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    關(guān)鍵詞：壓力傳感器；恒壓供水系統(tǒng)

    一、引言

    大型高層建筑用水量隨季節(jié)、晝夜、時(shí)間等因素變化很大，管網(wǎng)水壓時(shí)高時(shí)低，壓力不恒定，用水量變化大，供水和用水之間不平衡。采用變頻調(diào)速恒壓供水裝置可以解決上述諸多問題，并且與傳統(tǒng)的固定功率三相交流電機(jī)拖動(dòng)負(fù)載、采用高位水箱或氣壓罐加壓等方式相比，節(jié)能效果明顯，可靠性好。

    (1).交流電機(jī)變頻調(diào)速原理

    根據(jù)交流電機(jī)轉(zhuǎn)速特性：

                           （1）

    式中：n—電機(jī)轉(zhuǎn)速；

    f—定子電源頻率（Hz ）；

    S—轉(zhuǎn)差率；

    P—電機(jī)極對(duì)數(shù)；

    在電機(jī)選定之后，P、S為定值，電機(jī)轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比，通過變頻器改變電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的頻率，即達(dá)到對(duì)電機(jī)進(jìn)行無級(jí)調(diào)速的目的。

    (2)系統(tǒng)工作原理

    根據(jù)水泵轉(zhuǎn)速、流量、揚(yáng)程及軸功率相似定律[1]：

    Q1/Q=n1/n                            （2）

    H1/H=(n1/n)2                         （3）

    P1/P=(n1/n)3                         （4）

    式中，Q —額定流量；      Q1—工作點(diǎn)流量；

    H—額定揚(yáng)程；       H1—揚(yáng)程；

    P—額定軸功率;       P1—軸功率；

    n—額定轉(zhuǎn)速;           n1—轉(zhuǎn)速。

    可知，改變水泵轉(zhuǎn)速n對(duì)水泵軸功率影響最大，對(duì)揚(yáng)程和流量次之。若變頻器配以PLC及檢測(cè)設(shè)備，就可以輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)控制變頻器輸出頻率，控制電機(jī)和相應(yīng)拖動(dòng)水泵的轉(zhuǎn)速，根據(jù)管網(wǎng)實(shí)際需要，設(shè)定管網(wǎng)壓力，實(shí)現(xiàn)以給定壓力為目標(biāo)的壓力閉環(huán)自動(dòng)控制。 

    二、PMC型傳感器工作原理和技術(shù)特點(diǎn)

    檢測(cè)元件的精度直接影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。通?？梢赃x用各種壓力傳感器檢測(cè)管網(wǎng)壓力。傳統(tǒng)的壓力傳感器有利用彈性元件的，如電感壓力傳感器、電容壓力傳感器等。 PMC系列壓力傳感器的構(gòu)造與之不同，屬于一體化的高精度儀器。它采用電子陶瓷技術(shù)，測(cè)量元件完全是固體形式。其工作原理是：使壓力直接作用于電子陶瓷膜片，膜片出現(xiàn)位移后所產(chǎn)生的電容量被與其同體的電子元件檢測(cè)、放大，最后轉(zhuǎn)換成4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。

    PMC型傳感器具有如下特點(diǎn)：

    ①具有相當(dāng)強(qiáng)的抗沖擊和抗過載能力，過壓量達(dá)額定量程的百倍以上；

    ②由于壓力測(cè)量元件中不采用傳統(tǒng)的介質(zhì)物質(zhì)，所以，測(cè)量精度極高，且?guī)缀醪皇軠囟忍荻鹊挠绊懀?

    ③采用脈沖頻率調(diào)制方式傳輸信號(hào)，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)干擾的影響，信號(hào)傳輸用普通導(dǎo)線完成，簡(jiǎn)單方便；

    ④重量輕，體積小，安裝維護(hù)非常方便[2]。

    三、恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成與功能

    本系統(tǒng)是閉環(huán)恒壓供水系統(tǒng)，以PMC為核心，系統(tǒng)原理框圖如圖l所示。選PMCl33型壓力傳感器作為出水口端壓力檢測(cè)元件，檢測(cè)泵出口附近管網(wǎng)內(nèi)壓力作反饋信號(hào)，該元件可承受的相對(duì)壓力最大測(cè)量范圍達(dá)0~40MPa，最小測(cè)量范圍為0~lkPa，所需電源要求電壓為12.5~30V，精度±0.1%，壓力傳感器將出水口的壓力信號(hào)線性轉(zhuǎn)換為4~20mA DC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送到PLC。PLC選用西門子S7-200系列可編程控制器，進(jìn)行壓力設(shè)定值與檢測(cè)元件反饋值的比較、PI運(yùn)算等調(diào)節(jié)器功能，通過參數(shù)自整定后輸出標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)，該信號(hào)再進(jìn)入到變頻控制器模擬信號(hào)輸入端，從而控制變頻器輸出頻率，最終達(dá)到控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。配以帶有參數(shù)設(shè)置功能的變頻器以及水泵電動(dòng)機(jī)，綜合考慮系統(tǒng)供水質(zhì)量及低成本的要求，選用東芝VF-S7-17KW變頻調(diào)速器，該變頻器可以自動(dòng)完成軟啟動(dòng)，配有參數(shù)設(shè)置模塊，可對(duì)主要功能參數(shù)如加/減速時(shí)間、轉(zhuǎn)矩提升、過熱保護(hù)等進(jìn)行設(shè)置。水泵電機(jī)可選擇變頻運(yùn)行、工頻運(yùn)行和停車三種方式，由PLC依據(jù)壓力情況自動(dòng)切換。變頻運(yùn)行機(jī)組與啟動(dòng)柜之間有可靠的電路和軟件互鎖，以保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。當(dāng)用戶使用流量增大時(shí)，根據(jù)水泵特性，水泵出口壓力降低，壓力傳感器將壓力作反饋信號(hào)送到PLC，通過調(diào)節(jié)后刷新輸出，送給變頻器，使變頻器增大輸出頻率，水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之增大，管網(wǎng)壓力提高。反之亦然[3]。

    四、系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)

    (1)壓力穩(wěn)定：由于采用以PMC型壓力傳感器作檢測(cè)元件和帶PLC的變頻調(diào)速控制，在運(yùn)行中出口壓力穩(wěn)定，偏差小于0.01MPa。

    (2)由公式(4)知 ，轉(zhuǎn)速變化時(shí)對(duì)軸功率輸出有很大影響，系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)恒壓供水，而且節(jié)能效果可達(dá)30%左右。

    (3)操作簡(jiǎn)單：由于采用了以PMC型壓力傳感器作敏感元件和變頻調(diào)速閉環(huán)控制模式，在運(yùn)行前所有參數(shù)均可用按鍵設(shè)定，保護(hù)功能完善，遇到故障會(huì)自動(dòng)進(jìn)行診斷、控制和停機(jī)，使整個(gè)系統(tǒng)高度自動(dòng)化，減少維護(hù)費(fèi)用。