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机电一体化样本

智能供水系统

●开发背景

水泵风机用电量在社会总用电量中所占比重很大，在该领域进行各种节电技术的研究也一直为世界各国所重视。

在我国，据第三次全国工业普查公布的统计资料表明，水泵风机用电量占社会总用电量的33%，其中水泵21%，风机12%。

在该领域进行节电技术和节电产品的研究也一直是作为我国节能工作的重点来进行的。

然而，一方面各种节能技术在很多场合产生了巨大的节电效益，而在另一些场合却又不能或节能不到位。

●基本原理

●系统简介

一、电源

1、市电：

采用工业电网作为电源。

当供电稳定时可采用。

2、油电：

采用柴油发电机作为电源。

用于无市电的情况下或紧急情况下作为备用电源。

如消防系统的备用电源。

3、风电：

采用风力发电机作为电源。

用于无市电且风能比较丰富的地区。

如西部无电区、边防哨所、孤立海岛等。

4、光电：

采用光伏电池作为电源。

用于无市电且光能比较丰富的地区。

如偏远无电力供应的地区，草原牧区。

以上电源可选用一种或采用多种组合的供电方式，以保证系统的可靠性。

如采用风电或光电作为电源，为保证电源在风及太阳光不充足的情况下能够继续供电，需配备相应的蓄能装置（蓄电池组及控制器）及逆变器，如供给直流用电设备，可不加逆变器。

二、控制部分

1、AC控制柜：

分为LQQ（直接起动）、LBQ（变频控制）、LRQ（软起动）、LGQ（高压）型控制柜，控制柜内可加装PLC（可编程控制器），以满足用户要求。

控制内可增加远程数据接口，以便对控制柜进行远程监控。

2、信号反馈装置：

指压力、流量、转速等传感器，将采集到的现场数据反馈给控制柜，进行闭环控制。

3、PC监控单元：

利用PC机通过组态软件对系统的运行进行监控，将系统的工作状态通过PC机实时显示出来，可进行人工/自动控制。

4、GPRS模块：

通过GPRS模块可以将系统的运行状态参数以短信的方式发送到指定人员的手机上，也可通过短信的方式对系统的运行状态进行调整，从而使系统的运行可以做到无人值守或少人值守。

●系统性能及参数

一、电源

1、采用市电时，电源电压可以为三相、380V、50Hz或60Hz，单项、220V、50Hz，也可为高压（3000V、6000V）。

2、采用油电时，电压一般为380V、50Hz或220V、50Hz，输出功率可达2200kVA。

如选用高压柴油发电机组，功率可达2400kW，电压可为10000V、10500V、6300V。

3、采用风电、光电时，配备相应的蓄电池组及逆变器，输出功率可达到0.5~100kVA，电压220V。

二、控制系统

1、AC控制柜

LBQ　变频控制柜

主

要

技

术

数

据

功率范围：

2.2～300kW

电源电压：

380V3相±10%；

电源频率：

48～63Hz

控制连接：

2个可编程的模拟输入（AI）；1个可编程的模拟输出（AO）；

5个可编程的数字输入（DI）；2个可编程的数字输出（DO）。

连续负载能力：

150%In，每10分钟允许1分钟

串行通讯能力：

标准的RS-485接口可使变频器方便地与计算机连接。

保护特性：

过流保护、I2t、过压保护、欠压保护、过热保护、短路保护、接地保护、欠压缓冲、电机欠/过载保护、堵转保护、串行通讯故障保护、AI信号丢失保护等。

相对湿度：

20～90%RH不凝露

外壳防护等级：

IP20

安装高度：

最高为海拔以上1000米，如超过需降容运行。

产

品

特

点

LBQ变频恒压供水控制系统保证供水可靠，水泵工作寿命长，主要控制元件和变频器均采用进口器件，品质优越，具有水池水位自动控制，断水自动停机有水自动恢复运行功能；为了延长泵使用寿命，泵可以自动切换轮回运行；为保证供水可靠，全部设备均能自动和手动起动。

LRQ 系列软起动柜

主

要

技

术

数

据

功率范围：

2.2～300kW

电源电压：

380V3相±10%；

负载特性输入电源电压：

380V/50Hz

适用电机（KW）：

3～300KW

额定工作电流（A）：

6～600A

起动时间：

3~60s

起动电压：

20~90%U

起动电流：

电动机满载电流（FLA）的150%～600%（可调）

停机方式：

软停机，速停机

停机时间：

0～60s

运行方式：

正常运行，节能运行

保护功能：

欠载、欠压、过载、短路、缺相、电流不平衡等

环境温度范围：

－20℃～+45℃

相对湿度：

20～90%RH不凝露

外壳防护等级：

IP20

安装高度：

最高为海拔以上1000米，如超过则需降容运行。

产

品

特

点

LRQ系列软起动控制柜是根据目前在各种水泵机组的特点所开发研制的软起动控制设备，通过软起动控制可以实现水泵电机的平稳起动和平稳停机。

LRQ系列软起动柜可实现软停机，即停机时电机工作电压由额定电压平滑降到零，使机组实现平稳停机。

该控制柜中主回路安装阻容吸收装置，可有效吸收浪涌过电压，提高了电子线路的抗干扰能力和可靠性。

LZQ　系列自耦减压起动柜

主

要

技

术

数

据

功率范围：

2.2～300kW

电源电压：

380V3相±10%；

输入电源电压：

380V/50Hz

适用电机（KW）：

3～300KW

启动时间：

5～15s

启动电压：

65%～80%U

保护功能：

欠压、过载、短路、缺相

环境温度范围：

－20℃~+45℃

相对湿度：

20～90%RH不凝露

安装高度：

最高为海拔以上1000米，如超过则需降容使用。

产

品

特

点

自耦减压起动柜，利用自耦变压器降压的特点，起动时将电源的部分电压加在电机绕组上，起动电流被降低，经过一段整定时间后，再将全部电压加在电机绕组上，使电机加速到额定转速。

其最大优点是相对于全压起动可以很大程度的降低电机起动对电网的冲击.为保证电机正常运行，线路中具备失压、短路、断相、过载保护装置。

LZQ系列启动柜广泛用于各类型泵的配套应用。

LQQ　系列全压启动柜

主

要

技

术

数

据

输入电源电压/频率：

380V/50Hz

适用电机（KW）：

15KW以下

起动时间：

5~15s

起动电压：

100%

保护功能：

欠载、过载、短路、缺相

环境温度范围：

－20℃~+45℃

相对湿度：

20~90%RH不凝露

安装高度：

最高为海拔以上1000米，如超过则需降容使用。

产

品

特

点

全压启动是最简单的起动方式，只须一般电气元件，将电源全部电压直接加到电动机定子绕组上，结构简单，操作简便，但是起动电流大，一般只适用于15KW以下电机。

特殊情况下，考虑到电源容量等具体条件，亦可用于几十千瓦电机。

LQQ系列起动柜多用于小型潜水污水电机配套使用。

LGQ 系列高压起动柜

简

介

我公司生产的高压水泵控制柜充分吸收了国内外水泵控制的先进经验，经过多年生产和应用，不断完善优化后，精心设计制作而成。

产品具有过载、短路、缺相保护以及电机超温及漏电等多种保护功能及齐全的状态显示,并具备单泵及多泵控制工作模式，多种主备泵切换方式及各类起动方式。

2、信号反馈装置：

采用国产或进口压力、流量、转速传感器，反馈为4~20mA电流信号。

3、PC监控单元：

采用工控机配组态软件，界面友好，直观。

4、GPRS模块：

采用优质的工业用GPRS无线通讯模块，性能可靠。

三、负载

负载为各类清水泵、潜水泵、污水泵、渣浆泵。

●主要产品规格型号

一、电源

1、油电

柴油发电机组选型表

机组型号

输出功率

（kW/kVA）

额定电流

（A）

柴油机型号

发电机型号

外形尺寸

L×W×H（mm）

机组重量

（kg）

KXG-30GF

30/37.5

4BT3.9-G2

STC-30

2030×838×1245

800

KXG-50GF

50/62.5

4BTA3.9-G2

STC-50

2030×838×1245

889

KXG-75GF

75/94

135

6BT5.9-G2

TFW2-75-4

2800×1050×1550

1520

KXG-100GF

100/125

180

6BTA5.9-G2

TFW2-100-4

2800×1050×1550

1800

KXG-120GF

120/150

216

6BTAA5.9-G2

TFW2-120-4

2800×1050×1550

1800

KXG-150GF

150/187.5

271

6CTA8.3-G2

TFW2-150-4

2800×1050×1550

1900

KXG-180GF

180/225

324

6CTAA8.3-G2

TFW2-180-4

2900×1050×1650

2400

KXG-200GF

200/250

360

MTA11-G2A

TFW2-200-4

3300×1020×1800

3200

KXG-200GF

200/250

360

6LTAA8.9-G2

TFW2-200-4

3100×1020×1800

3000

KXG-250GF

250/312.5

450

MTA11-G3

TFW2-250-4

3600×1020×1800

3400

KXG-300GF

300/375

540

NTA855-G2A

TFW2-300-4

3400×1100×1730

3500

KXG-320GF

320/400

576

NTAA855-G7

TFW2-300-4

3400×1100×1730

3600

KXG-350GF

350/437.5

630

KTA19-G3

TFW2-350-4

3600×1200×1850

4200

KXG-400GF

400/500

720

KTA19-G4

TFW2-400-4

3600×1200×1850

4400

KXG-500GF

500/625

900

KTAA19-G6A

TFW2-500-4

3700×1400×1850

4600

KXG-550GF

550/687.5

990

KTA38-G2

TFW2-550-4

4400×1450×2100

7300

KXG-630GF

630/787.5

1134

KTA38-G2

TFW2-630-4

4600×1900×2310

8300

KXG-800GF

800/1000

1440

KTA38-G2A

TFW2-800-4

4600×1900×2310

8800

KXG-1000GF

1000/1250

1800

KTA38-G9A

TFW2-1000-4

4600×1900×2300

9200

KXG-1200GF

1200/1500

2160

KTAA50-G8

TFW2-1200-4

5600×1900×2310

8800

2、风电

风力发电机组选型表

产品型号

额定功率W

输出电压V

额定风速m/s

风叶直径m

KFD-2

2000

3.6

KFD-2.5

2500

KFD-5

5000

220

KFD-10

10000

360

KFD-30

30000

240-360

3、光电

硅光电池规格：

电压：

2V、3.5V、4V、5V、5.5V、6V、9V、12V、18V、30V。

电流：

10mA、20mA、30mA、40mA、50mA、80mA、100mA、120mA、150mA、200mA。

功率范围:

0.05W—200W 电压:

0.5V—100V 电流：

25mA—800mA。

用户可按要求组成硅光电池阵列，达到用户的电压和功率要求。

二、AC控制柜型号表

序号

适配电机功率（kW）

直接起动LQQ型

自耦降压起动LZQ型

软起动LRQ型

变频起动LBQ型

7.5

LQQ-7.5kW

LZQ-7.5kW

LRQ-7.5kW

LBQ-7.5kW

LQQ-11kW

LZQ-11kW

LRQ-11kW

LBQ-11kW

LQQ-15kW

LZQ-15kW

LRQ-15kW

LBQ-15kW

18.5

—

LZQ-18.5kW

LRQ-18.5kW

LBQ-18.5kW

—

LZQ-22kW

LRQ-22kW

LBQ-22kW

—

LZQ-30kW

LRQ-30kW

LBQ-30kW

—

LZQ-37kW

LRQ-37kW

LBQ-37kW

—

LZQ-45kW

LRQ-45kW

LBQ-45kW

—

LZQ-55kW

LRQ-55kW

LBQ-55kW

—

LZQ-75kW

LRQ-75kW

LBQ-75kW

—

LZQ-90kW

LRQ-90kW

LBQ-90kW

110

—

LZQ-110kW

LRQ-110kW

LBQ-110kW

115

—

LZQ-115kW

LRQ-115kW

LBQ-115kW

132

—

LZQ-132kW

LRQ-132kW

LBQ-132kW

160

—

LZQ-160kW

LRQ-160kW

LBQ-160kW

185

—

LZQ-185kW

LRQ-185kW

LBQ-185kW

200

—

LZQ-200kW

LRQ-200kW

LBQ-200kW

225

—

LZQ-225kW

LRQ-225kW

LBQ-225kW

250

—

LZQ-250kW

LRQ-250kW

LBQ-250kW

300

—

LZQ-300kW

LRQ-300kW

LBQ-300kW

●产品选型配套表

电源

□市电

1、电压：

□110V□220V□380V□400V□415V□660V□690V□1140V□3000V□6000V□10000V□其它V

2、相数：

□单相□三相

3、频率：

□50Hz□60Hz

□油电

1、电压：

□220V□380V□其它V

2、功率：

□kW

3、相数：

□单相□三相

4、频率：

□50Hz□60Hz

□风电

□蓄电池

电压：

□24V□36V□48V□其它V

容量：

□105AH□150AH□200AH□300AH□400AH

数量：

□组

□逆变器

输出电压：

□单相220V□三相380V

输出功率：

□kW

□光电

□蓄电池

电压：

□12V□其它V

容量：

□7Ah□10Ah□24Ah□33Ah□40Ah□55Ah□65Ah□75Ah□100Ah□150Ah□200Ah

数量：

□组

□逆变器

输出电压：

□单相220V□三相380V

输出功率：

□kW

负载

水泵

厂矿企业（钢铁、制药、化肥、化工、供热、发电、炼油等）输送水、油、气等不同介质的循环泵站、提升泵站、引送风机站、除尘风机站等，以及市政、水利部门（自来水厂、污水厂等）的取、送水泵站、调水泵站等大中型泵（风机）站系统。

●主要功能：

1）、实现泵（风机）站计算机手动控制、自动控制运行；既可计算机人工控制，也可计算机自动优化控制；

2）、控制泵（风机）站系统运行在高效经济区，既满足生产工艺要求，同时省电方式运行；

3）、上位机可以实时监测流量、压力、液位、温度等工艺参数，并有形象直观的历史趋势图，方便查阅数据。

4）可增加GPRS扩展模块，利用移动通信设备实时监控泵站运行状况，并对泵（风机）站的运行进行控制。

●水泵变频控制节能原理

图1为水泵调速时的全扬程特性（H-Q）曲线。

用阀门控制时，当流量要求Q从减小到Q1，必须关小阀门。

这时阀门的磨擦阻力变大，阻力曲线从R移到R＇，扬程则从H0上升到H1，运行工况点从A点移到B点。

用调速控制时，当流量要求从Q减小到Q1，由于阻力曲线R不变，泵的特性取决于转速，如果把速度从N100降到N80，运行工况点则从A点移到C点，扬程从H0下降到H2。

根据离心泵的特性曲线公式：

P=γQH/（102η）

（1）

式中:

P-水泵使用工况轴功率

Q-使用工况点的水压或流量

H-使用工况点的扬程

γ-输出介质单位体积重量

η-使用工况点的泵效率

可求出运行在B点泵的轴功率和C点泵的轴功率分别为：

PB=γQ1H1/（102η）

（2）

PC=γQ1H2/（102η）（3）

两者之差为:

P=PB-PC=γQ1（H1-H2）/（102η）（4）

Q∝n；H∝n2；P∝n3；（5）

也就是说，用阀门控制流量时，有△P功率被损耗浪费掉了，且随着阀门不断关小,这个损耗还要增加。

而用转速控制时，根据流量Q、扬程H、功率P和转速n之间的关系，有：

由（5）式可知，流量Q与转速n的一次方成正比，扬程H与转速n的二次方成正比；轴功率P与转速n的三次方成正比，即功率与转速成三次方的关系下降。

如果不是用关小阀门的方法，而是把电机转速降下来，那么在转运同样流量的情况下，原来消耗在阀门的功率就可以全避免，从而获得图1中BC区域大小的节能效果，这就是水泵调速节能原理。

●产品应用

1、KWL型智能稳流给水设备

KWL型智能稳流给水设备模型

KWL型智能稳流给水设备是我公司在变频给水设备的基础上开发的一种管网直接增压供水设备。

系统直接串接在市政管网上，正常运行时对市政管网不形成任何负压，完全符合我国《城市供水条例》的要求。

它可以取代蓄水池、高位水箱，能充分利用自来水管网的压力直接供水或接力供水，避免二次污染和能源的浪费，大幅度节省了基建投资并缩短了施工工期。

产品特点

节能、环保、用途广泛、适应性强、功能全、智能化程度高。

工作原理

当系统供水压力随着用水量的大小变化而变化时，通过传感器检测出口压力的大小，并将此压力与设定的压力相比较，根据其差值的大小计算给出一个调节控制信号提供给变频器，变频器根据接受导的信号的大小调整水泵的转速，从而改变供水管网的流量，相应的也稳定了供水压力。

控制柜

旁通阀

压力传感器

气压罐

泵出水阀

真空消除器

稳流罐

供水罐

泵进口阀

水泵

液位传感器

集水管

市政管网

系统工作原理图

型号说明

性能参数范围

供水压力：

0.27~0.58MPa，供水流量：

0.56~15l/s，稳流罐容积：

0.12~2.3m3

主要应用

音乐喷泉高尔夫球场喷灌系统高楼无塔供水

各类建筑物生活用水、喷淋系统，各类工况企业的生产、生活供水，采暖、空调、冷热水循环系统，城乡中型水厂、加压泵站，锅炉恒压补水系统，排水系统，音乐喷泉。

2、KXB型自动消防供水设备

KXB型自动消防供水设备是我公司在现有消防供水设备基础上结合智能控制原理开发的一种消防供水设备。

该系统采用智能控制原理，可靠性高。

产品特点

（1）技术先进，自动控制功能齐全，消防泵恒压变频给水，具有消除超压功能；

（2）根据用户要求可实现定期自动巡检和随时手动巡检功能，解决了泵锈死导致无法正常工作的问题，提供了设备的可靠性；

（3）具有与消防控制中心联控功能；

（4）稳压泵的初期灭火系统，具有自动轮换功能；

（5）集成了齐全的消防报警、设备故障报警、声光显示等功能；

（6）全套设备具有自动、手动操作系统，具有异地和消防中心操作等功能；

（7）运行可靠，工艺先进，电气智能控制先进，运行可靠，符合消防规范规定。

工作原理

设备运行前应对隔膜式气压罐充气，充气压力应接近消防供水所需最低压力。

设备调试正常运行后，系统水压将保持在设定的上、下限（即稳压泵的起动和停机压力）之间。

当由于管网泄露，造成系统压力降低至下限时，稳压泵自动起动补水使压力上升。

当压力上升至上限值时，稳压泵自动停机，如此反复，系统水压将长期维持在设定的上下限之间。

当消防用水时，因流量较大，系统压力迅速下降（小流量的稳压泵起动运行也不能维持水压），当系统压力降至消防泵起动压力时，消防泵自动起动供水。

在消防泵起动至额定转速的过程中靠气压罐来提供所需的消防水压和水量。

系统原理图

根据用户要求，KXB自动消防给水设备也可采用自动补气的气压罐作为储能器，其自动补水、补气的控制方法为：

在设定的压力下限，若在设定水位点检测为水，表明水够而气不够，起动补气装置补气；若检测为气，说明气够而水不够，起动稳压泵补水，每次压力下降时，都将重复上述运行过程，从而使罐内气水比例不断得到调整，保证气压罐的有效水容积。

消防用水时，稳压泵起动，但阻止不住压力下降，当压力下降至消防泵的起动压力时，则起动消防泵供水。

型号说明

性能参数

消防泵型：

L—立式结构W—卧式结构

气压罐类型：

I—补气型II—隔膜式

附加功能：

H—双电源切换C—消防自动巡检

设备最高工作压力为：

0.4、0.6、（0.8）、1.0、（1.2）、1.5、2.5MPa（括号内参数不推荐使用）

设备的供水流量为：

5.0、7.0、10.0、13.0、15.0、20.0、25.0、30.0、40.0、50.0l/s

消防稳压泵的流量为：

0.56、1.11、1.67、3.33、5.0l/s

消防稳压罐总容积：

0.05、0.08、0.12m3

有效水容积：

0.15、0.3、0.45、0.6、0.8、1.2、1.8、2.5、3.2、4.5、6.0、8.0、12、18m3

3、企业供水工程

某矿业集团为满足生产区和办公区用水，在山下打了7眼水井，井径500mm，1-5#井深15m，6#井深14m，7#井深13.5m，分布如右图。

其中6#水井用于办公区用水，其他水井用于生产区用水。

生产区与取水位置垂直位差136m，距离约2000m。

要求合理使用各水源井，并根据生产中实际用水量进行控制，高效节能。

方案设计：

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