在着一定的差距。气压罐方式运行不太稳定，突出表现在频繁启动时。由于气压罐的调节容量仅占其总容积的1/3l/6，因而每个罐的调节能力很小，只
32、能依靠频繁的启动来保证供水稳定性，这不仅将产生较大的噪声，同时由于启动过于频繁，常常造成供水压力不稳。由于是硬启动，电气和机械冲击也较大，设备损坏很快。变频调速式的运行则十分稳定可靠，没有频繁的启动现象，加之启动方式为软启动，设备运行十分平稳，避免了电气、机械冲击。在小区供水中，由于是经水泵加压后直接送往用户的，防止了水质的二次污染，保证了饮水水质质量。通过上述比较可以看出，变频调速式供水系统具有节约能源、节省占地、节省投资、调节能力大、运行稳定可靠的优势，因而具有广阔的应用前景和明显的经济效益与社会效益。变频恒压供水系统的控制对象是时变的、非线性的、滞后的和模型不稳定的，对它的控制属于工业过
33、程控制的范畴，即以供水出口管网水压为控制目标，通过控制作用实现总管网的出口实际供水压力跟随设定的供水压力。所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，即在每一个时段内是一个常数。因此，在某个特定时段内，变频恒压控制的目标就是使总管网出口的实际供水压力维持在设定的供水压力上。变频恒压系统主要由压力传感器、压力变送器、变频器、恒压控制单元、水泵机组以及低压电器组成。系统设计的主要任务是利用恒压控制单元使变频器控制一台水泵或循环控制多台水泵，实现管网水压的恒定、水泵电机的软起动以变频水泵与工频水泵的切换，同时还要进行运行数据传输。根据系统的设计任要求，结合系统的使用场所，一共有以下几种
34、方案可供选择：1.有供水基板的变频器水泵机组压力传感器这种控制系统结构简单，它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器供水基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能。该方法虽然微化了电路结构，降低了设备成本，但是压力设定和压力反馈值的显示比较麻烦，无法自动实现不同时段的不同恒压要求。在调试时，PID调节参数寻优困难，调节范围小，系统的稳态、动态性能不易保证。其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，数据通信困难，并且限制了带负载的容量，因此仅适用于要求不高的小容量场合。2.通用变频器单片机(包括变频控制、调节器控制)人机界面压力传感器这种方式控制精度高、控制算法灵活、参数调整
35、方便，具有较高的性能/价格比，但开发周期长；程序一旦固化，修改较为麻烦，现场调试的灵活性差；变频器在运行时，将产生干扰，变频器的功率越大，产生的干扰越大，必须采取相应的抗干扰措施来保证系统的可靠性。该系统适用于某一特定领域的小容量的变频恒压供水中。3.通用变频器PLC(包括变频控制、调节器控制)人机界面压力传感器这种控制方式灵活方便，具有良好的通信接口，可以方便地与其它的系统进行数据交换；通用性强，由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同控制系统。在硬件设计上，只需确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线，当控制要求发生改变时，可以方便地通过PC机来改变存贮器中的控制程序
36、，现场调试方便。同时由于PLC的抗干扰能力强、可靠性高，因此系统的可靠性大大提高。因此，该系统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。通过对以上几种方案的分析和比较，可以看出“通用变频器PLC(包括变频控制、调节器控制)人机界面压力传感器”的控制方案更适合于实际应用。该控制方案既有扩展功能灵活方便、便于数据传输的优点，又能达到系统稳定性及控制精度的要求。恒压供水系统控制方案原理如图2.1所示；恒压供水系统构成如图2.2所示。图2.1 恒压供水系统控制方案原理框图图2.2 恒压供水系统构成图设计供水主电路设计如图2.3所示，采用一台变频器拖动3台电动机起动、运行与调速，每
37、台电机泵具有变频/工频两种工作状态，三台电机都通过三个接触器与工频电源和变频器输出电源相联。变频器输入电源前面接入一个自动空气开关，用来实现电机、变频器的过流、过热保护，在变频器出现问题时，要求可以手动实现工频变频转换。自动空气开关的容量依据电动机的额定电流来确定，所有的接触器也将依据电动机的容量来适当选择。图2.3 供水主电路原理图图中M1M3为三台主供水电机泵，M4为附属小电机泵；BP为变频器；QS1QS6为断路器；KM1KM13为接触器，分别用于控制M1M4电机泵；PG1PG3为电流表，用于检测电机泵的电流；PV1PV3为电压表，用于检测三相电各相电压；TA1TA3为电流互感器；ZB1Z
38、B3为自耦变压器，用于在手动操作时对主供水电机M1、M2、M3进行降压启动；BB1BB4为热继电器；FA1FA7为快速熔断器。对于变频器而言，变频器外控端子有FWD、BX、RST和CM。其中FWD控制变频器启动/停止；BX控制变频器紧急停止；RST控制变频器故障复位；CM则是外控端子的信号公共端。当FWD-CM接通时，电机正转运行；当FWD-CM断开时，电机正转运行停止；当BX-CM接通时，变频器断开所有输出，电机处于自由运转模式。因此，变频器正常运转时，必需保证BX-CM断开。供水所用水泵主要是普通离心泵，其叶轮安装在泵壳内，并紧固在泵轴上，泵轴由电机直接带动，泵壳中央有一液体吸入口与吸入管
39、连接，液体经底阀和吸入管进入泵内，泵壳上的液体排出口与排出管连接。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，叶片间的液体也必须随着转动。在离心力的作用下，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蜗形泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能。最后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，在叶轮中心形成了一定的真空，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。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
40、要以水泵供水负载来决定。电动机的功率应根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，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。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式，如果知道负载的功率(即生产机械轴上的功率)P1（kw），可按式2.1计算所需电动机的功率P(kw)： （2-1） 其中：为生产机械
41、的效率；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。水泵调速运行，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。 （1）用户供水量计算六盘水市水城县供水公司主要负责县城区约6万人的生活、消防供水。由于六盘水属中
42、小城市，所以最大生活用水量按类住宅用水定额标准（190L/人/天）计算。即：城区日最高生活用水量： （2-2）最高小时生活用水量： （2-3）其中：县城区人数；类住宅用水定额（取：190L/人/天）；类住宅时间常数（取：2.3）；每日用水时间。（2）供水扬程及给定水压计算在供水系统中，计算扬程一般把最不利点（最远或最高层）作为计算依据。本设计中，六盘水市老城区楼房比较集中，远近相差不大，而最高楼约为37m，所以设计中选择最高层作为扬程计算依据，再加上经验值10m15m，则泵的总扬程约为4751m。理论上，若要获得10m扬程则需要0.1MPa的压力，因此，本设计给定水压应为：（2-4）其中：实际
43、供水高度，即楼高37m。（3）水泵及适配电动机选型（M1M3）终上所述，由于需要1-2台电机泵同时协调工作，于是结合目前市场现有水泵型号，M1M3可选择300S58A水泵三台作为主供机泵，其流量720m3/h、扬程49m、轴功率118kw、转速1485rmin。根据本章式2.1可计算出适配的电动机功率：（2-5）其中：生产机械轴上的功率； 为生产机械的效率（取80%）；为电动机的效率，即传动效率（取94.9%）。所选的电动机功率应该比计算值略大一些，因此，结合泵的型号及目前市场电动机型号，确定适配电动机型号为Y315L1-4/160kw，该电动机为三相鼠笼式异步电动机、功率160kw、效率94
44、.9%、转速1485rmin、额定电流287.8A、电压380V。（4）附属小泵选型（M4）为了适应夜间用水量很小的情况，还需要一台Y200L2-2/37kw电机带动6SA-8水泵作为附属小泵，即：M4。其只运行于启、停两种工作状态，用以夜间对管网用水量进行少量的补充。3/h、扬程50m、转速2950rmin，适配电动机Y200L2-2/37kw，其功率37kw、效率92%、转速2950rmin、额定电流68.7A、电压380V。在该供水系统中，之所以采用这样构成的水泵机组，是基于以下几个原因：（1）用几个小功率的水泵代替一台大功率的水泵，使水泵选型容易，同时这种结构更适合于大功率的供水系统。
45、（2）供水系统的增容和减容容易，无需更换水泵，只要再增加恒速泵即可。（3）以小功率的变频器代替大功率的变频调速器，以降低系统成本，增加系统运行可靠性。（4）附属小泵的加入，使系统在用水量很低时(如夜间)可以停止所有的主泵，用小泵进行补水，降低系统的运行噪音。（5）在用水量不太大时，系统中不是所有的水泵都在运行，既可以提高水泵的运行寿命，也可以降低系统的功耗，以达到节能的目的。水泵多由交流异步电动机拖动。交流异步电动机的转速公式为： （2-6）其中：同步转速， ；转差率；电动机转速；异步电动机极对数；异步电动机供电电源频率。变频调速就是用晶闸管等变流元件组成的变频器作为变频电源，通过改变电源电压
46、和频率的办法，实现转速调节。如图2.4为变频调速系统的示意图。图2.4 变频调速系统结构示意图要满足异步电动机的变频调速要求，必须同时改变电源的电压和频率。现有的交流供电电源都是恒压恒频的，必须通过变频装置，已获得变频变压的电源，这样的装置通常称变压变频（VVVF）装置，其中VVVF是英文Variable Voltage Variable Frequency的缩写。2.变频器选型（BP）变频器是对水泵进行转速控制的单元。变频器跟踪供水控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。在选择变频器时，首先要选择与电机额定功率、额定电流相匹配的通用变频器，同时还要考虑变频器的通讯功
47、能。该系统中变频器采用变频循环工作方式，即变频器拖动某一台水泵作为调速泵，如果当这台水泵运行在50Hz时，其供水量仍然不能达到用水要求，供水控制系统就先将变频器从该水泵电机中脱出，并将其切换为工频，然后去变频拖动另一台水泵电机。（1）变频器的容量计算下面讨论如何根据电动机负载电流的情况来选择变频器驱动一台电机泵时的容量选择：变频器容量是变频器的最重要的参数，如何选择变频器容量是变频器选型的关键。在计算容量前应先考虑三个方面的因素：用变频器供电时，电动机电流的脉动相对工频供电时要大些；电动机的启动要求。即是由低频低压启动，还是额定电压、额定频率直接启动。变频器使用说明书中的相关数据是用该公司的标