恒壓供水畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

目錄 摘要 I ABSTRACT .II 緒論 1 1 變頻恒壓供水系統(tǒng)介紹 .2 1.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)意義和目的.2 1.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn).2 2 變頻恒壓供水的理論分析 .4 2.1 水泵的工作原理.4 2.2 供水電機(jī)的搭配.4 2.3 恒壓供水系統(tǒng)的能耗分析.5 2.4 供水系統(tǒng)的安全性問題.7 2.4.1 水錘效應(yīng)7 2.4.2 水錘效應(yīng)的產(chǎn)生原因7 2.4.3 水錘效應(yīng)的消除8 2.4.4 延長水泵壽命的其他因素8 3 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) .9 3.1 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的構(gòu)成方案.9 3.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案10 3.3 參數(shù)的計(jì)算與供水設(shè)備選型11 3.3.1 水泵的參數(shù)計(jì)算與型號(hào)的選擇.11 3.3.2 變頻器的選擇.11 3.3.3 壓力傳感器的選擇.13 3.3.4 水位傳感器的選擇.14 3.3.5 其他低壓電器的選擇.14 3.4 PLC 的選型15 3.4.1 I/O 點(diǎn)的統(tǒng)計(jì) .15 3.4.2 PLC 選型的基本原則 .16 3.4.3 I/O 的分配 .16 3.5 系統(tǒng)硬件線路設(shè)計(jì)17 3.6 PID 參數(shù)的預(yù)置 18 4 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 20 4.1 邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法20 4.2 編程軟件的簡單介紹20 4.3 恒壓供水系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計(jì)21 4.4 經(jīng)濟(jì)效益分析25 5 總結(jié)與期望 26 5.1 總結(jié)26 5.2 展望26 參考文獻(xiàn) .27 致謝 .29 附錄 語句表 30 I 摘要 隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)也對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了 更高的要求。城市供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個(gè)重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng) 濟(jì)性直接影響到用戶的正常工作和生活。隨著人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性要求的 不斷提高，利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)出高性能、高節(jié)能、 能適應(yīng)供水廠復(fù)雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)。 本文首先根據(jù)管網(wǎng)和水泵的運(yùn)行特性曲線，闡明了供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理； 具體分析了變頻恒壓水供水的原理及系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，通過研究和比較，得出結(jié)論:變頻 調(diào)速是當(dāng)今國際上一項(xiàng)效益最高、性能最好、應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的電機(jī)調(diào)速技術(shù)。 因此本文以采用變頻器和 PLC 組合構(gòu)成系統(tǒng)的方式，以某居民小區(qū)水泵電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 為對(duì)象，逐步闡明如何實(shí)現(xiàn)水壓恒定供水。 主要進(jìn)行了控制系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)，控制電路設(shè)計(jì)。對(duì)輸入輸出點(diǎn)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，共 有 13 個(gè)輸入輸出點(diǎn)，根據(jù) PLC 的選型原則，設(shè)備選用了在生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的西門子 公司生產(chǎn)的 S7-200 系列(CPU222)的 PLC 和 MM430 泵類專用的變頻器，利用變頻器的本身 自有的軟啟動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的啟動(dòng)。在控制過程中，電控系統(tǒng)由 S7-200 完成，PID 控制由變頻器的內(nèi)置 PID 控制方式完成，根據(jù)控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)和控制要求，結(jié)合變 頻器的功能參數(shù)表預(yù)置了相關(guān)的參數(shù)。在介紹了 PLC 的編程方法的基礎(chǔ)上，選用了適合 初學(xué)者的邏輯代數(shù)編程，寫出了恒壓變頻供水的邏輯代數(shù)，并設(shè)計(jì)了梯形圖。最后對(duì)恒 壓供水進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益分析，分析的結(jié)果表明具有明顯的節(jié)能效益。 關(guān)鍵詞：恒壓供水，變頻調(diào)速，PLC，設(shè)計(jì) II ABSTRACT As Chinas social and economic development, urban construction and development very quickly, but also the construction of infrastructure facilities has put forward higher requirements. City water supply system construction is one of the important aspects of the water supply reliability and stability, the economy of a direct impact on the users normal work and life. As people on the water quality and water supply systems in the continuous improvement of reliability requirements, the use of advanced automation technology, control technology and communication technology, design a high-performance, high-energy, water supply plants to adapt to the complex environment of constant pressure water supply Systems become an inevitable trend. Firstly, according to the operation of pipeline and pump characteristic curve illustrates the energy supply system frequency control theory; detailed analysis of the principle of variable frequency and constant pressure water supply system of the structure, through research and comparison, concluded: frequency modulation Speed is a benefit on todays international, highest performance, most widely, the most promising of the motor speed control technology. This article combined to constitute a frequency converter and PLC systems approach to a residential area for the object pump motor control system, step by step to clarify how to achieve constant pressure water supply. Mainly for the control system design of the main circuit, control circuit design. The input and output points to the statistics, a total of 13 input and output, the PLC in accordance with the principle of selection, equipment selection in the production of the most widely produced by Siemens S7-200 series (CPU222) of the PLC and pumps for MM430 The converter, using its own frequency converter itself to achieve the soft-start the pump motor launch. In the control process, the electronic control system completed by the S7-200, PID control by the converter built-in PID control manner, in accordance with control system software and hardware design and control requirements, combining the functions of converter table preset parameters of the relevant parameters. After the introduction of the PLC programming methods, based on the choice of the logic of algebra for beginners programming, the constant pressure to write the logic of algebra frequency of water supply and design of the ladder .The results show that the correctness of the design process. Finally, constant pressure water supply to an economic analysis, analysis showed that a significant energy saving benefits. Key words: Water Supply Frequency Control PLC design 1 緒論 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水對(duì)人們的生活和工業(yè)生產(chǎn)越來越重要，人們對(duì)供水的 質(zhì)量和安全可靠性的要求不斷提高。而用戶的用水量是不斷變化的，導(dǎo)致供水不足或供 水過剩的情況時(shí)有發(fā)生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水壓力上，即用水多 而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則壓力大。保持供水壓力的恒定，可使供水和 用水之間保持平衡，即用水多時(shí)供水也多，用水少時(shí)供水也少，從而提高了供水的質(zhì)量。 人民生活水平的日趨提高，新技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備不斷地應(yīng)用 ，使給供水設(shè)計(jì)得到了發(fā)展的 機(jī)遇，當(dāng)前住宅建筑的小區(qū)規(guī)劃趨向于更具人性化的多層次住宅組合，不再僅僅追求立 面和平面的美觀和合理，而是追求空間上布局的流暢和設(shè)計(jì)中貫徹以人為本的理念，特 別是在市場經(jīng)濟(jì)的浪潮中，力求土地使用效率的最大化。于是選擇一種符合各方面規(guī)范、 衛(wèi)生安全而又經(jīng)濟(jì)合理的樓宇恒壓供水方式，對(duì)我們給供水設(shè)計(jì)帶來了新的挑戰(zhàn) 。 變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。目前國外的恒壓供水 系統(tǒng)變頻器成熟可靠，恒壓控制技術(shù)先進(jìn)。國外變頻供水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)主要采用一臺(tái)變 頻器只帶一臺(tái)水泵機(jī)組的方式。這種方式運(yùn)行安全可靠，變壓方式更靈活。此方式的缺 點(diǎn)必是電機(jī)數(shù)量和變頻的數(shù)量一樣多，投資成本高。 目前國內(nèi)有不少公司在從事進(jìn)行變頻恒壓供水的研制推廣，國產(chǎn)變頻器主要采用進(jìn) 口元件組裝或直接進(jìn)口國外變頻器，結(jié)合 PLC 或 PID 調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)恒壓供水，在小容量、 控制要求低的變頻供水領(lǐng)域，國產(chǎn)變頻器發(fā)展較快，并以其成本低廉的優(yōu)勢(shì)占領(lǐng)了相當(dāng) 部分小容量變頻恒壓供水市場。但在大功率大容量變頻器上，國產(chǎn)變頻器有待于進(jìn)一步 改進(jìn)和完善。 2 1 變頻恒壓供水系統(tǒng)介紹 1.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)意義和目的 變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)以其節(jié)能、安全、供水高品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用，恒 壓供水調(diào)速系統(tǒng)可依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，保持水恒定以滿足用水 要求，是當(dāng)今先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)，在短短幾年內(nèi)，調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了 一個(gè)逐步完善的發(fā)展過程，早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸被多泵系統(tǒng)所代替，投資更為 節(jié)省，運(yùn)行效率更高，成為主導(dǎo)產(chǎn)品。自從通用變頻器問世以來，變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè) 領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu) 點(diǎn)，使我國供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn) 行參數(shù)，在用水量變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、最合理的節(jié)能 型供水系統(tǒng)。恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的。例如在某些生產(chǎn)過 程中，若自來水供水因故壓力不足或短時(shí)斷水，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)使產(chǎn)品報(bào)廢 和設(shè)備損壞。又如發(fā)生火災(zāi)時(shí)，若供水壓力不足或者無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引 起重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。把先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用到供水 領(lǐng)域，成為對(duì)供水企業(yè)新的要求。在大力提倡節(jié)約能源的今天，研究高性能、經(jīng)濟(jì)型的 恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)。所以，對(duì)于某些用水區(qū)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低能耗、信息共享，采 用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。 1.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 相對(duì)與傳統(tǒng)的加壓供水方式，變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)突出的體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1) 高效節(jié)能 變頻恒壓供水系統(tǒng)的最顯著優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)約電能，節(jié)能量通常在 10-40%。從單臺(tái)水泵 的節(jié)能來看，流量越小，節(jié)能量越大。 (2) 恒壓供水 變頻恒壓供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定而流量可在大范圍內(nèi)連續(xù)變化，從而可 以保證用戶任何時(shí)候的用水壓力，不會(huì)出現(xiàn)在用水高峰期熱水器不能正常使用的情況。 (3) 安全衛(wèi)生 3 系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)供水后，用戶的水全部由管道直接供給，取消了水塔、天面水池、氣 壓罐等設(shè)施，避免了用水的“二次污染” ，取消了水池定期清理的工作。 (4) 自動(dòng)運(yùn)行、管理簡便 新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)具備了過流、過壓、欠壓、欠相、短路保護(hù)、瞬時(shí)停 電保護(hù)、過載、失速保護(hù)、低液位保護(hù)、主泵定時(shí)輪換控制、密碼設(shè)定等功能，功能完 善，全自動(dòng)控制，自動(dòng)運(yùn)行，泵房不設(shè)崗位，只需派人定期檢查、保養(yǎng)。 (5) 延長設(shè)備壽命、保護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定 使用變頻器后，機(jī)泵的轉(zhuǎn)速不再是長期維持額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，減少了機(jī)械磨損，降低 了機(jī)泵故障率，而且主泵定時(shí)輪換控制功能自動(dòng)定時(shí)輪換主泵運(yùn)行，保證各泵磨損均勻 且不銹死，延長了機(jī)泵使用壽命。變頻器的無級(jí)調(diào)速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了機(jī)泵軟啟動(dòng)，避免了 電機(jī)開停時(shí)的大電流對(duì)電機(jī)線圈和電網(wǎng)的沖擊，消除了水泵的水錘效應(yīng)。 4 2 變頻恒壓供水的理論分析 2.1 水泵的工作原理 供水所用水泵主要是離心泵，普通離心泵如圖 2.1 所示，葉輪安裝在泵 2 內(nèi)，并緊固 在泵軸 3 上，泵軸由電機(jī)直接帶動(dòng)，泵殼中央有一液體吸入口 4 與吸入管 5 連接，液體 經(jīng)底閥 6 和吸入管進(jìn)入泵內(nèi)，泵殼上的液體排出口 8 與排出管 9 連接。 在泵啟動(dòng)前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體:啟動(dòng)后，葉輪由軸帶動(dòng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片間的 液體也必須隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以 高速離開葉輪外緣進(jìn)入泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴(kuò)大而減速，又將部分動(dòng) 能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場所。液體由葉輪中心流 向外緣時(shí)，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓 力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中。可見，只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，液體便會(huì)不斷地被吸入和 排出。 12 3 4 6 8 7 910 5 1-葉輪 2-泵殼 3-泵軸 4-吸入口 5-吸入管 6-單頂?shù)组y 7-濾網(wǎng) 8-排出口 9-輸出管 10-調(diào)節(jié)閥 圖2-1 離心泵結(jié)構(gòu)示意圖 2.2 供水電機(jī)的搭配 供水電機(jī)驅(qū)動(dòng)離心泵運(yùn)行，和離心泵共同組成了供水系統(tǒng)的整體，電機(jī)的配置主要 以水泵供水負(fù)載來決定。電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械所需要的功率來選擇，盡量使電 動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)行。選擇時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn): 5 (1) 如果電動(dòng)機(jī)功率選得過小，就會(huì)出現(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象，造成電動(dòng)機(jī)長期過 載，使其絕緣因發(fā)熱而損壞，甚至電動(dòng)機(jī)被燒毀。 (2) 如果電動(dòng)機(jī)功率選得過大，就會(huì)出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，其輸出機(jī)械功率不 能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不高，不但對(duì)用戶和電網(wǎng)不利，而且還會(huì)造成電能 浪費(fèi)。 因此，要正確選擇電動(dòng)機(jī)的功率， 對(duì)恒定負(fù)載連續(xù)工作方式，如果知道負(fù)載的功率 (生產(chǎn)機(jī)械軸上的功率)（kW），可按式(2-1)計(jì)算所需電動(dòng)機(jī)的功率(kW)： 1 pP (2-1) 112 /pp 式中，為生產(chǎn)機(jī)械的效率，為電動(dòng)機(jī)的效率，即傳動(dòng)效率。 1 2 按上式求出的功率，不一定與產(chǎn)品功率相同。因此，所選電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)等于 或稍大于計(jì)算所得的功率。 2.3 恒壓供水系統(tǒng)的能耗分析 在供水系統(tǒng)中，最根本的控制對(duì)象是流量。因此，要討論節(jié)能問題，必須從考察調(diào) 節(jié)流量的方法入手。常見的方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種。供水系統(tǒng)中對(duì)水壓流 量的控制，傳統(tǒng)上采用閥門調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。由于水泵的軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此水 泵用變頻器來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速能實(shí)現(xiàn)壓力或流量的自動(dòng)控制，同時(shí)可獲得大量節(jié)能。閉環(huán)恒壓 供水系統(tǒng)正越來越多地取代高位水箱、水塔等設(shè)施及閥門調(diào)節(jié)。 (1) 閥門控制法：通過關(guān)小或開大閥門來調(diào)節(jié)流量，而轉(zhuǎn)速保持不變。 閥門控制法的實(shí)質(zhì)是水泵本身的供水能力不變，而是通過改變水路中的阻力大小來 強(qiáng)行改變流量，以適應(yīng)用戶對(duì)流量的要求。這時(shí)，管阻特性將隨閥門開度的改變而改變， 但是揚(yáng)程特性不變。 如圖2-2所示，設(shè)用戶所需流量QX為額定流量的60%(即QX=60%QN)。當(dāng)通過關(guān)小閥門來 實(shí)現(xiàn)時(shí)，管阻特性將改變?yōu)榍€，而揚(yáng)程特性則仍為曲線，故供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)移 至E點(diǎn)，這時(shí)，流量減小為QE(=Qx)；揚(yáng)程增加為HE；供水功率PC與面積ODEJ成正比。 6 J K O G E N C Q H 閥門關(guān)小 閥門全開 轉(zhuǎn)速下降 穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 QEQN DA 圖2-2 調(diào)節(jié)流量的方法與比較 (2) 恒壓控制法：即通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度保持不變，也稱 為轉(zhuǎn)速控制法。 轉(zhuǎn)速控制法的實(shí)質(zhì)是通過改變水泵的供水能力來適應(yīng)用戶對(duì)流量的要求。當(dāng)水泵的 額定轉(zhuǎn)速改變時(shí)，揚(yáng)程特性將隨之改變，而管阻特性不變。 以用戶所需流量等于 60%Qn 為例，當(dāng)通過降低轉(zhuǎn)速使得 Qx=60%Qn 時(shí)，揚(yáng)程特性仍為 曲線，故工作點(diǎn)移向 C 點(diǎn)。這時(shí)流量減小為 QE（=Qx），揚(yáng)程減小為 Hc，供水功率 PC 與面積 0DCK 成正比。 比較上述兩種調(diào)節(jié)流量的方法可以看出，在所需流量小于額定流量(Qx用水需求 QU，則壓力上升（P）； 如：供水能力 QG用水需求 QU，則壓力上升（P）； 如：供水能力 QG=用水需求 QU，則壓力上升（P 不變）。 可見，供水能力與用水需求之間的矛盾具體地反映在流體壓力的變化上。從而，壓 7 力就成為了用來作為控制流量大小的參變量。就是說，保持供水系統(tǒng)中某處的壓力的恒 定，也就保證了使該處的供水能力和用水流量處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了用戶所 需的用水流量，這就是恒壓供水所要達(dá)到的目的。 為了變頻器不跳閘保護(hù)，現(xiàn)場使用當(dāng)中的許多變頻器加減速時(shí)間的設(shè)置過長，它所 帶來的問題很容易被設(shè)備外表的正常而掩蓋，但是變頻器達(dá)不到最佳運(yùn)行狀態(tài)。所以現(xiàn) 場使用時(shí)要根據(jù)所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載性質(zhì)不同，測試出負(fù)載的允許最短加減速時(shí)間，進(jìn)行設(shè)定。 對(duì)于水泵電機(jī)，加減速時(shí)間的選擇在 0.2-20 秒之間。 2.4 供水系統(tǒng)的安全性問題 2.4.1 水錘效應(yīng) 影響供水系統(tǒng)安全性的一大因素便是水錘效應(yīng)，所謂的水錘效應(yīng)就是在極短時(shí)間內(nèi)， 因水流量的急巨變化，引起在管道的壓強(qiáng)過高或過低的沖擊，并產(chǎn)生空化現(xiàn)象，使管道 受壓產(chǎn)生噪聲，猶如錘子敲擊管子一樣的現(xiàn)象。水錘效應(yīng)具有極大的破壞性，壓強(qiáng)過高， 將引起管道的破裂，反之，壓強(qiáng)過低又會(huì)導(dǎo)致管道的癟塌。此外，水錘效應(yīng)也可能破壞 閥門和固定件。在直接停機(jī)時(shí)，供水系統(tǒng)的水頭將克服電動(dòng)機(jī)的慣性而使系統(tǒng)急劇地停 止。這也同樣會(huì)引起壓力沖擊和水錘效應(yīng)。 2.4.2 水錘效應(yīng)的產(chǎn)生原因 產(chǎn)生水錘效應(yīng)的根本原因，是在啟動(dòng)和制動(dòng)過程中的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩太大.在啟動(dòng)過程中， 異步電動(dòng)機(jī)和水泵的機(jī)械特性如圖2-3a所示，圖中曲線1是異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，曲線 2是水泵的機(jī)械特性，陰影部分是動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩TJ(即兩者之差)。 1 2n T 0 n T 0 2 1 TJ TJ TNTN 8 （a）全壓啟動(dòng) （b）變頻啟動(dòng) 圖2-3 水泵的全壓啟動(dòng)與變頻啟動(dòng) 在拖動(dòng)系統(tǒng)中，決定加速過程的是動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 J T JML TTT 由圖2-3a可知，水泵在直接啟動(dòng)過程中，拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩寫的大小如陰影部分所 示，是很大的。所以，加速過程很快。 2.4.3 水錘效應(yīng)的消除 采用了變頻調(diào)速后，可以通過對(duì)升速時(shí)間的預(yù)置來延長啟動(dòng)過程，使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩大為 減小，如圖2-3b中所示。圖中，曲線簇1是異步電動(dòng)機(jī)在不同頻率下的機(jī)械特性，曲線2 是水泵的機(jī)械特性，中間的鋸齒狀線是升速過程中的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩(即不同頻率時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械 特性與水泵機(jī)械特性之差)。 在停機(jī)過程中，同樣可以通過對(duì)降速時(shí)間的預(yù)置來延長停機(jī)過程，使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩大為 減小，從而徹底消除了水錘效應(yīng)。 2.4.4 延長水泵壽命的其他因素 水錘效應(yīng)的消除，無疑可大大延長水泵及管道系統(tǒng)的壽命。此外，由于水泵平均轉(zhuǎn) 速下降、工作過程中平均轉(zhuǎn)矩減小的原因，使: (1) 葉片承受的應(yīng)力大為減小。 (2) 軸承的磨損也大為減小。 所以，采用了變頻調(diào)速以后，水泵的工作壽命將大大延長。 3 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 3.1 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的構(gòu)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(jī)組以及低壓電器組成。系統(tǒng)主要的設(shè)計(jì)任務(wù)是利用恒壓控制單元 使變頻器控制一臺(tái)水泵或循環(huán)控制多臺(tái)水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的軟啟動(dòng) 9 以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時(shí)還要能對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任 務(wù)要求，結(jié)合系統(tǒng)的使用場所，本次設(shè)計(jì)采用通用變頻器+PLC(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控 制)+人機(jī)界面+壓力傳感器的構(gòu)成方案。系統(tǒng)的構(gòu)成框圖如圖3-1所示。 PLC變頻器 壓力傳感器 工頻 變頻 用戶 蓄水池 1#泵 2#泵 備用泵 圖3-1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖 這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù) 交換；通用性強(qiáng)，由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同 控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計(jì)上，只需確定PLC的硬件配置和變頻器的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā) 生改變時(shí)，可以方便地通過PC機(jī)來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。同時(shí) 由于PLC的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。因此該系統(tǒng)能適用于 各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機(jī)組的容量大小無關(guān)。 3.2 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(tái)變頻器控制一臺(tái)水泵的簡單控制方案， 也有一臺(tái)變頻器控制幾臺(tái)水泵的方案，下面重點(diǎn)介紹一臺(tái)變頻器控制幾臺(tái)水泵的特點(diǎn)。 利用單臺(tái)變頻器控制多臺(tái)水泵的控制方案適用于大多數(shù)供水系統(tǒng)，是目前應(yīng)用中比 較先進(jìn)的一種方案。下面以單臺(tái)變頻器控制2臺(tái)水泵的方案來說明。該控制方案的控制原 理如圖3-2所示。 10 1 號(hào)泵變頻運(yùn)行 2 號(hào)泵停止 1 號(hào)泵變頻運(yùn)行 2 號(hào)泵工頻運(yùn)行 1 號(hào)泵工頻運(yùn)行 2 號(hào)泵變頻運(yùn)行 1 號(hào)泵停止 2 號(hào)泵變頻運(yùn)行 1 2 4 3 圖3-2 控制原理框圖 控制系統(tǒng)的工作原理如下:根據(jù)系統(tǒng)用水量的變化，控制系統(tǒng)控制2臺(tái)水泵按12 341的順序運(yùn)行，以保證正常供水。開始工作時(shí)，系統(tǒng)用水量不多，只有1號(hào)泵在變 頻器控制下運(yùn)行，2號(hào)泵處于停止?fàn)顟B(tài)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)1。當(dāng)用水量增加，變頻器輸 出頻率增加，則1號(hào)泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加，當(dāng)變頻器增加到最高輸出頻率時(shí)，表示只有1 臺(tái)水泵工作已不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過控制系統(tǒng)，1號(hào)泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換 到普通的交流電源，而變頻器電源啟動(dòng)2號(hào)泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)2。 當(dāng)系統(tǒng)用水高峰過后，用水量減少時(shí)，變頻器輸出頻率減小，若減至設(shè)定頻率時(shí)， 表示只有1臺(tái)水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過控制系統(tǒng)，可將1號(hào)泵電機(jī) 停運(yùn)，2號(hào)泵電機(jī)仍由變頻器電源供電，這時(shí)控制系統(tǒng)處于狀態(tài)3。 當(dāng)用水量再次增加，變頻器輸出頻率增加，則2號(hào)泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加，當(dāng)變頻器增 加到最高輸出頻率時(shí)，表示只有1臺(tái)水泵工作已不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過控 制系統(tǒng)的控制，2號(hào)泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動(dòng)1號(hào)泵電 機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4。 當(dāng)控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4時(shí)，用水量減少，變頻器輸出頻率減小，若減至設(shè)定頻率時(shí)， 表示只有1臺(tái)水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過控制系統(tǒng)的控制，可將2號(hào) 泵電機(jī)停運(yùn)，1號(hào)泵電機(jī)仍由變頻器供電，這時(shí)，控制系統(tǒng)又回到了狀態(tài)1。如此循環(huán)往 復(fù)的工作，以滿足系統(tǒng)用水的需要。 11 3.3 參數(shù)的計(jì)算與供水設(shè)備選型 3.3.1 水泵的參數(shù)計(jì)算與型號(hào)的選擇 查閱相關(guān)資料假設(shè)用水量標(biāo)準(zhǔn)為0.19/人日。每小時(shí)最大用水量為175.00/h。 3 m 3 m 根據(jù)10層樓高度35m，計(jì)算得 P =（0.08+0.04樓層數(shù)）MPa=0.48MPa 可確定設(shè)置供水壓力值為0.48MPa。 最后確定水泵型號(hào)為100DL3，共3臺(tái)(其中一臺(tái)做備用)，水泵自帶電動(dòng)機(jī)功率為 30kW。 3.3.2 變頻器的選擇 本系統(tǒng)選用 SIEMENS MM430 風(fēng)機(jī)水泵型變頻器，額定電壓為 380V500V，額定功率 35kW。MicroMaster430 系列變頻器是全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器中的風(fēng)機(jī)和泵類變轉(zhuǎn)矩負(fù)載專 家，功率范圍 7.5kW 至 250Kw。它由微處理器控制，并采用 IGBT 作為功率組件：運(yùn)行可 靠、功能多樣；脈沖調(diào)制頻率可調(diào)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行噪聲低；牢固的 EMC 設(shè)計(jì)；具有多個(gè)繼 電器輸出；具有多個(gè)模擬量輸出；6 個(gè)帶隔離的數(shù)字輸入，可切換為 PNPNPN；2 個(gè)模擬 量輸入：AINl： 010V、O 一 20mA ，AIN2： 010V、020mA； BiCo(二進(jìn)制互聯(lián))技 術(shù)。 (1) MM430變頻器介紹 MciorMaster430變頻器的端子接口分布如圖3-3所示。 RL1-A RL1-B RL1-C RL2-B RL2-C RL3-A RL3-B RL3-C 18 12 25 24 23 22 21 20 19 3 2 1 26 27 28 29 30 16 15 14 13 11 10 9 8 7 6 5 4 17 AOUT1+ AOUT1- PTCB PTCA 0V +10VN- P+ PE0V AOUT2- AOUT2+ DIN6 DIN5 DIN2 DIN3 DIN4 +24V AIN2+ AIN2- DIN1 AIN1- AIN1+ 31 32 3334 35 36 L1 L2 L3 U V W V V V F 12 圖3-3 MM430 端子接口分布圖 (2) 端子功能介紹 各端子的功能如表3-1所示。 表 3-1 端子功能表 引腳序號(hào)引腳名稱功能引腳序號(hào)引腳名稱功能 1+10V12AOUT1+ 20 電源電壓 13AOUT1- 模擬輸出1 3AIN1+14PTCA 4AIN1- 模擬輸入1 15PTCB 5DINN116DIN5 6DINN217DIN6 數(shù)字輸入 7DINN326AOUT2+ 8DINN4 數(shù)字輸入 27AOUT2- 模擬輸出2 9+24V 電源電壓 28PE 10AIN2+29P+ 11AIN2- 模擬輸入2 30P- RS-485 18RL1-A22RL2-C 19RL1-B23RL3-A 20RL1-C 輸出繼電 器的觸頭 24RL3-B 輸出繼電器的觸頭 13 21RL2-B25RL3-C 3.3.3 壓力傳感器的選擇 CYYB-120系列壓力變送器為兩線制420mA電流信號(hào)輸出產(chǎn)品。它采用CYYB-105系列 壓力傳感器的壓力敏感元件。經(jīng)后續(xù)電路給電橋供電，并對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放大、溫度補(bǔ) 償及非線性修正、V/I變換等處理，對(duì)供電電壓要求寬松，具有420mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。 一對(duì)導(dǎo)線同時(shí)用于電源供電及信號(hào)傳輸，輸出信號(hào)與環(huán)路導(dǎo)線電阻無關(guān)，抗干擾性強(qiáng)、 便于電纜鋪設(shè)及遠(yuǎn)距離傳輸，與數(shù)字顯示儀表、A/D轉(zhuǎn)換器及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接方 便。CYYB-120系列壓力變送器新增加了全密封結(jié)構(gòu)帶現(xiàn)場數(shù)字顯示的隔爆型產(chǎn)品?？蓮V 泛應(yīng)用于航空航天、科學(xué)試驗(yàn)、石油化工、制冷設(shè)備、污水處理、工程機(jī)械等液壓系統(tǒng) 產(chǎn)品及所有壓力測控領(lǐng)域。主要特點(diǎn)： （1）高穩(wěn)定性、高精度、寬的工作溫度范圍； （2）抗沖擊、耐震動(dòng)、體積小、防水； （3）標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出、良好的互換性、抗干擾性強(qiáng)； （4）最具有競爭力的價(jià)格。 3.3.4 水位傳感器的選擇 SL980-投入式液位變送器，廣泛用于儲(chǔ)水池、污水池、水井、水箱的水位測量，油 池、油罐的油位測量，江河湖海的深度測量。接受與液體深度成正比的液壓信號(hào)，并將 其轉(zhuǎn)換為開關(guān)量輸出，送給計(jì)算機(jī)、記錄儀、調(diào)節(jié)儀或變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)液位的全自 動(dòng)控制。主要特點(diǎn)是：安裝簡單，精度高，可靠性高，性能穩(wěn)定，能實(shí)現(xiàn)自身保護(hù)等。 3.3.5 其他低壓電器的選擇 (1) 斷路器的選擇 1），選擇。斷路器具有隔離,過電流及欠電壓等保護(hù)功能,當(dāng)變頻器的輸入 2 QF 3 QF 側(cè)發(fā)生短路或電源電壓過低等故障時(shí),可迅速進(jìn)行保護(hù)?？紤]變頻器允許的過載能力為 150%，時(shí)間為1min。所以為了避免錯(cuò)誤動(dòng)作， 斷路器的額定電流應(yīng)選 2 QF qn I 14 （A）1.31.46287 qnn II: 式中為變頻器的額定輸出電流。 n I 所以，選90A。 2 QF 3 QF 2) 斷路器選擇。在電動(dòng)機(jī)要求實(shí)現(xiàn)工頻和變頻切換驅(qū)動(dòng)的電路中，斷路器應(yīng)按 1 QF 電動(dòng)機(jī)在工頻下起動(dòng)電流來考慮，斷路器的額定電流應(yīng)選 1 QF qn I (A)2.52.5 60150 qnmn II 式中為電動(dòng)機(jī)的額定電流，=60A。 mn I mn I 所以選160A。 1 QF (2) 接觸器的選擇 接觸器的選擇應(yīng)考慮到電動(dòng)機(jī)在工頻下的起動(dòng)情況，其觸點(diǎn)電流通?？砂措妱?dòng)機(jī)的 額定電流再加大一個(gè)檔次來選擇，由于電動(dòng)機(jī)的額定電流為60A，所以接觸器的觸點(diǎn)電流 選70A即可。 3.4 PLC 的選型 3.4.1 I/O 點(diǎn)的統(tǒng)計(jì) PLC 一般采用循環(huán)掃描方式工作。當(dāng) PLC 上電后，首先進(jìn)行初始化處理，包括清除 I/O 及內(nèi)部輔助繼電器、復(fù)位所有定時(shí)器、檢查 I/O 單元的連接等。開始運(yùn)行之后，串行 地執(zhí)行存貯器中的程序，最后將運(yùn)算結(jié)果集中輸出。這個(gè)過程可以分為五個(gè)階段：自診 斷階段、通信處理階段、輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。 恒壓變頻供水控制系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)如表 3-2 所示。 表 3-2 I/O 統(tǒng)計(jì)表 輸入器件輸出器件 15 編號(hào)符號(hào)名稱編號(hào)符號(hào)名稱 1SB1 啟動(dòng) 1KM1 1#泵變頻 2SB2 停止 2KM2 2#泵變頻 3S1 液位傳感器 3KM3 1#泵工頻 4S2 變頻器達(dá)到上限 4KM4 2#泵工頻 5S3 變頻器達(dá)到下限 5KM5 備用泵工頻 6S4 1#水泵故障 6L1 報(bào)警指示燈 7S5 2#水泵故障 8SS6 變頻器故障 3.4.2 PLC 選型的基本原則 這是PLC應(yīng)用設(shè)計(jì)中很重要的一步，目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的PLC種類很多，在選用PLC時(shí) 應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面。 （1）規(guī)模要適當(dāng)； （2）功能要相當(dāng)，結(jié)構(gòu)要合理； （3）輸入，輸出功能及負(fù)載能力的選擇要正確； 根據(jù)以上原則，這次設(shè)計(jì)選擇西門子S7-200系列的CPU222AC/DC。 3.4.3 I/O 的分配 根據(jù)功能要求和工藝流程，我們統(tǒng)一了I/O接點(diǎn)的分配，分配表如表3-3所示。根據(jù) PLC口的分配，系統(tǒng)的控制要求以及合理利用I/O口的原則。 表 3-3 I/O 分配表 16 輸入器件輸出器件 I0.0 啟動(dòng)（SB0） Q0.0 驅(qū)動(dòng) KM1（1#泵變頻） I0.1 停止（SB1） Q0.1 驅(qū)動(dòng) KM2（2#泵變頻） I0.2 液位傳感器 Q0.2 驅(qū)動(dòng) KM3（1#泵工頻） I0.3 變頻器達(dá)到上限 Q0.3 驅(qū)動(dòng) KM4（2#泵工頻） I0.4 變頻器達(dá)到下限 Q0.4 驅(qū)動(dòng) KM5（備用泵工頻） I0.5 1#水泵故障 Q0.5 報(bào)警指示燈 I0.6 2#水泵故障 I0.7 變頻器故障 3.5 系統(tǒng)硬件線路設(shè)計(jì) 供水系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)如圖3-4所示，采用了一臺(tái)變頻器同時(shí)連接兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，所 以必須確保開關(guān)KM1和KM2電氣連鎖，連鎖功能由軟件和硬件實(shí)現(xiàn)。在變頻水泵出現(xiàn)問題 或緊急情況下，可以起用備用水泵。系統(tǒng)的控制線路如圖3-5所示。 17 圖3-4 主電路圖 KM1 L1 KM2KM3KM4 L2 L3 L4 L5 KM5 I0.0I0.7I0.6I0.5I0.4I0.3I0.2I0.1 24VDC MM1L+ 1L2LQ0.0Q0.4Q0.3Q0.2Q0.1Q0.5 接液 位傳 感器 接變 頻器 20號(hào) 端口 CPU222AC/DC KM2 KM3 KM1 KM4 KM1KM2 24V SB1 SB2 接變 頻器 21號(hào) 端子 接變 頻器 22號(hào) 端子 FR1FR2 220V 圖3-5 控制線路圖 3.6 PID 參數(shù)的預(yù)置 由于 SIEMENS MM430 變頻器自帶了 PID 模塊，我們不需要進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)， 只需進(jìn)行簡單的參數(shù)設(shè)置就可以了。首先將設(shè)置模擬輸入的 DIP 開關(guān) 1 撥到 ON 位置，選 擇為 420mA 輸入，將 DIP 開關(guān) 2 撥到 OFF 位置選擇電動(dòng)機(jī)的頻率，OFF 位置為 50Hz。 其它參數(shù)的設(shè)置如表 3-4 所示。 表 3-4 MM430 參數(shù)預(yù)置表 參數(shù)名稱參數(shù)名稱 P0003=2 用戶訪問級(jí)別為專家級(jí) P2255=100 PID的增益系數(shù) P0004=22 參數(shù)濾過，選擇PID應(yīng)用宏 P2256=100 PID微調(diào)信號(hào)的增益系數(shù) P0700=2 選擇命令源，選擇為端子控 制 P2257=10S PID設(shè)定值的斜坡加速時(shí)間 P1000=2 頻率設(shè)定選擇為模擬設(shè)定值 P2258=10S PID設(shè)定值的斜坡減速時(shí)間 18 P1080=5Hz 最小頻率 R2260=100% 顯示PID的總設(shè)定值 P1082=50Hz 最大頻率 R2261=3S PID設(shè)定值的濾波時(shí)間常數(shù) P2200=1 閉環(huán)控制選擇，PID功能有效 R2262=100% 顯示濾波后的PID設(shè)定值 P2231=1 允許存儲(chǔ)P2240的設(shè)定值 P2265=3S PID反饋立場撥時(shí)間常數(shù) P2240=75% 鍵盤給定的PID設(shè)定值 P2267=100 PID反饋信號(hào)的上限值 P2253=2250:0 選擇P2240的值作為PID給定 P2268=0 PID反饋信號(hào)的下限值 P2250=100% 顯示P2240的設(shè)定值輸出 P2269=100% PID反饋信號(hào)的增益 P2254=0.0 缺省值，對(duì)微調(diào)信號(hào)沒有選 擇 P2291=100 PID輸出的上限 P2292=0.00 PID輸出的下限 P2280=3.00 PID的比例增益系數(shù) P2285=7.00S PID的微分時(shí)間 P2294=100% 實(shí)際的PID控制器輸出 19 4 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 4.1 邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法 在繼電器接觸器控制線路中用邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法比較容易獲得設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)出來 的控制線路既符合工藝要求，又達(dá)到工作可靠、經(jīng)濟(jì)合理，因而得以廣泛的應(yīng)用。 邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)步驟如下 （1） 根據(jù)控制要求，列出輸入輸出及輔助繼電器等之間關(guān)系的狀態(tài)表； （2） 根據(jù)狀態(tài)表列寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式，并化簡； （3） 根據(jù)化簡后的邏輯表達(dá)式畫出梯形圖。 本設(shè)計(jì)采用的是邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法。 4.2 編程軟件的簡單介紹 STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，由西門子公司專為S7-200 系列PLC設(shè)計(jì)開發(fā)。它功能強(qiáng)大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時(shí)也可以實(shí)時(shí)監(jiān)控用 戶程序的執(zhí)行狀態(tài)?，F(xiàn)在加上全中文化程序后，可在中文的界面下進(jìn)行操作，用戶使用 起來更加方便。 STEP7-Micro/WIN32的基本功能是協(xié)助用戶完成開發(fā)應(yīng)用軟件的任務(wù)，例如創(chuàng)建用 戶程序，修改和編輯原有的用戶程序，編輯過程中編輯器具有簡單的語法檢查功能。同 時(shí)它還有一些工具性的功能，例如用戶程序的文檔管理和加密等。此外，還可直接用軟 件設(shè)置PLC的工作方式，參數(shù)和運(yùn)行監(jiān)控等。程序編輯過程中的語法檢查功能可以提前避 免一些語法和數(shù)據(jù)類型方面的錯(cuò)誤。 軟件的功能的實(shí)現(xiàn)可以在聯(lián)機(jī)工作方式（在線方式）下進(jìn)行，部分功能的實(shí)現(xiàn)也可 以在離線工作方式下進(jìn)行。 20 圖4-1 STEP7編程軟件圖標(biāo) S7-200PLC使用STEP7-Micro/WIN32編程軟件進(jìn)行編程。單擊圖4-1所示的編程軟件圖 標(biāo)可進(jìn)入如圖4-2所示的操作界面，在此界面可完成主程序，子程序，中斷程序的編制與 修改，完成程序編制后單擊保存，再單擊下載，程序即可供PLC使用。 圖4-2 STEP7-Micro/WIN32操作界面 4.3 恒壓供水系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計(jì) 在控制系統(tǒng)中，變頻器通過對(duì)電機(jī)出廠壓力點(diǎn)處設(shè)置的壓力變送器反饋信號(hào)，進(jìn)行 單閉環(huán)控制。PLC程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接受外部開關(guān)信號(hào)的輸入以及水池水位信號(hào)，判 斷當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)是否正常，然后執(zhí)行程序，由輸出信號(hào)去控制接觸器、繼電器和變頻 器等器件，以完成相應(yīng)的控制任務(wù)， PLC主要控制任務(wù)就是根據(jù)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)工頻和變 頻的切換。 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，經(jīng)過化簡后的各變量的邏輯表達(dá)式如下： (4-1) 0.00.00.10.20.5 MIIII (4-2) 0.10.30.10.20.6 MIIII (4-3) 0.3330.10.20.5 MT III 21 (4-4) 0.40.40.1 MII (4-5) 0.500.10.20.5 MC III (4-6) 0.7340.10.20.6 MT III (4-7) 1.310.1 MC I (4-8) 0.2 0.00.00.50.7 QMMMI (4-9) 0.10.10.60.7 QMMI (4-10) 0.20.30.40.7 QMMI (4-11) 0.30.71.30.7 QMMI (4-12) 0.40.50.6 QII (4-13) 0.50.50.6 QII 根據(jù)邏輯表達(dá)式（4-1）（4-13） ，設(shè)計(jì)的梯形圖如圖4-3所示。 22 23 24 圖4-3 主程序 4.4 經(jīng)濟(jì)效益分析 從流體力學(xué)原理知道，水泵供水流量與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及功率的關(guān)系為 11 22 Qn Qn 2 11 22 () Hn Hn 3 11 22 () Pn Pn 式中為供水流量，為揚(yáng)程，為電動(dòng)機(jī)軸功率，為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。QHPn 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)共有2臺(tái)30KW的水泵電動(dòng)機(jī)，假設(shè)沒天運(yùn)行16h，其中4h為額定轉(zhuǎn)速，其 余12h為80%額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，一年365天節(jié)約電能為 3 80 30 121365 100 W kWh=64124 kWh 25 若每1 kWh電價(jià)為0.60 元，一年可節(jié)約電費(fèi)為 0.6064124元=38474.4元 通過市場調(diào)查，本套恒壓供水系統(tǒng)的成本約為5萬元左右，兩年即可收回投資，運(yùn)行 多年經(jīng)濟(jì)效益將十分可觀。 5 總結(jié)與期望 5.1 總結(jié) 本課題主要研究的是某小區(qū)樓宇的恒壓供水。為此設(shè)計(jì)了一套具有高性能的變頻器 控制系統(tǒng)來代替原有的手動(dòng)啟動(dòng)、閥門控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)重點(diǎn)是根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的需求， 自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出頻率控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而保持系統(tǒng)工況壓力的穩(wěn)定。 根據(jù)供水的要求，此裝置屬于一拖二閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，且變頻器帶動(dòng)的電機(jī)可實(shí)現(xiàn)無 級(jí)調(diào)速。減少系統(tǒng)波動(dòng)現(xiàn)象和對(duì)電源電網(wǎng)的沖擊。此裝置在變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可自動(dòng) 關(guān)閉電動(dòng)閥門，系統(tǒng)退出變頻式運(yùn)行，以避免中斷供水。 在工頻方式運(yùn)行下，系統(tǒng)帶有降壓啟動(dòng)裝置，在工頻啟動(dòng)時(shí)，由于啟動(dòng)電流過大， 而避免對(duì)電網(wǎng)沖擊的影響，并可延長電機(jī)的使用壽命。裝置啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)與電動(dòng)閥門 同時(shí)開啟，停止時(shí)先關(guān)閉電動(dòng)閥門，電動(dòng)機(jī)延時(shí)停止，防止水錘現(xiàn)象，延長水泵使用壽 命。 5.2 展望 現(xiàn)有系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了供水系統(tǒng)的工況控制、調(diào)節(jié)和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控功能，將來還可以通過 對(duì)更多現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與傳輸，如電壓、電流、功率、水壓、水位、水流量等，通過開 發(fā)上位機(jī)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)具有綜合功能的供水自動(dòng)化控制與管理系統(tǒng)，提高后勤 管理能力。這部份工作有待在以后的學(xué)習(xí)與工作中來進(jìn)一步開展下去。 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)在逐漸走向成熟的過程中，仍然有必要對(duì)其進(jìn)行更深入的研究。 26 參考文獻(xiàn) 1 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.電子技術(shù)應(yīng)用,2000 2 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.四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2003 3 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.蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào),2000 4 吳民強(qiáng). 泵與風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù).水利電力出版社，1994 5 張燕賓. 變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐.機(jī)械工業(yè)出版社，2002 6 付娟. 交流調(diào)速技術(shù).電子工業(yè)出版社，2002 7 葉汝裕. 水泵風(fēng)機(jī)的節(jié)電及技術(shù)改造.重慶大學(xué)出版社，1998 8 徐士鳴. 泵與風(fēng)機(jī)原理與應(yīng)用.大連理工大學(xué)出版社，1992 9 陳伯時(shí). 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社，1992 10 周玉國. 變頻調(diào)速節(jié)能分析.東北電力技術(shù)，2004 11 吳浩烈. 電機(jī)及電力拖動(dòng)基礎(chǔ).重慶大學(xué)出版社，1996 12 黃俊，王兆安. 電力電子變流技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版，1933 13 王永華. 現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社,2003 14 許廖. 電器控制與 PLC 控制技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社,2005 15 陳建明. 電氣控制欲 PLC 應(yīng)用. 電子工業(yè)出版社，2006 16 李海發(fā). 電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ).清華大學(xué)出版社，2007 17 李向東. 電氣控制與 PLC.機(jī)械工業(yè)出版社,2005 18 Liu Meilian. PLC-Based Control System Design for Three-Dimensional Garage. Micro Computer Information,2009, 3-1:42-43 27 19 Chen Changfei,Yang Yupu. Design of Four-motor System Based on Variable Frequency Drive for Fly Frame.Process Automation Instrumentation.2006.5:54-56. 20 Li Guilan. Study on application of frequency converted speed control technology base on flow control of water pump.COALE ENGINEERING,2008.5:83-84 21 Zheng Yang，Li Wu and Xinfa Dong. Control System Design For Contant- pressure Water Supply.Second International Conference on MultiMedia and Information Technology，2010 22 Ding Chengsong , Cao Lijun. Self-adaptive Fuzzy PID Controller for Water Supply System .International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation，2010 28 致謝 對(duì)于這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成，我首先要感謝譚思云教授，是他細(xì)心的給我講解了 許多關(guān)于 PLC、變頻器、供水原理相關(guān)的知識(shí)，譚思云教授為我提供了大量的研究資料， 并給予了精心指導(dǎo)，從開題到實(shí)驗(yàn)研究到論文撰寫，提出了很多非常好的意見和建議。 本次設(shè)計(jì)能夠有較好的主體框架也得益于譚思云教授的指導(dǎo)，指導(dǎo)老師淵博的知識(shí)、嚴(yán) 謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、崇高的敬業(yè)精神與為人師表的風(fēng)范，使我受益匪淺，在此，謹(jǐn)向譚思云 教授表示我最衷心的感謝。最后，我要感謝關(guān)心我們畢業(yè)設(shè)計(jì)的系領(lǐng)導(dǎo)和各位老師以及 給予我不少幫助的同學(xué)，感謝你們四年來為我們付出的辛勤汗水,同時(shí)還要感謝學(xué)院圖書 館給我們提供的各種資料。 29 附錄 語句表 Network 1 / 1#泵變頻 LD I0.0 O M0.0 AN I0.2 AN I0.5 AN I0.1 = M0.0 Network 2 / 變頻器達(dá)到上限,2#泵變頻 LD I0.3 O M0.1 AN I0.2 AN I0.6 AN I0.1 = M0.1 Network 3 / 變頻器達(dá)到上限,2#泵變頻 LD I0.3 O M0.2 AN I0.2 AN I0.6 AN I0.1 = M0.2 Network 4 / 變頻器達(dá)到上限,2#泵變頻 30 LD M0.2 TON T33, +200 Network 5 / 變頻器達(dá)到上限,2#泵變頻 LD I0.3 LD M1.1 CTU C0, +2 Network 6 / 時(shí)間到,1#泵工頻 LD T33 O M0.3 AN I0.2 AN I0.5 AN I0.1 = M0.3 Network 7 / 變頻器達(dá)到下限,1#泵停止 LD I0.4 O M0.4 AN I0.1 = M0.4 Network 8 / 變頻器達(dá)到下限,1#泵停止 LD I0.4 LD M1.2 CTU C1, +2 Network 9 / 變頻器再次達(dá)到上限,1#泵變頻 LD C0 31 O M0.5 AN I0.2 AN I0.5 AN I0.1 = M0.5 Network 10 / 變頻器再次達(dá)到上限,2#泵停止 LD C0 O M0.6 AN I0.2 AN I0.5 AN I0.1 = M0.6 Network 11 / 變頻器再次達(dá)到上限,啟動(dòng)定時(shí) LD M0.5 AN I0.2 AN I0.5 TON T34, +200 Network 12 / 變頻器再次達(dá)到上限,1#泵變頻 LD M0.5 = M1.1 Network 13 / 時(shí)間到，2#泵工頻 LD T34 O M0.7 AN I0.2 32 AN I0.6 AN I0.1 = M0.7 Network 14 / 變頻器再次達(dá)到下限,2#泵停止 LD C1 O M1.3 AN I0.1 = M1.3 Network 15 / 變頻器再次達(dá)到下限,2#泵停止 LD M1.2 = M1.2 Network 16 / 1#泵變頻 LD M0.0 AN M0.2 O M0.5 AN I0.7 = Q0.0 Network 17 / 變頻器達(dá)到上限,2#泵變頻 LD M0.1 AN M0.6 AN I0.7 = Q0.1 Network 18 / 時(shí)間到,1#泵工頻 LD M0