變頻恒壓供水系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

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1、 綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目： 系 部： 電氣工程系 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 同組成員： 指導(dǎo)教師： 日 期：

2、 摘要 隨著社會(huì)的發(fā)展，恒壓供水越來越重要。本系統(tǒng)以PLC與變頻器控制水泵工作，根據(jù)壓力給定的理想值信號(hào)及管網(wǎng)水壓的反饋信號(hào)進(jìn)行比較，變頻器根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制管網(wǎng)水壓的目的。文中重點(diǎn)敘述了變頻節(jié)能原理，恒壓供水原理及PID控制方式。并提供控制系統(tǒng)硬件和控制軟件，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)模擬調(diào)試成功，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行可靠、節(jié)能、低噪，維護(hù)簡(jiǎn)單等效果。恒壓供水是指在供水網(wǎng)系中用水量發(fā)生變化時(shí)，出口壓力保持不變的供水方式。系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、水泵電機(jī)組、壓力變送器等構(gòu)成。共三臺(tái)電機(jī)，其中由一臺(tái)變頻器

3、拖動(dòng)2臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)行與調(diào)速，1臺(tái)電機(jī)備用?？刂葡到y(tǒng)中采用德國(guó)SIEMENS公司的S7-300可編程控制器來控制水泵電機(jī)的投入臺(tái)數(shù)及運(yùn)行方式；同時(shí)利用其中的數(shù)字PID控制器，由FB41將壓力給定值與測(cè)量值的偏差進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)控制變頻器的輸出頻率，進(jìn)而改變水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變水泵出水口流量，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)壓力的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近。此方法具有短路保護(hù)、過載保護(hù)功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命 關(guān)鍵詞： 恒壓供水；PLC控制；閉環(huán)PID 目錄 摘要…………………………………………………………

4、………………………………………….1 一：引言…………………………………………………………………………………………….. 二：變頻恒壓供水控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介……………………………………………………... 1.恒壓供水系統(tǒng)的目的和意義…………………………………………………….. 2.恒壓供水系統(tǒng)的特點(diǎn)……………………………………………………………….. 三：變頻恒壓供水控制系統(tǒng)理論分析……………………………………………... 1.變頻恒壓供水控制系統(tǒng)構(gòu)成……………………………………………………. 2.變頻恒壓供水控制系統(tǒng)理論模型……………………………………………. 四：

5、變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選型………………………………………... 1.變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………………………………………… 2.變頻恒壓供水系統(tǒng)器件選型………………………………………………….. 1）可編程邏輯控制器（plc）簡(jiǎn)介…………………………………… 2）變頻器簡(jiǎn)介…………………………………………………………………. 3)變頻器與plc的連接………………………………………………….. 4)壓力傳感器的簡(jiǎn)介…………………………………………………….. 3.變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)……………………

6、…………………… 4.變頻恒壓供水系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)………………………………….. 1)控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)………………………………………………….. 5. PID設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………… 1）PID控制……………………………………………………………………. 五：變頻恒壓供水控制系統(tǒng)調(diào)試…………………………………………………… 六：總結(jié)………………………………………………………………………………………….. 七：研究愿望……………………………………………………………………………………….. 參考文獻(xiàn)……

7、…………………………………………………………………………………………… 附件……………………………………………………………………………………………………….. 致謝詞………………………………………………………………………………………………..一：引言 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對(duì)城市供水的數(shù)量、質(zhì)量、穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。而我們國(guó)家是個(gè)水資源和電能短缺的國(guó)家，長(zhǎng)期以來在市政供水、小區(qū)供水，尤其縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動(dòng)化程度低。而其中的老水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)配置相對(duì)落后，機(jī)組的控制主要依賴值班人員的手工操作?？?/p>

8、制過程繁瑣，而且手動(dòng)控制無法對(duì)供水管網(wǎng)的壓力和水位變化及時(shí)做出恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的解決辦法是采用高位水箱、水塔和各種氣壓罐進(jìn)行蓄水加壓，依賴擋板和閥門的阻力調(diào)節(jié)水流量。這種靠水的勢(shì)能或氣壓供水方式具有占地面積大、投資高、水泵電機(jī)啟動(dòng)頻繁、耗電多、管網(wǎng)水壓不穩(wěn)、爆管現(xiàn)象頻繁、漏失嚴(yán)重等缺點(diǎn)；不僅生活用水容易受到二次污染，而且水泵電機(jī)的頻繁開啟使設(shè)備故障率高，檢修、維護(hù)也存在困難，而且像水塔這樣傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)，在維護(hù)和升級(jí)系統(tǒng)方面，是非常昂貴的。因此，如何利用有效的水源和電能保證各行各業(yè)正常供水，己是迫在眉睫。 同時(shí)隨著現(xiàn)代電力電

9、子技術(shù)、交流變頻調(diào)速技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能控制技術(shù)的迅速發(fā)展并日趨完善，變頻調(diào)速技術(shù)在供水領(lǐng)域得以運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了水泵電機(jī)無級(jí)調(diào)速，能夠極大地改善給水管網(wǎng)的供水環(huán)境。所有這些現(xiàn)代自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，無疑為現(xiàn)代化高性能的生活供水提供了可能。利用PLC控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)開發(fā)的全自動(dòng)恒供水系統(tǒng),管道內(nèi)水壓恒定,既可以滿足供水要求,避免出現(xiàn)供水事故,還可節(jié)約電能。 變頻恒壓供水系統(tǒng)是利用變頻器、PLC等器件的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，取代水塔、水箱、氣壓罐等，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。通過對(duì)水泵的智能變頻調(diào)速控制不僅能實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，而且有利于實(shí)現(xiàn)供水的自動(dòng)控制，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)

10、生產(chǎn)的自動(dòng)化。 對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行的控制，歸根結(jié)底是為了滿足用戶對(duì)水的壓力的需求。本文介紹的恒壓供水系統(tǒng)是采用可編程序控制器進(jìn)行邏輯控制,采用變頻器進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。變頻器、可編程序控制器作為系統(tǒng)控制的核心部件,時(shí)刻跟蹤管網(wǎng)壓力與給定壓力的偏差變化,經(jīng)PID運(yùn)算,通過可編程序控制器控制變頻與工頻切換,自動(dòng)控制水泵投入的臺(tái)數(shù)和電機(jī)轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓變量供水,在保持恒壓下達(dá)到控制流量的目的。 本文首先對(duì)供水系統(tǒng)的特性和變頻調(diào)速的原理進(jìn)行介紹，在此基礎(chǔ)上，提出了本文的主要研究?jī)?nèi)容和研究方法。對(duì)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成和工作過程、控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，通過學(xué)習(xí)德國(guó)SIEMENS

11、公司的S7-300的硬件及其編程語言，做出控制用的相關(guān)程序。 二：變頻恒壓供水控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 1.恒壓供水系統(tǒng)的目的和意義 泵站擔(dān)負(fù)著工農(nóng)業(yè)和生活用水的重要任務(wù)，運(yùn)行中需要大量消耗能量，提高泵站效率；降低能耗，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有重大意義。我國(guó)泵站的特點(diǎn)是數(shù)量大、范圍廣、類型多、發(fā)展速度快，在工程規(guī)模上也有一定水平，但由于設(shè)計(jì)中忽視動(dòng)能經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)以及機(jī)電產(chǎn)品類型和質(zhì)量上存在的一些問題等原因，至使在技術(shù)水平、工程標(biāo)準(zhǔn)以及經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)等方面與國(guó)外先進(jìn)水平相比，還有一定的差距。目前，大量的動(dòng)能消

12、耗在水泵、風(fēng)機(jī)負(fù)載上，城鄉(xiāng)居民用水設(shè)備所消耗的電量在這類負(fù)載中占了相當(dāng)大的比例。因此，研究提水系統(tǒng)的能量模型，找出能夠節(jié)能的控制策略方法是目前較為重要的一件事。? 以變頻器為核心結(jié)合PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力、組合靈活、編程簡(jiǎn)單、維修方便和低成本等諸多特點(diǎn)，變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、防雷避雷技術(shù)、現(xiàn)代控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)與一體。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便的實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控；同時(shí)系統(tǒng)具有良好節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

13、 2.恒壓供水系統(tǒng)的特點(diǎn) 變頻頻恒壓供水系統(tǒng)在水量增加時(shí)，變頻器頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量相應(yīng)增大；用水量減少時(shí)，變頻器頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量亦相應(yīng)減小，保證了供水效率用戶對(duì)水壓和水量的要求，同時(shí)達(dá)到了提高供水品質(zhì)和供水效率的目的；采用該設(shè)備不需建造高位水箱，水塔，水質(zhì)無二次污染，是一種理想的現(xiàn)代化建筑供水設(shè)備。? 變頻恒壓供水系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：? ①:均配有穩(wěn)壓泵或穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓，在用水量小到一定值時(shí)，主泵可停止運(yùn)轉(zhuǎn)，減少水泵電機(jī)的機(jī)械磨損并且節(jié)約電能。與傳統(tǒng)供水方式相比變頻恒壓供水能節(jié)能30%-60%。? ②:結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小

14、，安裝快，投資省，運(yùn)行穩(wěn)定，無污染，效率高。? ③:配置靈活，自動(dòng)化程度高，功能齊全，靈活可靠。 ④:運(yùn)行合理，由于一天內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速下降，軸上的平均扭矩和磨損減少，水泵的壽命將大為提高。 ⑤:由于能對(duì)水泵實(shí)現(xiàn)軟停和軟起，消除了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊。? ⑥:采用單片機(jī)，程序靈活多變，精度高，可靠性強(qiáng)，反映速度塊，操作簡(jiǎn)便，省時(shí)省力。? 三：變頻恒壓供水控制系統(tǒng)理論分析 1.變頻恒壓供水控制系統(tǒng)構(gòu)成 變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動(dòng)機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成。通常由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機(jī)和水泵連成

15、一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實(shí)現(xiàn)恒壓供水的。因此，供水系統(tǒng)變頻的實(shí)質(zhì)是異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。 圖1-1 水壓由壓力傳感器的信號(hào)4-20mA送入變頻器內(nèi)部的PID模塊，與用戶設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，并通過變頻器內(nèi)置PID運(yùn)算將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號(hào)，以調(diào)整水泵電機(jī)的電源頻率，從而實(shí)現(xiàn)控制水泵轉(zhuǎn)速。由于變頻器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑，穩(wěn)定。同時(shí)，為了保證水壓反饋信號(hào)值的準(zhǔn)確、不失值，可對(duì)該信號(hào)設(shè)

16、置濾波時(shí)間常數(shù)，同時(shí)還可對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試更為簡(jiǎn)單、方便。 2.變頻恒壓供水控制系統(tǒng)理論模型 變頻恒壓控制系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標(biāo)，在控制上實(shí)現(xiàn)出口總管?網(wǎng)的實(shí)際供水壓力跟隨設(shè)定的供水壓力。設(shè)定的供水壓力可以是一個(gè)常數(shù)，也可?以是一個(gè)時(shí)間分段函數(shù)，在每一個(gè)時(shí)段內(nèi)是一個(gè)常數(shù)。所以，在某個(gè)特定時(shí)段內(nèi)，?恒壓控制的目標(biāo)就是使出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力維持在設(shè)定的供水壓力上?。? 圖1-2 從圖1-2中可以看出，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，如果實(shí)際供水壓力低于設(shè)定壓?力，控制系統(tǒng)將得到正的壓力差，這個(gè)差值經(jīng)過計(jì)算和轉(zhuǎn)換，計(jì)算出變頻器輸出頻率的

17、增加值，該值就是為了減小實(shí)際供水壓力與設(shè)定壓力的差值，將這個(gè)增量?和變頻器當(dāng)前的輸出值相加，得出的值即為變頻器當(dāng)前應(yīng)該輸出的頻率。該頻率?使水泵機(jī)組轉(zhuǎn)速增大，從而使實(shí)際供水壓力提高，在運(yùn)行過程中該過程將被重復(fù)，?直到實(shí)際供水壓力和設(shè)定壓力相等為止。如果運(yùn)行過程中實(shí)際供水壓力高于設(shè)定壓力，情況剛好相反，變頻器的輸出頻率將會(huì)降低，水泵的轉(zhuǎn)速減小，實(shí)際供水壓力因此而減小。同樣，最后調(diào)節(jié)的結(jié)果是實(shí)際供水壓力和設(shè)定壓力相等。 四：變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選型 1.變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 變頻恒壓供水系統(tǒng)由控制柜，壓力傳感器，異步電動(dòng)機(jī)及水泵組成，由此構(gòu)成一個(gè)壓力負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。壓力傳感器

18、將管道中的水壓值變換成電信號(hào)(4~20mA)，送入系統(tǒng)內(nèi)置數(shù)字PID控制器進(jìn)行比較，其偏差值經(jīng)控制運(yùn)算后，去控制變頻器的輸出頻率，通過上位機(jī)對(duì)當(dāng)前壓力信號(hào)的反應(yīng)，再由PLC控制三臺(tái)水泵電機(jī)在工頻電網(wǎng)與變頻器輸出之間切換，改變?nèi)_(tái)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)。 控制部分是以德國(guó)SIEMENS可編程序控制巡檢綜合判定，控制輸出三個(gè)邏輯過程。電氣部分包括對(duì)水泵電機(jī)，變頻器的啟器S7-300為核心，實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集，動(dòng)、停止，以及故障檢測(cè)，指示燈的控制，S7-300據(jù)有豐富的指令系統(tǒng)，并且依托STEP7-V5.3良好的編程界面，很方便程序編制和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。S7-300屬于模塊式PLC，主要由機(jī)架、C

19、PU 模塊、信號(hào)模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成。 傳動(dòng)裝置用了富士變頻器，適用于異步電機(jī)無級(jí)調(diào)速控制。該變頻器的輸出控制方式為恒壓頻比以及IGBT大功率晶體管模塊。其優(yōu)點(diǎn)之一是具有高的切換頻率，可輸出低諧波分量的正弦波，在低速時(shí)電機(jī)有更大的輸出轉(zhuǎn)矩，降低電機(jī)的損耗和噪音，減少了電機(jī)運(yùn)行時(shí)的溫升。變頻器可將輸出頻率在控制范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，控制精度為0.1Hz，從而達(dá)到電機(jī)依據(jù)負(fù)載的變化連續(xù)平滑調(diào)速，減輕了電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)抖動(dòng)。由于變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)軟起動(dòng)，降低電網(wǎng)的損耗提高了電機(jī)運(yùn)行時(shí)的cosφ中，以致于可以省去為改善功率因數(shù)的電容補(bǔ)償以及相應(yīng)控制設(shè)備。 傳感器選用了

20、設(shè)計(jì)中需要測(cè)量管道出口處的壓力值，故采用遠(yuǎn)傳壓力表?？删偷仫@示壓力值，還可以將信號(hào)送到控制器。 外圍設(shè)備主要包括執(zhí)行設(shè)備，如水泵、接觸器、按鈕、選擇開關(guān)、電流互感器等設(shè)備，由于外圍設(shè)備種類較、型號(hào)較雜，且不是本設(shè)計(jì)的技術(shù)難點(diǎn)，故對(duì)其選型說明簡(jiǎn)述至此。 2.器件的選型及介紹 1）：可編程邏輯控制器（plc）簡(jiǎn)介 S7-300屬于模塊式PLC，主要由機(jī)架、CPU 模塊、信號(hào)模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成。 PLC 采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式。OB1 是用于循環(huán)處理的組織塊（主程序），它可以調(diào)用別的邏輯塊，或被中斷程序（組織塊）中斷。在起動(dòng)完

21、成后，不斷地循環(huán)調(diào)用OB1，在OB1 中可以調(diào)用其它邏輯塊(FB, SFB, FC 或SFC)。循環(huán)程序處理過程可以被某些事件中斷。在循環(huán)程序處理過程中，CPU 并不直接訪問I/O 模塊中的輸入地址區(qū)和輸出地址區(qū)，而是訪問CPU 內(nèi)部的輸入/輸出過程映像區(qū)。批量輸入、批量輸出。 S7-300PLC是模塊式的PLC，本設(shè)計(jì)主要用得的有以下部分： ①中央處理單元（CPU） 各種CPU有不同的性能，例如有的CPU集成有數(shù)字量和模擬量輸入/輸出點(diǎn)，有的CPU集成有PROFIBUS-DP等通信接口。CPU前面板上有狀態(tài)故障指示燈、模式開關(guān)、24V電源端子、電池盒與存儲(chǔ)器模塊盒。 ②信號(hào)模塊（S

22、M） 信號(hào)模塊是數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊的總稱，它們使不同的過程信號(hào)電壓或電流與PLC內(nèi)部的電信號(hào)電平匹配。信號(hào)模塊主要有數(shù)字量輸入模塊SM321和數(shù)字量輸出模塊SM322，模擬量輸入模塊SM331和模擬量輸出模塊SM332。模擬量輸入模塊可以輸入熱電阻、熱電偶、DC4～20mA和DC0～10V等多種不同類型和不同量程的模擬信號(hào)。每個(gè)模塊上有一個(gè)背板總線連接器，現(xiàn)場(chǎng)的過程連接到前連接起的端子上。本設(shè)計(jì)主要用到的是模擬量輸入模塊SM331和模擬量輸出模塊SM332。 ③功能模塊（FM） 功能模塊主要用于對(duì)實(shí)時(shí)性和存儲(chǔ)容量要求高的控制任務(wù)，例如計(jì)數(shù)器模塊、快速/慢速進(jìn)給驅(qū)動(dòng)

23、位置控制模塊、電子凸輪控制器模塊、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定位模塊、伺服電動(dòng)機(jī)定位模塊、定位和連續(xù)路徑控制模塊、閉環(huán)控制模塊、工業(yè)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的接口模塊、稱重模塊、位置輸入模塊、超聲波位置解碼器等。 圖4.1 PLC I/O點(diǎn)及地址分配圖 PLC的接線如圖附錄A所示，根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，控制系統(tǒng)應(yīng)具備的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)，名稱及地址編號(hào)如下表4.2所示。 名稱 地址編碼 名稱 地址編碼 輸入信號(hào) 輸出信號(hào) 水位上限 I0.0 1號(hào)水泵工頻運(yùn)行 Q0.0 水位下限 I0.1 1號(hào)水泵變頻運(yùn)行 Q0.1 變頻器報(bào)警 I0.2 2號(hào)水泵工頻運(yùn)行

24、Q0.2 消鈴按鈕 I0.3 2號(hào)水泵變頻運(yùn)行 Q03 試驗(yàn)按鈕 I0.4 3號(hào)水泵工頻運(yùn)行 Q0.4 變頻器啟動(dòng) I0.4 高低液位報(bào)警 Q0.5 變頻器停止 I0.5 變頻器報(bào)警 Q0.6 報(bào)警聲 Q0.7 表4.2 I/O點(diǎn)及地址分配 2.變頻器簡(jiǎn)介 1）變頻器的基本結(jié)構(gòu)與分類 變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備。變頻器包括控制電路、整流電路、中間直流電路及逆變電路組成。其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電

25、路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。 變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。 2）變頻器的選型 （1）：控制方式 控制方式是決定變頻器使用性能的關(guān)鍵所在。目前

26、市場(chǎng)上低壓通用變頻器品牌很多，包括歐、美、日及國(guó)產(chǎn)的共約5O多種。選用變頻器時(shí)不要認(rèn)為檔次越高越好，其實(shí)只要按負(fù)載的特性，滿足使用要求就可，以便做到量才使用、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。 （2）：變頻器容量的選擇 變頻器的容量直接關(guān)系到變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，因此，合理的容量將保證最優(yōu)的投資。變頻器的容量選擇在實(shí)際操作中存在很多誤區(qū)，這里給出了三種基本的容量選擇方法，它們之間互為補(bǔ)充。 ①?gòu)碾娏鞯慕嵌龋? 大多數(shù)變頻器容量可從三個(gè)角度表述：額定電流、可用電動(dòng)機(jī)功率和額定容量。其中后兩項(xiàng)，變頻器生產(chǎn)廠家由本國(guó)或本公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達(dá)變頻器的能力。 選擇變頻

27、器時(shí)，只有變頻器的額定電流是一個(gè)反映半導(dǎo)體變頻裝置負(fù)載能力的關(guān)鍵量。負(fù)載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則。需要著重指出的是，確定變頻器容量前應(yīng)仔細(xì)了解設(shè)備的工藝情況及電動(dòng)機(jī)參數(shù)，例如潛水電泵、繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的額定電流要大于普通籠形異步電動(dòng)機(jī)額定電流，冶金工業(yè)常用的輥道用電動(dòng)機(jī)不僅額定電流大很多，同時(shí)它允許短時(shí)處于堵轉(zhuǎn)工作狀態(tài)，且輥道傳動(dòng)大多是多電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。應(yīng)保證在無故障狀態(tài)下負(fù)載總電流均不允許超過變頻器的額定電流。 ②從效率的角度：? 系統(tǒng)效率等于變頻器效率與電動(dòng)機(jī)效率的乘積，只有兩者都處在較高的效率下工作時(shí)，則系統(tǒng)效率才較高。從效率角度出發(fā)，在選用變頻器功率時(shí)，要注意以

28、下幾點(diǎn)：? 變頻器功率值與電動(dòng)機(jī)功率值相當(dāng)時(shí)最合適，以利變頻器在高的效率值下運(yùn)轉(zhuǎn)。 在變頻器的功率分級(jí)與電動(dòng)機(jī)功率分級(jí)不相同時(shí)，則變頻器的功率要盡可能接近電動(dòng)機(jī)的功率，但應(yīng)略大于電動(dòng)機(jī)的功率。? 當(dāng)電動(dòng)機(jī)屬頻繁起動(dòng)、制動(dòng)工作或處于重載起動(dòng)且較頻繁工作時(shí)，可選取大一級(jí)的變頻器，以利用變頻器長(zhǎng)期、安全地運(yùn)行。? 經(jīng)測(cè)試，電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率確實(shí)有富余，可以考慮選用功率小于電動(dòng)機(jī)功率的變頻器，但要注意瞬時(shí)峰值電流是否會(huì)造成過電流保護(hù)動(dòng)作。? 當(dāng)變頻器與電動(dòng)機(jī)功率不相同時(shí)，則必須相應(yīng)調(diào)整節(jié)能程序的設(shè)置，以利達(dá)到較高的節(jié)能效果。 3）.變頻器與PLC的連接 圖4.3-1 變頻器

29、 變頻器與PLC的連接如圖4.3-2所示，其中變頻器各端子功能如下： R,S,T端子為主電路的電源輸入端子，連接三相電源，不需考慮連接相序；U,S,W端子為變頻器輸出連接端子，連接三相電機(jī)水泵，如電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向不對(duì)，則可交換其中的任意兩相；G端子為接地端子；端子11為模擬輸入信號(hào)的公共端子；端子12為設(shè)定電壓輸入端，輸入PID控制的反饋信號(hào)，以此來設(shè)定頻率；FWD端子為正轉(zhuǎn)運(yùn)行/停止命令 端子，端子FWD-CM間：閉合（ON），正轉(zhuǎn)運(yùn)行；斷開（OFF），減速停止，此端子有PLC輸出點(diǎn)控制；接點(diǎn)輸入公共端CM為接點(diǎn)輸入信號(hào)的公共端子；X1為選擇輸入1端子，作為報(bào)警復(fù)位命令信號(hào)端子；Y1、Y2為晶

30、體管輸出1端子與晶體管輸出2端子，為水位上限與下限報(bào)警端子；晶體管輸出公共端CME，為晶體管輸出信號(hào)的公共端子，端子CM和11在變頻器內(nèi)部相互絕緣；可選信號(hào)輸出繼電器端子Y5A,Y5C,為變頻器報(bào)警輸出端子。 圖4.3-2 PLC與變頻器的連接 4）.傳感器?的簡(jiǎn)介 傳感器的作用是將壓力、溫度等非電量的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)，以便后續(xù)電路進(jìn)行處理。在此系統(tǒng)中，傳感器將供水管中的壓力轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)后，傳送到PLC的特殊功能模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后傳給變頻器控制電動(dòng)機(jī)。 傳感器由敏感芯體和信號(hào)調(diào)理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時(shí)，敏

31、感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號(hào)調(diào)理電路將輸出的電壓信號(hào)作放大處理，同時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。并且壓力傳感器用于檢測(cè)管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口，壓力傳感器和壓力變送器是將水管中的水壓變化轉(zhuǎn)變?yōu)?~5V或4~20mA的模擬量信號(hào)，作為模擬輸入模塊(A/D模塊)的輸入，在選擇時(shí)，為了防止傳輸過程中的干擾與損耗。 在壓力測(cè)量中，常有絕對(duì)壓力、表壓力、負(fù)壓力或真空度之分。絕對(duì)壓力是指被測(cè)介質(zhì)作用在單位面積上的全部壓力，用PA表示。用來測(cè)量絕對(duì)壓力的儀表稱為絕對(duì)壓力表。地面上的空氣柱所產(chǎn)生的平均壓力稱為大氣壓力，用P0表示。用來測(cè)量大氣

32、壓力的儀表叫氣壓表。絕對(duì)壓力與大氣壓力之差稱為表壓力，用PI表示。即 PI=PA -P0 由于工程上需測(cè)量的往往是物體超出大氣壓力之外所受的壓力，因而所使用的壓力儀表測(cè)量的值稱為表壓力。顯然當(dāng)絕對(duì)壓力值PA 小于大氣壓力值P0時(shí)，表壓力為負(fù)值，所測(cè)值稱為負(fù)壓力或稱真空壓，它的絕對(duì)值稱為真空度。壓力在國(guó)際單位制中的單位是牛頓/平方米，通常稱為帕斯卡或簡(jiǎn)稱帕(Pa)，工業(yè)上常采用千帕(kPa)或兆帕(MPa)作為壓力的單位。 設(shè)計(jì)中需要測(cè)量管道出口處的壓力值，故采用遠(yuǎn)傳壓力表?？删偷仫@示壓力值，還可以將信號(hào)送到控制器

33、。 3.變頻恒壓供水系統(tǒng)系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì) ①供水系統(tǒng)的主電路圖? 結(jié)合實(shí)際情況，本論文的恒壓供水系統(tǒng)的主電路如圖4.?3所示。系統(tǒng)共有三臺(tái)電機(jī)，分別為Ml、M2、M3。其中Ml、?M2均可以在工頻或變頻兩種方式下運(yùn)行，而M3只能工頻運(yùn)行。每臺(tái)電機(jī)都通過兩個(gè)接觸器與工頻電源和變頻器輸出電源相聯(lián)，變頻器輸入電源前面接入一個(gè)自動(dòng)空氣開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)、變頻器的過流過載保護(hù)?？諝忾_關(guān)的容量依據(jù)大電機(jī)的額定電流來確定。對(duì)于有變頻/工頻兩種工作狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)Ml、M2，還需要在工頻電源下面接入兩個(gè)同樣的自動(dòng)空氣開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的過流過載保護(hù)，空氣開關(guān)的容量依據(jù)電機(jī)的額定電流來

34、確定。接觸器KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的工頻運(yùn)行，KM2、KM4控制M1、M2的變頻運(yùn)行。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量適當(dāng)選擇。FR1、FR2、FR3為三臺(tái)水泵電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器，QS1、QS2分別為變頻器和水泵電機(jī)的主電路隔離開關(guān)，F(xiàn)U為主電路的熔斷器，是作為主電路短路保護(hù)用的。VF為通用變頻器。 圖4.3 供水系統(tǒng)主電路圖 變頻器主電路電源輸入端子(R、S、T)經(jīng)過空氣開關(guān)與三相電源連接，變頻器主電路輸出端子(U、V、W)經(jīng)接觸器接至三相電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向預(yù)設(shè)定不一致時(shí)，需要調(diào)換輸出端子(U、V、W)的任意兩相。特別是對(duì)

35、于有變頻/工頻兩種狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)，一定要保證在工頻電源拖動(dòng)和變頻輸出電源拖動(dòng)兩種情況下電機(jī)旋向的一致性，否則在變頻/工頻的切換過程中會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)換電流，致使轉(zhuǎn)換無法成功。在變頻器起動(dòng)、運(yùn)行和停止操作中，必須用觸摸面板的運(yùn)行和停止鍵或者是外控端FWD(REV)來操作，不得以主電路的通斷來進(jìn)行。 4.變頻恒壓供水系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì) 圖4.4為本系統(tǒng)的控制電路圖?？刂齐娐分杏歇?dú)立的自動(dòng)控制部分和手動(dòng)控制部分，具有方便的手動(dòng)和自動(dòng)切換功能，由控制電路中的轉(zhuǎn)換開關(guān)SA來實(shí)現(xiàn)。SB1、 SB3、SB5分別為1號(hào)泵電機(jī)、2號(hào)泵電機(jī)、3號(hào)泵電機(jī)的啟動(dòng)按鈕。SB2、 SB4、 SB6分別為1、2、3號(hào)泵電機(jī)的

36、停止按鈕。HL1、 HL3、HL5分別為三個(gè)泵的工頻運(yùn)行指示燈，HL2、HL4為1，2號(hào)泵電機(jī)的變頻運(yùn)行指示燈，HL6、HL7分別為水位下限和變頻器故障報(bào)警指示燈，HA為故障電鈴。 圖4.4控制系統(tǒng)電路圖 其控制線路工作過程如下： A．手動(dòng)控制。萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)處于手動(dòng)位置時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)，合上電源開關(guān)Q1、Q2，按下啟動(dòng)按鈕SB1，接觸器KM1的線圈得電，接觸器KM1的主觸電立即閉合，電動(dòng)機(jī)M1接通電源開始全壓?jiǎn)?dòng)，同時(shí)KM1的輔助常開觸電也閉合，使KM1吸引線圈經(jīng)兩條路通電。這樣，當(dāng)松手SB1復(fù)位跳開時(shí)，KM1由于自鎖正常運(yùn)行。要使電動(dòng)機(jī)M1停止運(yùn)轉(zhuǎn)，只要按一下停止按鈕SB2即可。按下S

37、B2，線圈KM1斷電釋放，則KM1的主觸點(diǎn)斷開電源，同時(shí)輔助常開觸電也斷開，控制回路解除自鎖，電動(dòng)機(jī)M1自停車到轉(zhuǎn)速為零。電動(dòng)機(jī)M2、M3同理。在手動(dòng)方式下，水泵只能工頻運(yùn)行，無法變頻運(yùn)行。 B．自動(dòng)控制。萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)處于自動(dòng)位置時(shí)，接觸器的通斷由PLC程序控制，變頻器啟動(dòng)，合上電源開關(guān)Q1、Q2，啟動(dòng)PLC，開始運(yùn)行程序，當(dāng)Q0.0有輸出時(shí)，KM1的線圈得電， KM1的主觸電閉合，水泵1開始工頻運(yùn)行；當(dāng)Q0.1有輸出時(shí)，KM2的線圈得電， KM2的主觸電閉合，水泵1開始變頻運(yùn)行。其他水泵的動(dòng)作同理。 1）.控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

38、 PLC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電機(jī)起動(dòng)、停止程序、水泵電機(jī)換機(jī)程序、模擬量(壓力、頻率)比較計(jì)算程序和報(bào)警程序等構(gòu)成。程序流程圖如圖4.4-1所示。 圖4.4-1 主程序流程圖 ①.系統(tǒng)初始化程序： 在系統(tǒng)開始工作的時(shí)候，先要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即在開始啟動(dòng)的時(shí)候，先對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)部分的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，如出錯(cuò)則報(bào)警，接著對(duì)模擬量(管網(wǎng)壓力、電機(jī)頻率)數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)表進(jìn)行初始化處理，賦予一定的初值。 ②.水泵電機(jī)切換程序： 水泵電機(jī)切換是根據(jù)不同時(shí)段管網(wǎng)壓力大小和壓力設(shè)定值的比較結(jié)果來進(jìn)行切換機(jī)的。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，系統(tǒng)在一個(gè)工作周期內(nèi)有四個(gè)工作狀態(tài)，即

39、1號(hào)電機(jī)變頻運(yùn)行；1號(hào)電機(jī)工頻運(yùn)行，2號(hào)電機(jī)變頻運(yùn)行（三號(hào)電機(jī)工頻運(yùn)行）； 2號(hào)電機(jī)變頻運(yùn)行；1號(hào)電機(jī)變頻運(yùn)行，2號(hào)電機(jī)變頻運(yùn)行（三號(hào)電機(jī)工頻運(yùn)行）。一般情況下，水泵電機(jī)都處于這四種工作狀態(tài)之中，當(dāng)管網(wǎng)壓力發(fā)生變化時(shí)，四種工作狀態(tài)之間就要發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)換，因此這四種工作狀態(tài)也對(duì)應(yīng)著四個(gè)切換過程。在水泵電機(jī)換機(jī)程序設(shè)計(jì)中，必須認(rèn)真考慮這幾個(gè)切換過程，才能保證系統(tǒng)在一個(gè)工作周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)正常切換與運(yùn)行。由于電機(jī)切換涉及到不同時(shí)段管網(wǎng)壓力大小和設(shè)定值的比較計(jì)算；電機(jī)反饋頻率的大小比較計(jì)算，因此在切換程序設(shè)計(jì)中還應(yīng)包含模擬量(壓力、頻率)比較計(jì)算和邏輯運(yùn)算程序設(shè)計(jì)；同時(shí)要考慮電機(jī)根據(jù)“先起先?！钡脑瓌t，使各泵

40、平均運(yùn)行以避免一臺(tái)泵長(zhǎng)期工作，所以切換是根據(jù)電機(jī)運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短來自動(dòng)完成不同電機(jī)間的切換；泵在啟動(dòng)時(shí)有軟啟動(dòng)功能，即在啟動(dòng)前變頻器頻率要復(fù)位。 ③.報(bào)警程序 報(bào)警程序是依據(jù)電動(dòng)機(jī)的熱繼電器動(dòng)作進(jìn)行設(shè)計(jì)的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)過熱時(shí)，熱繼電器常開觸點(diǎn)閉合，作為PLC的輸入條件。對(duì)于電動(dòng)機(jī)的熱繼電器輸入，報(bào)警指示輸出既需要三個(gè)端口顯示哪一臺(tái)電機(jī)故障，也需要一個(gè)輸出端子進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警輸出?？梢愿鶕?jù)實(shí)際情況增加相應(yīng)的報(bào)警功能。 5. PID設(shè)計(jì) 1）.PID控制 PID控制方式是現(xiàn)代工業(yè)控制中應(yīng)用的最廣泛的反饋控制方式之一。它的原理如圖4.6所示。

41、圖4.6 PID控制原理圖 PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際輸出值y(t)構(gòu)成的控制 偏差[12] e(t)=y(t)一r(t) （4-1） 將偏差e(t)的比例、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制器，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱PID控制器。 PID控制器各個(gè)部分的作用及其在控制中的調(diào)節(jié)規(guī)律如下： ①比例增益部分(P)用于保證控制量的輸出含有與系統(tǒng)偏差成線性關(guān)系的分量，能夠快速反應(yīng)系統(tǒng)輸出偏差的變化情況。由經(jīng)典控制理論可知，比例環(huán)節(jié)不能徹底消除系統(tǒng)偏差，系統(tǒng)偏差隨比例系數(shù)的增大而減少，但比例系數(shù)過大將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

42、 ②積分部分(I)表明控制器的輸出不僅與輸入控制的系統(tǒng)偏差的大小有關(guān)，還與偏差持續(xù)的時(shí)間有關(guān)，即與偏差對(duì)時(shí)間的積分成線性關(guān)系。只要偏差存在，控制就要發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)偏差為零。因此積分作用主要是用來消除系統(tǒng)的靜態(tài)偏差，提高精度，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)。然而，單純的積分作用速度太慢，無法及時(shí)對(duì)系統(tǒng)的偏差變化做出快速反應(yīng)。 ③微分部分(D)可以對(duì)輸入的變化趨勢(shì)做出反應(yīng)，即它的輸入與輸出的大小無關(guān)，但與輸入量的導(dǎo)數(shù)成線性關(guān)系。它是用來控制被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，使系統(tǒng)趨向穩(wěn)定，減小調(diào)節(jié)時(shí)間，用來改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特特性。由于微分環(huán)節(jié)在系統(tǒng)傳遞函數(shù)中

43、引入了一個(gè)零點(diǎn)，如果使用不當(dāng)會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定。 PID的三種作用是各自獨(dú)立的，互不影響的。改變一個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)，只影響一種調(diào)節(jié)作用，不會(huì)影響其他的調(diào)節(jié)作用。顯然，對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)來說，單獨(dú)使用上面任意一種控制規(guī)律都難以獲得良好的控制性能。如果能將它們的作用作適當(dāng)?shù)呐浜?，可以使調(diào)節(jié)器快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確的運(yùn)行，從而獲得滿意的控制效果。一般來說，系統(tǒng)是使用它們的組合，如PI控制算法，PD控制算法和PID控制算法。 五：變頻恒壓供水控制系統(tǒng)調(diào)試 計(jì)算機(jī)（上位機(jī)）作為編程通過專用通信電纜與PLC（下位機(jī)）進(jìn)行通信。在連接或斷開專用電纜時(shí)，應(yīng)關(guān)閉控制電源；同時(shí)須注意專用電纜接插頭插入的位置，否則易

44、損壞上述儀器設(shè)備。 在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)應(yīng)逐級(jí)調(diào)試，即先軟件，再硬件；先弱電，再?gòu)?qiáng)電；先低壓，再高壓；先輸入，再輸出；先開環(huán)，再閉環(huán)；先電氣，再機(jī)械。PLC的輸入和輸出的公共端COM必須分開，不能直接連接。 六：總結(jié) 本文針對(duì)我國(guó)中小城市水廠供水的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套變頻調(diào)速恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)包括可編程控制器、變頻器、水泵電機(jī)組、壓力傳感器以及接觸器控制柜等。采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)2臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)行與調(diào)速。壓力傳感器采樣管網(wǎng)輸出點(diǎn)的壓力信號(hào)，壓力傳感器輸出的是4~20mA的電信號(hào)，將這個(gè)輸出與PLC的模擬量輸入端相連，同時(shí)變頻器輸出電機(jī)頻率信號(hào)，這兩

45、個(gè)信號(hào)反饋給PLC的PID模塊，PLC根據(jù)這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)PID運(yùn)算，發(fā)出指令，對(duì)水泵電機(jī)的投入、停止，工頻和變頻之間的切換進(jìn)行控制。采用模塊化的編程方式進(jìn)行了PLC程序的設(shè)計(jì)、編寫、調(diào)試，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能、程序控制算法都基本達(dá)到系統(tǒng)工藝的要求。 恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電動(dòng)機(jī)電源頻率，而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變水泵出口壓力，比靠調(diào)節(jié)閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時(shí)，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長(zhǎng)泵和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械使用壽命。實(shí)現(xiàn)恒壓自動(dòng)控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了人

46、力。 七：研究愿望 本次設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：恒壓供水系統(tǒng)原理、恒壓供水系統(tǒng)的電氣實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)的硬件選型、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和PLC軟件編程等。 由西門子S7 - 300 系列PLC、變頻器和壓力傳感器等組成的恒壓供水系統(tǒng),充分發(fā)揮了PLC 內(nèi)置的PID 運(yùn)算模塊,自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率、投入使用泵數(shù),達(dá)到恒壓供水的目的;通過泵號(hào)管理程序,實(shí)現(xiàn)泵號(hào)自動(dòng)切換,使每臺(tái)水泵工作狀況基本相同,提高設(shè)備利用率并減少維修費(fèi)用;同時(shí)通過變頻器自帶保護(hù)功能可輕松實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障診斷。實(shí)際運(yùn)行情況證明了本系統(tǒng)具有可靠性高、自動(dòng)化程度高、便于維護(hù)和高節(jié)能性等特點(diǎn)

47、,具有很大的應(yīng)用價(jià)值。 隨著各方面技術(shù)的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛的應(yīng)用，與此同時(shí)能量卻日益緊缺，在這種情況下，變頻恒壓供水系統(tǒng)的使用肯定會(huì)越來越普及，當(dāng)然對(duì)恒壓供水控制技術(shù)將提出更高的要求。如對(duì)系統(tǒng)采用基于GPRS的無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸、通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)等。另外本文的設(shè)計(jì)、控制方法完全可以用于恒風(fēng)壓控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的變頻節(jié)能，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)和水泵的能耗大約占整個(gè)電能能耗的三分之一左右。所以變頻恒壓供水技術(shù)在逐走向成熟的過程中，仍然有必要對(duì)其進(jìn)行更深入的研究。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 張國(guó)雄.測(cè)控電路[M]. 北京:

48、機(jī)械工業(yè)出版社:2006.2 [2] 甕維勤，孫洪程.過程控制系統(tǒng)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社:2002.7 [3] 陳立定，吳玉香，蘇開才.電氣控制與可編程控制器[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社:2000.9. [4] 吳勤勤.控制儀表及裝置[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社:2007.1 [5] 深圳康沃電氣技術(shù)有限公司.康沃變頻調(diào)速器使用手冊(cè)[Z].1126.深圳:2006.48～49 [6] 顧躍.基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)研究[D].中南大學(xué)碩士學(xué)位論文.2004.4 [7] 方桂筍. 基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].蘭州理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2008,5 [

49、8] 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].上海:華南理工大學(xué),1999，65-68 [9] 毛允明.傳統(tǒng)變頻調(diào)速供水設(shè)備能耗問題分析及解決方法[J].山東水利,2004.9:46～47 [10] 胡綱衡，唐瑞球，江志敏.交流變頻調(diào)速的切換控制技術(shù)[J].電工技術(shù)雜志，2001（6）:43-45 [11] 吳小雨.恒壓變量供水裝置中PLC的應(yīng)用[J].低壓電器，2002，（1）:42-45 [12] 劉小春.恒壓供水系統(tǒng)控制及組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].中南大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008,4 [13] 張戟，單臺(tái)變頻器實(shí)現(xiàn)多臺(tái)水泵軟啟動(dòng)的恒壓供水方法[J].計(jì)算機(jī)

50、技術(shù)與自動(dòng)化，1999，4:18-20 附錄A PLC與變頻器接線圖 附錄B 控制系統(tǒng)主電路圖與控制電路圖 致謝詞 經(jīng)過幾個(gè)月的時(shí)間，經(jīng)過查資料、整理材料、寫作論文，最終論文得以完成，要感謝的人實(shí)在太多了，首先要感謝我的指導(dǎo)老師頡新春，因?yàn)檎撐氖窃陬R老師的悉心指導(dǎo)下完成的。本論文從選題到完成，每一步都在頡老師的指導(dǎo)之下，傾注了頡老師大量的心血。在此，謹(jǐn)向頡老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！謝謝頡老師在我撰寫論文的過程中給與我的極大地幫助。同時(shí)，論文的順利完成，離不開其它各位

51、老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。另外，要感謝在大學(xué)期間所有傳授我知識(shí)的老師，是你們的悉心教導(dǎo)使我有了良好的專業(yè)課知識(shí)，這也是論文得以完成的基礎(chǔ)。 通過此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了太多太多的知識(shí)，過去我們只是被動(dòng)的學(xué)習(xí)，老師教什么我們學(xué)什么，而在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中我們變被動(dòng)為主動(dòng)，根據(jù)設(shè)計(jì)的需要自己去學(xué)習(xí)去解決問題，對(duì)于不懂之處積極尋求答案，在此獲得很多老師的幫助；在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的任何問題都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅(jiān)持下去就可以找到思路去解決問題的；而且要學(xué)會(huì)與同學(xué)們一起合作，這樣會(huì)事半功倍。這些都為我們走向社會(huì)打了一個(gè)很好的基礎(chǔ)。 再次感謝我在大學(xué)傳授給我知識(shí)以及給我?guī)椭凸膭?lì)的老師，同學(xué)和朋友，謝謝你們!