畢業(yè)設計（論文）任務書 填表時間： 20** 年 3 月 2 日 （指導教師填表）學生姓名 專業(yè)班級 指導教師課題類型 硬件設計題目 基于 PLC 恒壓供水變頻控制系統(tǒng)設計主要研究目標(或研究內容)1、掌握水利工程對控制，通信等的需求，提出綜合自動化系統(tǒng)方案。2、提出綜合自動化系統(tǒng)的硬件方案和方案論證優(yōu)化。3、完成軟件需求的系統(tǒng)分析。4、完成軟件的編制（PLC 的編程和說明） 。5、繪制系統(tǒng)總體結構圖，系統(tǒng)原理圖，電氣控制原理圖，軟件流程圖。6、按期完成畢業(yè)設計說明書的撰寫。課題要求、主要任務及數量（指圖紙規(guī)格、張數，說明書頁數、論文字數等）1、熟悉題目要求，查閱相關科技文獻2、方案設計（包括方案論證與確定、技術經濟分析等內容）3、硬件和軟件設計（其中還包括理論分析、設計計算、實驗及數據處理、設備及元器件選擇等）4、撰寫設計說明書，繪制圖紙5、指定內容的外文資料翻譯進度計劃第 5 周 查資料調研；第 6 周 對課題研究的內容進行分析研究，確定設計方案；第 7-8 周 根據設計方案作電路圖第 9-11 周 根據程序畫出梯形圖第 12-15 周 提交畢業(yè)設計論文初稿；第 16 周 畢業(yè)設計論文定稿、打印。第 17 周 畢業(yè)設計答辯。主要參考文獻[1] 曲麗萍.樓宇自動化系統(tǒng)，中國電力出版社 2002[2] 鐘肇新.可編程序控制器原理及應用，華南理工大學出版社，2002[3] 周萬珍，高鴻斌 .PLC 分析與設計應用，電子工業(yè)出版社，2004[4] 日本三菱 PLC 手冊指導教師簽字： 教研室主任簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯系 部： 機械工程系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 姓 名： 學 號： 外文出處： HYDRAULICS AND PNEUMATICS TRANSMISSION Page38--44 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導教師評語：該同學查閱大量資料，完成翻譯。譯文正確地表達了原文的意義、概念描述符合漢語的習慣，語句通暢，層次很清晰。成績評定為優(yōu)。簽名： 年 月 日附件 1：外文資料翻譯譯文液壓缸 3.1 液壓缸的分類及基本計算液壓缸是液壓傳動系統(tǒng)中應用最多的執(zhí)行元件,它將油液的壓力能轉換為機械能,實現(xiàn)往復直線運動或擺動,輸出力或扭矩；其作用方式可分為單作用式和雙作用式兩種,單作用式液壓缸只能實現(xiàn)單用運動,即壓力油只是通向液壓缸的一腔,而反方向運動則必須依靠外力來實現(xiàn),如復位彈簧力,自重或其它外部作用；雙作用式液壓缸在兩個方向上的運動都由油壓力推動來實現(xiàn),可實現(xiàn)雙向運動。液壓缸可以看作是直線馬達(或擺動馬達),其單位位移排量即為液壓缸的有效面積 ,當A液壓缸的回油壓力為零且不計損失時,輸出速度 v 等于輸入注量 q 除以排量 A,輸出推力 F等于輸入壓力 p 乘以排量 A,即輸入液壓功率 pq 等于輸入機械功率 Fv。液壓缸有多種結構,但根據其具體結構特點可分為活塞式、柱塞式和擺動式三類基本形式,除此以外,還有在基本形式上發(fā)展起來各種特殊用途的組合液壓缸,下面分別予以介紹。3.1.1 活塞式液壓缸活塞式液壓缸可分為雙桿式和單桿式兩種結構形式,其安裝方式有缸筒固定和活塞桿固定兩種形式。3.1.1.1 雙桿活塞式液壓缸圖 3.1 所示為雙桿活塞式液壓缸的工作原理圖,活塞兩側都有活塞桿伸出。當兩活塞桿直徑相同,供油壓力和流量不變時,活塞式液壓缸在兩個方向上的運動速度和推力都相等,即(3.1))(42dDqAvv?????(3.2)mpF)((4212圖 3.1 雙桿活塞式液壓缸式中 v----液壓缸的運動速度 ；)/(sm----液壓缸的推力 ；FN----液壓缸的容積效率；??----液壓缸的機械效率；m----液壓缸的流量 ；q)/(3sm----液壓缸的有效工作面積 ；A(2----進油壓力 ；p1)(Pa----回油壓力 ；2----活塞直徑 ；D)(m----活塞桿直徑 。d圖 3.1(a)為缸體固定式結構。當液壓缸的左腔進油,推動活塞向右移動,右腔活塞桿向外伸出,左腔活塞桿向內縮進,液壓缸右腔油液回油箱；反之,活塞反向運動。圖 3.1(b)為活塞桿固定式結構,當液壓缸的左腔進油時,推動缸體向左移動,右腔回油；反之,當液壓缸的右腔進油時,缸體則向右運動。這類液壓缸常用于中小型設備中。3.1.1.2 單桿活塞式液壓缸圖 3.2 所示為雙作用單活塞桿液壓缸,活塞桿只從液壓缸的一端伸出,液壓缸的活塞在兩腔有效作用面積不相等,當向液壓缸兩腔分別供油,且壓力和流量都不變時,活塞在兩個方向上的運動速度和推力都不相等,即運動具有不對稱性。如圖 3.2(a)所示,當無桿腔進油時,活塞的運動速度 和推力 分別為1v1F(3.3)????214DqA?(3.4)mmpdDpPpF?])([)( 2212211 ??如圖 3.2(b)所示,當有桿腔進油時,活塞的運動速度 和推力 分別為v2F(3.5)?????)(422dDqAv??(3.6)mmpDpF?])[(( 21221 ?式中符號意義同式(3.1)、式(3.2),參見圖 3.2。圖 3.2 雙作用單活塞桿液壓缸比較上述各式,可以看出: , ；液壓缸往復運動時的速度比為12v?2F(3.7) 21dD???上式表明,活塞桿直徑愈小,速度比愈接近 1,液壓缸在兩個方向上的速度差值就愈小。如圖 3.3 所示,當單桿活塞缸兩腔同時通入壓力油時,由于無桿腔有效作用面積大于有桿腔的有效作用面積,使得活塞向右的作用力大于向左的作用力,因此,活塞向右運動,活塞桿向外伸出；與此同時,又將有桿腔的油液擠出,使其流進無桿腔,從而加快了活塞桿的伸出速度,單活塞桿液壓缸的這種連接方式被稱為差動連接。當差動連接時,有桿腔排出流量進入無桿腔,根據流量連續(xù)性方程可導出液壓缸的運動速度 為3v(3.8) ????22134dqAv??圖 3.3 雙作用單活塞桿液壓缸的差動連接在忽略兩腔連通油路壓力損失的情況下,差動連接液壓缸的推力 為3F(3.9)mmpdAF??1212134)(???由式(3.8)和式(3.9)可知,差動連接時,液壓缸的有效工作面積是活塞桿的橫截面積,與非差動連接無桿腔進油工況相比,在輸入油壓力和流量不變的條件下,活塞桿伸出速度較大,而推力較小。差動連接是在不增加液壓泵容量和功率的條件下,實現(xiàn)快速運動的有效辦法。例題 3.1 已知單活塞桿液壓缸的缸筒內徑 =100mm,活塞桿直徑 =70mm,進入液壓Dd缸的流量 =25L/min,壓力 =2Mpa, =0。液壓缸的容積效率和機械效率分別為q1p20.98,0.97,試求在圖 3.2 和圖 3.3 所示的三種工況下,液壓缸可推動的最大負載和運動速度各是多少?并給出運動方向。解: (1)在圖 3.2(a)中,液壓缸無桿腔透壓力油,回油腔壓力為零,因此,可推動的最大負載為 )(152379.021.046121 NpDFm?????液壓缸向右運動,其運動速度為)/(.601.8.52321 smqv????(2)在圖 3.2(b)中,液壓缸為有桿腔進壓力油,無桿腔回油壓力為零,可推動的負載為)(719.012)07.1(4)(4 62122 NpdDFm ?????????液壓缸向左運動,其運動速度為)/(.60)7.10(985)(2322 smdqv ?????(3)在圖 3.3 中,液壓缸差動連接,可推動的負載為)(49462123 NpFm???液壓缸向右運動,其運動速度為)/(106.07.8.5232 smdqv?????3.1.2 柱塞式液壓缸前面所討論的活塞式液壓缸的應用非常廣泛,但這種液壓缸由于缸孔加工精度要求很高,當行程較長時,加工難度大,使得制造成本增加。在生產實際中,某些場合所用的液壓缸并不要求雙向控制,柱塞式液壓缸正是滿足了這種使用要求的一種價格低廉的液壓缸。如圖 3.4(a)所示,柱塞缸由缸筒、柱塞、導套、密封圈和壓蓋等零件組成。柱塞和缸筒內壁不接觸,因此缸筒內孔不需精加工,工藝性好,成本低。單一的柱塞缸只能制成單作用缸,如果要獲得雙向運動,可采用復合式柱塞缸結構。柱塞缸的柱塞端面是受壓面,其面積大小決定了柱塞缸的輸出速度和推力。為保證柱塞缸有足夠的推力和穩(wěn)定性,一般柱塞較粗,重量較大,水平安裝時易產生單邊磨損,故柱塞缸適宜于垂直安裝使用。為減輕柱塞的重量,有時制成空心柱塞。柱塞缸結構簡單,制造方便,用于工作行程較長的場合,如大型拉床,礦用液壓支架等。圖 3.4 柱塞式液壓缸3.1.3 擺動式液壓缸擺動式液壓缸輸出轉矩,并實現(xiàn)往復擺動,有時也稱為擺動馬達,在結構上有單葉片和雙葉片兩種形式。單葉片擺動液壓缸的擺角一般不超過 ,雙葉片擺動液壓缸的擺角一?280般不超過 。如圖 3.5 所示。單葉片式擺動液壓缸由定子塊 1、缸體 2、擺動軸 3、葉?150片 4、左右支承盤和左右蓋板等主要零件組成。定子塊固定在缸體上,葉片和擺動軸固連在一起,當兩油口相繼通以壓力油時,葉片即帶動擺動軸作往復擺動,當考慮到機械效率時,單葉片缸的擺動軸輸出轉矩為(3.10)mpdDbT?)((8212??根據能量守恒原理,結合式(3.10)得輸出角速度為(3.11))(2dbq???式中 D----缸體內孔直徑 ；(md----擺動軸直徑 ；)b----葉片寬度 。(圖 3.5 擺動液壓缸1--定子塊 2--缸體 3--擺動軸 4--葉片當輸入壓力和流量不變時,雙葉片擺動液壓缸擺動軸輸出轉矩是相同參數單葉片擺動缸的兩倍,而擺動角速度則是單葉片的一半。擺動缸結構緊湊,輸出轉矩大,但密封困難,一般只用于中低壓系統(tǒng)中往復擺動,轉位或間歇運動的地方。下面就擺動液壓缸的計算舉例說明如下。例題 3.2 如圖 3.5 所示是單葉片擺動液壓缸,供油壓力 =10Mpa,流量 q=25L/min,1p回油壓力 =0.5Mpa,D=100mm,d=40mm,若輸出軸的角速度為 7rad/s,擺動液壓缸的容積效2p率和機械效率分別為 0.96 和 0.98,求擺動油缸的葉片寬度和輸出扭矩是多少?解(1)將單葉片擺動液壓缸角速度公示(3.11)變形,得擺動液壓缸葉片寬度為)(054.6)04.1(79258)( 232 mdDqb?????????(2)由擺動液壓缸輸出扭矩計算公式(3.10)可得)(54098.10).)(.1(8.)((8 62212 mNpTm ????3.1.4 組合式液壓缸上述為液壓缸的三種基本形式,為了滿足特定的需要,還可以在這三種基本液壓缸的基礎上構成各種組合式液壓缸。3.1.4.1 增壓缸增壓缸將輸入的低壓油轉變?yōu)楦邏河凸┮簤合到y(tǒng)中的高壓支路使用。增壓缸如圖 3.6所示。大缸作為原動缸,輸入壓力為 ,小缸作為輸出缸,輸出壓力為 。若不計摩擦力,1p2p根據力平衡關系,可有如下等式:(3.12)21A??或 (3.13) 12p圖 3.6 增壓液壓缸比值 稱為增壓比,由于 ,壓力 被放大,從而起到增壓的作用。21/A1/2?A2p3.1.4.2 多級缸多級缸由兩級或多級活塞套裝而成,如圖 3.7 所示圖 3.7 多級液壓缸前一級缸的活塞就是后一級缸的缸套,活塞伸出的順序是從大到小,相應的推力也是從大到小,而伸出的速度則是有慢變快。相反的,縮回的順序一般是從小活塞到大活塞,收縮后液壓缸總長度較短,占用空間較小,結構緊湊。多級缸適用于工程機械和其它行走機械,,如起重機伸縮臂等。3.1.5 齒條活塞缸齒條活塞缸由帶有齒條桿的雙活塞缸和齒輪齒條機構組成,如圖 3.8 所示。齒輪齒條機構多用于自動線,組合機床等轉位或分度機構中。圖 3.8 齒條活塞液壓缸的結構圖1--緊固螺栓 2--調節(jié)螺釘 3--端蓋 4--襯墊 5--O 形密封圈 6--擋圈7--氣缸套 8--齒條活塞 9--齒輪 10--傳動軸 11--缸體 12--螺釘 --------自動化系生產實習報告目 錄1、實習目的及內容 21.1 測控專業(yè)的實習目的 22 實習過程 32．1 公司簡介 32.2 實習過程安排 43 實習內容 53.1 認識產品介紹 53.1.1 全自動變頻供水設備 53.1.2 選型說明： 63.1.3 安裝工作 73.1.4 安裝順序： 73.2 變頻水泵控制柜 73.2.2 變頻水泵控制柜的作用和原理 93.2.3 安裝和調試 103.2.4 變頻水泵控制柜的運用 113.2.5 變頻水泵控制柜選型說明 123.3 變頻恒壓供水系統(tǒng) 133.3.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)組成和結構示意圖 133.3.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)工作及控制原理和電氣原理控制圖 143.3.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)變頻器器件選擇 154 實習總結體會和知識回顧 194.1 總結體會 194.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)及變頻恒壓控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制原理 191、實習目的及內容1.1 測控專業(yè)的實習目的生產實習是工科學生的重要教學環(huán)節(jié)。目前我國各類綜合高等院校及工科類高等院校都無一例外地對此教學環(huán)節(jié)給予了高度的重視。通過生產實習這一教學環(huán)節(jié)，可使學生在已初步掌握本專業(yè)理論知識的基礎上，認識“理論與實踐相結合”的重要性，并初步掌握了解產品開發(fā)與生產的一般步驟及科學研究與技術革新的一般方法?？偠灾a實習是學生從學校走向社會的“前夜課程” ，何忽視或輕視這一教學環(huán)節(jié)的行為，都將使學生走向社會后的適應性降低及適應性周期加長。這無論對提高經濟生產效率還是對發(fā)揮大學生的個人才智都是極為不利的。因此，提高對這一教學環(huán)節(jié)重要性的認識，加大對這一教學環(huán)節(jié)的人力及物力投入，加強對這一教學環(huán)節(jié)的建設，對保證這一教學環(huán)節(jié)在任何情況下都能得以正常執(zhí)行，具有極為重要的意義。測控技術與儀器專業(yè)生產實習的目的在于，使學生了解檢測技術、檢測方法及檢測儀器在生產實際和科學研究中的應用情況；使學生對過程控制儀表、電磁儀表、智能化儀表、標準計量儀表等有較深刻的了解和認識；使學生對傳感器設計、微機原理、儀器保養(yǎng)維修、精密儀器與設備等方面的知識有更進一步的認識和掌握。同時，使學生了解現(xiàn)代企業(yè)的管理原理及方法，樹立成本核算意識，標管理意識及質量管理意識；使學生對現(xiàn)代化企業(yè)的運作、生產工藝流程、質量保證體系等有較系統(tǒng)的認識，同時培育學生的現(xiàn)場安全生產意識及組織紀律觀念。在實習中同學們常常會有的疑惑，是不知道自己實習時究竟該了解些什么，不該了解什么。而且有時也會對實習單位是否和自己專業(yè)對口提出或這或那的問題。這些問題的存在，說到底，還是大家對自己本專業(yè)的知識結構了解不夠。這就需要同學們在學好專業(yè)課的同時，要多注意各專業(yè)課的聯(lián)系和知識在實際中的應用情況，要求多讀一些專業(yè)相關的文章。專業(yè)方面的知識主要為：數據采集、集散控制系統(tǒng)、自動控制、電機及電力拖動自動控制系統(tǒng)、計算機控制、機床電器控制、PLC 邏輯控制技術、單片機的應用。作為實習，也是對學生能力全方位的培養(yǎng)，所以除了專業(yè)知識外，同學們還應該加強對企業(yè)的管理運作方面知識的了解。注意培養(yǎng)自己適應社會的能力。 2 實習過程2．1 公司簡介昆明力達昌寧機電設備有限公司的基本資料全 稱： 昆明力達昌寧機電設備有限公司聯(lián)系人： 郭紹輝電 話： 0871-5611612手 機： 13987654016傳 真： 08715611612區(qū) 域： 中國 云南 昆明 昆明市單位性質： 工控及自動化產品分銷商注冊時間： 2007/4/18 18:18:00最后登錄： 2007/6/21 16:38:00地 址： 昆明新迎北區(qū)十一組團 166 棟 1 單元 301 室廠商簡介： 主要從事全自動變頻供水設備，消防水泵電器控制柜，水處理設備，低壓配電設備，閥門。給排水工程設計安裝等，熱水機組銷售?？梢詫φ麄€水泵房的安裝。 2.2 實習過程安排2010 年 6 月 25 日我們實習小組與實習接收方昆明力達昌寧機電設備有限公司取得了聯(lián)系，主要安排實習事宜，準備入廠學習：經過公司領導孫經理的安排，實習時間為每天的10:00~18：00，為期 30 天。實習過程開始后，隨后我們小組成員與廠方制定了實習計劃：前兩周跟班進行操作實習，后兩周進行理論學習。 實習前兩周進行操作學習：郭經理安排黃師和李師兩個和我們年齡相近的師傅帶領我們進行參觀學習。第一個星期是在公司的倉庫里面對公司的主要產品（全自動變頻供水設備，消防水泵電器控制柜，水處理設備，低壓配電設備，閥門。給排水工程設計安裝等，熱水機組銷售。可以對整個水泵房的安裝 ）進行參觀學習，了解內部結構，安裝及調試等。實習后兩周：對公司產品進行大體了解后，由兩位師傅帶領我們到安裝線上進行現(xiàn)場參觀學習，前一個星期進行新工程安裝學習和產品調試安裝；后一個星期對已經安裝產品出現(xiàn)問題的了解和調試學習。3 實習內容3.1 認識產品介紹3.1.1 全自動變頻供水設備產品概述：全自動變頻調速供水設備是應用先進的現(xiàn)代控制理論，結合可編程控制技術、變頻控制技術、電機泵組控制技術的新型機電一體化供水裝置。該設備通過安裝在水泵出水總管上的遠傳壓力表（內為一滑動電阻） ，將出口壓力轉換成 0-5V 電壓信號，經 A/D 轉換模塊將模擬電壓信號轉換成數字量并送入可編程序控制器，經可編程內部 PID 運算，得出一調節(jié)參量并將該參量送入 D/A 轉換模塊，經數摸轉換后將得出模擬量傳送變頻器，進而控制其輸出頻率的變化。設備采用多泵并聯(lián)的供水方式，用戶用水量的大小決定了投入運行的水泵的數量，當用水量較小時，單臺泵變頻工作，當用水量增加，水泵運行頻率隨之增加，如達到水泵額定輸出功率仍無法滿足用戶供水要求時，該泵自動轉換成工頻運行狀態(tài)，并變頻啟動下一臺水泵。反之，當用水量減少，則降低水泵運行頻率直至設定下限運行頻率，如供水量仍大于用水量，則自動停止工頻運行泵同時變頻泵轉速增加。當用水量降至某一程度時（如夜間用水很少時） ，變頻主泵停止工作，改由輔泵及小型氣壓罐供水。 全自動變頻供水設備主要包含：直接供水型、水箱供水型、氣壓罐供水型和二次加壓型等四種型。我們實習時認識學習的是二次加壓型設備。3.1.2 選型說明：供水系統(tǒng)選用原則 ：（1）蓄水池容量應大于每小時最大供水量。 （2）水泵揚程應大于實際供水高度。 （3）水泵流量總和應大于實際最大供水量。 （4）變頻控制柜選型： 用戶可根據供水量和供水高度確定水泵型號及臺數，然后對控制柜進行選型。高峰自來水壓力過低，不能滿足用戶用水要求的情況下使用。如自來水管徑過小，則需要更換自來水供水管路，以保證供水流量。流量平衡罐的容積可根據附表來選定，設備型號則根據變頻調速恒壓供水設備技術參數表選擇。3.1.3 安裝工作（1） 、安裝前的準備工作。（2） 、檢查水泵和電機。（3） 、準備工具及起重機械。（4） 、檢査機器的基礎3.1.4 安裝順序：（1） 、全自動無塔設備整套水泵運到現(xiàn)場。附帶底座者已裝好電動機。找平底座吋可不必卸下水泵和電機。（2） 、將底座放在地基上。在地腳螺釘附近墊楔形墊鐵。將底座墊高約 20?40 毫米。準備找平后填充水螺漿之用。（3） 、用水平儀檢査底座的水平度。找平后扳緊地腳螺母用水泥漿填充底座。（4） 、經 3-4 天水泥干固后。再檢査一下水平度。（5） 、將底座的支持平面、水泵腳、電機腳的平面上的污物洗清除；,。并把水泵和電機放到底座上。（6） 、調整泵軸水平。找平后適當上緊螺母。以防走動。待調節(jié)完畢后再安裝電機。在不合水平處墊以鐵板,泵和聯(lián)軸器之間留有一定間隙。（7） 、把平尺放在聯(lián)軸器上。檢査水泵軸心線與電機軸心線是否重合。若不重臺。在電機或泵的腳下墊以薄片,使兩個聯(lián)軸器外圓與平尺相平。然后取出墊的幾片薄鐵片。用經過刨制的整塊鐵板來代替鐵片。并重新檢査安裝情況。為了檢查安裝的精度。在幾個相反位置上用塞尺。測量兩聯(lián)軸器平面的間隙。聯(lián)軸器平面一周上最大和最小間隙差數不得超過 0.3 毫米。兩端中心線上下或左右的差數不得超過 0.1毫米。3.2 變頻水泵控制柜3.2.1 變頻水泵控制柜的組成變頻調速供水設備是近年來國際上發(fā)展起來的新產品。它是集電氣、微機、機械控制于一體的科技產品，直接取代傳統(tǒng)的水塔、水箱系統(tǒng)的供水裝置.我公司生產的 HBP 系列全自動變頻調速供水設備，采用了國內外新技術可編程序控制器(PLC)或國內新技術智能型供水設備控制器及高質量進口變頻調速器(VVVF)，來實現(xiàn)自動調節(jié)供水管網的恒壓變量的供水設備。該設備技術先進、抗干擾能力強、有多種保護功能，占地面積少、操作、維修方便，能根據用戶用水量的變化自動調節(jié)水泵轉速，實現(xiàn)恒壓或變壓變量供水，使管網供水壓力恒定，從而也大幅度節(jié)約了電能及水泵機械部分的磨損程度，減少了因超壓造成管網的爆裂及滲漏。變頻供水節(jié)能控制柜整個系統(tǒng)由柜體、斷路器、接觸器、熱繼電器、電源、小型電器、指示燈、開關等一批電氣元件組成，柜體內主要包含一臺變頻器，一臺 PLC 或 LDD 智能危機控制器、PID 控制器、壓力傳感器及其他低壓電器等。（1）什么是變頻器？變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。作用：改變電壓、改變頻率。工作原理：把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電。為了產生可變的電壓和頻率，首先要把三相或單相交流電變換為直流電，然后再把直流電變換為三相或單相交流電。n = 60f/p n: 同步速度f: 電源頻率p: 電機極對數頻率能夠在電機的外面調節(jié)后再供給電機，這樣電機的旋轉速度就可以被自由的控制。因此，以控制頻率為目的的變頻器，是做為電機調速設備的優(yōu)選設備。照此計算得知變頻器設置的頻率為額定頻率 50HZ 的 1.5 倍，即 75HZ，即可實現(xiàn) 3000 的轉速（2）可編程序控制器（PLC）PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。LC 采用西門子 S7-200 型。SIMATIC S7-200 可編程序控制器是模塊化中小型 PLC 系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應用；大范圍的各種功能模塊可以非常好的滿足和適應自動控制任務，各種單獨的模塊之泛組合以用于擴展；簡單實用的分散式結構和多界面網絡能力，使得應用十分靈活；方便用戶和簡易的無風扇設計；當控制任務增加時，可以自由擴展；大范圍的集成功能使得它的功能非常強勁。 多種的性能遞增的 CPU 和豐富的且?guī)в性S多方便功能的 I/O 擴展模塊，使用戶可以完全根據實際應用選擇合適的模塊。當任務規(guī)模擴大，可隨時使用附加模塊對 PLC 進行擴展。表一 PLC I/O 分配表輸入點 輸入信號 輸出點 輸出信號X0 壓力設定上限值 Y1 變頻器運行與關斷X1 壓力設定下限值 Y2 P1 泵工頻運行X2 變頻器極限輸出頻率 Y3 P1 泵變頻運行X3 P1 泵啟動信號 Y4 P2 泵工頻運行X4 P1 泵停止信號 Y5 P2 泵變頻運行X5 P2 泵啟動信號 Y6 P3 泵工頻運行X6 P2 泵停止信號 Y7 P3 泵變頻運行X7 P3 泵啟動信號X10 P3 泵停止信號3.2.2 變頻水泵控制柜的作用和原理功能： 頻水泵控制柜主要用作于對上水池的供水，可以控制單臺或多臺水泵，可以在無人看管的情況下全自動運行，通過上水池的液位控制器提供信號控制水泵的運行停止，當上水池水位因對用戶供水而使水位低于設定的下限水位時，啟動水泵；當上水池水位達到設定的上限水位時停止水泵。但當下水池缺水時，同樣由液位控制器提供信號給控制柜，使控制柜停止工作。如果是控制多臺水泵，可以輪換運行，故障時備用泵自動投入。并且具備手動、遠程、聯(lián)動等控制方式。保護：具有水泵漏電、缺相、過載、短路，下水池缺水等故障保護。擴展功能：可以向控制中心提供水位信號，由控制中心對控制柜作出操作信號。變頻水泵控制柜運行原理：變頻水泵控制柜系統(tǒng)通過測到的管道壓力，經變頻器系統(tǒng)內置的 PID 調節(jié)器運算，調節(jié)輸出頻率，然后實現(xiàn)管網的恒壓供水。變頻器的頻率超限信號（一般可作為管網壓力極限信號）可適時通知 PLC 的進行變頻泵切換。為防止水錘現(xiàn)象的產生，泵的開關將聯(lián)動其出口閥門。 變頻水泵控制柜工作原理如下: 壓力傳感器所輸出的電信號送至 PID 控制器運算處理，并將運算結果分別送至可編程序控制器和變頻器，同時與設定壓力值不斷進行比較，自動調節(jié)變頻器的輸出頻率，調節(jié)電機的頻率，從而調節(jié)了水泵電機的轉速，如用水量減少時變頻器調節(jié)水泵降低轉速，用水量增加時變頻器調節(jié)水泵增加轉速，一直加速到最高轉速時，變頻切換為工頻工作。在多臺泵組中，隨著用水量增加，第一臺水泵加速運轉，轉速達到最高時，變頻運轉切換為工頻運轉，此時變頻控制切換到另一臺水泵使之變頻調速運轉。3.2.3 安裝和調試（1） 、接線：示的電路，連接空氣開關、漏電開關、電源，檢查接線無誤后，合上空氣開關，變頻器上電，數碼管顯示 0.0。電源指示燈熄滅后，再連接電機、起停開關、遠程壓力表、限流電阻等，變頻器和電動機接地端子可靠接地，并仔細檢查。壓力表選用 YTZ-150 電位器式遠程壓力表，安裝在水泵的出水管上，該壓力表適用于一般壓力表適用的工作環(huán)境場所，既可直觀測出壓力值，又可以輸出相應的電信號，輸出的電信號傳至遠端的控制器。壓力表有紅、黃、藍三根引出線。壓力表電氣技術參數：電阻滿量程：400Ω（藍、紅）零壓力起始電阻值：≤20Ω （黃、紅）滿量程壓力上限電阻值：≤360Ω（黃、紅）接線端外加電壓：≤6V（藍、紅）（2） 、開環(huán)調試：無誤后，合上空氣開關和漏電開關，變頻器上電，數碼管顯示 0.0，按 JOG 鍵，檢查水泵的轉向，若反向，改變電機相序。按運行鍵 RUN，運行指示燈亮（綠色） ，順時針方向旋轉鍵盤旋鈕，輸出頻率上升，觀察壓力表的壓力指示，同時用萬用表直流電壓檔測量變頻器端子 VF 和 GND 之間電壓值，隨著變頻器輸出頻率升高，壓力增加，VF 和 GND 之間的反饋電壓上升，記錄下將要設定的恒定壓力（比如 5 公斤）對應的反饋電壓值（比如 3.1V） 。按停車鍵 STOP，變頻器減速停車。（3） 、閉環(huán)變頻恒壓運行：合上起停開關，變頻器運行指示燈亮，輸出頻率從 0.0Hz 到達 30.0Hz 后，根據用水情況自動調節(jié)，保證出水口的壓力恒定為 5KG。增大 F4.06 的參數設定值，出水口的壓力增加，變頻恒壓供水原理圖變頻恒壓供水設備原理減小 F4.06 的參數設定值，出水口的壓力降低。3.2.4 變頻水泵控制柜的運用例：一控三描述：上圖系統(tǒng)為 3 臺循環(huán)泵兩用一備,一臺補水泵控制,循環(huán)泵采用兩臺變頻器根據二次供回水壓差控制循環(huán)泵頻率;補水泵采用一臺變頻器根據二次回水壓力控制,實現(xiàn)恒壓補水,保證系統(tǒng)供水壓力.用一臺變頻器起動三臺負載，變頻器先起動運行兩臺負載，如達到控制目的。另一臺負載處在備用狀態(tài)；如起動運行兩臺負載達不到控制目的，則這臺負載被自動切換到工頻運行狀態(tài)，變頻器自動起動運行另一臺負載。當經過控制后，系統(tǒng)需要一臺負載時，變頻器控制柜自動將處在工頻運行的負載停運。使其處在備用狀態(tài)。真正做到既達到控制的目的，并且實現(xiàn)了節(jié)能。3.2.5 變頻水泵控制柜選型說明 （1）變頻水泵控制柜主要由變頻控制箱，壓力傳感器，水泵等組成。變頻控制柜由斷路器，變頻器，接觸器，中間繼電器，PLC 的等組成。 （2）變頻水泵控制柜系統(tǒng)選用原則（3）水泵揚程應大于實際供水高度。 （4）水泵流量總和應大于實際最大供水量。 （5）變頻水泵控制柜選型：用戶可根據供水量和供水高度確定水泵型號及臺數，然后對控制柜進行選型。（6）一個質量較高的變頻控制箱，從設計，工藝，制作制造，運輸，包裝，是實際要求較高的產品，要求各個環(huán)節(jié)質量保障，才能作出較高質量和水平的控制柜。3.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)3.3.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)組成和結構示意圖由上圖可知：變頻恒壓供水系統(tǒng)由一個水箱、若干液位計、一套自動變頻供水設備及其相應變頻水泵控制柜、若干壓力傳感器和變送器、用戶等組成。上圖整個系統(tǒng)由三臺水泵，一臺變頻器，一臺 PLC、和一個壓力變送器及若干輔助部件構成。各部分功能如下：安裝于供水管道上的壓力變送器將管網壓力轉換成 1—5 伏的電信號；變頻調速器用于調節(jié)水泵轉速以調節(jié)流量；PLC 用于邏輯切換。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)通過測到的管網壓力，經變頻器的內置 PID 調節(jié)器運算后，調節(jié)輸出頻率，實現(xiàn)管網的恒壓供水。變頻器的頻率超限信號（一般可作為管網壓力極限信號）可適時通知 PLC 進行變頻泵邏輯切換。為防止水錘現(xiàn)象的產生，泵的啟停將聯(lián)動其出口閥門。 3.3.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)工作及控制原理和電氣原理控制圖工作及控制原理：由變頻器控制的水泵將水箱中的水送入管道，遠傳壓力表將檢測到的壓力變化模擬信號送入恒壓供水系統(tǒng)控制器中與給定壓力比較并處理。當水龍頭開大(用水量大) ，管網壓力降低，變頻器立即將頻率提高，變頻泵轉速加快，管網中壓力隨即升高，當一臺變頻泵達到最高頻率時仍無法滿足給定壓力時，恒壓供水系統(tǒng)自動將這臺變頻泵變?yōu)楣ゎl運行，啟動下一臺泵變頻運行。當用水量較少，系統(tǒng)會降低變頻泵的轉速，當降至某一特定值時，會將工頻泵停下。為了避免工頻泵長時間不運轉，恒壓供水系統(tǒng)在一定的時間間隔中自動轉換工頻泵與變頻泵的工作角色。其工作原理見圖，電氣控制原理見圖 9。3.3.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)變頻器器件選擇（1） 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的構成方案從變頻恒壓供水的原理分析可知，該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機組以及低壓電器組成。系統(tǒng)主要的設計任務是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環(huán)控制多臺水泵，實現(xiàn)管網水壓的恒定和水泵電機的軟啟動以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時還要能對運行數據進行傳輸。根據系統(tǒng)的設計任務要求，結合系統(tǒng)的使用場所，本次設計才用通用變頻器+PCL(包括變頻控制、調節(jié)器控制)+人機界面+壓力傳感器的構成方案。（2） 變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案有多種，有 1 臺變頻器控制一臺水泵的簡單控制方案，也有一臺變頻器控制幾臺水泵的方案，可根據實際操作和客戶要求進行選擇。在供水系統(tǒng)設計時，其水泵揚程及供水流量都是以滿足用戶的最大可能需求而選定的，且留有一定余量。而實際應用當中，系統(tǒng)在大部分時間里都是非滿負荷運行的，這就必須要減小閥門開度，調整供水流量。這樣，管道阻力隨之增大，從而產生大量的截流損失。這種控制方式不僅會浪費許多電機輸出功率，而且因為管阻特性的改變，整個系統(tǒng)的供水效率也會大為降低。在供水系統(tǒng)中接入變頻節(jié)能系統(tǒng)，利用變頻技術改變水泵轉速來調節(jié)管道中的流量，以取代閥門調節(jié)方式，能取得明顯的節(jié)能效果，一般節(jié)電率都在 30%以上。另外，變頻器的軟啟動功能及平滑調速的特點可實現(xiàn)對流量的平穩(wěn)調節(jié)，同時減少啟動沖擊并延長機組及管組的使用壽命。（3）供水設備的選擇原則A、不同住宅類型的用水標準。不同住宅類型的用水標準，根據《城市居民生活用水標準》GB/T 50331-2002，節(jié)錄如表二。表二 不同住宅類型的用水標準住宅類型 給水衛(wèi)生器具完善程度 用水標準（ /人日）小時變化系數1 僅有給水龍頭 0.04～0.08 2.5～2.02 有給水衛(wèi)生器具，但無淋浴設備 0.085～0.13 2.5～2.03 有給水衛(wèi)生器具，并有淋浴設備 0.13～0.19 2.5～1.84 有給水衛(wèi)生器具，但無淋浴設備和集中熱水供應 0.17～0.25 2.0～1.6B、 供水規(guī)模換算表。不同住宅類型的用水標準，根據《城市居民生活用水標準》GB/T 50331-2002，節(jié)錄如表三。上面一行為用水標準( /人日)，中間數據為用水規(guī)模( /h)。表三 供水規(guī)模換算表戶數 用水標準（ /人日） 0.10 0.15 0.20 0.25450 39.40 59.00 78.70 98.40500 43.80 65.60 87.50 109.40600 52.50 78.80 105.00 131.30700 61.30 91.90 122.50 153.10800 70.00 105.00 140.00 175.001000 87.50 131.30 175.00 218.80C、根據供水量和高度確定水泵型號和臺數,并對電動機進行選型,見表四。表四 水泵，電機和變頻器選型表50xN 40 80LG50-20x2 11 1160 80LG50-20x3 15 1580 80LG50-20x4 18.5 18.5100 80LG50-20x5 22 22120 80LG50-20x6 30 30100xN 40 100DL2 18.5 18.560 100DL3 30 3080 100DL4 37 37100 100DL5 45 45120 100DL6 55 55注：N 為水泵臺數其他元件如：變頻器的選擇、壓力傳感器的選擇、水位傳感器的選擇、其他低壓電器的選擇（斷路器、接觸器）的選擇則依靠系統(tǒng)控制方案和具體要求選擇，基本原則為高穩(wěn)定性、高精度、寬的工作溫度范圍；抗沖擊、耐震動、體積小、防水；標準信號輸出、良好的互換性、抗干擾性強；最具有競爭力的價格。便于安裝等。（4） 系統(tǒng)安裝及調試A、通電前應檢查有無漏接線，接線是否正確；檢查所有螺絲、端子有無松動現(xiàn)象；控制箱內電氣元件上有無可能引起電氣短路的線頭及其它金屬雜物；控制箱體外殼接地線接法是否正確，接觸是否良好。檢查后，合上 QFl，設定變頻器參數(具體過程略)。B、合上 QFl，當再合上 QF2 時，配電室電子式剩余電流動作斷路器 Q1 因微弱的三相不平衡電流而跳閘。C、調試時。變頻器電壓模擬量輸入端口的 ANl 本應與多泵控制器的 D／A 輸出端口相連，但誤與其相鄰的 DI1 相連，使得變頻器顯示頻率值始終為 0。D、在主回路接線中誤將 KM2 當成 KMl，兩者主觸點接反，造成改變變頻器頻率卻無法改變水泵轉速的情況發(fā)生。F、KM2 、KM3 主觸點電源相序接錯，造成 2 個水泵都為反轉運行 (反轉時壓力小)。（5） 變頻恒壓供水系統(tǒng)的特點A、變頻恒壓供水系統(tǒng)運行方式分為手動、全自動兩種 .它們可以由一個按鈕操作，ON 為自動方式， OFF 為手動。在手動方式下，可以對控制水泵中的任意一臺進行啟動和關閉操 作，該方式主要用于系統(tǒng)設計初期的測試，方便任一時期的檢修，以及緊急情 況下的水泵控制。而整個系統(tǒng)本身正常狀態(tài)下的運行主要采用全自動方式，使供 水系統(tǒng)高度自動化，這也是系統(tǒng)開發(fā)的目的之一。在全自動方式下，按下啟動 按鈕，系統(tǒng)就能自動賦初值，根據用水量的變化自動調節(jié)水泵轉速和運行臺數 ，確定每臺泵的具體工作狀態(tài)，使達到最優(yōu)配置。B、要對管網水壓進行實時數據采樣，信號經刃 D 轉換后送 PLC，從而實現(xiàn)對管網壓力 的閉環(huán)控制。采樣點選擇在水泵的出口管道處。C、變頻器運行時，要對變頻器當前控制的水泵的運行情況進行監(jiān)控.變頻器應該能夠 對水泵進行變頻器過載、失速、過電流、過電壓、欠電壓、輸入缺相、電動機 過載、變頻器過熱變頻器內散熱板過熱及其它一些常規(guī)保護。變頻器只對當前 工作在變頻態(tài)的水泵負責。D、要對變頻器的運行情況進行監(jiān)測，還有水泵的轉速、管網壓力都要進行監(jiān)控，對于 危險情況要設置報警信號，并自動作出反應。E、有友好的人機界面，要能夠完成簡單的人機交流，如系統(tǒng)的運行狀況監(jiān)控、初值的改變、參數的改變等，另可通過監(jiān)控軟件修改工作參數。Ｆ、應該做到系統(tǒng)無故障運行時，基本上可以做到無人自動恒壓變頻無級別調速運行時4 實習總結體會和知識回顧4.1 總結體會將近一個月的實習結束,該次實習促使了我對電氣原理知識、過程控制、系統(tǒng)安裝和調試等方面的知識回顧，還使我的細心觀察和實際操作動手能力得到提高， ，對現(xiàn)實生活中的控制系統(tǒng)運用有了更深刻的了解，對小區(qū)供水系統(tǒng)也有了大體的認知。在實習過程中我發(fā)現(xiàn)根據供水的要求，小區(qū)供水系統(tǒng)大多屬于一拖二閉環(huán)調速系統(tǒng)，且變頻器帶動的電機可實現(xiàn)無級調速。減少系統(tǒng)波動現(xiàn)象和對電源電網的沖擊。此裝置在變頻器出現(xiàn)故障時，可自動關閉電動閥門，系統(tǒng)退出變頻式運行，以避免中斷供水。在工頻方式運行下，系統(tǒng)帶有降壓啟動裝置，在工頻啟動時，由于啟動電流過大，而避免對電網沖擊的影響，并可延長電機的使用壽命。裝置啟動時，電動機與電動閥門同時開啟，停止時先關閉電動閥門，電動機延時停止，防止水錘現(xiàn)象，延長水泵使用壽命。在實習過程中，我還從技術，團隊合作，專業(yè)素質等方面都有了極大的收獲 。從技術方面來說，這次實習給了一次我將所學知識進行運用來解決實際問題的機會，在實習過程中，許多原來并不熟練的知識逐漸被清晰的理解，許多原來沒有重視的方面也得到了鞏固，更在發(fā)現(xiàn)及解決問題的過程中學習到了不少新東西，在課本中所提到的技術要求之外，我在以下兩個方面我有了比較深的體會： （1） 、由于是同組合作，所以在實習程中團隊精神就尤為重要，首先要擬訂準確的計劃，分工明確，在測量過程中我們不但要做好自己的工作，還要考慮同組人的工作，盡量要為別人帶來便利。小組成員的合作很重要，實習小組的氣氛很大程度上影響實驗的進度。 （2） 、 業(yè)內計算必須要非常仔細，因為沒一個小錯誤都可能導致整體的錯誤，誤差的檢驗也是很重要的，一切數據都必須控制在可允許的范圍內。要多學、多看多問增加自己的知識面。4.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)及變頻恒壓控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制原理變頻恒壓供水系統(tǒng)屬于典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)，引起了我對閉環(huán)控制系統(tǒng)的知識回顧。閉環(huán)控制系統(tǒng)屬于過程控制，過程控制系統(tǒng)的分類方法有多種?？梢园瓷a過程工藝參數不同來分類，如流量控制、液位控制等等；可以按過程控制系統(tǒng)的任務不同來分類，如比例控制、均勻控制、前饋控制等等；可以按自動化裝置的不同來分類，如常規(guī)控制系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)；可以按控制系統(tǒng)是否形成閉合回路來分類，如開環(huán)控制和閉環(huán)控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)實際即為反饋控制系統(tǒng)，是按被控量的偏差進行調節(jié)的，如在蒸氣加熱系統(tǒng)中，溫度調節(jié)器接受檢測元件、變送器送來的檢測信號，并與給定值比較，依據偏差情況，根據一定的規(guī)律（如 P、PI 、PID 等） ，發(fā)出相應的輸出信號去推動蒸氣調節(jié)閥，改變蒸氣流量，即為閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖(c)所示。閉環(huán)控制系統(tǒng)按給定值為不同的情況，又可以分為：定值控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)（跟蹤控制系統(tǒng)） 。 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制裝置總要實現(xiàn)檢測、判斷、決策和操作的功能，故可用圖表示為：檢測元件和變送器的作用，是把被控量 y(t)轉化為測量值 Z(t)。比較機構的作用是得出給定值 r(t)與測量值 Z(t)的差值。在控制系統(tǒng)的分析中，把 e(t)定為r(t)-z(t)。然而在儀表制造業(yè)中，卻把 z(t)-r(t)做為偏差，正負號恰好相反。調節(jié)裝置的作用是依據偏差的正負、大小及變化情況，按某種預定的控制規(guī)律給出控制作用 u(t)。u(t)也往往是統(tǒng)一的氣壓或電流信號。比較機構與調節(jié)裝置通常是組合在一起的，稱為調節(jié)器。執(zhí)行器的作用是接受調節(jié)器送來的 u(t)，相應的去改變操縱變量 q(t)。最常用的執(zhí)行器是氣動薄膜調節(jié)閥。變頻恒壓控制系統(tǒng)以供水出口管網水壓為控制目標，在控制上實現(xiàn)出口總管網的實際供水壓力跟隨設定的供水壓力。設定的供水壓力可以是一個常數，也可以是一個時間分段函數，在每一個時段內是一個常數。所以，在某個特定時段內，恒壓控制的目標就是使出口總管網的實際供水壓力維持在設定的供水壓力上。從上圖中中可以看出，在系統(tǒng)運行過程中，如果實際供水壓力低于設定壓力，控制系統(tǒng)將得到正的壓力差，這個差值經過計算和轉換，計算出變頻器輸出頻率的增加值，該值就是為了減小實際供水壓力與設定壓力的差值，將這個增量和變頻器當前的輸出值相加，得出的值即為變頻器當前應該輸出的頻率。該頻率使水泵機組轉速增大，從而使實際供水壓力提高，在運行過程中該過程將被重復，直到實際供水壓力和設定壓力相等為止。如果運行過程中實際供水壓力高于設定壓力，情況剛好相反，變頻器的輸出頻率將會降低，水泵機組的轉速減小，實際供水壓力因此而減小。同樣，最后調節(jié)的結果是實際供水壓力和設定壓力相等。是典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)