基于PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計

1、基于PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計摘 要隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，住房制度改革的不斷深入，人們生活水平的不斷提高，城市中各類小區(qū)建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時也對小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個重要方面，供水的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、穩(wěn)定性直接影響到小區(qū)住戶的正常生活和工作，也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平的高低。傳統(tǒng)的恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水等供水方式普遍不同程度的存在效率低、可靠性差、自動化程度不高等缺點，難以滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)生活的需要。 本論文針對蘭州某住宅小區(qū)的供水要求，設(shè)計了一套由PLC、變頻器、遠(yuǎn)傳壓力表、多臺水泵機(jī)組、計算機(jī)、通信模塊等主要設(shè)備構(gòu)成的全自

2、動變頻恒壓供水及其遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，具有全自動變頻恒壓運行、自動工頻運行、遠(yuǎn)程手動控制和現(xiàn)場手動控制等功能。系統(tǒng)有效地解決了傳統(tǒng)供水方式中存在的問題，并具有多種輔助功能，增強了系統(tǒng)的可靠性。并和計算機(jī)實現(xiàn)了有機(jī)的結(jié)合，提升了系統(tǒng)的總體性能。 基于水泵供水流量和水泵轉(zhuǎn)速的三次方成正比，論文分析了采取變頻調(diào)速方式實現(xiàn)恒壓供水相對于傳統(tǒng)的閥門控制恒壓供水方式的節(jié)能機(jī)理。關(guān)鍵字：變頻器；恒壓供水；PLCABSTRACT With the development of our social economy, housing system reform, people living standard rise

3、 ceaselessly, the city of all kinds of community construction is developing very rapidly, and also to the village of infrastructure construction put forward higher request. Residential water supply system of construction is one of the important aspects of economy, water supply, reliability and stabi

4、lity directly affect the village residents normal life and work, also reflects residential property management level. The traditional constant speed pump pressurized water supply, water supply, high pressure water tower tank water tank water way generally varying degrees of existence efficiency is l

5、ow, the poor reliability, automation degree not higher shortcomings, to meet the needs of the current economic life. This thesis aims to lanzhou a residential area of water requirement, design a set of by PLC, frequency converter, far easton pressure gauge, many sets of pump unit, computer, communic

6、ation module of main equipment structure of automatic frequency constant pressure water supply and remote monitoring system, with automatic frequency constant pressure operation, since the start frequency operation, remote manual control, and field manual control etc. Function. System can effectivel

7、y solve the traditional way of water supply problems in it, and has a variety of auxiliary function, increase the reliability of system. And the computer to realize the organic union, and to promote the overall performance of the system. Based on the water pump water flow and pump rotation speed is

8、proportional to the square of the three times, this paper analyzes the adopt inverter means to realize constant pressure water supply valve control compared to the traditional way of constant pressure water supply energy-saving mechanism. Key words: Inverter, Constant pressure water supply, PLC目 錄摘

9、要IABSTRACTII第一章 引言- 3 -1.1基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計- 3 -1.2供水系統(tǒng)的定義、構(gòu)成及分類- 2 -第二章 方案擬定- 3 -2.1供水流程- 3 -2.2變頻恒壓供水控制方式的選擇- 4 -2.3變頻供水系統(tǒng)- 6 -2.4變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成- 7 -2.5變頻恒壓供水系統(tǒng)的工作原理- 9 -2.6主電路- 10 -第三章 相關(guān)器件的介紹及接線- 11 -3.1變頻器- 11 -3.1.1變頻器的工作原理- 12 -3.1.2變頻器的作用及特點- 13 -3.1.3變頻器的接線及選型- 13 -3.2壓力傳感器的接線圖- 15 -3.3原件表- 16

10、 -3.4可編程控制器 P L C- 18 -3.4.1 P L C的特點及發(fā)展- 19 -3.4.2 P L C的選型及接線- 20 -3.4.3 P L C的控制- 21 -第四章 P L C的編程- 23 -4.1總程序的設(shè)計- 23 -4.2程序梯形圖- 26 -結(jié) 束 語- 32 -參 考 文 獻(xiàn)- 33 -致 謝- 34 -III基于PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計第一章 引言1.1基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們節(jié)能意識的不斷增強，變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能特性使得其越來越廣泛用于工廠、住宅、高層建筑的生活及消防供水系統(tǒng)。變頻恒壓供水系統(tǒng)是現(xiàn)代建筑中普遍采用

11、的一種水處理系統(tǒng)。恒壓供水是指用戶端在任何時候，不管用水量的大 小，總能保持網(wǎng)管中水壓的基本恒定。變頻恒壓供水系統(tǒng)利用PLC、傳感器、變頻器及水泵機(jī)組組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使管網(wǎng)壓力保持恒定，代替了傳統(tǒng)的水塔供水控制方案，具有自動化程度高，高效節(jié)能的優(yōu)點，在小區(qū)供水和工廠供水控制中得到廣泛應(yīng)用，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。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

12、。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。在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中，對于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)的變頻但壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓

13、供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實踐中。所以我們設(shè)計了一套由PLC、變頻器、遠(yuǎn)傳壓力表、多臺水泵機(jī)組、計算機(jī)、通信模塊等主要設(shè)備構(gòu)成的全自動變頻恒壓供水及其遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),具有全自動變頻恒壓運行、自動工頻運行、遠(yuǎn)程手動控制和現(xiàn)場手動控制等功能。1.2供水系統(tǒng)的定義、構(gòu)成及分類供水系統(tǒng)又稱為供水設(shè)備，是為解決由于壓力不足，無法到達(dá)用戶用水的高度或流量，而專門研發(fā)設(shè)計的新型環(huán)保節(jié)能的專業(yè)設(shè)備。供水系統(tǒng)一般由水泵機(jī)組，變頻控制柜，隔膜壓力罐，壓力傳感器和一些輔件構(gòu)成。但由于不同的類型，也會使用一些特殊的設(shè)備，如：無負(fù)壓變頻供水設(shè)備會用到無負(fù)壓穩(wěn)流罐；無塔變頻供水設(shè)備會用到液位傳感器由于構(gòu)

14、成的不同，價格也不近相同。一臺恒速泵直接供水系統(tǒng)：這種供水方式，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，有的甚至連蓄水池也沒有，直接從城市公用水網(wǎng)中抽水，嚴(yán)重影響城市公用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。這種供水方式，水泵整日不停運轉(zhuǎn)，有的可能在夜間用水低谷時段停止運行。這種系統(tǒng)形式簡單、造價最低，但耗電、耗水嚴(yán)重，水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。水塔式供水方式：這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶供水。水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系統(tǒng)所需要壓力。水塔注滿后水泵停止，水塔水位低于某一位置時再啟動水泵。水泵處于斷續(xù)工作狀態(tài)中。這種供水方式，水泵工作在額定流量額定揚程的條件下，水泵處于高效能區(qū)。這種方式顯然

15、比前種節(jié)電，其節(jié)電率與水塔容量、水泵額定流量、用水不均勻系數(shù)、水泵的開、停時間比、開/停頻率等有關(guān)。供水壓力比較穩(wěn)定。但這種供水方式基建設(shè)備投資最大，占地面積也最大;水壓不可調(diào)，不能兼顧近期與遠(yuǎn)期的需要；而且系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所需要壓力下降而下降，故還存在一些能量損失和二次污染問題。而且在使用過程中，如果該系統(tǒng)水塔的水位監(jiān)控裝置損壞的話，水泵不能進(jìn)行自動的開、停，這樣水泵的開、停，將完全由人操作，這時將會出現(xiàn)能量的嚴(yán)重浪費和供水質(zhì)量的嚴(yán)重下降。變頻調(diào)速供水方式：這種系統(tǒng)的原理是通過安裝在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號與設(shè)定壓力值作比較，再通過控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出，無級調(diào)節(jié)水泵

16、轉(zhuǎn)速。使系統(tǒng)水壓無論流量如何變化始終穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi).變頻調(diào)速水泵調(diào)速控制方式有三種:水泵出口恒壓控制、水泵出口變壓控制、給水系統(tǒng)最不利點恒壓控制。第二章 方案擬定2.1供水流程此次設(shè)計研究的對象是蘭州某住宅小區(qū)的供水要求，由于高層用戶對水壓的要求高，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。開關(guān)水泵組開關(guān)用戶用水水池圖2.1 供水流程簡圖2.2變頻恒壓供水控制方式的選擇目前國內(nèi)變頻恒壓供水設(shè)備電控柜的控制方式有邏輯電子電路控

17、制方式、單片微機(jī)電路控制方式、帶PID回路調(diào)節(jié)器或可編程序控制器(PLC)的控制方式、新型變頻調(diào)速供水設(shè)備。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。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。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

18、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)

19、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)。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

20、Altivar58泵切換卡；SANKEN的SAMCO I系列；ABB公司的ACS600、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

21、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。開關(guān)水泵組開關(guān)用戶用水水池PLC變頻器壓力傳感器圖2. 2 供水系統(tǒng)方案圖2.3變頻供水系統(tǒng)變頻供水系統(tǒng)原理：智能型管網(wǎng)接力升壓（無負(fù)壓）設(shè)備可根據(jù)用戶需求設(shè)定用戶供水壓力，如果管網(wǎng)供水壓力高于設(shè)定壓力時，水泵機(jī)組處于停機(jī)狀態(tài)，自來水可通過連通管路直接對用戶供水。當(dāng)市政管網(wǎng)供水壓力低于設(shè)定壓力時，設(shè)備自動進(jìn)入接力升壓工作狀態(tài)，機(jī)組通過壓力傳感器，水泵及恒壓變頻控制柜組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，隨著用水量的變化，不斷調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速及投入運行的水泵臺數(shù)，以保持供水壓力恒定。 流量調(diào)節(jié)器是密封容器，在供水管網(wǎng)能滿足供水要求時，

22、此設(shè)備作為供水管網(wǎng)與供水設(shè)備之間的緩沖裝置，以消除水泵機(jī)組對管網(wǎng)的脈動影響。在供水管網(wǎng)供水量不足時，作為流量調(diào)節(jié)裝置，以緩解管網(wǎng)用水高峰時的流量不足。 管網(wǎng)保護(hù)器安裝在流量調(diào)節(jié)器上，當(dāng)罐內(nèi)壓力較外界壓力高時，管網(wǎng)保護(hù)器關(guān)閉，水泵機(jī)組疊加市政管網(wǎng)原有壓力進(jìn)行恒壓供水；當(dāng)罐內(nèi)壓力與外界平衡時，管網(wǎng)保護(hù)器打開與外界相通，避免了負(fù)壓的形成，保證市政管網(wǎng)安全及其它用戶正常供水。 供水管網(wǎng)停水時，設(shè)備自動停止運行，管網(wǎng)恢復(fù)供水自動開機(jī)。停電時，水泵機(jī)組停止工作，自來水可通過連通管直接進(jìn)人用戶管網(wǎng)，來電時機(jī)組自動開機(jī)恢復(fù)正常供水。2.4變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2.3所示，整個系統(tǒng)由三臺水泵，一臺變頻調(diào)速器

23、，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。PLC切換邏輯變頻器控制面板123用戶管網(wǎng)壓 力傳感器圖2.3 系統(tǒng)原理圖從原理框圖，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

24、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)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

25、。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

26、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、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

27、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。2.5變頻恒壓供水系統(tǒng)的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

28、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

29、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。

30、2.6主電路工頻電QSR S T變頻器U V W變頻電KM1KM0KM2KM3KM4KM5KM6圖2.4 主電路接線圖如圖2.4為主電路接線圖，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

31、氣設(shè)備短路和嚴(yán)重過載。第三章 相關(guān)器件的介紹及接線3.1變頻器變頻器的英文譯名是VFD（Variable-frequency Drive），這可能是現(xiàn)代科技由中文反向譯為英文的為數(shù)不多實例之一。變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源的頻率和幅度的方式來控制交流電動機(jī)的電力傳動元件。變頻器在中、韓等亞洲地區(qū)受日本廠商影響而曾被稱作VVVF（Variable Voltage Variable Frequency Inverter）。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，能實現(xiàn)對交流異步電機(jī)的軟啟動、變頻調(diào)速、提高運轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流過壓

32、過載保護(hù)等功能。 3.1.1變頻器的工作原理1概述主電路是給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。 2整流器最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運轉(zhuǎn)。 3平波回路在整流器整流后的直流電壓中，含有

33、電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。 4逆變器同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為例示出開關(guān)時間和電壓波形。 控制電路是給異步電動機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機(jī)的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進(jìn)行放大的“驅(qū)動電路”，以及逆變器和電動

34、機(jī)的“保護(hù)電路”組成。 （1）運算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進(jìn)行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。 （2）電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。 （3）驅(qū)動電路：驅(qū)動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。 （4）速度檢測電路:以裝在異步電動機(jī)軸機(jī)上的速度檢測器(tg、plg等)的信號為速度信號，送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機(jī)按指令速度運轉(zhuǎn)。 （5）保護(hù)電路:檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。3.1.2變頻器的作用及特點變頻器集成了

35、高壓大功率晶體管技術(shù)和電子控制技術(shù)，得到廣泛應(yīng)用。變頻器的作用是改變交流電機(jī)供電的頻率和幅值，因而改變其運動磁場的周期，達(dá)到平滑控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器的出現(xiàn)，使得復(fù)雜的調(diào)速控制簡單化，用變頻器+交流鼠籠式感應(yīng)電動機(jī)組合替代了大部分原先只能用直流電機(jī)完成的工作，縮小了體積，降低了維修率，使傳動技術(shù)發(fā)展到新階段。變頻器具有過壓、欠壓、過流、過載、短路、失速等自動保護(hù)功能。能實現(xiàn)電機(jī)軟起動，減小電氣和機(jī)械沖擊噪音，延長設(shè)備使用壽命。變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有以下幾個特點:1節(jié)能：變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備使整個供水系統(tǒng)始終保持最優(yōu)工作狀態(tài)節(jié)電率可達(dá)35%60% ，這一特點已被廣大用戶所認(rèn)識并帶來效益。2

36、占地面積小，投人少，效率高：設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊占地面積少維護(hù)方便維護(hù)費用低投資省安裝快如僅供幾棟居民樓生活用水的小型供水設(shè)備在樓梯間樓梯下幾平方米的地方即可安裝。3配置靈活，功能齊全，自動化程度高。4由于變頻恒壓調(diào)速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，大大降低水質(zhì)污染的可能性：眾所周知南方氣候炎熱潮濕細(xì)菌和微生物極易繁殖和滋生尤其是高位水箱很容易生紅蟲必須定期清洗改用變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備后只需一個低位水箱原來也有將水質(zhì)污染降到最低限度。5通過通信控制，可以實現(xiàn)無人值守，節(jié)省了人力物力。3.1.3變頻器的接線及選型變頻器的接線管腳STF接PLC的Y7管腳，控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)。X2接變頻器的FU接

37、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。Y7COMSTFSTRRTSD10254FUOLSEX2X3COM024V直流電源壓力傳感器圖3.1變頻器接線圖變頻器的選型電動機(jī)PU接口（RS-485）模擬信號公共端接地短路片三相交流電源直流24V輸出和外部晶體管公共端子正轉(zhuǎn)起動反轉(zhuǎn)起動起動自保持選擇高速中速低速多段速度選擇點動模式第二加/減速時間選擇輸出停止復(fù)位電流輸入選擇瞬時掉電再起動選擇（漏型 輸入公共端）控制回路輸入信號（無電源輸入）頻率設(shè)定信號（模擬）短路片 當(dāng)用FR-BEL時請卸掉此短路片短路片 當(dāng)用FR

38、-ABR時請卸掉此短路片注：端子PR，PX在0.47.5KW中裝有異常輸出運行頻率達(dá)到瞬時停電過負(fù)荷頻率檢測集電極開路輸出公共端指示儀表（）（）公共端輔助輸入電源輸入123頻率設(shè)定電位器圖3. 2 FR-A540的管腳說明根據(jù)設(shè)計的要求，本系統(tǒng)選用FR-A540系列變頻器，如圖3.23.2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。該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)行溫度補償、非線性補償，使傳感器的電性

39、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）。4 5變頻器 0 24V 直流電源壓力傳感器圖3.3壓力傳感器的接線圖3.3原件表水泵：M1、M2選用40-160(I)A型，M3選用40-160(I)型，參數(shù)見表3.1。 I1=P/U=2200/3805.8A I2= P/U=3000/3807.9A 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，F(xiàn)R1 FR2可選用規(guī)格其型號為TK-E02T-C，額定電流58A，F(xiàn)R3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RT1

40、8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LAY311型，其主要技術(shù)參數(shù)為：UN=24VDC，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，F(xiàn)U2RT18 6A2FU3RT18 8A1熱繼電器FR1 FR

41、2TK-E02T-C2FR3K-E02U-C1按鈕SBLAY31110表3.1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表3. 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強制風(fēng)冷表3. 3 變頻器的參數(shù)3.4可編程控制器 P L C可編

42、程控制器(Programmable Controller)是計算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(jī)(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC?？删幊炭刂破魇且环N帶有指令存儲器和數(shù)字或模擬I/O接口,以位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數(shù)和算術(shù)運算功能，用于控制機(jī)械或生產(chǎn)

43、過程的自動控制裝置。電源模塊CPU模塊存儲器模塊輸入模塊輸出模塊控制對象通信模塊智能模塊操作模塊編程器圖3.4 PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖3.4.1 P L C的特點及發(fā)展PLC的特點： 1 編程簡單 PLC的的基本指令不多，常用于編程的梯形圖與傳統(tǒng)的繼電器接觸控制線路圖有許多相似之處，編程的使用簡便， 對程序進(jìn)行增減、修改和運行監(jiān)視很方便。 2 可靠性高 PLC是專門為工業(yè)控制而設(shè)計的，在設(shè)計與制造過程中均采用了諸如屏蔽、濾波、隔離、無觸點、精選元器件等多層次有效的抗干擾措施， 因此可靠性高。3 通用性好。4 功能強 PLC具有很強的功能，能進(jìn)行邏輯、定時、計數(shù)和步進(jìn)等控制，能完成A/D與D/A轉(zhuǎn)

44、換、數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)等功能。5 使用方便 PLC體積小，重量輕，便于安裝。6 設(shè)計、施工和調(diào)試周期短。PLC的產(chǎn)生及發(fā)展： 隨著社會的發(fā)展，科技的進(jìn)步，新的控制器件及其控制系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。 1968年美國通用汽車公司公開招標(biāo)研制功能更強，使用更方便，價格便宜， 可靠性更高的新型控制器。一年后美國數(shù)字設(shè)備公司根據(jù)GM 公司的招標(biāo)要求, 研制成功世界上第一臺可編程控制器，型號為PDP-14，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。這就較好的把繼電接觸控制簡單易懂，使用方便、價格低等優(yōu)點與計算機(jī)功能完善、靈活性強、通用性好的優(yōu)點結(jié)合起來，并將繼電接觸控制的硬連線邏輯轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C(jī)的軟件邏輯編程的設(shè)想逐漸

45、變成現(xiàn)實。當(dāng)時人們把這第一臺可編程控制器叫做邏輯控制器PLC，只是用來取代繼電接觸控制，僅有執(zhí)行繼電器邏輯、定時、計數(shù)等較少功能。3.4.2 P L C的選型及接線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

46、統(tǒng)所需的輸入輸出點數(shù)量共為24個點。本系統(tǒng)選用FXos-30MR-D型PLC。PLC的接線COM X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X14 X 15 X16 FXos-30MR-DCOM Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10圖3.5 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

47、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。3.4.3 P L C的控制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3.6所示。開始是否要自動運行？起動/保持起動變頻器/保持現(xiàn)有的運行狀態(tài)是否手動運行模式根據(jù)輸入按鈕執(zhí)行相應(yīng)操作是否收到頻率下限？是否收到頻率上限？執(zhí)行減泵程序執(zhí)行增泵程序供水壓力過高需

48、要減少水泵的工作數(shù)量供水壓力過低需要增加水泵的工作數(shù)量是是否否圖3.6 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)。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

49、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。可根據(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。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)

50、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

51、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。第四章 P L C的編程4.1總程序的設(shè)計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M8002否圖4.1 總程序的順序功能圖自動運行順序功能圖按下SB8按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入自動運

52、行模式，順序功能圖如4.2所示。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。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