基于PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)康龍系列

1、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，合理開(kāi)發(fā)、節(jié)約利用和有效保護(hù)水資源是一項(xiàng)艱巨任務(wù)。根據(jù)高校用水時(shí)間集中，用水量變化較大的特點(diǎn)，分析了校園原供水系統(tǒng)存在成本高，可靠性低，水資源浪費(fèi)，管網(wǎng)系統(tǒng)待完善的問(wèn)題。提出以利用自來(lái)水水壓供水與水泵提水相結(jié)合的方式，并配以變頻器、軟啟動(dòng)器、PLC、微泄露補(bǔ)償器、壓力傳感器、液位傳感器等不同功能等傳感器，根據(jù)管網(wǎng)的壓力，通過(guò)變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，使水管中的壓力始終保持在合適的范圍。從而可以解決因樓層太高導(dǎo)致壓力不足及小流量時(shí)能耗大的問(wèn)題。結(jié)合使用可編程控制器，可實(shí)現(xiàn)主泵變頻，副泵軟啟動(dòng)，具有短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。關(guān)鍵詞：恒壓變頻供水，P

2、LC，自動(dòng)控制，變頻器。目錄摘要I第一章緒論1恒壓供水問(wèn)題的提出11本系統(tǒng)的總體方案1本系統(tǒng)的特點(diǎn)2本課題的主要工作3第二章恒壓供水系統(tǒng)的原理3變頻器3變頻器的基本原理3變頻器結(jié)構(gòu)電路圖4變頻器的配線52.1.4 故障診斷與對(duì)策8軟起動(dòng)10軟起動(dòng)的基本原理102.3 文本顯示器10第三章供水系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)11主要器件選型11變頻器和軟起動(dòng)選型11供水系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)11恒壓供水思路11強(qiáng)電驅(qū)動(dòng)線路112強(qiáng)電驅(qū)動(dòng)線路215電動(dòng)閥控制電路153.2.5 PLC接線圖16控制線路17第四章恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)19梯形圖的基本繪制規(guī)則19恒壓供水系統(tǒng)I/O分配表20程序流程圖23程序編寫23程序調(diào)試

3、23結(jié)論24致謝25參考文獻(xiàn)25附錄1 PLC程序流程圖27附錄2 PLC程序31第一章緒 論變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)其節(jié)能、安全、供水高品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，在供水行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化（實(shí)際上為供水管網(wǎng)的壓力變化）自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓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)。在實(shí)際應(yīng)用中如何充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻器調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。而高校校園的供水和一般城市供水相比較則有些特殊。主要是由于校園內(nèi)學(xué)生住宿區(qū)一般都較為集中，造成了學(xué)生宿舍、食堂的用水十分集

4、中，且用水量較大。而其它建筑物如教室、實(shí)驗(yàn)室、教師住宿區(qū)等的用水量則相對(duì)較少。同時(shí)，用水的時(shí)間性強(qiáng)，一般在早上六點(diǎn)到八點(diǎn)，中午十一點(diǎn)到下午兩點(diǎn)，下午五點(diǎn)到七點(diǎn)，晚上九點(diǎn)到十點(diǎn)四個(gè)時(shí)間段用水量最大，而其它時(shí)間則用水量一般。我校原來(lái)的供水方式為：把城市自來(lái)水管網(wǎng)的水源取到蓄水池后，用水泵抽到校園內(nèi)高位水池，再由高位水池向校園管網(wǎng)供水。這種方法的缺點(diǎn)是用水高峰期經(jīng)常性的供水不足，特別是學(xué)生宿舍和食堂最為明顯，影響了學(xué)生和教師的正常生活秩序。同時(shí)該供水方式還存在如下問(wèn)題：（1）供水成本高。（2）供水可靠性低。（3）水資源浪費(fèi)。（4）校園管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有缺陷。系統(tǒng)的總體方案系統(tǒng)采用3臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行方式，把

5、1泵和變頻器連接，實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行。為保護(hù)電機(jī)，2泵和3泵用軟起動(dòng)器來(lái)啟動(dòng)，起動(dòng)參數(shù)可調(diào)，而且采用軟起動(dòng)具有軟停車功能，即平滑減速，逐漸停機(jī)，它可以克服瞬間斷電停機(jī)沖擊電流大的弊病，減輕對(duì)管道的沖擊，減少設(shè)備損壞。在工作過(guò)程中，壓力傳感器將主管網(wǎng)水壓變換為電流信號(hào)，經(jīng)模擬量輸入模塊，輸入PLC，PLC根據(jù)給定的壓力設(shè)定值與實(shí)際檢測(cè)值進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出控制信號(hào)經(jīng)模擬量輸出模塊至變頻器，調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的頻率。當(dāng)用水量較小時(shí)，一臺(tái)泵在變頻器的控制下恒壓運(yùn)行，當(dāng)用水量大到水泵全速運(yùn)行也不能保證管網(wǎng)的壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，壓力傳感器上傳的信號(hào)被PLC檢測(cè)到，PLC自動(dòng)將變頻泵的頻率降至出水頻率，同時(shí)將第二臺(tái)泵軟

6、啟動(dòng)投入到工頻運(yùn)行，以保持壓力的穩(wěn)定，此時(shí)管網(wǎng)壓力恒定依靠調(diào)節(jié)變頻泵頻率實(shí)現(xiàn)；一段時(shí)間后，若2臺(tái)泵運(yùn)轉(zhuǎn)仍不能滿足壓力的要求，則依次將軟啟動(dòng)下一臺(tái)水泵。當(dāng)用水量減少時(shí)，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速信號(hào)有效，這時(shí)實(shí)際壓力值大于設(shè)定壓力，PLC將最后啟動(dòng)的工頻泵停掉，以減少供水量。4一段緩沖時(shí)間后，當(dāng)變頻器仍工作在出水頻率以下時(shí)，PLC再軟停車停掉第2臺(tái)工頻運(yùn)行的電機(jī)，此時(shí)管網(wǎng)壓力恒定依靠調(diào)節(jié)變頻泵頻率實(shí)現(xiàn)。為了防止備用泵銹死，用PLC定時(shí)，B、C泵循環(huán)備用。循環(huán)時(shí)間可默認(rèn)定在每周三凌晨2點(diǎn)，因?yàn)檫@時(shí)用水量較少，備用泵循環(huán)可順利進(jìn)行。主要參數(shù)的設(shè)定可用文本顯示器來(lái)設(shè)定。5省去了改寫程序的麻煩。提高

7、備用泵的利用率，是本系統(tǒng)的第一個(gè)目的，也是第一個(gè)特點(diǎn)。節(jié)能，是設(shè)計(jì)這套系統(tǒng)的另一個(gè)重要目的。第一，原有的供水系統(tǒng)只單純手動(dòng)控制電機(jī)的啟動(dòng)和切換，這樣在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的啟動(dòng)電流，長(zhǎng)此以往對(duì)電機(jī)壽命有很大損害，而且在供水時(shí)一直按工頻全速運(yùn)轉(zhuǎn)效率低、能耗大。而本系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際壓力變化自動(dòng)調(diào)整變頻器頻率，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，減少了能量的消耗。第二，普通恒壓供水在用水量變化較大時(shí)有高效、節(jié)能的作用，但在用水量很小的情況下，如晚上，變頻器工作在出水頻率附近，耗電量增大。下面引用一篇文章來(lái)說(shuō)明。時(shí)能耗大效率低的問(wèn)題。當(dāng)流量較小時(shí)，恒壓供水模式將轉(zhuǎn)換成壓差供水模式。壓差供水模式的工作過(guò)程如下，當(dāng)流量條件滿

8、足壓差方式時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換。變頻泵以50Hz的頻率開(kāi)啟，向微泄露補(bǔ)償器壓水，當(dāng)壓力達(dá)到壓差上限時(shí)，水泵停止供水并停機(jī)。這時(shí)管道的壓力由微泄露補(bǔ)償器來(lái)提供。當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)到壓力低于壓差下限時(shí)，變頻泵再次以工頻把補(bǔ)償器壓滿。在壓力達(dá)到壓差上限時(shí)，定時(shí)器同時(shí)計(jì)時(shí)，在變頻器若干次的啟停后（系統(tǒng)默認(rèn)為4次），PLC自動(dòng)比較壓力由壓差上限到壓差下限的的時(shí)間是否低于系統(tǒng)設(shè)定的頻率上升時(shí)間，若都低于說(shuō)明需水量已增大，系統(tǒng)就自動(dòng)切換到恒壓供水狀態(tài)。本系統(tǒng)是由變頻技術(shù)、壓差恒壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換技術(shù)及微泄露補(bǔ)償技術(shù)組成。采用這種技術(shù)供水時(shí)，變頻設(shè)備能自動(dòng)的根據(jù)供水流量轉(zhuǎn)換供水方式，并利用微泄漏補(bǔ)償器儲(chǔ)能，來(lái)實(shí)現(xiàn)微小流量下

9、高效率供水的目標(biāo)。本文所做的工作分為兩個(gè)方面，一是電氣圖的設(shè)計(jì)；二是PLC程序的編制滿足工藝要求。全文主體思路共分為4章，第一章概述恒壓供水問(wèn)題的提出和意義，明確論文要解決的問(wèn)題并提出總體方案；第二章概述恒壓供水方案解決的基礎(chǔ)上，介紹恒壓供水系統(tǒng)的主要器件的原理和使用方法。第三章詳細(xì)介紹全自動(dòng)供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。第四章詳細(xì)闡述供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。第二章 恒壓供水系統(tǒng)的原理變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們公司現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式（VVVF變頻），先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電

10、源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流環(huán)節(jié)、中間直流環(huán)節(jié)、逆變環(huán)節(jié)和控制環(huán)節(jié)4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，如果不改變電動(dòng)機(jī)的級(jí)數(shù)，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在050Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。變頻器在工頻以下和工頻以上工作時(shí)的情況：（1）變頻器小于50Hz時(shí)，由于I*R很小，所以U/F=E/F不變時(shí)，磁通為常數(shù)，轉(zhuǎn)矩和電流成正比，這

11、也就是為什么通常用變頻器的過(guò)流能力來(lái)描述其過(guò)載（轉(zhuǎn)矩）能力，并成為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。（2）變頻器50Hz以上時(shí)，通常的電機(jī)是按50Hz電壓設(shè)計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 (T=Te, P<=Pe)變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。當(dāng)電機(jī)以大于50Hz頻率速度運(yùn)行時(shí)，電機(jī)負(fù)載的大小必須要給予考慮，以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。舉例，電機(jī)在100Hz時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到50Hz時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的1/2。因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速。眾所周知，對(duì)一個(gè)特定的電機(jī)來(lái)說(shuō), 其額定電壓和額定電流是不

12、變的。如變頻器和電機(jī)額定值都是: 15kW/380V/30A, 電機(jī)可以工作在50Hz以上。    當(dāng)轉(zhuǎn)速為50Hz時(shí)，變頻器的輸出電壓為380V，電流為30A。這時(shí)如果增大輸出頻率到60Hz，變頻器的最大輸出電壓電流還只能為380V/30A。很顯然輸出功率不變。所以我們稱之為恒功率調(diào)速。    這時(shí)的轉(zhuǎn)矩情況怎樣呢？由于功率是角速度與轉(zhuǎn)矩的乘積。因?yàn)楣β什蛔?，角速度增加了，所以轉(zhuǎn)矩會(huì)相應(yīng)減小。主回路主要由整流電路、限流電路、濾波電路、制動(dòng)電路、逆變電路和檢測(cè)取樣電路部分組成。變頻器結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。圖2-1變

13、頻器結(jié)構(gòu)圖1、主回路端子臺(tái)的配線圖如圖2-2所示。圖2-2 變頻器配線圖2、控制回路端子（1）控制回路端子圖變頻器實(shí)際應(yīng)用中接線端子排列如圖2-3所示。圖2-3 變頻器端子圖（2）控制回路端子功能說(shuō)明變頻器中所用的各個(gè)端子說(shuō)明如表2-1所示。JP1跳線說(shuō)明：電源：1-2短接，8V+輸出5V/50mA。電源：2-3短接，V+輸出10V/10mA。表2-1 變頻器端子功能表種類端子符號(hào)端子功能備注模擬輸入V+向外提供+5V/50mA電源或+10V/10mA電源由控制板上JP1選擇V-向外提供-10V/10mA電源VI1頻率設(shè)定電壓信號(hào)輸入端1010VVI2頻率設(shè)定電壓信號(hào)輸入端2-1010VII頻

14、率設(shè)定電流信號(hào)輸入正端（電流流入端）020mAGND頻率設(shè)定電壓信號(hào)的公共端（V+、V-電源地），頻率設(shè)定電流信號(hào)輸入負(fù)端（電流流出端）控制端子X(jué)1多功能輸入端子1多功能輸入端子的具體功能由參數(shù)L-63 L-69設(shè)定，端子與CM端閉合有效X2多功能輸入端子2X3多功能輸入端子3X4多功能輸入端子4X5多功能輸入端子5X6多功能輸入端子6X7多功能輸入端子7，也可作外部脈沖信號(hào)的輸入端子 FWD正轉(zhuǎn)控制命令端與CM端閉合有效，F(xiàn)WD-CM決定面板控制方式時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向。REV逆轉(zhuǎn)控制命令端RST故障復(fù)位輸入端CM控制端子的公共端+24向外提供的+24V/50mA的電源（CM端子為該電源地）模擬輸出

15、AM可編程電壓信號(hào)輸出端，外接電壓表頭（由參數(shù)b-10設(shè)定）最大允許電流1mA輸出電壓010VFM可編程頻率信號(hào)輸出端，外接頻率計(jì)（由參數(shù)b-11設(shè)定）最高輸出信號(hào)頻率50KHz、幅值10VAM-AM、FM端子的公共端內(nèi)部與GND端相連OC 輸出OC1OC2可編程開(kāi)路集電極輸出，由參數(shù)b-15及b-16設(shè)定最大負(fù)載電流50mA，最高承受電壓24V故障輸出TATBTC變頻器正常：TA-TB閉合TA-TC斷開(kāi)變頻器故障：TA-TB斷開(kāi)TA-TC閉合觸點(diǎn)容量：AC250V 1A阻性負(fù)載RS485通訊ABRS485通訊端子3、變頻器的基本配線圖如圖2-4所示。圖2-4 變頻器基本配線圖2.1.4 故障

16、診斷與對(duì)策當(dāng)變頻器有故障時(shí)，1泵故障輸入置1，1泵停止，具體故障如表2-2。表2-2 變頻器故障對(duì)策表故障代碼故障說(shuō)明可能原因?qū)Σ逧加速中過(guò)流1. 加速時(shí)間過(guò)短2. 轉(zhuǎn)矩提升過(guò)高或V/F曲線不合適1. 延長(zhǎng)加速時(shí)間2. 降低轉(zhuǎn)矩提升電壓、調(diào)整V/F曲線減速中過(guò)流減速時(shí)間太短增加減速時(shí)間運(yùn)行中過(guò)流負(fù)載發(fā)生突變減小負(fù)載波動(dòng)加速中過(guò)壓1. 輸入電壓太高2. 電源頻繁開(kāi)、關(guān)1. 檢查電源電壓2. 用變頻器的控制端子控制變頻器的起、停減速中過(guò)壓1. 減速時(shí)間太短2. 輸入電壓異常1. 延長(zhǎng)減速時(shí)間2. 檢查電源電壓3. 安裝或重新選擇制動(dòng)電阻運(yùn)行中過(guò)壓1. 電源電壓異常2. 有能量回饋性負(fù)載1. 檢查電

17、源電壓2. 安裝或重新選擇制動(dòng)電阻停機(jī)時(shí)過(guò)壓電源電壓異常檢查電源電壓運(yùn)行中欠壓1. 電源電壓異常2.電網(wǎng)中有大的負(fù)載起動(dòng)1. 檢查電源電壓2. 分開(kāi)供電變頻器過(guò)載1. 負(fù)載過(guò)大2. 加速時(shí)間過(guò)短3. 轉(zhuǎn)矩提升過(guò)高或V/F曲線不合適4.電網(wǎng)電壓過(guò)低1. 減小負(fù)載或更換成較大容量變頻器2. 延長(zhǎng)加速時(shí)間3. 降低轉(zhuǎn)矩提升電壓、調(diào)整V/F曲線4. 檢查電網(wǎng)電壓電機(jī)過(guò)載1.負(fù)載過(guò)大2.加速時(shí)間過(guò)短3.保護(hù)系數(shù)設(shè)定過(guò)小4.轉(zhuǎn)矩提升過(guò)高或V/F曲線不合適1. 減小負(fù)載2. 延長(zhǎng)加速時(shí)間3. 加大電機(jī)過(guò)載保護(hù)系數(shù)（H-2）4. 降低轉(zhuǎn)矩提升電壓、調(diào)整V/F曲線變頻器過(guò)熱1. 風(fēng)道阻塞2. 環(huán)境溫度過(guò)高3.

18、風(fēng)扇損壞1. 清理風(fēng)道或改善通風(fēng)條件2. 改善通風(fēng)條件、降低載波頻率3. 更換風(fēng)扇輸出接地1. 變頻器的輸出端接地2. 變頻器與電機(jī)的連線過(guò)長(zhǎng)且載波頻率過(guò)高1. 檢查連接線2. 縮短接線、降低載波頻率干擾由于周圍電磁干擾而引起的誤動(dòng)作給變頻器周圍的干擾源加吸收電路輸出缺相變頻器與電機(jī)之間的接線不良或斷開(kāi)檢查接線IPM故障1.輸出短路或接地2.負(fù)載過(guò)重1. 檢查接線2. 減輕負(fù)載外部設(shè)備故障變頻器的外部設(shè)備故障輸入端子有信號(hào)輸入檢查信號(hào)源及相關(guān)設(shè)備電流檢測(cè)錯(cuò)誤1. 電流檢測(cè)器件或電路損壞2. 輔助電源有問(wèn)題向廠家尋求服務(wù)r.18PID反饋故障1. PID反饋信號(hào)線斷開(kāi)2. 用于檢測(cè)反饋信號(hào)的傳感

19、器發(fā)生故障3. 反饋信號(hào)與設(shè)定不符1. 檢查反饋通道2. 檢查傳感器有無(wú)故障3. 核實(shí)反饋信號(hào)是否符合設(shè)定要求軟起動(dòng)器是一種用來(lái)控制鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的新設(shè)備，集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新型電機(jī)控制裝置，國(guó)外稱為 Soft Starter。軟啟器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過(guò)流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成

20、任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。9軟啟動(dòng)器同時(shí)還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動(dòng)過(guò)程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。2.3 文本顯示器在PLC程序設(shè)計(jì)中，有一些參數(shù)需要根據(jù)實(shí)際情況變動(dòng)，這時(shí)如果再重新改變程序的話，會(huì)增加出錯(cuò)率。這時(shí)通過(guò)串口線把PLC的RS232端口和文本顯示器的RS232端口連接起來(lái)，顯示器中設(shè)置的參數(shù)和PLC里設(shè)定的特定寄存器值相對(duì)應(yīng)。通過(guò)屏幕鍵盤的操作可該變程序里寄存器的數(shù)值。10文本顯示器面板如下圖所示。圖2-3 文本顯示器面板第三章 供水系

21、統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)變頻器和軟起動(dòng)選型根據(jù)用水量計(jì)算出電機(jī)的功率為15KW，軟起動(dòng)器選擇STR015A，功率為。本系統(tǒng)具體控制方案為：1、供水（1）單泵工作開(kāi)機(jī)延時(shí)5秒，首先開(kāi)啟真空泵，開(kāi)啟1泵真空電磁閥和1泵電動(dòng)閥，真空泵工作1分鐘后（可以設(shè)置），開(kāi)啟變頻1泵，關(guān)閉真空泵，關(guān)閉1泵真空電磁閥；1泵按2HZ/S速度上升至出水頻率（可以設(shè)置），再按1HZ/S速度工作。（2）進(jìn)泵當(dāng)1泵到達(dá)全速但壓力達(dá)不到設(shè)定值，延時(shí)（可以設(shè)置）開(kāi)啟真空泵，開(kāi)啟2泵真空電磁閥和2泵電動(dòng)閥，真空工作1分鐘后（可以設(shè)置），軟起工頻2泵，關(guān)閉真空泵，關(guān)閉2泵真空電磁閥；1泵下降至出水頻率（可以設(shè)置），若壓力超過(guò)設(shè)定壓力，重新

22、執(zhí)行單泵工作程序。（3）退泵當(dāng)1泵頻率下降至出水頻率（可以設(shè)置），實(shí)際壓力超過(guò)設(shè)定壓力，延時(shí)（可以設(shè)置），停止2泵，關(guān)閉2泵電動(dòng)閥，重新執(zhí)行單泵工作程序；（4）3泵為手動(dòng)/自動(dòng)備用泵，本系統(tǒng)考慮到當(dāng)遇到特殊情況時(shí)兩個(gè)泵達(dá)不到需求時(shí)，要啟動(dòng)3泵。故在PLC程序中編寫了進(jìn)退3泵的程序。（5）電動(dòng)閥門可自動(dòng)，也可手動(dòng)控制。2、取水當(dāng)蓄水池水位下降到水位下限后，停止所有工作供水泵，并開(kāi)啟取水電動(dòng)閥；到達(dá)工作上限時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)，關(guān)閉取水電動(dòng)閥，按照以上程序執(zhí)行。3、工作狀態(tài)系統(tǒng)分自動(dòng)和手動(dòng)控制，在自動(dòng)狀態(tài)下執(zhí)行自動(dòng)程序，在手動(dòng)狀態(tài)下能夠手動(dòng)啟動(dòng)所有負(fù)載。具體思路如圖3-1所示。圖3-1 恒壓供水思路圖

23、強(qiáng)電驅(qū)動(dòng)線路1系統(tǒng)采用3臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行方式，功率為15kw，兩備一用。把1泵和變頻器連接，實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行。2泵和3泵用軟起動(dòng)器來(lái)啟動(dòng)，起動(dòng)參數(shù)可調(diào)，而且采用的軟起動(dòng)器具有軟停車功能。在變頻器的接點(diǎn)中，常開(kāi)觸點(diǎn)KM7代表手動(dòng)，常開(kāi)觸點(diǎn)KM8代表自動(dòng)，當(dāng)需要系統(tǒng)自動(dòng)時(shí)，KM8閉合，由PLC的模擬量模塊輸出電壓信號(hào)來(lái)改變變頻器頻率，變頻器中的AM，AM-接點(diǎn)連接模擬量模塊中的頻率輸入端口，并進(jìn)行處理；當(dāng)旋鈕打到手動(dòng)檔時(shí)，KM7閉合，由滑動(dòng)變阻器來(lái)改變VI1口的輸入電壓，進(jìn)而改變頻率，從而調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。KA1線圈連接+24V和OC1端口，作用是當(dāng)變頻器啟動(dòng)完成后，線圈通電。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，TA、T

24、C內(nèi)置開(kāi)關(guān)閉合，P01口接通。FWD和CM接通時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)不需要電機(jī)反轉(zhuǎn)，故沒(méi)有顯示反轉(zhuǎn)接口。軟啟動(dòng)器的STOP、COM和RUN端口連接方式如圖3-2，當(dāng)RUN和COM接通時(shí)，軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)間可以設(shè)置。啟動(dòng)完成后，12V和OC端口接通。K12和K14接口分別接P03和24V，當(dāng)軟啟動(dòng)器出現(xiàn)故障時(shí)，兩端口的內(nèi)置開(kāi)關(guān)接通，P03有信號(hào)，PLC會(huì)自動(dòng)令水泵停止工作并令3泵啟動(dòng)接替2泵。3泵故障設(shè)置同2泵。變頻器和兩個(gè)軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)完成端口連接的線圈電路中都連接有一個(gè)二極管，它的作用是為了消除繼電器線圈中的剩余電量，防止浪涌電流燒毀端口內(nèi)部器件。兩軟啟動(dòng)器下面的線路是為定時(shí)轉(zhuǎn)換備用泵而

25、設(shè)計(jì)的，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)默認(rèn)開(kāi)一號(hào)線路，即KM9,KM10閉合，KM11,KM12斷開(kāi)；當(dāng)設(shè)定時(shí)間與系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)間相等時(shí)，KM9,KM10斷開(kāi)，KM11,KM12閉合。最初的設(shè)計(jì)想法是把KM9和KM10定義為三個(gè)常閉觸點(diǎn)，這樣定義I/O口和編程時(shí)都會(huì)簡(jiǎn)便一些，比如把KM9和KM10分別改為常閉觸點(diǎn)KM11和KM12。當(dāng)需要備用泵轉(zhuǎn)換時(shí)，只讓KM11（KM11歸于KM11）和KM12（KM12歸于KM12）動(dòng)作即可。但從實(shí)際考慮一個(gè)接觸器只有一個(gè)輔助常閉觸點(diǎn)，這樣一個(gè)電路就需要三個(gè)接觸器，這樣運(yùn)作起來(lái)更麻煩了；輔助觸頭是有三個(gè)常閉觸點(diǎn)的，但輔助觸頭絕對(duì)不能用到主電路的控制上。所以用四個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)更安全。主

26、要參數(shù)的設(shè)定可用文本顯示器來(lái)設(shè)定，省去了改寫程序的麻煩。圖3-2 強(qiáng)電驅(qū)動(dòng)圖1強(qiáng)電驅(qū)動(dòng)線路2圖3-3 強(qiáng)電驅(qū)動(dòng)圖2電路圖左邊的是真空泵的主電路，斷路器QF4和熱繼電器FR1用來(lái)保證電機(jī)安全運(yùn)行，KM1的作用是在PLC中用來(lái)控制真空泵的開(kāi)閉。三個(gè)電壓表用來(lái)檢測(cè)主電源線中電壓是否穩(wěn)定。最右邊的電路是為控制電路和PLC供電設(shè)計(jì)的。先通過(guò)變壓器把380V轉(zhuǎn)換成220V，用低通濾波器濾掉高頻諧波，最后通過(guò)開(kāi)關(guān)電源就得到24V和5V。電動(dòng)閥控制電路圖3-4中控制四個(gè)電動(dòng)閥的接觸器分別是KM2、KM3、KM4、KM5。電動(dòng)閥里有兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)，三個(gè)接線端子。其中兩個(gè)常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)是主管閥門的開(kāi)啟和閉合。連接在

27、端子排中的1號(hào)位的是公共端，2號(hào)位的常閉觸點(diǎn)的作用是關(guān)閉電動(dòng)閥，3號(hào)位的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合后電動(dòng)閥開(kāi)啟。當(dāng)電動(dòng)閥開(kāi)到90°時(shí)，會(huì)碰到5號(hào)位的關(guān)到位限位開(kāi)關(guān)，線圈就會(huì)通電說(shuō)明電動(dòng)閥已經(jīng)完全打開(kāi)。同樣，當(dāng)關(guān)閉電動(dòng)閥時(shí)，反轉(zhuǎn)到90°時(shí)，會(huì)碰到4號(hào)位的開(kāi)到位的限位開(kāi)關(guān)，線圈通電表明電動(dòng)閥已經(jīng)成功關(guān)閉。圖3-4 電動(dòng)閥控制線路3.2.5 PLC接線圖圖3-5所示的是LG-PLC接線圖。在可編程控制器的左右兩邊分別是定義的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)。本系統(tǒng)共用到三個(gè)泵，所以需要定義三個(gè)泵的狀態(tài)輸入和故障輸入，又因?yàn)樗玫谋檬请x心泵，離心泵啟動(dòng)時(shí)必須有真空泵把空氣抽凈，所以又加上了真空泵的控制端口。在現(xiàn)實(shí)

28、控制中，手動(dòng)是必須的。為了能讓備用泵順利轉(zhuǎn)換，定義循環(huán)線路的輸入和輸出端口來(lái)保證兩個(gè)軟起泵能按時(shí)轉(zhuǎn)換。在PLC右邊，定義了三個(gè)供水泵，真空泵和四個(gè)電動(dòng)閥的輸出控制端口。最后的那三個(gè)供水泵電磁閥是用在每個(gè)泵啟動(dòng)時(shí)控制真空泵抽各離心泵中空氣用的。下圖右邊是完成本次系統(tǒng)任務(wù)的必需擴(kuò)展。首先，是兩個(gè)ADHB模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用來(lái)處理如水位，壓力和頻率的模數(shù)轉(zhuǎn)換。這三個(gè)模擬量不能直接參與PLC的運(yùn)算，需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才行。每個(gè)輸入輸出都有自己的寄存器地址，在編程時(shí)還要在調(diào)用寄存器的值的時(shí)候與相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行運(yùn)算才可用于PLC中的PID運(yùn)算。文本顯示器用于改變PLC程序中的有關(guān)參數(shù)。它對(duì)于編程和現(xiàn)場(chǎng)控制有很大

29、幫助?？梢噪S時(shí)在需要的情況下改變?nèi)缛齻€(gè)模擬量系數(shù)、水位的上下限和備用泵的轉(zhuǎn)換時(shí)間。圖3-5 PLC接線圖控制線路下面兩圖為本系統(tǒng)的控制線路。電源線為三相線的A、B相線，為了防止過(guò)載、短路和欠電壓，最開(kāi)始設(shè)置上了斷路器。下面的K按鈕是應(yīng)急按鈕。再下面的手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是用來(lái)選擇手動(dòng)還是自動(dòng)。接觸器最多只有四個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)，拿手動(dòng)來(lái)說(shuō)，需要兩個(gè)10型的接觸器和兩個(gè)40型的輔助觸頭，共16個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)，KM8同理。每個(gè)泵閥門都有自動(dòng)和手動(dòng)，這是在實(shí)際需要的立場(chǎng)上設(shè)計(jì)的。當(dāng)手動(dòng)時(shí)，KM7閉合2SB1為啟動(dòng)按鈕，2SB2為停止按鈕，當(dāng)2SB1按下時(shí)，KM13自聯(lián)鎖，以下各環(huán)節(jié)一樣；當(dāng)自動(dòng)時(shí)，KM8閉合由PLC控制

30、的J繼電器來(lái)決定各個(gè)J開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉。右邊的那一列指示燈是用來(lái)指示各開(kāi)關(guān)按鈕、泵和閥門是否動(dòng)作到位。到位后按鈕閉合，指示燈亮。指示燈這一列的電源接線接在急停按鈕下的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)處，各電路環(huán)節(jié)在右邊均有注解。圖3-6 控制線路1圖3-7為兩個(gè)電動(dòng)閥，循環(huán)控制線路和三個(gè)電磁閥的手動(dòng)/自動(dòng)控制線路。在循環(huán)控制線路中由于接觸器觸點(diǎn)較多，只能用兩個(gè)接觸器并聯(lián)在一起使用。循環(huán)控制那兩欄必須是兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)接通指示燈才能亮。三個(gè)泵的電動(dòng)閥的開(kāi)到位限位開(kāi)關(guān)、關(guān)到位限位開(kāi)關(guān)也在指示燈上有體現(xiàn)，正常工作時(shí)相應(yīng)的燈亮。圖3-7 控制線路2第四章 恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在這里簡(jiǎn)單介紹一下PLC的一些編程規(guī)則。1、編程順序梯形圖按

31、照從上到下，從左到右的順序控制。每個(gè)邏輯行開(kāi)始于左母線，一般來(lái)說(shuō)，觸點(diǎn)要放在左側(cè)，線圈和指令盒放在右側(cè)，線圈和指令盒右側(cè)不能有觸點(diǎn)，整個(gè)梯形圖形成階梯形結(jié)構(gòu)。2、編號(hào)分配對(duì)于外接電路的各元件分配編號(hào)，編號(hào)的分配必須是主機(jī)或者擴(kuò)展模塊本身實(shí)際提供的，而且可以用來(lái)編程，兩個(gè)設(shè)備不能共用一個(gè)輸入輸出點(diǎn)。3、觸點(diǎn)的使用次數(shù)和線圈的使用次數(shù)在PLC的梯形圖中，觸點(diǎn)的使用次數(shù)可能用無(wú)數(shù)次，而線圈的使用次數(shù)只能是一次，否則，容易引發(fā)系統(tǒng)出現(xiàn)意外的事故。4、線圈的連接使用一個(gè)條件驅(qū)動(dòng)多個(gè)線圈時(shí)，不能串聯(lián)，只能并聯(lián)。I/O分配表1、系統(tǒng)具體控制方案上章已敘述，在此把恒壓供水系統(tǒng)的I/O分配列舉如下：表4-1 I

32、/O分配表輸入：1泵狀態(tài)輸入P001泵故障輸入P012泵狀態(tài)輸入P022泵故障輸入P033泵狀態(tài)輸入P043泵故障輸入P05真空泵狀態(tài)輸入P06真空泵故障輸入P07自動(dòng)P08手動(dòng)P09循環(huán)線路1狀態(tài)P0A循環(huán)線路2狀態(tài)P0B變頻器頻率輸入V0 COM0D4980(出變頻器)壓力輸入V1 COM1D4981頻率輸出V0+ V0-D4982(入變頻器)水位輸入V0 COM0D4984出水頻率D465030Hz左欄為默認(rèn)工作壓力設(shè)定D40120.36mpa水位下限D(zhuǎn)4000水位上限D(zhuǎn)4005供水下限D(zhuǎn)40162m文本顯示器時(shí)間周 D3500時(shí) D3503分 D3506顯示器內(nèi)部時(shí)間周 D3510時(shí)

33、D3513分 D3516實(shí)際水位D4004實(shí)際壓力D4018變頻器實(shí)際輸出D4150壓差上限D(zhuǎn)40600.38mpa壓差下限D(zhuǎn)4070壓力系數(shù)D403040頻率系數(shù)D404080水位系數(shù)D405080頻率上升時(shí)間D402690s輸出：供水1泵P40供水2泵P41供水3泵P42真空泵啟動(dòng)P431泵電動(dòng)閥輸出P442泵電動(dòng)閥輸出P453泵電動(dòng)閥輸出P46取水電動(dòng)閥輸出P47循環(huán)控制線路1P48循環(huán)控制線路2P49供水1泵電磁閥輸出P4A供水2泵電磁閥輸出P4B供水3泵電磁閥輸出P4C注：備用泵轉(zhuǎn)換時(shí)間默認(rèn)為：每周三凌晨?jī)牲c(diǎn)。2、上表中所列舉的參數(shù)可變的寄存器由文本顯示器輸入，文本顯示器上有接串口線

34、的端口RS232，與PLC的RS232端口連接后就可設(shè)置參數(shù)。如下圖對(duì)水位進(jìn)行設(shè)置的文本顯示器面板。圖4-1 文本顯示器界面顯示屏面板共有12個(gè)按鍵，包括：4個(gè)功能鍵（F1、F2、F3、F4）、4個(gè)箭頭鍵（向上、向下、向左、向右）和ESC（退出）鍵、ALM（報(bào)警）鍵、SET（設(shè)置）鍵、ENT（確認(rèn)）鍵。開(kāi)機(jī)顯示封面，按ESC鍵退出并進(jìn)入主菜單，按鍵選擇項(xiàng)目，再按ENT鍵進(jìn)入選中的項(xiàng)目畫(huà)面。按ESC鍵可退出當(dāng)前畫(huà)面并返回主菜單。項(xiàng)目說(shuō)明：（1）水位設(shè)置：用戶可自己設(shè)定水位上限、供水下限和水位下限。（2）水位顯示：顯示當(dāng)前水位的實(shí)際狀態(tài)。（3）壓力顯示：顯示當(dāng)前管道壓力的實(shí)際狀態(tài)，及可設(shè)定壓力窗口

35、。（4）頻率顯示：顯示當(dāng)前變頻器的實(shí)際頻率，并有出水頻率設(shè)定窗口，根據(jù)具體情況設(shè)定出水頻率。（5）系統(tǒng)循環(huán)定時(shí)：即備用泵轉(zhuǎn)換時(shí)間，當(dāng)時(shí)間和條件都符合時(shí)，2泵和3泵輪換工作，延長(zhǎng)備用泵壽命。（6）系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)間：控制柜可與電腦連接，文本顯示器同時(shí)可以與電腦時(shí)間校準(zhǔn)，保證兩泵準(zhǔn)時(shí)轉(zhuǎn)換。（7）系數(shù)設(shè)置：可跟據(jù)傳感器的實(shí)際參數(shù)設(shè)置壓力系數(shù)、頻率系數(shù)、水位系數(shù)。具體控制方案上面已有詳細(xì)敘述，根據(jù)本課題要求和實(shí)際情況的限制，恒壓供水系統(tǒng)流程圖見(jiàn)附錄。PLC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、變頻1泵起動(dòng)程序、恒壓供水模塊程序、進(jìn)2泵程序、求模擬量平均值程序、進(jìn)3泵程序、退3泵程序、壓差程序、故障處理程序等構(gòu)成。（具體程序見(jiàn)附錄）為了保證系統(tǒng)的能夠順利運(yùn)行，我對(duì)PLC程序進(jìn)行了上電調(diào)試，用電位器作為模擬量輸入，用一根導(dǎo)線一段連接+24V，另一端按需要接觸PLC端子作為接口輸入。結(jié) 論此次設(shè)計(jì)是以武漢工程技術(shù)學(xué)院的供水狀況為設(shè)計(jì)課題，包括：恒壓供水系統(tǒng)原理、恒壓供水系統(tǒng)的電氣實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)的硬件選型、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件電路設(shè)計(jì)等，本設(shè)計(jì)一共包含四大章設(shè)計(jì)內(nèi)容，其主體是由變頻技術(shù)、壓差恒壓自動(dòng)轉(zhuǎn)換技術(shù)，是現(xiàn)階段水處理行業(yè)較為先進(jìn)的