課程設(shè)計魯琦

1、第六類設(shè)計題目（61-66）：恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計一、課程設(shè)計的目的：機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計是大學(xué)生在完成機電一體化系統(tǒng)設(shè)計等專業(yè)課學(xué)習后,進行綜合性實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，總的目的是在老師的指導(dǎo)下,使學(xué)生通過課程設(shè)計,對所學(xué)課程理論知識進行一次系統(tǒng)的回顧檢查復(fù)習和提高,并運用所學(xué)理論,通過調(diào)研,設(shè)計一個機電控制方面的課題,受到從理論到實踐應(yīng)用的綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生獨立運用所學(xué)理論解決具體問題的能力,具體有以下幾點：1、通過檢索查閱運用有關(guān)手冊、標準及參考資料，培養(yǎng)起學(xué)生檢索查閱資料、使用資料的方法和能力。2、通過回顧查閱課程理論知識、運用所學(xué)的基礎(chǔ)課,專業(yè)技術(shù)課和專業(yè)課知識，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實際問題正確設(shè)

2、計總體方案, 分析具體問題、進行工程設(shè)計的能力。一、 題目要求：設(shè)計恒壓供水系統(tǒng),變頻器型號如表一，電動機臺數(shù)如表，樓層如表。三、設(shè)計內(nèi)容及安排：1）熟悉任務(wù)，查閱資料。2）供水系統(tǒng)設(shè)計計算。3）畫出系統(tǒng)安裝示意圖，1號圖紙。4）畫出電氣控制電路圖，2號圖紙。5）整理設(shè)計說明書，答辯。四、 要求：1:上述工作要求扎扎實實完成,絕不走過場。2:培養(yǎng)獨立思考,獨立動手,獨立查閱資料,嚴謹治學(xué),一絲不茍的工作作風,培養(yǎng)會檢索查閱資料,使用資料的能力,嚴禁抄悉,不求甚解。3:培養(yǎng)形成獨立分析問題,解決問題的能力,為畢業(yè)后工作打好基礎(chǔ)。4:有關(guān)問題按課程設(shè)計大綱要求進行。五、參考資料：1姜培剛

3、編   機電一體化系統(tǒng)設(shè)計   機械工業(yè)出版社(2004年9月版)      2黃筱調(diào)等編  機電一體化技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用   機械工業(yè)出版社(第一版)3. 趙松年、張奇鵬主編機電一體化系統(tǒng)設(shè)計北京：機械工業(yè)出版社表6序號題目變頻器類型電動機臺數(shù)樓層范圍森藍三菱安川2臺3臺6層8層61魯琦恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計62成廣振63后國軍64趙亞樂65周光宇66石旭華54徐華55桑自峰56單炎炎57咸建業(yè)58黨大偉59楊祖?zhèn)?0馬利蒙61魯琦62成廣振63后國軍64趙亞樂65周光宇66石旭華恒

4、壓供水系統(tǒng)設(shè)計摘 要以公寓變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)為例，介紹了用變頻調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)恒壓供水及進行水壓控制的具體方法，闡明了 系統(tǒng)的工作原理及其與一般供水系統(tǒng)相比的優(yōu)越性，論述了變頻調(diào)速供水系統(tǒng)在節(jié)能等方面的優(yōu)點，為小型變頻器恒壓 供水系統(tǒng)設(shè)計提供了參考依據(jù)。 關(guān)鍵詞：變頻器，變頻調(diào)速，節(jié)能，PID，恒壓供水 近年來，我國的能源工業(yè)面臨著經(jīng)濟增長與環(huán)境保護的雙重 壓力，對電能的有效利用已經(jīng)成為必然要求，交流變頻調(diào)速技術(shù) 因其優(yōu)越的調(diào)速性能和顯著的節(jié)能效果¨，成為現(xiàn)代電器傳動的 主要發(fā)展方向之一。變頻調(diào)速系統(tǒng)在我國將有廣闊的市場前景。 恒壓供水是指無論用戶端用水量大小，總保持管網(wǎng)中水壓基本穩(wěn)

5、定，這樣既可滿足各部位的用戶對水的要求，又不使電動機空轉(zhuǎn)， 造成電能的浪費。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的主要特點是：高效節(jié) 能；投入小，效率高；配置靈活，自動化程度高，功能齊全，安全可 靠；運行合理；由于能對水泵實現(xiàn)軟停和軟啟，可消除水錘效應(yīng)； 操作簡單，省時省力。因此，變頻器恒壓供水系統(tǒng)將來必定成為 供水系統(tǒng)的主流。 1 水泵調(diào)速方案的選擇 1)水泵調(diào)速時，其輸出揚程H與轉(zhuǎn)速的平方成正比；在流量 為零時，管道也需維持一定的水壓P。因為流量是隨用戶的用水 量隨機變化的，控制的對象只能是水壓，故調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)水壓 構(gòu)成閉環(huán)控制。 2)泵類機械稱為減轉(zhuǎn)矩負載，即隨著轉(zhuǎn)速的降低，負載轉(zhuǎn)矩 大體與轉(zhuǎn)速的平方

6、成比例地減小。故變頻器可選用減轉(zhuǎn)矩的SF 模式。水泵的調(diào)速范圍要求不高，一般不會低至額定轉(zhuǎn)速的40 (轉(zhuǎn)差率S<O4)。 3)水泵進行調(diào)速時，消耗功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，據(jù)現(xiàn) 場實測顯示，近似為25次的比例關(guān)系，在計算損耗和節(jié)電時可 以此為基礎(chǔ)。 4)恒壓供水系統(tǒng)要求壓力恒定，而且壓力要連續(xù)可調(diào)，故系 統(tǒng)應(yīng)采用壓力閉環(huán)控制。壓力閉環(huán)控制采用PID調(diào)節(jié)器可保證 供水壓力P的動態(tài)穩(wěn)定性和無靜差，但由于轉(zhuǎn)速本身又與壓力存 在二次比例關(guān)系，使得這種系統(tǒng)不能保證電機的動靜態(tài)品質(zhì)。故 采用內(nèi)環(huán)為速度閉環(huán)的SF控制系統(tǒng)。這種帶壓力反饋的SF控制 變頻調(diào)速使恒壓供水系統(tǒng)獲得優(yōu)良的特性和顯著的節(jié)能效果。

7、 2 變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理 整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中，壓力調(diào)節(jié)器PID是三菱變 頻器FRE540型自帶的控制系統(tǒng)，是由比例控制(P)、積分控制 (I)和微分控制(D)組合成的E3j。用PID調(diào)節(jié)器和變頻器構(gòu)成閉 環(huán)系統(tǒng)控制，可以提高供水壓力的控制精度，改善控制系統(tǒng)的動 態(tài)響應(yīng)。與虛線關(guān)聯(lián)部分為SF變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)為內(nèi)環(huán)。系 統(tǒng)工作時，先啟動主泵，管網(wǎng)水壓達到設(shè)定值，變頻器的輸出穩(wěn)定 在某數(shù)值上。而當用水量增加，水壓降低時，壓力變送器將該信 號實時送入比較器與給定壓力H 比較，其差值輸入PID控制 器，PID的輸出量作為SF控制變頻器的轉(zhuǎn)差給定輸入 ，從而控 制電動機的

8、轉(zhuǎn)速上升，水壓力P恢復(fù)到給定值P ，系統(tǒng)穩(wěn)定運 行。如果用水量增加很多，主泵達到最大流量仍不能使管網(wǎng)水壓 達到設(shè)定值，將自動啟動備用泵；反之，當用水量減少時，可自動 切斷備用泵。變頻器根據(jù)壓力信號以雙位控制方式達到恒壓供 水的目的。 給 力 圖1 變頻器恒壓供水系統(tǒng) 3 恒壓供水設(shè)備容量的確定 系統(tǒng)的供水條件是滿足在用水高峰時無斷水現(xiàn)象。供水設(shè) 備的容量大小決定水泵機組的流量與揚程，而這兩參數(shù)的確定源 于用戶對供水的需求。 31 用戶供水量的確定 取位置相對較高、供水較困難的用戶為恒壓供水對象。根據(jù) 具體的供水時間和水流量，選取較大的供水量作為計算供水量。 32 供水揚程計算 在揚程計算中，一

9、般把最遠最高建筑作為依據(jù)，理論上01 MPa 的壓力可獲得10 ITl揚程。 33 驅(qū)動水泵的電動機功率計算Hj P：kTQ(H+z-I)×10一。 rrp 式中：P電動機功率，kW； Q泵的流量，m3s，取0035 m3s(高于實際值10)； 忌裕量系數(shù)，常取10517，這里取 16； y流體密度，kgm3； H揚程，ITI，取30 m； 7廣一泵的效率，一般取06-084，這里取07； H主管損失揚程，ITI，取3 m； 傳動裝置效率，與電動機直接連接 =1。 參考以上計算的結(jié)果，選取主泵和備用泵的容量。 4 結(jié)語 該系統(tǒng)從實際情況出發(fā)，本著實用原則而設(shè)計，實用性、經(jīng)濟 性良好，

10、節(jié)能效果顯著，據(jù)初步估計，耗電量可降低425。另外，目 錄一、引言3二、恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略4三、恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成4四、PLC的模擬量擴展單元的配置和選型5六、系統(tǒng)的程序設(shè)計8七、小結(jié)13八、致謝詞14九、參考文獻15恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計摘 要：變頻調(diào)速恒壓供水控制裝置能夠極大地改善給水管網(wǎng)的供水環(huán)境，該系統(tǒng)可根據(jù)管網(wǎng)壓力變化，自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速和多臺水泵電機的投入及退出，使管網(wǎng)主干出口端保持在恒定的設(shè)定壓力值，整個供水系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能和運行在最佳狀態(tài)。    變頻恒壓供水控制系統(tǒng)主要采用變頻器，PID調(diào)節(jié)部分、壓力傳感器及低壓電氣等

11、，對水泵進行恒壓調(diào)速統(tǒng)。它通過壓力傳感器感知管網(wǎng)壓力變化，并將電信號傳輸給PID調(diào)節(jié)部分，經(jīng)分析運算后，單片機輸出信號給變頻器，由變頻器控制水泵轉(zhuǎn)速。在供水過程中水泵用水量大時增加水泵，用水量少時件泵，用水量極少及無人用水時進入小泵補壓或進入休眠狀態(tài)，這些都由單片機控制進行控制。    本文提出了一種變頻調(diào)速系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)無需水塔或壓力罐，提出了變頻調(diào)速在一定條件下具有節(jié)能、調(diào)節(jié)性好、控制靈活及運行可靠等特點；根據(jù)供水管網(wǎng)用水量的變化，自動調(diào)節(jié)供水泵的轉(zhuǎn)數(shù)和臺數(shù)，使供水管網(wǎng)始終保持恒定的設(shè)定壓力和所需流量，高效節(jié)能；并且具有相當高的性能價格比。關(guān)鍵詞：

12、恒壓給水，可編程控制器，變頻器，PID調(diào)節(jié)Abstract：Through change the frequency to adjust the press of the water supply system ,the control device can improve the water supply environment of the water&

13、#160;pipe net biggest.The system can according the varieble tube net pressure to regulate the water pump motor to turn automatically and decide if more water pump enginee

14、ring used or not,so it can make the exit of the net's main stem to keep at the constant pressure that settled, the whole water supply system keeps always

15、60;efficiently economic and circulate in the best situation efficiently.The frequency-change constant pressure water supply system contains the transduser, the PID regulated part, the p

16、ressure censor and the low-pressure electricity divice etc., use pumps to carry on constant press variable speed water supply system .It spreads the censors feeling to kn

17、ow the net ated part, after analysis operation, sigle-chip microcomputer outputs the signal to change the frequency of the transduer, use the transduer output to control water

18、 pumps speed.While it can control the pump number by the nets variable pressure,  while water supply is very few or no man use water,enter the pump enter the

19、60;dormancy appearance, these are all controled by the sigle-chip microcomputer. This text put forward a kind of frequency-change variable speed project.That system do not need

20、0;the water tower or the pressure bottles, point out that change frequency to adjust the speed have the economic and good regulation under the condition of certain,contro

21、l vivid and circulated credibileetc.According to the variable water supply of the net, regulate water pump number automatically, make water supply of the net to keep at&#

22、160;the settled pressure and satisfy the demand, efficiently save the power and have the very high function price compare.Key Words：Constant Pressure Water Supply System ，Single-ch

23、ip computer，F(xiàn)requency Speed Control，PID  Controller.一、引言隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對供水的質(zhì)量和安全可靠性的要求不斷提高。把先進的自動化技術(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)濟型的恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)。所以，對于某些用水區(qū)提高勞動生產(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)濟和社會意義。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，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(實際上為供水管網(wǎng)的壓力變化)自

24、動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，保持水恒定以滿足用水要求，是當今先進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)，在短短的幾年內(nèi)、調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個逐步完善的發(fā)展過程， 早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸為多泵系統(tǒng)所代替，投資更為節(jié)省，運行效率提高，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)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(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，使我國供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從90年代初開始經(jīng)歷了一次飛躍。 恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機無級調(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)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當今最先進、合理的

25、節(jié)能型供水系統(tǒng)。恒壓供水系統(tǒng)對于某些工業(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斷水，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴重時使產(chǎn)品報廢和設(shè)備損壞。又如發(fā)生火災(zāi)時，若供水壓力不足或或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。在實際應(yīng)用中得到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來越強。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面很有潛力，恒壓供水系統(tǒng)對于某些工業(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缺水時，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴重時使產(chǎn)品報廢和設(shè)備損壞。又如當

26、發(fā)生火警時，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。所以某些用水區(qū)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟和社會意義。 據(jù)統(tǒng)計資料報道，我國現(xiàn)有約5000萬臺水泵和風機在運行，總計年用化量可達約1000億度。泵和風機均屬于葉片式流體機械；由流體機械理論，在相似工況下，泵、風機的流量，揚程和功率分別與其轉(zhuǎn)速的一次方、二次方和三次方成正比。如轉(zhuǎn)速下降一半，其功率可下降到原來的 。流量是給水系統(tǒng)在使用過程中需要調(diào)節(jié)的主要參數(shù)。由水泵通過管路供水的理論可知，調(diào)節(jié)流量原則上有兩大方法；一是節(jié)流調(diào)節(jié)，泵的轉(zhuǎn)速不變，改變供水管路上閥門的開度以調(diào)節(jié)流量；開大閥門，流量增加；關(guān)小閥門，流

27、量減少。采用流調(diào)節(jié)，有大量能量消耗在節(jié)流損耗上。調(diào)節(jié)流量的第二種方法是變速調(diào)節(jié)，即供水管路的狀態(tài)不變(供水閥門度不變)，改變泵的轉(zhuǎn)速以進行流量調(diào)節(jié)；轉(zhuǎn)速升高，流量增加，轉(zhuǎn)速降低，流量減少。用調(diào)速調(diào)節(jié)流量可以大幅度降低節(jié)流能量損耗，具有顯著的節(jié)能效果。我國政府機關(guān)(國家科委、國家經(jīng)貿(mào)委)在頒發(fā)的中國節(jié)能技術(shù)政策大綱中把泵和風機的變頻調(diào)速技術(shù)列為國家九五計劃重點推廣的節(jié)能技術(shù)項目。二、恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略采用電動機調(diào)速裝置與可編程控制器（PLC）構(gòu)成控制系統(tǒng)，進行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運行，并自動調(diào)整泵組的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時達到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系

28、統(tǒng)的控制目標是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實際值進行比較，其差值輸入CPU運算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動機的投運臺數(shù)和運行變量泵電動機的轉(zhuǎn)速，從而達到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。恒壓供水就是利用變頻器的PID或PI功能實現(xiàn)的工業(yè)過程的閉環(huán)控制。即將壓力控制點測的壓力信號（420）直接輸入到變頻器中，由變頻器將其與用戶設(shè)定的壓力值進行比較，并通過變頻器內(nèi)置PID運算將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號調(diào)整水泵電機的電源頻率，從而實現(xiàn)控制水泵轉(zhuǎn)速。供水系統(tǒng)選用原則水泵揚程應(yīng)大于實際供水高度。水泵流量總和應(yīng)大于實際最大供水量。三、恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成恒壓供水泵站一般需要

29、設(shè)多臺水泵及電機，這比設(shè)單臺水泵電機節(jié)能而可靠。配單臺電機及水泵時，它們的功率必須足夠大，在用水量少時來開一臺大電機肯定是浪費的，電機選小了用水量大時供水量則相應(yīng)的會不足。而且水泵與電機維修的時候，備用泵是必要的。而恒壓供水的主要目標是保持管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化的，那么這就是要用變頻器為水泵電機供電。在此這里有兩種配置方案，一種是為每一臺水泵電機配一臺相應(yīng)的變頻器，從解決問題方案這個比較簡單和方便，電機與變頻器間不須切換，但是從經(jīng)費的角度來看的話這樣比較昂貴。另一種方案則是數(shù)臺電機配一臺變頻器，變頻器與電機間可以切換的，供水運行時，一臺水泵變頻運行，另一臺水泵工

30、頻運行，以滿足不同的水量需求。 PSMCAFURMP+壓力傳感器調(diào)節(jié)器變頻器水箱水泵用戶開關(guān)圖2 恒壓供水泵的構(gòu)成 如圖為恒壓供水泵的水的構(gòu)成示意圖2。圖中壓力傳感器用于檢測管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口。當用水量大時，水壓降低；用水量小時，水壓升高。水壓傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o調(diào)節(jié)器。  調(diào)節(jié)器是一種電子裝置，它具有設(shè)定水管水壓的給定值、接受傳感器送來得管網(wǎng)水壓的實測值、根據(jù)給定值與實測值的綜合依一定的調(diào)接規(guī)律發(fā)出的系統(tǒng)調(diào)接信號等功能。調(diào)節(jié)器的輸出信號一般是模擬信號，420MA變化的電流信號或010V間變化的電壓信號。信號的量值與前邊的提到的差值成

31、正比例，用于驅(qū)動執(zhí)行器設(shè)備工作。在變頻器恒壓供水系統(tǒng)中，執(zhí)行設(shè)備就是變頻器。    用PLC代替調(diào)節(jié)器，其控制性能和精度大大提高了，因此，PLC作為恒壓供水系統(tǒng)的主要控制器，其主要任務(wù)就是代替調(diào)節(jié)器實現(xiàn)水壓給定值與反饋值的綜合與調(diào)節(jié)工作，實現(xiàn)數(shù)字PID調(diào)節(jié)；它還控制水泵的運行與切換，在多泵組恒壓供水泵站中，為了使設(shè)備均勻的磨損，水泵及電機是輪換的工作。如規(guī)定和變頻器相連接的泵為主泵（主泵也是輪流擔任的），主泵在運行時達到最高頻時，須增加一臺工頻泵投入運行。PLC則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備。PLC同時還是變頻器的驅(qū)動控制。恒壓供水泵站中變頻器常常采用模擬量控制方式，這需

32、采用PLC的模擬量控制模塊，該模塊的模擬量輸入端子接受到傳感器送來的模擬信號，輸出端送出經(jīng)給定值與反饋值比較并經(jīng)PID處理后得出的模擬量信號，并依此信號的變化改變變頻器的輸出頻率。另外，泵站的其他控制邏輯也由PLC承擔，如：手動、自動操作轉(zhuǎn)換，泵站的工作狀態(tài)指示，泵站的工作異常的報警，系統(tǒng)的自檢等等。 四、PLC的模擬量擴展單元的配置和選型 1PLC模擬量擴展單元的配置及應(yīng)用PLC的普通輸入輸出端口均為開關(guān)量處理端口，為了使PLC能完成模擬量的處理，常見的方法是為整體式PLC加配模擬量擴展單元。模擬量擴展單元可以將外部模擬量轉(zhuǎn)換為PLC可處理的數(shù)字量及將PLC內(nèi)部運算結(jié)果數(shù)

33、字量轉(zhuǎn)換為機外所需的模擬量。模擬量擴展單元有單獨用于模/數(shù)轉(zhuǎn)換的，單獨用于數(shù)/模轉(zhuǎn)換的，也有兼具模/數(shù)及數(shù)/模兩種功能的。如用S7-200系列PLC的模擬量擴展模塊EM235，它具有四路模擬量輸入及一路模擬量輸出，可以用于恒壓供水控制中。 2PLC系統(tǒng)的選型系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點6個、開關(guān)量輸出點12個；模擬量輸入點1個，模擬量輸出點1個。如果選用CPU224的PLC，也需要擴展單元；如果選用CPU226的PLC，價格比較高，這樣形成的浪費較大。因此參照西門子S7-200產(chǎn)品目錄及市場價格可知選用的主機為CPU222一臺，加上一臺數(shù)字量擴展模塊EM222，再擴展一個模擬量模塊EM235

34、。這樣配置是最為經(jīng)濟的。整個PLC系統(tǒng)的配置如圖3所示： 圖3 PLC系統(tǒng)的配置五、電控系統(tǒng)的原理圖電控系統(tǒng)的原理圖包括主電路圖、控制電路圖及PLC的外圍接線圖。1主電路圖如圖4為電控系統(tǒng)的主電路圖。三臺電機分別為M1，M2，M3。接觸器KM1，KM3，KM5分別控制電機M1，M2，M3的供頻運行；接觸器KM2，KM4，KM6分別控制電機M1，M2，M3的變頻運行；FR1，F(xiàn)R2，F(xiàn)R3分別為三臺水泵電機的過載保護的熱繼電器；QS1，QS2，QS3，QS4分別為變頻器和三臺水泵電機主電路的隔離開關(guān)；FU1為主電路的熔斷器；VVVF為通用變頻器。2、控制電路圖 圖5為電控系統(tǒng)控制的電路

35、圖。SA為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打在1的位置時候為手動控制狀態(tài)；SA打在2的位置時候為自動控制狀態(tài)；在手動運行時，可用按鈕SB1SB8控制三臺電機的起/停和電磁閥YV2的通/斷；自動運行時，系統(tǒng)在PLC程序控制下運行。 圖中的HL10為自動運行狀態(tài)時的電源指示燈。對變頻器的頻率進行復(fù)位控制時只提供一個干觸點信號，由于PLC為4個輸出點為一組共用的一個COM端，而系統(tǒng)本身又沒有剩下單獨的COM端輸出組，所以通過一個中間繼電器KA的觸點對變頻器進行復(fù)位控制。圖5 控制電路圖 在PLC控制時候與檢修時的控制最大的區(qū)別是，PLC可以通過變頻器來控制水泵的轉(zhuǎn)速從而達到對水壓的壓力控

36、制，而檢修的目的是對機器的維護而不是控制水壓，因此不必通過對其轉(zhuǎn)速控制。 3、PLC的外圍接線圖（略） 六、系統(tǒng)的程序設(shè)計對泵站軟件的設(shè)計分析如下： 1、由“恒壓”要求出發(fā)的工作組數(shù)量的管理為了恒定水壓，那么在水壓降低時，需要升高變頻器的輸出頻率，并且在一臺水泵工作是不能滿足恒壓要求時，這時需要啟動第二臺或第三臺水泵。這樣有一個判斷標準來決定是否需要啟動新泵即為變頻器的輸出頻率是否達到所設(shè)定的頻率上限值。這一功能可以通過比較指令來實現(xiàn)。為了判斷變頻器的工作頻率達到上限的確定性，應(yīng)濾去偶然因素所引起的頻率波動所達到的頻率上限值的情況，在程序中應(yīng)考慮采取時間濾波情況。

37、 2、臺組泵站泵組的管理規(guī)范存入生活/消防頻率下限 由于變頻器泵站希望每一次啟動電動機均為軟啟動，有規(guī)定各臺水泵必須交替使用，那么多臺組泵站泵組的投入運行需要有一個管理規(guī)范。在本次設(shè)計中控制要求中規(guī)定任意的一臺水泵連續(xù)運行不得超過3h，因此每次需要啟動新泵或切換變頻泵的時候，以新運行泵為變頻是合理的。具體的操作時，將現(xiàn)運行的變頻器從變頻器上切除，并且接上工頻電源加以運行，同時將變頻器復(fù)位并且用于新運行泵的啟動。除此之外，泵組管理還有一個問題就是泵的工作循環(huán)控制，在本設(shè)計中所使用的是用泵號加1的方法來實現(xiàn)變頻器的循環(huán)控制即3加上1等于0的邏輯，用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號來實現(xiàn)工頻

38、泵的輪換工作。  3、程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實現(xiàn)根據(jù)前面可知，PLC在恒壓供水系統(tǒng)中的功能比較多，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，本程序可以分為三個部分：主程序、子程序和中斷程序。  系統(tǒng)的初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣可以節(jié)省掃描時間。利用定時器中斷功能來實現(xiàn)PID控制的定時采樣及輸出控制。初始化子程序流程框圖如圖4。在初始化的子程序中僅僅在上電和故障結(jié)束時用，其主要的用途為節(jié)省大量的掃描時間加快整個程序的運行效率，提高了PID中斷的精確度。上電處理的作用是CPU進行清除內(nèi)部繼電器，復(fù)位所有的定時器，檢查I/O單元的連接。  主程序流程圖如圖5。其功能最多，如泵的切換信號的生成、泵組接觸器邏輯控制信號的綜合及報警處理等等都在主程序中。生活及消防雙恒壓的兩個恒壓值是采用數(shù)字式方式直接在程序中設(shè)定的。生活供水時系統(tǒng)設(shè)定為滿量程的70%，消防供水時系統(tǒng)設(shè)定為滿量程的90%。本系統(tǒng)中的增益和時間常數(shù)為：增益 Kc=0.25，采樣時間 Ts=0.2s，積分時間 Ti=30min  中斷程序如圖6，其作用主要用于PID的相應(yīng)計算，在PLC的常閉繼電器SM0.0的作用下工作，它包括：設(shè)定回路輸入及輸出選項、設(shè)定回路參數(shù)、設(shè)