三泵恒壓供水系統(tǒng)畢業(yè)設計

1、摘要本設計介紹了恒壓供水系統(tǒng)的控制策略，分析了典型的恒壓供水系統(tǒng)控制方案,闡述了應用該恒壓供水系統(tǒng)的經濟效益。本次設計是通過管網瞬間壓力變化，自動調節(jié)某臺水泵的轉速和三臺水泵的投入及退出，使管網主干管出口端保持在恒定的設定壓力值，并滿足用戶的流量需求，使整個系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能的最佳狀態(tài)，經過精心設計與反復調試，設計出一套自動化程度高，測量準確，操作簡單，適用范圍廣，界面豐富的三泵恒壓供水系統(tǒng)。關鍵詞：恒壓供水變頻器可編程控制器引言生活及生產都離不開水，當水源離用水場所較遠，而將水送到較遠或較高的地方，管路中是需要有一定水壓的，水壓高才能將水輸送到遠處或較高的樓層，生產水壓的設備是水泵，水泵轉

2、動的越快，產生的水壓越高，傳統(tǒng)的維持水壓的方法是建造水塔，但是，建造水塔需要花費財力，水塔還會造成水的二次污染。那么，可不可以不借助水塔來實現(xiàn)恒壓供水呢？當然可以，但是要解決水壓隨用水量的大小變化的問題，通常的辦法是：用水量大時，增加水泵數(shù)量或提高水泵的轉動速度以保持管網中的水壓不變，用水量小時又需做出相反的調節(jié)，這就是恒壓供水的基本思路。這在電動機速度調節(jié)技術不發(fā)達的年代是不可設想的，但是今天辦到這一點以變化得很容易了，交流變頻器的誕生和PLC的運用為水泵轉速的平滑性連續(xù)調節(jié)提供了方便。恒壓供水系統(tǒng)由動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成，傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)采用的繼電器邏輯控制由于觸點多、故障率高、可

3、靠性差、體積大等缺點，正逐漸被淘汰，目前恒壓供水設計使用可編程控制器(PLC)，要求功能變化靈活，編程簡單，故障少，噪音低，維修保養(yǎng)方便，節(jié)能省工，抗干擾能力強，控制箱占地面積少?？刂葡到y(tǒng)進行下列運作：根據(jù)水的壓力判定工作泵的個數(shù)和變頻器的頻率,保證用戶的用水壓力。我們利用PLC,配以傳感器，根據(jù)網管的壓力，通過變頻器控制水泵的轉速，使水管中的壓力始終保持在合適的范圍。這種變頻恒壓供水系統(tǒng)直接取代水塔、高位水箱及傳統(tǒng)的氣壓罐供水裝置，另外水泵耗電功率與電機轉速的三次方成正比關系，所以水泵調速運行的節(jié)能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節(jié)省很多，結合使用可編程控制器，可實現(xiàn)循環(huán)變頻，電機軟啟

4、動，具有短路保護、過流保護功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長了設備的使用壽命。隨著電力電子技術的發(fā)展，電力電子器件的理論研究和制造工藝水平的不斷提高，電力電子器件在容量、耐壓、特性和類型等方面得到了很大的發(fā)展。進入90年代電力電子器件向著大容量、高頻率、響應快、低損耗的方向發(fā)展。作為應用現(xiàn)代電力電子器件與微計算機技術有機結合的交流變頻調速裝置，隨著產品的開發(fā)創(chuàng)新和推廣應用，使得交流異步電動機調速領域發(fā)生一場巨大的技術革命。目前自動恒壓供水系統(tǒng)應用的電動機調速裝置均采用交流變頻調速技術，而系統(tǒng)的控制單元多采用PLC,因PLC不僅可實現(xiàn)泵組、閥門的邏輯控制，并可完成系統(tǒng)的數(shù)字PID調節(jié)功能，可對系統(tǒng)中的

5、各種運行參數(shù)、控制點的實時監(jiān)控，與觸摸屏計算機聯(lián)網可完成系統(tǒng)運行工況現(xiàn)場的動態(tài)畫面顯示、多種故障報警模式及報表打印等功能?，F(xiàn)在先進的PLC大多具有標準的工業(yè)快速網絡通訊接口，可做為智能控制終端與供水系統(tǒng)的上位管理或控制計算機進行實時通訊上傳系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)，這樣就為系統(tǒng)使用方針對系統(tǒng)的優(yōu)化控制和管控一體化預留了很大的技術空間，也為供水系統(tǒng)提供了現(xiàn)代化的調度、管理、監(jiān)控及經濟運行的手段。結束語49第1章緒論1.1系統(tǒng)的功能特點及發(fā)展的意義恒壓供水控制系統(tǒng)采用變頻調速技術和先進的智能供水控制邏輯，在用水量變化的過程始終保持管網壓力的恒定，并能最大限度的節(jié)水節(jié)電。恒壓供水控制系統(tǒng)一般采用的水泵專用變頻器

6、。此變頻器是一個非常成熟的產品，系統(tǒng)簡單可靠，沒有非常復雜的中間連線，連接線大大減少，所有的供水控制程序和變頻調速程序全部由高速DSP完成，變頻器的調速過程完全是按照供水的壓力反饋自動完成的，達到了空前的協(xié)調和統(tǒng)一，穩(wěn)定性可靠性經過嚴格的系統(tǒng)測試并經過無數(shù)應用的檢驗。本系統(tǒng)能自動調節(jié)水泵的轉速和運行臺數(shù)，使供水管網的壓力保持設定的壓力和所需流量，從而達到提高供水品質和高效節(jié)能的目的。本系統(tǒng)可取代高水位水箱、水塔等設施及閥門調節(jié)等措施，提高供水自動化程度及居民飲用水質量，防止二次污染，是一種理想的現(xiàn)代化供水設備。特點（ 1）高效節(jié)能按需求設定壓力，根據(jù)用水量的變化來調節(jié)電機泵的轉速和水泵運行臺數(shù)

7、，使設備變流量變壓或變流量恒壓供水，使設備運行在高效節(jié)能的最佳狀態(tài)，達到真正節(jié)能的目的。（ 2）供水壓力穩(wěn)定系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制，能自動調節(jié)設定壓力和系統(tǒng)反饋壓力的差值，使壓力保持恒定。（ 3）操作穩(wěn)定設定壓力直接由變頻器鍵盤進行設置，操作極為簡單。（ 4）泵循環(huán)啟動各泵循環(huán)啟動，水泵不會因長久不用而生銹或使用頻繁而磨損。（ 5）完善的保護功能具有短路、過流、過壓、過熱、過載等多種保護，水泵運行如有故障，自動停止工作并報警輸出；系統(tǒng)具有自檢、故障判斷、故障記憶、故障顯示、自動啟動備用泵等功能。（ 6）小流量睡眠功能可配接附屬小泵，使系統(tǒng)運行在夜間或其它小流量情況下，自動關閉主泵，開啟附屬小泵，從而

8、避免因開大功率水泵而造成的浪費。（ 7）備有手動開關控制，可以保證設備的安全連續(xù)運行。（ 8）通過串行口能和計算機聯(lián)接，實現(xiàn)計算機聯(lián)網直徑控制。（ 9）唯一帶有實時時鐘的變頻器，在不同的時間段內可按不同的壓力運行，定時啟、停，最大限度的節(jié)水節(jié)電。（ 10）水池低水位報警停機、水位恢復時自動開機、水池高水位報警適用范圍（ 1）城鄉(xiāng)居民生活小區(qū)、高層建筑、軍事設施、院校、賓館、飯店及較大型建筑生活供水及消防用水。（ 2）各類型的水廠泵站、增壓泵站，輸油管道系統(tǒng)。（ 3）熱水供應、采暖、空調、通風的供水系統(tǒng)。（ 4）油田輸油管道、油庫、泵站、油港恒壓輸油系統(tǒng)（ 5）老式供水系統(tǒng)、舊泵房改造改造。（

9、6）污水泵站、污水處理中的污水提升。（ 7）工業(yè)鍋爐補水系統(tǒng)。（ 8）農業(yè)排灌、噴灌及音樂噴泉等。（ 9） 工業(yè)用水：特別適合要求恒定的生產流程用水（循環(huán)水、冷卻水等）。（10）深井泵房升壓供水。9.2 本次課題設計的目的及要求（1）恒壓供水的控制目的設計一三泵恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)管網瞬間壓力變化，自動調節(jié)某臺水泵的轉速和三臺水泵的投入及退出，使管網主干管出口端保持在恒定的設定壓力值，并滿足用戶的流量需求，使整個系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能的最佳狀態(tài)。(2)恒壓供水的控制要求首先，系統(tǒng)通過供水管網壓力繼電器的壓力上限接點與壓力下限接點的變化獲得輸入信號傳入到PLC的輸入端，進行程序運算后，將得到

10、的輸由信號去控制變頻器的RL、RM、RH及STF、STR、SD等端子的通與斷，產生七段變頻調速信號去控制每臺電機的運行。這樣系統(tǒng)就能根據(jù)工廠的用水情況，通過PLC與變頻器的調節(jié)，達到恒壓供水的目的。如圖1所示圖表1題目：恒壓供水系統(tǒng)原理圖其具體控制要求如下：(1)共有3臺水泵，按設計要求，系統(tǒng)工作時2臺運行,1臺備用，運行與備用的電機每10天輪換一次，如圖2所示neenpNLAniTLJU；RY=|RCZ3IF24sourneenviB=3PPcZUJLOG口IDMS23ORR.Y-KJC*VF-S；111KR4-幸、1QLAu<ci/HAnd_42KR一3KKfFI-A-FLC-P34

11、-COT平LOGOI230RCQLILUU匚匚匚匚LUrLILfULJLJ|1KMJZF4KKilSKJK卜CE-F上備用圖表2題目：恒壓供水系統(tǒng)原理圖(2)用水高峰時,1臺工頻全速運行,1臺變頻運行；用水低谷時，只需1臺變頻運行。(3)3臺水泵分別由電動機M1、M2、M3拖動，而3臺電動機又分別由變頻接觸器KM1、KM2、KM3和工頻接觸器KM4、KM5、KM6控制。(4)電動機的轉速由變頻器的七段調速來控制，七段速度與變頻器的控制端子的對應關系如下表：表1-1七段速度與變頻器的控制端子的對應關系繼電器的壓力上限開關與下限開關控制。其七段速的切換如圖4所示圖表3七段速的切換(6)水泵投入工頻

12、運行時，電動機的過載由熱繼電器保護，并有報警信號指示。9.3 本次課題設計所用的器材三菱PLCFR-A700,壓力傳感器，可編程控制器(PLC),水泵，3臺三菱通用變頻器FR-A700,3臺三相交流異步電動機，導線若干。第2章硬件系統(tǒng)2.1恒壓供水系統(tǒng)的工作原理圖表4恒壓供水系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)是由三臺水泵進行供水，它分別由電動機M1、M2、M3進行拖動。而三臺電動機又分別由三個變頻器接觸器KM1、KM2、KM3和三個工頻接觸器KM4、KM5、KM6控制,如圖5。每一臺電動機都是先變頻低速啟動,然后根據(jù)供水的需要,由低速向高速逐漸增高。當?shù)竭_最高速時,若供水量還是不足,則轉變成工頻全速運行。變頻

13、器工作的七段速度的轉換及變頻與工頻的切換,由供水管網壓力繼電器的上限壓力開關與下限壓力開關控制。工作過程：u號電機%頻運行矮時10sW調節(jié)正常下號電機工煩運行轉模擬調節(jié)2號電機工頻運行啟動程序流程圖模擬調節(jié)圖(1) 初始狀態(tài)。步進定時器、計數(shù)器的自動復位,供水管網壓力繼電器的壓力上、下限接點開關自動檢測水壓狀態(tài),以確定水的壓力情況。(2) 啟動操作。按下啟動按鈕X0,系統(tǒng)進入步進工作的初始狀態(tài)。根據(jù)自動檢測的壓力上、下限的狀態(tài),選擇水泵電機的運行速度。當壓力下限接點SQ1閉合,表示水壓不夠,水泵電機要加大運行速度。如果運行到變頻的最高速時,水壓還是不夠,則水泵電機自動由變頻轉到工頻運行,以最高

14、速抽水。同時,啟動另一臺電機變頻運行,這樣用水高峰時就有兩臺水泵同時運行抽水。當達到水壓上限時,壓力上限接點SQ2閉合,兩臺水泵電機中,變頻運行的水泵自動停止,工頻運行的水泵自動轉為七段速變頻運行。水泵由高速向低速轉換運行,直到水壓平衡時,電機由變速轉為恒速運行。(3) 停止操作:在任何時候按下停止按鈕SB1,水泵電機、定時器、步進程序全部復位歸零,回到初始狀態(tài)。所有水泵電機從停止到啟動及從啟動到停止都由變頻器來控制，實現(xiàn)帶載軟啟動，避免了啟動大電流給水泵電機帶來沖擊，相對延長了電機的使用壽命。同時，系統(tǒng)供水采用變頻泵循環(huán)方式，以“先開先關”的順序關泵，工作泵與備用泵不固定死，這樣，既保證供水

15、系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)泵有相同的運行時間，有效地防止因為備用泵長期不用發(fā)生銹死現(xiàn)象，提高了設備的綜合利用率，降低了維護費用。以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水壓高時，通常是采用停變頻泵，再將變頻器以工頻運行方式切換到正在以工頻運行的泵上進行調節(jié)。這種切換的方式理論上要比直接切工頻的方式先進，但其容易引起泵組的頻繁啟停，從而減少設備的使用壽命。而在該系統(tǒng)中，直接停工頻泵，同時由變頻器迅速調節(jié)，只要參數(shù)設置合適，即可實現(xiàn)泵組的無沖擊切換，使水壓過渡平穩(wěn)，有效的防止了水壓的大范圍波動及水壓太低時的短時缺水現(xiàn)象，提高了供水品質。故障處理（1）故障報警當出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、超壓、差壓等情況時，系統(tǒng)

16、皆能發(fā)出聲響報警信號；特別是當出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、超壓時，系統(tǒng)還會自動停機，并發(fā)出聲響報警信號，通知維修人員前來維修。此外，變頻器故障時，系統(tǒng)自動停機，此時可切換至手動方式保證系統(tǒng)不間斷供水。（2）水泵檢修為維護和檢修水泵，要求在系統(tǒng)正常供水狀態(tài)下，在一段時間間隔內使某一臺水泵停運，系統(tǒng)設有水泵強制備用功能（硬件備用），可隨意備用某一臺水泵，同時不影響系統(tǒng)正常運行；為了使水泵進行輪休，系統(tǒng)還設有軟件備用功能（鐘控功能，由時間控制器實現(xiàn)），工作泵與備用N泵具有周期定時切換功能，周期間隔由時間控制器設定：1小時每次96小時每次連續(xù)可調。2.2三菱PLC的介紹2.2.1 三菱PLC的工作

17、原理FX2N系列可編程控制器是日本三菱公司近幾年研究生產的主要機型之一，它功能強大，故障率底，能用三種不同方法對其編程，程序之間可相互轉換。內置高速計數(shù)器能進行數(shù)千赫茲計數(shù)，該器件性能穩(wěn)定易于使用，用于自動化控制時不需要太多的外圍設備，并且能對編寫的程序進行加密。1 可編程控制器的特點可編程控制器簡稱PLC,是為替代繼電器-接觸器系統(tǒng)而研制的。由于引進計算機技術，它的功能在許多方面已遠遠超過繼電器-接觸器系統(tǒng)的范圍。主要有日本的歐姆龍.三菱.德國的西門子等許多國家的品牌?，F(xiàn)許多機床、紡織設備以及生產線都采用PLC技術。它仍保留著繼-接系統(tǒng)奧些原有的特點，同時又表現(xiàn)出它許多獨特的優(yōu)點：由于采取了

18、屏蔽和光電隔離等一系列抗干擾措施，使其具有更高的可靠性和較長的適應壽命，并且本身具有完善的自診斷功能，使檢查判斷故障迅速方便，有助于對故障的快快速修復。硬件雖然和計算機基本相同，但使應的語言卻完全不同?？删幊炭刂破鞑捎锰菪螆D和指令表編程，方便易學，就連不懂計算機的人也能很快掌握。需要改變流程時，在生產過程中可以現(xiàn)場改變程序，便于編程。它不但具有強大的功能，而且具有良好的通用性，數(shù)據(jù)處理速度快、控制精度高，不僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等順控功能，也能完成數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理、模擬量控制。既可構成分布式控制系統(tǒng)，也可構成集中式控制系統(tǒng)。它體積小、重量輕、功耗底、環(huán)境適用性強，能在高溫、震動大等惡劣環(huán)境

19、下正常工作，是實現(xiàn)機電一體化較理想的設備，是工業(yè)自動控制系統(tǒng)不可缺少的一部分。下面簡要介紹三菱fx2n系列可編程控制器的組成及應用。2 三菱可編程控制器硬件組成傳統(tǒng)的繼-接系統(tǒng)是由三個部分組成，其輸入部分是有外部的各種開關和按扭，邏輯部分有若干懂得繼電器和其觸點組成有一定控制功能的電路，輸出部分是各種執(zhí)行元件，如線圈電磁閥指示燈。根據(jù)被控制對象發(fā)出的開關信息，邏輯電路就按規(guī)定的動作要求，判斷該做什么動作驅動執(zhí)行電器。它最大的缺點是：它按固定方式接線，不能靈活更改動作程序。和傳統(tǒng)的繼-接裝置相似，三菱可編程控制器也具有輸入、輸出、邏輯控制部分。輸入部分采用光電隔離的光電偶合器件，經過隔離，使外部

20、控制和PLC接口電路實現(xiàn)真正意義上的電隔離，故互不影響工作點。邏輯部分采應大規(guī)模集成電路(CPU和存儲器(ROM,RAM)通過對程序的編寫和更改能隨心所欲地控制設備的工作狀態(tài)，相當于在繼-接電路中更改控制電路的連線，但要比更改連線要簡單得多。(1) 主機部分：fx2n-16三菱PLC輸入輸由接口采應螺釘壓接，上邊為交流電源供電端和機內輸出+24伏電源。com接口和輸入接口。輸入接口，符號X,編號為X1-X7,以八進制數(shù)分配，輸出部分符號為Y,分配編號為Y0-Y7,也以八進制數(shù)分配。左下角防護蓋內有九針編程電纜插口，用來編寫程序時使用。旁邊的開關是停止/運行開關。當把開關置于ON時,PLC內部程

21、序可以運行，當置于OFF時，停止程序運行，任何一路都無輸出。不管輸入的信號如何，也絕不會動作。和輸入輸出接點對應的有紅色的法光二極管(LED)指示，指示輸入輸出信號狀態(tài)，當該路有指示時，表明該路有信號輸入或輸出。右邊縱向發(fā)光管分別是電源(power)。電池(batt.3.6v)電壓。程序(prog-err)錯誤指示.當電池電壓底該燈點亮表示電池電量不足，應及時更換電池。PLC內部損壞或由于某種原因導致程序混亂或消失時prog-err點亮。在輸入接口中，PLC自身提供給輸入接點DC+24V電源供輸入接點接收外部信號。其交流電源使用范圍極寬，從85-264V皆能正常工作。(2) 輸入輸出組件：與被

22、控設備相連接，是借助輸入輸出接口來完成工作的。它接收外部的開關信號和傳感器信號，通過內部輸入組件的光偶驅動內部電路接通或斷開，每一個輸入電路可以看成一個輸入繼電器，再經過和程序配合執(zhí)行，控制輸出級的通斷，接通或斷開外部負載。在三菱fx2n系列里輸出方式有三種可供選擇：1.FX2N-xxMT2.FX2N-xxMR3.FX2N-xxMS.MT為晶體三極管輸出主要用于支流負載，MR為繼電器輸出，可用于交流性負載也可用于直流負載，MS為可控硅輸出可用于直流負載可用于交流負載，但一般用于交流，每一個輸出輸入接點都對應于面板，并有相應指示，xx代表輸入/輸出點數(shù)。輸入輸出為1/1，如16MT為8輸入8輸由

23、三極管型，64mR為32入/32由繼電器型，使用時，可根據(jù)生產中實際情況靈活選用。(3) 邏輯控制部分：有微處理器和存儲器組成。微處理器即CPU,它是可編程控制器的神經中樞，是PLC的核心元件，接收并存儲從編程器送來的用戶程序和數(shù)據(jù)，運行時接收現(xiàn)場的輸入狀態(tài)，用掃描方式運行并將數(shù)據(jù)存入存儲器或寄存器診斷電源及電路工作狀態(tài)以及編程的語法錯誤，并及時給予提示，從存儲器中逐條讀取用戶程序,按照指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號，啟動和關閉輸出狀態(tài)，分時分渠執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取。傳送比較動作，完成程序中規(guī)定的運算任務，實現(xiàn)輸出控制功能。存儲器分系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器，系統(tǒng)存儲器在設備出廠時就以被固化在內部，不

24、能由用戶直接讀取。用戶存儲器存儲用戶編制的梯形圖或指令，后備鋰電池就是為用戶程序而設計的。如果沒有后備電池，設備停電后，用戶程序就會消失。有了后備電池，即使停電也不會因為存儲器失電而丟失程序。保存到直至用戶改變?yōu)橹埂Ｒ虼?，CPU的自檢功能指示，能及時告訴用戶及時更換電池以免丟失程序。2.2.2三菱FX2NPLC內部軟元件及其編號三菱可編程控制器內部有很多軟元件常用的主要有以下幾種：(1)輸入繼電器：專門用于接收外部開關及按扭或傳感器發(fā)送的信號，它與PLC的輸入端相接。每個輸入端都有本身提供的+24V電源，一旦接在莫一輸入端的外部信號與公共端接通或斷開，相應的輸入繼電器立即投入運行工作，它提供無

25、數(shù)的常開和常閉觸點，供編程時使用，軟件編號，以不同型號的點數(shù)不同而不同，再系列中，輸入點數(shù)=輸出點數(shù)=1/2總點數(shù)。(2)輸由繼電器：將PLC輸生的信號傳遞給外部負載，并有一定的負載能力。(MR系列為2000mA、MS系列為500mA、MT系列為500mA。通過輸由接線端與被控制負載連接，根據(jù)被控對象的外加電壓，且輸入信號滿足某種要求時，輸由繼電器動作，控制負載開停。符號Y,和輸入繼電器一樣可提供無數(shù)的常開常閉觸點。以不同PLC點數(shù)不同而有不同。再梯形圖中，它相當于繼-接電路中的中間繼電器。(3) 定時器與計數(shù)器:FX2N內部有多種定時器供用戶選擇。主要有100ms、10ms和1ms三種.符號

26、，編號T0-T199。當程序中定時設置到達時，輸出繼電器動作，帶動外部負載斷開或閉合。在編制梯形圖和程序時，后面必須加有常數(shù)K，以十進制表示定時時間。如果K=100，選用100ms定時器時，則定時時間為10s;計數(shù)器符號為C,從C0-C234共235點,也要加有十進制常數(shù)K。(4) 內部輔助繼電器：內部有許多輔助繼電器，符號它有無數(shù)的常開和常閉觸點，再編程時可隨意使用。它不能直接驅動外部負載，外部負載的驅動是由輸出繼電器來完成的。另外，其內部還有供停電保持用的輔助繼電器和積算型定時器計數(shù)器用于電路控制時不經常應用。2.2.3PLC的梯形圖與常用指令繼-接電路以被廣大電器工作人員所熟悉，梯形圖就

27、是繼-接電路的延伸，是由繼-接電路演變而來的。程序的編寫主要有兩種編寫方法：梯形圖和指令表。(1) 梯形圖：它形象直觀，是繼-接電路的延伸，也是編程的主要方法之一。工作方式不同：繼-接電路中，電路接通時，線路中各電器都處于受約束狀態(tài)，該吸合的即吸合，不吸合的都有于莫種條件限制不能吸合。在PLC梯形圖中，各軟件都處于周期性循環(huán)掃描狀態(tài)而且繼-接電路繼電器觸點數(shù)量有限，梯形圖中每只軟繼電器數(shù)量不受限制可以隨意調用。(2) 指令表：FX2N系列PLC編程指令最多可達8000條，以滿足各個生產環(huán)節(jié)中的需要。用圖1說明指令的編寫方法：(指令表見附頁)。程序由若干行組成，每一行就是一條指令，每條指令可讓P

28、LC執(zhí)行莫方面的操作功能，每條指令由三部分組成，第一部分為指令序號，第二部分為指令助記符，它規(guī)定執(zhí)行某一特定的操作，執(zhí)行輸出繼電器的開關狀態(tài)和設計功能，第三部分為數(shù)據(jù)，指明各軟件的編號和設置。LD：指的是程序設計中常開觸點的輸入。如輸入接點X0閉合，則PLC程序開始運行輸出接點Y0輸出控制信號，控制外部繼電器接通電機電源，電機按星型啟動，原理同繼-接電路。LDI:是程序中常閉觸點的輸入，如輸入接點X1斷開，則程序停止運行。輸出繼電器Y0停止輸出。LD、LDI都接在梯形圖的母線上。AND用于常開觸點的串聯(lián)，而常閉觸點串聯(lián)用ANI指令。串并聯(lián)觸點在梯形圖中的數(shù)量不受限制可多次重復使用。OR指令為并

29、聯(lián)連接的常開觸點，ORI為常閉觸點的并聯(lián)連接。ANB在并聯(lián)電路指令后面用，作為串聯(lián)電路的結束，但分支電路的起點要用LD或LDI指令。若多個并聯(lián)電路指令按順序和前邊的電路串聯(lián)連接時，ANB指令可無限次使用。另外，還有許多指令如空循環(huán)指令NOP結束指令END.復位指令RST等。設計程序時的注意事項PLC的設計以繼-接電路為基礎，以生產過程中的控制要求和現(xiàn)場信號，結合實際情況，確定控制系統(tǒng)的控制過程和功能，確定使用類型和點數(shù)，正確選用。避免造成浪費，F(xiàn)X2N輸入/輸出每多一點，價格價格便會高出人民幣500元左右。畫出梯形圖，也可用程序指令清單。在三菱指令表和梯形圖之間它們可以相互轉換，將所有輸入信號

30、列表，按內部軟元件編號范圍編制。控制電源即直流母線畫在最左側，且輸出繼電器右側不能有控制指令.即不能有控制符號。將有串聯(lián)電路符號多的電路編寫在上方和左邊。2.2.4三菱可編程控制器在生產中的應用我公司有空調有兩臺15KW空調用風機，要求其中一臺電動機損壞后，另外一臺備用電動機自行啟動，并且任何一臺也能單獨運行。設計思路：由于電動機功率較大，使用降壓啟動。用三只按鈕進行啟動與停止操作，兩只啟啟動按鈕，一只停止按鈕，用兩只熱繼電器常開.常閉點作切換輸入元件。由于控制功能較簡單，可選用MR繼電器輸由型.梯形圖如附圖。元件編號及功能定義如下：X00停止按鈕Y0運行電機降壓啟動X01備用電機熱保護Y1運

31、行電機全壓運行X02運行電機熱保護Y2備用電機降壓啟動X03運行電機啟動按鈕Y3備用電機全壓運X04備用電機熱保護：T0.T1內部定時器由于可編程控制器功能強大、體積小，當應用于特種設備控制時，其指令有待于大家共同研究開發(fā)。PLC通電以后，需要對硬件和軟件做一些初始化的工作為了PLC的輸出即使響應各種輸入信號,初始化后反復不停地分階段處理不同的任務。這種周而復始的循環(huán)工作模式稱為掃描工作模式.2.3.變頻器的介紹2.3.1 變頻器的控制用變頻調速來實現(xiàn)恒壓供水，與用調節(jié)閥門來實現(xiàn)恒壓供水相比，節(jié)能效果十分顯著（可根據(jù)具體情況計算出來）。其優(yōu)點是：（1）起動平衡，起動電流可限制在額定電流以內，從

32、而避免了起動時對電網的沖擊；（2）由于泵的平均轉速降低了，從而可延長泵和閥門等的使用壽命；（3）可以消除起動和停機時的水錘效應；一般地說，當由一臺變頻器控制一臺電動機時，只需使變頻器的配用電動機容量與實際電動機容量相符即可。當一臺變頻器同時控制兩臺電動機時，原則上變頻器的配用電動機容量應等于兩臺電動機的容量之和。但如在高峰負載時的用水量比兩臺水泵全速供水量相差很多時，可考慮適當減小變頻器的容量，但應注意留有足夠的容量。雖然水泵在低速運行時，電動機的工作電流較小。但是，當用戶的用水量變化頻繁時，電動機將處于頻繁的升、降速狀態(tài)，而升、降速的電流可略超過電動機的額定電流，導致電動機過熱。因此，電動機

33、的熱保護是必需的。對于這種由于頻繁地升、降速而積累起來的溫升，變頻器內的電子熱保護功能是難以起到保護作用的，所以應采用熱繼電器來進行電動機的熱保護。在主要功能預置方面，最高頻率應以電動機的額定頻率為變頻器的最高工作頻率。升、降速時間在采用PID調節(jié)器的情況下，升、降速時間應盡量設定得短一些，以免影響由PID調節(jié)器決定的動態(tài)響應過程。如變頻器本身具有PID調節(jié)功能時，只要在預置時設定PID功能有效，則所設定的升速和降速時間將自動失效交流變頻器是微計算機及現(xiàn)代電力電子技術高度發(fā)展的結果。微計算機是變頻器的核心，電力電子器件構成了變頻器的主電路。大家都知道，從發(fā)電廠送出的交流電的頻率是恒定不變的，在

34、我國是每秒50周。而交流電動機的同步轉速表達式為：n=60f(1s)/p式中n異步電動機的轉速；f異步電動機的頻率；s電動機轉差率；p電動機極對數(shù)。由式(1)可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在050Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段2.3.2 變頻器的基本結構從頻率變換的形式來說，變頻器分為交-交和交-直-交兩種形式。交-交變頻器可將工頻交流電直接變換成頻率、電壓均可控制的電流電，稱為直接式變頻器。而交-直-交變頻器則是先把工頻交流電通過整流變成直流電，然后再

35、把直流電變換成頻率、電壓均可控制的交流電，又稱間接式變頻器。市售通用變頻器多是交-直-交變頻器，其基本結構圖如下圖所示，由主回路，包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制回路組成，現(xiàn)將各部分的功能分述如下：網側交流器中間直流環(huán)節(jié)負載惻交流器整流器逆變耨DC控制指令控制電路控制指令運行指令圖表6變頻器的基本結構交-直-交變頻器的基本結構(1)整流器：電網側的變流器是整流器，它的作用是把三相(也可以是單相)交流整流成直流。(2)直流中間電路：直流中間電路的作用是對整流電路的輸生進行平滑，以保證逆變電路及控制電源得到質量較高的直流電源。由于逆變器的負載多為異步電動機，屬于感性負載。無論是電動機處于電動

36、或發(fā)電制動狀態(tài)其功率因數(shù)總不會為1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間總會有無功功率的交換。這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件(電容器或電抗器)來緩沖。所以又常稱直流中間環(huán)節(jié)為中間直流儲能環(huán)節(jié)(3)逆變器：負載側的變流器為逆變器。逆變器的主要作用是在控制電路的控制下將直流平滑輸由電路的直流電源轉換為頻率及電壓都可以任意調節(jié)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出(4)控制電路：變頻器的控制電路包括主控制電路、信號檢測電路、門極驅動電路、外部接口電路及保護電路等幾個部分，其主要任務是完成對逆變器的開關控制，對整流器的電壓控制及完成各種功能。控制電路是變頻器的核心部分，性能的優(yōu)劣決定了變頻器的

37、性能。一般三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成，直流中間電路的儲能元件在整電路是電壓源時是大容量的電解電容，在整流電路是電流源時是大容量的電感。為了電動機制動的需要，中間電路中有時還包括制動電阻及一些輔助電路。逆變電路最常見的結構形式是利用6個半導體主開關器件組成的三橋式逆變電路。有規(guī)律的控制逆變器中主開關控制電路的核拒塞件-電容是微型計算機,的優(yōu)良性能提供了硬件保障。.-型下圖為電壓型變頻器和電流型電源電的機Xm)變頻器主電路基本結構示意圖電動機電源2SZW不<Q>電源卒平漕電容七叁S)電壓型變頻器和電流型變頻器主電路基本結構(a)電壓型變頻器主電路(b)電流型變頻器主電路2

38、.3.3 變頻器的分類及控制方式變頻器較詳細的工作原理還與變頻器的工作方式有關，通用變頻器按工作方式分類如下:(1)U/f控制。U/f控制即電壓與頻率成比例變化控制。由于通用變頻器的負載主要是電動機，處于電機磁場恒定的考慮，在變頻的同時都要伴隨著典雅的調節(jié)。U/f控制由于忽略了電機漏阻抗的作用，在低頻段的工作特性不理想。因而實際變頻器中常采用E/f控制，采用U/f控制方式的變頻器通常被稱為普通功能變頻器。(2) 轉差率控制。轉差頻率控制是在E/f控制基礎上增加轉差率控制的一種控制方式。從電機的轉速角度看，這是一種以電機的實際運行速度加上該速度下電機的轉差頻率確定變頻器的輸出頻率的控制方式。更重

39、要的是，在E/f=常數(shù)條件下，通過對轉差頻率的控制，可以實現(xiàn)對電機轉矩的控制。采用轉差率控制的變頻器通常屬于多功能型變頻器。(3) 矢量控制。矢量控制是受調速性能優(yōu)良的直流電機磁場電流及轉矩電流可分別控制的啟發(fā)而設計的一種控制方式。矢量控制將交流電機的定子電流采用矢量分解的方法，計算出定子電流的磁場分量及轉矩分量，并分別控制，從而大大提高了變頻器對電機轉速及力矩控制的精度及性能。采用矢量控制的變頻器通常稱為高功能變頻器。通用變頻器按工作方式分類的工程意義在于各類變頻器對負載的適應性。普通功能型變頻器適用泵類負載及要求不高的反抗性負載，而高功能變頻器可適用于位能性負載。控制方式:(1) 操作面板

40、控制方式。這是通過操作面板的按鈕手動設置輸出頻率的一種操作方式。具體操作又有兩種方法：一個按面板上頻率上升或頻率下降的按鈕調節(jié)輸出頻率；另一種方法是通過直接設定頻率數(shù)值調節(jié)輸出頻率。(2) 外輸入端子數(shù)字量頻率選擇操作方式。變頻器常設有多段頻率選擇功能。各段頻率值通過功能碼設定，頻率段的選擇通過外部端子選擇。變頻器通常在控制端子中設置一些控制端。(3) 外輸入端子模擬量頻率選擇操作方式。為了方便與輸出量為模擬電流或電壓的調節(jié)器、控制器的連接，變頻器還沒有模擬量輸入端，如圖1-5中的C1端為電流輸入端，11、 12、13端為電壓輸入端，當接在這些端口上的電流或電壓量在一定范圍內平滑變化時，變頻器

41、的輸出頻率在一定范圍內平滑變化。(4) 通信數(shù)字量操作方式。為了方便與網絡接口，變頻器一般都設有網絡接口，都通過通信方式接收頻率變化指令。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、再次整流(直流變交流)、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成的。2.3.4變頻調速的特點及分析用戶用水的多少是經常變動的，因此供水不足或供水過剩的情況時有發(fā)生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則壓力大。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時供水也多，用水少時供水也少，從而提高了供水的質量。恒壓供水系統(tǒng)對于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的

42、。例如在某些生產過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時斷水，可能影響產品質量，嚴重時使產品報廢和設備損壞。又如發(fā)生火災時，若供水壓力不足或或無水供應，不能迅速滅火，可能引起重大經濟損失和人員傷亡。所以，某些用水區(qū)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經濟和社會意義。隨著電力技術的發(fā)展，變頻調速技術的日臻完善，以變頻調速為核心的智能供水控制系統(tǒng)取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設備，起動平穩(wěn)，起動電流可限制在額定電流以內，從而避免了起動時對電網的沖擊；由于泵的平均轉速降低了，從而可延長泵和閥門等東西的使用壽命；可以消除起動和停機時的水錘效應。其穩(wěn)定安全的運行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使

43、供水實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終達到高效率的運行目的。2.3.5 恒壓供水的變頻應用方式通常在同一路供水系統(tǒng)中，設置多臺常用泵，供水量大時多臺泵全開，供水量小時開一臺或兩臺。在采用變頻調速進行恒壓供水時，就用兩種方式，其一是所有水泵配用一臺變頻器；其二是每臺水泵配用一臺變頻器。后種方法根據(jù)壓力反饋信號，通過PID運算自動調整變頻器輸出頻率，改變電動機轉速，最終達到管網恒壓的目的，就一個閉環(huán)回路，較簡單，但成本高。前種方法成本低，性能不比后種差，但控制程序較復雜，是未來的發(fā)展方向.2.3.6 PID控制原理根據(jù)反饋原理：要想維持一個物理量不變或基本不變，就應該引這個物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系

44、統(tǒng)。我們要想保持水壓的恒定，因此就必須引入水壓反饋值與給定值比較，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。但被控制的系統(tǒng)特點是非線性、大慣性的系統(tǒng)，現(xiàn)在控制和PID相結合的方法，在壓力波動較大時使用模糊控制，以加快響應速度；在壓力范圍較小時采用PID來保持靜態(tài)精度。這通過PLC加智能儀表可時現(xiàn)該算法，同時對PLC的編程來時現(xiàn)泵的工頻與變頻之間的切換。實踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價也不高。要想維持供水網的壓力不變，根據(jù)反饋定理在管網系統(tǒng)的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，管網的充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個大滯后系統(tǒng)，不易直接采用PID調節(jié)器進行控制，而采用PLC參與控制的方式來實現(xiàn)

45、對控制系統(tǒng)調節(jié)作用。2.4.A/D和D/A模塊在科研、生產中，要經常進行模擬量的測量和控制。為了對溫度、壓力、流量、速度、位移等物理量進行測量和控制，都是通過各種傳感器把上述物理量轉換成模擬物理量的電信號，即模擬電信號；將模擬電信號經過處理并轉換成計算機能識別的數(shù)字量，送進計算機，這就是A/D變換過程或稱為數(shù)據(jù)采集。目前大部分傳感器輸出的仍是電壓或電流等模擬信號，所以往往需要將這些模擬信號轉換成易于處理和存儲的數(shù)字信號，這時就需要一個接口電路把模擬量轉換成數(shù)字量，能完成這項任務的接口部件就是A/D模數(shù)轉換器。A/DA/D轉換器是將模擬量轉換為一定進制的數(shù)字量。轉換器大多是將電壓量轉換為正比的二

46、進制數(shù)字量，乘以轉換系數(shù)后可獲得電壓的數(shù)值量，也有先將電壓量轉換為時間或頻率，然后再經計數(shù)得到電壓的數(shù)值量。D/A轉換器相反。D/A轉換器按照工作原理的不同，可以分為兩大類，即直接D/A轉換器和間接D/A轉換器。直接D/A轉換器的工作方式是指直接將輸入的數(shù)字信號轉換為輸出的模擬信號；而間接D/A轉換器的工作方式是先將輸入的數(shù)字信號轉換為某種中間量，然后再將這種中間量轉換成為輸出的模擬量。第3章三泵恒壓供水系統(tǒng)的設計3.1 系統(tǒng)硬件的連接變頻器多功能端SC接PLC的COM,PLC的24v接PLC的CO端,PLC輸由端Y00接變頻器多功能端S1端，中間有個點動按扭SB1,PLC輸由端Y01接變頻器

47、多功能端S2端，中間也有個點動按扭SB2,變頻器多功能端FR接D/A模塊的輸由端Uout,變頻器多功能端FC接D/A模塊的CO端，直流穩(wěn)壓電源的正極接A/D模塊的輸入端Vin1端，直流穩(wěn)壓電源的負極接A/D模塊的COM端，變頻器的U/V/W端接電機，變頻器的R/S/T端接電源。（直流穩(wěn)壓電源的量程是9V）3.2 系統(tǒng)的I/O口及地址分配X0:起動按鈕X1:水壓下限X2:水壓上限X3:停止按鈕X4:FR1（常閉）X5:FR2（常閉）X6:FR3（常閉）Y0:運行（STF）Y1:多段速度（RH）Y2:多段速度（RH）Y3:多段速度（RL）Y4Y11:KM1KM6Y12:F網作報警根據(jù)控制要求及I/

48、O分配，其系統(tǒng)接線如圖所示XOXIX2XIX4X5XOCXJMIYOY1V2YACOM25Y4Y5YGY7VI(>YI1V12圖表5I/O分配3.3 變頻器參數(shù)的設置上限頻率Pr1=50Hz下限頻率Pr2=0Hz基底頻率Pr3=50Hz加速時間Pr7=5s減速時間Pr8=5s電子過電流保護Pr9=電動機的額定電流操作模式選擇Pr79=3起動頻率Pr13=0.5Hz多段速度設定Pr4=15Hz多段速度設定Pr5=20Hz多段速度設定Pr6=25Hz多段速度設定Pr24=30Hz多段速度設定Pr25=35Hz多段速度設定Pr26=40Hz多段速度設定Pr27=45Hz3.4 系統(tǒng)程序的設計根

49、據(jù)恒壓供水系統(tǒng)工作原理,將壓力傳感器測量值（直流穩(wěn)壓電源的電壓信號）經過A/D轉換送到三菱PLC模塊上,CPU模塊對送來的數(shù)據(jù)掃描,再把編好的程序也送到PLC的寄存器里,和設定壓力值進行PID運算，比較后經D/A轉換送給變頻器控制電機轉速。根據(jù)上述原理得出下圖程序方框圖,并在實驗設備上調試。雙泵恒壓供水系統(tǒng)的程序：RST-XIJi1-nVL1COI(-CepkiooH飛CD"FplRST©I-|產Rd1aoeT躲+嗎-irYiw_C1圖表7雙泵恒壓供水系統(tǒng)3.5 系統(tǒng)程序的調試(1) 設定參數(shù),按上述變頻器的設定值定變頻器的參數(shù)。(2) 輸入程序,按上圖所示的梯形圖正確輸入

50、程序。(3)PLC模擬調試,按圖6所示的控制電路正確連接好輸入設備,進行PLC的模擬調試,觀察PLC的輸出指示燈是否按要求指示,否則檢查并修改程序,直至指示正確。(4) 空載調試,按圖6所示的控制電路圖,將PLC與變頻器連接好(不接電動機),進行PLC、變頻器的空載調試,通過變頻器的操作面板觀察變頻器的輸出頻率是否符合要求,否則檢查系統(tǒng)接線、變頻器的參數(shù)、PLC的程序,直至變頻器按要求運行。(5) 系統(tǒng)調試,正確連接好全部設備,進行系統(tǒng)調試,觀察電動機能否按控制要求運行,否則,檢查系統(tǒng)接線、變頻器參數(shù)、PLC程序,直至電動機按控制要求運行。第4章總結與分析用戶用水的多少及流量是經常變動的，因此

51、供水不足或供水過剩的情況時有發(fā)生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則壓力大。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時供水也多，用水少時供水也少，從而提高了供水的質量。4.1 原理概述恒壓變流量供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動機調速裝置與單片機、可編程控制器（PL?；蚬I(yè)控制計算機（IPC）等控制單元構成控制系統(tǒng)，進行優(yōu)化控制泵組的調速運行并自動調整泵組的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網流量變化時達到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設定的給水壓力值與反饋的總管壓力實際

52、值進行比較，其差值輸入到控制單元的CPU運算處理后，發(fā)生控制指令，控制泵電動機的投運臺數(shù)和運行變量泵電動機的轉速，從而達到給水總管壓力穩(wěn)定在設定的壓力值上。4.2 控制方案在高層樓宇或生活小區(qū)的供水管網系統(tǒng)中由于管網是封閉的，泵站供水的流量是由用戶用水量決定的，泵站供水的壓力以滿足管網中壓力最不利點的壓力損失AP和流量Q之間存在著如下關系：AP=KQ2式中K為系數(shù)。設定PL為壓力最不利點所需的最低壓力，則泵站出口總管壓力P應為：P=PL+AP=PL+KQ2;此時可滿足用戶用水的需求壓力值又可以達到最佳的節(jié)能效果。因此供水系統(tǒng)的設定壓力值應根據(jù)流量的變化而不斷修正設定值，這種恒壓供水技術稱為變量

53、恒壓供水，即供水系統(tǒng)最不利點的供水壓力為恒定值而泵站出口總管壓力連續(xù)可調。典型的自動恒壓供水系統(tǒng)具有控制水泵出口總管壓力恒定、變流量供水功能。系統(tǒng)通過安裝在出水總管上的壓力變送器和流量傳感器實時將壓力和流量非電量信號轉換為標準電流弱電信號，輸入到系統(tǒng)控制單元一PLC的模擬信號輸入模塊，信號經CPUg算處理后與設定的信號進行比較運算得由最佳的運行工況參數(shù)，由PLC的輸由模塊輸由邏輯控制指令和控制變頻器輸出頻率的信號值控制泵站投運水泵的臺數(shù)及變量泵的運行工況，并實現(xiàn)對每臺水泵根據(jù)CPU指令實施軟啟動、軟切換及變頻運行。系統(tǒng)可根據(jù)用戶終端用戶用水量的變化，自動控制泵組水泵的循環(huán)運行以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性

54、及供水的質量?？紤]到高層樓宇存在生活供水和消防供水兩組管網，我們在進行高層樓宇全自動供水系統(tǒng)設計和施工時，可根據(jù)用戶的實際需要設計綜合控制系統(tǒng)，一般來說控制系統(tǒng)有兩種控制實現(xiàn)手段：1、將兩套系統(tǒng)的控制合二為一，即生活供水分部的壓力、流量傳感變送單元檢測管網過程信號轉換為保證電流信號傳輸至控制單元由控制單元控制管網維持恒壓變流運行，當遇到緊急情況需要進行消防供水時，控制單元檢測到傳輸過來的自動消防運行指令或由人工操作運行將消防供水回路打開，同時變頻器切換至拖動消防水泵運行（系統(tǒng)先將消防供水回路的電動閥門打開或人工開啟手動閥門），此時生活供水回路暫停運行；2、兩套系統(tǒng)分開控制和運行，生活供水控制系統(tǒng)依舊如前所述，消防供水控制系統(tǒng)與消防報警控制系統(tǒng)聯(lián)網，一旦消防報警控制系統(tǒng)檢測到險情，則消防供水控制系