2021年plc恒壓供水自學(xué)考試本科畢業(yè)論文

1、 精編范文 plc恒壓供水自學(xué)考試本科畢業(yè)論文溫馨提示：本文是筆者精心整理編制而成，有很強(qiáng)的的實(shí)用性和參考性，下載完成后可以直接編輯，并根據(jù)自己的需求進(jìn)行修改套用。plc恒壓供水自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 本文簡介：本科畢業(yè)論文基于pLc和變頻器對(duì)恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考生姓名：準(zhǔn)考證號(hào)：專業(yè)層次：本科院（系）：機(jī)械工程學(xué)院指導(dǎo)教師：職稱：講師XX學(xué)院二OXX年X月X日摘要隨著國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人們的生活水平的逐步提高, 高層建筑的樓層不斷增高, 城區(qū)的面積不斷擴(kuò)大, 城市供水管線不斷延伸, 城市供水是系統(tǒng)面臨著越來越大的壓plc恒壓供水自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 本文內(nèi)容：本科畢業(yè)論文基于pLc和變頻器對(duì)恒壓

2、供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考生姓名：準(zhǔn)考證號(hào)：專業(yè)層次：本科院（系）：機(jī)械工程學(xué)院指導(dǎo)教師：職稱：講師XX學(xué)院二OXX年X月X日摘要隨著國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人們的生活水平的逐步提高, 高層建筑的樓層不斷增高, 城區(qū)的面積不斷擴(kuò)大, 城市供水管線不斷延伸, 城市供水是系統(tǒng)面臨著越來越大的壓力, 由于水壓不足, 嚴(yán)重影響了上述用戶的正常工作和生活。為了保障高層建筑和供水管線終端用戶能正常用水, 需要針對(duì)實(shí)際情況對(duì)上述用戶的供水系統(tǒng)增加壓力, 恒壓供水系統(tǒng)可有效地解決高層建筑和供水管線終端用戶水壓不足, 而影響正常供水問題。恒壓供水在日常生活中非常重要, 基于PLC和變頻器技術(shù)設(shè)計(jì)的生活恒壓供水控制系統(tǒng)可靠性高、效

3、率高、節(jié)能效果顯著、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。因?qū)崿F(xiàn)了恒壓自動(dòng)控制, 不需要操作人員頻繁操作, 節(jié)省了人力, 提高了供水質(zhì)量, 減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度, 可實(shí)現(xiàn)無人值班, 節(jié)約管理費(fèi)用。對(duì)整個(gè)供水過程來說, 系統(tǒng)的可擴(kuò)展性好, 管理人員可根據(jù)每個(gè)季節(jié)的用水情況, 選擇不同的壓力設(shè)定范圍, 不但節(jié)約了用水, 而且節(jié)約了電能, 達(dá)到了更優(yōu)的節(jié)能方式, 實(shí)現(xiàn)供水的最優(yōu)化控制和穩(wěn)定性控制。本論文根據(jù)中國城市小區(qū)的供水要求, 設(shè)計(jì)了一套基于PLC的變頻器對(duì)恒壓供水系統(tǒng),并利用組態(tài)軟件開發(fā)良好的運(yùn)行管理界面。變頻恒壓供水系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、水泵機(jī)組、壓力傳感器、工控機(jī)等構(gòu)成。關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速, 恒壓供水, PLC,

4、 組態(tài)軟BasedonpLcandfrequencyconverterforconstantpressurewatersupplysystemdesignABSTRACTWiththenationaleconomicconstructionandpeople”slivingstandardgraduallyenhancement,high-risebuildingfloorscontinuouslyincreased,urbanareaexpandsceaselessly,citywatersupplypipelineextendscontinuously,citywatersupplysys

5、temisfacingmoreandmorepressure,duetoinsufficientpressure,seriouslyaffectedthenormalworkandlifeofuser.Inordertoguaranteethehighbuildingandwatersupplypipelineterminaluserstonormalwater,needaccordingtotheactualsituationontheusersofthewatersupplysystemtoincreasepressure,constantpressurewatersupplysystem

6、caneffectivelysolvethehigh-risebuildingsandwatersupplypipelineterminaluserofinsufficientwaterpressure,andaffectthenormalwatersupplyproblems.Constantpressurewatersupplyindailylifeisveryimportant,basedonPLCandfrequencyconvertertechnologytodesignthelifeconstantpressurewatersupplycontrolsystemhashighrel

7、iability,highefficiency,obviousenergysavingeffect,fastdynamicresponse.Becauseoftherealizationofautomaticcontrol,operatingpersonneldonotneedfrequentoperation,savingmanpower,improvewaterquality,reducelaborintensity,canrealizeunattended,saveadministrativecosts.Onthewholeprocessofwatersupply,thesystemha

8、sgoodexpansibility,managerscanaccordingtoeachseasonthewatersituation,chooseadifferentpressuresettingrange,notonlysaveswater,butalsosavesenergy,achievebetterenergysavingway,realizewatersupplyoptimalcontrolandstabilitycontrol.ThisthesisaccordingtotheChinesecityresidentialwaterdemand,designedasetbasedo

9、nthePLCinverterforconstantpressurewatersupplysystem,andtheuseofconfigurationsoftwaretodevelopgoodmanagementinterface.Frequencyconstantpressurewatersupplysystembyprogrammablecontroller,frequencyconverter,waterpump,apressuresensor,theIPC.Keywords：Variablefrequencyspeedcontrol,Constantpressurewatersupp

10、ly,PLC,configurationsoftware目錄摘要IABSTRACTII1緒論11.1課題的提出11.3PLC概述21.3.1可編程控制器的定義21.3.2PLC的發(fā)展和應(yīng)用21.4本課題的主要研究內(nèi)容32系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定42.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析42.1.1電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理42.1.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理42.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成及原理圖63系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)93.1系統(tǒng)主要設(shè)備的選型93.2系統(tǒng)主電路分析及其設(shè)計(jì)93.3系統(tǒng)控制電路分析及其設(shè)計(jì)113.4PLC的I/O端口分配及外圍接線圖134系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)164.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析164.2PLC程

11、序設(shè)計(jì)164.2.1控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)174.2.2控制系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)204.3PID控制器參數(shù)整定234.3.1PID控制及其控制算法234.3.2PID參數(shù)整定255監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)275.1組態(tài)軟件簡介275.2監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)275.2.1組態(tài)王的通信參數(shù)設(shè)置275.2.2新建工程與組態(tài)變量285.2.3組態(tài)畫面295.2.4監(jiān)控系統(tǒng)界面30結(jié)論32致謝33參考文獻(xiàn)34附錄35論文原創(chuàng)性聲明1緒論1.1課題的提出水和電是人類生活、生產(chǎn)中不可缺少的重要物質(zhì), 在節(jié)水節(jié)能已成為時(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下, 我們這個(gè)水資源和電能源短缺的國家, 長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技

12、術(shù)一直比較落后, 自動(dòng)化程度較低, 而隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 人們生活水平的不斷提高, 以及住房制度改革的不斷深入, 城市中各類小區(qū)建設(shè)發(fā)展十_大, 而且在用水量較少時(shí), 管網(wǎng)長期處于超壓運(yùn)行狀態(tài), 爆損現(xiàn)象嚴(yán)重, 電機(jī)硬起動(dòng)易產(chǎn)生水錘效應(yīng), 破壞性大, 目前較少采用。(2)氣壓罐供水具有體積小、技術(shù)簡單、不受高度限制等特點(diǎn), 但此方式調(diào)節(jié)量小、水泵電機(jī)為硬起動(dòng)且起動(dòng)頻繁, 對(duì)電器設(shè)備要求較高、系統(tǒng)維護(hù)工作量大, 而且為減少水泵起動(dòng)次數(shù), 停泵壓力往往比較高, 致使水泵在低效段工作, 而出水壓力無謂的增高, 也使浪費(fèi)加大, 從而限制了其發(fā)展。(3)水塔高位水箱供水具有控制方式簡單、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合

13、理、短時(shí)間維修或停電可不停水等優(yōu)點(diǎn), 但存在基建投資大, 占地面積大, 維護(hù)不方便, 水泵電機(jī)為硬起動(dòng), 啟動(dòng)電流大等缺點(diǎn), 頻繁起動(dòng)易損壞聯(lián)軸器, 目前主要應(yīng)用于高層建筑。(4)液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式易漏油, 發(fā)熱需冷卻, 效率低, 改造麻煩, 只能是一對(duì)一驅(qū)動(dòng), 需經(jīng)常檢修；優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉, 結(jié)構(gòu)簡單明了, 維修方便。(5)單片機(jī)變頻恒壓供水系統(tǒng)也能做到變頻恒壓, 自動(dòng)化程度要優(yōu)于上面4種供水方式, 但是系統(tǒng)開發(fā)周期比較長, 對(duì)操作員的素質(zhì)要求比較高, 可靠性比較低, 維修不方便, 且不適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。綜上所述, 傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在浪費(fèi)水力、電力資源；

14、效率低；可靠性差；自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn), 嚴(yán)重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。目前的供水方式朝向高效節(jié)能、自動(dòng)可靠的方向發(fā)展, 變頻恒壓技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式, 在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用, 特別是在城鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級(jí)加壓系統(tǒng), 居民生活用水的恒壓供水系統(tǒng)中, 變頻恒壓水泵節(jié)能效果尤為突出, 其優(yōu)越性表現(xiàn)在：一是節(jié)能顯著；二是在開、停機(jī)時(shí)能減小電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊以及供水水壓對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊；三是能減小水泵、電機(jī)自身的機(jī)械沖擊損耗2?；赑LC和變頻技術(shù)的恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)

15、的穩(wěn)定性和可靠性, 同時(shí)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性, 這在能源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。1.3PLC概述1.3.1可編程控制器的定義可編程控制器, 簡稱PLC(ProgrammablelogicController), 是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會(huì)(InternationalElectricalCommittee)頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義:“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器, 用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)

16、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令, 并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體, 易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?！?.3.2PLC的發(fā)展和應(yīng)用世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制的。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平, 早期的PLC主要由分立組件和中小規(guī)模集成電路組成, 可以完成簡單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器, 使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能, 完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。

17、為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用, 可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言, 并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)組件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。20世紀(jì)70年代中末期, 可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段, 計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中, 使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初, 可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另

18、一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多, 產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀(jì)末期, 可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說, 這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來說, 誕生了各種各樣的特殊功能單元, 用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說, 生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元, 使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前, PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、輕紡、交通運(yùn)輸、及文化娛樂等各個(gè)行業(yè), 被稱為現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱之一。1.4本課題的主要研究內(nèi)容本設(shè)

19、計(jì)是以小區(qū)供水系統(tǒng)為控制對(duì)象, 采用PLC和變頻技術(shù)相結(jié)合技術(shù), 設(shè)計(jì)一套城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng), 并引用計(jì)算機(jī)對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠, 安全節(jié)能, 獲得最佳的運(yùn)行工況。PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器和現(xiàn)場的水泵機(jī)組一起組成一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng), 本設(shè)計(jì)中有3個(gè)貯水池, 3臺(tái)水泵, 采用部分流量調(diào)節(jié)方法, 即3臺(tái)水泵中只有1臺(tái)水泵在變頻器控制下作變速運(yùn)行, 其余水泵做恒速運(yùn)行。PLC根據(jù)管網(wǎng)壓力自動(dòng)控制各個(gè)水泵之間切換, 并根據(jù)壓力檢測值和給定值之間偏差進(jìn)行PID運(yùn)算, 輸出給變頻器控制其輸出頻率, 調(diào)節(jié)流量, 使供水管網(wǎng)壓力恒定。各

20、水泵切換遵循先起先停、先停先起原則。根據(jù)以上控制要求, 進(jìn)行系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計(jì)。硬件設(shè)備選型、PLC選型, 估算所需I/O點(diǎn)數(shù), 進(jìn)行I/O模塊選型, 繪制系統(tǒng)硬件連接圖：包括系統(tǒng)硬件配置圖、I/O連接圖, 分配I/O點(diǎn)數(shù), 列出I/O分配表, 熟練使用相關(guān)軟件, 設(shè)計(jì)梯形圖控制程序, 對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改并設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)。2系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定2.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析2.1.1電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理水泵電機(jī)多采用三相異步電動(dòng)機(jī), 而其轉(zhuǎn)速公式為：(2.1)式中：f表示電源頻率, p表示電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù), s表示轉(zhuǎn)差率。從上式可知, 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有：(l)改變電源頻率(2)改

21、變電機(jī)極對(duì)數(shù)(3)改變轉(zhuǎn)差率改變電機(jī)極對(duì)數(shù)調(diào)速的調(diào)控方式控制簡單, 投資省, 節(jié)能效果顯著, 效率高, 但需要專門的變極電機(jī), 是有級(jí)調(diào)速, 而且級(jí)差比較大, 即變速時(shí)轉(zhuǎn)速變化較大, 轉(zhuǎn)矩也變化大, 因此只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機(jī)器。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速為了保證其較大的調(diào)速范圍一般采用串級(jí)調(diào)速的方式, 其最大優(yōu)點(diǎn)是它可以回收轉(zhuǎn)差功率, 節(jié)能效果好, 且調(diào)速性能也好, 但由于線路過于復(fù)雜, 增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗, 且成本高而影響它的推廣價(jià)值。下面重點(diǎn)分析改變電源頻率調(diào)速的方法及特點(diǎn)。根據(jù)公式可知, 當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時(shí), 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n基本上與電源頻率f成正比。連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率, 就可以平滑地改變

22、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。但是, 單一地調(diào)節(jié)電源頻率, 將導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行性能惡化。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展, 已出現(xiàn)了各種性能良好、工作可靠的變頻恒壓電源裝置, 它們促進(jìn)了變頻恒壓的廣泛應(yīng)用。2.1.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理供水系統(tǒng)的揚(yáng)程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤? 表明水泵在某一轉(zhuǎn)速下?lián)P程H與流量Q之間的關(guān)系曲線, 如圖2-1所示。由于在閥門開度和水泵轉(zhuǎn)速都不變的情況下, 流量的大小主要取決于用戶的用水情況, 因此, 揚(yáng)程特性所反映的是揚(yáng)程H與用水流量Qu間的關(guān)系H=f(Qu)。而管阻特性是以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤? 表明閥門在某一開度下?lián)P程H與流量Q之間的關(guān)系曲線, 如圖2-1所示。管阻

23、特性反映了水泵的能量用來克服泵系統(tǒng)的水位及壓力差、液體在管道中流動(dòng)阻力的變化規(guī)律。由于閥門開度的改變, 實(shí)際上是改變了在某一揚(yáng)程下, 供水系統(tǒng)向用戶的供水能力。因此, 管阻特性所反映的是揚(yáng)程與供水流量Qc之間的關(guān)系H=f(Qc)。揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線的交點(diǎn), 稱為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn), 如圖2-1中A點(diǎn)。在這一點(diǎn), 用戶的用水流量Qu和供水系統(tǒng)的供水流量Qc處于平衡狀態(tài), 供水系統(tǒng)既滿足了揚(yáng)程特性, 也符合了管阻特性, 系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。圖2-1恒壓供水系統(tǒng)的基本特征變頻恒壓供水系統(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)和水泵做成一體,

24、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)的變頻恒壓。異步電動(dòng)機(jī)的變頻恒壓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。在供水系統(tǒng)中, 通常以流量為控制目的, 常用的控制方法為閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法。閥門控制法是通過調(diào)節(jié)閥門開度來調(diào)節(jié)流量, 水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變。其實(shí)質(zhì)是通過改變水路中的阻力大小來改變流量, 因此, 管阻將隨閥門開度的改變而改變, 但揚(yáng)程特性不變。由于實(shí)際用水中, 需水量是變化的, 若閥門開度在一段時(shí)間內(nèi)保持不變, 必然要造成超壓或欠壓現(xiàn)象的出現(xiàn)。轉(zhuǎn)速控制法是通過改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量, 而閥門開度保

25、持不變, 是通過改變水的動(dòng)能改變流量。因此, 揚(yáng)程特性將隨水泵轉(zhuǎn)速的改變而改變, 但管阻特性不變。變頻恒壓供水方式屬于轉(zhuǎn)速控制。其工作原理是根據(jù)用戶用水量的變化自動(dòng)地調(diào)整水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速, 使管網(wǎng)壓力始終保持恒定, 當(dāng)用水量增大時(shí)電機(jī)加速, 用水量減小時(shí)電機(jī)減速。由流體力學(xué)可知, 水泵給管網(wǎng)供水時(shí), 水泵的輸出功率P與管網(wǎng)的水壓H及出水流量Q的乘積成正比；水泵的轉(zhuǎn)速n與出水流量Q成正比；管網(wǎng)的水壓H與出水流量Q的平方成正比。由上述關(guān)系有, 水泵的輸出功率P與轉(zhuǎn)速n三次方成正比, 即：（2.2）（2.3）(2.4)(2.5)式中k、k1、k2、k3為比例常數(shù)。圖2-2管網(wǎng)及水泵的運(yùn)行特性曲線當(dāng)用閥

26、門控制時(shí), 若供水量高峰水泵工作在E點(diǎn), 流量為Q1, 揚(yáng)程為H0, 當(dāng)供水量從Q1減小到Q2時(shí), 必須關(guān)小閥門, 這時(shí)閥門的摩擦阻力變大, 阻力曲線從b3移到b1, 揚(yáng)程特性曲線不變。而揚(yáng)程則從H0上升到H1, 運(yùn)行工況點(diǎn)從E點(diǎn)移到F點(diǎn), 此時(shí)水泵的輸出功率正比于H1Q2。當(dāng)用調(diào)速控制時(shí), 若采用恒壓(H0), 變速泵(n2)供水, 管阻特性曲線為b2, 揚(yáng)程特性變?yōu)榍€n2, 工作點(diǎn)從E點(diǎn)移到D點(diǎn)。此時(shí)水泵輸出功率正比于H0Q2, 由于H1H0, 所以當(dāng)用閥門控制流量時(shí), 有正比于(H1H0)Q2的功率被浪費(fèi)掉, 并且隨著閥門的不斷關(guān)小, 閥門的摩擦阻力不斷變大, 管阻特性曲線上移, 運(yùn)行

27、工況點(diǎn)也隨之上移, 于是H1增大, 而被浪費(fèi)的功率要隨之增加。所以調(diào)速控制方式要比閥門控制方式供水功率要小得多, 節(jié)能效果顯著。2.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成及原理圖PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器和現(xiàn)場的水泵機(jī)組一起組成一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng), 該系統(tǒng)的控制流程圖如圖2-3所示：圖2-3變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程圖從圖中可看出, 系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)三大部分, 具體為：(l)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成, 它們用于將水供入用戶管網(wǎng), 其中由一臺(tái)變頻泵和兩臺(tái)工頻泵構(gòu)成, 變頻泵是由變頻恒壓器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵, 用以根據(jù)用水量

28、的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速, 以維持管網(wǎng)的水壓恒定；工頻泵只運(yùn)行于啟、停兩種工作狀態(tài), 用以在用水量很大（變頻泵達(dá)到工頻運(yùn)行狀態(tài)都無法滿足用水要求時(shí)）的情況下投入工作。(2)信號(hào)檢測機(jī)構(gòu)：在系統(tǒng)控制過程中, 需要檢測的信號(hào)包括管網(wǎng)水壓信號(hào)、水池水位信號(hào)和報(bào)警信號(hào)。管網(wǎng)水壓信號(hào)反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值, 它是恒壓供水控制的主要反饋信號(hào)。此信號(hào)是模擬信號(hào), 讀入PLC時(shí), 需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。另外為加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性, 還需對(duì)供水的上限壓力和下限壓力用電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行檢測, 檢測結(jié)果可以送給PLC, 作為數(shù)字量輸入；水池水位信號(hào)反映水泵的進(jìn)水水源是否充足。信號(hào)有效時(shí), 控制系統(tǒng)要對(duì)系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)控制, 以防止

29、水泵空抽而損壞電機(jī)和水泵。此信號(hào)來自安裝于水池中的液位傳感器；報(bào)警信號(hào)反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行, 水泵電機(jī)是否過載、變頻器是否有異常, 該信號(hào)為開關(guān)量信號(hào)。(3)控制機(jī)構(gòu)：供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中, 包括供水控制器(PLC系統(tǒng))、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分。供水控制器是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對(duì)系統(tǒng)中的壓力、液位、報(bào)警信號(hào)進(jìn)行采集, 對(duì)來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法, 得出對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案, 通過變頻恒壓器和接觸器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即水泵機(jī)組)進(jìn)行控制；變頻器是對(duì)水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元, 其跟蹤供水控制器送來的控制信號(hào)改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率, 完成

30、對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)水泵機(jī)組中水泵被變頻器拖動(dòng)的情況不同, 變頻器有兩種工作方式即變頻循環(huán)式和變頻固定式, 變頻循環(huán)式即變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵, 當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在50Hz時(shí), 其供水量仍不能達(dá)到用水要求, 需要增加水泵機(jī)組時(shí), 系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機(jī)中脫出, 將該泵切換為工頻的同時(shí)用變頻去拖動(dòng)另一臺(tái)水泵電機(jī)；變頻固定式是變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵, 當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在50Hz時(shí), 其供水量仍不能達(dá)到用水要求, 需要增加水泵機(jī)組時(shí), 系統(tǒng)直接啟動(dòng)另一臺(tái)恒速水泵, 變頻器不做切換, 變頻器固定拖動(dòng)的水泵在系統(tǒng)運(yùn)行前可以選擇9, 本設(shè)計(jì)中采用前者。作為一個(gè)控制系統(tǒng), 報(bào)警是必不可少

31、的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域, 所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行, 防止因電機(jī)過載、變頻器報(bào)警、電網(wǎng)過大波動(dòng)、供水水源中斷造成故障, 因此系統(tǒng)必須要對(duì)各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測, 由PLC判斷報(bào)警類別, 進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作控制, 以免造成不必要的損失。變頻恒壓供水系統(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。變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-4所示：圖

32、2-4變頻恒壓供水系統(tǒng)框圖恒壓供水系統(tǒng)通過安裝在用戶供水管道上的壓力變送器實(shí)時(shí)地測量參考點(diǎn)的水壓, 檢測管網(wǎng)出水壓力, 并將其轉(zhuǎn)換為420mA的電信號(hào), 此檢測信號(hào)是實(shí)現(xiàn)恒壓供水的關(guān)鍵參數(shù)。由于電信號(hào)為模擬量, 故必須通過PLC的A/D轉(zhuǎn)換模塊才能讀入并與設(shè)定值進(jìn)行比較, 將比較后的偏差值進(jìn)行PID運(yùn)算, 再將運(yùn)算后的數(shù)字信號(hào)通過D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)作為變頻器的輸入信號(hào), 控制變頻器的輸出頻率, 從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速, 進(jìn)而控制水泵的供水流量, 最終使用戶供水管道上的壓力恒定, 實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水。3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)主要設(shè)備的選型根據(jù)基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理, 系統(tǒng)的電

33、氣控制總框圖如圖3-1所示：圖3-1系統(tǒng)的電氣控制總框圖由以上系統(tǒng)電氣總框圖可以看出,該系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備應(yīng)包括以下幾部分：(1)PLC及其擴(kuò)展模塊、(2)變頻器、(3)水泵機(jī)組、(4)壓力變送器、(5)液位變送器。主要設(shè)備選型如表3-1所示：表3-1本系統(tǒng)主要硬件設(shè)備清單主要設(shè)備型號(hào)及其生產(chǎn)廠家可編程控制器（PLC）SiemensCPU226模擬量擴(kuò)展模塊SiemensEM235變頻器SiemensMM440水泵機(jī)組SFL系列水泵3臺(tái)（上海熊貓機(jī)械有限公司）壓力變送器及顯示儀表普通壓力表Y-100、XMT-1270數(shù)顯儀液位變送器分體式液位變送器DS26(淄博丹佛斯公司)3.2系統(tǒng)主電路分析

34、及其設(shè)計(jì)基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖如圖3-2所示：三臺(tái)電機(jī)分別為M1、M2、M3, 它們分別帶動(dòng)水泵1#、2#、3#。接觸器KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的工頻運(yùn)行；接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3的變頻運(yùn)行；FR1、FR2、FR3分別為三臺(tái)水泵電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3、QS4分別為變頻器和三臺(tái)水泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)；FU為主電路的熔斷器。本系統(tǒng)采用三泵循環(huán)變頻運(yùn)行方式, 即3臺(tái)水泵中只有1臺(tái)水泵在變頻器控制下作變速運(yùn)行, 其余水泵在工頻下做恒速運(yùn)行, 在用水量小的情況下, 如果變頻泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過3h, 則要切換下一臺(tái)

35、水泵, 即系統(tǒng)具有“倒泵功能”, 避免某一臺(tái)水泵工作時(shí)間過長。因此在同一時(shí)間內(nèi)只能有一臺(tái)水泵工作在變頻下, 但不同時(shí)間段內(nèi)三臺(tái)水泵都可輪流做變頻泵。圖3-2變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖三相電源經(jīng)低壓熔斷器、隔離開關(guān)接至變頻器的R、S、T端, 變頻器的輸出端U、V、W通過接觸器的觸點(diǎn)接至電機(jī)。當(dāng)電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí), 連接至變頻器的隔離開關(guān)及變頻器輸出端的接觸器斷開, 接通工頻運(yùn)行的接觸器和隔離開關(guān)。主電路中的低壓熔斷器除接通電源外, 同時(shí)實(shí)現(xiàn)短路保護(hù), 每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)由相應(yīng)的熱繼電器FR實(shí)現(xiàn)。變頻和工頻兩個(gè)回路不允許同時(shí)接通。而且變頻器的輸出端絕對(duì)不允許直接接電源, 故必須經(jīng)過接觸器的觸點(diǎn), 當(dāng)電

36、動(dòng)機(jī)接通工頻回路時(shí), 變頻回路接觸器的觸點(diǎn)必須先行斷開。同樣從工頻轉(zhuǎn)為變頻時(shí), 也必須先將工頻接觸器斷開, 才允許接通變頻器輸出端接觸器, 所以KM1和KM2、KM3和KM4、KM5和KM6絕對(duì)不能同時(shí)動(dòng)作, 相互之間必須設(shè)計(jì)可靠的互鎖。為監(jiān)控電機(jī)負(fù)載運(yùn)行情況, 主回路的電流大小可以通過電流互感器和變送器將420mA電流信號(hào)送至上位機(jī)來顯示。同時(shí)可以通過通過轉(zhuǎn)換開關(guān)接電壓表顯示線電壓。并通過轉(zhuǎn)換開關(guān)利用同一個(gè)電壓表顯示不同相之間的線電壓。初始運(yùn)行時(shí), 必須觀察電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向, 使之符合要求。如果轉(zhuǎn)向相反, 則可以改變電源的相序來獲得正確的轉(zhuǎn)向。系統(tǒng)啟動(dòng)、運(yùn)行和停止的操作不能直接斷開主電路(如直接

37、使熔斷器或隔離開關(guān)斷開), 而必須通過變頻器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和軟停。為提高變頻器的功率因數(shù), 必須接電抗器。當(dāng)采用手動(dòng)控制時(shí), 必須采用自耦變壓器降壓啟動(dòng)或軟啟動(dòng)的方式以降低電流, 本系統(tǒng)采用軟啟動(dòng)器。3.3系統(tǒng)控制電路分析及其設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)恒壓供水的主體控制設(shè)備是PLC, 控制電路的合理性, 程序的可靠性直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行性能。本系統(tǒng)采用西門子公司S7-200系列PLC, 它體積小, 執(zhí)行速度快, 抗干擾能力強(qiáng), 性能優(yōu)越。PLC主要是用于實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水系統(tǒng)的自動(dòng)控制, 要完成以下功能：自動(dòng)控制三臺(tái)水泵的投入運(yùn)行；能在三臺(tái)水泵之間實(shí)現(xiàn)變頻泵的切換；三臺(tái)水泵在啟動(dòng)時(shí)要有軟啟動(dòng)功能；對(duì)水泵的操作

38、要有手動(dòng)/自動(dòng)控制功能, 手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用；系統(tǒng)要有完善的報(bào)警功能并能顯示運(yùn)行狀況。如圖3-3為電控系統(tǒng)控制電路圖。圖中SA為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān), SA打在1的位置為手動(dòng)控制狀態(tài)；打在2的狀態(tài)為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí), 可用按鈕SB1SB6控制三臺(tái)水泵的啟/停；自動(dòng)運(yùn)行時(shí), 系統(tǒng)在PLC程序控制下運(yùn)行。圖中的HL10為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。對(duì)變頻器頻率進(jìn)行復(fù)位是只提供一個(gè)干觸發(fā)點(diǎn)信號(hào), 本系統(tǒng)通過一個(gè)中間繼電器KA的觸點(diǎn)對(duì)變頻器進(jìn)行復(fù)頻控制。圖中的Q0.0Q0.5及Q1.1Q1.5為PLC的輸出繼電器觸點(diǎn), 他們旁邊的4、6、8等數(shù)字為接線編號(hào), 可結(jié)合下節(jié)中圖3-4一起讀圖。

39、圖3-3變頻恒壓供水系統(tǒng)控制電路圖注：PLC各I/O端口、各指示燈所代表含義在下一節(jié)I/O端口分配中將詳細(xì)介紹。本系統(tǒng)在手動(dòng)/自動(dòng)控制下的運(yùn)行過程如下：(1)手動(dòng)控制：手動(dòng)控制只在檢查故障原因時(shí)才會(huì)用到, 便于電機(jī)故障的檢測與維修。單刀雙擲開關(guān)SA打至1端時(shí)開啟手動(dòng)控制模式, 此時(shí)可以通過開關(guān)分別控制三臺(tái)水泵電機(jī)在工頻下的運(yùn)行和停止。SB1按下時(shí)由于KM2常閉觸點(diǎn)接通電路使得KM1的線圈得電, KM1的常開觸點(diǎn)閉合從而實(shí)現(xiàn)自鎖功能, 電機(jī)M1可以穩(wěn)定的運(yùn)行在工頻下。只有當(dāng)SB2按下時(shí)才會(huì)切斷電路, KM1線圈失電, 電機(jī)M1停止運(yùn)行。同理, 可以通過按下SB3、SB5啟動(dòng)電機(jī)M2、M3, 通過

40、按下SB4、SB6來使電機(jī)M2、M3停機(jī)。（2）自動(dòng)控制：在正常情況下變頻恒壓供水系統(tǒng)工作在自動(dòng)狀態(tài)下。單刀雙擲開關(guān)SA打至2端時(shí)開啟自動(dòng)控制模式, 自動(dòng)控制的工作狀況由PLC程序控制。Q0.0輸出1#水泵工頻運(yùn)行信號(hào), Q0.1輸出1#水泵變頻運(yùn)行信號(hào), 當(dāng)Q0.0輸出1時(shí), KM1線圈得電, 1#水泵工頻運(yùn)行指示燈HL1點(diǎn)亮, 同時(shí)KM1的常閉觸點(diǎn)斷開, 實(shí)現(xiàn)KM1、KM2的電氣互鎖。當(dāng)Q0.1輸出1時(shí), KM2線圈得電, 1#水泵變頻運(yùn)行指示燈HL2點(diǎn)亮, 同時(shí)KM2的常閉觸點(diǎn)斷開, 實(shí)現(xiàn)KM2、KM1的電氣互鎖。同理, 2#、3#水泵的控制原理也是如此。當(dāng)Q1.1輸出1時(shí), 水池水位上

41、下限報(bào)警指示燈HL7點(diǎn)亮；當(dāng)Q1.2輸出1時(shí), 變頻器故障報(bào)警指示燈HL8點(diǎn)亮；當(dāng)Q1.3輸出1時(shí), 白天供水模式指示燈HL9點(diǎn)亮；當(dāng)Q1.4輸出1時(shí), 報(bào)警電鈴HA響起；當(dāng)Q1.5輸出1時(shí), 中間繼電器KA的線圈得電, 常開觸點(diǎn)KA閉合使得變頻器的頻率復(fù)位；處于自動(dòng)控制狀態(tài)下, 自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈HL10一直點(diǎn)亮。3.4PLC的I/O端口分配及外圍接線圖基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求如下：(1)由于白天和夜間小區(qū)用水量明顯不同, 本設(shè)計(jì)采用白天供水和夜間供水兩種模式, 兩種模式下設(shè)定的給定水壓值不同。白天, 小區(qū)的用水量大, 系統(tǒng)高恒壓值運(yùn)行；夜間, 小區(qū)用水量小, 系統(tǒng)低恒

42、壓值運(yùn)行。(2)在用水量小的情況下, 如果一臺(tái)水泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過3h, 則要切換下一臺(tái)水泵, 即系統(tǒng)具有“倒泵功能”, 避免某一臺(tái)水泵工作時(shí)間過長。倒泵只用于系統(tǒng)只有一臺(tái)變頻泵長時(shí)間工作的情況下。(3)考慮節(jié)能和水泵壽命的因素, 各水泵切換遵循先啟先停、先停先啟原則。(4)三臺(tái)水泵在啟動(dòng)時(shí)要有軟啟動(dòng)功能, 對(duì)水泵的操作要有手動(dòng)/自動(dòng)控制功能, 手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。(5)系統(tǒng)要有完善的報(bào)警功能。根據(jù)以上控制要求統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)的名稱、代碼及地址編號(hào)如表3-2所示。表3-2輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號(hào)名稱代碼地址編號(hào)輸入信號(hào)供水模式信號(hào)(1-白天, 0-夜間)SA1I0.0水池水

43、位上下限信號(hào)SLHLI0.1變頻器報(bào)警信號(hào)SUI0.2試燈按鈕SB7I0.3壓力變送器輸出模擬量電壓值UpAIW0輸出信號(hào)1#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM1、HL1Q0.01#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM2、HL2Q0.12#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM3、HL3Q0.22#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM4、HL4Q0.33#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM5、HL5Q0.43#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM6、HL6Q0.5輸出信號(hào)水池水位上下限報(bào)警指示燈HL7Q1.1變頻器故障報(bào)警指示燈HL8Q1.2白天模式運(yùn)行指示燈HL9Q1.3報(bào)警電鈴HAQ1.4變頻器頻率復(fù)位控制KAQ1.5變頻器輸入電壓信

44、號(hào)UfAQW0結(jié)合系統(tǒng)控制電路圖3-3和PLC的I/O端口分配表3-2, 畫出PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線圖, 如圖3-4所示：圖3-4PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線圖本變頻恒壓供水系統(tǒng)有五個(gè)輸入量, 其中包括4個(gè)數(shù)字量和1個(gè)模擬量。壓力變送器將測得的管網(wǎng)壓力輸入PLC的擴(kuò)展模塊EM235的模擬量輸入端口作為模擬量輸入；開關(guān)SA1用來控制白天/夜間兩種模式之間的切換, 它作為開關(guān)量輸入I0.0；液位變送器把測得的水池水位轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)后送入窗口比較器, 在窗口比較器中設(shè)定水池水位的上下限, 當(dāng)超出上下限時(shí), 窗口比較其輸出高電平1, 送入I0.1；變頻器的故障輸出端與PLC的I0.2相連, 作為變頻器

45、故障報(bào)警信號(hào)；開關(guān)SB7與I0.3相連作為試燈信號(hào), 用于手動(dòng)檢測各指示燈是否正常工作。本變頻恒壓供水系統(tǒng)有11個(gè)數(shù)字量輸出信號(hào)和1個(gè)模擬量輸出信號(hào)。Q0.0Q0.5分別輸出三臺(tái)水泵電機(jī)的工頻/變頻運(yùn)行信號(hào)；Q1.1輸出水位超限報(bào)警信號(hào)；Q1.2輸出變頻器故障報(bào)警信號(hào)；Q1.3輸出白天模式運(yùn)行信號(hào)；Q1.4輸出報(bào)警電鈴信號(hào)；Q1.5輸出變頻器復(fù)位控制信號(hào)；AQW0輸出的模擬信號(hào)用于控制變頻器的輸出頻率。圖3-4只是簡單的表明PLC及擴(kuò)展模塊的外圍接線情況, 并不是嚴(yán)格意義上的外圍接線情況。它忽略了以下因素：(1)直流電源的容量；(2)電源方面的抗干擾措施；(3)輸出方面的保護(hù)措施；(4)系統(tǒng)的

46、保護(hù)措施等。4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析硬件連接確定之后, 系統(tǒng)的控制功能主要通過軟件實(shí)現(xiàn), 結(jié)合泵站的控制要求, 對(duì)泵站軟件設(shè)計(jì)分析如下：(1)由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理為了恒定水壓, 在水壓降落時(shí)要升高變頻器的輸出頻率, 且在一臺(tái)水泵工作不能滿足恒壓要求時(shí), 需啟動(dòng)第二臺(tái)水泵。判斷需啟動(dòng)新水泵的標(biāo)準(zhǔn)是變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定的上限值。這一功能可通過比較指令實(shí)現(xiàn)。為了判斷變頻器工作頻率達(dá)上限值的確實(shí)性, 應(yīng)濾去偶然的頻率波動(dòng)引起的頻率達(dá)到上限情況, 在程序中應(yīng)考慮采取時(shí)間濾波。(2)多泵組泵站泵組管理規(guī)范由于變頻器泵站希望每一次啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)均為軟啟動(dòng), 又規(guī)定各臺(tái)水泵必須交

47、替使用, 多泵組泵站泵組的投運(yùn)要有個(gè)管理規(guī)范。在本設(shè)計(jì)中, 控制要求中規(guī)定任一臺(tái)泵連續(xù)變頻運(yùn)行不得超過3h, 因此每次需啟動(dòng)新水泵或切換變頻泵時(shí), 以新運(yùn)行泵為變頻泵是合理的。具體的操作是：將現(xiàn)行運(yùn)行的變頻器從變頻器上切除, 并接上工頻電源運(yùn)行, 將變頻器復(fù)位并用于新運(yùn)行泵的啟動(dòng)。除此之外, 泵組管理還有一個(gè)問題就是泵的工作循環(huán)控制, 本設(shè)計(jì)中使用泵號(hào)加1的方法實(shí)現(xiàn)變頻泵的循環(huán)控制, 用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號(hào)實(shí)現(xiàn)工頻泵的輪換工作。(3)程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實(shí)現(xiàn)由于模擬量單元及PID調(diào)節(jié)都需要編制初始化及中斷程序, 本程序可分為三部分：主程序、子程序和中斷程序。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程

48、序中完成, 這樣可以節(jié)省掃描時(shí)間。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn)PID控制的定時(shí)采樣及輸出控制。主程序的功能最多, 如泵切換信號(hào)的生成、泵組接觸器邏輯控制信號(hào)的綜合及報(bào)警處理等都在主程序。白天、夜間模式的給定壓力值不同, 兩個(gè)恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程序中設(shè)定的。白天模式系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的90%, 夜間模式系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的70%。4.2PLC程序設(shè)計(jì)PLC控制程序采用SIEMENS公司提供的STEP7-MicroWIN-V40編程軟件開發(fā)。該軟件的SIMATIC指令集包含三種語言, 即語句表(STL)語言、梯形圖(LAD)語言、功能塊圖(FWD)語言。語句表(STL)語言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語言

49、, 特別適合于來自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員, 它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序, 屬于面向機(jī)器硬件的語言。梯形圖(LAD)語言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖, 是應(yīng)用最多的一種編程語言, 與計(jì)算機(jī)語言相比, 梯形圖可以看作是PLC的高級(jí)語言, 幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯, 因此, 它很容易被一般的電氣工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)人員所接受, 是初學(xué)者理想的編程工具。功能塊圖(FWD)的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似, 功能塊圖中每個(gè)模塊有輸入和輸出端, 輸出和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或、非、異或邏輯運(yùn)算, 模塊之間的連接方式與電路的連接方式基本相同。PLC控制程序由一個(gè)主程序、

50、若干子程序構(gòu)成, 程序的編制在計(jì)算機(jī)上完成, 編譯后通過PC/PPI電纜把程序下載到PLC, 控制任務(wù)的完成, 是通過在RUN模式下主機(jī)循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。4.2.1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、水泵電機(jī)起動(dòng)程序、水泵電機(jī)變頻/工頻切換程序、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。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, 如出錯(cuò)則報(bào)警, 接著對(duì)變頻器變頻運(yùn)行的上下限頻率、PID控制的各參數(shù)進(jìn)行初始化處理, 賦予一定的初值, 在初始化子程序的

51、最后進(jìn)行中斷連接。系統(tǒng)進(jìn)行初始化是在主程序中通過調(diào)用子程序來是實(shí)現(xiàn)的。在初始化后緊接著要設(shè)定白天/夜間兩種供水模式下的水壓給定值以及變頻泵泵號(hào)和工頻泵投入臺(tái)數(shù)。增、減泵判斷和相應(yīng)操作程序當(dāng)PID調(diào)解結(jié)果大于等于變頻運(yùn)行上限頻率（或小于等于變頻運(yùn)行下限頻率）且水泵穩(wěn)定運(yùn)行時(shí), 定時(shí)器計(jì)時(shí)5min（以便消除水壓波動(dòng)的干擾）后執(zhí)行工頻泵臺(tái)數(shù)加一（或減一）操作, 并產(chǎn)生相應(yīng)的泵變頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)。(3)水泵的軟啟動(dòng)程序增減泵或倒泵時(shí)復(fù)位變頻器為軟啟動(dòng)做準(zhǔn)備, 同時(shí)變頻泵號(hào)加一, 并產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)和下一臺(tái)水泵變頻啟動(dòng)脈沖信號(hào), 延時(shí)后啟動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)只有一臺(tái)變頻泵長時(shí)間運(yùn)行時(shí), 對(duì)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行

52、判斷, 超過3h則自動(dòng)倒泵變頻運(yùn)行。(4)各水泵變頻運(yùn)行控制邏輯程序各水泵變頻運(yùn)行控制邏輯大體上是相同的, 現(xiàn)在只以1#水泵為例進(jìn)行說明。當(dāng)?shù)谝淮紊想?、故障消除或者產(chǎn)生1#泵變頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)并且系統(tǒng)無故障產(chǎn)生、未產(chǎn)生復(fù)位1#水泵變頻運(yùn)行信號(hào)、1#泵未工作在工頻狀態(tài)時(shí), Q0.1置1, KM2常開觸點(diǎn)閉合接通變頻器, 使1#水泵變頻運(yùn)行, 同時(shí)KM2常閉觸點(diǎn)打開防止KM1線圈得電, 從而在變頻和工頻之間實(shí)現(xiàn)良好的電氣互鎖, KM2的常開觸點(diǎn)還可實(shí)現(xiàn)自鎖功能。(5)各水泵工頻運(yùn)行控制邏輯程序水泵的工頻運(yùn)行不但取決于變頻泵的泵號(hào), 還取決于工頻泵的臺(tái)數(shù)。由于各水泵工頻運(yùn)行控制邏輯大體上是相同的, 現(xiàn)

53、在只以1#水泵為例進(jìn)行說明。產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻運(yùn)行啟動(dòng)脈沖后, 若當(dāng)前2#泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于0, 或者當(dāng)前3#泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于1, 則Q0.0置1, KM1線圈得電, 使得KM1常開觸點(diǎn)閉合, 1#水泵工頻運(yùn)行, 同時(shí)KM1常閉觸點(diǎn)打開防止KM2線圈得電, 從而實(shí)現(xiàn)變頻和工頻之間實(shí)現(xiàn)良好的電氣互鎖, KM1的常開觸點(diǎn)還可實(shí)現(xiàn)自鎖功能。(6)報(bào)警及故障處理程序本系統(tǒng)中包括水池水位越限報(bào)警指示燈、變頻器故障報(bào)警指示燈白天模式運(yùn)行指示燈以及報(bào)警電鈴。當(dāng)故障信號(hào)產(chǎn)生時(shí), 相應(yīng)的指示燈會(huì)出現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象, 同時(shí)報(bào)警電鈴響起。而試燈按鈕按下時(shí), 各指示燈會(huì)一直點(diǎn)亮。故障發(fā)生后重新設(shè)

54、定變頻泵號(hào)和工頻泵運(yùn)行臺(tái)數(shù), 在故障結(jié)束后產(chǎn)生故障結(jié)束脈沖信號(hào)。由于變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序梯形圖比較復(fù)雜, 不方便全部畫出, 在此僅畫出其控制過程的流程圖。詳細(xì)的主程序梯形圖請(qǐng)參考附錄C。主程序流程圖如圖4-1所示。由于在圖4-1中并未對(duì)各臺(tái)水泵的變頻和工頻運(yùn)行控制做詳細(xì)介紹, 因此圖4-2和圖4-3對(duì)其作了完整的補(bǔ)充。其中圖4-2是以2#泵為例的變頻運(yùn)行控制流程圖, 圖4-3是以2#泵為例的工頻運(yùn)行控制流程圖。1#、3#泵的運(yùn)行控制情況與2#泵相似, 在此就不再重復(fù)。圖4-1變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序流程圖圖4-22#泵變頻運(yùn)行控制流程圖圖4-32#泵工頻運(yùn)行控制流程圖4.2.2控制系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)(1)初始化子程序SBR_0首先初始化變頻運(yùn)行的上下限頻率, 在第二章水泵切換分析中已說明水泵變頻運(yùn)行的上下限頻率分別為50HZ和20HZ。假設(shè)所選變頻器的輸出頻率范圍為0100HZ, 則上下限給定值分別為16000和6400。在初始化PID控制的各參數(shù)（Kc、Ts、Ti、Td）, 各參數(shù)的取值將在下一節(jié)中詳細(xì)介紹。最后再設(shè)置定時(shí)中斷和中斷連接。具體程序梯形圖如圖4-4所示。圖4-4初始化子程序SBR_0梯形圖(2)PID控制中斷子程序首先將由AIW0輸入的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換, 經(jīng)過PID運(yùn)算后, 再將標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)化成輸出值, 由AQW0輸出模擬信