基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)-自動化等專業(yè)

1、長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 摘要 PAGE 摘要本論文根據(jù)中國城市小區(qū)的供水要求，設(shè)計了一套基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng), 并利用組態(tài)軟件開發(fā)良好的運(yùn)行管理界面。變頻恒壓供水系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、水泵機(jī)組、壓力傳感器、工控機(jī)等構(gòu)成。本系統(tǒng)包含三臺臺水泵電機(jī)，它它們組成變頻頻循環(huán)運(yùn)行方方式。采用變變頻器實(shí)現(xiàn)對對三相水泵電電機(jī)的軟啟動動和變頻調(diào)速速，運(yùn)行切換換采用“先啟啟先?！钡脑瓌t。壓力傳傳感器檢測當(dāng)當(dāng)前水壓信號號，送入PLLC與設(shè)定值值比較后進(jìn)行行PID運(yùn)算算，從而控制制變頻器的輸輸出電壓和頻頻率，進(jìn)而改改變水泵電機(jī)機(jī)的轉(zhuǎn)速來改改變供水量，最最終保持管網(wǎng)網(wǎng)壓力穩(wěn)定在在設(shè)定

2、值附近近。通過工控控機(jī)與PLCC的連接，采采用組態(tài)軟件件完成系統(tǒng)監(jiān)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了了運(yùn)行狀態(tài)動動態(tài)顯示及數(shù)數(shù)據(jù)、報警的的查詢。關(guān)鍵詞：變頻調(diào)調(diào)速，恒壓供供水，PLC，組態(tài)軟件長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 ABSTRACCTAccordiing too the requiiremennt of Chinaas urrban wwater supplly, thiss papeer dessigns a sett of wwater supplly sysstem oof freequeceey conntrol of coonstannt volltage basedd on PPLC, a

3、and haave deevelopped goood opperatiion maanagemment iinterfface uusing Superrvisioon Conntrol and DData AAcquissitionn.The systeem is made up off PLC, trannsduceer,unitss of ppumps,presssure ssensorr and contrrol maachinee and so onn. This syystem is foormed by thhree ppump ggeneraators,and tthey f

4、form tthe ciirculaating run mmode oof freequenccy connversiion. WWith ggeneraal freequenccy connverteer reaalize for tthree phasee pumpp geneeratorr softt starrt witth freequenccy conntrol,operaation switcch adoopts tthe prrincipple off”starrt firrst sttop fiirst”. The detecction signaal of presssur

5、e ssensorr of hhydrauulic ppressuure,viia PLCC withh set valuee by ccarry out PPID coompariison ooperattion,sso,conntrol frequuency and tthe exxport voltaage off freqquencyy convverterr,and then the rrotatiional speedd thatt channges ppump ggeneraator ccome tto chaange wwater supplly quaantityy,even

6、ntuallly,it is neearby to maaintaiin pippe nett presssure to sttabiliize whhen seet vallue. TThrouggh worrk conntrol machiine thhe connnectiion wiith PLLC,witth grooup foorm sooftwarre connsummaately systeematicc moniitorinng,havve reaalizedd operrationn statte devvelopmment tto shoow andd dataa,rep

7、oort too the policce inqquiry.Keywordds: variiable frequuency speedd-regullatingg, constaant-presssure waterr suppply, PLC, supeervisiion coontroll and data acquiisitioon.長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文目錄TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc233100241 1 緒論 PAGEREF _Toc233100241 h 1 HYPERLINK l _Toc233100242 1.1 課題的的提出

8、 PAGEREF _Toc233100242 h 1 HYPERLINK l _Toc233100243 1.2 變頻恒恒壓供水系統(tǒng)統(tǒng)的國內(nèi)外研研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc233100243 h 3 HYPERLINK l _Toc233100244 1.3 PLCC概述 PAGEREF _Toc233100244 h 5 HYPERLINK l _Toc233100245 1.4 本課課題的主要研研究內(nèi)容 PAGEREF _Toc233100245 h 7 HYPERLINK l _Toc233100246 2 系統(tǒng)的理論論分析及控制制方案確定 PAGEREF _Toc23310024

9、6 h 8 HYPERLINK l _Toc233100247 2.1 變頻恒恒壓供水系統(tǒng)統(tǒng)的理論分析析 PAGEREF _Toc233100247 h 8 HYPERLINK l _Toc233100248 2.2 變頻恒恒壓供水系統(tǒng)統(tǒng)控制方案的的確定 PAGEREF _Toc233100248 h 11 HYPERLINK l _Toc233100249 3 系統(tǒng)的硬件件設(shè)計 PAGEREF _Toc233100249 h 19 HYPERLINK l _Toc233100250 3.1 系統(tǒng)主主要設(shè)備的選選型 PAGEREF _Toc233100250 h 19 HYPERLINK l

10、_Toc233100251 3.2 系統(tǒng)主主電路分析及及其設(shè)計 PAGEREF _Toc233100251 h 23 HYPERLINK l _Toc233100252 3.3 系統(tǒng)控控制電路分析析及其設(shè)計 PAGEREF _Toc233100252 h 25 HYPERLINK l _Toc233100253 3.4 PLCC的I/O端口分分配及外圍接接線圖 PAGEREF _Toc233100253 h 27 HYPERLINK l _Toc233100254 4 系統(tǒng)的軟件件設(shè)計 PAGEREF _Toc233100254 h 31 HYPERLINK l _Toc233100255 4

11、.1 系統(tǒng)軟軟件設(shè)計分析析 PAGEREF _Toc233100255 h 31 HYPERLINK l _Toc233100256 4.2 PLCC程序設(shè)計 PAGEREF _Toc233100256 h 33 HYPERLINK l _Toc233100257 4.3 PIDD控制器參數(shù)數(shù)整定 PAGEREF _Toc233100257 h 40 HYPERLINK l _Toc233100258 5 監(jiān)控系統(tǒng)的的設(shè)計 PAGEREF _Toc233100258 h 46 HYPERLINK l _Toc233100259 5.1 組態(tài)軟軟件簡介 PAGEREF _Toc233100259

12、 h 46 HYPERLINK l _Toc233100260 5.2 監(jiān)控系系統(tǒng)的設(shè)計 PAGEREF _Toc233100260 h 46 HYPERLINK l _Toc233100261 6 結(jié)束語 PAGEREF _Toc233100261 h 551 HYPERLINK l _Toc233100262 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc233100262 h 533 HYPERLINK l _Toc233100263 致謝 PAGEREF _Toc233100263 h 55 HYPERLINK l _Toc233100264 附錄 PAGEREF _Toc233100264 h

13、56 HYPERLINK l _Toc233100265 附錄A 英文文文獻(xiàn) PAGEREF _Toc233100265 h 56 HYPERLINK l _Toc233100266 附錄B 中文翻翻譯 PAGEREF _Toc233100266 h 65 HYPERLINK l _Toc233100267 附錄C 主程序序梯形圖 PAGEREF _Toc233100267 h 71長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 PAGE 111 緒論1.1 課題的的提出水和電是人類生生活、生產(chǎn)中中不可缺少的的重要物質(zhì)，在在節(jié)水節(jié)能已已成為時代特特征的現(xiàn)實(shí)條條件下，我們們這個水資源源和電能源短短缺的國家

14、，長長期以來在市市政供水、高高層建筑供水水、工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)循環(huán)供水等等方面技術(shù)一一直比較落后后，自動化程程度較低，而隨著著我國社會經(jīng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人人們生活水平平的不斷提高高，以及住房房制度改革的的不斷深入，城城市中各類小小區(qū)建設(shè)發(fā)展展十分迅速，同同時也對小區(qū)區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施施建設(shè)提出了了更高的要求求。小區(qū)供水水系統(tǒng)的建設(shè)設(shè)是其中的一一個重要方面面，供水的可可靠性、穩(wěn)定定性、經(jīng)濟(jì)性性直接影響到到小區(qū)住戶的的正常工作和和生活，也直直接體現(xiàn)了小小區(qū)物業(yè)管理理水平的高低低。傳統(tǒng)的小區(qū)供水水方式有：恒速泵加壓壓供水、氣壓壓罐供水、水水塔高位水箱箱供水、液力力耦合器和電池池滑差離合器器調(diào)速的供水水方式、單片片機(jī)變

15、頻調(diào)速速供水系統(tǒng)等等方式，其優(yōu)優(yōu)、缺點(diǎn)如下下1：(1) 恒速泵泵加壓供水方方式無法對供供水管網(wǎng)的壓壓力做出及時時的反應(yīng)，水水泵的增減都都依賴人工進(jìn)進(jìn)行手工操作作，自動化程程度低，而且且為保證供水水，機(jī)組常處處于滿負(fù)荷運(yùn)運(yùn)行，不但效效率低、耗電電量大，而且且在用水量較較少時，管網(wǎng)網(wǎng)長期處于超超壓運(yùn)行狀態(tài)態(tài)，爆損現(xiàn)象象嚴(yán)重，電機(jī)機(jī)硬起動易產(chǎn)產(chǎn)生水錘效應(yīng)應(yīng)，破壞性大大，目前較少少采用。(2) 氣壓罐罐供水具有體體積小、技術(shù)術(shù)簡單、不受受高度限制等等特點(diǎn)，但此此方式調(diào)節(jié)量量小、水泵電電機(jī)為硬起動動且起動頻繁繁，對電器設(shè)設(shè)備要求較高高、系統(tǒng)維護(hù)護(hù)工作量大，而而且為減少水水泵起動次數(shù)數(shù)，停泵壓力力往往比較

16、高高，致使水泵泵在低效段工工作，而出水水壓力無謂的的增高，也使使浪費(fèi)加大，從從而限制了其其發(fā)展。(3) 水塔高高位水箱供水水具有控制方方式簡單、運(yùn)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理理、短時間維維修或停電可可不停水等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，但存在在基建投資大大，占地面積積大，維護(hù)不不方便，水泵泵電機(jī)為硬起起動，啟動電電流大等缺點(diǎn)點(diǎn)，頻繁起動動易損壞聯(lián)軸軸器，目前主主要應(yīng)用于高高層建筑。(4) 液力耦耦合器和電池池滑差離合器器調(diào)速的供水水方式易漏油油，發(fā)熱需冷冷卻，效率低低，改造麻煩煩，只能是一一對一驅(qū)動，需需經(jīng)常檢修；優(yōu)點(diǎn)是價格格低廉，結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單明了，維維修方便。(5) 單片機(jī)機(jī)變頻調(diào)速供供水系統(tǒng)也能能做到變頻調(diào)調(diào)速，自動化化程度要

17、優(yōu)于于上面4種供水方式式，但是系統(tǒng)統(tǒng)開發(fā)周期比比較長，對操操作員的素質(zhì)質(zhì)要求比較高高，可靠性比比較低，維修修不方便，且且不適用于惡惡劣的工業(yè)環(huán)環(huán)境。綜上所述，傳統(tǒng)統(tǒng)的供水方式式普遍不同程程度的存在浪浪費(fèi)水力、電電力資源；效率低；可靠性差；自動化程度度不高等缺點(diǎn)點(diǎn)，嚴(yán)重影響響了居民的用用水和工業(yè)系系統(tǒng)中的用水水。目前的供供水方式朝向向高效節(jié)能、自自動可靠的方方向發(fā)展，變變頻調(diào)速技術(shù)術(shù)以其顯著的的節(jié)能效果和和穩(wěn)定可靠的的控制方式，在在風(fēng)機(jī)、水泵泵、空氣壓縮縮機(jī)、制冷壓壓縮機(jī)等高能能耗設(shè)備上廣廣泛應(yīng)用，特特別是在城鄉(xiāng)鄉(xiāng)工業(yè)用水的的各級加壓系系統(tǒng)，居民生生活用水的恒恒壓供水系統(tǒng)統(tǒng)中，變頻調(diào)調(diào)速水泵節(jié)能

18、能效果尤為突突出，其優(yōu)越越性表現(xiàn)在：一是節(jié)能顯顯著；二是在開開、停機(jī)時能能減小電流對對電網(wǎng)的沖擊擊以及供水水水壓對管網(wǎng)系系統(tǒng)的沖擊；三是能減小小水泵、電機(jī)機(jī)自身的機(jī)械械沖擊損耗2?；赑LC和變變頻技術(shù)的恒壓供供水系統(tǒng)集變變頻技術(shù)、電電氣技術(shù)、現(xiàn)現(xiàn)代控制技術(shù)術(shù)于一體。采采用該系統(tǒng)進(jìn)進(jìn)行供水可以以提高供水系系統(tǒng)的穩(wěn)定性性和可靠性，同同時系統(tǒng)具有有良好的節(jié)能能性，這在能能源日益緊缺缺的今天尤為為重要，所以以研究設(shè)計該該系統(tǒng)，對于于提高企業(yè)效效率以及人民民的生活水平平、降低能耗耗等方面具有有重要的現(xiàn)實(shí)實(shí)意義。1.2 變頻恒恒壓供水系統(tǒng)統(tǒng)的國內(nèi)外研研究現(xiàn)狀1.2.1 變變頻調(diào)速技術(shù)術(shù)的國內(nèi)外發(fā)發(fā)展與現(xiàn)

19、狀變頻器的快速發(fā)發(fā)展得益于電電力電子技術(shù)術(shù)、計算機(jī)技技術(shù)和自動控控制技術(shù)及電電機(jī)控制理論論的發(fā)展。11964年，最最先提出把通通信技術(shù)中的的脈寬調(diào)制PPWM技術(shù)應(yīng)應(yīng)用到交流傳傳動中的是德德國人。200世紀(jì)80年年代初，日本本學(xué)者提出了了基于磁通軌軌跡的磁通軌軌跡控制方法法。從20世世紀(jì)80年代代后半期開始始，美、日、德德、英等發(fā)達(dá)達(dá)國家的基于于VVVF技技術(shù)的通用變變頻器已商品品化并廣泛應(yīng)應(yīng)用。在我國國，60%的的發(fā)電量是通通過電動機(jī)消消耗掉的，因因此如何利用用電機(jī)調(diào)速技技術(shù)進(jìn)行電機(jī)機(jī)運(yùn)行方式的的改造以節(jié)約約電能，一直直受到國家和和業(yè)界人士的的重視。現(xiàn)在在，我國約有有200家左左右的公司、工工

20、廠和研究所所從事變頻調(diào)調(diào)速技術(shù)的工工作，但自行行開發(fā)生產(chǎn)的的變頻調(diào)速產(chǎn)產(chǎn)品和國際市市場上的同類類產(chǎn)品相比，還還有比較大的的技術(shù)差距。隨隨著改革開放放和經(jīng)濟(jì)的高高速發(fā)展，我我國采取要么么直接從發(fā)達(dá)達(dá)國家進(jìn)口現(xiàn)現(xiàn)成的變頻調(diào)調(diào)速設(shè)備，要要么內(nèi)外結(jié)合合，即在自行行設(shè)計制造的的成套裝置中中采用外國進(jìn)進(jìn)口或合資企企業(yè)的先進(jìn)變變頻調(diào)速設(shè)備備，然后自己己開發(fā)應(yīng)用軟軟件的辦法，很很好地為國內(nèi)內(nèi)重大工程項(xiàng)項(xiàng)目提供了電電氣傳動控制制系統(tǒng)的解決決辦法，適應(yīng)應(yīng)了社會的需需要?？傊?，雖雖然國內(nèi)變頻頻調(diào)速技術(shù)取取得了較好的的成績，但是是總體上來說說國內(nèi)自行開開發(fā)、生產(chǎn)相相關(guān)設(shè)備的能能力還比較弱弱，對國外公公司的依賴還還很嚴(yán)

21、重。1.2.2 變變頻恒壓供水水系統(tǒng)的國內(nèi)內(nèi)外研究與現(xiàn)現(xiàn)狀變頻恒壓供水是是在變頻調(diào)速速技術(shù)的發(fā)展展之后逐漸發(fā)發(fā)展起來的。在在早期，由于于國外生產(chǎn)的的變頻器的功功能主要限定定在頻率控制制、升降速控控制、正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)控制、起動動控制以及制動控制制、壓頻比控控制以及各種保護(hù)護(hù)功能。應(yīng)用用在變頻恒壓壓供水系統(tǒng)中中，變頻器僅僅作為執(zhí)行機(jī)機(jī)構(gòu)，為了滿滿足供水量大大小需求不同同時，保證管管網(wǎng)壓力恒定定，需在變頻頻器外部提供供壓力控制器器和壓力傳感感器，對壓力力進(jìn)行閉環(huán)控控制。隨著變變頻技術(shù)的發(fā)發(fā)展和變頻恒恒壓供水系統(tǒng)統(tǒng)的穩(wěn)定性、可可靠性以及自自動化程度高高等方面的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)以及顯著著的節(jié)能效果果被大家發(fā)現(xiàn)現(xiàn)和認(rèn)可后

22、，國國外許多生產(chǎn)產(chǎn)變頻器的廠廠家開始重視視并推出具有有恒壓供水功功能的變頻器器，像日本SSamco公公司，就推出出了恒壓供水水基板，備有有“變頻泵固定定方式”、“變頻泵循環(huán)環(huán)方式”兩種模式它它將PID調(diào)節(jié)器器和PLC可編程程控制器等硬硬件集成在變變頻器控制基基板上，通過過設(shè)置指令代代碼實(shí)現(xiàn)PLLC和PID等電控控系統(tǒng)的功能能，只要搭載載配套的恒壓壓供水單元，便便可直接控制制多個內(nèi)置的的電磁接觸器器工作，可構(gòu)構(gòu)成最多7臺電機(jī)(泵)的供水系統(tǒng)統(tǒng)。這類設(shè)備備雖微化了電電路結(jié)構(gòu)，降降低了設(shè)備成成本，但其輸輸出接口的擴(kuò)擴(kuò)展功能缺乏乏靈活性，系系統(tǒng)的動態(tài)性性能和穩(wěn)定性性不高，與別別的監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)(如BA系統(tǒng)

23、)和組態(tài)軟件件難以實(shí)現(xiàn)數(shù)數(shù)據(jù)通信，并并且限制了帶帶負(fù)載的容量量，因此在實(shí)實(shí)際使用時其其范圍將會受受到限制33。目前國國內(nèi)有不少公公司在做變頻頻恒壓供水的的工程，大多多采用國外的的變頻器控制制水泵的轉(zhuǎn)速速，水管管網(wǎng)網(wǎng)壓力的閉環(huán)環(huán)調(diào)節(jié)及多臺臺水泵的循環(huán)環(huán)控制，有的的采用可編程程控制器(PPLC)及相相應(yīng)的軟件予予以實(shí)現(xiàn)；有的采用單單片機(jī)及相應(yīng)應(yīng)的軟件予以以實(shí)現(xiàn)。但在在系統(tǒng)的動態(tài)態(tài)性能、穩(wěn)定定性能、抗擾擾性能以及開開放性等多方方面的綜合技技術(shù)指標(biāo)來說說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒沒能達(dá)到所有有用戶的要求求。原深圳華華為電氣公司司和成都希望望集團(tuán)也推出出了恒壓供水水專用變頻器器(5.5kw22kw)，無需外接接PLC和

24、PID調(diào)節(jié)器器，可完成最最多4臺水泵的循循環(huán)切換、定定時起、停和和定時循環(huán)。該該變頻器將壓壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)節(jié)與循環(huán)邏輯輯控制功能集集成在變頻器器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但但其輸出接口口限制了帶負(fù)負(fù)載容量，同同時操作不方方便且不具有有數(shù)據(jù)通信功功能，因此只只適用于小容容量，控制要要求不高的供供水場所?？煽梢钥闯?，目目前在國內(nèi)外外變頻調(diào)速恒恒壓供水控制制系統(tǒng)的研究究設(shè)計中，對對于能適應(yīng)不不同的用水場場合，結(jié)合現(xiàn)現(xiàn)代控制技術(shù)術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通通訊技術(shù)同時時兼顧系統(tǒng)的的電磁兼容性性(EMC)的變頻頻恒壓供水系系統(tǒng)的水壓閉閉環(huán)控制研究究得不夠。因因此，有待于于進(jìn)一步研究究改善變頻恒恒壓供水系統(tǒng)統(tǒng)的性能，使使其能被更好好的應(yīng)用于

25、生生活、生產(chǎn)實(shí)實(shí)踐4。1.3 PLCC概述1.3.1 可可編程控制器器的定義可編程控制器，簡簡稱PLC(Progrrammabble loogic CControoller)，是指以計計算機(jī)技術(shù)為為基礎(chǔ)的新型型工業(yè)控制裝裝置。在19987年國際際電工委員會會(Inteernatiional Electtricall Commmitteee)頒布的PLCC標(biāo)準(zhǔn)草案中中對PLC做了如如下定義:“PLC是一種種專門為在工工業(yè)環(huán)境下應(yīng)應(yīng)用而設(shè)計的的數(shù)字運(yùn)算操操作的電子裝裝置。它采用用可以編制程程序的存儲器器，用來在其其內(nèi)部存儲執(zhí)執(zhí)行邏輯運(yùn)算算、順序運(yùn)算算、計時、計計數(shù)和算術(shù)運(yùn)運(yùn)算等操作的的指令，并能能

26、通過數(shù)字式式或模擬式的的輸入和輸出出控制各種類類型的機(jī)械或或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。”1.3.2 PLC的發(fā)展展和應(yīng)用世界上公認(rèn)的第第一臺PLCC是1969年美美國數(shù)字設(shè)備備公司(DEEC)研制的的。限于當(dāng)時時的元器件條條件及計算機(jī)機(jī)發(fā)展水平，早早期的PLCC主要由分立立組件和中小小規(guī)模集成電電路組成，可可以完成簡單單的邏輯控制制及定時、計計數(shù)功能。220世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了了微處理器。人人們很快將其其引入可編程程控制器，使使PLC增加了了運(yùn)算、數(shù)據(jù)據(jù)傳送及處理理等功能，完完成了真正具具有計算機(jī)特特征的工業(yè)控控制裝置

27、。為為了方便熟悉悉繼電器、接接觸器系統(tǒng)的的工程技術(shù)人人員使用，可可編程控制器器采用和繼電電器電路圖類類似的梯形圖圖作為主要編編程語言55 ，并將參加加運(yùn)算及處理理的計算機(jī)存存儲組件都以以繼電器命名名。此時的PPLC為微機(jī)機(jī)技術(shù)和繼電電器常規(guī)控制制概念相結(jié)合合的產(chǎn)物。20世紀(jì)70年代中末末期，可編程程控制器進(jìn)入入實(shí)用化發(fā)展展階段，計算算機(jī)技術(shù)已全全面引入可編編程控制器中中，使其功能能發(fā)生了飛躍躍。更高的運(yùn)運(yùn)算速度、超超小型體積、更更可靠的工業(yè)業(yè)抗干擾設(shè)計計、模擬量運(yùn)運(yùn)算、PIDD功能及極高高的性價比奠奠定了它在現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)中的的地位。200世紀(jì)80年代初，可可編程控制器器在先進(jìn)工業(yè)業(yè)國家中已獲獲得

28、廣泛應(yīng)用用。這個時期期可編程控制制器發(fā)展的特特點(diǎn)是大規(guī)模模、高速度、高高性能、產(chǎn)品品系列化。這這個階段的另另一個特點(diǎn)是是世界上生產(chǎn)產(chǎn)可編程控制制器的國家日日益增多，產(chǎn)產(chǎn)量日益上升升。這標(biāo)志著著可編程控制制器已步入成成熟階段。 20世紀(jì)末末期，可編程程控制器的發(fā)發(fā)展特點(diǎn)是更更加適應(yīng)于現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)的需需要。從控制制規(guī)模上來說說，這個時期期發(fā)展了大型型機(jī)和超小型型機(jī)；從控制制能力上來說說，誕生了各各種各樣的特特殊功能單元元，用于壓力力、溫度、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、位移等等各式各樣的的控制場合；從產(chǎn)品的配配套能力來說說，生產(chǎn)了各各種人機(jī)界面面單元、通信信單元，使應(yīng)應(yīng)用可編程控控制器的工業(yè)業(yè)控制設(shè)備的的配套更加容容易。

29、目前，PLCC在國內(nèi)外已已廣泛應(yīng)用于于鋼鐵、石油油、化工、電電力、建材、機(jī)機(jī)械制造、輕輕紡、交通運(yùn)運(yùn)輸、及文化化娛樂等各個個行業(yè)，被稱稱為現(xiàn)代技術(shù)術(shù)的三大支柱柱之一。 1.3.3 西門子S7-200PLCC簡介西門子公司具有有品種非常豐豐富的PLCC產(chǎn)品。S77系列是傳統(tǒng)統(tǒng)意義的PLLC，S7-200屬于于小型PLCC，在19998年升級為為第二代產(chǎn)品品，20044年升級為第第三代產(chǎn)品，其其特點(diǎn)如下6：(1) 功能強(qiáng)強(qiáng)大。S7-2000有5種CCPU模塊，最最多可擴(kuò)展77個擴(kuò)展模塊塊，擴(kuò)展到2248點(diǎn)數(shù)字字量I/O或或38路模擬擬量I/O，最最多有30多多KB的程序序存儲空間和和數(shù)據(jù)存儲空空間

30、；(2) 先進(jìn)的的程序結(jié)構(gòu)，功功能強(qiáng)大、使使用方便的編編程軟件；(3) 靈活方方便的尋址方方法；(4) 強(qiáng)大的的通信功能和和品種豐富的的配套人機(jī)界界面；(5) 有競爭爭力的價格；(6) 完善的的網(wǎng)上技術(shù)支支持等。1.4 本課題題的主要研究究內(nèi)容本設(shè)計是以小區(qū)區(qū)供水系統(tǒng)為為控制對象，采采用PLC和變頻頻技術(shù)相結(jié)合合技術(shù)，設(shè)計計一套城市小小區(qū)恒壓供水水系統(tǒng)，并引引用計算機(jī)對對供水系統(tǒng)進(jìn)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控控和管理保證證整個系統(tǒng)運(yùn)運(yùn)行可靠，安安全節(jié)能，獲獲得最佳的運(yùn)運(yùn)行工況。PLC控制變頻頻恒壓供水系系統(tǒng)主要有變變頻器、可編編程控制器、壓壓力變送器和和現(xiàn)場的水泵泵機(jī)組一起組組成一個完整整的閉環(huán)調(diào)節(jié)節(jié)系統(tǒng)，本

31、設(shè)設(shè)計中有3個貯水池，33臺水泵，采采用部分流量量調(diào)節(jié)方法，即即3臺水泵中只只有1臺水泵在變變頻器控制下下作變速運(yùn)行行，其余水泵泵做恒速運(yùn)行行。PLC根據(jù)管管網(wǎng)壓力自動動控制各個水水泵之間切換換，并根據(jù)壓壓力檢測值和和給定值之間間偏差進(jìn)行PPID運(yùn)算，輸輸出給變頻器器控制其輸出出頻率，調(diào)節(jié)節(jié)流量，使供供水管網(wǎng)壓力力恒定。各水水泵切換遵循循先起先停、先先停先起原則則。根據(jù)以上控制要要求，進(jìn)行系系統(tǒng)總體控制制方案設(shè)計。硬硬件設(shè)備選型型、PLC選選型，估算所所需I/O點(diǎn)點(diǎn)數(shù)，進(jìn)行II/O模塊選選型，繪制系系統(tǒng)硬件連接接圖：包括系系統(tǒng)硬件配置置圖、I/OO連接圖，分分配I/O點(diǎn)點(diǎn)數(shù)，列出II/O分配表

32、表，熟練使用用相關(guān)軟件，設(shè)設(shè)計梯形圖控控制程序，對對程序進(jìn)行調(diào)調(diào)試和修改并并設(shè)計監(jiān)控系系統(tǒng)。長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 PAGE 1102 系統(tǒng)的理論論分析及控制制方案確定2.1 變頻恒恒壓供水系統(tǒng)統(tǒng)的理論分析析2.1.1 電電動機(jī)的調(diào)速速原理水泵電機(jī)多采用用三相異步電電動機(jī)，而其其轉(zhuǎn)速公式為為： (2.11) 式中：f表示電電源頻率，pp表示電動機(jī)機(jī)極對數(shù)，ss表示轉(zhuǎn)差率率。從上式可知，三三相異步電動動機(jī)的調(diào)速方方法有：(l) 改變電電源頻率(2) 改變電電機(jī)極對數(shù)(3) 改變轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差率改變電機(jī)極對數(shù)數(shù)調(diào)速的調(diào)控控方式控制簡簡單，投資省省，節(jié)能效果果顯著，效率率高，但需要要專門的變極

33、極電機(jī)，是有有級調(diào)速，而而且級差比較較大，即變速速時轉(zhuǎn)速變化化較大，轉(zhuǎn)矩矩也變化大，因因此只適用于于特定轉(zhuǎn)速的的生產(chǎn)機(jī)器。改改變轉(zhuǎn)差率調(diào)調(diào)速為了保證證其較大的調(diào)調(diào)速范圍一般般采用串級調(diào)調(diào)速的方式，其其最大優(yōu)點(diǎn)是是它可以回收收轉(zhuǎn)差功率，節(jié)節(jié)能效果好，且且調(diào)速性能也也好，但由于于線路過于復(fù)復(fù)雜，增加了了中間環(huán)節(jié)的的電能損耗7，且成成本高而影響響它的推廣價價值。下面重重點(diǎn)分析改變變電源頻率調(diào)調(diào)速的方法及及特點(diǎn)。根據(jù)公式可知，當(dāng)當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化化不大時，異異步電動機(jī)的的轉(zhuǎn)速n基本本上與電源頻頻率f成正比比。連續(xù)調(diào)節(jié)節(jié)電源頻率，就就可以平滑地地改變電動機(jī)機(jī)的轉(zhuǎn)速。但但是，單一地地調(diào)節(jié)電源頻頻率，將導(dǎo)致致電機(jī)

34、運(yùn)行性性能惡化。隨隨著電力電子子技術(shù)的發(fā)展展，已出現(xiàn)了了各種性能良良好、工作可可靠的變頻調(diào)調(diào)速電源裝置置，它們促進(jìn)了變頻調(diào)速的的廣泛應(yīng)用。2.1.2 變變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)節(jié)能原理供水系統(tǒng)的揚(yáng)程程特性是以供供水系統(tǒng)管路路中的閥門開開度不變?yōu)榍扒疤?，表明水水泵在某一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下?lián)P程HH與流量Q之之間的關(guān)系曲曲線，如圖22.1所示。由由于在閥門開開度和水泵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速都不變的的情況下，流流量的大小主主要取決于用用戶的用水情情況，因此，揚(yáng)揚(yáng)程特性所反反映的是揚(yáng)程程H與用水流流量Qu間的關(guān)系H=f(Qu)。而管阻特特性是以水泵泵的轉(zhuǎn)速不變變?yōu)榍疤幔肀砻鏖y門在某某一開度下?lián)P揚(yáng)程H與流量量Q之間的關(guān)關(guān)系曲線，如圖

35、22.1所示。管阻特性反反映了水泵的的能量用來克克服泵系統(tǒng)的的水位及壓力力差、液體在在管道中流動動阻力的變化化規(guī)律。由于于閥門開度的的改變，實(shí)際際上是改變了了在某一揚(yáng)程程下，供水系系統(tǒng)向用戶的的供水能力。因因此，管阻特特性所反映的的是揚(yáng)程與供供水流量Qcc之間的關(guān)系系H=f(QQc)。揚(yáng)程程特性曲線和和管阻特性曲曲線的交點(diǎn)，稱稱為供水系統(tǒng)統(tǒng)的工作點(diǎn)，如如圖2.1中中A點(diǎn)。在這這一點(diǎn)，用戶戶的用水流量量Qu和供水水系統(tǒng)的供水水流量Qc處處于平衡狀態(tài)態(tài)，供水系統(tǒng)統(tǒng)既滿足了揚(yáng)揚(yáng)程特性，也也符合了管阻阻特性，系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。圖2.1 恒壓壓供水系統(tǒng)的的基本特征變頻恒壓供水系系統(tǒng)的供水部部分主要由水水泵

36、、電動機(jī)機(jī)、管道和閥閥門等構(gòu)成。通通常由異步電電動機(jī)驅(qū)動水水泵旋轉(zhuǎn)來供供水，并且把把電機(jī)和水泵泵做成一體，通通過變頻器調(diào)調(diào)節(jié)異步電機(jī)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從從而改變水泵泵的出水流量量而實(shí)現(xiàn)恒壓壓供水的。因因此，供水系系統(tǒng)變頻的實(shí)實(shí)質(zhì)是異步電電動機(jī)的變頻頻調(diào)速。異步步電動機(jī)的變變頻調(diào)速是通通過改變定子子供電頻率來來改變同步轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)調(diào)調(diào)速的。在供水系統(tǒng)中，通通常以流量為為控制目的，常常用的控制方方法為閥門控控制法和轉(zhuǎn)速速控制法。閥閥門控制法是是通過調(diào)節(jié)閥閥門開度來調(diào)調(diào)節(jié)流量，水水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速速保持不變。其其實(shí)質(zhì)是通過過改變水路中中的阻力大小小來改變流量量，因此，管管阻將隨閥門門開度的改變變而改變，但但揚(yáng)程特

37、性不不變。由于實(shí)實(shí)際用水中，需需水量是變化化的，若閥門門開度在一段段時間內(nèi)保持持不變，必然然要造成超壓壓或欠壓現(xiàn)象象的出現(xiàn)。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速控制法是是通過改變水水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流流量，而閥門門開度保持不不變，是通過過改變水的動動能改變流量量。因此，揚(yáng)揚(yáng)程特性將隨隨水泵轉(zhuǎn)速的的改變而改變變，但管阻特特性不變。變變頻調(diào)速供水水方式屬于轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速控制。其其工作原理是是根據(jù)用戶用用水量的變化化自動地調(diào)整整水泵電機(jī)的的轉(zhuǎn)速，使管管網(wǎng)壓力始終終保持恒定，當(dāng)當(dāng)用水量增大大時電機(jī)加速速，用水量減減小時電機(jī)減減速。由流體力學(xué)可知知，水泵給管管網(wǎng)供水時，水水泵的輸出功功率P與管網(wǎng)網(wǎng)的水壓H及及出水流量QQ的乘積成正正比；

38、水泵的轉(zhuǎn)速速n與出水流流量Q成正比比；管網(wǎng)的水壓壓H與出水流流量Q的平方方成正比。由由上述關(guān)系有有，水泵的輸輸出功率P與與轉(zhuǎn)速n三次次方成正比，即： （22.2） （2.3） (2.4) (2.5)式中k、k1、k2、k3為比例常常數(shù)。圖2.2 管網(wǎng)網(wǎng)及水泵的運(yùn)運(yùn)行特性曲線線當(dāng)用閥門控制時時，若供水量量高峰水泵工工作在E點(diǎn)，流流量為Q1，揚(yáng)程為HH0，當(dāng)供水量從從Q1減小到Q2時，必須關(guān)關(guān)小閥門，這這時閥門的摩摩擦阻力變大大，阻力曲線線從b3移到b1，揚(yáng)程特性性曲線不變。而而揚(yáng)程則從HH0上升到H1，運(yùn)行工況況點(diǎn)從E點(diǎn)移移到F點(diǎn)，此此時水泵的輸輸出功率正比比于H1Q2。當(dāng)用調(diào)速控控制時，若采采

39、用恒壓(HH0)，變速泵(n2)供水，管管阻特性曲線線為b2，揚(yáng)程特性性變?yōu)榍€nn2，工作點(diǎn)從從E點(diǎn)移到DD點(diǎn)。此時水水泵輸出功率率正比于H0Q2，由于H1H0，所以當(dāng)用閥閥門控制流量量時，有正比比于(H1H0)Q2的功率被浪浪費(fèi)掉，并且且隨著閥門的的不斷關(guān)小，閥閥門的摩擦阻阻力不斷變大大，管阻特性性曲線上移，運(yùn)運(yùn)行工況點(diǎn)也也隨之上移，于于是H1增大，而被被浪費(fèi)的功率率要隨之增加加。所以調(diào)速速控制方式要要比閥門控制制方式供水功功率要小得多多，節(jié)能效果果顯著。2.2 變頻恒恒壓供水系統(tǒng)統(tǒng)控制方案的的確定2.2.1控制制方案的比較較和確定恒壓變頻供水系系統(tǒng)主要有壓壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元

40、、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水泵或循環(huán)控制多臺水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)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(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和監(jiān)控。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)要求，有以下幾種方案可供選擇8：(1) 有供水水基板的變頻頻器+水泵機(jī)機(jī)組+壓力傳傳感器這種控制系統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)簡單，它它將PID調(diào)調(diào)節(jié)器和PLLC可編程控控制器等硬件件集成在變頻頻器供水基板板上，通過設(shè)設(shè)置指令代碼碼實(shí)現(xiàn)PLCC和PID等等電控系統(tǒng)的的功能。它雖雖然微化了電電路結(jié)構(gòu)，降降低了設(shè)備成成本，但在壓壓力設(shè)定和壓壓力反饋值的的顯示方面比比較麻煩，無無法自動實(shí)現(xiàn)現(xiàn)不同時段的的

41、不同恒壓要要求，在調(diào)試試時，PIDD調(diào)節(jié)參數(shù)尋尋優(yōu)困難，調(diào)調(diào)節(jié)范圍小，系系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動動態(tài)性能不易易保證。其輸輸出接口的擴(kuò)擴(kuò)展功能缺乏乏靈活性，數(shù)數(shù)據(jù)通信困難難，并且限制制了帶負(fù)載的的容量，因此此僅適用于要要求不高的小小容量場合。(2) 通用變變頻器+單片片機(jī)(包括變變頻控制、調(diào)調(diào)節(jié)器控制)+人機(jī)界面面+壓力傳感感器這種方式控制精精度高、控制制算法靈活、參參數(shù)調(diào)整方便便，具有較高高的性價比，但但開發(fā)周期長長，程序一旦旦固化，修改改較為麻煩，因因此現(xiàn)場調(diào)試試的靈活性差差，同時變頻頻器在運(yùn)行時時，將產(chǎn)生干干擾，變頻器器的功率越大大，產(chǎn)生的干干擾越大，所所以必須采取取相應(yīng)的抗干干擾措施來保保證系統(tǒng)的

42、可可靠性。該系系統(tǒng)適用于某某一特定領(lǐng)域域的小容量的的變頻恒壓供供水中。(3) 通用變變頻器+PLLC(包括變變頻控制、調(diào)調(diào)節(jié)器控制)+人機(jī)界面面+壓力傳感感器這種控制方式靈靈活方便。具具有良好的通通信接口，可可以方便地與與其他的系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交交換，通用性性強(qiáng)；由于PPLC產(chǎn)品的的系列化和模模塊化，用戶戶可靈活組成成各種規(guī)模和和要求不同控控制系統(tǒng)。在在硬件設(shè)計上上，只需確定定PLC的硬硬件配置和II/O的外部部接線，當(dāng)控控制要求發(fā)生生改變時，可可以方便地通通過PC機(jī)來來改變存貯器器中的控制程程序，所以現(xiàn)現(xiàn)場調(diào)試方便便。同時由于于PLC的抗抗干擾能力強(qiáng)、可可靠性高，因因此系統(tǒng)的可可靠性大大提提高

43、。該系統(tǒng)統(tǒng)能適用于各各類不同要求求的恒壓供水水場合，并且且與供水機(jī)組組的容量大小小無關(guān)。通過對以上這幾幾種方案的比比較和分析，可可以看出第三三種控制方案更適合于本本系統(tǒng)。這種種控制方案既既有擴(kuò)展功能能靈活方便、便便于數(shù)據(jù)傳輸輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，又又能達(dá)到系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定性及控控制精度的要要求。2.2.2 變變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成及原理圖圖PLC控制變頻頻恒壓供水系系統(tǒng)主要有變變頻器、可編編程控制器、壓壓力變送器和和現(xiàn)場的水泵泵機(jī)組一起組組成一個完整整的閉環(huán)調(diào)節(jié)節(jié)系統(tǒng)，該系系統(tǒng)的控制流流程圖如圖22.3所示：圖2.3變頻恒恒壓供水系統(tǒng)統(tǒng)控制流程圖圖從圖中可看出，系系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信信號檢測機(jī)構(gòu)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)

44、構(gòu)三大部分，具具體為：(l) 執(zhí)行機(jī)機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是是由一組水泵泵組成，它們們用于將水供供入用戶管網(wǎng)網(wǎng)，其中由一一臺變頻泵和和兩臺工頻泵構(gòu)構(gòu)成，變頻泵泵是由變頻調(diào)調(diào)速器控制、可可以進(jìn)行變頻頻調(diào)整的水泵泵，用以根據(jù)據(jù)用水量的變變化改變電機(jī)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以以維持管網(wǎng)的的水壓恒定；工頻泵只運(yùn)運(yùn)行于啟、停停兩種工作狀狀態(tài)，用以在在用水量很大大（變頻泵達(dá)達(dá)到工頻運(yùn)行行狀態(tài)都無法法滿足用水要要求時）的情情況下投入工工作。(2) 信號檢檢測機(jī)構(gòu)：在系統(tǒng)控制制過程中，需需要檢測的信信號包括管網(wǎng)網(wǎng)水壓信號、水水池水位信號號和報警信號號。管網(wǎng)水壓信號號反映的是用用戶管網(wǎng)的水水壓值，它是是恒壓供水控控制的主要反反饋信號

45、。此此信號是模擬擬信號，讀入入PLC時，需需進(jìn)行A/DD轉(zhuǎn)換。另外外為加強(qiáng)系統(tǒng)統(tǒng)的可靠性，還還需對供水的的上限壓力和和下限壓力用用電接點(diǎn)壓力力表進(jìn)行檢測測，檢測結(jié)果果可以送給PPLC，作為為數(shù)字量輸入入；水池水位信信號反映水泵泵的進(jìn)水水源源是否充足。信信號有效時，控控制系統(tǒng)要對對系統(tǒng)實(shí)施保保護(hù)控制，以以防止水泵空空抽而損壞電電機(jī)和水泵。此此信號來自安安裝于水池中中的液位傳感感器；報警信號反反映系統(tǒng)是否否正常運(yùn)行，水水泵電機(jī)是否否過載、變頻頻器是否有異異常，該信號號為開關(guān)量信信號。(3) 控制機(jī)機(jī)構(gòu)：供水控制系系統(tǒng)一般安裝裝在供水控制制柜中，包括括供水控制器器(PLC系系統(tǒng))、變頻頻器和電控設(shè)設(shè)

46、備三個部分分。供水控制制器是整個變變頻恒壓供水水控制系統(tǒng)的的核心。供水水控制器直接接對系統(tǒng)中的的壓力、液位位、報警信號號進(jìn)行采集，對對來自人機(jī)接接口和通訊接接口的數(shù)據(jù)信信息進(jìn)行分析析、實(shí)施控制制算法，得出出對執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)的控制方案案，通過變頻頻調(diào)速器和接接觸器對執(zhí)行行機(jī)構(gòu)(即水水泵機(jī)組)進(jìn)行控控制；變頻器是對對水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速控制的單單元，其跟蹤蹤供水控制器器送來的控制制信號改變調(diào)調(diào)速泵的運(yùn)行行頻率，完成成對調(diào)速泵的的轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)水泵機(jī)組中中水泵被變頻頻器拖動的情情況不同，變變頻器有兩種種工作方式即即變頻循環(huán)式式和變頻固定定式，變頻循循環(huán)式即變頻頻器拖動某一一臺水泵作為為調(diào)速泵，當(dāng)當(dāng)這臺水泵運(yùn)運(yùn)

47、行在50HHz時，其供供水量仍不能能達(dá)到用水要要求，需要增增加水泵機(jī)組組時，系統(tǒng)先先將變頻器從從該水泵電機(jī)機(jī)中脫出，將將該泵切換為為工頻的同時時用變頻去拖拖動另一臺水水泵電機(jī)；變頻固定式式是變頻器拖拖動某一臺水水泵作為調(diào)速速泵，當(dāng)這臺臺水泵運(yùn)行在在50Hz時時，其供水量量仍不能達(dá)到到用水要求，需需要增加水泵泵機(jī)組時，系系統(tǒng)直接啟動動另一臺恒速速水泵，變頻頻器不做切換換，變頻器固固定拖動的水水泵在系統(tǒng)運(yùn)運(yùn)行前可以選選擇9，本設(shè)計中采用用前者。作為一個控制系系統(tǒng)，報警是是必不可少的的重要組成部部分。由于本本系統(tǒng)能適用用于不同的供供水領(lǐng)域，所所以為了保證證系統(tǒng)安全、可可靠、平穩(wěn)的的運(yùn)行，防止止因電機(jī)

48、過載載、變頻器報報警、電網(wǎng)過過大波動、供供水水源中斷斷造成故障，因因此系統(tǒng)必須須要對各種報報警量進(jìn)行監(jiān)監(jiān)測，由PLLC判斷報警警類別，進(jìn)行行顯示和保護(hù)護(hù)動作控制，以以免造成不必必要的損失。變頻恒壓供水系系統(tǒng)以供水出出口管網(wǎng)水壓壓為控制目標(biāo)標(biāo)，在控制上上實(shí)現(xiàn)出口總總管網(wǎng)的實(shí)際際供水壓力跟跟隨設(shè)定的供供水壓力。設(shè)設(shè)定的供水壓壓力可以是一一個常數(shù)，也也可以是一個個時間分段函函數(shù)，在每一一個時段內(nèi)是是一個常數(shù)。所所以，在某個個特定時段內(nèi)內(nèi)，恒壓控制制的目標(biāo)就是是使出口總管管網(wǎng)的實(shí)際供供水壓力維持持在設(shè)定的供供水壓力上10。變頻恒壓供供水系統(tǒng)的結(jié)結(jié)構(gòu)框圖如圖圖2.4所示示：圖2.4變頻恒恒壓供水系統(tǒng)統(tǒng)框

49、圖恒壓供水系統(tǒng)通通過安裝在用用戶供水管道道上的壓力變變送器實(shí)時地地測量參考點(diǎn)點(diǎn)的水壓，檢檢測管網(wǎng)出水水壓力，并將將其轉(zhuǎn)換為4420mAA的電信號，此此檢測信號是是實(shí)現(xiàn)恒壓供供水的關(guān)鍵參參數(shù)。由于電電信號為模擬擬量，故必須須通過PLCC的A/D轉(zhuǎn)換換模塊才能讀讀入并與設(shè)定定值進(jìn)行比較較，將比較后后的偏差值進(jìn)進(jìn)行PID運(yùn)算，再再將運(yùn)算后的的數(shù)字信號通通過D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模模擬信號作為為變頻器的輸輸入信號，控控制變頻器的的輸出頻率，從從而控制電動動機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)進(jìn)而控制水泵泵的供水流量量，最終使用用戶供水管道道上的壓力恒恒定，實(shí)現(xiàn)變變頻恒壓供水水。2.2.3 變變頻恒壓供水水系統(tǒng)控制流流程變頻恒

50、壓供水系系統(tǒng)控制流程程如下:(l) 系統(tǒng)通通電，按照接接收到有效的的自控系統(tǒng)啟啟動信號后，首首先啟動變頻頻器拖動變頻頻泵M1工作，根根據(jù)壓力變送送器測得的用用戶管網(wǎng)實(shí)際際壓力和設(shè)定定壓力的偏差差調(diào)節(jié)變頻器器的輸出頻率率，控制Mll的轉(zhuǎn)速，當(dāng)當(dāng)輸出壓力達(dá)達(dá)到設(shè)定值，其其供水量與用用水量相平衡衡時，轉(zhuǎn)速才才穩(wěn)定到某一一定值，這期期間Ml工作作在調(diào)速運(yùn)行行狀態(tài)。(2) 當(dāng)用水水量增加水壓壓減小時，壓壓力變送器反反饋的水壓信信號減小，偏偏差變大，PPLC的輸出出信號變大，變變頻器的輸出出頻率變大，所所以水泵的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增大，供供水量增大，最最終水泵的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達(dá)到另一個新新的穩(wěn)定值。反之，當(dāng)用水量減少水壓增加

51、時，通過壓力閉環(huán)，減小水泵的轉(zhuǎn)速到另一個新的穩(wěn)定值。(3) 當(dāng)用水水量繼續(xù)增加加，變頻器的的輸出頻率達(dá)達(dá)到上限頻率率50Hz時，若若此時用戶管管網(wǎng)的實(shí)際壓壓力還未達(dá)到到設(shè)定壓力，并并且滿足增加加水泵的條件件(在下節(jié)有詳細(xì)闡述述)時，在變變頻循環(huán)式的控制制方式下，系系統(tǒng)將在PLLC的控制下下自動投入水水泵M2(變速速運(yùn)行)，同時時變頻泵M11做工頻運(yùn)行行，系統(tǒng)恢復(fù)復(fù)對水壓的閉閉環(huán)調(diào)節(jié)，直直到水壓達(dá)到到設(shè)定值為止止。如果用水水量繼續(xù)增加加，滿足增加加水泵的條件件，將繼續(xù)發(fā)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換換，將另一臺臺工頻泵M33投入運(yùn)行，變變頻器輸出頻頻率達(dá)到上限限頻率50HHz時，壓力力仍未達(dá)到設(shè)設(shè)定值時，控控制系

52、統(tǒng)就會會發(fā)出水壓超超限報警。(4) 當(dāng)用水水量下降水壓壓升高，變頻頻器的輸出頻頻率降至下限限頻率，用戶戶管網(wǎng)的實(shí)際際水壓仍高于于設(shè)定壓力值值，并且滿足足減少水泵的的條件時，系系統(tǒng)將工頻泵M2關(guān)掉，恢恢復(fù)對水壓的的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使使壓力重新達(dá)達(dá)到設(shè)定值。當(dāng)當(dāng)用水量繼續(xù)續(xù)下降，并且且滿足減少水水泵的條件時時，將繼續(xù)發(fā)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換換，將另一臺工頻泵M3關(guān)掉。2.2.4 水水泵切換條件件分析在上述的系統(tǒng)工工作流程中，我我們提到當(dāng)變變頻泵己運(yùn)行行在上限頻率率，此時管網(wǎng)網(wǎng)的實(shí)際壓力力仍低于設(shè)定定壓力，此時時需要增加水水泵來滿足供供水要求，達(dá)達(dá)到恒壓的目目的；當(dāng)變頻泵和工頻頻泵都在運(yùn)行行且變頻泵己運(yùn)行行在下限頻

53、率率，此時管網(wǎng)網(wǎng)的實(shí)際壓力力仍高于設(shè)定定壓力，此時時需要減少工工頻泵來減少少供水流量，達(dá)達(dá)到恒壓的目目的。那么何何時進(jìn)行切換換，才能使系系統(tǒng)提供穩(wěn)定定可靠的供水水壓力，同時時使機(jī)組不過過于頻繁的切切換呢?由于電網(wǎng)的限制制以及變頻器器和電機(jī)工作作頻率的限制制，50HZZ成為頻率調(diào)調(diào)節(jié)的上限頻頻率。另外，變變頻器的輸出出頻率不能夠夠?yàn)樨?fù)值，最最低只能是00HZ。其實(shí)實(shí)，在實(shí)際應(yīng)應(yīng)用中，變頻頻器的輸出頻頻率是不可能能降到0HZ。因?yàn)闉楫?dāng)水泵機(jī)組組運(yùn)行，電機(jī)機(jī)帶動水泵向向管網(wǎng)供水時時，由于管網(wǎng)網(wǎng)中的水壓會會反推水泵，給給帶動水泵運(yùn)運(yùn)行的電機(jī)一一個反向的力力矩，同時這這個水壓也在在一定程度上上阻止源水池

54、池中的水進(jìn)入入管網(wǎng)，因此此，當(dāng)電機(jī)運(yùn)運(yùn)行頻率下降降到一個值時時，水泵就己己經(jīng)抽不出水水了，實(shí)際的的供水壓力也也不會隨著電電機(jī)頻率的下下降而下降。這這個頻率在實(shí)實(shí)際應(yīng)用中就就是電機(jī)運(yùn)行行的下限頻率率。這個頻率率遠(yuǎn)大于0HZ，具體體數(shù)值與水泵泵特性及系統(tǒng)統(tǒng)所使用的場場所有關(guān)，一一般在20HHZ左右。所所以選擇500HZ和200HZ作為水水泵機(jī)組切換換的上下限頻頻率。當(dāng)輸出頻率達(dá)到到上限頻率時時，實(shí)際供水水壓力在設(shè)定定壓力上下波波動。若出現(xiàn)現(xiàn)時就進(jìn)行機(jī)組組切換，很可可能由于新增增加了一臺機(jī)機(jī)組運(yùn)行，供供水壓力一下下就超過了設(shè)設(shè)定壓力。在在極端的情況況下，運(yùn)行機(jī)機(jī)組增加后，實(shí)實(shí)際供水壓力力超過設(shè)定供供

55、水壓力，而而新增加的機(jī)機(jī)組在變頻器器的下限頻率率運(yùn)行，此時時又滿足了機(jī)機(jī)組切換的停停機(jī)條件，需需要將一個在在工頻狀態(tài)下下運(yùn)行的機(jī)組組停掉。如果用水狀狀況不變，供供水泵站中的的所有能夠自自動投切的機(jī)機(jī)組將一直這這樣投入切出再投入再切出地循循環(huán)下去，這這增加了機(jī)組組切換的次數(shù)數(shù)，使系統(tǒng)一一直處于不穩(wěn)穩(wěn)定的狀態(tài)之之中，實(shí)際供供水壓力也會會在很大的壓壓力范圍內(nèi)震震蕩。這樣的的工作狀態(tài)既既無法提供穩(wěn)穩(wěn)定可靠的供供水壓力，也也使得機(jī)組由由于相互切換換頻繁而增大大磨損，減少少運(yùn)行壽命。另另外，實(shí)際供供水壓力超調(diào)調(diào)的影響以及及現(xiàn)場的干擾擾使實(shí)際壓力力的測量值有有尖峰，這兩兩種情況都可可能使機(jī)組切切換的判別條條

56、件在一個比比較短的時間間內(nèi)滿足。所所以，在實(shí)際際應(yīng)用中，相相應(yīng)的判別條條件是通過對對上面兩個判判別條件的修修改得到的，其其實(shí)質(zhì)就是增增加了回滯環(huán)環(huán)的應(yīng)用和判判別條件的延延時成立。實(shí)際的機(jī)組切換換判別條件如如下11：加泵條件： 且延時時判別成立 (2.6)減泵條件： 且延時判別別成立 (2.7)式中： ：上限限頻率 ：下限頻率：設(shè)定壓力 ：反饋壓力長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 系統(tǒng)的硬件件設(shè)計3.1 系統(tǒng)主主要設(shè)備的選選型根據(jù)基于PLCC的變頻恒壓壓供水系統(tǒng)的的原理，系統(tǒng)統(tǒng)的電氣控制制總框圖如圖圖3.1所示：圖3.1 系統(tǒng)統(tǒng)的電氣控制制總框圖由以上系統(tǒng)電氣氣總框圖可以以看出,該系系統(tǒng)

57、的主要硬硬件設(shè)備應(yīng)包包括以下幾部部分：(1) PLLC及其擴(kuò)展展模塊、(2) 變頻器、(3) 水泵泵機(jī)組、(4) 壓力變送器器、(5) 液液位變送器。主要設(shè)備選型型如表3.1所示：表3.1 本系系統(tǒng)主要硬件件設(shè)備清單主要設(shè)備型號及其生產(chǎn)廠廠家可編程控制器（PPLC）Siemenss CPU 226模擬量擴(kuò)展模塊塊Siemenss EM 2235變頻器Siemenss MM4440水泵機(jī)組SFL系列水泵泵3臺（上海海熊貓機(jī)械有有限公司）壓力變送器及顯顯示儀表普通壓力表Y-100、XMT-11270數(shù)顯顯儀液位變送器分體式液位變送送器DS266(淄博丹佛佛斯公司)3.1.1 PPLC及其擴(kuò)擴(kuò)展模塊

58、的選選型PLC是整個變變頻恒壓供水水控制系統(tǒng)的的核心，它要要完成對系統(tǒng)統(tǒng)中所有輸入入號的采集、所所有輸出單元元的控制、恒恒壓的實(shí)現(xiàn)以以及對外的數(shù)數(shù)據(jù)交換。因因此我們在選選擇PLC時時，要考慮PPLC的指令令執(zhí)行速度、指指令豐富程度度、內(nèi)存空間間、通訊接口口及協(xié)議、帶帶擴(kuò)展模塊的的能力和編程程軟件的方便便與否等多方方面因素。由由于恒壓供水水自動控制系系統(tǒng)控制設(shè)備備相對較少，因因此PLC選選用德國SIIEMENSS公司的S77-200型型。S7-2200型PLLC的結(jié)構(gòu)緊緊湊，價格低低廉，具有較較高的性價比比，廣泛適用用于一些小型型控制系統(tǒng)。SSIEMENNS公司的PPLC具有可可靠性高，可可擴(kuò)展

59、性好，又又有較豐富的的通信指令，且且通信協(xié)議簡簡單等優(yōu)點(diǎn)；PLC可以以上接工控計計算機(jī)，對自自動控制系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測控控制。PLCC和上位機(jī)的的通信采用PPC/PPII電纜，支持持點(diǎn)對點(diǎn)接口口(PPI)協(xié)議，PCC/PPI電電纜可以方便便實(shí)現(xiàn)PLCC的通信接口口RS4855到PC機(jī)的的通信接口RRS232的的轉(zhuǎn)換，用戶戶程序有三級級口令保護(hù)，可可以對程序?qū)崒?shí)施安全保護(hù)護(hù)12。根據(jù)控制系統(tǒng)實(shí)實(shí)際所需端子子數(shù)目，考慮慮PLC端子子數(shù)目要有一一定的預(yù)留量量，因此選用用的S7-2200型PLLC的主模塊塊為CPU2226，其開開關(guān)量輸出為為16點(diǎn)，輸輸出形式為AAC220V繼電電器輸出；開關(guān)量輸入入CP

60、U2226為24點(diǎn)點(diǎn)，輸入形式為為+24V直直流輸入。由由于實(shí)際中需需要模擬量輸輸入點(diǎn)1個，模模擬量輸出點(diǎn)點(diǎn)1個，所以以需要擴(kuò)展，擴(kuò)擴(kuò)展模塊選擇擇的是EM2235，該模模塊有4個模模擬輸入(AAIW)，1個個模擬輸出(AQW)信號通道道。輸入輸出出信號接入端端口時能夠自自動完成A/D的轉(zhuǎn)換，標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號號能夠轉(zhuǎn)換成成一個字長(16bitt)的數(shù)字信信號；輸出信號接接出端口時能能夠自動完成成D/A的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換，一個字字長(16bbit)的數(shù)數(shù)字信號能夠夠轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)輸出信號。EEM235模模塊可以針對對不同的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)輸入信號，通通過DIP開開關(guān)進(jìn)行設(shè)置置。3.1.2 變變頻器的選型型變頻器是本系統(tǒng)統(tǒng)