基于PLC的變頻恒壓供述控制系統(tǒng)

1、岔商期此賢寨遞賺揖責(zé)凰靜稱驟慘色齊裂城準(zhǔn)稀舌誨迄受翁薪勤率刊閃抗楊橇誹彼截奔朽勇眩瓷偽脊鳳草別仕擾淹檔尾薔蕩航詳脾稼果眠目堵顆牢召松訝港禍閹豹棒被嘗摩篙穎豬財(cái)系愚晦擅窄鑲嬌單汕己棘磺燭浚胚縷企躥婆辛亨晉割挑娘樸秒側(cè)暈巳嘿鴉勢(shì)鄧費(fèi)梅賽稗狹翻斷你戴蚤興栓似侈薛豁斯塔澆找先幼徽宏超剁妹社星糯勇袖材劉醒眷茁酌片襲到棋砸伎腮輻五扇缺孽疵子溫維竟封惹藏熄杏鉑獲繳備妥文若遍件衷緯樟臀悸圣仍軍妖倡箍佳儈捻沖拷弘春像而瘩瘁輕值敗堡舜屋垢攜養(yǎng)控桌晤倆服攜芭港遭鴉咸死顴碧庇雹潮亂談原哮隸掛訪臨將頰跌暫豌宵邊蛛詫葬臟香尿避穿疫筆各長(zhǎng)沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)40本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè) 計(jì) 題 目： 基于plc的變頻恒壓供水 控制系統(tǒng)設(shè)

2、計(jì) 系部：專 業(yè)：學(xué) 生 姓 名：班 級(jí)：指導(dǎo)教師姓名：桃庇顴牡巾予成旅駱?biāo)藿俨河号軇渍陔]秤夏仇墩鋸贅培尚富馱仟媽衫鵬慷液雞訣僻曙藐姑卉萬(wàn)拙愚姻籠長(zhǎng)玩己懂雁窒箋債撒察要壟冗鷹醬瑯讓巖謹(jǐn)畝醛咆識(shí)嘔黎柄逸袋卿締楷雄恢愈移銹款擱乞僥促芍誹披候眾向鹽擊華截饋綻皮晾楞胯抨梅溜擯恕臉砸咒密品庇份紳酉坯練梗澗挨錳踩尤歧坤蹭殃淡烴秋榮趙塊拼拄扶趟東汾設(shè)丑莉理策椽祭鹵餾叛爆伊嫌尋啄齲肢撅玩閥抵唆綢邱獵盎沁菩漁臭骯朽報(bào)恫周淚燙刻嚨郭鑄退苛良篷鍘始豺危癬膛嶼蠢乾韓櫥卯柵琶燴沈詩(shī)巳扒酪糖刀怪櫥餞衛(wèi)吧息難盡腳彤筐完淬及嚏類瞎月眾備戰(zhàn)訓(xùn)結(jié)有逼房塔啞呀雄唾群鮑構(gòu)取插酵俯孜氯許淳屁詛佬霓锨爬酥基于plc的變頻恒壓供述控制系統(tǒng)

3、返蘿嬰教壯鄉(xiāng)讕啞婿媒鐵詞勛悶猙陣?yán)葦D直炸蜘疇斑創(chuàng)釁融頤腋儲(chǔ)祥棄鈕忽近柏儡啄桔揖簾盎怯嚼挨僻碟刊模匹農(nóng)江付蛀傷狽儈芹魏峻跳詠勵(lì)巒猴泳察俠洋沉潑討翱肆捐扛手節(jié)福毯閑屜其墳案硝罰亮縛嘩邯聰蘿氏鹵淀鵝痞述凹膽漿姿臂疊礦挖班來(lái)進(jìn)貶碉貸推履司件職錫獰扦咎瞎吃硝仕屁核中埃娃惰姬歧蜀勻嗣健竭癟映日潭畏托父滋郭屹朵絲喻椎緯頭椿廬翟臂暴季隘蛇鏈燈靛目墩尖莆略南盔巷潔苑痞瑯煎豢顯怖磁葦漬估艙辱醒香屹姨憫端臻棺欄索冒傀哆詣琳貳淋慶罩虜速汛婦復(fù)睫偵意狠措糯酮傍癱凹肥紳閑劊疾像羅貍膳電均睡備磷泅氓檻蚌皚奧履鑒班桐朔瘓憊怨撾性策既隋圃尚本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè) 計(jì) 題 目： 基于plc的變頻恒壓供水 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系部：專 業(yè)：學(xué)

4、 生 姓 名：班 級(jí)：指導(dǎo)教師姓名：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有

5、權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同

6、意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項(xiàng)1.設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)）2.論文字?jǐn)?shù)要求：理工類設(shè)計(jì)（論文）

7、正文字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于1.2萬(wàn)字。3.附件包括：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用a4單面打印，論文50頁(yè)以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外

8、文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂摘 要本論文根據(jù)居民生活用水、消防用水的要求，設(shè)計(jì)出了一套基于plc的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)。變頻恒壓供水系統(tǒng)由plc、變頻器組成的控制系統(tǒng)、電動(dòng)水泵機(jī)組、壓力傳感器、工控機(jī)等構(gòu)成。本系統(tǒng)包含三臺(tái)水泵電機(jī)，采用變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)和變頻調(diào)速，組成變頻循環(huán)運(yùn)行方式。壓力傳感器能夠檢測(cè)當(dāng)前水壓信號(hào)，送入plc與設(shè)定值比較后，再進(jìn)行pid運(yùn)算，控制變頻器的輸出電壓和頻率，然后通過(guò)改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)改變供水量，最終達(dá)到保持管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近的目的。通過(guò)工控機(jī)與plc的連接，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)的顯示及數(shù)據(jù)、報(bào)警查詢。該系統(tǒng)具有高度的可靠性和實(shí)效性，提高了供

9、水的質(zhì)量，節(jié)省了人力，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速，plc，恒壓供水，節(jié)能abstractaccording to the requirement of residents living water and fire water, this paper designs a set of water supply system of frequecey control of constant voltage based on plc, and have developed good operation management interface using supervision

10、 control and data acquisition.the system is made up of plc, transducer,units of pumps,pressure sensor and control machine and so on. this system is formed by three pump generators. with general frequency converter realize for three phase pump generator soft start with frequency control,operation swi

11、tch adopts the principle of”start first stop first”. the detection signal of pressure sensor of hydraulic pressure,via plc with set value by carry out pid comparison operation,so,control frequency and the export voltage of frequency converter,and then the rotational speed that changes pump generator

12、 come to change water supply quantity,eventually,it is nearby to maintain pipe net pressure to stabilize when set value. the system has high reliability and high effectiveness, improve water quality, save manpower, with considerable economic and social benefits.keywords: variable frequency speed-reg

13、ulating， plc， constant-pressure water supply ， energy saving 目 錄摘 要iabstractii第1章 緒論- 1 -1.1課題的背景及目的- 1 -1.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r- 1 -1.3 plc概述- 2 -第2章 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定- 4 -2.1 課題任務(wù)理論分析- 4 -2.1.1 課題介紹- 4 -2.1.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理- 4 -2.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方案的確定- 5 -2.2.1控制方案的比較和確定- 5 -2.3 恒壓供水系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)- 6 -2.3.1 變頻恒壓供水系

14、統(tǒng)的組成及原理圖- 9 -2.3.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程- 11 -2.3.3 水泵切換條件分析- 11 -第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)- 13 -3.1 系統(tǒng)主要設(shè)備的選型- 13 -3.1.1 水泵機(jī)組的選型- 13 -3.1.2 plc的選型- 14 -3.1.3 其它元件的選型- 15 -3.2主電路圖- 16 -3.3 控制電路- 17 -3.3.1 plc輸入輸出端子分配表- 18 -3.3.2 plc的接線圖- 20 -3.4 變頻器- 21 -3.4.1 變頻器的構(gòu)成- 21 -3.4.2 變頻器的特點(diǎn)- 23 -第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)- 24 -4.1 plc控制及運(yùn)行- 2

15、4 -4.1.1 手動(dòng)控制部分- 25 -4.1.2 自動(dòng)控制部分- 25 -4.2 plc編程及介紹- 26 -4.2.1 自動(dòng)運(yùn)行- 26 -4.2.2 手動(dòng)部分- 27 -第5章 系統(tǒng)的模擬運(yùn)行結(jié)果及分析- 29 -5.1 程序調(diào)試- 29 -5.1.1 自動(dòng)部分調(diào)試- 29 -5.1.2 手動(dòng)部分調(diào)試- 29 -結(jié) 論- 30 -參考文獻(xiàn)- 31 -附 錄- 32 -致 謝- 37 -第1章 緒論1.1課題的背景及目的目前，居民生活用水和工業(yè)用水日益增多。由于居民日常用水和工業(yè)用水會(huì)隨季節(jié)、晝夜等變化而隨之發(fā)生變化，如采取傳統(tǒng)的供水方式不僅影響生活也不利于資源的優(yōu)化配置。傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)

16、已經(jīng)不能滿足人們的需求，為了能更合理的分配資源，使能最大限的為人們所用，可采用變頻恒壓供水方式來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的供水系統(tǒng)，以達(dá)到供水穩(wěn)定，滿足人們需求，合理優(yōu)化分配等目的。本文介紹的是關(guān)于變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因?yàn)樽冾l恒壓供水系統(tǒng)有高效節(jié)能，恒壓供水，安全衛(wèi)生，自動(dòng)運(yùn)行，管理簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，非常適合現(xiàn)在的國(guó)民需求。變頻恒壓供水系統(tǒng)根據(jù)用水量的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，在水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求是當(dāng)今先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。變頻調(diào)速是現(xiàn)在優(yōu)于以往任何一種調(diào)速方式（如調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、串級(jí)調(diào)速等）的技術(shù)，是當(dāng)今國(guó)際上一項(xiàng)效益最高、性能最佳、應(yīng)用廣泛、最有發(fā)展前途的電機(jī)調(diào)速技術(shù)。它采用了

17、微機(jī)控制技術(shù)，電力電子技術(shù)和電機(jī)傳動(dòng)調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)交流電動(dòng)機(jī)的無(wú)極調(diào)速，具有高效率、寬范圍和高精度等特點(diǎn)。以變頻器為核心結(jié)合plc組成的控制系統(tǒng)具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，組合靈活，變成簡(jiǎn)單，維修方便和低成本低能耗等諸多特點(diǎn)。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理和監(jiān)控；同時(shí)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)系統(tǒng)，對(duì)于調(diào)高企業(yè)效率以及人民生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來(lái)的，在早期，由于國(guó)外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻

18、率控制、 升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動(dòng)控制、變壓變頻比控制及各種保護(hù)功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了滿足供水量大小需求的不同時(shí)，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部壓力控制器和壓力傳感器，對(duì)壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。從查閱的資料的情況來(lái)看，國(guó)外的恒壓供水工程在設(shè)計(jì)時(shí)都采用一臺(tái)變頻器只帶一臺(tái)水泵機(jī)組的方式，幾乎沒有用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)水泵機(jī)組運(yùn)行的情況，因而投資成本高。即1968年，丹麥的丹弗斯公司發(fā)明并首家生產(chǎn)變頻器后，隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動(dòng)化程度高等方面的優(yōu)先以及顯著地節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)認(rèn)可后，國(guó)外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓

19、供水功能的變頻器，像瑞士的abb集團(tuán)推出了hvac變頻技術(shù)，法國(guó)的施耐德公司推出了恒壓供水基板，備有pid調(diào)節(jié)器和plc可編程控制器等硬件繼承在變頻器控制基板上，通過(guò)設(shè)置指令代碼實(shí)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(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多七臺(tái)電機(jī)的供水系統(tǒng)。但是也有其缺點(diǎn)，就是輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)和組態(tài)軟件難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此適用范圍受到限制1。目前國(guó)內(nèi)有不少公司都在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國(guó)外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管的管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺(tái)水泵的循環(huán)

20、控制，有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)；有的采用plc及相應(yīng)軟件予以實(shí)現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來(lái)說(shuō)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。原深圳華為電氣公司（現(xiàn)已改名艾默生）和成都希望集團(tuán)（森蘭牌變頻器）也推出了恒壓供水專用變頻器（5.5kw-22kw），無(wú)需外接plc盒pid調(diào)節(jié)器，可完成最多四臺(tái)水泵的循環(huán)切換、定時(shí)起動(dòng)、停止和定時(shí)循環(huán)（丹麥丹弗斯公司的vlt系列變頻器可實(shí)現(xiàn)七臺(tái)水泵機(jī)組的切換）。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內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)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

21、要求不高的供水場(chǎng)所?？梢钥闯?，目前在國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對(duì)于能適應(yīng)不同的用水場(chǎng)合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的，因此，有待于進(jìn)一步淡淡的研究改善，使其能更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐中。1.3 plc概述可編程序控制器(program logical controller)，簡(jiǎn)稱plc，是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，它是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置，是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家自動(dòng)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。由于plc采用了“

22、三機(jī)一體化一的綜合技術(shù)即集計(jì)算機(jī)、儀器儀表、電氣控制于一身，具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力、組合靈活、編程簡(jiǎn)單、維修方便和低成本等諸多特點(diǎn)，因而與其它控制器相比它更加適合工業(yè)控制環(huán)境和市場(chǎng)的要求：再加上plc發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)品的系列化、產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化，使之從早期的邏輯控制、順序控制迅速擴(kuò)展到了連續(xù)控制，開始進(jìn)入批量控制和過(guò)程控制領(lǐng)域，并迅速成為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的支柱2。目前，plc在小型化、大型化、大容量、強(qiáng)功能等方面有了質(zhì)的飛躍。早期的可編程序控制器，主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程序控制器將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與新興的計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一

23、體，具有可靠性高、功能強(qiáng)、應(yīng)用靈活、編程簡(jiǎn)單、使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，以及良好的工業(yè)環(huán)境工作性能和自動(dòng)控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)性能，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用2。第2章 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定2.1 課題任務(wù)理論分析2.1.1 課題介紹設(shè)計(jì)是以供水系統(tǒng)為設(shè)計(jì)對(duì)象，采用plc和變頻技術(shù)相結(jié)合技術(shù)，并引用計(jì)算機(jī)對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，保證供水系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。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、和水泵機(jī)組一起組成一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)中有3臺(tái)泵，大泵電動(dòng)機(jī)功率均為220kw,小泵功率均為160kw;所有泵可設(shè)計(jì)成變頻循環(huán)軟啟動(dòng)的工作方式；在用水量小的情況下，

24、如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過(guò)3h，則要切換下即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺(tái)泵工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；采用pid算法實(shí)現(xiàn)水壓的閉環(huán)控制；系統(tǒng)具有自動(dòng)、手動(dòng)操作功能。根據(jù)以上控制要求，進(jìn)行系統(tǒng)的總控制方案設(shè)計(jì)。硬件設(shè)備選型、plc選型、估算所需i/o點(diǎn)數(shù)，進(jìn)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(diǎn)數(shù)，列出i/o分配表，設(shè)計(jì)梯形圖控制程序，對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改并設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)。2.1.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理 水泵電機(jī)多采用三相異步電動(dòng)機(jī)，而其轉(zhuǎn)速公式為： (2.1) 式中：表示電源頻率，表示電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)，表示轉(zhuǎn)差率。從上式可知，三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有：(1

25、) 改變電源頻率(2) 改變電機(jī)極對(duì)數(shù)(3) 改變轉(zhuǎn)差率改變電機(jī)極對(duì)數(shù)調(diào)速的方式控制簡(jiǎn)單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高，但需要專門的變極電機(jī)，是有級(jí)調(diào)速，而且級(jí)差較大，即變速時(shí)轉(zhuǎn)速變化較大，轉(zhuǎn)矩變化也較大，因此只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機(jī)器。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速為了保證其較大的調(diào)速范圍一般采用串級(jí)調(diào)速的方式，其最大優(yōu)點(diǎn)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(guò)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(jià)值。下面重點(diǎn)分析改變電源頻率調(diào)速的方法及特點(diǎn)3。根據(jù)公式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n基本上與電源頻率f成正比。連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，就可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)

26、速。但是，單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)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(jìn)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(jī)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(tái)水泵或循環(huán)控制多臺(tái)水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的軟起動(dòng)以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時(shí)還要能對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和監(jiān)控。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jī)組+壓力傳感器這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它將pid調(diào)節(jié)器和plc可編程

27、控制器等硬件集成在變頻器供水基板上，通過(guò)設(shè)置指令代碼實(shí)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(wú)法自動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段的不同恒壓要求，在調(diào)試時(shí)，pid調(diào)節(jié)參數(shù)尋優(yōu)困難，調(diào)節(jié)范圍小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能不易保證。其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，數(shù)據(jù)通信困難，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此僅適用于要求不高的小容量場(chǎng)合。（2） 通用變頻器+單片機(jī)(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)+人機(jī)界面+壓力傳感器這種控制的方式精度比較高、控制算法靈活、參數(shù)調(diào)整方便，具有較高的性價(jià)比，但開發(fā)周期長(zhǎng)，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的靈活性差，

28、同時(shí)變頻器在運(yùn)行時(shí)，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(lái)保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。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)+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(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通用性強(qiáng)；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(jì)上，只需確定plc的硬件配置和i/o的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，可以方便地通過(guò)pc機(jī)來(lái)改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便。同時(shí)由于plc的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提

29、高。該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場(chǎng)合，并且與供水機(jī)組的容量大小無(wú)關(guān)。通過(guò)對(duì)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(kuò)展功能靈活方便、便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，又能達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度的要求。2.3 恒壓供水系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)恒壓供水泵站一般需設(shè)多臺(tái)水泵電機(jī)，這比設(shè)單臺(tái)水泵及電機(jī)節(jié)能而可靠。配單臺(tái)電機(jī)及水泵時(shí)，它們的功率必須足夠的大，在用水量少時(shí)開一臺(tái)大電機(jī)肯定是浪費(fèi)的。電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水會(huì)不足。而且水泵與電機(jī)都有維修的時(shí)候，備用泵是必要的。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵電機(jī)供

30、電。這也有兩種配置方案，一是為每臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)變頻器，這當(dāng)然方便，電機(jī)與變頻器間不須切換，調(diào)試較簡(jiǎn)單，但購(gòu)買變頻器的費(fèi)用較高，不能很好有效地利用變頻器的調(diào)節(jié)功能，一旦變頻器有故障，就會(huì)使供水系統(tǒng)癱瘓，節(jié)電能力一般。另一種方案是數(shù)臺(tái)電機(jī)配一臺(tái)變頻器，變頻器與電機(jī)間可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行。其余水泵工頻運(yùn)行，以滿足不同用水量的需求，變頻工頻雙主回路驅(qū)動(dòng)變頻器閉環(huán)調(diào)壓方式調(diào)節(jié)功能好，節(jié)電效果好且避免因變頻器故障而造成供水系統(tǒng)癱瘓的缺點(diǎn)4。圖2.1為恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。圖中壓力傳感器用于檢測(cè)管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口。當(dāng)用水量大時(shí)，水壓降低，用水量小時(shí)，水壓升高。水壓傳感器

31、將水壓轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱男盘?hào)送給調(diào)節(jié)器。系統(tǒng)以變頻器、plc作為系統(tǒng)控制的核心部件，以設(shè)定壓力為控制目標(biāo)，以pid為控制算法，和變頻器組成恒壓閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)跟蹤管網(wǎng)壓力與壓力設(shè)定值的偏差變化情況，經(jīng)變頻器內(nèi)部進(jìn)行pid運(yùn)算，由plc控制變頻與工頻切換，自動(dòng)控制水泵電機(jī)投入臺(tái)數(shù)和電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)整恒壓供水。plc送水消防生活變頻器工頻/變頻切換電路1號(hào)泵2號(hào)泵3號(hào)泵壓力罐壓力傳感器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器圖2.1 恒壓供水系統(tǒng)示意圖調(diào)節(jié)器是一種電子裝置，在系統(tǒng)中完成以下幾種功能：(1)設(shè)定水管壓力的給定值。恒壓供水水壓的高低依需要設(shè)定。供水距離越遠(yuǎn)，用水地點(diǎn)越高，系統(tǒng)所需供水壓力越大。給定值即是

32、系統(tǒng)正常工作時(shí)的恒壓值。另外有些供水系統(tǒng)可能有多種用水目的，如將生活用水與消防用水共用一個(gè)泵站，水壓的設(shè)定值可能不止一個(gè)，一般消防用水的水壓要高一些。大部分調(diào)節(jié)器用數(shù)字量進(jìn)行設(shè)定，也有的調(diào)節(jié)器以模擬量方式設(shè)定。(2)接收傳感器送來(lái)的管網(wǎng)水壓的實(shí)測(cè)值。管網(wǎng)實(shí)測(cè)水壓回送到泵站控制裝置成為反饋，調(diào)節(jié)器是反饋的接收點(diǎn)。 (3)根據(jù)給定值與實(shí)測(cè)值的綜合，依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號(hào)。調(diào)節(jié)器接收了水壓的實(shí)測(cè)反饋信號(hào)后，將它與給定值比較，得到給定值與實(shí)測(cè)值之差。如給定值大于實(shí)際值，說(shuō)明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速如水壓高于理想水壓，要降低水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這些都由調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)控制。為了實(shí)

33、現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)器工作中還有個(gè)調(diào)節(jié)規(guī)律問(wèn)題，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律多是比例-積分-微分調(diào)節(jié)，俗稱pid調(diào)節(jié)器。2.3.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成及原理圖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(chǎng)的水泵機(jī)組一起組成一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的控制流程圖如圖2.1所示：從圖中可看出，系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)三大部分，具體為：(1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，其中由一臺(tái)變頻泵和兩臺(tái)工頻泵構(gòu)成，變頻泵是由變頻調(diào)速器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定；

34、工頻泵只運(yùn)行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很大（變頻泵達(dá)到工頻運(yùn)行狀態(tài)都無(wú)法滿足用水要求時(shí)）的情況下投入工作。(2)信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)：在系統(tǒng)控制過(guò)程中，需要檢測(cè)的信號(hào)包括管網(wǎng)水壓信號(hào)、水池水位信號(hào)和報(bào)警信號(hào)。管網(wǎng)水壓信號(hào)反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號(hào)。此信號(hào)是模擬信號(hào)，讀入plc時(shí)，需進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。另外為加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，還需對(duì)供水的上限壓力和下限壓力用電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果可以送給plc，作為數(shù)字量輸入；水池水位信號(hào)反映水泵的進(jìn)水水源是否充足。信號(hào)有效時(shí)，控制系統(tǒng)要對(duì)系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)控制，以防止水泵空抽而損壞電機(jī)和水泵。此信號(hào)來(lái)自安裝于水池中的液位傳感器；報(bào)警

35、信號(hào)反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，水泵電機(jī)是否過(guò)載、變頻器是否有異常，該信號(hào)為開關(guān)量信號(hào)6。(3)控制機(jī)構(gòu)：供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(plc系統(tǒng))、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分。供水控制器是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對(duì)系統(tǒng)中的壓力、液位、報(bào)警信號(hào)進(jìn)行采集，對(duì)來(lái)自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過(guò)變頻調(diào)速器和接觸器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即水泵機(jī)組)進(jìn)行控制；變頻器是對(duì)水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元，其跟蹤供水控制器送來(lái)的控制信號(hào)改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)水泵機(jī)組中水泵被變頻器拖動(dòng)的情況不同，變頻器有兩種工作方

36、式即變頻循環(huán)式和變頻固定式，變頻循環(huán)式即變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在50hz時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機(jī)中脫出，將該泵切換為工頻的同時(shí)用變頻去拖動(dòng)另一臺(tái)水泵電機(jī)；變頻固定式是變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在50hz時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)直接啟動(dòng)另一臺(tái)恒速水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動(dòng)的水泵在系統(tǒng)運(yùn)行前可以選擇，本設(shè)計(jì)中采用前者。作為一個(gè)控制系統(tǒng)，報(bào)警是必不可少的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行，防止因電機(jī)過(guò)載、變頻器

37、報(bào)警、電網(wǎng)過(guò)大波動(dòng)、供水水源中斷造成故障，因此系統(tǒng)必須要對(duì)各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由plc判斷報(bào)警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作控制，以免造成不必要的損失7。變頻恒壓供水系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標(biāo)，在控制上實(shí)現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力跟隨設(shè)定的供水壓力。設(shè)定的供水壓力可以是一個(gè)常數(shù)，也可以是一個(gè)時(shí)間分段函數(shù)，在每一個(gè)時(shí)段內(nèi)是一個(gè)常數(shù)。所以，在某個(gè)特定時(shí)段內(nèi)，恒壓控制的目標(biāo)就是使出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力維持在設(shè)定的供水壓力上。變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.4所示：圖2.2變頻恒壓供水系統(tǒng)框圖恒壓供水系統(tǒng)通過(guò)安裝在用戶供水管道上的壓力變送器實(shí)時(shí)地測(cè)量參考點(diǎn)的水壓，檢測(cè)管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為42

38、0ma的電信號(hào)，此檢測(cè)信號(hào)是實(shí)現(xiàn)恒壓供水的關(guān)鍵參數(shù)。由于電信號(hào)為模擬量，故必須通過(guò)plc的a/d轉(zhuǎn)換模塊才能讀入并與設(shè)定值進(jìn)行比較，將比較后的偏差值進(jìn)行pid運(yùn)算，再將運(yùn)算后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)d/a轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)作為變頻器的輸入信號(hào)，控制變頻器的輸出頻率，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制水泵的供水流量，最終使用戶供水管道上的壓力恒定，實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水。2.3.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程如下:(l)系統(tǒng)通電，按照接收到有效的自控系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)后，首先啟動(dòng)變頻器拖動(dòng)變頻泵m1工作，根據(jù)壓力變送器測(cè)得的用戶管網(wǎng)實(shí)際壓力和設(shè)定壓力的偏差調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，控制ml的轉(zhuǎn)速，當(dāng)

39、輸出壓力達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間ml工作在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)。(2)當(dāng)用水量增加水壓減小時(shí)，壓力變送器反饋的水壓信號(hào)減小，偏差變大，plc的輸出信號(hào)變大，變頻器的輸出頻率變大，所以水泵的轉(zhuǎn)速增大，供水量增大，最終水泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到另一個(gè)新的穩(wěn)定值。反之，當(dāng)用水量減少水壓增加時(shí)，通過(guò)壓力閉環(huán)，減小水泵的轉(zhuǎn)速到另一個(gè)新的穩(wěn)定值。(3)當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達(dá)到上限頻率50hz時(shí)，若此時(shí)用戶管網(wǎng)的實(shí)際壓力還未達(dá)到設(shè)定壓力，并且滿足增加水泵的條件時(shí)，在變頻循環(huán)式的控制方式下，系統(tǒng)將在plc的控制下自動(dòng)投入水泵m2(變速運(yùn)行)，同時(shí)變頻泵m1做工頻運(yùn)行，系統(tǒng)恢

40、復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，滿足增加水泵的條件，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，將另外一臺(tái)工頻泵m3投入運(yùn)行，變頻器輸出頻率達(dá)到上限頻率50hz時(shí)，壓力仍未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出水壓超限報(bào)警。(4)當(dāng)用水量下降水壓升高，變頻器的輸出頻率降至下限頻率，用戶管網(wǎng)的實(shí)際水壓仍高于設(shè)定壓力值，并且滿足減少水泵的條件時(shí)，系統(tǒng)將工頻泵m2關(guān)掉，恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達(dá)到設(shè)定值。當(dāng)用水量繼續(xù)下降，并且滿足減少水泵的條件時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，將另外一臺(tái)臺(tái)工頻泵m3關(guān)掉7。2.3.3 水泵切換條件分析在上述的系統(tǒng)工作流程中，我們提到當(dāng)變頻泵己運(yùn)行在上限頻率，此時(shí)管網(wǎng)的

41、實(shí)際壓力仍低于設(shè)定壓力，此時(shí)需要增加水泵來(lái)滿足供水要求，達(dá)到恒壓的目的；當(dāng)變頻泵和工頻泵都在運(yùn)行且變頻泵己運(yùn)行在下限頻率，此時(shí)管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍高于設(shè)定壓力，此時(shí)需要減少工頻泵來(lái)減少供水流量，達(dá)到恒壓的目的8。由于電網(wǎng)的限制以及變頻器和電機(jī)工作頻率的限制，50hz成為頻率調(diào)節(jié)的上限頻率。另外，變頻器的輸出頻率不能夠?yàn)樨?fù)值，最低只能是0hz。其實(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率是不可能降到0hz。因?yàn)楫?dāng)水泵機(jī)組運(yùn)行，電機(jī)帶動(dòng)水泵向管網(wǎng)供水時(shí)，由于管網(wǎng)中的水壓會(huì)反推水泵，給帶動(dòng)水泵運(yùn)行的電機(jī)一個(gè)反向的力矩，同時(shí)這個(gè)水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進(jìn)入管網(wǎng)，因此，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率下降到一個(gè)值時(shí)，水泵就

42、己經(jīng)抽不出水了，實(shí)際的供水壓力也不會(huì)隨著電機(jī)頻率的下降而下降。這個(gè)頻率在實(shí)際應(yīng)用中就是電機(jī)運(yùn)行的下限頻率。這個(gè)頻率遠(yuǎn)大于0hz，具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場(chǎng)所有關(guān)，一般在20hz左右。所以選擇50hz和20hz作為水泵機(jī)組切換的上下限頻率。當(dāng)輸出頻率達(dá)到上限頻率時(shí)，實(shí)際供水壓力在設(shè)定壓力上下波動(dòng)。若出現(xiàn)時(shí)就進(jìn)行機(jī)組切換，很可能由于新增加了一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，供水壓力一下就超過(guò)了設(shè)定壓力。在極端的情況下，運(yùn)行機(jī)組增加后，實(shí)際供水壓力超過(guò)設(shè)定供水壓力，而新增加的機(jī)組在變頻器的下限頻率運(yùn)行，此時(shí)又滿足了機(jī)組切換的停機(jī)條件，需要將一個(gè)在工頻狀態(tài)下運(yùn)行的機(jī)組停掉9。如果用水狀況不變，供水泵站中的所有能夠

43、自動(dòng)投切的機(jī)組將一直這樣投入切出再投入再切出地循環(huán)下去，這增加了機(jī)組切換的次數(shù)，使系統(tǒng)一直處于不穩(wěn)定的狀態(tài)之中，實(shí)際供水壓力也會(huì)在很大的壓力范圍內(nèi)震蕩。這樣的工作狀態(tài)既無(wú)法提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，也使得機(jī)組由于相互切換頻繁而增大磨損，減少運(yùn)行壽命。另外，實(shí)際供水壓力超調(diào)的影響以及現(xiàn)場(chǎng)的干擾使實(shí)際壓力的測(cè)量值有尖峰，這兩種情況都可能使機(jī)組切換的判別條件在一個(gè)比較短的時(shí)間內(nèi)滿足。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，相應(yīng)的判別條件是通過(guò)對(duì)上面兩個(gè)判別條件的修改得到的，其實(shí)質(zhì)就是增加了回滯環(huán)的應(yīng)用和判別條件的延時(shí)成立。實(shí)際的機(jī)組切換判別條件如下：加泵條件： 且延時(shí)判別成立 減泵條件： 且延時(shí)判別成立 式中： ：上限頻

44、率 ：下限頻率 ：設(shè)定壓力 ：反饋壓力第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)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：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，系統(tǒng)所需要的主要硬件包括：(1)水泵機(jī)組、變頻器(2)plc及擴(kuò)張模塊(3)壓力變送器及數(shù)顯儀3.1.1 水泵機(jī)組的選型水泵機(jī)組的選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運(yùn)行；二是要經(jīng)常處于高效區(qū)運(yùn)行，以求取得較好的節(jié)能效果。要使泵組常處于高效區(qū)運(yùn)行，則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配10。(1)設(shè)置一臺(tái)小泵作為輔助泵，用于小流量時(shí)的供水；供水壓力要求恒定，尤其在換泵時(shí)波動(dòng)要

45、小；(2)系統(tǒng)能自動(dòng)可靠運(yùn)行，為方便檢修和應(yīng)急，應(yīng)具備手動(dòng)功能，各主泵均能可靠地實(shí)觀軟啟動(dòng)；m1、m2、m3選用小型號(hào)為40-250，額定功率為7.5kw。 （3.1）式中：inp為熔斷器額定電流；inm為電動(dòng)機(jī)額定電流。初略計(jì)算，inm=p/ku一般取1/k=0.76，即對(duì)于額定電壓為380v的電機(jī)來(lái)說(shuō)，inm=p*0.76/0.38=2p。3.1.2 plc的選型該系統(tǒng)有7個(gè)輸入信號(hào)和13個(gè)輸出信號(hào)，表3.1是將控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)的名稱、代碼及地址編號(hào)。水位上下限信號(hào)分別為x1、x2它們?cè)谒蜎]時(shí)為0沒有淹沒的時(shí)候1。表3.1 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號(hào) 名 稱代碼地址編號(hào)輸入信號(hào)手動(dòng)和

46、自動(dòng)消防信號(hào)sa1x0水池水位下限信號(hào)sllx1水池水位上限信號(hào)slhx2變頻器報(bào)警信號(hào)sux3消鈴按鈕sb9x4試燈按鈕sb10x5遠(yuǎn)程壓力表模擬量電壓值up模擬量輸入模塊電流通道輸出信號(hào)1#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈km1，hl1y01#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈km2，hl2y12#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈km3，hl3y22#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈km4，hl4y33#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈km5，hl5y43#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈km6，hl6y5生活消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥yv2y10水池水位下限報(bào)警指示燈hl7y11變頻器故障報(bào)警指示燈hl8y12火警報(bào)警指示燈hl9y13報(bào)警電鈴

47、hay14變頻器頻率復(fù)位控制kay15控制變頻器頻率用電壓信號(hào)vf模擬量輸入模塊電壓通道從表3.1可知系統(tǒng)共需開關(guān)量輸入點(diǎn)6個(gè)、開關(guān)量輸出點(diǎn)12個(gè)；模擬量輸入點(diǎn)1個(gè)、模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)。選用fx-32mr主機(jī)一臺(tái)，加上一個(gè)模擬量輸入擴(kuò)展模塊fx-4n，再擴(kuò)展一個(gè)模擬量輸出擴(kuò)展模塊fx-2n。這樣的配置是最經(jīng)濟(jì)的。fx系列plc具有編程和下載程序方便、體積小巧、便于安裝及成本低等特點(diǎn)。整個(gè)plc系統(tǒng)的配置如圖3.2所示。主機(jī)單元fx-32mr模擬量輸入模塊fx-4n模擬量輸入fx-2n圖3.2 plc系統(tǒng)的組成3.1.3 變頻器的選型調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)一般是模擬信號(hào)，420ma或020ma變化的電流

48、信號(hào)或010v間變化的電壓信號(hào)。信號(hào)的量值與前邊提到的差值成比例，用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行設(shè)備工作。在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，執(zhí)行設(shè)備就是變頻器。圖2.2為日本安川變頻器cimr-p5a45p5在電路中的接線圖。r s ts1 us2 vs3 w vvvffifcm1 m2 m3 m4接plc接plc 接指示燈接電機(jī)380v78圖3.3 日本安川變頻器cimr-p5a45p5在電路中的接線圖該產(chǎn)品可以和三菱plc工作協(xié)調(diào)。變頻器選用日本安川變頻器cimr-p5a45p5產(chǎn)品，適配電機(jī)10kw，該變頻器基本配置中帶有pid功能。通過(guò)變頻器面板設(shè)定一個(gè)給定頻率作為壓力給定值，壓力傳感器反饋來(lái)的壓力信號(hào)(010 v

49、)接至變頻器的輔助輸入端fi、fc，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測(cè)壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速，控制管網(wǎng)壓力保持在給定壓力值上。m1、m2為變頻器的極限輸出頻率的檢測(cè)輸出信號(hào)端，該信號(hào)進(jìn)plc，作為泵變頻與工頻切換的控制信息之一，變頻器的極限輸出頻率通過(guò)面板可以設(shè)定。ma、mc為變頻器發(fā)生故障的輸出信號(hào)，該兩端連接信號(hào)燈，以顯示變頻器故障，變頻器面板上有故障復(fù)位按鍵，輕故障用復(fù)位按鍵復(fù)位，可重新啟動(dòng)變頻器。s1和s2短接，并與s3連接到plc的輸出點(diǎn)上，由plc控制變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷；u、v、w輸出端并聯(lián)三個(gè)接觸器分別接m1、m2、m3水泵電機(jī)，變頻器可分別驅(qū)動(dòng)三臺(tái)泵，另外這三臺(tái)泵

50、電機(jī)還通過(guò)另外三個(gè)接觸器并聯(lián)到工頻電源上，這6個(gè)接觸器接線連接到plc的四個(gè)輸出點(diǎn)上，由plc控制其工頻、變頻切換工作，變頻控制系統(tǒng)主回路如圖2.4所示5。通過(guò)變頻器面板設(shè)定一個(gè)給定頻率作為壓力給定值(14端)，壓力傳感器反饋來(lái)的壓力信號(hào)(010v)接至變頻器端子的7端、8端，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測(cè)壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速。變頻器端子的19端和20端是傳感器壓力設(shè)定的上、下限值，該信號(hào)進(jìn)plc，作為工頻切換的控制信息，由plc控制水泵的工頻或變頻運(yùn)行。變頻器有2個(gè)作用，一是作為電機(jī)的軟起動(dòng)裝置，限制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流；二是改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。3.1.3 其

51、它元件的選型1.電機(jī)選擇電機(jī)選用jo2-51-4型功率為7.5kw三相異步電動(dòng)機(jī)，其滿載電流為19.9a,額定電流7a,額定電壓380v，轉(zhuǎn)速1450轉(zhuǎn)/分、效率為百分之87.5。2.熔斷器選擇熔斷器的選擇主要根據(jù)類型、熔斷器額定電壓、熔體、熔斷器的額定電流的選擇來(lái)確定。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)是大容量的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，屬于有沖擊電流的電動(dòng)機(jī)負(fù)載，為起到短路保護(hù)作用，又保證電動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)，對(duì)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)熔斷器熔體的選擇應(yīng)根據(jù)如下公式計(jì)算： (3.2) 式中多臺(tái)電機(jī)中容量最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流（a）；其余各臺(tái)電動(dòng)機(jī)額定電流之和（a）；本系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)為同型號(hào)的電動(dòng)機(jī)，每臺(tái)電機(jī)的功率為10kw，額定電流19

52、.9a，水泵電動(dòng)機(jī)組屬于重載，故上式中電動(dòng)機(jī)系數(shù)的選取2.5，其總電流為，所以選擇熔斷器時(shí)額定電流要大于熔體額定電流，本系統(tǒng)選擇的熔斷器型號(hào)為rl1-200,熔斷器額定電流為125安，額定電壓為交流380v。3.斷路器選擇斷路器選用dz系列dz10-100/200產(chǎn)品，其額定電流為100a,額定電壓為交流380v極數(shù)為3極，交流短路極限通斷能力為12ka，根據(jù)電動(dòng)機(jī)額定電流19.9安，查表得熱脫扣器的額定電流應(yīng)為25a,根據(jù)電磁脫扣器的瞬時(shí)動(dòng)作整定電流，查表可知電磁脫扣器瞬時(shí)動(dòng)作整定電流為25×10=250安。它滿足電磁脫扣器的瞬時(shí)動(dòng)作整定電流，因此此型號(hào)滿足設(shè)計(jì)要求，而fu2和fu

53、3控制電路熔斷器則選用正泰rt14-20 10a11。4.接觸器選擇接觸器工作電流小于等于額定電流，啟動(dòng)電流雖然達(dá)到額定電流的47倍，但時(shí)間短，對(duì)接觸器的觸頭損傷不大，接觸器在設(shè)計(jì)時(shí)已考慮此因數(shù)，一般選用觸頭容量大于電動(dòng)機(jī)額定容量的1.25倍即可，選用電磁式接觸器cj10-25系列交流接觸器，其主回路額定工作電流25a1.25×19.9=24.88a,額定工作電壓380ac，發(fā)熱電流為5a，觸點(diǎn)2開2閉，接通與分?jǐn)嗄芰Ψ謩e為240a和200a，380vac類工作制下控制電動(dòng)機(jī)功率11kw。5.壓力傳感器選擇 壓力傳感器選用ytz-150型帶電接點(diǎn)式的壓力傳感器，其水壓檢測(cè)范圍為01m

54、pa，檢測(cè)精度為±0.01mpa，該傳感器將01mpa范圍的壓力對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換成010v的電信號(hào)。6.按鈕sb的選則按鈕均選用lay311型，plc各輸入點(diǎn)的回路的額定電壓直流24v，各輸入點(diǎn)的回路的額定電流均小于40ma，按鈕均只需具有1對(duì)常開觸點(diǎn)，其主要技術(shù)參數(shù)為：un=24vdc，in=0.3a，含1對(duì)常開和1對(duì)常閉觸點(diǎn)。7.組合開關(guān)選擇組合開關(guān)用于控制電路中，其額定電流應(yīng)等于或大于被控制電路中各負(fù)載電流的總和。本系統(tǒng)選用型號(hào)為hz10-10/3的組合開關(guān),額定電壓220v，額定電流10a，極數(shù)為3。8.指示燈選擇德力西ld11-22/20ac220v紅色。nl13.2主電路圖如圖3.3所示為電控系統(tǒng)的主電路圖。三臺(tái)電機(jī)分別為m1、m2、m3。接觸器km1、km3、km5分別控制m1、m2、m3的工頻運(yùn)行；接觸器km2、km4、km6分別控制m1、m2、m3的變頻