PLC控制恒壓供水系統(tǒng)方案.doc

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高級技師職業(yè)資格鑒定論文 文章題目：PLC在控制恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用 姓 名： 劉恩龍 所 在 省 市： 山東省濟(jì)寧市兗州區(qū) 所 在 單 位： 山東省濟(jì)寧兗州通力輪胎有限公司 職業(yè)（工種）： 維 修 電 工 摘 要：本設(shè)計(jì)是針對居民生活用水/消防用水而設(shè)計(jì)的。由變頻器、PLC控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量。電動(dòng)機(jī)泵組由三臺(tái)水泵并聯(lián)而成，由變頻器或工頻電網(wǎng)供電，根據(jù)供水系統(tǒng)出口水壓和流量來控制變頻器電動(dòng)機(jī)泵組之間的切換及速度，使系統(tǒng)運(yùn)行在最合理的狀態(tài)，保證按需供水。采用PLC控制的變頻調(diào)速供水系統(tǒng)，由PLC進(jìn)行邏輯控制，由變頻器進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。通過PLC控制變頻與工頻切換，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓供水。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有壓力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠操作方便等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：供水系統(tǒng) 變頻器 PLC 目 錄 第一章 概述…………………………………………………………（1） 1-1 常見的供水方式及變頻恒壓調(diào)節(jié)的…………………………（1） 一、原理………………………………………………………………（1） 二、水泵選擇的一般性原則…………………………………………（1） 1-2 PLC、變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)方案………………………（3） 一、恒壓供水系統(tǒng)組成及主要自控設(shè)備的作用……………………（3） 二、方案特點(diǎn)…………………………………………………………（3） 三、變頻-工頻雙回路恒壓供水方案優(yōu)點(diǎn)……………………………（3） 四、設(shè)備選型及目的…………………………………………………（4） 第二章 硬件部分設(shè)計(jì)………………………………………………（6） 2-1硬件選擇…………………………………………………………（6） 一、PLC介紹…………………………………………………………（6） 二、變頻器介紹………………………………………………………（7） 2-2變頻驅(qū)動(dòng)方式和傳感變頻器的使用……………………………（7） 一、驅(qū)動(dòng)方式…………………………………………………………（7） 二、調(diào)節(jié)方式…………………………………………………………（7） 三、關(guān)于壓力傳感變頻器的使用……………………………………（8） 2-3 電動(dòng)機(jī)調(diào)速方案的比較…………………………………………（9） 一 、電動(dòng)機(jī)的選擇……………………………………………………（9） 二、模擬供水系統(tǒng)的擬定……………………………………………（10） 第三章 主電路設(shè)計(jì)…………………………………………………（11） 3-1 硬件電路………………………………………………………（11） 一、電路介紹…………………………………………………………（11） 二、控制流程圖………………………………………………………（14） 三、輸入輸出元件與PLC地址對照表………………………………（15） 第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………（17） 4-1 PLC程序設(shè)計(jì)……………………………………………………（17） 總結(jié)…………………………………………………………………（20） 致謝…………………………………………………………………（21） 參考文獻(xiàn)…………… ………………………………………………（22） 第一章 概述 變頻供水的一種典型方式是變頻恒壓供水。變頻恒壓供水時(shí)使用變頻器的調(diào)速功能通過調(diào)節(jié)供水的水泵的轉(zhuǎn)速，以維持供水始端壓力，變使之保持相對的恒定，故又稱恒壓供水?，F(xiàn)在變頻供水以逐步滲透到各種行業(yè)，品種也從單一簡單的變頻恒壓供水向?qū)I(yè)多功能和高級的變頻、變壓供水及職能化控制的方向發(fā)展。 基于觸摸屏和PLC作為控制變頻器作為驅(qū)動(dòng)調(diào)速的恒壓供水技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的技術(shù)而言具有節(jié)能效益明顯、控制和保護(hù)功能完善、可實(shí)現(xiàn)機(jī)組的軟件停機(jī)、輸入電壓范圍寬、電磁沖擊小、泵機(jī)運(yùn)行組合切換靈活方便等優(yōu)越性，目前廣泛應(yīng)用于水廠送水泵站、二次加壓站、工業(yè)鍋爐供水、小區(qū)和高樓給水、其他工業(yè)供水等領(lǐng)域。 觸摸屏和PLC在對現(xiàn)場系統(tǒng)和設(shè)備的自動(dòng)控制上顯示出令人鼓舞的優(yōu)勢，現(xiàn)代的供水系統(tǒng)已隨著微型計(jì)算機(jī)及電力電子技術(shù)的發(fā)展，在傳統(tǒng)的供水基礎(chǔ)上將觸摸屏、PLC和變頻器等應(yīng)用到其中，不斷的提高供水的質(zhì)量以及整個(gè)供水系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。 1-1 常見的供水方式及變頻恒壓調(diào)節(jié)的原理 一、原理 生產(chǎn)和生活中的供水方式有多種，常見的供水方式通常會(huì)設(shè)一臺(tái)或多臺(tái)泵；有多臺(tái)泵時(shí)會(huì)根據(jù)不同的用水量啟動(dòng)不同數(shù)量的泵運(yùn)行，供水水壓式波動(dòng)的。要保證供水質(zhì)量，穩(wěn)定供水出口（或管網(wǎng)）的壓力，變頻恒壓供水是最好的方式之一。 變頻恒壓供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)恒壓的工作過程和原理：安裝于供水管或主管道上的壓力傳感變送器將供水管網(wǎng)壓力轉(zhuǎn)換成4~20mA（0~20mA、0~10V）的標(biāo)準(zhǔn)電信號，送到PID調(diào)節(jié)器（或過程控制器、PLC、DCS等），經(jīng)過運(yùn)算處理后仍以標(biāo)準(zhǔn)電信號直接送到具有內(nèi)置PID調(diào)節(jié)功能的變頻器；變頻器根據(jù)調(diào)速的給定信號或?qū)毫鞲凶兯推鞯臉?biāo)準(zhǔn)電信號進(jìn)行運(yùn)算處理后，決定其輸出頻率實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動(dòng)典動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對供水的水量及供水壓力調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)了對供水管網(wǎng)的壓力調(diào)節(jié)，即實(shí)現(xiàn)恒壓供水。 實(shí)際應(yīng)用中，除了要實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)功能外，還需配備外圍輔助電路及PLC和觸摸屏控制系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)切換選擇等自動(dòng)控制功能，以保證自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)刻通過人工調(diào)節(jié)方式維持系統(tǒng)運(yùn)行，保證連續(xù)生產(chǎn)。 圖1-1 控制原理示意圖 二、水泵選擇的一般性原則 1.供水系統(tǒng)的水泵應(yīng)盡量選用先進(jìn)的低噪音、節(jié)能型水泵，不可采用淘汰產(chǎn)品。 2.根據(jù)實(shí)際流量、揚(yáng)程選泵?？紤]因磨損等原因造成水泵出力下降，可按計(jì)算所得的揚(yáng)程值乘以1.05~1.1后選泵，應(yīng)能保證水泵工作在高效率的地方。 3.對單位及小規(guī)模的供水系統(tǒng)因盡量減少泵的臺(tái)數(shù)，以用一臺(tái)為宜，且配小型氣壓罐；當(dāng)一臺(tái)運(yùn)行能滿足要求時(shí)，則不宜采用多臺(tái)泵并聯(lián)方式；若必須采用多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行或大小泵搭配方式時(shí)，其型號不宜太雜，臺(tái)數(shù)不宜過多，型號一般不宜超過兩種，泵的揚(yáng)程范圍應(yīng)相同；并聯(lián)運(yùn)行時(shí)仍能保證每臺(tái)泵在高效率范圍內(nèi)運(yùn)行 4.對于水廠及供水規(guī)模較大的供水系統(tǒng)及用水不均勻，且流量變化大的供水系統(tǒng)，則宜采用多臺(tái) 水泵組合供水，或多臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)，可按1或2臺(tái)進(jìn)行變頻調(diào)速其余為工頻恒速的方式運(yùn)行。 5.同一供水系統(tǒng)所配水泵的揚(yáng)程要相同，主供水泵之間的流量應(yīng)相同或相近，液壓泵流量和主供水泵流量的流量之比以不小于1/3為宜。 6.應(yīng)注意的問題：抽水揚(yáng)程越低，電機(jī)負(fù)荷越小—這是種錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí). 1-2 PLC、變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)方案 通常，生產(chǎn)和生活中常見的供水系統(tǒng)的控制并不復(fù)雜，但是對供水系統(tǒng)的質(zhì)量及可靠性卻有較為嚴(yán)格的要求。根據(jù)該供水系統(tǒng)的設(shè)備配置情況及供水系統(tǒng)的特點(diǎn)做如下方案：該自動(dòng)供水系統(tǒng)的控制核心采用PLC，并配置常規(guī)電氣配電控制系統(tǒng)。 一、恒壓供水系統(tǒng)組成及主要自控設(shè)備的作用 1.在主系統(tǒng)中配置一臺(tái)變頻器分別驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)泵，使兩臺(tái)均為雙主回路（變頻-工頻）的驅(qū)動(dòng)方式。 2.控制系統(tǒng)有壓力傳感器、壓力開關(guān)、液位控制器、PLC與觸摸屏及電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。 1） 壓力傳感器。用來測量供水水壓。 2） PID調(diào)節(jié)器。用來實(shí)現(xiàn)恒壓控制。 3） 壓力開關(guān)。作為水泵啟動(dòng)后能否投入供水系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的信號。 4） 液位控制器。用來監(jiān)視并向PLC傳遞供水水箱的液位信號。 PLC電氣控制系統(tǒng)用來完成整個(gè)供水系統(tǒng)的自動(dòng)控制。 二、方案特點(diǎn) 1.該供水系統(tǒng)控制方案可以在原有的供水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改造，也可以作為新建供水系統(tǒng)的控制方案。 2.采用PLC為控制核心，利用變頻器調(diào)速，控制面板采用常規(guī)的按鈕開關(guān)控制。 3.保護(hù)配置： 1） 水泵電動(dòng)機(jī)在工頻狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，受熱繼電器（過載）和空氣斷路器（短路、過電流）保護(hù)。 2） 水泵電動(dòng)機(jī)在變頻狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，受變頻器（過載、短路、過電流、過電壓、缺相）保護(hù)。變頻器又受空氣斷路器（短路、過電流）保護(hù)。 三、變頻-工頻雙回路恒壓供水方案優(yōu)點(diǎn) 1.具有自動(dòng)調(diào)節(jié)及控制功能。 2.可設(shè)置跳躍頻率避開管路的不良。 3.變頻系統(tǒng)與工頻控制系統(tǒng)互為備用，合理利用現(xiàn)有設(shè)備。 4.系統(tǒng)保護(hù)功能完善，如電機(jī)過電流、過載、過熱；電源缺相，過、欠電壓；電機(jī)接地故障；系統(tǒng)水壓過高、水壓過低；管網(wǎng)泄漏、堵塞等。 5.可設(shè)變頻、工頻自動(dòng)切換任務(wù)。 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)：傳感器、變頻器、PLC與觸摸屏及電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。 四、設(shè)備選型及目的 1.可編程控制器 整個(gè)控制系統(tǒng)的核心是PLC，選用日本三菱Fx2n-32MR-001可編程控制器。FX2n系列是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列。由于FX2n系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，F(xiàn)X2n系列三菱PLC可以為你的工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。 2.變頻器 變頻器連續(xù)調(diào)速功能是使用變頻器的追蹤速度模擬給定信號來改變輸出頻率功能，在此選擇的變頻器主要從其所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載特性、穩(wěn)定性、品牌、價(jià)格及用戶的要求幾個(gè)方面來考慮，本文選用三菱FR-A540-2.2KW-CH型變頻器。 3.其他 開關(guān)電源、繼電器、接觸器、變壓器、斷路器等設(shè)備均應(yīng)選用性能穩(wěn)定、質(zhì)量優(yōu)良的產(chǎn)品。 變頻系統(tǒng)的初次投資容易給投資者一種投資高、風(fēng)險(xiǎn)大的感覺，這主要是對變頻節(jié)能效果不很了解或?qū)⒆冾l系統(tǒng)的初次投資于傳統(tǒng)的一些如液力耦合、滑輪電機(jī)、變速等調(diào)速裝置的初次投資在為充分考慮節(jié)能效果及變頻器功能的情況下進(jìn)行比較，以及對變頻器的質(zhì)量、穩(wěn)定性、售后服務(wù)等還不太了解；變頻節(jié)能系統(tǒng)（裝置）在各類調(diào)速系統(tǒng)中使用時(shí)，其節(jié)能效果對于單臺(tái)設(shè)備可做到5%-75%，在風(fēng)機(jī)水泵這類設(shè)備的一般應(yīng)用的節(jié)能效果中，這些均值也可做到8%-50%，在未受到其他因素影響的情況下一般可取上限節(jié)能效果平均值，是在實(shí)際應(yīng)用中得到，權(quán)威性數(shù)據(jù)可由市場上公開出售的資料書查到；通過這些數(shù)據(jù)在進(jìn)行一些簡單的投資回收率的計(jì)算可知：變頻節(jié)能系統(tǒng)（裝置）的投資回收期一般為4-20個(gè)月。 采用變頻-工頻雙回路恒壓供水裝置及觸摸屏監(jiān)控使各類供水最大限度地得到經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定和持續(xù)的保障。 綜合上述，采用自動(dòng)化程度較高的變頻恒壓供水系統(tǒng)，不僅能夠最大限度地提高整個(gè)系統(tǒng)效率、延長壽命、節(jié)約能源，而且靈活性好，能構(gòu)成復(fù)雜的、功能強(qiáng)大的供水系統(tǒng)。 第二章 硬件部分設(shè)計(jì) 2-1 硬件選擇 一、PLC介紹 PLC即可編程控制器，是針對工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域開發(fā)設(shè)計(jì)的、適用于工業(yè)現(xiàn)場工作的、以現(xiàn)代微處理技術(shù)為核心的控制器。PLC的控制功能可以根據(jù)使用者所編輯的軟件的不同而不同，且可實(shí)現(xiàn)多種功能。 　從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 CPU的構(gòu)成 　　CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。 　　CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。 可編程控制器作為一種通用的自動(dòng)控制裝置。它在控制系統(tǒng)中具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 1、可靠性高：PLC平均無故障時(shí)間可達(dá)幾十萬小時(shí)，也就是說一臺(tái)PLC連續(xù)運(yùn)行30多年不出故障?？煽啃苑浅：谩? 2、具有豐富的I/O接口模塊。PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。 3、采用模塊化結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以為，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，有機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 4、對環(huán)境要求低：它對溫度，濕度要求不高，抗震和抗沖擊性能好，對電源電壓要求也不高，還有很強(qiáng)的抗電磁干擾能力。因此可以用于輸惡劣的環(huán)境中。 由于PLC強(qiáng)大功能和優(yōu)點(diǎn)，使得PLC在我國的工業(yè)自動(dòng)化中得到廣泛的應(yīng)用。 二、變頻器介紹 變頻器是以電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論在交流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用為基礎(chǔ)上發(fā)展起來的智能型的調(diào)速設(shè)備。變頻器原用于交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，其性能不僅超過以往的多種交、直流調(diào)速方式，而且結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、控制靈活、安裝調(diào)試使用方便、保護(hù)功能完善、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，并且極大地簡化了調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用，這也使得變頻器在各行各業(yè)的調(diào)速系統(tǒng)及節(jié)能降耗中被越來越多的使用。值得一提的是當(dāng)變頻器用在變轉(zhuǎn)矩的負(fù)載時(shí)，其節(jié)能效果尤為顯著，已經(jīng)成為變轉(zhuǎn)矩回轉(zhuǎn)設(shè)備節(jié)電的最佳方式及選擇，解決了傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)所無法解決的問題。變頻器在各種調(diào)速領(lǐng)域已逐漸成為必不可少的設(shè)備，并成為最有發(fā)展前途的一種交流調(diào)速方式。 2-2變頻驅(qū)動(dòng)方式和傳感變頻器的使用 一、驅(qū)動(dòng)方式 由于變頻器的價(jià)格比常規(guī)電氣設(shè)備高，故對于系統(tǒng)，從節(jié)省投資的角度考慮，可以采用“一拖二”或一拖三“等的驅(qū)動(dòng)方式，即只用一個(gè)變頻器，其額定功率按需進(jìn)行變頻驅(qū)動(dòng)的群泵中最大的額定功率考慮。本案例為一拖二的驅(qū)動(dòng)方式。 二、調(diào)節(jié)方式 為了保持供水管道的壓力恒定，使用的恒壓供水控制方式以單級PID調(diào)節(jié)為主要手段，也有的采用了模糊控制等現(xiàn)代控制理論方法。 一般情況下，PID的調(diào)節(jié)方式就能夠滿足恒壓供水管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。然而，這種類型的閉環(huán)系統(tǒng)也存在著一些難以解決的問題。如在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程中，水泵電動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)速度超調(diào)甚至不穩(wěn)定的現(xiàn)象，對整個(gè)的供水設(shè)備具有很大的破壞性，還會(huì)減小整個(gè)系統(tǒng)的效率。通常，這些問題是通過選用優(yōu)化的PID算法來解決，具體的說，最好是使用專業(yè)的智能儀表、過程控制器等。一般來說，專業(yè)的智能儀表、過程控制器的PID調(diào)節(jié)功能要比變頻器內(nèi)置的PID功能強(qiáng) 三、關(guān)于壓力傳感變頻器的使用 壓力傳感變送器的信號是弱電信號，其傳輸距離通常不易太長，同時(shí)不易與強(qiáng)電電纜近距離并行；傳輸距離太長及與強(qiáng)電電纜并行會(huì)使信號衰減，同時(shí)容易受干擾，不能反映真實(shí)的數(shù)據(jù)，還易出現(xiàn)故障。對于較小范圍的供水系統(tǒng)及單位供水系統(tǒng)等，在對供水壓力的控制精度無特殊要求的情況下，常用供水母管或供水出口的壓力作為反饋壓力，這樣做比較簡單，壓力傳感器的信號的傳輸距離也不長，也便于應(yīng)用；而對于大型及整個(gè)供水管網(wǎng)的壓力控制則選擇供水管網(wǎng)中的多點(diǎn)壓力或是終端壓力等作為反饋壓力，傳輸距離很長的會(huì)采用高級的信號傳輸系統(tǒng)，以保證信號的準(zhǔn)確性. 2-3 電動(dòng)機(jī)調(diào)速方案的比較 一 、電動(dòng)機(jī)的選擇 調(diào)速系統(tǒng)分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中選擇交流水泵電機(jī)，用調(diào)速系統(tǒng)來改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到恒壓供水的要求。故在此對交流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行比較選擇： 1．異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速 設(shè)定頻率不變，調(diào)節(jié)電機(jī)對數(shù)，即可使同步轉(zhuǎn)速得到調(diào)節(jié)，這是調(diào)速的方法。該方法有以下特點(diǎn)；它屬于有級調(diào)速，即調(diào)變式調(diào)速；要實(shí)施調(diào)速，必須通過外接定子繞組控制線路的切換來完成。這種調(diào)速方式適用于繞線式異步電動(dòng) 2．異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速 實(shí)現(xiàn)串級調(diào)速的方法是：轉(zhuǎn)子電路中，轉(zhuǎn)子繞組電動(dòng)勢與外加電動(dòng)勢迭加，由于是正弦電動(dòng)勢，因此要求附加電動(dòng)勢也是正弦電動(dòng)勢并有相同的頻率，要做到這一點(diǎn)技術(shù)難度相當(dāng)大，故通過大功率整流元件將正弦電動(dòng)勢變?yōu)橹绷?，而附加電?dòng)勢也是直流電動(dòng)勢，但附加電動(dòng)勢是由可控硅可控整流，通過控制可控制硅開通關(guān)端時(shí)間，來調(diào)整附加電動(dòng)勢的平均值即控制了轉(zhuǎn)子電路中的總電動(dòng)勢，這樣通過調(diào)節(jié)總電動(dòng)勢來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電流進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。在當(dāng)今社會(huì)出現(xiàn)了一種高功率因數(shù)串級調(diào)速系統(tǒng)，它采用了方脈沖觸發(fā)可控硅通斷的工作方式，較好的改進(jìn)了傳統(tǒng)的串級調(diào)速系統(tǒng)的一些固有缺點(diǎn)。這種調(diào)速方式適用于繞線式異步電機(jī)。 串級調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速性能好。當(dāng)電動(dòng)機(jī)減速時(shí)，轉(zhuǎn)子電路中的電能將通過逆變器反饋回電網(wǎng)，使減速過程中機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，無損失地送回電網(wǎng)。因此，這種調(diào)速方式節(jié)能效果顯著。 串級調(diào)速的缺點(diǎn)；由于串級調(diào)速系統(tǒng)使用了較多的開關(guān)元件與電網(wǎng)耦合連接，系統(tǒng)中高次諧波竄入電網(wǎng)嚴(yán)重；另外，系統(tǒng)功率因數(shù)低。串級調(diào)速系統(tǒng)僅適用于繞線式異步電機(jī)。 3．異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速 電動(dòng)機(jī)定子繞組的磁極對數(shù)一定，改變電源頻率，即可改變電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速。異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速總低于同步轉(zhuǎn)速，而且隨著同步轉(zhuǎn)速而變化。電源頻率增加，同步轉(zhuǎn)速增加，實(shí)際轉(zhuǎn)速也增加；電源頻率下降，電機(jī)轉(zhuǎn)速也下降，這種通過改變電源頻率實(shí)現(xiàn)的速度調(diào)節(jié)過程稱為變頻調(diào)速。 采用變頻電源供電構(gòu)成的變頻調(diào)速系統(tǒng)是具有高效率和高性能的調(diào)速系統(tǒng)。通過改變定子供電頻率，電機(jī)轉(zhuǎn)速可得到寬范圍的無級調(diào)節(jié)。對定子電壓（或電源）以及頻率按一定規(guī)律進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，可提高傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行特性。通過控制轉(zhuǎn)差率，電機(jī)可獲得較理想的快速響應(yīng)特性。一旦采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，整個(gè)拖動(dòng)及傳動(dòng)系統(tǒng)可獲得高精度及優(yōu)良的傳動(dòng)特性。變頻調(diào)速技術(shù)的通常意旨在：使用變頻調(diào)節(jié)器（簡稱變頻器）去拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)。主要運(yùn)行特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無級調(diào)速；電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流小，即實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)；方便地進(jìn)行加減速控制。 主要用途：較大幅度地節(jié)約電能；使控制傳動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)化、高性能化；提高生產(chǎn)效率，增加產(chǎn)量；改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量等。 二、模擬供水系統(tǒng)的擬定 本系統(tǒng)以六層樓宇供水為例，系統(tǒng)設(shè)水泵兩臺(tái)，供水由兩臺(tái)主、鋪泵交替循環(huán)運(yùn)行、壓力正常時(shí)用變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)泵運(yùn)行，壓力低是用一臺(tái)工頻運(yùn)行加一臺(tái)變頻運(yùn)行，壓力恢復(fù)正常時(shí)又切斷工頻只留一臺(tái)變頻運(yùn)行、這樣按照先開先停，后開后停的方式切換水泵、使水泵的壽命平衡。用一臺(tái)壓力傳感器來檢測誰的壓力，把壓力信號傳給變頻器的內(nèi)置PI來調(diào)節(jié)變頻器的輸出，從而改變水泵的轉(zhuǎn)速來控制供水壓力. 主水泵：選擇IS50-32-160A。主要參數(shù)為：流量Q=14m3/h，揚(yáng)程H=22m；配電動(dòng)機(jī)型號Y90L-2，功率P=2.2KW。 輔助水泵：選擇IS50-32-160A。主要參數(shù)為：流量Q=14m3/h，揚(yáng)程H=22m；配電動(dòng)機(jī)型號Y90L-2，功率P=2.2KW。 第三章 主電路設(shè)計(jì) 3-1 硬件電路 一、電路介紹 在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用一臺(tái)變頻器連接2臺(tái)電動(dòng)機(jī)，每臺(tái)水泵電機(jī)都有變頻／工頻兩種工作狀態(tài)，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)如圖（3-1）。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)接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)大機(jī)的額定電流來確定。對于有變頻／工頻兩種狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)，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)接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)小機(jī)的額定電流來確定。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。 圖 3-1 主電路 電氣控制系統(tǒng)接線原理圖及說明 1.端子SD、SE和5為輸出信號公共端，這些端子不要接地（見圖3-2）。 2.控制回路端子的接線應(yīng)使用屏蔽線或雙絞線，而且必須與主回路，弱電回路（含200V繼電器程序回路）分開布線。 3.由于控制回路的頻率信號是微小信號，所以在接點(diǎn)輸入場合，為了防止接觸不良，微小信號接點(diǎn)應(yīng)使用兩個(gè)并聯(lián)接點(diǎn)或合用雙生接點(diǎn)。 4.控制回路的接線建議選用0.3mm2-0.75mm2的電纜。 圖3-2 電氣控制系統(tǒng)接線原理圖 二、控制流程圖 圖3-3 控制流程 三、輸入輸出元件與PLC地址對照表 為實(shí)現(xiàn)以PLC為主的控制系統(tǒng)能很好的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，需要將現(xiàn)實(shí)中的外部設(shè)備與PLC中的軟元件相連接，其輸入輸出元件與PLC得對照如表3-1所示。 （表3-1） 輸入 輸入I/O口 輸入元件符號 輸入元件說明 X0 SB1 啟動(dòng)前準(zhǔn)備 X1 SB2 啟動(dòng) X2 SB3 停止 X3 KH1 水泵M1故障 X4 壓力下降，變頻器滿頻率運(yùn)行 X5 壓力上升，變頻器頻率下降 X6 SB6 方式選擇開關(guān) X10 SB7 水泵M1手動(dòng)工頻運(yùn)行 X11 SB8 水泵M2手動(dòng)工頻運(yùn)行 X12 KH2 水泵M2故障 X13 變頻器故障指令 輸出 輸出I/O口 輸出元件符號 輸出元件說明 Y0 L10 停止指示燈 Y1 KM1 準(zhǔn)備 Y2 KM2 M1變頻控制繼電器 Y3 KM3 M1工頻控制繼電器 Y4 KM4 M2變頻控制繼電器 Y5 KM5 M2工頻控制繼電器 Y6 L8 M1手動(dòng)工頻指示燈 Y7 L9 M2手動(dòng)工頻指示燈 Y10 L0 變頻器故障指示燈 Y11 L6 水泵M1故障指示燈 Y12 L7 水泵M2故障指示燈 第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4-1 PLC程序設(shè)計(jì) PLC是整個(gè)系統(tǒng)的核心，而PLC也要相應(yīng)的程序驅(qū)動(dòng)，該系統(tǒng)的程序如下： 總 結(jié) 通過這篇論文的學(xué)習(xí)，我深深的感受到PLC在社會(huì)上的應(yīng)用，也充分的讓我明白在當(dāng)今這個(gè)競爭激烈的社會(huì)，只有自己不斷的學(xué)習(xí)，你才不會(huì)被這個(gè)社會(huì)所淘汰，只有我們堅(jiān)持一個(gè)信念，勇往直前，不怕艱苦，不斷的提高自己，超越自己，我們才能成功！ PLC在城市建筑供水系統(tǒng)中的應(yīng)用，一方面它可以很方便的為用戶提供很好的服務(wù)，另一方面它可以為社會(huì)節(jié)省大量的水資源，間接的在國家省錢！如今的社會(huì)，工業(yè)飛速的發(fā)展，對于我們來說不進(jìn)則退。我們要學(xué)會(huì)適應(yīng)這個(gè)社會(huì)，那樣們才能體現(xiàn)自己的價(jià)值，為社會(huì)做出貢獻(xiàn)! 由于時(shí)間的倉促和本人技術(shù)水平的有限，在編寫和設(shè)計(jì)當(dāng)中難免會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤和不妥之處，希望各位讀者能夠及時(shí)批評指正！ 在即將畢業(yè)之際，我想借此機(jī)會(huì)對關(guān)心和支持我的所有人表示感謝！ 特別要感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)論文編寫過程中給予技術(shù)支持和幫助的各位老師！ 致 謝 本次設(shè)計(jì)是本人在學(xué)校中最后一次設(shè)計(jì)，在本次設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了很多東西——查閱資料、了解了三菱可編程控制器的工作原理及應(yīng)用方法、對PROTEL軟件的使用、對硬件的設(shè)計(jì)以及對PLC的編程等方面都有了很大的提高，這對我的學(xué)習(xí)實(shí)踐能力也得到了鍛煉，對今后我的工作學(xué)習(xí)有很大的幫助。 幾經(jīng)易稿，論文近日終于得以順利完成，在論文收集資料的過程以及軟、硬件的設(shè)計(jì)過程中我得到了許多領(lǐng)導(dǎo)、老師和同學(xué)的關(guān)心、幫助和支持，在此表示我忠心的感謝！特別是得到了呂寧老師悉心指導(dǎo)。正是由于領(lǐng)導(dǎo)和老師的悉心督促，論文才得以順利成稿。老師的嚴(yán)格要求讓我開拓了視野，拓寬了知識(shí)面。而他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、廣博的知識(shí)和精益求精的工作作風(fēng)將令我受益終生，在此特意表達(dá)我對院領(lǐng)導(dǎo)和老師的深深謝意！ 最后還要感謝電氣工程學(xué)院的各位領(lǐng)導(dǎo)、老師!在學(xué)校的專科學(xué)習(xí)階段沒有他們的關(guān)心和培養(yǎng)，我的學(xué)業(yè)和論文就難以順利完成！ 由于本人水平有限，恒壓供水系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)涉及的內(nèi)容也比較廣泛,文中不妥之處再所難免，懇請老師批評指正！ 參考文獻(xiàn) 1. 嚴(yán)盈富 主編，觸摸屏與PLC入門，北京：人民郵電出版社，2006 2. 楊公源 主編，常用變頻器應(yīng)用實(shí)例，北京：電子工業(yè)出版社，2006 3. 張燕賓主編，變頻器調(diào)速應(yīng)用實(shí)例，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 4. 陳天民主編，PLC、觸摸屏及變頻器綜合運(yùn)用，北京：中國電力出版社，2007 5. 瞿彩萍 主編，PLC應(yīng)用技術(shù)（三菱），北京：中國社會(huì)保障出版社，2006 6. 唐修波 主編，變頻技術(shù)及應(yīng)用，北京：中國社會(huì)保障出版社，2006 7. 三菱電機(jī)株式會(huì)社，三菱電機(jī)變頻調(diào)速使用手冊 8. 劉守操 編著，可編程序控制器與變頻技術(shù)，廣州：廣東省電工技能鑒定所，1999