恒壓供水控制系統(tǒng)的設(shè)計說明_第1頁
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文檔簡介

1、天津理工大學自動化學院專業(yè)設(shè)計報告題目:恒壓供水控制系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計學生 周延學號 20071067屆2011班級 電氣07-2指導(dǎo)教師 順峰專業(yè)電氣工程及其自動化1. 專業(yè)設(shè)計文本材料包括設(shè)計報告、任務(wù)書、指導(dǎo)書三部分,其中 任務(wù)書、指導(dǎo)書由教師完成。按設(shè)計報告、任務(wù)書、指導(dǎo)書順序 裝訂成冊。2. 學生根據(jù)指導(dǎo)教師下達的任務(wù)書、指導(dǎo)書完成專業(yè)設(shè)計工作,合 作完成的專業(yè)設(shè)計,要在設(shè)計報告概述中明確說明分工。3. 設(shè)計報告容建議主要包括:設(shè)計概述、設(shè)計原理、設(shè)計方案分析、 軟硬件具體設(shè)計、調(diào)試分析、總結(jié)以及參考資料等容,不同類型的 設(shè)計可有所區(qū)別。4. 設(shè)計報告字數(shù)應(yīng)在3000-4000字

2、,圖紙設(shè)計應(yīng)采用電子繪圖、且 符合相應(yīng)國標,文字規(guī)借鑒參考畢業(yè)設(shè)計要求。5. 專業(yè)設(shè)計成績由平時成績(50%、報告成績(30%和答辯成績(20% 組成。專業(yè)設(shè)計應(yīng)給出適當?shù)脑u語。專業(yè)設(shè)計評語及成績匯總表成績平時成績報告成績答辯成績總評成績專業(yè)設(shè)計評語目錄第一章緒論 11.1緒論 11.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 31.3本課題的主要研究容 4第二章系統(tǒng)的理論分析及控制方案的確定 52.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 52.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)理論方案的確定 5第三章系統(tǒng)的硬件設(shè)計 73.1系統(tǒng)主要設(shè)備的選型 73.2系統(tǒng)主電路分析及其設(shè)計 93.3 PLC 的I/O端口分配及外圍接線圖 1

3、0第四章系統(tǒng)的軟件設(shè)計134.1 系統(tǒng)的軟件設(shè)計分析 134.2 PLC 程序設(shè)計 15第一章 緒論1.1 緒論隨著社會的發(fā)展和進步, 城市建筑的供水問題日益突出, 一方面要求提高供 水質(zhì)量,不要因為壓力的波動造成供水障礙; 另一方面要求供水的可靠性和安全 性,在發(fā)生火災(zāi)時能夠可靠供水。 針對這兩方面的要求, 新的供水方式和控制系 統(tǒng)應(yīng)運而生,這就是PLC控制的恒壓無塔供水系統(tǒng)。恒壓供水包括生活用水的恒 壓控制和消防用水的恒壓控制即雙恒壓系統(tǒng)。 恒壓供水保證了供水的質(zhì)量, 以 PLC為主機的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能,提高了系統(tǒng)的可靠性。傳統(tǒng)的供水方式有:恒速泵加壓供水、氣壓罐供水、水塔高位

4、水箱供水、液 力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等方式, 其優(yōu)、缺點如下:(1) 恒速泵加壓供水方式無法對供水管網(wǎng)的壓力做出及時的反應(yīng), 水泵的增 減都依賴人工進行手工操作, 自動化程度低, 而且為保證供水, 機組常處于滿負 荷運行,不但效率低、耗電量大,而且在用水量較少時,管網(wǎng)長期處于超壓運行 狀態(tài),爆損現(xiàn)象嚴重,電機硬起動易產(chǎn)生水錘效應(yīng),破壞性大,目前較少采用。(2) 氣壓罐供水具有體積小、 技術(shù)簡單、 不受高度限制等特點, 但此方式調(diào) 節(jié)量小、水泵電機為硬起動且起動頻繁, 對電器設(shè)備要求較高、 系統(tǒng)維護工作量 大,而且為減少水泵起動次數(shù),停泵壓力往往比較高,致

5、使水泵在低效段工作。(3) 水塔高位水箱供水具有控制方式簡單、 運行經(jīng)濟合理、 短時間維修或停 電可不停水等優(yōu)點,但存在基建投資大,占地面積大,維護不方便,水泵電機為 硬起動,啟動電流大等缺點, 頻繁起動易損壞聯(lián)軸器, 目前主要應(yīng)用于高層建筑。(4) 液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式易漏油, 發(fā)熱需冷卻, 效 率低,改造麻煩,只能是一對一驅(qū)動,需經(jīng)常檢修;優(yōu)點是價格低廉,結(jié)構(gòu)簡單 明了,維修方便。(5) 單片機變頻調(diào)速供水系統(tǒng)也能做到變頻調(diào)速, 自動化程度要優(yōu)于上面 4 種供水方式, 但是系統(tǒng)開發(fā)周期比較長, 對操作員的素質(zhì)要求比較高, 可靠性比 較低,維修不方便,且不適用于惡劣的工業(yè)

6、環(huán)境。綜上所述,傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在浪費水力、電力資源;效率低;可靠性差;自動化程度不高等缺點,嚴重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的 用水。目前的供水方式朝向高效節(jié)能、自動可靠的方向發(fā)展,變頻調(diào)速技術(shù)以其 顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式,在風機、水泵、空氣壓縮機、制冷壓縮 機等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用,特別是在城鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級加壓系統(tǒng),居民生活 用水的恒壓供水系統(tǒng)中,變頻調(diào)速水泵節(jié)能效果尤為突出, 其優(yōu)越性表現(xiàn)在:一 是節(jié)能顯著;二是在開、停機時能減小電流對電網(wǎng)的沖擊以及供水水壓對管網(wǎng)系 統(tǒng)的沖擊;三是能減小水泵、電機自身的機械沖擊損耗?;赑LC和變頻技術(shù)的恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)

7、、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù) 于一體。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性, 同時系統(tǒng)具 有良好的節(jié)能性,這在能源日益緊缺的今天尤為重要, 所以研究設(shè)計該系統(tǒng),對 于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。下面是一個四泵生活/消防的雙恒壓無塔供水系統(tǒng)。如圖1所示,市網(wǎng)來水 用高低水位控制器EQ來控制注水閥MB1它們自動把水注滿儲水池,只要水位 低于高水位,則自動往水箱中注水。水池的高/低水位信號也直接送給PLC,作為 低水位報警用。為了保證供水的連續(xù)性水位上下限傳感器高低距離不是相差太 大。生活用水和消防用水公用四臺泵, 電磁閥MB2平時處于失電狀態(tài),關(guān)閉消

8、防 管網(wǎng),四臺泵根據(jù)生活用水的多少,按一定邏輯控制運行,使生活用水在恒壓狀 態(tài)(生活用水低恒壓值)下進行;當有火災(zāi)發(fā)生時,電磁閥 MB2得電,關(guān)閉生活 用水管網(wǎng),四臺泵供消防用水使用,并根據(jù)用水量的大小,使消防供水也在恒壓 狀態(tài)(消防用水高恒壓值)下進行?;馂?zāi)結(jié)束后,四臺泵在改為生活供水使用。圖1.1生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)工藝流程圖對四泵生活 / 消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是:(1)生活供水時,系統(tǒng)應(yīng)在低恒壓值運行,消防供水時系統(tǒng)應(yīng)在高恒壓值 運行;(2)四臺泵根據(jù)恒壓的需要,采取“先開先停”的原則接入和退出;(3)在用水量小的情況下,如果一臺泵連續(xù)運行時間超過三小時,則要切 換到下一臺泵

9、,即系統(tǒng)具有“倒泵功能” ,避免某一臺泵工作時間過 長;(4)四臺泵在啟動時要具有軟啟動功能;(5)要有完善的報警功能;(6)對泵的操作要有手動控制功能,手動只在應(yīng)急或檢修時臨時使用。1.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國外研究現(xiàn)狀 變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。 在早期,由于 國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、 升降速控制、 正反轉(zhuǎn)控制、 起動 控制以及制動控制、壓頻比控制以及各種保護功能。 應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中, 變頻器僅作為執(zhí)行, 為了滿足供水量大小需求不同時, 保證管網(wǎng)壓力恒定, 需在 變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器, 對壓力進行閉環(huán)控制。 隨著變頻技術(shù)

10、 的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、 可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點以 及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認可后, 國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并 推出具有恒壓供水功能的變頻器,像日本 Samco公司,就推出了恒壓供水基板, 備有“變頻泵固定方式” 、“變頻泵循環(huán)方式”兩種模式它將 PID 調(diào)節(jié)器和 PLC 可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上,通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn) PLC 和 PID 等電控系統(tǒng)的功能,只要搭載配套的恒壓供水單元,便可直接控制多個置的 電磁接觸器工作, 可構(gòu)成最多 7 臺電機(泵)的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖微化了電路 結(jié)構(gòu),降低了設(shè)備成本, 但其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性

11、, 系統(tǒng)的動態(tài)性能 和穩(wěn)定性不高,與別的監(jiān)控系統(tǒng)(如BA系統(tǒng))和組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信,并 且限制了帶負載的容量,因此在實際使用時其圍將會受到限制3 。目前國有不少公司在做變頻恒壓供水的工程, 大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速, 水管管 網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制,有的采用可編程控制器(PLC)及相應(yīng) 的軟件予以實現(xiàn);有的采用單片機及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)。 但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、 穩(wěn)定性能、 抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標來說, 還遠遠沒能達到 所有用戶的要求。原華為電氣公司和希望集團也推出了恒壓供水專用變頻器 (5.5kw22kw),無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器,可完成最

12、多4臺水泵的循環(huán)切換、 定時起、停和定時循環(huán)。 該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變 頻器部實現(xiàn), 但其輸出接口限制了帶負載容量, 同時操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通 信功能,因此只適用于小容量,控制要求不高的供水場所??梢钥闯觯壳霸趪?外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中, 對于能適應(yīng)不同的用水場合, 結(jié)合 現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性 (EMC)的變頻恒壓供 水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制研究得不夠。 因此,有待于進一步研究改善變頻恒壓供水 系統(tǒng)的性能,使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實踐。1.3 本課題的主要研究容本設(shè)計是以小區(qū)供水系統(tǒng)為控制對象, 采用PLC和變頻

13、技術(shù)相結(jié)合技術(shù),設(shè) 計一套城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng), 保證了整個系統(tǒng)運行可靠, 安全節(jié)能, 獲得最佳 的運行工況。PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器和 現(xiàn)場的水泵機組一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng),本設(shè)計中有4 個貯水池, 4臺水泵,水泵的啟停。它的設(shè)計要求:( 1)根據(jù)主管道給出的壓力信號決定水 泵的啟停,當壓力低于正常壓力時啟動一個水泵,10s 后仍低,則啟動下一臺;當壓力高于正常壓力時。切斷一臺水泵, 10s 后高壓信號仍存在,切斷下一臺。 (2 )恒壓供水系統(tǒng)主要是由 4個水泵完成對主管道供水壓力的維持, 考慮到電 機的保護,要求 4臺水泵的運行時間和頻率盡可

14、能一致。 也就是說,需要接通時, 首先啟動停止時間最長的那臺,而需要切斷時則先停止運轉(zhuǎn)時間最長的那臺。根據(jù)以上控制要求,進行系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計。硬件設(shè)備選型、PLC選型, 估算所需 I/O 點數(shù),進行 I/O 模塊選型, 繪制系統(tǒng)硬件連接圖: 包括系統(tǒng)硬件配 置圖、 I/O 連接圖,分配 I/O 點數(shù),列出 I/O 分配表,熟練使用相關(guān)軟件,設(shè)計 梯形圖控制程序,對程序進行調(diào)試和修改。第二章系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定2.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析水泵電機多采用三相異步電動機,而其轉(zhuǎn)速公式為:60 fn (1s)(2.1)P式中:f表示電源頻率,p表示電動機極對數(shù),s表示轉(zhuǎn)差率。從上式可知

15、,三相異步電動機的調(diào)速方法有:(1) 改變電源頻率(2) 改變電機極對數(shù)(3) 改變轉(zhuǎn)差率改變電機極對數(shù)調(diào)速的調(diào)控方式控制簡單, 投資省,節(jié)能效果顯著,效率高, 但需要專門的變極電機,是有級調(diào)速,而且級差比較大,即變速時轉(zhuǎn)速變化較大, 轉(zhuǎn)矩也變化大,因此只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機器。 改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速為了保證其 較大的調(diào)速圍一般采用串級調(diào)速的方式, 其最大優(yōu)點是它可以回收轉(zhuǎn)差功率,節(jié) 能效果好,且調(diào)速性能也好,但由于線路過于復(fù)雜,增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗, 且成本高而影響它的推廣價值。下面重點分析改變電源頻率調(diào)速的方法及特點。根據(jù)公式可知,當轉(zhuǎn)差率變化不大時,異步電動機的轉(zhuǎn)速n基本上與電源頻 率f

16、成正比。連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率,就可以平滑地改變電動機的轉(zhuǎn)速。但是,單一 地調(diào)節(jié)電源頻率,將導(dǎo)致電機運行性能惡化。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,已出現(xiàn) 了各種性能良好、工作可靠的變頻調(diào)速電源裝置,它們促進了變頻調(diào)速的廣泛應(yīng) 用。2.2變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方案的確定恒壓變頻供水系統(tǒng)主要有壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機組以 及低壓電器組成。系統(tǒng)主要的任務(wù)是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或 循環(huán)控制多臺水泵,實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機的軟起動以及變頻水泵與工 頻水泵的切換,同時還要能對運行數(shù)據(jù)進行傳輸和監(jiān)控。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)要求,有以下幾種方案可供選擇:(1) 有供水基板的變頻器 +水泵機組

17、 +壓力傳感器這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在 變頻器供水基板上,通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn)PLC和 PID等電控系統(tǒng)的功能。它雖 然微化了電路結(jié)構(gòu), 降低了設(shè)備成本, 但在壓力設(shè)定和壓力反饋值的顯示方面比 較麻煩,無法自動實現(xiàn)不同時段的不同恒壓要求,在調(diào)試時, PID 調(diào)節(jié)參數(shù)尋優(yōu) 困難,調(diào)節(jié)圍小,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能不易保證。其輸出接口的擴展功能缺乏 靈活性,數(shù)據(jù)通信困難, 并且限制了帶負載的容量, 因此僅適用于要求不高的小 容量場合。(2) 通用變頻器 +單片機(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制 )+人機界面 +壓力傳感器 這種方式控制精度高、控制算法靈活、參數(shù)調(diào)

18、整方便,具有較高的性價比,但開發(fā)周期長,程序一旦固化,修改較為麻煩,因此現(xiàn)場調(diào)試的靈活性差,同時 變頻器在運行時,將產(chǎn)生干擾,變頻器的功率越大,產(chǎn)生的干擾越大,所以必須 采取相應(yīng)的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠性。 該系統(tǒng)適用于某一特定領(lǐng)域的小容 量的變頻恒壓供水中。(3) 通用變頻器+PLC包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)+人機界面+ 壓力傳感器 這種控制方式靈活方便。 具有良好的通信接口, 可以方便地與其他的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換,通用性強;由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化,用戶可靈活組成各種 規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計上,只需確定PLC的硬件配置和I/O的外 部接線,當控制要求發(fā)生改變時,可以方便

19、地通過PC機來改變存貯器中的控制程序,所以現(xiàn)場調(diào)試方便。同時由于 PLC的抗干擾能力強、可靠性高,因此系統(tǒng) 的可靠性大大提高。 該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合, 并且與供水 機組的容量大小無關(guān)。通過對以上這幾種方案的比較和分析, 可以看出第三種控制方案更適合于本 系統(tǒng)。這種控制方案既有擴展功能靈活方便、 便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點, 又能達到系 統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度的要求。第三章系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)主要設(shè)備的選型根據(jù)基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理,系統(tǒng)的電氣控制總框圖如圖3.1所示:t”,XXA/D模塊可編程控制器(PLC)通訊模塊變頻器故障、狀態(tài) 等量輸入報警、控制 等量輸岀軟啟動、

20、自 耦變壓器上位機、組態(tài)等壓力 變送器人機界面水泵機組圖3.1系統(tǒng)的電氣控制總框圖由以上系統(tǒng)電氣總框圖可以看出,該系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備應(yīng)包括以下幾部分:(1) PLC及其擴展模塊、(2)變頻器、(3)水泵機組、(4)壓力變送器、(5)液位變送器。3.1.1 PLC及其擴展模塊的選型PLC是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心,它要完成對系統(tǒng)中所有輸入號的 采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實現(xiàn)以及對外的數(shù)據(jù)交換。 因此我們在選擇 PLC時,要考慮PLC的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、存空間、通訊接口及協(xié)議、 帶擴展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素。由于恒壓供水自動控制 系統(tǒng)控制設(shè)備相對較少,因此

21、 PLC選用德國SIEMENS公司的S7-200型。S7-200 型PLC的結(jié)構(gòu)緊湊,價格低廉,具有較高的性價比,廣泛適用于一些小型控制系 統(tǒng)。SIEMENS司的PLC具有可靠性高,可擴展性好,又有較豐富的通信指令等 優(yōu)點;PLC可以上接工控計算機,對自動控制系統(tǒng)進行監(jiān)測控制。根據(jù)控制系統(tǒng)實際所需端子數(shù)目,系統(tǒng)共需要有開關(guān)量輸入點6個、開關(guān)量 輸出點12個;模擬量輸入點1個、模擬量輸出點1個。如果選用CPU224 PLC, 也需要擴展單元;如果選用 CPU226PLC則價格較高,浪費較大。參照西門子S7-200 PLC產(chǎn)品目錄及市場目錄及市場實際價格,選用主機為 CPU 222(8入/ 繼電器

22、輸出)一臺,加上一臺擴展模塊 EM222(8點繼電器輸出),在擴展一個模 擬量模塊EM235(4AI/1AO)。這樣的配置是最經(jīng)濟的。整個PLC系統(tǒng)的配置如圖2 所示,3.1.2變頻器的選型變頻器是本系統(tǒng)控制執(zhí)行的硬件,通過頻率的改變實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié),從而改變出水量。變頻器的選擇必須根據(jù)水泵電機的功率和電流進行選擇。 根據(jù) 控制功能不同,通用變頻器可分為三種類型:普通功能型U/f控制變頻器、具有 轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型U/f控制變頻器以及矢量控制高功能型變頻器。 供水系 統(tǒng)屬泵類負載,低速運行時的轉(zhuǎn)矩小,可選用價格相對便宜的 U/f控制變頻器。由于本設(shè)計中PLC選擇的西門子S7-200型號

23、,為了方便PLC和變頻器之間 的通信,我們選擇西門子的 MicroMaster440變頻器。它是用于三相交流電動機 調(diào)速的系列產(chǎn)品,由微處理器控制,采用絕緣柵雙極型晶體管作為功率輸出器件, 具有很高的運行可靠性和很強的功能。3.2系統(tǒng)主電路分析及其設(shè)計基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖如圖 2所示:四臺電機分別為 M1 M2 M3 M4它們分別帶動水泵 1#、2#、3#、4#。接觸器 KM1 KM3 KM5 KM7 分別控制M1 M2 M3 M4的工頻運行;接觸器 KM2 KM4 KM6 KM8分別控制 Ml M2 M3 M4的變頻運行;BB1 BB2 BB3 BB4分別為四臺水泵電機過載保

24、 護用的熱繼電器;FU為主電路的熔斷器。本系統(tǒng)米用四泵循環(huán)變頻運行方式,即4臺水泵中只有1臺水泵在變頻器控 制下作變速運行,其余水泵在工頻下做恒速運行,在用水量小的情況下,如果變 頻泵連續(xù)運行時間超過3h,則要切換下一臺水泵,即系統(tǒng)具有“倒泵功能”,避 免某一臺水泵工作時間過長。因此在同一時間只能有一臺水泵工作在變頻下,但 不同時間段四臺水泵都可輪流做變頻泵。圖3.2變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖三相電源經(jīng)低壓熔斷器、隔離開關(guān)接至變頻器的 R、S、T 端,變頻器的輸出 端U、V、W通過接觸器的觸點接至電機。當電機工頻運行時,連接至變頻器的隔 離開關(guān)及變頻器輸出端的接觸器斷開, 接通工頻運行的接觸器和

25、隔離開關(guān)。 主電 路中的低壓熔斷器除接通電源外, 同時實現(xiàn)短路保護, 每臺電動機的過載保護由 相應(yīng)的熱繼電器FR實現(xiàn)。變頻和工頻兩個回路不允許同時接通。而且變頻器的 輸出端絕對不允許直接接電源, 故必須經(jīng)過接觸器的觸點, 當電動機接通工頻回 路時,變頻回路接觸器的觸點必須先行斷開。 同樣從工頻轉(zhuǎn)為變頻時, 也必須先 將工頻接觸器斷開,才允許接通變頻器輸出端接觸器,所以 KM1和KM2 KM3和 KM4 KM5和KM6 KM7和KM8絕對不能同時動作,相互之間必須設(shè)計可靠的互鎖。 為監(jiān)控電機負載運行情況,主回路的電流大小可以通過電流互感器和變送器將 4-20mA 電流信號送至上位機來顯示。同時可

26、以通過通過轉(zhuǎn)換開關(guān)接電壓表顯示 線電壓。并通過轉(zhuǎn)換開關(guān)利用同一個電壓表顯示不同相之間的線電壓。 初始運行 時,必須觀察電動機的轉(zhuǎn)向,使之符合要求。如果轉(zhuǎn)向相反,則可以改變電源的 相序來獲得正確的轉(zhuǎn)向。系統(tǒng)啟動 運行和停止的操作不能直接斷開主電路(如直接使熔斷器或隔離開關(guān)斷開 ) ,而必須通過變頻器實現(xiàn)軟啟動和軟停。為提高 變頻器的功率因數(shù), 必須接電抗器。 當采用手動控制時, 必須采用自耦變壓器降 壓啟動或軟啟動的方式以降低電流,本系統(tǒng)采用軟啟動器。3.3 PLC 的 I/O 端口分配及外圍接線圖基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計的基本要求如下:(1) 由于白天和夜間小區(qū)用水量明顯不同, 本設(shè)計

27、采用白天供水和夜間供水 兩種模式,兩種模式下設(shè)定的給定水壓值不同。白天,小區(qū)的用水量大,系統(tǒng)高 恒壓值運行;夜間,小區(qū)用水量小,系統(tǒng)低恒壓值運行。(2) 在用水量小的情況下,如果一臺水泵連續(xù)運行時間超過3h,則要切換下一臺水泵,即系統(tǒng)具有“倒泵功能” ,避免某一臺水泵工作時間過長。倒泵只 用于系統(tǒng)只有一臺變頻泵長時間工作的情況下。(3) 考慮節(jié)能和水泵壽命的因素, 各水泵切換遵循先啟先停 先停先啟原則。(4) 四臺水泵在啟動時要有軟啟動功能,對水泵的操作要有手動 / 自動控制 功能,手動只在應(yīng)急或檢修時臨時使用(5) 系統(tǒng)要有完善的報警功能。所以有控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號的名稱、代碼及地址編號

28、如表1所列。水位上下限信號分別為10.1、10.2。它們在水淹沒時為0,露出時為1。名稱代碼地址標號輸入信號消防信號SF0I0.0水池水位下限信號BGI0.1水池水位上限信號BGI0.2變頻器報警信號KFUI0.3消鈴按鈕SF9I0.4試燈按鈕SF10I0.5遠程壓力表模擬量電壓值UPAIW0輸出信號1#泵工頻運行接觸器及指示燈QA1,PG1Q0.01#泵變頻運行接觸器及指示燈QA2,PG2Q0.12#泵工頻運行接觸器及指示燈QA3,PG3Q0.22#泵變頻運行接觸器及指示燈QA4,PG4Q0.33#泵工頻運行接觸器及指示燈QA5,PG5Q0.43#泵變頻運行接觸器及指示燈QA6,PG6Q0.

29、54#泵工頻運行接觸器及指示燈QA7,PG7Q0.64#泵變頻運行接觸器及指示燈QA8,PG8Q0.7生活/消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥MB2Q1.0水池水位下限報警指示燈PG7Q1.1變頻器故障報警指示燈PG8Q1.2火災(zāi)報警指示燈PG9Q1.3報警電鈴PBQ1.4變頻器頻率復(fù)位控制KFQ1.5控制變頻器頻率電壓信號VFAQW0PLC的I/O端口分配表3.2,畫出PLC及擴展模塊外圍接線圖,如圖3.3所示:圖3.3恒壓供水控制系統(tǒng)PLC及擴展模塊外圍接線圖第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計分析硬件連接確定之后, 系統(tǒng)的控制功能主要通過軟件實現(xiàn), 結(jié)合泵站的控制要 求,對泵站軟件設(shè)計分析如下:(

30、1) 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理為了恒定水壓, 在水壓降落時要升高變頻器的輸出頻率, 且在一臺水泵工作 不能滿足恒壓要求時, 需啟動第二臺水泵。 判斷需啟動新水泵的標準是變頻器的 輸出頻率達到設(shè)定的上限值。 這一功能可通過比較指令實現(xiàn)。 為了判斷變頻器工 作頻率達上限值的確實性, 應(yīng)濾去偶然的頻率波動引起的頻率達到上限情況, 在 程序中應(yīng)考慮采取時間濾波。(2) 多泵組泵站泵組管理規(guī) 由于變頻器泵站希望每一次啟動電動機均為軟啟動, 又規(guī)定各臺水泵必須交 替使用, 多泵組泵站泵組的投運要有個管理規(guī)。 在本設(shè)計中, 控制要求中規(guī)定任 一臺泵連續(xù)變頻運行不得超過 3h,因此每次需啟動新水泵

31、或切換變頻泵時,以 新運行泵為變頻泵是合理的。 具體的操作是: 將現(xiàn)行運行的變頻器從變頻器上切 除,并接上工頻電源運行,將變頻器復(fù)位并用于新運行泵的啟動。除此之外,泵 組管理還有一個問題就是泵的工作循環(huán)控制, 本設(shè)計中使用泵號加 1 的方法實現(xiàn) 變頻泵的循環(huán)控制,用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號實現(xiàn)工頻泵的輪換工作。本程序分為三部分:主程序、子程序和中斷程序。邏輯運算及報警處理等放在主程序。 系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程 序中完成,這樣可以節(jié)省掃買哦時間。利用定時器中斷功能實現(xiàn) PID控制的定時 采樣及輸出控制。生活供水時系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的70%,消防供水時系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的90%在本系統(tǒng)中,

32、只是用比例(P)和積分(I)控制,其回路增 益和時間常數(shù)可通過工程計算初步確定, 但還需要進一步調(diào)整以達到最優(yōu)控制效 果。增益 Kc=0.25;采樣時間 TS=0.2S;積分時間 Ti =30min。程序中使用的PLC元器件及其功能如下表所列程序中使用的元器件及功能器件地址功能器件地址功能VD100過程變量標準化值T38工頻泵減泵濾波時間控制VD104壓力給定值T39工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD108PI計算值M0.0故障結(jié)束脈沖信號VD112比例系數(shù)M0.1泵變頻啟動脈沖VD116采樣時間M0.3倒泵變頻啟動脈沖VD120積分時間M0.4復(fù)位當前變頻運行泵脈沖VD124微分時間M0.5當前泵工

33、頻運行啟動脈沖VD204變頻器運行頻率下限值M0.6新泵變頻啟動脈沖VD208生活供水變頻器運行頻率上限值M2.0泵工頻/變頻裝換邏輯控制VD212消防供水變頻器運行頻率上限值M2.1泵工頻/變頻裝換邏輯控制VD250PI調(diào)節(jié)存儲單元M2.2泵工頻/變頻裝換邏輯控制VB300變頻工作泵的泵號M3.0故障信號匯總VB301工頻運行的泵的總臺數(shù)M3.1水池水位下限故障邏輯VD310倒泵時間存儲器M3.2水池水位下限故障消鈴邏輯T33工頻/變頻裝換邏輯控制M3.3變頻器故障消鈴邏輯T34工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制M3.4火災(zāi)消鈴邏輯T37工頻泵增泵濾波時間控制4.2 PLC程序設(shè)計雙恒壓供水系統(tǒng)的梯形圖主程序及程序注釋如下圖所示:世7二幅M2盤証aao 1I 53U10 1聲I心iMT 1GJ1CUT耳QMS 12JK 1T341:OFI n7 JFTIO mi!Hft 13*主蘭錄二廠弓古AH三卑IQl 5T IIHi()(OL4O.朽2II T購絡(luò)IS1A2.2I I:丁朋PT100T35SC-wse is

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