畢業(yè)設(shè)計（論文）PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)

1、摘 要本次設(shè)計采用“一臺變頻器控制多臺水泵”的多泵控制系統(tǒng)。在這里利用plc設(shè)計一套變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)管網(wǎng)瞬間壓力變化自動調(diào)節(jié)某臺水泵的轉(zhuǎn)速和多臺水泵的投入及退出，使管網(wǎng)主干管出口端保持在恒定的設(shè)定壓力值，并滿足用戶的流量需求，使整個系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能的最佳狀態(tài)。可實現(xiàn)恒壓變量、雙恒壓變量等控制方式，多種啟停控制方式，該系統(tǒng)可以通過人意修改參數(shù)指令（如壓力設(shè)定值、控制順序、控制電機(jī)數(shù)量、壓力上下限、pid值、加減速時間等）；具有完善的電氣安全保護(hù)措施，對過流、過壓、欠壓、過載、斷水等故障均能自行診斷并報警。為保證小區(qū)的供水正常，利用plc控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，按照用戶的

2、需求按需調(diào)節(jié)水泵流量，根據(jù)夜間用水少可以只開一個小流量泵，并滿足用戶的流量需求，使真?zhèn)€系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能的最佳狀態(tài)。關(guān)鍵詞：變頻器；可編程控制器；恒壓供水 目錄摘要第一章 緒論1第二章 方案擬定22.1變頻恒壓供水控制方式的選擇2第三章 變頻恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理53.1系統(tǒng)的構(gòu)成53.2 工作原理7 3.3變頻恒壓供水系統(tǒng)中加減水泵的條件分析73.4 主電路接線圖8第四章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計104.1 plc的選型.104.2 plc的接線104.3變頻器的選型 114.4變頻器的接線 124.5 pid調(diào)節(jié)器 124.6 壓力傳感器的接線圖 134.7 原件表 14第五章 p

3、id算法在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用175.1 plc控制175.2 系統(tǒng)運行模式17 5.2.1 手動運行185.2.2 自動運行185.3 編程及介紹185.3.1 總編程的順序功能圖185.3.2 自動運行順序功能圖195.3.3手動模式順序功能圖205.3.4程序說明21第六章 結(jié)束語25致謝26參考文獻(xiàn)27 第一章 緒論隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能和高品質(zhì)的供水質(zhì)量等特點，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)及高層建筑的生活、消防供水中。變頻恒壓供水的調(diào)速系統(tǒng)可以實現(xiàn)水泵電機(jī)無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變

4、化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實際應(yīng)用中如何充分利用專用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計變頻恒壓供水設(shè)備、降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。變頻恒壓供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，運行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢，而且具有顯著的節(jié)能效果。目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制、多品種系列化的方向發(fā)展。追求高度智能化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，是未來供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)中成片開發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢。變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用生活水、工業(yè)用水以

5、及消防用水等多種場合的供水要求，該系統(tǒng)具有以下特點:(1)供水系統(tǒng)的控制對象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個過程控制量，同其他一些過程控制量(如:溫度、流量、濃度等)一樣，對控制作用的響應(yīng)具有滯后性。同時用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)。(2)用戶管網(wǎng)中因為有管阻、水錘等因素的影響，同時又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個線性系統(tǒng)。(3)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統(tǒng)，而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用水量和揚程等方面存在著較大的差異，因此其控制對象的模型具有很強(qiáng)的多變性。(4)在變頻調(diào)速恒壓供水系

6、統(tǒng)中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泉的停止和運行)是時時發(fā)生的，同時定量泵的運行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化，因此可以認(rèn)為，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是時時變化的。第二章 方案擬定圖2-1 供水流程簡圖此次設(shè)計研究的對象是一棟樓房的供水系統(tǒng)。這棟樓有10層，由于高層樓對水壓的要求高，在水壓低時，高層用戶將無法正常用水甚至出現(xiàn)無水的情況，水壓高時將造成能源的浪費。如圖2-1所示，是這棟小樓的供水流程。自來水廠送來的水先儲存的水池中再通過水泵加壓送給用戶。通過水泵加壓后，必須恒壓供給每一個用戶。2.1 變頻恒壓供水控制方式的選擇目前國內(nèi)變頻恒壓供水

7、設(shè)備電控柜的控制方式有：1邏輯電子電路控制方式這類控制電路難以實現(xiàn)水泵機(jī)組全部軟啟動、全流量變頻調(diào)節(jié)，往往采用一臺泵固定于變頻狀態(tài)，其余泵均為工頻狀態(tài)的方式。因此，控制精度較低、水泵切換時水壓波動大、調(diào)試較麻煩、工頻泵起動時有沖擊、抗干擾能力較弱，但其成本較低。2單片微機(jī)電路控制方式這類控制電路優(yōu)于邏輯電路，但在應(yīng)付不同管網(wǎng)、不同供水情況時，調(diào)試較麻煩；追加功能時往往要對電路進(jìn)行修改，不靈活也不方便。電路的可靠性和抗干擾能力都不太好。3帶pid回路調(diào)節(jié)器或可編程序控制器(plc)的控制方式該方式變頻器的作用是為電機(jī)提供可變頻率的電源。實現(xiàn)電機(jī)的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。傳感器的任務(wù)是檢

8、測管網(wǎng)水壓，壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號在輸入可編程控后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部pid控制程序的計算，輸出給變頻器一個轉(zhuǎn)速控制信號。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號送入pid回路調(diào)節(jié)器，由pid回路調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)器內(nèi)部進(jìn)行運算后，輸入給變頻器一個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號。由于變頻器的轉(zhuǎn)速控制信號是由可編程控制器或pid回路調(diào)節(jié)器給出的，所以對可編程控制器來講。既要有模擬量輸入接口，又要有模擬量輸出接口。由于帶模擬量輸入，輸出接口的可編程控制器價格很高，這無形中就增加了供水設(shè)備的成本。若采用帶有模擬量輸入，數(shù)字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器的數(shù)字量

9、輸出口端另接一塊pwm調(diào)制板，將可編程控制器輸出的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量。這樣，可編程控制器的成本沒有降低，還增加了連線和附加設(shè)備，降低了整套設(shè)備的可靠性。如果采用一個開關(guān)量輸入，輸出的可編程控制器和一個pid回路調(diào)節(jié)器，其成本也和帶模擬量輸入，輸出的可編程控制器差不多。所以，在變頻調(diào)速恒壓給水控制設(shè)備中，pid控制信號的產(chǎn)生和輸出就成為降低給水設(shè)備成本的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。4新型變頻調(diào)速供水設(shè)備針對傳統(tǒng)的變頻調(diào)速供水設(shè)備的不足之處，國內(nèi)外不少生產(chǎn)廠家近年來紛紛推出了一系列新型產(chǎn)品，如華為的td2100；施耐德公司的altivar58泵切換卡；sanken的samco i系列；abb公司的acs60

10、0、acs400系列產(chǎn)品；富士公司的giispiis系列產(chǎn)品；等等。這些產(chǎn)品將pid調(diào)節(jié)器以及簡易可編程控制器的功能都綜合進(jìn)變頻器內(nèi)，形成了帶有各種應(yīng)用的新型變頻器。由于pid運算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對可編程控制器存貯容量的要求和對pid算法的編程，而且pid參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。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，為了保證水壓反饋信號值的準(zhǔn)確、不失值，可對該信號設(shè)置濾波時間常數(shù)，同時還可對反饋信號進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡單、方便?？紤]以上四種方案后，此次設(shè)計采用第四種方案。如圖2-2所示

11、。圖2-2 供水系統(tǒng)方案圖第三章 變頻恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理3.1 系統(tǒng)的構(gòu)成圖3-1 系統(tǒng)原理圖如圖3-1所示，整個系統(tǒng)由三臺水泵，一臺變頻調(diào)速器，一臺plc和一個壓力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。三臺水泵中每臺泵的出水管均裝有手動閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，三臺泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要；變頻供水系統(tǒng)中檢測管路壓力的壓力傳感器，一般采用電阻式傳感器(反饋05v電壓信號)或壓力變送器(反饋420ma電流)；變頻器是供水系統(tǒng)的核心，通過改變電機(jī)的頻率實現(xiàn)電機(jī)的無極調(diào)速、無波動穩(wěn)壓的效果和各項功能。從原理框圖，我們可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號檢測、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、以及報警裝置等

12、部分組成。(1)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)，圖2.3中的3個水泵分為二種類型:調(diào)速泵:是由變頻調(diào)速器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定。恒速泵:水泵運行只在工頻狀態(tài)，速度恒定。它們用于在用水量增大而調(diào)速泵的最大供水能力不足時，對供水量進(jìn)行定量的補(bǔ)充。(2)信號檢測在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括自來水出水水壓信號和報警信號:水壓信號:它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。報警信號:它反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機(jī)是否過載、變頻器是否有異常。該信號為開關(guān)量信號。(3)控制系統(tǒng)供水控制系統(tǒng)

13、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)備三個部分。供水控制器:它是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對系統(tǒng)中的工況、壓力、報警信號進(jìn)行采集，對來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即水泵)進(jìn)行控制。變頻器:它是對水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元。變頻器跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。電控設(shè)備:它是由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成。用于在供水控制器的控制下完成對水泵的切換、手/自動切換等。(4)人機(jī)界面人機(jī)界面是人與機(jī)器進(jìn)行信息交

14、流的場所。通過人機(jī)界面，使用者可以更改設(shè)定壓力，修改一些系統(tǒng)設(shè)定以滿足不同工藝的需求，同時使用者也可以從人機(jī)界面上得知系統(tǒng)的一些運行情況及設(shè)備的工作狀態(tài)。人機(jī)界面還可以對系統(tǒng)的運行過程進(jìn)行監(jiān)示，對報警進(jìn)行顯示。(5)通訊接口通訊接口是本系統(tǒng)的一個重要組成部分，通過該接口，系統(tǒng)可以和組態(tài)軟件以及其他的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時通過通訊接口，還可以將現(xiàn)代先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到本系統(tǒng)中來，例如可以對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的診斷和維護(hù)等(6)報警裝置作為一個控制系統(tǒng)，報警是必不可少的重要組成部分。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)的運行，防止因電機(jī)過載、變頻器報警、電網(wǎng)過大波動

15、、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等等造成的故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報警量進(jìn)行監(jiān)測，由plc判斷報警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動作控制，以免造成不必要的損失3.2 工作原理合上空氣開關(guān)，供水系統(tǒng)投入運行。將手動、自動開關(guān)打到自動上，系統(tǒng)進(jìn)入全自動運行狀態(tài)，plc中程序首先接通km6，并起動變頻器。根據(jù)壓力設(shè)定值(根據(jù)管網(wǎng)壓力要求設(shè)定)與壓力實際值(來自于壓力傳感器)的偏差進(jìn)行pid調(diào)節(jié)，并輸出頻率給定信號給變頻器。變頻器根據(jù)頻率給定信號及預(yù)先設(shè)定好的加速時間控制水泵的轉(zhuǎn)速以保證水壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限范圍之內(nèi)，實現(xiàn)恒壓控制。同時變頻器在運行頻率到達(dá)上限，會將頻率到達(dá)信號送給plc，plc則

16、根據(jù)管網(wǎng)壓力的上、下限信號和變頻器的運行頻率是否到達(dá)上限的信號，由程序判斷是否要起動第2臺泵(或第3臺泵)。當(dāng)變頻器運行頻率達(dá)到頻率上限值，并保持一段時間，則plc會將當(dāng)前變頻運行泵切換為工頻運行，并迅速起動下1臺泵變頻運行。此時pid會繼續(xù)通過由遠(yuǎn)傳壓力表送來的檢測信號進(jìn)行分析、計算、判斷，進(jìn)一步控制變頻器的運行頻率，使管壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限偏差范圍之內(nèi)。增泵工作過程：假定增泵順序為l、2、3泵。開始時，1泵電機(jī)在plc控制下先投入調(diào)速運行，其運行速度由變頻器調(diào)節(jié)。當(dāng)供水壓力小于壓力預(yù)置值時變頻器輸出頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速上升，反之下降。當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到上限，并穩(wěn)定運行后，如果供水

17、壓力仍沒達(dá)到預(yù)置值，則需進(jìn)入增泵過程。在plc的邏輯控制下將1泵電機(jī)與變頻器連接的電磁開關(guān)斷開，1泵電機(jī)切換到工頻運行，同時變頻器與2泵電機(jī)連接， 控制2泵投入調(diào)速運行。如果還沒到達(dá)設(shè)定值，則繼續(xù)按照以上步驟將2泵切換到工頻運行，控制3泵投入變頻運行。減泵工作過程：假定減泵順序依次為3、2、1泵。當(dāng)供水壓力大于預(yù)置值時，變頻器輸出頻率降低，水泵速度下降，當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到下限，并穩(wěn)定運行一段時間后，把變頻器控制的水泵停機(jī)，如果供水壓力仍大于預(yù)置值，則將下一臺水泵由工頻運行切換到變頻器調(diào)速運行，并繼續(xù)減泵工作過程。如果在晚間用水不多時，當(dāng)最后一臺正在運行的主泵處于低速運行時，如果供水壓力仍大

18、于設(shè)定值，則停機(jī)并啟動輔泵投入調(diào)速運行，從而達(dá)到節(jié)能效果。3.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)中加減水泵的條件分析在上面的工作流程中，我們提到當(dāng)一臺調(diào)速水泵己運行在上限頻率，此時管網(wǎng)的實際壓力仍低于設(shè)定壓力，此時需要增加恒速水泵來滿足供水要求，達(dá)到恒壓的目的。當(dāng)調(diào)速水泵和恒速水泵都在運行且調(diào)速水泵己運行在下限頻率，此時管網(wǎng)的實際壓力仍高于設(shè)定壓力，此時需要減少恒速水泉來減少供水流量，達(dá)到恒壓的目的。那么何時進(jìn)行切換，刁能使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，同時使機(jī)組不過于頻繁的切換。盡管通用變頻器的頻率都可以在0-400hz范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，但當(dāng)它用在供水系統(tǒng)中，其頻率調(diào)節(jié)的范圍是有限的，不可能無限地增大和減小。

19、當(dāng)正在變頻狀態(tài)下運行的水泵電機(jī)要切換到工頻狀態(tài)下運行時，只能在50hz時進(jìn)行。由于電網(wǎng)的限制以及變頻器和電機(jī)工作頻率的限制，50hz成為頻率調(diào)節(jié)的上限頻率。當(dāng)變頻器的輸出頻率己經(jīng)到達(dá)50hz時，即使實際供水壓力仍然低于設(shè)定壓力，也不能夠再增加變頻器的輸出頻率了。要增加實際供水壓力，正如前面所講的那樣，只能夠通過水泵機(jī)組切換，增加運行機(jī)組數(shù)量來實現(xiàn)。另外，變頻器的輸出頻率不能夠為負(fù)值，最低只能是0hz。其實，在實際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率是不可能降低到0hz。因為當(dāng)水泵機(jī)組運行，電機(jī)帶動水泵向管網(wǎng)供水時，由于管網(wǎng)中的水壓會反推水泵，給帶動水泵運行的電機(jī)一個反向的力矩，同時這個水壓也在一定程度上阻

20、止源水池中的水進(jìn)入管網(wǎng)，因此，當(dāng)電機(jī)運行頻率下降到一個值時，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實際的供水壓力也不會隨著電機(jī)頻率的下降而下降。這個頻率在實際應(yīng)用中就是電機(jī)運行的下限頻率。這個頻率遠(yuǎn)大于0hz,具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場所有關(guān)，一般在20hz左右。由于在變頻運行狀態(tài)下，水泵機(jī)組中電機(jī)的運行頻率由變頻器的輸出頻率決定，這個下限頻率也就成為變頻器頻率調(diào)節(jié)的下限頻率。在實際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)在確實需要機(jī)組進(jìn)行切換的時候才進(jìn)行機(jī)組的切換。所謂延時判別，是指系統(tǒng)僅滿足頻率和壓力的判別條件是不夠的，如果真的要進(jìn)行機(jī)組切換，切換所要求的頻率和壓力的判別條件必須成立并且能夠維持一段時間（比如1-2分鐘），如

21、果在這一段延時的時間內(nèi)切換條件仍然成立，則進(jìn)行實際的機(jī)組切換操作;如果切換條件不能夠維持延時時間的要求，說明判別條件的滿足只是暫時的，如果進(jìn)行機(jī)組切換將可能引起一系列多余的切換操作。3.4 主電路接線圖圖3-2 主電路圖電機(jī)有兩種工作模式即：在工頻電下運行和在變頻電下運行。km1、 km3、 km5 分別為電動機(jī)m1 、m2 、m3 工頻運行時接通電源的控制接觸器，km0、 km2 、km4 分別為電動機(jī)m1、m2、 m3 變頻運行時接通電源的控制接觸器。熱繼電器(fr)是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護(hù)電路，它在電路中的用作電動機(jī)的過載保護(hù)。熔斷器（fu）是電路中的一種簡單的短路保護(hù)裝置。使用

22、中，由于電流超過允許值產(chǎn)生的熱量使串接于主電路中的熔體熔化而切斷電路，防止電氣設(shè)備短路和嚴(yán)重過載。第四章 相關(guān)器件的選型及接線4.1 plc的選型水泵m1、m2，m3可變頻運行，也可工頻運行，需plc的6個輸出點，變頻器的運行與關(guān)斷由plc的1個輸出點，控制變頻器使電機(jī)正轉(zhuǎn)需1個輸出信號控制，報警器的控制需要1個輸出點，輸出點數(shù)量一共9個?？刂破饎雍屯Ｖ剐枰?個輸入點，變頻器極限頻率的檢測信號占用plc2個輸入點，系統(tǒng)自動/手動起動需1輸入點，手動控制電機(jī)的工頻/變頻運行需6個輸入點，控制系統(tǒng)停止運行需1個輸入點，檢測電機(jī)是否過載需3個輸入點，共需15個輸入點。系統(tǒng)所需的輸入輸出點數(shù)量共為24

23、個點。本系統(tǒng)選用fxos-30mr-d型plc。4.2 plc的接線圖4-1 plc的接線圖y0接km0控制m1的變頻運行，y1接km1控制m1的工頻運行；y2接km2控制m2的變頻運行，y3接km3控制m2的工頻運行；y4接km4控制m3的變頻運行，y5接km5控制m3的工頻運行。x0接起動按鈕，x1接停止按鈕，x2接變頻器的fu接口，x3接變頻器的ol接口，x4接m1的熱繼電器，x5接m2的熱繼電器，x6接m3的熱繼電器。為了防止出現(xiàn)某臺電動機(jī)既接工頻電又接變頻電設(shè)計了電氣互鎖。在同時控制m1電動機(jī)的兩個接觸器km1、km0線圈中分別串入了對方的常閉觸頭形成電氣互鎖。頻率檢測的上/下限信號

24、分別通過ol和fu輸出至plc的x2與x3輸入端作為plc增泵減泵控制信號。4.3 變頻器的選型根據(jù)設(shè)計的要求，本系統(tǒng)選用fr-a540系列變頻器，如下圖所示：圖4-2 fr-a540的管腳說明4.4 變頻器的接線管腳stf接plc的y7管腳，控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)。x2接變頻器的fu接口，x3接變頻器的ol接口。頻率檢測的上/下限信號分別通過ol和fu輸出至plc的x2與x3輸入端作為plc增泵減泵控制信號。圖4-3 變頻器接線圖4.5 pid調(diào)節(jié)器僅用p動作控制，不能完全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增加i動作的pi控制。用pi控制時，能消除由改變目標(biāo)值和經(jīng)常的外來擾動等引起的偏差。但是，

25、i動作過強(qiáng)時，對快速變化偏差響應(yīng)遲緩。對有積分元件的負(fù)載系統(tǒng)可以單獨使用p動作控制。對于pd控制，發(fā)生偏差時，很快產(chǎn)生比單獨d動作還要大的操作量，以此來抑制偏差的增加。偏差小時，p動作的作用減小。控制對象含有積分元件的負(fù)載場合，僅p動作控制，有時由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在該場合，為使p動作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用pd控制。換言之，該種控制方式適用于過程本身沒有制動作用的負(fù)載。利用i動作消除偏差作用和用d動作抑制振蕩作用，在結(jié)合p動作就構(gòu)成了pid控制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式。采用pid控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過程。這種控制方式用于從

26、產(chǎn)生偏差到出現(xiàn)響應(yīng)需要一定時間的負(fù)載系統(tǒng)(即實時性要求不高，工業(yè)上的過程控制系統(tǒng)一般都是此類系統(tǒng)，本系統(tǒng)也比較適合pid調(diào)節(jié))效果比較好圖4-4 pid控制框圖通過對被控制對象的傳感器等檢測控制量(反饋量)，將其與目標(biāo)值(溫度、流量、壓力等設(shè)定值)進(jìn)行比較。若有偏差，則通過此功能的控制動作使偏差為零。也就是使反饋量與日標(biāo)值相一致的一種通用控制方式。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。在恒壓供水中常見的pid控制器的控制形式主要有兩種:(1)硬件型：即通用pid控制器，在使用時只需要進(jìn)行線路的連接和p、i、d參數(shù)及日標(biāo)值的設(shè)定。(2)軟件型：使用離散形式的pid控制算法在可編

27、程序控制器(或單片機(jī))上做pid控制器此次使用硬件型控制形式。根據(jù)設(shè)計的要求，本系統(tǒng)的pid調(diào)節(jié)器內(nèi)置于變頻器中。圖4-5 pid控制接線圖4.6壓力傳感器的接線圖壓力傳感器使用cy-yz-1001型絕對壓力傳感器。改傳感器采用硅壓阻效應(yīng)原理實現(xiàn)壓力測量的力電轉(zhuǎn)換。傳感器由敏感芯體和信號調(diào)理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時，敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號調(diào)理電路將輸出的電壓信號作放大處理，同時進(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。該傳感器的量程為02.5mpa，工作溫度為560 ，供電電源為283v（dc）。圖4-6 壓力傳感器的接線圖4.7原件表水

28、泵：m1、m2選用40-160(i)a型，m3選用40-160(i)型，參數(shù)見表4.1所示。 熱繼電器的選擇：選用最小的熱繼電器作為電機(jī)的過載保護(hù)熱繼電器fr，fr1 fr2可選用規(guī)格其型號為tk-e02t-c，額定電流5-8a，fr3可選用規(guī)格其型號為tk-e02u-c，額定電流為69 a熔斷器的選擇：在控制回路中熔斷器fu選用rt18系列。接觸器的選擇：對于接觸器km選擇的是規(guī)格sc-e03-c,功率3kw按鈕sb的選擇：plc各輸入點的回路的額定電壓直流24v，各輸入點的回路的額定電流均小于40ma，按鈕均只需具有1對常開觸點，按鈕均選用lay3-11型，其主要技術(shù)參數(shù)為：un=24vd

29、c，in=0.3a，含1對常開和1對常閉觸點。元件符號型號個數(shù)可編程控制器plcfxos-30mr-d1變頻器fr-a540系列5.5型1接觸器kmsc-e03-c7水泵m1,m240-160(i)a2m340-160(i)1閘刀開關(guān)qshd11-100/181熔斷器fu1，fu2rt18 6a2fu3rt18 8a1熱繼電器fr1 fr2tk-e02t-c2fr3k-e02u-c1按鈕sblay31110表4-1元件表總圖水泵符號型號流量(m3/h)揚程(m)轉(zhuǎn)速(r/min)電機(jī)功率(kw)m1,m240-160(i)a112829002.2m340-160(i)12.53229003.0

30、表4-2水泵的參數(shù)變頻器適用電機(jī)容量（kw)輸出額定容量(kva)輸出額定電流（a）過載能力電源額定輸入交流電壓/頻率冷卻方式fr-a540系列5.5型（三菱）5.59.112150%60s ,200% 0.5s (反時限特性)3相，380v至480v 50hz/60hz強(qiáng)制風(fēng)冷表4-3 變頻器的參數(shù)第五章 plc控制及編程5.1 plc控制plc在系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進(jìn)行工頻變頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。工作流程如圖5-1所示。圖5-1 plc程序流程圖系統(tǒng)起動之后，檢測是自動運行模式還是手動運行模式。如果是手動運行模式則進(jìn)行手動操作，人們根據(jù)自己的需要操作相應(yīng)的按鈕，系統(tǒng)根據(jù)按

31、鈕執(zhí)行相應(yīng)操作。如果是自動運行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關(guān)的輸入信號執(zhí)行相應(yīng)的操作。手動模式主要是解決系統(tǒng)出錯或器件出問題在自動運行模式中，如果plc接到頻率上限信號，則執(zhí)行增泵程序，增加水泵的工作數(shù)量。如果plc接到頻率下限信號，則執(zhí)行減泵程序，減少水泵的工作數(shù)量。沒接到信號就保持現(xiàn)有的運行狀態(tài)。5.2 系統(tǒng)運行模式5.2.1 手動運行當(dāng)按下sb7按鈕，用手動方式。按下sb10手動啟動變頻器。當(dāng)系統(tǒng)壓力不夠需要增加泵時，按下sbn（n=1,3,5）按鈕，此時切斷電機(jī)變頻，同時啟動電機(jī)工頻運行,再起動下一臺電機(jī)。為了變頻向工頻切換時保護(hù)變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時，用時間繼電器作了

32、時間延遲，當(dāng)壓力過大時，可以手動按下sbn（n=2,4,6）按鈕，切斷工頻運行的電機(jī)，同時啟動電機(jī)變頻運行?？筛鶕?jù)需要，停按不同電機(jī)對應(yīng)的啟停按鈕，可以依次實現(xiàn)手動啟動和手動停止三臺水泵.該方式僅供自動故障時使用.5.2.2 自動運行由plc分別控制某臺電機(jī)工頻和變頻繼電器，在條件成立時，進(jìn)行增泵升壓和減泵降壓控制. 升壓控制：系統(tǒng)工作時，每臺水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動狀態(tài)、變頻器拖動調(diào)速狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài).系統(tǒng)開始工作時，供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運行，第一臺水泵m1，啟動且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期

33、間m1處在調(diào)速運行狀態(tài).當(dāng)用水量增加水壓減小時，通過壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個穩(wěn)定轉(zhuǎn)速;反之用水量減少水壓增加時，水泵按設(shè)定的速率減速到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速.當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻時，水壓仍低于設(shè)定值，由plc控制切換至工頻電網(wǎng)后恒速運行;同時，使第二臺水泵m2投入變頻器并變速運行，系統(tǒng)恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，每當(dāng)加速運行的變頻器輸出頻率達(dá)到工頻時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，并有新的水泵投人并聯(lián)運行.當(dāng)最后一臺水泵m3投人運行，變頻器輸出頻率達(dá)到工頻，壓力仍未達(dá)到設(shè)定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出故障報警.降壓控制：當(dāng)用水量下降水壓升高，變頻

34、器輸出頻率降至起動頻率時，水壓仍高于設(shè)定值，系統(tǒng)將工頻運行時間最長的一臺水泵關(guān)掉，恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達(dá)到設(shè)定值.當(dāng)用水量繼續(xù)下降，每當(dāng)減速運行的變頻器輸出頻率降至起動頻率時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下最后一臺變頻泵運行為止。5.3編程及介紹5.3.1 總程序的順序功能圖系統(tǒng)分為自動運行和手動運行兩部分圖5-2 總程序的順序功能圖5.3.2 自動運行順序功能圖按下sb8按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入自動運行模式，順序功能圖如5.3所示。圖5-3 自動運行順序功能圖y0接km0控制m1的變頻運行，y1接km1控制m1的工頻運行；y2接km2控制m2的變頻運行，y3接km3控制m2的工頻運行；y4接

35、km4控制m3的變頻運行，y5接km5控制m3的工頻運行系統(tǒng)起動時，km1閉合，#1泵以變頻方式運行。 當(dāng)變頻器的運行頻率超出一個上限信號后，plc通過這個上限信號后將1#水泵有變頻運行轉(zhuǎn)為工頻運行，km1斷開km0吸合，同時km3吸合變頻起動第2#水泵。如果再次接收到變頻器上限信號，則km3斷開km2吸合，第2#水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運行，3#水泵變頻起動。如果變頻器頻率偏低，即壓力過高，輸出的下限信號使plc關(guān)閉km5、km2，開啟km3，2#水泵變頻起動。再次接到下限信號就關(guān)閉km3、km0，吸合km1，只剩1#水泵變頻運行。為了防止出現(xiàn)某臺電動機(jī)既接工頻電又接變頻電設(shè)計了電氣互鎖。在同是控

36、制m1電動機(jī)的兩個接觸器km1、km0線圈中分別串入了對方的常閉觸頭形成電氣互鎖。5.3.3 手動模式順序功能圖當(dāng)按下sb9按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入手動運行模式。系統(tǒng)的每步動作都必須有相應(yīng)的操作。順序功能圖如圖5-4所示。圖5-4 自動運行順序功能圖按下按鈕sb9之后，啟動了變頻器，系統(tǒng)進(jìn)入手動運行模式。當(dāng)用戶按下sbn（n=1，3，5）三臺電機(jī)分別處于工頻運行，當(dāng)用戶按下sbn（n=2，4，6）三臺電機(jī)分別處于變頻運行?？梢远嗯_電機(jī)于不同的頻率工作，但一臺電機(jī)只能以一種頻率下工作。（如#1電機(jī)，如果控制它工作的sb1,sb2按鈕被同時按下則發(fā)出警報且電機(jī)無法起動。）5.3.4 程序說明（1）自動運行部

37、分。起動1#泵按下起動按鈕，系統(tǒng)檢測采用那種運行模式。如果按鈕sb7沒按，則使用自動運行模式。變頻起動1#水泵。起動1#，2#泵：接收到變頻器上限信號，plc通過這個上限信號后將1#水泵由變頻運行轉(zhuǎn)為工頻運行，km1斷開km0吸合，同時km3吸合變頻起動第2#水泵。起動1#，2#，3#泵：再次接收到變頻器上限信號，則km3斷開km2吸合，第2#水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運行，3#水泵變頻起動。起動1#泵：接到下限信號就關(guān)閉km3、km0，吸合km1，只剩1#水泵變頻運行。起動1#，2#泵：輸出的下限信號使plc關(guān)閉km5、km2，開啟km3，2#水泵變頻起動。起動1#泵：接到下限信號關(guān)閉km3、km0，吸合km1，只剩1#水泵變頻運行。(2)手動運行部分按下手動起動按鈕sb10，手動起動變頻器。按下sb2,斷開km0，在10個計數(shù)脈沖后起動m1在變工頻電源下運行。按下sb4,斷開km2，在10個計數(shù)脈沖后起動m2在變頻電源下運行。按下sb6,斷開km4，在10個計數(shù)脈沖后起動m3在變頻電源下運行。按下sb1,斷開