PLC恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用電氣工程專(zhuān)業(yè)

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1、 題 目 PLC恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用 英文并列題 Application of PLC Constant Pressure Water Supply System 目 錄 一、 緒論 1.1研究背景 1 1.2課題主要研究?jī)?nèi)容 2 1.3恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 1.3.1變頻調(diào)速技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀 3 1.3.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究與現(xiàn)狀 3 二、 系統(tǒng)理論分析及控制方案確定 4 2.1恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 4 2.1.1電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理 4 2.1.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的

2、節(jié)能原理 5 2.2恒壓供水系統(tǒng)控制方案的確定 6 2.2.1控制方案的比較和確定 7 2.2.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成及原理圖 8 2.2.3變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程 9 2.3基于PLC與變頻器的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 2.3.1多臺(tái)水泵的切換 10 2.3.2主電路說(shuō)明 10 2.4程序處理 11 三、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 12 3.1系統(tǒng)主要設(shè)備的選型 12 3.1.1PLC及其擴(kuò)展模塊的選型 12 3.1.2變頻器的選擇 13 3.1.3水泵機(jī)的選型 13 3.1.4壓力變送器的選擇 13 3.1.5液位變送器選型 14 3.2系統(tǒng)主電路分析及其設(shè)計(jì) 14

3、3.3系統(tǒng)控制電路分析及其設(shè)計(jì) 14 四、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 15 4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析 15 4.2 PLC程序設(shè)計(jì) 17 4.2.1控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 17 4.3注意事項(xiàng) 19 五、結(jié)論 19 謝辭 21 參考文獻(xiàn) 22 PLC恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用 摘要： 針對(duì)傳統(tǒng)供水系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定、能源浪費(fèi)嚴(yán)重、自動(dòng)化程度低等缺點(diǎn),基于PLC和變頻器的恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這個(gè)系統(tǒng)使用了頻率轉(zhuǎn)換器，PLC和PID調(diào)節(jié)器構(gòu)造的閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓供水系統(tǒng)。供水系統(tǒng)的控制目標(biāo)為總管道的出水壓力,將給定壓力值和反饋的出水壓力值相比較,把偏差值送到 CPU中進(jìn)行處

4、理,從而發(fā)出控制指令來(lái)調(diào)整水泵電動(dòng)機(jī)投入運(yùn)行的臺(tái)數(shù)和調(diào)節(jié)水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,以保持總管道出水壓力的穩(wěn)定。PLC和逆變器自動(dòng)調(diào)整的增加和泵的數(shù)量的減少和泵馬達(dá)的速度，從而減少了能量的過(guò)度消耗。又防止了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流對(duì)供水設(shè)備的影響,實(shí)現(xiàn)了恒壓供水。 關(guān)鍵詞： PLC；變頻器；PID調(diào)節(jié)器；恒壓供水 Application of PLC Constant Pressure Water Supply System Abstract: Aiming at the disadvantages of unstable pressure, serious energy waste and low a

5、utomation of traditional water supply system, the constant pressure water supply system based on PLC and frequency converter is designed. This system uses frequency converter, PLC and PID regulator to construct a closed-loop automatic regulation constant pressure water supply system. The control obj

6、ective of the water supply system is the outlet pressure of the main pipe. Comparing the given pressure value with the feedback pressure value, the deviation value is sent to the CPU for processing, and the control instruction is issued to adjust the number of pumps and motors in operation and speed

7、 of water-saving pumps, so as to maintain the stability of the outlet pressure of the main pipe. The increase of automatic adjustment of PLC and inverters, the decrease of the number of pumps and the speed of pumps and motors reduce the excessive consumption of energy. It also prevents the influence

8、 of the current on the water supply equipment when the motor starts, and realizes the constant pressure water supply. Keywords: PLC; frequency converter; PID regulator; constant pressure water supply 一、緒論 1.1研究背景 供水系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)和生活中人們不可或缺的公共設(shè)施之一。如今，智能建筑科技快速發(fā)展,人們對(duì)供水系統(tǒng)也提出了更高的要求，要求達(dá)到可靠性和穩(wěn)定性。目前全球都展現(xiàn)資源匱

9、乏的現(xiàn)狀,所以設(shè)計(jì)節(jié)能、穩(wěn)定、工作可靠的恒壓供水系統(tǒng)是必然趨勢(shì)。傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)采用水塔,高級(jí)水箱或壓力罐進(jìn)行升級(jí),經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,耗能大。而基于 PLC和變頻器的恒壓供水系統(tǒng)將電氣控制技術(shù)與變頻器技術(shù)融為一體,大大提高了供水系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí),供水系統(tǒng)節(jié)能效果明顯,這在能源日漸緊缺的今天顯得尤為重要。 水和電是人類(lèi)生活中不可缺少的重要組成部分。在節(jié)水節(jié)能成為時(shí)代流行被人們逐漸重視的現(xiàn)實(shí)條件下,我國(guó)水電短缺的情況長(zhǎng)期以來(lái)一直都是在城市這一片區(qū)域,還有的就是在高層建筑供水和工業(yè)的使用中。我國(guó)生產(chǎn)循環(huán)供水系統(tǒng)技術(shù)還是相對(duì)落后的,而且系統(tǒng)的自動(dòng)化程度也比較低。 我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展也致使人民對(duì)

10、于生活水平的質(zhì)量和要求也不斷提高,國(guó)家對(duì)于人民的住房政策改革也在不斷深入貫徹落實(shí),我國(guó)對(duì)于城市各個(gè)社區(qū)的建設(shè)規(guī)劃也正在迅速發(fā)展。與此同時(shí),對(duì)社區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也提出了更高更嚴(yán)格的要求。建設(shè)好住宅供水系統(tǒng)是一個(gè)重要的方面,住宅供水的可靠性和穩(wěn)定,以及其經(jīng)濟(jì)性,在不久的將來(lái)甚至于當(dāng)前，就會(huì)很大程度上的直接影響人們的正常生活需求,這種情況也是會(huì)直接體現(xiàn)出該城市社區(qū)的物業(yè)管理質(zhì)量和水平。 目前我國(guó)傳統(tǒng)化的區(qū)域供水方式有:恒速泵加壓供水,壓力罐供水,水塔高水箱供水,液壓耦合器和電池滑動(dòng)離合器調(diào)速這幾種供水模式,是靠單片變頻調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)供水的供水系統(tǒng)。 因此,本次研究在PLC和變頻器的恒壓供水系統(tǒng)的基礎(chǔ)

11、之上,表明了提高我國(guó)居民住宅的生活水平,工業(yè)生產(chǎn)效率和能源的節(jié)約使用,都具有十分重要的意義。因此,本文逆變器是用于控制泵電機(jī)的頻率的,PLC用于控制變頻-電源頻率的切換。 PID調(diào)節(jié)器用于壓力調(diào)節(jié),設(shè)計(jì)閉環(huán)供水自動(dòng)控制系統(tǒng),從而來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓的供水效率。 1.2課題主要研究?jī)?nèi)容 PLC主要是依靠變頻器,可編程控制器,壓力變送器和現(xiàn)場(chǎng)泵單元組成,從而來(lái)實(shí)現(xiàn)控制變頻恒壓供水系統(tǒng),這樣就形成了一個(gè)完整的,閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在本項(xiàng)設(shè)計(jì)中,一共設(shè)有3個(gè)水庫(kù),3個(gè)泵和一些其他的組成部件。所謂的流量調(diào)節(jié)法,也就是這三個(gè)泵中,只有一個(gè)泵在逆變器的控制下才能運(yùn)行,其他泵都以恒定的速度來(lái)運(yùn)行。由于管網(wǎng)的壓力,PLC會(huì)

12、自動(dòng)控制泵與泵之間進(jìn)行的切換操作,并根據(jù)壓力檢測(cè)值與給定值之間的偏差對(duì)PID進(jìn)行計(jì)算,然后將輸出頻率顯示到變頻器控制輸出頻率,調(diào)節(jié)流量,使供水管網(wǎng)之間的壓力形成恒定。泵切換操作主要是在首先停止這一原理的基礎(chǔ)進(jìn)行的。 目前我國(guó)的城市社區(qū)使用的供水系統(tǒng),也都逐漸朝著高效,節(jié)能和自動(dòng)化的方向發(fā)展。由于在變頻調(diào)速技術(shù)十分顯著的節(jié)能效果,和穩(wěn)定的控制方式之下,已經(jīng)很快被廣泛應(yīng)用于風(fēng)機(jī),水泵和制冷壓縮機(jī)這之類(lèi)的高能消耗的設(shè)備中,特別是在各個(gè)城鄉(xiāng)工業(yè)用水壓力系統(tǒng)以及住宅用水恒壓供水系統(tǒng)中,變頻調(diào)速泵功能中最為突出的就是他的節(jié)能效果,其優(yōu)越性主要在:第一,節(jié)能效果十分顯著;第二,它具有開(kāi)放性,在停止時(shí),它可

13、以減少電流對(duì)電網(wǎng)的影響和供水壓力對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的影響;第三,它可以減少泵和電動(dòng)機(jī)在機(jī)械沖擊當(dāng)中造成的損失。 1.3恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.3.1變頻調(diào)速技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀 電力電子技術(shù)使得變頻器能夠快速發(fā)展,這一點(diǎn)也在計(jì)算機(jī)技術(shù)中、自動(dòng)控制技術(shù)和電機(jī)控制理論這些方面也都得到了相對(duì)較快的發(fā)展。20世紀(jì)80年代以來(lái),在美國(guó),德國(guó)和英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家,基于VVVF技術(shù)的使用,逆變器已經(jīng)十分商業(yè)化,并且被廣泛使用?？墒欠叛壑袊?guó)的情況,有60%的發(fā)電都是使用電機(jī)消耗的,因此國(guó)家和行業(yè)一直都十分重視如何利用電機(jī)調(diào)速技術(shù)改造電機(jī)運(yùn)行模式,從而來(lái)達(dá)到能源的節(jié)約作用。時(shí)至今日,我國(guó)也已經(jīng)設(shè)立有200

14、多家相關(guān)的工廠和研究所,都開(kāi)始進(jìn)行了變頻調(diào)速技術(shù)的工作。但是目前與國(guó)際市場(chǎng)上的同行業(yè)相比,在技術(shù)上仍然存在很大的差距。 改革開(kāi)放以來(lái),我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,中國(guó)也逐漸開(kāi)始直接運(yùn)用那些發(fā)達(dá)國(guó)家的轉(zhuǎn)換變頻調(diào)速設(shè)備,也洗去了內(nèi)外結(jié)合的做法,就是說(shuō),采用外國(guó)進(jìn)口或合資企業(yè)的先進(jìn)的變頻調(diào)速控制設(shè)備,再由其自行設(shè)計(jì)并制造出的整套設(shè)備,從而開(kāi)發(fā)出自己的應(yīng)用軟件,為國(guó)內(nèi)主要工程項(xiàng)目的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)提供解決方案,從而適應(yīng)了當(dāng)前社會(huì)的需求?？傊?雖然國(guó)內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)可以說(shuō)是取得了良好的效果,但總的來(lái)說(shuō),國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的能力與發(fā)達(dá)國(guó)家相還是比較弱的,而且對(duì)于國(guó)外企業(yè)的依賴(lài)程度也還是很高。 1.3.2變頻

15、恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究與現(xiàn)狀 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展,也使得變頻恒壓供水技術(shù)開(kāi)始嶄露頭角。早期,國(guó)外生產(chǎn)的逆變器的功能主要限于頻率控制,加速控制,前進(jìn)-后退控制,啟動(dòng)控制,制動(dòng)控制,電壓-頻率比控制等功能,主要用于變頻恒壓供水系統(tǒng)。變頻器僅僅是用于作為執(zhí)行器。為了保證管網(wǎng)壓力恒定,來(lái)滿足不同供水量的要求,應(yīng)在變頻器外部設(shè)立一個(gè)壓力控制器和傳感器,從而達(dá)到控制閉環(huán)壓力的作用。電磁接觸器就用于形成多達(dá)七個(gè)電動(dòng)機(jī)(泵)的供水系統(tǒng)。 目前,中國(guó)已經(jīng)有很多公司在做關(guān)于變頻恒壓供水的項(xiàng)目。但他們大多都是使用的國(guó)外逆變器來(lái)控制水泵的速度,水管網(wǎng)絡(luò)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)和多個(gè)泵的循環(huán)控制,還有一些使用可編程控制器(

16、PLC),和相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn);有些則是使用微控制器和對(duì)應(yīng)的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但是,在動(dòng)態(tài)性能,穩(wěn)定性能,抗干擾性能和系統(tǒng)開(kāi)放性等綜合技術(shù)指標(biāo)方面,還是不能滿足所有用戶的需求。 目前,國(guó)內(nèi)外有關(guān)于變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究中,變頻恒壓供水系統(tǒng)是可以適應(yīng)各種各樣的居民用水情況的,它主要是結(jié)合了現(xiàn)代控制技術(shù),網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù),并考慮到系統(tǒng)的電磁兼容性。水壓的閉環(huán)控制尚未得到充分研究。因此,我們?cè)谝欢螘r(shí)間內(nèi)還是需要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究,從而來(lái)提高變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能,讓該系統(tǒng)更好地在生產(chǎn)生活實(shí)踐中被應(yīng)用,對(duì)居民用水供水系統(tǒng)的使用起到很大的作用。系統(tǒng)理論分析及控制方案確定 二、系統(tǒng)理論分析及控制

17、方案確定 在供水系統(tǒng)中,水壓的變化規(guī)律是無(wú)法預(yù)先確定的時(shí)間函數(shù)。恒壓供水系統(tǒng)的任務(wù)是被控量能夠以一定的精度跟隨實(shí)際水壓變化的控制系統(tǒng)。隨著可編程序控制器功能模塊的增加以及控制指令的完善,恒壓供水系統(tǒng)在這種隨動(dòng)系統(tǒng)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。恒壓供水系統(tǒng)是采用了壓力傳感器監(jiān)測(cè)管道中的水壓的基本控制策略的。在A / D進(jìn)行了轉(zhuǎn)換后,反饋的實(shí)際值輸入到PLC數(shù)據(jù)寄存器,并與設(shè)定值進(jìn)行比較;CPU進(jìn)行PID計(jì)算處理后,進(jìn)行D / A之間的轉(zhuǎn)換,由變頻器控制輸出的結(jié)果,從而實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)之間的無(wú)級(jí)調(diào)速,達(dá)到設(shè)定壓力下供水管壓力的穩(wěn)定性值。 2.1恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 2.1.1電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理 泵

18、電機(jī)采用了三相異步電動(dòng)機(jī)，他的轉(zhuǎn)速公式為：n = 60f（1-s）/ p 這個(gè)公式中：f表示電源頻率，p表示電機(jī)極數(shù)，s表示滑差率。從上式可以看出，三相異步電動(dòng)機(jī)的速度控制方法如下： (l)?改變電源頻率? (2) 改變電機(jī)極對(duì)數(shù)? (3) 改變轉(zhuǎn)差率 改變電動(dòng)機(jī)極數(shù)調(diào)速的控制方法比較簡(jiǎn)單,也節(jié)省了投資,節(jié)能效果也是十分的顯著,而且操作起來(lái)效率高,但是需要有特殊的變極電動(dòng)機(jī),階梯式調(diào)速,階梯差相對(duì)來(lái)說(shuō)較大,也就是說(shuō)在換檔過(guò)程中的速度變化大,扭矩的變化也很大,因此這種只適用于具有特定速度的生產(chǎn)機(jī)器的使用。改變滑差速度調(diào)節(jié)是為了確保其大調(diào)速范圍,一般采用級(jí)聯(lián)調(diào)速模式,特有一個(gè)很顯著的優(yōu)點(diǎn)

19、,就是可以恢復(fù)滑動(dòng)功率,節(jié)能效果也很好,調(diào)速性能好,缺點(diǎn)就是線太復(fù)雜了,之間增加了中間環(huán)節(jié)的功率損耗,成本相對(duì)較高,這就影響了它的推廣價(jià)值。以下重點(diǎn)介紹一下改變工頻調(diào)速的方法和特點(diǎn): 根據(jù)上述公式,當(dāng)滑移率變化不大時(shí),異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n基本上與電源頻率f成比例。通過(guò)不斷調(diào)整電源頻率,我們就可以平穩(wěn)地改變電機(jī)的速度。但是,簡(jiǎn)單地調(diào)整電源頻率會(huì)導(dǎo)致電機(jī)性能下降。電子電力技術(shù)不斷的發(fā)展,如今也涌現(xiàn)出了各種性能好,運(yùn)行也比較可靠的變頻調(diào)速電源裝置,這一情況的實(shí)現(xiàn)也推動(dòng)了變頻調(diào)速的廣泛使用。 2.1.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理 供水系統(tǒng)的升程特性是在以下幾個(gè)前提之下的:供水系統(tǒng)中的閥門(mén)開(kāi)度必須是

20、恒定的,這表示水頭H與泵在一定速度下的流量Q之間的關(guān)系,如圖1所示。當(dāng)閥門(mén)的打開(kāi)度與泵轉(zhuǎn)速達(dá)到恒定狀態(tài)的時(shí)候,流量主要就會(huì)由使用者的用水量來(lái)決定,因此升力特性就反映了水頭H與水流量之間的關(guān)系曲率H = f(曲率)。如圖1所示。管道阻力的特殊性能主要反映了泵的獨(dú)特能量。他的作用是克服泵系統(tǒng)的水位和壓力差的變化以及管道中液體對(duì)流動(dòng)的阻力。由于閥的開(kāi)度的變化，在實(shí)際意義上，用戶當(dāng)前使用的供水系統(tǒng)的供水能力在一定程度上改變。 因此，管道阻力的性能也反映了水頭與供水流量Qc H = f（Qc）之間的關(guān)系。升力特性曲線與管道阻力特性曲線的交點(diǎn)稱(chēng)為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖1中的A點(diǎn)所示。此時(shí)，用戶的水流量Q

21、u和供水流量Qc供水系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，居民用戶使用的供水系統(tǒng)也滿足水頭性能和管道阻力特性，從而使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。 圖1 恒壓供水系統(tǒng)的基本特征 在使用該供水系統(tǒng)期間，水流通常用于控制閥門(mén)和速度，即常用的控制方法 - 閥門(mén)控制方法和速度控制方法。閥門(mén)控制方法通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)水流量，此時(shí)泵電機(jī)的速度保持恒定。在運(yùn)行期間系統(tǒng)的本質(zhì)是改變水路中的阻力以實(shí)現(xiàn)水流的變化。 所以,管道阻力將隨著閥門(mén)開(kāi)度的變化而變化,但是頭部特性仍然是不會(huì)改變的。由于實(shí)際需水量基本都是不同的,如果閥門(mén)開(kāi)度在一段時(shí)間內(nèi)還是保持不變的話,就可能會(huì)不可避免地會(huì)導(dǎo)致超壓或負(fù)壓的情況發(fā)生。速度控制法,也就是說(shuō),改變水泵

22、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)水的流量,在這個(gè)操作的同時(shí),閥門(mén)的打開(kāi)度也會(huì)因此保持不變,并且通過(guò)改變水的動(dòng)能來(lái)改變水的流量。 因此,磁頭特性就會(huì)隨著泵的速度變化而發(fā)生變化,但是電阻的特性是不會(huì)發(fā)生其他改變的。利用變頻調(diào)速來(lái)控制供水模式的方法屬于對(duì)水的速度的控制。該系統(tǒng)是根據(jù)用戶在住宅區(qū)用水量上的變化,來(lái)對(duì)水泵電機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的,這是泵電機(jī)的工作原理，目的是使管網(wǎng)壓力保持恒定。當(dāng)用戶的耗水量開(kāi)始增加時(shí)，電機(jī)將加速，當(dāng)耗水量減少時(shí)，電機(jī)將減速。我們可以把這一現(xiàn)象歸結(jié)在流體力學(xué)的理論,這樣我們就不難看出，當(dāng)泵運(yùn)行到管網(wǎng)時(shí)，泵的輸出功率與水壓和管網(wǎng)水流的乘積成正比;泵的轉(zhuǎn)速n也與出口流量成正比;水管的水壓和流出

23、水流的平方是成比例的。通過(guò)數(shù)據(jù)之間的這種關(guān)系，不難得出結(jié)論，水泵的輸出功率P與轉(zhuǎn)速n的第三速度之間的關(guān)系也是成比例的。以這種方式，我們還可以推導(dǎo)出這樣的公式： P = k1HQ n = k2Q H = k3Q2 P = kn3 其中k，k1，k2，k3是比例常數(shù)。 圖2 管網(wǎng)及水泵的運(yùn)行特性曲線 當(dāng)使用閥門(mén)控制時(shí),如果供水峰值泵在E點(diǎn)工作,則流量為Q1,水頭為H0。當(dāng)供水量從Q1減少到Q2時(shí),必須關(guān)閉小閥門(mén),閥門(mén)的摩擦阻力變大,電阻曲線從b3移動(dòng)到b1,頭部特性曲線不變。升力從H0升至H1,運(yùn)行條件??點(diǎn)從E點(diǎn)移動(dòng)到F點(diǎn)。此時(shí),泵的輸出功率與H1和次數(shù)成正比;Q2。使用運(yùn)轉(zhuǎn)的速度來(lái)

24、控制時(shí),如果使用恒壓(H0),變速泵(n2)供水,管電阻特性曲線為b2,磁頭特性變?yōu)榍€n2,工作點(diǎn)從E移動(dòng)指向D點(diǎn)。這時(shí),泵輸出功率與H0×成正比;Q2,因?yàn)镠1> H0,當(dāng)流量由閥門(mén)控制時(shí),它與(H1-H0)以及次數(shù)是成正比例關(guān)系的; Q2的功率浪費(fèi),閥門(mén)也會(huì)不斷關(guān)閉,這時(shí)的閥門(mén)之間的摩擦阻力也會(huì)隨之開(kāi)始變大,管道阻力特性曲線也會(huì)隨著這個(gè)趨勢(shì)開(kāi)始向上移,工作狀態(tài)點(diǎn)也跟著這點(diǎn)向上移動(dòng),H1增加,浪費(fèi)的力量從而開(kāi)始增加了。因此,速度控制方法會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于閥控制方法的供水功率,并且這樣的效果是節(jié)能效果十分顯著。 2.2恒壓供水系統(tǒng)控制方案的確定 根據(jù)控制所提出的要求,系統(tǒng)采用了PID控

25、制,他的控制原理圖如圖1所示。系統(tǒng)通過(guò)安裝在水管上的壓力傳感器,將當(dāng)前水壓實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的形式,并轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)與壓力所成的比例,通過(guò)與PLC匹配的功能模塊A / D轉(zhuǎn)換器輸入到可編程序列的數(shù)字信號(hào)。控制器(PLC)與設(shè)定信號(hào)進(jìn)行比較,并在PID計(jì)算后獲得最佳運(yùn)行參數(shù)。 D / A轉(zhuǎn)換后,發(fā)送到變頻器的模擬控制輸入,控制變頻器的輸出頻率。泵電機(jī)根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際水壓以合理的速度運(yùn)行。 2.2.1控制方案的比較和確定 在該系統(tǒng)中，有一個(gè)恒壓變頻供水系統(tǒng)，包括壓力變送器，變頻器，恒壓控制單元，泵單元和低壓電器。他使用恒壓控制單元制造變頻器，從而控制泵或多個(gè)循環(huán)泵，從而實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)中的恒定水壓以及泵電機(jī)

26、之間的啟動(dòng)和切換操作，這是其主要任務(wù)。系統(tǒng)。在變頻水泵和工頻水泵之間，它可以與運(yùn)行數(shù)據(jù)通信并執(zhí)行監(jiān)控操作。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，我們提供以下選項(xiàng)： （1）帶供水基板的逆變器與控制系統(tǒng) 相比，泵單元+壓力傳感器的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。 PID調(diào)節(jié)器，PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器的供水基板上，并設(shè)置了具體的命令。因此，代碼實(shí)現(xiàn)了諸如PLC和PID的電子控制系統(tǒng)的功能。在該過(guò)程中電路結(jié)構(gòu)將變得小型化，并且還將降低器件的制造成本。然而，即使在這種情況下，在設(shè)置壓力和顯示反饋值時(shí)也很麻煩，并且在不同的時(shí)間段內(nèi)不支持。 實(shí)現(xiàn)不同的恒壓要求。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)試時(shí),我們就會(huì)很難找到PID參數(shù)來(lái)進(jìn)行調(diào)整修

27、改。他的調(diào)節(jié)范圍相對(duì)較小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能不易保證。他的輸出接口的擴(kuò)展功能也缺乏靈活性，數(shù)據(jù)通信困難，負(fù)載容量有限，因此該系統(tǒng)僅適用于要求不高的小批量應(yīng)用。 （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 使用這種方法,他的控制精準(zhǔn)度很高,計(jì)算方法也比較靈活,對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整時(shí)也很方便,性?xún)r(jià)比高,但它存在的缺點(diǎn)是,研究開(kāi)發(fā)的周期太長(zhǎng),一旦程序被固定化,人們想要對(duì)他進(jìn)行修改就會(huì)變得非常的繁瑣困難,對(duì)于在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)適應(yīng)的靈活性也較差。運(yùn)行時(shí)變頻器產(chǎn)生的干擾越大,逆變器的功率也就越大,所以我們對(duì)此也是采取了必要的措施來(lái)來(lái)完成對(duì)抗干擾的實(shí)施,以此來(lái)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可

28、靠性。該系統(tǒng)適用于特定領(lǐng)域的小容量變頻恒壓供水。 （3） 通用變頻器+PLC(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)+人機(jī)界面+壓力傳感器? 這種控制方式相對(duì)來(lái)說(shuō)比較靈活方便。通過(guò)良好的通信接口,與其他的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行輕松快速的交換,通用性十分強(qiáng)大。由于PLC系列產(chǎn)品固有的系列化和模塊化的特性,用戶可以用此靈活地根據(jù)自身不同的需求制造形成各種規(guī)模的控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計(jì)中,只需要對(duì)PLC的硬件配置和I / O的外部接線進(jìn)行數(shù)據(jù)確定即可,當(dāng)對(duì)于其控制要求發(fā)生變化時(shí),PC可以很輕易簡(jiǎn)便地改變存儲(chǔ)器中的控制程序,因此需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的時(shí)候就可以很方便的進(jìn)行操作。同時(shí),PLC的抗干擾能力很強(qiáng),可靠性又高,這將大大提高

29、系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)可應(yīng)用于恒壓供水應(yīng)用的各種不同要求，無(wú)論供水單元的容量如何。 總之，可以看出第三控制方案稍微更適合于該系統(tǒng)。該系統(tǒng)的控制方案具有擴(kuò)展功能，功能靈活方便，數(shù)據(jù)傳輸快捷方便。滿足穩(wěn)定系統(tǒng)和控制數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的要求。 2.2.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成及原理圖 PLC用于控制變頻恒壓供水系統(tǒng)。主要部件是變頻器，可編程控制器，壓力變送器和現(xiàn)場(chǎng)水泵機(jī)組。這些內(nèi)部系統(tǒng)組合在一起形成。一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，系統(tǒng)的控制流程圖如圖3： 圖3 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程圖 報(bào)警設(shè)置是這種控制系統(tǒng)不可或缺的一部分。由于該系統(tǒng)可以應(yīng)用于不同的供水領(lǐng)域，為了保證系統(tǒng)足夠的安全可靠和穩(wěn)定，防止電

30、機(jī)過(guò)載，變頻器報(bào)警，電網(wǎng)波動(dòng)過(guò)大，以及當(dāng)供水中斷時(shí)，操作突然中止操作，這些都是至關(guān)重要的步驟。監(jiān)控報(bào)警量，PLC在判斷報(bào)警系統(tǒng)的類(lèi)型時(shí)，執(zhí)行顯示和保護(hù)的動(dòng)作控制，為的就是避免造成諸多沒(méi)有必要產(chǎn)生的損失。變頻恒壓供水的控制目標(biāo)是供水出口管網(wǎng)的水壓，用于完全實(shí)現(xiàn)出水管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力，控制供水壓力。 設(shè)定供水壓力能夠使常數(shù)或時(shí)間段功能,在每個(gè)時(shí)間段中都處于恒定狀態(tài)。因此,在一定時(shí)間內(nèi),恒定壓力控制的目的所在,就是將出口歧管網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際供應(yīng)壓力,在最大限度上維持住對(duì)已經(jīng)設(shè)定好的壓力供應(yīng)。變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示: 變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示： 圖4 變頻恒壓供水系統(tǒng)框圖

31、我們從在居民住宅處的供水管管道上安裝壓力變送器,來(lái)對(duì)參考點(diǎn)處的水流壓強(qiáng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量并收集數(shù)據(jù)便于后期分析,對(duì)此我們也檢測(cè)了管網(wǎng)的水壓強(qiáng)的恒壓供水系統(tǒng),他將其轉(zhuǎn)換為4-20mA的電信號(hào)。檢測(cè)出來(lái)的信號(hào)就是恒定電壓。供水關(guān)鍵參數(shù)。由于該系統(tǒng)是模擬信號(hào)作為電信號(hào)的,所以必須以PLC的A / D轉(zhuǎn)換模塊為讀取,與已經(jīng)設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行仔細(xì)對(duì)比。比較偏差值是PID操作的,隨之我們將計(jì)算所得的數(shù)字信號(hào)以模塊的形式轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)作為逆變器的輸入信號(hào),控制變頻器的輸出頻率,從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,由此來(lái)控制水泵的供水流量,最后控制供水的流量大小。用戶供水管上的壓力保持恒定,就會(huì)實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水。 2.2.3變頻恒

32、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)已經(jīng)開(kāi)啟的系統(tǒng),按照他收到有效的自控系統(tǒng)啟動(dòng)電信號(hào)之后,我們先要做的是對(duì)變頻器驅(qū)動(dòng)變頻泵M1進(jìn)行開(kāi)啟發(fā)動(dòng),依據(jù)用戶管網(wǎng)的實(shí)際壓力和壓力變送器測(cè)量的設(shè)定壓力偏差調(diào)整變頻器。輸出頻率控制M1的速度。當(dāng)水流量的輸出壓力達(dá)到設(shè)定值并且供水量與耗水量保持一定程度的平衡時(shí),速度穩(wěn)定在一個(gè)定值點(diǎn)。此情況期間,M1工作就在調(diào)速它本身的運(yùn)行狀態(tài)。 (2)水壓隨著耗水量的增加而后組建降低,這兩者成反比例,壓力變送器的水壓信號(hào)也會(huì)減小，偏差會(huì)逐漸變大，PLC輸出信號(hào)會(huì)變大，變頻器的輸出頻率會(huì)變大。泵的轉(zhuǎn)速將逐漸增加。隨著供水量的增加，最終的泵速將達(dá)到另

33、一個(gè)新的穩(wěn)定值。相反，當(dāng)消耗的水流量減少時(shí)，水壓開(kāi)始逐漸增加,并且水泵由此產(chǎn)生的壓力就會(huì)降低到另一個(gè)新的穩(wěn)定值。 （3）當(dāng)水流量在持續(xù)增加的時(shí)候，變頻器的輸出頻率如果達(dá)到了50Hz的上限頻率時(shí)，此時(shí)用戶管網(wǎng)的實(shí)際壓力尚未達(dá)到設(shè)定壓力的話，那么他的增長(zhǎng)條件就算是滿足了。那么如果泵還處于變頻循環(huán)模式時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)在PLC的控制下自動(dòng)輸入水泵M2。變頻泵M1將以工頻開(kāi)始運(yùn)行，系統(tǒng)將逐步恢復(fù)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)。這種情況將一直持續(xù)到水壓達(dá)到其設(shè)定值。 如果所消耗的水流量在持續(xù)增加,并能夠滿足增加泵所需要的條件,則上述轉(zhuǎn)換操作將繼續(xù)進(jìn)行,并且另一個(gè)工頻泵M3也將對(duì)此展開(kāi)運(yùn)行工作。當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到50

34、Hz的上限頻率時(shí),如果壓力還沒(méi)有達(dá)到預(yù)定的設(shè)定值的話,控制系統(tǒng)A就會(huì)對(duì)此發(fā)出水壓超限警報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行超限警報(bào)。 2.3基于PLC與變頻器的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 對(duì)于傳統(tǒng)的供水系統(tǒng),電動(dòng)機(jī)工作在額定功率,流量和出水壓力只能靠閥門(mén)來(lái)控制。使用 PLC和變頻器控制,通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)和轉(zhuǎn)速就可以達(dá)到調(diào)節(jié)流量和壓力的目的,徹底地取消了增壓氣罐、高位水箱以及水塔等設(shè)備,排除了水質(zhì)的二度污染,從而提高了供水的質(zhì)量、操作方便、自動(dòng)化程度高且節(jié)約能源。 2.3.1多臺(tái)水泵的切換 為了保證用戶對(duì)供水流量的要求,系統(tǒng)常采用多臺(tái)水泵聯(lián)合供水。通過(guò)用一臺(tái)變頻器來(lái)控制多臺(tái)水泵相互協(xié)調(diào)工作,稱(chēng)為"1"控"X",其中X

35、是水泵臺(tái)數(shù)。在不同季節(jié)和不同時(shí)間段用戶用水需求量變化是很大的,為避免能源浪費(fèi),應(yīng)采用"多用多開(kāi)","少用少開(kāi)"的原則。 2.3.2主電路說(shuō)明 本系統(tǒng)采用的PLC型號(hào)為西門(mén)子S7-200,變頻器型號(hào)為歐姆龍3G3MX2型變頻器,圖6顯示了1控制3恒壓供水系統(tǒng)的主電路。系統(tǒng)使用PLC來(lái)控制變頻器。變頻器的S1(1)端子由PLC的 Y0點(diǎn)控制,SC(L)端子與PLC的COM點(diǎn)相連接。在PLC的COM點(diǎn)設(shè)置了復(fù)位按鈕,用于變頻器的復(fù)位操作。由信號(hào)處理器的UO點(diǎn)和COM點(diǎn)接變頻器的"FV(0)"和"SC(L)"端子用于變頻器頻率給定。變頻器的異常輸出信號(hào)連接到PLC的X2點(diǎn),C端子連接到COM點(diǎn)。

36、 圖5 1控3恒壓供水系統(tǒng)主電路 圖6所示為基于PLC與變頻器的恒壓供水系統(tǒng)的程。系統(tǒng)啟動(dòng)后,首先1號(hào)泵運(yùn)行,當(dāng)用水求量變大時(shí),若1號(hào)泵已經(jīng)達(dá)到了額定頻率50Hz,水壓還是不足,則延時(shí)一段時(shí)間,將1號(hào)泵機(jī)設(shè)置為工頻運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí),將2號(hào)泵機(jī)設(shè)置為變頻運(yùn)行,輸出頻率降為0Hz,逐步提高輸出頻率,當(dāng)2號(hào)泵機(jī)達(dá)到額定頻率50Hz時(shí),水得壓強(qiáng)依然不夠大,則將2號(hào)泵機(jī)設(shè)置為工頻運(yùn)行,同時(shí)將3號(hào)泵機(jī)設(shè)置為變頻運(yùn)行。反之,當(dāng)用水量變小時(shí),各水泵就會(huì)一個(gè)接一個(gè)的退出工頻運(yùn)行。采用這樣的運(yùn)行方式,可以有效地減少水泵的頻繁啟停,同時(shí),因?yàn)樽冾l器調(diào)節(jié)迅速,在實(shí)際管網(wǎng)對(duì)水壓的波動(dòng)做出響應(yīng)之前,使水壓平穩(wěn)過(guò)渡,從

37、而實(shí)現(xiàn)恒壓供水。 圖6 基于 ＰＬＣ與變頻器的恒壓供水系統(tǒng)流程 2.4程序處理 ①模擬量的處理系統(tǒng)中有兩個(gè)模擬量:一是實(shí)際壓力測(cè)量的反饋值,第二個(gè)是在實(shí)際壓力和設(shè)定壓力是PID操作之后產(chǎn)生的控制信號(hào)。測(cè)量值為模擬輸入,由FX2N-4AD實(shí)現(xiàn)。 FX2N-4AD的CH1通道設(shè)置為電壓輸入模式,壓力反饋值經(jīng)過(guò)A / D轉(zhuǎn)換,為PID計(jì)算提供反饋信號(hào)?？刂菩盘?hào)為模擬量輸出,采用FX2N-4DA完成,將FX2N-4DA的CH1通道設(shè)定為電壓輸出方式,經(jīng)PID運(yùn)算后產(chǎn)生的壓力控制信號(hào)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換,作為變頻器的控制電壓。 ②PID調(diào)節(jié) FX2N系列PLC提供PID指令。該指令對(duì)當(dāng)前值D20和

38、設(shè)定值D10進(jìn)行比較,通過(guò)PID回路處理兩者之間的偏差來(lái)產(chǎn)生一個(gè)調(diào)節(jié)值,存入D30中,通過(guò)FX2N-4DA送給變頻器。梯形圖如圖4所示,其中M100為啟動(dòng)信號(hào)。 對(duì)于PID參數(shù)設(shè)置:PID參數(shù)存儲(chǔ)在由[S3]為首的23個(gè)數(shù)據(jù)寄存器組成的數(shù)據(jù)堆棧中。其中一些設(shè)備用于輸入數(shù)據(jù)。通過(guò)參數(shù)的設(shè)置,PID命令可用于形成不同的循環(huán)配置。需要設(shè)置PID控制器的四個(gè)主??要參數(shù),TS,KP,TI和TD。無(wú)論哪個(gè)參數(shù)選擇不當(dāng),都會(huì)影響控制效果。在整個(gè)計(jì)時(shí)時(shí),應(yīng)該掌握PID參數(shù)與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能之間的關(guān)系。在P,I和D的三個(gè)控制中,比例部分與誤差信號(hào)在時(shí)間上一致。只要誤差一出現(xiàn),比例部分就能及時(shí)地產(chǎn)生與誤差

39、成正比的調(diào)節(jié)作用,它具有及時(shí)調(diào)整的特點(diǎn)。比例系數(shù)KP越大, 但是,積分作用的作用很慢,這種情況可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不好的作用,因此人們很少將他單獨(dú)拿來(lái)使用。當(dāng)積分時(shí)間常數(shù)TI開(kāi)始增加時(shí),積分作用變回隨之減弱,并且開(kāi)始改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性能,但是消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度卻會(huì)減慢,因?yàn)檫@之間的幾個(gè)部分具有提前和預(yù)測(cè)的特征,根據(jù)誤差變化的速度,差分部分可以提前進(jìn)行大的調(diào)整,反映出系統(tǒng)變化的趨勢(shì)。當(dāng)差分時(shí)間常數(shù)TD增加時(shí),導(dǎo)聯(lián)量相應(yīng)減小,動(dòng)態(tài)性能提高,但降低了高頻干擾的能力。如果TD太大,則系統(tǒng)輸出可能具有更高的頻率振蕩。這些參數(shù)的設(shè)定要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。 恒壓供水技術(shù)采用變頻器改變水泵電

40、動(dòng)機(jī)電源頻率,系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可有效節(jié)約電能,經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。同時(shí),由于恒壓自動(dòng)控制的原因,該系統(tǒng)的操作者不需要進(jìn)行頻繁的操作,這樣就大大的降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,人力的消耗就大大減少。 三、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3.1系統(tǒng)主要設(shè)備的選型 3.1.1PLC及其擴(kuò)展模塊的選型 PLC是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心,它完成了系統(tǒng)中所有輸入數(shù)字的采集,所有輸出單元的控制,恒定電壓的實(shí)現(xiàn)以及外部數(shù)據(jù)的交換。由于恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)控制裝置相對(duì)較少,PLC采用德國(guó)SIEMENS的S7-200型。S7-200 PLC在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí),是比較緊湊的,制造的價(jià)格也不是很昂貴,所以具有性?xún)r(jià)比高的特點(diǎn),因此也

41、廣泛應(yīng)用于一些小型的控制系統(tǒng)。 3.1.2變頻器的選擇 變頻器作為系統(tǒng)控制執(zhí)行器中的硬件裝備,他是通過(guò)改變頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié),來(lái)達(dá)到改變輸出水流量的目的的。必須根據(jù)泵電機(jī)的功率和電流選擇變頻器。在該系統(tǒng)中,應(yīng)實(shí)施監(jiān)控,所以,逆變器也應(yīng)該具備通信的功能。根據(jù)自身不同的控制功能,他可以通用變頻器,這可分為三種類(lèi)型:普通功能型U / f控制變頻器,帶轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能U / f控制變頻器和矢量控制高功能變頻器。而供水系統(tǒng)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速較小,這就可以選擇價(jià)格相對(duì)便宜的U / f控制逆變器。 3.1.3水泵機(jī)的選型 選擇泵機(jī)組的基本原則是確保運(yùn)行平穩(wěn);二是要始終在高效區(qū)域運(yùn)行,以達(dá)到更

42、好的節(jié)能效果。為了使泵組能夠很好的運(yùn)行在高效區(qū)域,我們選擇的泵類(lèi)型必須與系統(tǒng)的用水量變化量互相適應(yīng)匹對(duì)。本設(shè)計(jì)的要求是:電機(jī)額定功率75KW,供水壓力控制在0.3&+;0.01Mpa。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,結(jié)合社區(qū)的實(shí)際生活條件,最終確定使用三臺(tái)上海熊貓機(jī)械有限公司生產(chǎn)的SFL系列泵機(jī)組,可以用于無(wú)顆粒的清水和顆粒的輸送操作。雜質(zhì),無(wú)腐蝕性的物體和介質(zhì),它們一般用于城市給排水,鍋爐給水,空調(diào)冷卻系統(tǒng)以及消防供水等方面。 考慮到泵電機(jī)在卸載時(shí)會(huì)影響電機(jī)的使用壽命,定期檢測(cè)和控制電池的水位是很重要的。這種設(shè)計(jì)要求儲(chǔ)水箱水位能夠達(dá)到:2m~5m,液位變送器檢測(cè)到的水位轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)(4~20mA電壓信號(hào)

43、),然后輸入窗口比較器,使用比較器的輸出。高水位用作水庫(kù)水位的報(bào)警信號(hào)并輸入PLC。 3.2系統(tǒng)主電路分析及其設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)采用的運(yùn)行方法為三泵循環(huán)變頻法,主要就是在變頻器的控制下,三臺(tái)泵中只有一臺(tái)能夠應(yīng)用于變速運(yùn)行的使用,其他泵在工頻下以恒速進(jìn)行運(yùn)行。如果耗水量小的話,變頻泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過(guò)3h,那么就要換著使用下一個(gè)泵來(lái)工作,那么這個(gè)系統(tǒng)就具有"反向泵的功能",這種功能具體講就是,避免一個(gè)泵的長(zhǎng)時(shí)間工作。因此,只有一臺(tái)泵可以同時(shí)在變頻下工作,但三臺(tái)泵是可以在不同的時(shí)間段內(nèi)依次帶動(dòng)變頻泵的。 3.3系統(tǒng)控制電路分析及其設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)主要是靠PLC控制設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)完成恒壓供水的,他通過(guò)控制機(jī)

44、器的電路,還有程序上的合理可靠度，直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行性能的好壞和完成質(zhì)量的高低。該系統(tǒng)采用西門(mén)子S7-200系列PLC,整體體積小,執(zhí)行速度快,比一般系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)許多,性能也更加優(yōu)秀。 PLC主要用于實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水系統(tǒng)的自動(dòng)控制。它必須完成以下功能:自動(dòng)控制三個(gè)泵投入運(yùn)行;可實(shí)現(xiàn)三泵之間變頻泵的切換;三個(gè)泵必須具有軟啟動(dòng)功能;用于泵操作的手動(dòng)/自動(dòng)控制功能,僅用于緊急或大修的手動(dòng)操作;系統(tǒng)應(yīng)具有完善的報(bào)警功能,并能顯示運(yùn)行狀態(tài)。 四、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 當(dāng)硬件的連接被確定之后,主要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能,然后再結(jié)合泵站對(duì)機(jī)器的控制要求,我們對(duì)泵站軟件的設(shè)計(jì)分析如下: 4

45、.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析 (1)?由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理? 為了保持擁有恒定的水壓,當(dāng)水壓開(kāi)始下降的時(shí)候,就要增加變頻器的輸出頻率,當(dāng)一個(gè)泵的運(yùn)行能力開(kāi)始不能滿足恒壓的所需要達(dá)到的要求時(shí),應(yīng)啟動(dòng)第二個(gè)泵。思考啟動(dòng)新泵的標(biāo)準(zhǔn)是逆變器的輸出頻率，當(dāng)這一點(diǎn)達(dá)到設(shè)定的上限,于是，對(duì)于該功能，我們就可以通過(guò)比較指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了盡可能最高程度實(shí)現(xiàn)逆變器的工作頻率的真實(shí)性,應(yīng)將由意外頻率波動(dòng)引起的頻率濾波達(dá)到上限。程序中我們還需要對(duì)事件的過(guò)濾問(wèn)題進(jìn)行深入思考研究。 (2)?多泵組泵站泵組管理規(guī)范?? 由于逆變器泵站希望電動(dòng)機(jī)的每次啟動(dòng)都是軟啟動(dòng),并且規(guī)定每個(gè)泵必須交替使用,因此多泵組的泵站

46、的泵組必須具有管理規(guī)范。泵組管理中還存在一個(gè)問(wèn)題,就是對(duì)泵的循環(huán)工作的控制。在這項(xiàng)設(shè)計(jì)中,1號(hào)泵的解決方法用于實(shí)現(xiàn)變頻泵的循環(huán)控制。工頻總數(shù)與泵的數(shù)量相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)工頻泵能夠進(jìn)行輪流工作。 （3）程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實(shí)現(xiàn) 由于模擬單元和PID調(diào)整都需要初始化,并且中間需要操作中斷程序,例如在主程序中產(chǎn)生泵切換信號(hào),泵單元接觸邏輯控制信號(hào)和報(bào)警處理的集成等。程序中使用的PLC元件及其功能如表4-1所示。 器件地址 功能 器件地址 功能 VD100 過(guò)程變量標(biāo)準(zhǔn)化值 T37 工頻泵增泵濾波時(shí)間控制 VD104 壓力給定值 T38 工頻泵減泵濾波時(shí)間控制 VD108

47、PID計(jì)算值 M0.0 故障結(jié)束脈沖信號(hào) VD112 比例系數(shù)Kc M0.1 水泵變頻啟動(dòng)脈沖（增泵） VD116 采樣時(shí)間Ts M0.2 水泵變頻啟動(dòng)脈沖（減泵） VD120 積分時(shí)間Ti M0.3 倒泵變頻啟動(dòng)脈沖 VD124 微分時(shí)間Td M0.4 復(fù)位當(dāng)前變頻泵運(yùn)行脈沖 VD204 變頻運(yùn)行頻率下限值 M0.5 當(dāng)前泵工頻運(yùn)行啟動(dòng)脈沖 VD208 變頻運(yùn)行頻率上限值 M0.6 新泵變頻啟動(dòng)脈沖 VD250 PID調(diào)解結(jié)果儲(chǔ)存單元 M2.0 泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VD300 變頻工作泵的泵號(hào) M2.1 泵工頻/變頻轉(zhuǎn)

48、換邏輯控制 VD301 工頻運(yùn)行泵的總臺(tái)數(shù) M2.2 泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VD310 變頻運(yùn)行時(shí)間儲(chǔ)存器 M3.0 故障信號(hào)匯總 T33 工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 M3.1 水池水位越限邏輯 T34 工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 T35 工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 表1 程序中使用的PLC元件及其功能 4.2 PLC程序設(shè)計(jì) PLC控制程序使的是SIEMENS提供的STEP 7-MicroWIN-V40編程軟件來(lái)研究并被開(kāi)發(fā)出來(lái)的。語(yǔ)句列表語(yǔ)言類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言。 PLC控制程序由主程序和這些主程序所涵蓋的幾個(gè)子程序來(lái)組織實(shí)現(xiàn)的。程序首先

49、在計(jì)算機(jī)上啟動(dòng)編譯操作，編譯完成后，程序通過(guò)PC / PPI電纜下載到PLC。之后，我們通過(guò)循環(huán)掃描操作并在RUN模式下連續(xù)完成控制任務(wù)，這主要通過(guò)執(zhí)行用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。 4.2.1控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) PLC主程序的主要組成部分包括系統(tǒng)初始化程序，泵電機(jī)啟動(dòng)程序，泵電機(jī)變頻/工頻切換程序，泵電機(jī)切換程序作為PLC主程序的主要組成部分模擬和比較計(jì)算機(jī)程序和警報(bào)程序的模板。 （1）系統(tǒng)初始化程序當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，必須首先初始化整個(gè)系統(tǒng)，即啟動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，首先,檢測(cè)系統(tǒng)各部分的當(dāng)前工作狀態(tài)。如果發(fā)生錯(cuò)誤,則發(fā)出警報(bào)。然后，初始化逆變器頻率轉(zhuǎn)換操作的上下頻率和PID控制的參數(shù)，并在初始化子程序結(jié)束時(shí)給

50、出一定的初始值。建立中斷的連接。通過(guò)調(diào)用主程序中的子程序來(lái)初始化系統(tǒng)。初始化后，立即在日/夜供水模式下設(shè)置水壓參考值和變頻泵的數(shù)量以及工頻泵輸入的數(shù)量。 （2）增減泵的判斷和對(duì)應(yīng)的操作過(guò)程當(dāng)系統(tǒng)處于大于或等于所述頻率轉(zhuǎn)換操作的上限頻率（或小于或等于該頻率轉(zhuǎn)換操作的下限頻率），用于將PID調(diào)停結(jié)果，泵可以穩(wěn)定地運(yùn)行，定時(shí)器將定時(shí)設(shè)置為5分鐘（以消除水壓力的變動(dòng)的干擾），工頻泵單元的數(shù)目將由一個(gè)增加（或減少由之一）。該過(guò)程操作并產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的泵的可變頻率起動(dòng)脈沖信號(hào)。 （3）泵的軟啟動(dòng)泵的提高或降低將所述逆變器，為軟啟動(dòng)準(zhǔn)備重置。同時(shí)，逆變器泵的數(shù)量增加一個(gè)，生成所述延遲后的當(dāng)前泵頻率功率起始

51、脈沖信號(hào)和下一個(gè)水泵變頻起始脈沖信號(hào)，并開(kāi)始操作。 當(dāng)只有一個(gè)變頻水泵在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí),就要判斷他的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間,如果超過(guò)3小時(shí),則進(jìn)行自動(dòng)泵頻變換操作。?? (4)?報(bào)警及故障處理程序? 該系統(tǒng)可以對(duì)泳池水位超限報(bào)警進(jìn)行指示報(bào)警,變頻器故障報(bào)警指示器,白天模式操作指示器和警鈴。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生故障的信號(hào)時(shí),與之對(duì)應(yīng)的警報(bào)指示燈就會(huì)不停閃爍并且拉響警鈴。此時(shí)按下測(cè)試燈按鈕,每個(gè)指示燈就會(huì)保持點(diǎn)亮狀態(tài)。 當(dāng)故障發(fā)生之后,變頻器泵號(hào)和工頻泵運(yùn)行次數(shù)就會(huì)進(jìn)行復(fù)位操作,故障結(jié)束后產(chǎn)生故障結(jié)束脈沖信號(hào)。 4.3注意事項(xiàng) ①在系統(tǒng)中,存在泵的工頻變頻上行鏈路切換。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速響應(yīng),切

52、換時(shí)間需要盡可能的短,并且切換期間的時(shí)間差小,因此每個(gè)泵的可變頻率接觸器和工頻接觸器優(yōu)選是可逆的。接觸器,電路和PLC程序中還有一個(gè)互鎖功能,失為了防止意外短路等情況的發(fā)生,從而對(duì)系統(tǒng)或逆變器造成損害。 ②逆變器上行和下行切換時(shí)間設(shè)置,如果設(shè)定值過(guò)大,系統(tǒng)無(wú)法快速響應(yīng)管網(wǎng)耗水量;如果設(shè)定值過(guò)小,這就可能導(dǎo)致系統(tǒng)頻繁輸入泵并抽出泵;因此,當(dāng)PLC設(shè)置增加判斷設(shè)定壓力和臨界切換狀態(tài)下的操作壓力時(shí),只要它在不超過(guò)容許誤差范圍之內(nèi),就不會(huì)執(zhí)行泵切換。 ③當(dāng)逆變器在上游接通時(shí),它必須具有即時(shí)禁用輸出功能。變頻器沒(méi)有此功能使用自由停止功能;所以在選擇逆變器時(shí)要注意這一點(diǎn)。 五、結(jié)論 對(duì)于本文設(shè)計(jì)研

53、究的系統(tǒng),我們調(diào)查結(jié)合了我國(guó)現(xiàn)今城市各個(gè)社區(qū)采用的供水特點(diǎn),設(shè)計(jì)并研發(fā)出了一套基于PLC的變頻恒壓供水之上的自動(dòng)控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)主要運(yùn)用單變頻器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)和調(diào)速的功能,而不是使用了老式的自動(dòng)結(jié)合降壓?jiǎn)?dòng)裝置設(shè)備。變頻器根據(jù)產(chǎn)生的壓力大小來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行速度。通過(guò)改變泵的性能曲線,調(diào)節(jié)泵的流量以確保管網(wǎng)壓力產(chǎn)生恒定。該系統(tǒng)不但在一定程度上很有成效地保證了供水系統(tǒng)管網(wǎng)之間的壓力恒定問(wèn)題,而且性能十分可靠,操作施工步驟簡(jiǎn)單易懂,具有十分顯著的節(jié)能效果,操作也是全自動(dòng)的,避免對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。本文主要的工作如下: (1)PLC和變頻器恒壓系統(tǒng)很好的控制了人們的對(duì)水的平均需求

54、量。該系統(tǒng)采用的是PLC,通過(guò)這個(gè)就能很輕易地實(shí)現(xiàn)多個(gè)泵之間，比較難完成的同時(shí)操作情況。三相泵電機(jī)的軟件啟動(dòng)由變頻器實(shí)現(xiàn),水壓由電機(jī)的變頻調(diào)速調(diào)節(jié)。 (2)設(shè)計(jì)了主機(jī)配置監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)泵站的監(jiān)控要求,泵站配置監(jiān)控屏幕各功能的設(shè)計(jì)由Kingview軟件完成。系統(tǒng)界面清晰易操作,可動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前運(yùn)行條件,當(dāng)前水壓和故障情況。 縱觀全文，我的本次的畢業(yè)設(shè)計(jì),不僅鞏固了我對(duì)原始知識(shí)的掌握度,也更加拓展了我的知識(shí)面。研究該系統(tǒng),在提高我自己的能力同時(shí),也使我更清楚地認(rèn)識(shí)到了自己的一些缺點(diǎn)。比如在硬件設(shè)備之間的連接上,I / O端口的分配和地址的分配起初一開(kāi)始還不是特別的熟悉,但是經(jīng)過(guò)了半年的自主學(xué)習(xí)過(guò)

55、程,以及教師,學(xué)生對(duì)我的幫助,我對(duì)這些知識(shí)有了更深入的理解。在這過(guò)去六個(gè)月的實(shí)踐和學(xué)習(xí)中,我學(xué)到了很多教材中無(wú)法學(xué)到的知識(shí),經(jīng)歷了在工程設(shè)計(jì)碰到的復(fù)雜性和難度挑戰(zhàn),我也從中感受到了親自取得成就的成功與喜悅。這些都是即將到來(lái)的畢業(yè)生。在以后工作道路上的堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在以后的學(xué)習(xí)和生活中,我會(huì)不斷的提高、充實(shí)自己,爭(zhēng)取獲得更大的成績(jī)。 謝辭 時(shí)間過(guò)得可真快,我竟然都已經(jīng)是一個(gè)即將畢業(yè)然后踏進(jìn)社會(huì)的青年了,剛剛進(jìn)入校園的場(chǎng)景很生動(dòng)，就像昨天發(fā)生的一樣。我想我會(huì)全身心投入到社會(huì)建設(shè)里面。但同樣的,我也始終會(huì)對(duì)戀著我的母校,那是我依依不舍的地方,那是我深深?lèi)?ài)著的地方。 歷

56、時(shí)了大約兩個(gè)多月,我總算是將這篇論文完成了。在完成的過(guò)程里面,我遇到了許多困難,但是好在都在我敬愛(ài)的老師以及樂(lè)于助人的同學(xué)生的幫助已經(jīng)完成。在這里，我要特別感謝我的文章老師，XX老師。當(dāng)我遇到我不理解的問(wèn)題時(shí)，我去求助于她,她總會(huì)給我最耐心的指導(dǎo),最詳細(xì)的回答,她總是不厭其煩,不論我問(wèn)她多少次,他都會(huì)非常耐心的教我,真的非常感謝她! 同樣感謝給過(guò)我?guī)椭钠渌蠋熀屯瑢W(xué)們,多虧了你們,我才能順利的完成論文的寫(xiě)作,可以說(shuō),沒(méi)有你們的幫助,就沒(méi)有此時(shí)寫(xiě)完論文興高采烈的我!由衷地感謝! 最后要感謝此篇論文里面涉及到的所有學(xué)者。正是有了你們的研究作參考,我才能順利完成,十分感謝!

57、 參考文獻(xiàn) [1]?崔金貴.變頻調(diào)速恒壓供水在建筑給水應(yīng)用的理論探討[J].蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào),2000,1:84-88? [2]?張燕賓.變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002,135-137?[3]?金傳偉,毛宗源.變頻調(diào)速技術(shù)在水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J],電子技術(shù)應(yīng)用,2000,2:38-39? [4]?張燕賓.SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002,244-251? [5]?胡崇岳.現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998,316-317?[6]?馬桂梅,譚光儀,陳次昌.泵變頻調(diào)速時(shí)的節(jié)能方案討論[J],四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2003,3:5-7 第 20 頁(yè) 共 11 頁(yè)