基于PLC變頻調(diào)速的恒壓供水系統(tǒng)論文

1、基于基于 plcplc 變頻調(diào)速的恒壓變頻調(diào)速的恒壓供水系統(tǒng)供水系統(tǒng)目目 錄錄摘摘 要要.1前前 言言.1第第 1 1 章章 常見的變頻恒壓常見的變頻恒壓供供水概況水概況.11.1 plc 控制的變頻恒壓供水.11.2 常見的供水方式 .11.3 變頻恒壓調(diào)節(jié)的基本原理 .11.4 變頻驅(qū)動(dòng)方式和調(diào)節(jié)方式以及壓力傳感變送器的使用 .31.4.1 恒壓供水系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式 .31.4.2 恒壓供水調(diào)節(jié)方式 .31.4.3 關(guān)于壓力傳感變送器的使用 .4第第 2 2 章、恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)章、恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).52.1 plc、變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)方案 .52.1.1 方案特點(diǎn) .52

2、.1.2 變頻-工頻雙回路恒壓供水方案優(yōu)點(diǎn) .62.1.3 設(shè)備選型 .62.2 模擬供水系統(tǒng)的擬定 .62.3 主電路設(shè)計(jì) .72.4 電氣控制系統(tǒng)接線原理圖及說明 .82.5 控制流程圖 .92.6 輸入輸出元件與 plc 地址對(duì)照表 .112.7 plc 程序設(shè)計(jì).12第第 3 章、恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)章、恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).13- 2 - 3.1 水泵的轉(zhuǎn)速與其揚(yáng)程 h、流量 q 及功率的關(guān)系14 3.2 pid 控制及其調(diào)節(jié).15總總結(jié)結(jié).16致致 謝謝.21參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).221基于基于 plcplc 變頻調(diào)速的恒壓供水系統(tǒng)變頻調(diào)速的恒壓供水系統(tǒng)摘要摘要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的

3、發(fā)展，住房制度改革的不斷深入，人民生活水平的不斷提高，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，也直接體現(xiàn)了供水管理水平的提高。傳統(tǒng)供水廠，特別是中小供水廠所普遍采用的恒速泵加壓供水方式存在效率低、可靠性不高、自動(dòng)化程度低等缺點(diǎn)，難以滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)生活的需要。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，需要利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，要求設(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)。最后，從分析該恒壓供水變頻供水的可靠性，改造理論、技

4、術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性等方面進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)分析；其次分別從確定變頻器的參數(shù)，設(shè)計(jì)變頻主電機(jī)、變頻電機(jī)的運(yùn)行模式、控制模式及流程。在此基礎(chǔ)上，對(duì)中小供水變頻電機(jī)的選型、安裝、調(diào)試和運(yùn)行各步驟加以詳細(xì)地闡述。然后歸納和分析了安裝運(yùn)行中的問題和注意事項(xiàng)。通過變頻恒壓供水系統(tǒng)的試運(yùn)行，對(duì)該系統(tǒng)在實(shí)際供水中所取得的節(jié)約電耗、恒定壓力等實(shí)際效果進(jìn)行了總結(jié)，指出變頻技術(shù)在供水領(lǐng)域所取得的成果及應(yīng)用中局限性。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：恒壓供水，變頻調(diào)速，plc1前 言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高，再加上目前能源緊缺，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)高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)

5、域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)是針對(duì)居民生活用水/消防用水而設(shè)計(jì)的。由變頻器、plc 及 pid調(diào)節(jié)器組成控制系統(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。本文介紹了采用 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)。在經(jīng)過 pid 運(yùn)算，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(jiǎn)單，工作可靠操作方便等優(yōu)點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，plc、變頻器以其優(yōu)異

6、的性能將越來越多的被應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)中。1第 1 章 常見的變頻恒壓供水概況1.1 plc 控制的變頻恒壓供水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)使用扁平器的調(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(duì)的恒定，故又稱恒壓供水。現(xiàn)在變頻供水以逐步滲透到各種行業(yè)，品種也從單一簡(jiǎn)單的變頻恒壓供水向?qū)I(yè)多功能和高級(jí)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(duì)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)組的軟啟軟停機(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

7、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(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(shì)，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。1.2 常見的供水方式生產(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。1.3 變頻恒壓調(diào)節(jié)的基本原理 變頻恒壓供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)恒

8、壓的工作過程和原理：安裝于供水母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 420ma（020ma、010v）的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，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(hào)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(hào)或?qū)毫鞲凶兯推鞯臉?biāo)準(zhǔn)電信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理后，決定其輸出頻率實(shí)2現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)典動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)供水的水量及供水壓力調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)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，

9、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)。plc變頻器電機(jī)/壓力傳感器x信號(hào)繼電器頻率壓力信號(hào)反饋設(shè)定值 +-圖 1-1 控制原理示意圖 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。考慮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 1.051.1 后選泵，應(yīng)能保證水泵工作在高效區(qū)。3.對(duì)單位及小規(guī)模的供水系統(tǒng)因盡量減少泵的臺(tái)數(shù)，以一用一備為宜，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(hào)不宜太雜，臺(tái)數(shù)不宜過多

10、，型號(hào)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3高效區(qū)范圍內(nèi)運(yùn)行 4.對(duì)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，群泵運(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宜相同或相近，補(bǔ)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)。1.4 變頻驅(qū)動(dòng)方式和調(diào)節(jié)方式以及壓力傳感變送器的使用1.4.1 恒壓供水系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式 通常在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺(tái)常用泵，供水量大時(shí)多臺(tái)泵全

11、開，供水量小時(shí)開一臺(tái)或兩臺(tái)。在采用變頻調(diào)速進(jìn)行恒壓供水時(shí)，就有兩種方式，其一是所有水泵配用一臺(tái)變頻器；其二是每臺(tái)水泵配用一臺(tái)變頻器。后種方法根據(jù)壓力反饋信號(hào)，通過 pid 運(yùn)算自動(dòng)調(diào)整變頻器輸出功率，改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到管網(wǎng)恒壓的目的，就是一個(gè)閉環(huán)回路，較簡(jiǎn)單，但成本高。前種方法成本低，性能不比后種差，但控制程序較復(fù)雜，是未來的發(fā)展方向。從節(jié)省投資的角度來考慮，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。1.4.2 恒壓供水調(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(jí) p

12、id 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(duì)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。4一般來說，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)。1.4.3 關(guān)于壓力傳感變送器的使用壓力傳感變送器的信號(hào)是弱電信號(hào)，其傳輸距離通常不易太長(zhǎng)，同時(shí)不易

13、與強(qiáng)電電纜近距離并行；傳輸距離太長(zhǎng)及與強(qiáng)電電纜并行會(huì)使信號(hào)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(duì)于較小范圍的供水系統(tǒng)及單位供水系統(tǒng)等，在對(duì)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(jiǎn)單，壓力傳感器的信號(hào)的傳輸距離也不長(zhǎng)，也便于應(yīng)用；而對(duì)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(zhǎng)的會(huì)采用高級(jí)的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，以保證信號(hào)的準(zhǔn)確性；當(dāng)然，對(duì)于大型的整個(gè)供水管網(wǎng)的壓力控制調(diào)節(jié)也不是簡(jiǎn)單的單級(jí) pid 調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)會(huì)更為復(fù)雜。5第第 2 2 章、章、恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)恒壓供水系統(tǒng)

14、的硬件設(shè)計(jì)2.1 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(duì)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)。恒壓供水系統(tǒng)組成及主要自控設(shè)備的作用如下：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、pid 調(diào)節(jié)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(cè)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)。

15、作為水泵啟動(dòng)后能否投入供水系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的信號(hào)。4） 液位控制器。用來臨視并向 plc 傳遞供水水箱的液位信號(hào)。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。2.1.1 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)。62.1.2 變頻-工頻雙回

16、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瑞振點(diǎn)。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。2.1.3 設(shè)備選型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)

17、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(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，fx2n 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(hào)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。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?jī)?yōu)良的產(chǎn)品。 2.2 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

18、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7測(cè)誰的壓力，把壓力信號(hào)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(hào) y90l-2，功率 p=2.2kw。鋪助水泵：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(hào) y90l-2，功率 p=2.2kw。2.3 主電路設(shè)計(jì)在

19、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（7-1）。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(duì)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。8圖 2-1 主電路 2.4 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(hào)公共端，這些端子不要接地（見圖 7

20、-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(hào)是微小信號(hào)，所以在接點(diǎn)輸入場(chǎng)合，為了防止接觸不良，微小信號(hào)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。9acmm水泵m1水泵m2sb1 準(zhǔn)備sb2 啟動(dòng)sb3 停止kh1kh2km1km2km3km4km5l1l2l3l4l5l6l7l8l9l0km1km2km3km4km5com15161718com2132n222壓 壓力 力信 信號(hào) 號(hào)stfstrresr us vt w ausd10s

21、erunfuolacam5hzstfstrsdkh1kh2214215254213113電源24vl1l2l3nx0x1x2x3x6x10x11x12comy0y1l10com1y2y3y4y5y6y7y10y11y12x13m1手動(dòng)m2手動(dòng)ac方式選擇fx2n-32mr-001com2214215com2fuolx4x5run15161718觸摸屏got1000rs-485fr-a540圖 2-2 電氣控制系統(tǒng)接線原理圖2.5 控制流程圖10準(zhǔn)準(zhǔn)備備同同時(shí)時(shí)打打開開電電磁磁閥閥變變頻頻器器得得電電開開始始m1變變頻頻運(yùn)運(yùn)行行m1變變頻頻斷斷開開，發(fā)發(fā)出出stop給給變變頻頻器器，延延時(shí)時(shí)閉閉

22、合合km3（m1工工頻頻）、合合km4，給給變變頻頻器器發(fā)發(fā)start信信號(hào)號(hào)m2變變頻頻運(yùn)運(yùn)行行m1工工頻頻斷斷開開m2變變頻頻繼繼續(xù)續(xù)運(yùn)運(yùn)行行斷斷開開km4，發(fā)發(fā)出出stop，m2停停止止運(yùn)運(yùn)行行，延延時(shí)時(shí)合合km5，合合上上km2，發(fā)發(fā)出出start，m1變變頻頻運(yùn)運(yùn)行行斷斷開開km5m1繼繼續(xù)續(xù)變變頻頻運(yùn)運(yùn)行行準(zhǔn)準(zhǔn)備備好好頻頻率率f35hz頻頻率率f50hz頻頻率率f35hz頻頻率率f50hz圖 2-3 控制流程112.6 輸入輸出元件與 plc 地址對(duì)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

23、 得對(duì)照如表 7-1 所示。（表 7-1）輸入輸入輸入 i/o 口輸入元件符號(hào)輸入元件說明x0sb1啟動(dòng)前準(zhǔn)備x1sb2啟動(dòng)x2sb3停止x3kh1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x6sb6方式選擇開關(guān)x10sb7水泵 m1 手動(dòng)工頻運(yùn)行x11sb8水泵 m2 手動(dòng)工頻運(yùn)行x12kh2水泵 m2 故障x13變頻器故障指令輸出輸出輸出 i/o 口輸出元件符號(hào)輸出元件說明y0l10停止指示燈y1km1準(zhǔn)備y2km2m1 變頻控制繼電器12y3km3m1 工頻控制繼電器y4km4m2 變頻控制繼電器y5km5m2 工頻控制繼電器y6l8m1 手動(dòng)工頻指示燈y

24、7l9m2 手動(dòng)工頻指示燈y10l0變頻器故障指示燈y11l6水泵 m1 故障指示燈y12l7水泵 m2 故障指示燈2.7 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：131415 16第 3 章、恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1 水泵的轉(zhuǎn)速與其揚(yáng)程 h、流量 q 及功率的關(guān)系 揚(yáng)程：是指泵單位質(zhì)量的液體通過泵后所獲得的能量，通常稱之為揚(yáng)程。用 h 表示。 流量：流量是泵在單位時(shí)間內(nèi)所抽送液體的數(shù)量，常用的流量是體積流量，用 q 表示，其單位是 m3 /h。 根據(jù)流體力學(xué)原理可知，當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，其揚(yáng)程 h、流量 q 及水泵功率 p 也隨之變

25、化，他們之間有以下關(guān)系：q2/q1=(n2/n1) h2/h1=(n2/n1)2 p2/p1=(n2/n1)3即流量 q 與轉(zhuǎn)速 n 的一次方成正比；揚(yáng)程 h 與轉(zhuǎn)速 n 的平方成正比；水泵功率p 與轉(zhuǎn)速 n 的立方成正比。下面表 1-1 可較為直觀的理解。 表 3-1 離心水泵在不同轉(zhuǎn)速（頻率）下的流量、揚(yáng)程及軸功率離心水泵在不同轉(zhuǎn)速（頻率）下的流量、揚(yáng)程及軸功率頻率 f（hz）轉(zhuǎn)速 n%流量 q%揚(yáng)程 h%軸功率 p%501001001001004590908172.94080806451.23570704934.33060603621.62550502512.517根據(jù)水泵的揚(yáng)程 h、流

26、量 q 及功率與水泵轉(zhuǎn)速（頻率）的關(guān)系式及表 1-1可知改變水泵的轉(zhuǎn)速就可改變水泵的功率。3.2 pid 控制及調(diào)節(jié)pid控制是一種負(fù)反饋控制，它所組成的控制系統(tǒng)由pid控制器和被控對(duì)象組成，具有一般閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，通過負(fù)反饋?zhàn)饔檬贡豢叵到y(tǒng)趨于穩(wěn)定。常規(guī)pid控制系統(tǒng)原理框圖如圖5-1所示。 xx比例（p)微分（d)積分（i)被控對(duì)象+-r(t)r(t)e(t)e(t)u(t)u(t)y(t)y(t)圖3-2 pid控制器原理 pid控制器綜合了關(guān)于系統(tǒng)過去(i)、現(xiàn)在(p)和未來(d)三方i面的信息，對(duì)動(dòng)態(tài)過程無需太多的預(yù)先知識(shí)，控制效果能夠滿足要求。pid控制器是一種線性控制器，它

27、根據(jù)給定值r(f)與實(shí)際輸出值y（t）構(gòu)成的控制偏差 e(t)=y(t)-r(t) （5-1）將偏差p(r)的的比例(proportion)、積分(integral)和微分(differential)，通過線性組合構(gòu)成控制器，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱pid控制器。其理想的控制規(guī)律為 u(t)=ke(t)+1/t1e(t)dt+tdde(t)/dt （5-2）對(duì)上式作拉氏變換可得：u(s)=k(e(s)+t1e(s)/s+tdse(s) （5-3）pid 控制器的傳遞函數(shù)形式由式（5-4）描述。g(s)=u(s)/e(s)=kp(1+1/t1s)=kp+k1/s+kds (5-4)18式中 kp

28、一稱為比例系數(shù);k1=t/t1一稱為積分系數(shù);kd=td/t一稱為微分系數(shù)t1一為積分時(shí)間常數(shù)；td一為微分時(shí)間常數(shù)；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：（l）比例增益部分(p)用于保證控制量的輸出含有與系統(tǒng)偏差成線性關(guān)系的分量能夠快速反應(yīng)系統(tǒng)輸出偏差的變化情況。由經(jīng)典控制理論可知，比例環(huán)節(jié)不能徹底消除系統(tǒng)偏差，系統(tǒng)偏差隨比例系數(shù)的增大而減少，但比例系數(shù)過大將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。（2）積分部分(i)表明控制器的輸出不僅與輸入控制的系統(tǒng)偏差的大小有關(guān)，還與偏差持續(xù)的時(shí)間有關(guān)，即與偏差對(duì)時(shí)間的積分成線性關(guān)系。只要偏差存在，控制就要發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)偏差為零。因此

29、積分作用主要是用來消除系統(tǒng)的靜態(tài)偏差，提高精度，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)z，正越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。然而，單純的積分作用速度太慢，無法及時(shí)對(duì)系統(tǒng)的偏差變化做出快速反應(yīng)。（3）微分部分(d)可以對(duì)輸入的變化趨勢(shì)做出反應(yīng)，即它的輸入與輸出的大小無關(guān)，但與輸入量的導(dǎo)數(shù)成線性關(guān)系。它是用來控制被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，使系統(tǒng)趨向穩(wěn)定，減小調(diào)節(jié)時(shí)間，用來改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特特性。由于微分環(huán)節(jié)在系統(tǒng)。傳遞函數(shù)中引入了一個(gè)零點(diǎn)，如果使用不當(dāng)會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定。pid的三種作用是各自獨(dú)立的，互不影響的。改變一個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)，只影響一種調(diào)節(jié)作用，不會(huì)影響其他的調(diào)節(jié)作用。顯然，對(duì)于大多數(shù)

30、系統(tǒng)來說，單獨(dú)使用上面任意一種控制艦律都難以獲得良好的控制性能。如果能將它們的作用作適當(dāng)?shù)呐浜?，可以使調(diào)節(jié)器快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確的運(yùn)行，從而獲得滿意的控制效果。一般來說，系統(tǒng)是使用它們的組合，如pi控制算法，pd控制算法和pid控制算法。為了更好的理解 pid 的工作流程，設(shè) xt 為設(shè)定值，xf 為系統(tǒng)反饋值，他們19的關(guān)系見圖 5-2。開始設(shè)定目標(biāo)信號(hào)xt值其大小與所求的管道壓力目標(biāo)相對(duì)應(yīng)反饋信號(hào)xf值壓力傳感器的反饋值x0=xt-xfxfxtx0=xt-xf0xf0xfxt頻率 fx轉(zhuǎn)速n壓力下降同時(shí)流量減少xf=xt頻率fx轉(zhuǎn)速n水壓上升同時(shí)流量增加xf=xtfx不變維持目標(biāo)值變頻輸出頻率

31、fx的大小由合成信號(hào)（xt-xf）決定反饋信號(hào)大于目標(biāo)信號(hào)則合成信號(hào)小于0變頻輸出頻率下降水泵電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降說莫供水量大于用水量反饋信號(hào)是否與目標(biāo)信號(hào)相等保持供水流量等于用水流量反饋信號(hào)小于目標(biāo)信號(hào)則合成信號(hào)大于0變頻輸出頻率上升水泵電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升說明用水量小于供水量反饋信號(hào)是否與目標(biāo)信號(hào)值相等00是否否是=0圖 3-3 pid 控制的基本工作過程20總結(jié) 用水泵的出口水壓作為采樣信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)后送至調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將該信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較（pid）運(yùn)算后輸出一信號(hào)至變頻器，決定變頻器的輸出頻率，以達(dá)到改變水泵的轉(zhuǎn)速并節(jié)能的目的。 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

32、，這主要是對(duì)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、滑叉電機(jī)、變級(jí)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(duì)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(duì)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(chǎng)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(jiǎn)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。另外，在完成論文的過程中，由我們馬老師的精心指導(dǎo)，在我們大量的實(shí)習(xí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的指引下，我們的論文完成的很順利，包括了我們從開始試驗(yàn)到我們完成任務(wù)的全部過程，這是我們