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离心泵技术论文篇二 离心泵的管理和维修技术探讨 摘要：离心泵是机械装备制造业中比较通用的一种机械，广泛应用于社会生产的各个行业和部门。近年来，伴随着石油化工和国民经济的发展，对离心泵的安全可靠性能提出了更为严格的要求。离心泵作为输送物料的一种转动设备,对连续性较强的化工生产尤为重要。基于此，本文就离心泵的管理和维修技术展开分析与研究。 关键词：离心泵;管理;维修 中图分类号：C93文献标识码： A 引言 随着社会经济的快速发展及企业管理体制的不断改革，离心泵故障管理及维护受到了越来越多人们的关注，在我国现阶段，寻找离心泵馆长的维修技术已经成为一个新的课题，对离心泵进行良好的日常保养，完善设备的保养机制，是延长离心泵使用寿命的关键。 一、离心泵的基本构造 (一)叶轮。常见的离心泵结构中，主要有开式、半开式和闭式三种型式的叶轮。开式叶轮仅有叶片，没有前后盖板;半开式类型的叶轮则是由后盖板和叶片组成;而闭式叶轮不但有叶片，还有前盖板和后盖板。在各泵体结构中，离心泵主要通过叶轮对液体做功，也是唯一的做功部件。 (二)泵体。径向剖分式和轴向剖分式是两种普遍的离心泵壳体类型。离心泵中的单机泵壳体大多数为蜗壳式，多级泵壳体按径向剖分壳体划分成圆形和环形两种壳体类型。泵壳内腔呈现螺旋形是蜗壳式泵壳的主要特征。 (三)泵轴。泵轴主要是用来传递机械能，它是由联轴器和电动机相连，从而可以将电动机的转矩通过泵轴传送到叶轮。 (四)轴承。离心泵的轴承多为滑动轴承，所以润滑剂要求就比较严格，常用透明油作为润滑剂。 (五)密封环。减漏环是密封环的另一种说法，在不同资料下可能显示有所不同。 (六)填料函。填料函的主要作用是封闭泵轴和泵壳之间的狭小空隙，保证泵内水流和泵外空气不能相互泄露。主要构造是由填料、填料筒、填料压盖、水封环和水封管组成。 二、离心泵的基本工作原理 研究离心泵工作原理可为处理故障与制定预防措施提供技术依据。在通常情况下，离心泵就是利用物体离心力作用，来达到对液体物体完成输送的目的。在离心泵工作前，须事先将泵内叶片间和贮液槽内充灌满流体，然后再启动离心泵开始正常运转，此时离心泵内的流体就会随着叶轮高速旋转产生离心力运动，并在叶轮中心向外周作径向运动，最后顺叶片流道进入到排出管内。同时泵内的原有流体被旋转甩出后，叶轮中心即形成了一个低压区，而暂处于高压区贮液槽的流体就会源源不断的被吸收到叶轮中心，再依靠叶轮高速旋转被甩出进入到排出管内，形成流体不间断的被吸入和排出的循环输送作业，从而实现离心泵连续不断地将液态物体抽出进行输送 三、离心泵常见故障处理措施 (一)离心泵排液不畅和排液后中断的解决措施 检查泵内气体是否处于真空状态，泵壳和入口管线内的流体是否全部注满，如果不是真空要立即排净空气，没有灌注满的要及时重新添加达到要求标准。检查泵内叶轮转速有无异常，发现叶轮表现出过低的转速时，要立即进行调整适当提速。检查入口滤网、底阀有无附着的杂物，有就须立即排除异物，避免再次发生堵塞;检查吸入侧管道连接处有无漏气，有就需及时排尽气体，检查吸入口淹埋深度是否太浅，调整合适位置避免异物堵上。 (二)离心泵运行中出现震动或异响的解决措施 检查离心泵的轴承情况及间隙大小，检查泵内油质清洁度和润滑程度，并进行逐一排除故障隐患。损坏轴承要及时进行更换处理，间距大的了要及时调整轴距到适当的位置;对已经污染了的油质要马上进行杂质清除，对润滑不到位的部件，要立即更换新的润滑油脂。至于对那些过高震动频率的，则应及时更换、调整离心泵的轴承、轮齿等部位。 (三)离心泵功率消耗太大的解决措施 检查叶轮与耐磨环、泵壳有无摩擦，而进行适度的修理。检查流液密度是否合适，轴承有无损坏，如果有就及时进行修理或者更换轴承，调整零部件。检查泵轴是否有弯曲，并及时矫正。检查联轴器是否存在对中不良、轴向间隙太小，进而调整对中和轴向间隙到合适位置。 (四)水泵不能正常运转的解决措施 首先，检查离心泵的原动机运行有无异常，电源接入是否正确，如存在有原动机异常和电源接错的问题，须加以整改处理好;也可用手盘联轴器直接检测，如遇故障问题严重的，可通过拆解泵壳，观察泵体内有无被卡的现象。检查泵内系统的水头、净压头等部件磨损情况，对凡是发现有磨损的零部件应及时更换。检查叶轮的完好程度及叶轮之间的间隙，及时更换掉完好程度差的损坏叶轮，调整间隙大的叶轮间隙到合适的位置为止。检查吸液槽的真空状态与吸入的高度位置，对没有排尽空气的要再排气，使吸液槽内达到真空状态，同时，对泵内系统的水头位置设置过高的，要重新调整。 (五)离心泵流量不足，扬程不达标的解决措施 导致离心泵的流量和扬程不够的主要原因为：叶轮的转速太低或叶轮的转动方向不对、泵吸入口串气、吸入口管线、滤网或叶轮堵塞、灌注不够、叶轮损坏、口环的间隙过大，漏损过大、吸入管中压力接近汽化压力、泵体内有气体。如离心泵在出现如下情况时，可采取下面的方法进行处理：①检查调整。②检查入口管线法兰。③清理入口过滤器。④更换叶轮。⑤增加入口压力，提高灌注头。⑥更换口环。⑦适当地增加入口压力，同时降低传输介质的温度。⑧放空排气或向有关系统卸压。 四、离心泵的管理和维护的优化策略 现代工业系统中，离心泵的适用范围从基本的生活需求到石油化工行业都有广泛涉及，不但用来输送水，而且还用来输送石油等其他不同性质的液体。按照不同的输送媒介，离心泵的种类也变得纷繁复杂，常见的有防腐泵和清水泵两种。为了保证一定的使用年限，减少企业成本提高经济效益，就必须不定期对离心泵加强管理和维护。 (一)做好离心泵安装工作，确保正常运行。离心泵是石油化工生产中的核心装置，其重要性不言而喻。而离心泵安装工作是前提和基础部分，要求安装工作人员一定要严格按照规范要求，确保设备的科学安装和正常运行。首先，设备的基础尺寸和位置一定要符合要求，横纵坐标的位置一定要合理，一般偏差不能超过20mm，地脚螺栓孔中心位置的偏差应该控制在10mm以内，地脚螺栓孔壁铅的垂直角度偏差应该在2毅。其次，安装中，一定要慎重选择垫铁的位置，在垫铁安装之前，一定要调整泵的标高、水平度，使其达到设计的标准值。只有精准的安全，才能确保离心泵运行的稳定性和安全性，垫铁的主要作用是使泵的重量以及运转过程中产生的惯性力均匀地传递给基础部分，这样能减少离心泵自身承载的荷重，确保其能长久运行。最后，离心泵安装中，需要安装两个垫铁，其中一平二斜，固定离心泵，如果一般离心泵的荷载比较大，可以选用三个垫铁，但是，数量最好不要超过三个。离心泵的安装是系统性的工作，对安装技术人员提出较高的要求，技术人员一定要注重每一个安装细节，确保每一个环节的工作质量，这样更能提高运行的可靠性，保证离心泵工作运行的效率。 (二)合理使用离心泵，提高运行效率。合理使用离心泵要求技术人员严格按照规范操作开展工作，避免离心泵低流量运行。一般离心泵在正常运行时，高压力下顺利运行，但是如果出现低流量运行，会导致离心泵故障问题。低流量运行时，离心泵内就会出现径向漩涡现象，此时就会产生很大的径向推动力，此时，离心泵就无法正常运转。石油离心泵的实际流量比较小，如果处于不合理连续转动运行中，就会导致轴折断。但是，一般离心泵的流量都比较低，很多时候能将大部分轴功率转化为热能，将能量传递给泵内的液体，进而引起整个外壳温度上升，此时，泵体温度升高，在长期小流量运行状态下，就会发生震动等故障现象。因此，一定要避免离心泵在低流量状态下运行，这样才能保证离心泵的正常工作，提高运行效率。其次，还应该做好离心泵润滑工作，基本都是滚轴承类型，润滑剂的养护和使用能确保离心泵的正常运行，在不受外界干扰的情况下，保证机械不会因为负荷力而变形。润滑工作也是重要的环节，一定要使润滑达到良好的状态。在选用润滑油时，一定要慎重选择比较良好的润滑油，在不同转速的情况下，应该形成油膜，这样更有助于提高离心泵的安全运行。同时，选用的润滑油应该具有高粘度性，离心泵在不同的条件下，都能有效的保护其使用寿命，确保离心泵不会受到负荷力以及温度等因素的影响，进而确保离心泵内部部件的顺利运行，避免离心泵在运行过程中轴和固定轴之间的摩擦，减少离心泵故障问题。 结束语 随着科技的不断发展,，离心泵的管理和维护对技术人员的业务水平提出了更高的要求，因此，企业各部门的操作人员必须加强理论知识的学习，并在实际工作中熟练运用。只有对离心泵的管理和维护工作充分重视，才能够保证其利用率、可靠性和安全性得到大幅度提高。 参考文献： [1]刘福玉,刘福磊,孙广军,张凤霞.探讨多级离心泵常见故障检测与维修[J].才智,2012,20:36. [2]席玉洁.离心泵故障诊断专家系统的应用研究[D].北京化工大学,2011. [3]陈来保,潘金亮,焦红志,李京沛.高速离心泵常见故障原因分析及处理[J].河南化工,2008,08:38-39. [4]朱力勇.离心泵常见故障分析与处理[J].中国石油和化工标准与质量,2013,17:79. [5]白俊华.离心泵常见故障原因及预防措施[J].现代农业科技,2011,03:265-266. 看了“离心泵技术论文”的人还看： 1. 变频泵技术论文 2. 泵与风机节能技术论文 3. 变频技术论文2000字 4. 节电技术论文 5. 变频器技术论文

1 引言 供水系统在人们生活和工业应用当中是必不可少的。随着人们生活水平的提高和现代工业的发展，人们对供水系统的质量和可靠性的要求越来越高。变频能够很好的满足现代供水系统的要求。在变频出现以前，有以下供水方式：(1) 单台恒定转速泵的供水系统这种供水方式是水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，严重影响了城市公用水管管网压力的稳定，水泵整日不停运转。这种系统简单、造价最低，但耗电严重，水压不稳，供水质量极差。(2) 恒定转速泵加水塔（或高位水箱）的供水系统这种供水方式是由水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。水塔注满水后水泵停止工作，水塔水位低于某一高度时水泵启动，水泵处于断续工作状态中。这种方式比前一种省电，供水压力比较稳定，但基建设备投资大，占地面积大，水压不可调，供水质量差。(3)恒定转速泵加气压罐的供水系统这种供水方式是利用封闭的气压罐代替水塔蓄水，通过检测罐内压力来控制水泵的开与停。当罐中压力降到压力下限时，水泵启动；当罐中压力升到压力上限时，水泵停止。这种方式，设备的成本比水塔要低很多。但是电机起动频繁，易造成电机的损坏，能耗大。变频不仅克服了过去供水系统的缺点，而且有其自身的优点。此系统采用了先进的s7－200plc和变频器mm440，具有低廉的价格和强大的指令，可以满足多种多样的小规模的控制要求，变频器mm440具有很高的运行可靠性、功能的多样性和全面而完善的控制功能。这种供水方式不仅提高了供水系统的稳定性和可靠性，而且实现水泵的无级调速，使供水压力能够跟踪系统所需水压，提高了供水质量。同时变频器对水泵采取软启动，启动时冲击电流很小，启动能耗小。2 供水系统的基本特性供水系统的基本特性是水泵在某一转速下扬程h与流量q之间的关系曲线f (q)，前提是供水系统管路中的阀门开度不变。扬程特性所反映的是扬程h与用水流量q之间的关系。由图1的扬程特性表明，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q的大小主要取决于用户的用水情况。管阻特性是以水泵的转速不变为前提，阀门在某一开度下，扬程h与流量q之间的关系h=f (q)。管阻特性反映了水泵转动的能量用来克服水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1可知，在同一阀门开度下，扬程h越大，流量q也越大，流量q的大小反映了系统的供水能力。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的平衡工作点，如图1中a点。在这一点，用户的用水流量和供水系统的供水流量达到平衡状态，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。当用水流量和供水流量达到平衡时，扬程ha稳定，供水系统的压力也保持恒定。图1 供水系统的基本特性3 变频恒压供水系统的构成及工作原理 系统的构成变频恒压供水系统采用西门子的plc作为控制器，变频器mm440是频率调节器，和电动机作为执行机构，压力传感器作为控制的反馈元件。plc选用内部控制模块cpu224，模拟量2路输入通用模块、模拟量2路输出通用模块和pid模块。cpu224有14路输入/10路输出，对于小型的控制系统而言够用。pid模块使用方便，在软件中只需要配置pid的每个参数。与mm440的电源输入口连接，经过变频器变频后的交流电接，带动水泵转动。s7-200数字输出口输出控制信号到，两端连接的是工频或变频的，主要起接通或断开与。s7-200的模拟输出口输出控制电压信号给mm440的模拟电压输入口ain1+和ain1-，该控制电压主要调节交流电的频率。压力传感器从供水网络中反馈压力信号，压力信号经过滤波放大后输入给s7-200的模拟输入口。系统的结构如图2所示。图2 变频恒压供水系统的总体框图 系统的工作原理变频恒压供水系统是由三相异步电动机带动水泵旋转来供水，通过变频器调节输入交流电的频率而调节异步电动机的转速，从而改变水泵的出水流量来调节供水系统的压力。因此，供水系统变频的实质是三相异步电动机的变频调速，通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。的转速为：其中： n0为同步转速；n为转子转速；f为异步电机的定子输入交流电的频率；s为异步电机的转差率；p为异步电机的极对数。由上式可知，当异步电机的极对数p不变时，电机转子转速n与定子输入交流电频率f成正比。当系统启动，运行在自动模式时，此时手动模式无效。系统按照给定的水压进行设定，plc根据给定的水压自动调节交流电的频率，精确跟踪给定的供水压力。在用水量高峰时期，系统的用水量猛增，扬程降低，供水量不足，供水水压下降，1#电机输入交流电的频率会升高，以提高供水水压。当交流电的频率达到最大频率，供水水压仍然小于设定的水压时，1#电机会自动切换到工频状态下，同时2#电机启动并工作在变频状态。在夜间，系统的用水量递减，扬程升高，供水量过大，2#电机会退出变频状态，1#电机由工频切换到变频状态，并不断调节交流电频率，系统最终要维持供水的设定压力。当系统运行在手动模式时，自动模式无效。在自动模式出现问题或系统在维护期间时，系统才会采用手动模式。用户根据需要，可以从plc的输入开关输入信号，选择1#电机或2#电机运行在工频状态。变频恒压供水系统的功能要求：系统的供水压力能够准确跟踪给定供水压力（稳态误差在5％内）；可以自动进行自动模式/手动模式切换。系统的控制原理框图如图3所示。压力传感器从供水管网反馈电压信号，电压信号经过滤波放大后送到s7-200的模拟输入口，与给定的供水压力信号比较形成压力偏差信号，经过plc（s7-200）pid模块pi调节后发出控制电压信号，送到变频器mm440的模拟输入调节端口。送到变频器mm440的模拟电压信号与连接到变频器mm440的三相交流电的频率一一对应，调节控制电压信号就可以调节三相交流电的频率。系统是以供水管网的供水压力为控制对象而构成的，其设计是按照两个电机就可以完全满足供水要求。图3 变频恒压供水系统的控制原理框图4 硬件 主电路变频恒压供水系统就是利用异步电机拖动水泵的。系统的主电路由电源开关q、熔断器fu、交流接触器km、kr等组成，采用了一台变频器切换控制两台电机，1#电机和2#电机可以在工频和变频状态下进行切换，交流接触器的通断由s7－200的输出口控制。主电路如图4所示。图4 系统主电路图 控制电路控制电路主要由plc（s7－200）、变频器mm440等组成，plc外围电路接线图如图5所示。总电源开关为q，sb0为plc的程序启动按钮，与plc的输入口相连接，当按下sb0时，为“1”，plc程序启动。k1为系统的自动模式开关，当k1接通时，为“1”，交流接触器km1闭合，系统自动运行。当变频器的频率达到上限频率时，为“1”，1#泵和电机切换到工频状态下，2#泵和电机变频启动。当变频器的频率达到下限频率时，为“1”，2#电机停止运行，1#电机由工频切换到变频状态下。和的状态由变频器输入。k2为系统的手动模式开关，当k2接通时，为“1”，交流接触器km1断开，系统不能自动运行，用户可以根据需要接通k3或k4来选取1#电机或2#电机工频运行。km1为控制1#电机和2#电机在自动模式下运行的交流接触器，km2为控制1#电机在变频下运行的交流接触器，km3为控制1#电机在工频下运行的交流接触器，km4为控制2#电机在变频下运行的交流接触器，km5为控制2#电机在工频下运行的交流接触器。图5 plc外围接线图5 程序设计 plc程序设计plc程序设计的主要流程如图6所示。合上开关q，按下起动按钮sb0，plc程序复位。当合上开关k1，为“1”，系统在自动模式下运行，交流接触器km1接通，系统将根据程序跟踪设定供水压力。图6 主程序流程图当用户用水量递增，变频器达到频率50hz，供水压力还没有达到设定的供水压力时，mm440输出高电平到。此时，为“0”， 为“1”，交流接触器km2断开，km3接通，1#电机由变频切换到工频。定时器计时3s，变频器停止，变频器的频率由最高频率50hz逐渐下降，3s后为“1”，2#电机接到变频器开始变频运行。设置延迟时间主要原因是让变频器的频率下降，软启动静止的2#电机，减小电机启动电流，避免电机烧毁。当用户用水量减小，变频器达到下限频率30hz，供水压力还是高于设定的供水压力时，mm440输出高电平到。此时，为“0”，km2断开，2#电机退出变频并逐渐停止。同时为“1”，为“0”，交流接触器km2接通，km3断开，1#电机由工频切换到变频。下限频率设定在30hz主要原因：在供水系统中，转速过低时会出现水泵的全扬程小于基本扬程（实际扬程）形成水泵“空转”的现象。在多数情况下，下限频率应定为30hz～35hz。当合上开关k2，系统在手动模式下运行，交流接触器km1断开。用户可以根据需要，合上开关k3，交流接触器km3接通，选择1#电机在工频下运行。合上开关k4，交流接触器km5接通，选择2#电机在工频下运行。 变频器mm440的参数配置变频器mm440主要使用的是模拟输入口ain1+和ain1－，模拟电压信号输入后通过得到数字信号。由plc模拟输出口输出模拟控制电压信号，输入到变频器的模拟口，变频器的频率和控制电压一一对应。系统使用变频器的模拟端口，最高频率应该设置为50hz，最低频率为30hz。mm440的参数配置如附表所示。附表 mm440的参数配置6 结束语应用西门子plc（s7－200）内部的pid模块和变频器mm440的无极调速控制恒压供水系统，高效节能，调速供水效果突出，抗干扰能力强。同时采用变频器对电机实行软起动，减少了设备损耗，延长了水泵、电机设备的使用寿命。以供水水压为控制对象的闭环控制，稳态误差小，动态响应快，运行稳定。实验效果表明，采用plc（s7－200）和变频器mm440构成的变频恒压供水系统，具有很强的实用性，体现了变频调速恒压供水的技术优势，为供水领域开辟了切实有效的途径。参考文献[1] 李光,谢欢,王直杰. 高压变频器模拟量控制电路及功能设计[j]. 电气传动自动化,2008,38(7):63-68.[2] 彭旭昀. 一种基于变频器pid功能的plc控制恒压供水系统[j]. 机电工程技术,2005,34(10):54-56.[3] 陈新恩,王永祥. 基于s7-200的变频调速恒压供水系统[j]. 制造业电气,2006,25(6):37-39.[4] 朱玉堂. 变频恒压供水系统的研究开发与应用[d]. 杭州:浙江大学,2005.

1 引言 供水系统在人们生活和工业应用当中是必不可少的。随着人们生活水平的提高和现代工业的发展，人们对供水系统的质量和可靠性的要求越来越高。变频恒压供水系统能够很好的满足现代供水系统的要求。在变频恒压供水系统出现以前，有以下供水方式：(1) 单台恒定转速泵的供水系统这种供水方式是水泵从蓄水池中抽水加压直接送往用户，严重影响了城市公用水管管网压力的稳定，水泵整日不停运转。这种系统简单、造价最低，但耗电严重，水压不稳，供水质量极差。(2) 恒定转速泵加水塔（或高位水箱）的供水系统这种供水方式是由水泵先向水塔供水，再由水塔向用户供水。水塔注满水后水泵停止工作，水塔水位低于某一高度时水泵启动，水泵处于断续工作状态中。这种方式比前一种省电，供水压力比较稳定，但基建设备投资大，占地面积大，水压不可调，供水质量差。(3)恒定转速泵加气压罐的供水系统这种供水方式是利用封闭的气压罐代替水塔蓄水，通过检测罐内压力来控制水泵的开与停。当罐中压力降到压力下限时，水泵启动；当罐中压力升到压力上限时，水泵停止。这种方式，设备的成本比水塔要低很多。但是电机起动频繁，易造成电机的损坏，能耗大。变频恒压供水系统不仅克服了过去供水系统的缺点，而且有其自身的优点。此系统采用了先进的s7－200plc和变频器mm440，s7-200具有低廉的价格和强大的指令，可以满足多种多样的小规模的控制要求，变频器mm440具有很高的运行可靠性、功能的多样性和全面而完善的控制功能。这种供水方式不仅提高了供水系统的稳定性和可靠性，而且实现水泵的无级调速，使供水压力能够跟踪系统所需水压，提高了供水质量。同时变频器对水泵采取软启动，启动时冲击电流很小，启动能耗小。2 供水系统的基本特性供水系统的基本特性是水泵在某一转速下扬程h与流量q之间的关系曲线f (q)，前提是供水系统管路中的阀门开度不变。扬程特性所反映的是扬程h与用水流量q之间的关系。由图1的扬程特性表明，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q的大小主要取决于用户的用水情况。管阻特性是以水泵的转速不变为前提，阀门在某一开度下，扬程h与流量q之间的关系h=f (q)。管阻特性反映了水泵转动的能量用来克服水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1可知，在同一阀门开度下，扬程h越大，流量q也越大，流量q的大小反映了系统的供水能力。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的平衡工作点，如图1中a点。在这一点，用户的用水流量和供水系统的供水流量达到平衡状态，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。当用水流量和供水流量达到平衡时，扬程ha稳定，供水系统的压力也保持恒定。 图1 供水系统的基本特性3 变频恒压供水系统的构成及工作原理 系统的构成变频恒压供水系统采用西门子的s7-200 plc作为控制器，变频器mm440是频率调节器，交流接触器和电动机作为执行机构，压力传感器作为控制的反馈元件。s7-200 plc选用内部控制模块cpu224，模拟量2路输入通用模块、模拟量2路输出通用模块和pid模块。cpu224有14路输入/10路输出，对于小型的控制系统而言够用。pid模块使用方便，在软件中只需要配置pid的每个参数。三相交流电与mm440的电源输入口连接，经过变频器变频后的交流电接异步电动机，异步电动机带动水泵转动。s7-200数字输出口输出控制信号到交流接触器，交流接触器两端连接的是工频或变频的三相交流电，主要起接通或断开三相交流电与异步电动机。s7-200的模拟输出口输出控制电压信号给mm440的模拟电压输入口ain1+和ain1-，该控制电压主要调节交流电的频率。压力传感器从供水网络中反馈压力信号，压力信号经过滤波放大后输入给s7-200的模拟输入口。系统的结构如图2所示。 图2 变频恒压供水系统的总体框图 系统的工作原理变频恒压供水系统是由三相异步电动机带动水泵旋转来供水，通过变频器调节输入交流电的频率而调节异步电动机的转速，从而改变水泵的出水流量来调节供水系统的压力。因此，供水系统变频的实质是三相异步电动机的变频调速，通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。异步电机的转速为： 其中： n0为异步电机同步转速；n为异步电机转子转速；f为异步电机的定子输入交流电的频率；s为异步电机的转差率；p为异步电机的极对数。由上式可知，当异步电机的极对数p不变时，电机转子转速n与定子输入交流电频率f成正比。当系统启动，运行在自动模式时，此时手动模式无效。系统按照给定的水压进行设定，plc根据给定的水压自动调节交流电的频率，精确跟踪给定的供水压力。在用水量高峰时期，系统的用水量猛增，扬程降低，供水量不足，供水水压下降，1#电机输入交流电的频率会升高，以提高供水水压。当交流电的频率达到最大频率，供水水压仍然小于设定的水压时，1#电机会自动切换到工频状态下，同时2#电机启动并工作在变频状态。在夜间，系统的用水量递减，扬程升高，供水量过大，2#电机会退出变频状态，1#电机由工频切换到变频状态，并不断调节交流电频率，系统最终要维持供水的设定压力。当系统运行在手动模式时，自动模式无效。在自动模式出现问题或系统在维护期间时，系统才会采用手动模式。用户根据需要，可以从plc的输入开关输入信号，选择1#电机或2#电机运行在工频状态。变频恒压供水系统的功能要求：系统的供水压力能够准确跟踪给定供水压力（稳态误差在5％内）；可以自动进行自动模式/手动模式切换。系统的控制原理框图如图3所示。压力传感器从供水管网反馈电压信号，电压信号经过滤波放大后送到s7-200的模拟输入口，与给定的供水压力信号比较形成压力偏差信号，经过plc（s7-200）pid模块pi调节后发出控制电压信号，送到变频器mm440的模拟输入调节端口。送到变频器mm440的模拟电压信号与连接到变频器mm440的三相交流电的频率一一对应，调节控制电压信号就可以调节三相交流电的频率。系统是以供水管网的供水压力为控制对象而构成的闭环控制系统，其设计是按照两个电机就可以完全满足供水要求。 图3 变频恒压供水系统的控制原理框图4 硬件电路设计 主电路变频恒压供水系统就是利用异步电机拖动水泵的。系统的主电路由电源开关q、熔断器fu、交流接触器km、热继电器kr等组成，采用了一台变频器切换控制两台电机，1#电机和2#电机可以在工频和变频状态下进行切换，交流接触器的通断由s7－200的输出口控制。主电路如图4所示。 图4 系统主电路图 控制电路控制电路主要由plc（s7－200）、变频器mm440等组成，plc外围电路接线图如图5所示。总电源开关为q，sb0为plc的程序启动按钮，与plc的输入口相连接，当按下sb0时，为“1”，plc程序启动。k1为系统的自动模式开关，当k1接通时，为“1”，交流接触器km1闭合，系统自动运行。当变频器的频率达到上限频率时，为“1”，1#泵和电机切换到工频状态下，2#泵和电机变频启动。当变频器的频率达到下限频率时，为“1”，2#电机停止运行，1#电机由工频切换到变频状态下。和的状态由变频器输入。k2为系统的手动模式开关，当k2接通时，为“1”，交流接触器km1断开，系统不能自动运行，用户可以根据需要接通k3或k4来选取1#电机或2#电机工频运行。km1为控制1#电机和2#电机在自动模式下运行的交流接触器，km2为控制1#电机在变频下运行的交流接触器，km3为控制1#电机在工频下运行的交流接触器，km4为控制2#电机在变频下运行的交流接触器，km5为控制2#电机在工频下运行的交流接触器。 图5 plc外围接线图5 程序设计 plc程序设计plc程序设计的主要流程如图6所示。合上开关q，按下起动按钮sb0，plc程序复位。当合上开关k1，为“1”，系统在自动模式下运行，交流接触器km1接通，系统将根据程序跟踪设定供水压力。 图6 主程序流程图当用户用水量递增，变频器达到频率50hz，供水压力还没有达到设定的供水压力时，mm440输出高电平到。此时，为“0”， 为“1”，交流接触器km2断开，km3接通，1#电机由变频切换到工频。定时器计时3s，变频器停止，变频器的频率由最高频率50hz逐渐下降，3s后为“1”，2#电机接到变频器开始变频运行。设置延迟时间主要原因是让变频器的频率下降，软启动静止的2#电机，减小电机启动电流，避免电机烧毁。当用户用水量减小，变频器达到下限频率30hz，供水压力还是高于设定的供水压力时，mm440输出高电平到。此时，为“0”，km2断开，2#电机退出变频并逐渐停止。同时为“1”，为“0”，交流接触器km2接通，km3断开，1#电机由工频切换到变频。下限频率设定在30hz主要原因：在供水系统中，转速过低时会出现水泵的全扬程小于基本扬程（实际扬程）形成水泵“空转”的现象。在多数情况下，下限频率应定为30hz～35hz。当合上开关k2，系统在手动模式下运行，交流接触器km1断开。用户可以根据需要，合上开关k3，交流接触器km3接通，选择1#电机在工频下运行。合上开关k4，交流接触器km5接通，选择2#电机在工频下运行。 变频器mm440的参数配置变频器mm440主要使用的是模拟输入口ain1+和ain1－，模拟电压信号输入后通过a/d转换器得到数字信号。由plc模拟输出口输出模拟控制电压信号，输入到变频器的模拟口，变频器的频率和控制电压一一对应。系统使用变频器的模拟端口，最高频率应该设置为50hz，最低频率为30hz。mm440的参数配置如附表所示。附表 mm440的参数配置 6 结束语应用西门子plc（s7－200）内部的pid模块和变频器mm440的无极调速控制恒压供水系统，高效节能，调速供水效果突出，抗干扰能力强。同时采用变频器对电机实行软起动，减少了设备损耗，延长了水泵、电机设备的使用寿命。以供水水压为控制对象的闭环控制，稳态误差小，动态响应快，运行稳定。实验效果表明，采用plc（s7－200）和变频器mm440构成的变频恒压供水系统，具有很强的实用性，体现了变频调速恒压供水的技术优势，为供水领域开辟了切实有效的途径。参考文献[1] 李光,谢欢,王直杰. 高压变频器模拟量控制电路及功能设计[j]. 电气传动自动化,2008,38(7):63-68.[2] 彭旭昀. 一种基于变频器pid功能的plc控制恒压供水系统[j]. 机电工程技术,2005,34(10):54-56.[3] 陈新恩,王永祥. 基于s7-200的变频调速恒压供水系统[j]. 制造业电气,2006,25(6):37-39.[4] 朱玉堂. 变频恒压供水系统的研究开发与应用[d]. 杭州:浙江大学,2005.