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(lái)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

3、器拖動(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(lái)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(lái)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(guò)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…………………………………………….

5、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)…………………………………………………………… 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(lái)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(lái)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

8、作。控制過(guò)程繁瑣，而且手動(dòng)控制無(wú)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(kāi)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

9、電力電子技術(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(wú)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(wú)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(kāi)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(guò)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)

10、，實(shí)現(xiàn)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(guò)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(guò)程、控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，通過(guò)學(xué)習(xí)德國(guó)SIEM

11、ENS公司的S7-300的硬件及其編程語(yǔ)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(wèn)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

12、動(dòng)能消耗在水泵、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(wú)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(wú)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(lái)供水，并且把電機(jī)和水泵連成一體，通

15、過(guò)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(guò)改變定子供電頻率來(lái)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(guò)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)置濾波時(shí)

16、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(guò)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(guò)計(jì)算和轉(zhuǎn)換，計(jì)算出變頻器輸出頻率的增加值，該值就是為了

17、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(guò)程中該過(guò)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(guò)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)。壓力傳感器將管道中的水壓值變換成電信

18、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(guò)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(guò)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、CPU 模塊、信號(hào)模塊、功能

19、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(wú)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。 傳感器選用了設(shè)計(jì)中需要測(cè)量管道出口處的

20、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(kāi)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(shuō)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)完成后，不斷地循環(huán)調(diào)用OB1

21、，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(guò)程可以被某些事件中斷。在循環(huán)程序處理過(guò)程中，CPU 并不直接訪問(wèn)I/O 模塊中的輸入地址區(qū)和輸出地址區(qū)，而是訪問(wèn)CPU 內(nèi)部的輸入/輸出過(guò)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(kāi)關(guān)、24V電源端子、電池盒與存儲(chǔ)器模塊盒。 ②信號(hào)模塊（SM） 信號(hào)模塊是數(shù)字量輸

22、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(guò)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(guò)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)位置控制模塊、電子凸輪控制

23、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 Q0.2 消鈴按鈕 I

24、0.3 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)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變

25、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(lái)說(shuō)，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(kāi)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。目前市場(chǎng)上低壓通用變頻器品牌很

26、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。 選擇變頻器時(shí)，只有變頻器的額定電流是

27、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(guò)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(wú)故障狀態(tài)下負(fù)載總電流均不允許超過(guò)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)，要注意以下幾點(diǎn)： 變頻器功率值與電動(dòng)

28、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(guò)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 變頻器與PLC的連接如圖4.3-2所

29、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(lái)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(kāi)（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為晶體管輸出1端子與晶體管輸出2端子，為水

30、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)，敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生

31、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(guò)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(lái)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(lái)測(cè)量大氣壓力的儀表叫氣壓表。絕對(duì)壓力與大氣壓力之

32、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。 3.變

33、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(guò)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(kāi)關(guān)，來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)、變頻器的過(guò)流過(guò)載保護(hù)。空氣開(kāi)關(guān)的容量依據(jù)大電機(jī)的額定電流來(lái)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(kāi)關(guān)，來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的過(guò)流過(guò)載保護(hù)，空氣開(kāi)關(guān)的容量依據(jù)電機(jī)的額定電流來(lái)確定。接觸器KM1、KM3、KM5分別控制M1

34、、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(guò)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(kāi)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(guò)空氣開(kāi)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)于有變頻/工頻兩種狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)，一定要保證在工

35、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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)換電流，致使轉(zhuǎn)換無(wú)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(lái)操作，不得以主電路的通斷來(lái)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。控制電路中有獨(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(kāi)關(guān)SA來(lái)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)的停止按鈕。HL1、 HL3、HL5分別為三個(gè)泵

36、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(guò)程如下： A．手動(dòng)控制。萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)處于手動(dòng)位置時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)，合上電源開(kāi)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(kāi)始全壓?jiǎn)?dòng)，同時(shí)KM1的輔助常開(kāi)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(kāi)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SB2，線圈KM1斷電釋放，則KM1的主觸點(diǎn)斷開(kāi)

37、電源，同時(shí)輔助常開(kāi)觸電也斷開(kāi)，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(wú)法變頻運(yùn)行。 B．自動(dòng)控制。萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)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(kāi)關(guān)Q1、Q2，啟動(dòng)PLC，開(kāi)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(kāi)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(kāi)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) PLC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電

38、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(kāi)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(kāi)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(lái)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

39、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(guò)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(guò)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

40、機(jī)運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)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(guò)熱時(shí)，熱繼電器常開(kāi)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。 圖4.6 PID控制原理圖 PID控制器是一

41、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(guò)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(guò)大將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。 ②積分部分(I)表明控制器的輸出不僅與輸入控

42、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(lái)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(wú)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(wú)關(guān)，但與輸入量的導(dǎo)數(shù)成線性關(guān)系。它是用來(lái)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(lái)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。

43、 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(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，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(guò)專用通信電纜與PLC（下位機(jī)）進(jìn)行通信。在連接或斷開(kāi)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)

44、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(kāi)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(kāi)，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)，這兩個(gè)信號(hào)反饋給PLC的PID模塊，PLC根據(jù)這兩

45、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(xiě)、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)省了人力。

46、 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(guò)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(guò)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),具有很大的應(yīng)用價(jià)值。 隨著各方面技術(shù)的發(fā)展

47、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(lái)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(wú)線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸、通過(guò)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(guò)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:機(jī)械工業(yè)出版社:2006.2 [2] 甕維勤

48、，孫洪程.過(guò)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(kāi)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 [8] 金傳偉，毛宗源.變頻調(diào)速技術(shù)在水泵控制系

49、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(wèn)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)技術(shù)與自動(dòng)化，1999，4:18-20

50、 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(guò)幾個(gè)月的時(shí)間，經(jīng)過(guò)查資料、整理材料、寫(xiě)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(xiě)論文的過(guò)程中給與我的極大地幫助。同時(shí)，論文的順利完成，離不開(kāi)其它各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。另外，要感謝在大

51、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(guò)此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了太多太多的知識(shí)，過(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)程中出現(xiàn)的任何問(wèn)題都不要輕視，要通過(guò)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(wèn)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!