- 浔之漫智控技术(上海)有限公司
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产品描述
西门子6ES7214-2BD23-0XB8品质好货
项目简介
该型立式中空玻璃生产线为生产用铝框式中空玻璃的成套设备，大可加工高1800mm，长4000mm的中空玻璃。该设备由5部分组成，分别为连续上料段、清洗干燥段、灯检放铝框段、合片段、板压段与翻转段。由于产品在成套设备，且中空玻璃新的已经和接轨，所以该系统每步工序的关键点控制，运动性要求都比较高。同时为了确保避免间隔层内露点上升或中空玻璃的炸裂等产品失效的硬伤，需要全新的新型智能解决方案。
SIGMATEK的解决方案
该生产线采用在玻璃制造行业流行的奥地利SIGMATEK公司PLC系统进行控制。根据客户的成本要求选用了闽台10.4英寸触摸式人机界面。由PLC模块输出模拟量控制变频器的方式，可以实现各段传送的连续平稳的无级调速，使设备运行、。
整套系统继承了Sigmatek的技术优势，由LASAL软件的语言编写的程序，可以通过简单直观的标志位，方便地实现各段工作的连续和互锁。LASAL软件不依赖于梯形逻辑或数字化的编址图。在进行任何实际的编程以前，可以生成一个需要建立系统的图形表达式，十分直观方便。这个软件能很快地形成设计思想，如使用梯形图逻辑，在开始编程以前，定义所有的I/O点和变量， 而LASAL软件可以将要浏览的I/O点和变量布置为计算机屏幕上的控制系统的部件，然后标志每一个部件和定义一旦系统启动和运行，这些部件之间相互作用的方式。在审核所编制的流程图后，可启动系统以建立实际的程序代码。
同时，由于用类似于MS VB/VC的LASAL语言编写的程序具有无可比拟的可读特性，并且能够预留软件接口，这样就能非常简单方便地进行修改和扩展，有利于终用户对整条玻璃生产线的联网控制，提高整个工厂的生产效率。
Sigmatek PLC内部的实时时钟和强大快速的运算能力，能够保证中空玻璃能够停在板压段的中间位置，保证了质量；完善的通讯功能实现了在人机界面上对工艺过程实时监控和动态显示，加直接美观，提高了设备的自动化水平。
另外同系列的中空玻璃生产线也采用了SIGMATEK的PLC控制，增加了各段反转的功能以及翻转段平送输出功能。
SIGMETEK应用的优点
实现了各段传送的连续平稳的无级调速；
设备运行、；
语言编写的程序，简单直观，方便地实现各段工作的连续和互锁；
能够保证中空玻璃能够停在板压段的中间位置，保证了质量；
人机界面上对工艺过程实时监控和动态显示。
使用SIGMATEK的PLC和控制模块后除了能完整地达到以上的关键点，达到既定的要求和精度，形成连贯的系统运行和各段之间的互锁，保证系统运行的效率，之外，系统本身的一些易于维护和升级得优点也使现场表现加，而重要的则是能够为日后系统的升级以及整线成套使用奠定了良好的基础。
数控设备是一种自动化程度较高，结构较复杂的加工设备，是企业的、关键设备。要发挥数控设备的益，就正确的操作和精心的维护，才能保证设备的利用率。正确的操作使用能够防止机床非正常磨损，避免突发故障；做好日常维护保养，可使设备保持良好的技术状态，劣化进程，及时发现和消灭故障隐患，从而保证运行。
1、数控设备使用中应注意的问题
1.1 数控设备的使用环境
为提高数控设备的使用寿命，一般要求要避免阳光的直接照射和其他热辐射，要避免太潮湿、粉尘过多或有腐蚀气体的场所。腐蚀气体易使电子元件受到腐蚀变质，造成接触不良或元件间短路，影响设备的正常运行。精密数控设备要远离振动大的设备，如冲床、锻压设备等。
1.2 电源要求
为了避免电源波动幅度大（大于±10%）和可能的瞬间干扰信号等影响，数控设备一般采用专线供电（如从低压配电室分一路单供数控机床使用）或增设稳压装置等，都可减少供电质量的影响和电气干扰。
1.3 操作规程
操作规程是保证数控机床运行的重要措施之一，操作者一定要按操作规程操作。机床发生故障时，操作者要注意保留现场，并向维修人员如实说明出现故障前后的情况，以利于分析、诊断出故障的原因，及时排除。
另外，数控机床不宜长期封存不用，购买数控机床以后要充分利用，尤其是投入使用的年，使其容易出故障的薄弱环节尽早暴露，得以在保修期内得以排除。在没有加工任务时，数控机床也要定期通电，是每周通电1-2次，每次空运行1小时左右，以利用机床本身的发热量来降低机内的湿度，使电子元件不致受潮，同时也能及时发现有无电池报警发生，以防止系统软件、参数的丢失。
2、数控机床的维护保养
数控机床种类多，各类数控机床因其功能，结构及系统的不同，各具不同的特性。其维护保养的内容和规则也各有其特色，具体应根据其机床种类、型号及实际使用情况，并参照机床使用说明书要求，制订和建立必要的定期、定级保养制度。下面是一些常见、通用的日常维护保养要点。
2.1 数控系统的维护
1）严格遵守操作规程和日常维护制度
2）应尽量少开数控柜和强电柜的门
在机加工车间的空气中一般都会有油雾、灰尘甚至金属粉末，一旦它们落在数控系统内的电路板或电子器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及电路板损坏。有的用户在夏天为了使数控系统能负荷长期工作，采取打开数控柜的门来散热，这是一种不可取的方法，其终将导致数控系统的加速损坏。
3）定时清扫数控柜的散热通风系统
应该检查数控柜上的各个冷却风扇工作是否正常。每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象，若过滤网上灰尘积聚过多，不及时清理，会引起数控柜内温度过高。
4）数控系统的输入/输出装置的定期维护
80年代以前生产的数控机床，大多带有光电式纸带阅读机，如果读带部分被污染，将导致读入信息出错。为此，按规定对光电阅读机进行维护。
5）直流电动机电刷的定期检查和换
直流电动机电刷的过渡磨损，会影响电动机的性能，甚至造成电动机损坏。为此，应对电动机电刷进行定期检查和换。数控车床、数控铣床、加工等，应每年检查一次。
6）定期换存储用电池
一般数控系统内对CMOSRAM存储器件设有可充电电池维护电路，以保证系统不通电期间能保持其存储器的内容。在一般情况下，即使尚未失效，也应每年换一次，以确保系统正常工作。电池的换应在数控系统供电状态下进行，以防换时RAM内信息丢失。
7）备用电路板的维护
备用的印制电路板长期不用时，应定期装到数控系统中通电运行一段时间，以防损坏。
2.2 机械部件的维护
1）主传动链的维护
定期调整主轴驱动带的松紧程度，防止因带打滑造成的丢转现象；检查主轴润滑的恒温油箱、调节温度范围，及时油量，并清洗过滤器；主轴中夹紧装置长时间使用后，会产生间隙，影响的夹紧，需及时调整液压缸活塞的位移量。
2）滚珠丝杠螺纹副的维护
定期检查、调整丝杠螺纹副的轴向间隙，保证反向传动精度和轴向刚度；定期检查丝杠与床身的连接是否有松动；丝杠防护装置有损坏要及时换，以防灰尘或切屑进入。
3）库及换机械手的维护
严禁把重、长的装入库，以避免机械手换时掉或与工件、夹具发生碰撞；经常检查库的回零位置是否正确，检查机床主轴回换点位置是否到位，并及时调整；开机时，应使库和机械手空运行，检查各部分工作是否正常，特别是各行程开关和电磁阀能否正常动作；检查在机械手上锁紧是否，发现不正常应及时处理。
2.3 液压、气压系统维护
定期对各润滑、液压、气压系统的过滤器或分滤网进行清洗或换；定期对液压系统进行油质化验检查和换液压油；定期对气压系统分*滤气器放水；
2.4 机床精度的维护
定期进行机床水平和机械精度检查并校正。机械精度的校正方法有软硬两种。其软方法主要是通过系统参数补偿，如丝杠反向间隙补偿、各坐标定位精度补偿、机床回参考点位置校正等；硬方法一般要在机床大修时进行，如进行导轨修刮、滚珠丝杠螺母副预紧调整反向间隙等。
二、维修工作的基本条件
数控机床的身价从几十万元到上千万元，一般都是企业中关键产品关键工序的关键设备，一旦故障停机，其影响和损失往往很大。但是，人们对这样的设备往往多地是看重其效能，而不仅对合理地使用不够重视，对其保养及维修工作关注太少，日常不注意对保养与维修工作条件的创造和投入，故障出现临时抱佛脚的现象很是普遍。因此，为了充分发挥数控机床的效益，我们一定要重视维修工作，创造出良好的维修条件。由于数控机床日常出现的多为电气故障，所以电气维修为重要。
1. 人员条件
数控机床电气维修工作的快速性、性关键取决于电气维修人员的素质条件。
(1) 是有高度的责任心和良好的职业道德。
(2) 知识面要广。要学习并基本掌握有关数控机床电气控制的各学科知识，如计算机技术、模拟与数字电路技术、自动控制与拖动理论、控制技术、加工工艺以及机械传动技术，当然还包括上节所讲的基本数控知识。
(3) 应经过良好的技术培训。数控技术基础理论的学习，尤其是针对具体数控机床的技术培训，是参加相关的培训班和机床安装现场的实际培训，然后向有经验的维修人员学习，而重要且长时间的是自学。
(4) 勇于实践。要积投入数控机床的维修与操作的工作中去，在不断的实践中提高分析能力和动手能力。
(5) 掌握科学的方法。要做好维修工作光有热情是不够的，还在长期的学习和实践中总结提高，从中提炼出分析问题、解决问题的科学的方法。
(6) 学习并掌握各种电气维修中常用的仪器、仪表和工具。
(7) 掌握一门外语，特别是英语。起码应做到能看懂技术资料。
物体位移的检测与控制一直是工业界常用、基础的定位手段。现阶段产品在结构和性能上已经发生了的变化，功能加完善，性高，并向着自动化和智能化方向发展；位移检测产品的性能主要反映在满足准确性、性、及时性、性和自动化水平程度等方面。
●静磁栅位移传感器简介
静磁栅位移传感器，是武汉莹佳科技发展有限责任公司在消化吸收世界磁位移传感器技术的基础上研制生产的新型高位移传感器产品，它一问世就受到冶金、机械，石化、运输，水利等行业的普遍青睐，使用该技术所生产的通用位移传感器、液位计、闸门开度仪、行车行程检测仪、油缸行程检测仪等在恶劣工业环境中广泛运用，其无接触位移测量方式适用于宽的量程范围，弥进口产品价位高、售后服务不完善，环境适应能力差，量程局限，订货周期长等缺陷，能与多类自动控制系统接口。本静磁栅位移测量技术借用“游标卡尺差分刻度测微”原理，依靠霍尔线阵列群动效应，解析数字化位移编码，准确，该项原创性新技术的商品化进程非常。
一、静磁栅位移传感器原理
1、静磁栅位移传感器由“静磁栅源”和“静磁栅尺”两部分结合使用。“静磁栅源”使用铝合金压封无源钕铁硼磁栅组成磁栅编码阵列；“静磁栅尺”用内藏嵌入式微处理器系统的特制高强度铝合金管材封装，使用开关型霍尔传感器件组成霍尔编码阵列，铝合金管材外部使用防氧化镀塑处理。
2、“静磁栅源”沿“静磁栅尺”轴线作无接触（相对间隙宽容度和相对姿态宽容度达50mm）相对运动时，由“静磁栅尺”解析出数字化位移信息，直接产生毫米数量级的位移量数字信号。充分发掘嵌入式微处理器的资源，将数据新速度提高到毫秒数量级，以便能适应5m/S以下运动速度的位移响应。直接测量物体位移和角度，普通分辨度1毫米，目前分辨度可达0.2毫米，测长可达2公里。机理有如“游标卡尺”，游标卡尺1毫米的刻度可以辨别出0.02毫米，其分辨率提高了50倍。磁栅编码阵列间距和霍尔编码阵列间距不同，有如游标卡尺上下差分滑尺的不同刻度，再经过一套反复推演的算法，使得静磁栅编码器的分辨率可达0.2毫米或者
3、“空间静磁栅”顾名思义是磁铁通过空间被细分的栅片状的作用区无接触地对位移测量装置产生作用，磁场的作用区能细分为0.2mm厚薄的有相当宽度的栅片状空间，“空间栅片”有非常固定的编号，在失电不断转换的过程中，或在磁铁离开又回到作用区时，均能正确地反映探测的位置或角度，真正做到了“编码”。通俗的讲就是霍尔编码阵列元件只有开和关两种状态。由于物理位置不同，每只霍尔开关元件含有不同的位置信息，通过计算机高速扫描辨识，实现了“空间直线位置编码”，无论量程多长，只要保证安装精度，就能获得非常小的示值误差。基本不受外界温度、湿度、杂散磁场、电磁干扰等因素影响。
4、配套的显示控制器可以实现常规位移控制功能，现场显示调校功能和数据通讯转换功能集成其间，不仅可现场调定参数，直接实施位置闭环控制，而且其通讯接口还可提供I2C、RS485、RS422、SSI、CAN、PROFIBUS等多种硬件形式以利上位机直接采集数据。如果挂接现场总线，又可望直接与变频调速器联机使用。在短距离测控方面（例如短于2米），提供4～20mA或1～5V标准信号。
二、静磁栅位移传感器详述
1、产品综合特点：
1.1、使用寿命长：无接触检测位置及角度，避免了机械损伤，理论上无寿命限。
1.2、抗恶劣环境：－40℃至＋100℃工作温度范围，连续高粉尘、泥浆、水下(中南国家计量测试测试该产品可在水下1000m运行，测试证书编号：力字04411486号)及高撞击、强振动工作环境。
1.3、直接型测量：直接指示位移毫米数或旋转角度数，换算，不怕掉电，任意定位控制
1.4，量程长，分辨率适中:260毫米-2000米长度量程，分辨率0.2mm；全向360度角度量程，分辨率0.1度。
1.5、丰富的数据接口：有NBK三种方式，N方式为内置方式,可提供1－5V、4-20mA等标准模拟信号和I2C、RS485、RS422三种数字信号。B方式为带变送器方式,可提供标准模拟信号和丰富的数字信号如I2C、RS485、RS422、SSI、高速并行输出、Profibus-DP、DeviceNet、EtherNet、CANopen、InterBus、ControlNet、ASI、PF、Modbus等。K方式为带显示控制器方式，除了具有B方式的全部接口外还具有显示位置、闭环控制和通讯转换等多种功能，可以形成立的显示控制系统。
1.6、安装维护方便:在保持适度间隙的条件下,无约束安装运行。
2、产品外观说明
2.1、静磁栅位移传感器：
产品基本参数：
①、静磁栅尺为特制铝合金“A”管型（截面尺寸52mm*35mm，80mm安装唇边），长尺寸为4200mm，有效检测长度250mm~4000mm。
②、静磁栅源使用铝合金压封无源钕铁硼磁栅，截面尺寸120*25*20mm。
③、电缆长度：2000mm。
④、分辨率：1mm（0.2mm、0.5mm、1mm、2mm、5mm）
⑤、尺原分离式作用间隙：0~10mm（大可达0~50mm）
⑥、输出接口：RS485数字输出（模拟输出1-5V，4-20Ma、总线型数字输出）
⑦、环境使用温度：-10℃~85℃
⑧、封装形式：普通型（深水耐压型）
⑨、使用条件：环境：IP69(水下)，-10℃～＋85℃，振动：全向振幅±5mm,5～200Hz，加速度：全向50g,1次/分钟
2.2、显示控制器：
显示控制器基本参数：
①、显示控制器外形尺寸130mm*100mm*55mm、140mm*100mm*65mm
②、基本功能为显示实时位置信号，扩充功能：通讯制式转换，定位（同步）控制单尺、双尺、四尺
③、接线端子为万可WAGO
④、可力实现位置闭环控制，设置存贮位置值、
3、静磁栅位移传感器
静磁栅位移传感器属无接触直接测量型位移传感器，“静磁栅源”嵌装多组编码钕铁硼磁栅，“静磁栅尺”使用5mm厚特制铝合金管材封装，有很高的防震和等级（IP69）。“静磁栅源”和“静磁栅尺”在商品运输和储存过程中可以自由分离。安装好的传感器当“静磁栅源”沿“静磁栅尺”探测面轴线移动时，由“静磁栅尺”中的霍尔磁栅阵列感测出分辨度为0.2~5mm的数字化位移信号。
特别令人感兴趣的是，霍尔磁栅阵列仅仅对“静磁栅源”沿“静磁栅尺”探测面轴线的移动量敏感，而对“静磁栅源”的侧移量，上下移动量，三维各方向上的倾斜量和环境温度，工作电压等因素均不敏感。这样，就带来了一系列的好处。，该新型位移传感器不仅容易安装，而且在安装和运行上给出了宽容的条件：以分辨度为1mm的传感器为例，“静磁栅源”和“静磁栅尺”探测面之间的间隙在1mm~15mm之间均能工作，“静磁栅源”在安装中有所侧移或有所倾斜均无妨；设备运行过程中，“静磁栅源”发生除轴线方向以外的偏侧也无妨。其次，温度，湿度等许多外界条件的变化几乎不影响传感器的正常工作。这些都是在工业现场有的特点。
由于使用空间静磁栅感应原理和磁钢，该传感器不适合于使用在特强磁场和周边有大量颗粒，粉末状铁磁材料的场合，如需使用，加以防护措施。
有了显示控制器，静磁栅位移传感器器将成为一套集位置传感，位置控制与位置显示为一体的嵌入式计算机装置。它能立实现大多数工业现场对位置显示和控制的要求，也能与工业控制计算机，变频调速器和PLC等协调工作。显示控制器也使用在位置控制而仅仅需要显示位置的场合。显示控制器为户内安装型。
位置控制的整个环节中，位置设定，定位指令给定和驱动控制是三个主要环节。例如，移动的送料车需要在A处装料，在B处等候，在C处卸料，这A，B，C三处就是我们所关心的定位点（senter），我们能将这些点长期储存在控制器中。实际工业控制中，A，B，C三处应设定一段有一定宽度的被称之为“定位精度”（calibrate）的小区间。物体运动存在惯性，还应选择一个合适的停车（减速）点（little）为合理。物体在接近目标时，我们或许希望用“点动”（pulse）方式让它准确地到位。上面所描述的控制功能均可通过在按键面板上选择性地一一调试储存来实现。
4、静磁栅位移传感器两种测量方式
4.1、直线型方式：
图为静磁栅位移传感器的工作情景。图中1钕铁硼永磁钢型无源“静磁栅源”，图中2有源“静磁栅尺”，H为尺源间隙。
直线型方式使用一根静磁栅尺，一个静磁栅源。静磁栅源在静磁栅尺的长度范围内移动，量程=静磁栅尺的长度-100mm，这里需要特别说明：静磁栅直线型位移传感器其无源“静磁栅源”是安装在活动的物体上。有源“静磁栅尺”固定安装，要求“静磁栅源”与“静磁栅尺”保持1～12mm的间隙。这种测量方式长度受静磁栅尺的限制，大量程为12米，精度1毫米。一根“静磁栅尺”上可以有多个“静磁栅源”，实现多点检测。
4.2、长直线型
长直线型方式使用一根静磁栅尺，多个静磁栅源沿相对运动轴线一字排列安装，静磁栅尺使用接力方式感测位置信号，量程为静磁栅尺的长度与静磁栅源个数的乘积，大可至2000米。“静磁栅源”被一字排列，每个“静磁栅源”之间定义为“区段”，“区段”自左至右编号为1、2、3、4、5······，区段编号表征了“米”的含义，“静磁栅尺”上解析了“毫米”的分辨度，两者相结合，就可以把长区间的位移用“毫米”的分辨度来表现。“静磁栅尺”中的嵌入式计算机系统带有新失电高速存储芯片，分别记忆区段编号和移动方向，失电开机后，只要惯性滑移不过“静磁栅尺”的长度，智能分析程序都能将真实位移准确复原。
这里需要特别说明：静磁栅长直线型位移传感器其有源“静磁栅尺”是安装在活动的物体上。无源“静磁栅源”固定安装，要求“静磁栅源”与“静磁栅尺”保持1～12mm的间隙。
5、静磁栅位移传感器部分应用案例
<1>、上海振华港口机械（集团）股份有限公司---集装箱起重机吊具定长控制系统
<2>、昆明钢铁集团有限责任公司---轧钢小车定位系统
<3>、厦门海德科液压机械设备有限公司---栈桥俯仰角量测系统
<4>、武汉钢铁（集团）公司---堆取料机长行程定位系统
<5>、武汉钢铁（集团）公司焦化厂---焦炉三车联锁系统
<6>、武汉钢铁（集团）公司---浮吊船大车走行定位系统
<7>、武钢炼铁厂6#高炉比肖夫环缝阀位计
<8>、武汉钢铁（集团）公司工业港---配料小车定位控制系统
<9>、武汉钢铁（集团）公司焦化厂---煤塔秤定位系统
<10>、岸桥长行程集群定位系统
<11>、物流小车位移检测系统
<12>、大车间天车集制系统
<13>、炼铁厂的火焰切割机控制系统
<14>、炼铁厂矿石输送料斗车位置检测系统
<15>、矿粉堆匀料机俯仰检测系统
<16>、场桥及轨道吊小车定位系统
<17>、双尺同步测控系统
<18>、焦炉四大车联锁控制系统
<19>、轧钢厂纵横开卷线鞍座车行走定位系统
<20>、堆取料机无人操作系统
三、位移传感器比较
1、增量型旋转编码器
2、型旋转编码器
3、磁致伸缩位移传感器
4、光栅增量型光栅尺
5、电位器型位移传感器
6、接触磁栅型位移传感器
7、电感型位移传感器
8、编码电缆位移传感器
9、激光位移传感器
10、声波传感器
11、涡电流式位移传感器
12、磁感式线性位移传感器
简略比较：针对500米行程控制
1、旋转编码器位置技术
通过安装在车轮上的旋转编码器机车的位置，是一种相对定位的工作方式。优点是，不过2万元人民币，安装方便。缺点是车轮打滑，维护工作量大。
2、磁致伸缩位移传感器
约束型安装，精度很高，价位也高，据我所知目前做不到500米
3、编码电缆位移传感器
安装繁琐、比较笨重、寿命有限大约3-5年就老化了、不防火，耐高温、精度低。售价不会10万元人民币
4、其它传感器
在此讨论的为500米行程，所以我就不多说了！
四、静磁栅长直线型位移控制方案（大车500米行程定位控制）
采用3.2米静磁栅尺（实际测量长度为3米）和167个静磁栅源（500米/3米），静磁栅源有两种安装方式：
（1）静磁栅源可等距离埋在轨道旁与地面平齐；
（2）静磁栅源可等距离安装在摩电道轨道旁与摩电道轨道平齐。
静磁栅尺（3.2米）安装在车上，静磁栅尺与静磁栅源平行，尺源间隙保持在10mm，
说明：
A1、A2、A3、A4、A5.....A(n-3)、A(n-2)、A(n-1)、An均为静磁栅源，n=167
L1为A1点到A2点的距离3米，L2为A2点到A3点的距离3米
LN为需要定位控制的行程500米，JCL为静磁栅尺的长度3.2米，固定在运动机车上
CL为运动机车即大车的长度
1 引言
由于全国各省市城镇化建设的飞速发展，近年来出现严重缺电缺水现象。许多城市出现限电限水现象。国家出巨资进行大规模的给水排水工程建设。据统计及预测, 全国城市缺水2000×104m3/d，排放污水量约1×108m3/d，我国每年新建扩建的水厂近600×104m3/d，污水处理厂的处理能力将达到700×104m3/d左右。建好管好给水厂和污水处理厂是缓解水工业与现代化城镇建设的矛盾，是关系到国计民生的重要课题。在给排水工程的建设和管理运行中，设备运行管理费用很高，其中水厂的电耗约占50％。综观给水排水行业绝大多数是老企业，设备陈旧，供电设备老化，自动化水平低下，药耗严重，控制技术少采用。近几年，新上的给排水厂自动化水平高些，也采用了一些控制技术，也组建了一些优化调速的综合自动化监控系统。但大多数新建的FCS、DCS、PLC监控系统也不能进行网络化监控，造成许多资源的消费。有许多厂站存在先天性的缺陷，变电站位置不合理，配电电缆太多太长，变压器等设备选择不合理，特别是水泵机组选择不合理，工艺流程总体布局不合理，使给水排水系统的电耗居高不下。给排水厂运行管理，应从工艺流程及其配套用电设备的变配电系统的综合设计系统、加药系统、水泵机组系统的三方向进行研究，要每吨水的综合制造单位电耗和药耗标准，即从每吨水的投资到运行的的代价做文章。在这里，单就水泵机组的节能技术在实际中的选择进行分析和研究。
2 城市供水系统特点
2.1 城市供水系统工况特点
一个城市的供水系统特点，就是多水源、多泵站、多水厂、多管网、变化大。一年之中，随季节而变的日变化，一日之内又随时间而变化的时变化。进水水质和流量也是非线性的在变化。设计中一般均以高日高时为设计点，表面上看已满足了供水需求，但实际上大部分系统均不能满足实际的水变化。一个供水系统，一个水厂的综合水泵扬程是由几何高差和管道摩阻变化所组成。几何高差是不变的，而管道摩阻是随流量的平方而变化。当输配水管道距离长而选的几何高差较小时，管道小时，管道摩阻在扬程中所占比重就增大;而在后半夜或所需供水量小时，配水扬程就变得很低，将使水泵的工作点远离区。
2.2 供水系统变化系数
(1) 日变化系数Kd日用水量与年平均日用水量之比叫高日系数Kd1，而低日系数为当日用水量与年平均用水量之比Kd2。一般Kd1在1.2至1.5之间，为了宏观定性分析，取Kd1=1.4, Kd2=0.6。
(2) 时变化系数Kh高时系数Kh1:小时用水量与日平均小时用水量之比; Kh1在1.3至1.6之间，一般取1.4;低时系数Kh2≈0.5左右。
2.3 总的综合扬程流量变化
(1) 取水厂站流量变化:一般，取水厂站选泵的扬程按每年大流量，每年水位来考虑，其流量变化系数为:
KQ=Kd1/Kd2=1.4/0.6=2.33水泵工作扬程：H＝Hh＋Hf＝Hh＋CQ2 （1）
Hh为几何高差, 一般不变化;Hf=CQ2为管道摩阻水头。摩阻水头变化Hfmax/ Hfmin= Kd12/ Kd22=5.4
实际上每年水位机率很小, 每年绝大多数时间均这个低水位, 所选泵的扬程长期不能运转在率区域内。
(2) 净配水厂站流量变化用水的高峰季节，在分压供水系统中要增加供水管网的压力，就要调节管网的供水量，按大供水量、管网压力来选择配水泵及台数。
配水系统流量变化是:可Kj= Kd1* Kk1/ Kd2 Kk2=1.4*1.4/0.6*0.5=6.53
由此可见，流量变化是很大的，配水泵站比取水厂站的流量变化大，这说明水工业领域考虑调流的主要原因。也说明水泵机组优化调速节能的潜力。
3 变频调速是各种调流方式的选择
水泵的特性曲线有Q-H，Q-P，Q-η，Q-G管道特性曲线。它们分别表示流量与扬程、流量与轴功率、流量与效率、流量与管道摩阻特性之间的关系。
(1) 用水量总是变化的, 当用水量减小时, 如果水泵正常运行，则系统压力将增高。当减小到75％和50％时，它们的变化是:用水量减小时, 系统压力憋高，而Hf将加大，Q-G曲线平移到Q′-G′，Q″-G″曲线上，它们与Q-H曲线交点为A′和A″点，由曲线可知，水泵的工作效率降低了，大量水头损失掉了，漏水量也将大大增加。
(2) 为了使水泵工作效率仍保持在区, 采用关小出水闸阀的角度来调流, 此时，水头损失全浪费在闸阀上。
(3) 为了适应流量的变化, 可改变水泵运转台数和组合,此时，水泵的工作点将运转在低效率上，大量的能源将浪费在管道的水头损失上。
(4) 采用变频调速来适应流量变化
(1) Q/Q′/Q″＝n/n′/n″
(2) H/H′/H″＝n2/n′2/n″2
(3) P/P′/P″＝n3/n′3/n″3
(4) n＝60f(1-s)/p
(5)其中:n为转子实际转速;
S为电机转差率;
f为定子频率;
P为电机对数;
Q为综合流量;
H为水泵扬程;
P为电机功率。
如果选用变频调速，就是通过改变定子频率，来改变异步电动机转子的实际转速，同时，又要满足电动机转矩的要求，达到水泵运转在率区域内。
速度改变了，水泵的流量、扬程、功率都随着改变。优化了整个工艺流程运转条件，了水锤破坏的事件。
从公式(2)(3)(4)(5)可知，当流量减小到75％和50％时，Q-H曲线变成Q′-H′、Q″-H″曲线，其效率曲线由Q－η变成Q′-η′和Q″-η″, 水泵效率(B、B′、B″)基本不变，还在区域内，而水泵所需的轴功率也减小了。转速下降了，水头损失不存在，其工作效率却很高。另方面，水泵组合的扬程处处能与管道综合的系统阻力相适应，始终保持管网末稍的压力稳定。当采用液力耦合器或电磁滑差离合器来调速，改变流量，均有一定的节能效果，但转差功率损失了，低速时损耗大，效率低;当采用串级调速技术时，无论采用外串还是内馈，需增设起动电阻和电容补偿，功率因数低，低速时低。
4 实例分析
上世纪80年代，我院承担的百万吨大规模的北京市九水厂设计中，从工艺流程到变配电设备选型，不是按日时的流量和其对应的压力为工作点来选不同容量水泵和水泵组合;而是在满足大设计水量的基础上，尽量使调速特性曲线接近系统的特性曲线，也就是说，尽量将各种调速泵组合的区能套入出现机率的工作段或点上。调速泵台数，应在全年内运行工况中开泵出现次数多的台数为需要的台数，而备用泵选用定速泵。
先看取水泵站。取水泵站的各种台数组合的线，均在系统特性曲线的左侧。在设计运转台数时，应将线包入大流量点的曲线段，曲线向右下方移动，流量加大而扬程降低，使其与4台泵运转的系统特性曲线重合或靠近，水泵综合运转效率就会高。从系统分析看，水泵同时运转4台为经济，考虑分期建设，期选用两台容量大的水泵调速将经济合理。
再看配水厂站配置。从电算可知，期2台泵运转出现机率，其次为3台，同时各种台数组合的区均能包入高日高时流量的基础上向右下方移动，见图2。加大额定流量降低额定扬程，使配水泵综合的线介于两、三台水泵运转时系统特性曲线之间，二期后同时运转需要4台，再考虑日变时变率，运转泵均为调速泵比较合理。当一台调速泵有故障时，三调一定运转，其综合效率降低一点，而工作扬程还是较高。所以，备用泵选用定速泵比较经济合理。只上一台机组，既增加了投资，又无实际意义。
只从理论上研究单台水泵机组调速并不能解决任何实践需要，这种学究式的理论研究是没有任何意义的事情。
5 供水系统选用变频调速技术应注意的问题
5.1 供水系统可选的几种变频调速技术
从上世纪80年代开始，我国水工业真正步入了变频调速时代。如北京水源九厂、深圳梅林水厂、深圳中西部源水系统各泵站、北方南水北调各大输水泵站、上海原水公司和自来水公司、上海排水管理公司、广州、福州、厦门、东莞、天津、重庆、石家庄、昆明、成都、潮州、大庆油田等自来水公司的上百个大中型水厂和泵站都选用了变频调速装置。水泵电机容量从315kW到2500kW，采用变频调速装置的台数1000台以上。200kW以下容量选用变频调速装置就多了。
由于电流型变频器是全控桥整流，谐波非常丰富，对电网公害大，抑制谐波的措施比较复杂，在价格和性上失去了优势，在水工业领域中已很少采用了。220kW及以上水泵机组可选择的变频调速装置有以下5种:
(1) “中－低－中”变频器
优点是变频器价格低，缺点是增加了占地面积和成本，增加了两级变压器损耗，性大大降低了，在低速时，变压器效率低，功率因数也低。
(2) 低压大功率变频器国产低压变频器
已做到1000kW, 国外已做到2000kW。建议尽量选用1.7kV、2.3kV、3.3kV多相特殊电动机。
(3) 中－低压大功率变频器
其优点是中压输电损耗小，低压变频效，输入变压器一侧采用角(△)接法，可吸收变频系统中的高次谐波。
(4) 中－中压变频器l中压IGBT PWM变频器。
额定功率因数≥0.96，系统器件由60支减为24支, 电路简化了, 性提高了。l中压IGCT PWM变频器。额定效率＞98％，额定功率因数＞0.95。
(5) 多重化多级串联中压变频器
美国ROBICON公司、日本安川、富士、公司等公司，都先后推出了多重化多级串联中压变频调速装置。采用多电平结构和多级低压小功率IGBT PWM变频单元串联输出中压变频交流电，实现了大功率集成。额定效率≥96％，额定功率因数≥0.95。但指出，同一容量采用中压设备不但价格贵得多，且性也下降了。
5.2 关于水泵电机采用矢量控制或直接转矩控制的变频调速控制方案的思考
矢量控制系统(VC)和直接转矩控制系统(DTC)，都是的交流变频调速系统，都是转矩控制，都是基于异步电动机的动态数学模型设计的。矢量控制系统的特点是:通过坐标变换，按转子磁链定向，电机模型需要电机参数多，定向准确度受参数变化影响大。
直接转矩控制系统(DTC), 在转速环内，利用转矩反馈直接控制电机的定子转矩磁链。DTC受转子侧参数影响不大, 而VC受转子参数变化影响大, DTC鲁棒性比VC强。
DTC系统由电机的电压和电流计算出定子磁链和转矩，采用砰－砰控制来实现变频器的PWM控制，其着眼点是电压，而矢量控制的着眼点是电流，存在电流调节时间滞后，而DTC没有电流控制环路，没有任何电流反馈，电机可以获得较大的加速电流，产生较快的电流响应和转矩响应，DTC转矩响应比VC快4～5倍。
DTC由于采用砰－砰控制，其开关频率不稳定，其电流的谐波比VC稍大些，变频器效率略比VC低一些，就是说DTC控制变频器的稳态指标要比VC差一些。无速度传感器控制是DTC和VC控制系统共同的研究课题，并不是DTC的发明，它们都采用同样的交流电机数学模型。DTC的低速控制性能不好，用转子磁链控制来补偿DTC的低速性能，控制系统低速时用ISR，高速时过渡到DTC。在水泵机组、生化处理、加药系统中选用DTC系统，还是VC系统，要注意选择，否则有害无益。DTC和VC系统作为的调速系统，在本质上是相同的，都能实现较高的静、动态性能。DTC和VC系统，由于控制方法上的差异，各有特色，各有不同的优缺点，各有侧重的应用领域。矢量控制适应于宽范围调速系统和伺服系统，直接转矩控制适应于快速转矩响应，鲁棒性好的大滞后运动控制系统，两种系统都存在一些不足，两种系统的研究和开发工作都朝着克服其缺点方向发展。
5.3 变频调速的水泵机组联网受控
现在是网络化、电子数字化时代。供水系统是一个非常复杂的受多变量参数影响的大滞后的流程企业系统。“网络就是控制器”。大水泵机组调速是关系到供水质量的重要一环，按总的供水调度的需要进行工作。随着工业以太网TCP／IP技术的不断完善和Internet技术的不断发展，网络监控，可以“e网到底”，水泵机组等各工艺流程的重要设备的调速装置，就像是底层的其他测试仪表一样，是网络上的一个节点，是整个供水系统监控网络的一个棋子。他们都是的统一体，各泵站的水泵机组群体，根据综合小电耗药耗指标，出厂水流量、压力的瞬间需要，由优化控制策略来确定其运转状态。总之，要使现场生产层、控制层和管理决策层集成一个管控一体化的生产系统，确保生产运行始终处在状态。
6 结束语
一个现代化城市的迅猛发展，加速了水工业系统工程的大量上马。水工业领域中的泵类负荷约占全国用电负荷的40％。纵观我国水工业系统绝大部分都设备陈旧、技术落后、耗能严重。1998年发布的我国“节约能源法”明文规定:“逐步实现电动机、风机、泵类设备和系统的经济运行,发展电机调速节电和电力电子技术”;“十五”规划又进一步强调:“积开展资源回收利用大力提高资源综合利用率”，“加快转换工业增长方式，改善质量节能降耗”、“鼓励采用，带动产业结构优化升级”。
生产机械的自动化和现代化，是水工业可持续发展的关键一环，采用交流电机变频调速等是生产自动化的重要手段，是电气传动方面的一场。技术设备落后，是我们很多水厂无法、高质量生产的根源，大力推广变频调速优化调度等，就有可能使老设备一步到位的进入二十一世纪，调速节能势在必行，齐心协力，让水工业在我们的手里尽快优化升级。各研究所及产品制造方面的学者，综合各行各业的生产实践，将那高深莫测的理论研究去解决实践中的生产需要，才会有点。
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