消防水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)

82/91消防水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)摘要隨著經(jīng)濟的進展和社會主義現(xiàn)代化的進程的推進，都市規(guī)模越來越大，高層建筑越來越多，大工業(yè)區(qū)不斷增加，石油化工產(chǎn)業(yè)方興未艾，豪華商場，賓館拔地而起，人員和物質(zhì)財寶不斷向都市集中，一旦失火，就可能對公共安全造成專門大的威脅，因此消防工作越來越受到社會的重視。本論文依照消防供水的供水要求，設計了一套基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng),并利用組態(tài)軟件開發(fā)良好的運行治理界面。變頻恒壓供水系統(tǒng)由可編程操縱器、變頻器、水泵機組、壓力傳感器、工控機等構成。本系統(tǒng)包含兩臺水泵電機，它們組成變頻循環(huán)運行方式。采納變頻器實現(xiàn)對三相水泵電機的變頻調(diào)速，運行切換采納“先啟先?！钡脑瓌t。壓力傳感器檢測當前水壓信號，送入PLC與設定值比較后進行PID運算，從而操縱變頻器的輸出電壓和頻率，進而改變水泵電機的轉速來改變供水量，最終保持管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設定值附近。關鍵詞：消防水泵；變頻調(diào)速；PLCFirepumpfrequencyconversionspeedregulationsystemAbstractWiththedevelopmentofeconomyandtheadvancementofsocialistmodernization,thecityscaleismoreandmorebig,moreandmorehigh-risebuildings,largeindustrialzoneincreasing,petroleumchemicalindustryisflourishing,luxuryshoppingmalls,hotels,personnelandmaterialwealthtourbanconcentration,oncethefire,mayposesagreatthreattopublicsafety,sothefirecontrolworkisbecomingmoreandmorebroughttotheattentionofthesociety.Accordingtotherequirementsofthefirewatersupply,thispaperdesignedasetofvariablefrequencyspeedregulationconstantpressurewatersupplysystembasedonPLC,andbyusingconfigurationsoftwaretodevelopgoodoperationmanagementinterface.Variablefrequencyconstantpressurewatersupplysystembyprogrammablecontroller,inverter,pump,pressuresensors,industrialcontrol,etc.Thissystemincludestwowaterpumpmotors,theiroperationmodeoffrequencyconversioncycle.Forthree-phasepumpmotorfrequencycontrolofmotorspeedisrealizedbyusingfrequencyconverter,switchingoperationbasedontheprincipleof"inceptiontostop".Currenthydraulicpressuresensorsignal,intoPLCPIDarithmeticisaftercomparedwiththesetvalue,soastocontroltheoutputvoltageandfrequencyoftheinverter,andchangethewaterpumpmotorspeedtochangewatersupply,eventuallymaintainstabilityofthepipenetworkpressurenearthesetpoint.Keywords:firepump;Frequencycontrolofmotorspeed;PLC目錄摘要 IAbstract II目錄 III第一章緒論 11.1消防的重要性 11.2消防水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)的介紹 11.3消防泵變頻調(diào)速操縱效果及經(jīng)濟效益分析 21.4變頻調(diào)速系統(tǒng)的進展 21.5變頻調(diào)速系統(tǒng)的意義 31.6本章小結 4第二章工藝介紹與方案設計原理 52.1消防水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)工藝選擇 52.2消防水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)工藝要求 52.3總體方案設計 62.3.1變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 62.3.2變頻器睡眠功能的實現(xiàn) 82.3.3消防水泵的自動巡檢 82.4本章小結 10第三章硬件設計 113.1PLC的選型 113.1.1PLC的簡介 113.1.2S7-300系列PLC及其擴展模塊的選型 143.2電動機的選型 203.3變頻器的選型 203.4壓力傳感器的選型 233.5自動巡檢裝置的選型 243.6觸摸屏的選型 243.7繼電器的選型 253.8接觸器的選型 263.9空氣斷路器的選擇 273.10本章小結 28第四章軟件設計 294.1PLC程序的設計 294.2操縱系統(tǒng)程序設計 304.3本章小結 33第五章結束語 34參考文獻 35附錄A 36附錄B 39致謝 41第一章緒論1.1消防的重要性消防工作是國民經(jīng)濟和社會進展的重要組成部分，是進展社會主義市場經(jīng)濟不可缺少的保障條件。消防工作直接關系人民生命財產(chǎn)的安全和社會的穩(wěn)定。近年來我國發(fā)生的一些重特大火災，一把火就造成幾十人甚至數(shù)百人的傷亡，造成百萬、上千萬甚至幾億元的經(jīng)濟損失，這不僅給許多家庭帶來了不幸，而且還使大量的的社會財寶化為灰燼。不僅如此，而且事故的善后處理往往也牽扯了政府專門多精力，嚴峻阻礙了經(jīng)濟建設的進展和社會的穩(wěn)定，有些火災事故還成為國內(nèi)為輿論的焦點，造成了不良的社會阻礙，教訓是十分沉重和深刻的。因此做好消防工作、預防和減少火災事故特不是群死群傷的惡性火災事故發(fā)生，具有十分重要的意義。消防工作是一項社會性專門強的工作，它涉及到社會的各個領域，于各個行業(yè)和人們的生活都有著十分緊密的關系。隨著社會的進展，僅就用火、用電、用氣的廣泛而言，消防安全問題所涉及的范圍幾乎無處不在。全社會每個行業(yè)、每個部門、每個單位、甚至每個家庭，都有隨時預防火災、確保消防安全的問題?？偨Y以往的火災教訓，絕大多數(shù)火災差不多上由于一些領導、治理者和職工群眾思想麻痹、行為放縱、不明白消防規(guī)章或者有章不循、治理不嚴、明知故犯、冒險工作造成的。火災發(fā)生后，有許多人缺乏起碼的消防科學知識，遇到火情束手無策，不知如何報警，甚至可不能逃生自救，導致嚴峻后果。“隱患險于明火、防患勝于救災、責任重于泰山”的科學論斷，用辯證唯物主義觀點，科學的闡述了消防安全工作的重要意義，深刻地揭示了消防安全工作的內(nèi)在規(guī)律，突出強調(diào)火災預防是做好消防安全工作的關鍵性問題，對指導和加強消防安全工作具有十分重要的現(xiàn)實意義和深遠的歷史意義。因此，全社會、各部門、各行業(yè)、各單位以及每個社會成員都要高度重視并認真做好消防工作，認真學習并掌握差不多的消防安全知識，共同維護公共消防安全。只有如此，才能從全然上提高一個都市、一個地區(qū)乃至全社會預防和抗御火災的整體能力。1.2消防水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)的介紹近年來，隨著電力電子技術、計算機技術、自動操縱技術的迅速進展，交流傳動與操縱技術成為目前進展最為迅速的技術之一，電氣傳動技術面臨著一場歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計算機數(shù)字操縱技術取代模擬操縱技術已成為進展趨勢。電機交流變頻調(diào)速技術是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術進步的一種要緊手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有進展前途的調(diào)速方式。深入了解交流傳動與操縱技術的走向，具有十分積極的意義。1.3消防泵變頻調(diào)速操縱效果及經(jīng)濟效益分析采納變頻調(diào)速操縱的消防泵恒壓供水操縱系統(tǒng),克服了原系統(tǒng)的缺點,要緊優(yōu)點如下:(1)手動、自動能夠來回切換,確保供水系統(tǒng)的安全使用。系統(tǒng)自動化程度高,安全可靠,幸免了由于人為因素而造成的失誤。PLC的定期巡檢功能消除了泵體本身的故障對系統(tǒng)的阻礙,更增加了系統(tǒng)的可靠性。(2)PLC和變頻器的操縱下始終維持管道內(nèi)的壓力恒定,有效地保證了火情發(fā)生時的及時供水,同時由于在大部分時刻內(nèi)電動機是在低于額定轉速的狀態(tài)下運行,故節(jié)能降耗效果顯著。(3)由于電機實現(xiàn)了軟啟動,延長了電機的壽命,同時由于無沖擊電流,因此減少了對管網(wǎng)的沖擊,也延長了管網(wǎng)的壽命。使用變頻器后,電機運行溫度明顯下降,同時減少了機械磨損,機械檢修工作量也大大減少。(4)節(jié)能效果顯著。電機功率明顯下降43%(原工頻電源有功功率為64.9kW,變頻電源有功功率為36.7kW),電源頻率下降18%,流量減少12%,功率因數(shù)提高0.03,轉速下降15%。1.4變頻調(diào)速系統(tǒng)的進展20世紀60年代以后,半導體功率器件從一般晶閘管(SCR)、門極可關斷晶閘管(GTO)、雙極型晶體管(BJT)、金屬氧化硅場效應管(MOSFET)、靜電感應晶體管(SIT)、靜電感應晶閘管(SITH)、MOS操縱晶體管(MGT)、MOS操縱晶閘管(MCT)逐步進展到今天的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)和耐高壓絕緣柵雙極型晶體管(HVIGBT)。器件的每一次更新都為調(diào)速技術的進展注入了新的活力。電動機的調(diào)速從直流發(fā)電機電動機組調(diào)速、靜止晶閘管整流直流調(diào)壓調(diào)速逐步進展到交流感應電動機變頻調(diào)速,而且隨著操縱技術和操縱手段的不斷提高,變頻調(diào)速又由變壓變頻操縱的變頻調(diào)速進展到了矢量操縱變頻調(diào)速,通過操縱交流電動機里相當于并勵直流電動機勵磁繞組的磁通變化,提高變頻器的恒轉矩輸出范圍和動靜態(tài)特性,使得交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能超過了直流電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的性能。為了簡化操縱系統(tǒng),減少設備故障率,在矢量操縱變頻調(diào)速的基礎上又進展了無速度傳感器的矢量操縱變頻調(diào)速。在一些對動靜態(tài)特性要求不太高的應用中,無速度傳感器的矢量操縱變頻調(diào)速已完全能夠和有速度傳感器的矢量操縱變頻調(diào)速相媲美。矢量操縱對交流電機調(diào)速具有劃時代的意義。交流電機采納變頻調(diào)速技術是當代電機調(diào)速的潮流,它以體積小、重量輕、精度高、通用性強、工藝先進、功能豐富、愛護齊全、可靠性高、操作簡便等優(yōu)點超過以往的任何調(diào)速方式,深受鋼鐵、有色、石油、化工、紡織、機械、電力、建材、煤炭、醫(yī)藥、造紙、卷煙、航海、電力機車、自來水、養(yǎng)殖等行業(yè)的歡迎。隨著電力電子技術和數(shù)字操縱技術的進展,交流電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的實際應用比重會逐步增高,直到最后完全取代直流調(diào)速和其它調(diào)速方式。1.5變頻調(diào)速系統(tǒng)的意義由于變頻調(diào)速系統(tǒng)以上特點,使交流調(diào)速的性能全面優(yōu)于其它調(diào)速方式。1990年以后國內(nèi)企業(yè)已開始使用變頻調(diào)速系統(tǒng)。變頻調(diào)速的重要作用要緊體現(xiàn)在:（1）節(jié)約電能。茂名石化公司從1990年先后在糖醛、蒸溜、催化、酮苯等20多條生產(chǎn)線使用變頻裝置161臺,1990年10月至1992年2月對其中30臺泵進行測試,在同樣工藝條件下,采納調(diào)節(jié)閥操縱的電能損耗為999.9kW,采納變頻操縱的電耗為396.7kW,節(jié)電603.2kW,節(jié)電率60.3%。1994年以后,該廠又用了6kV大容量變頻裝置,節(jié)電率達到40~70%。我國現(xiàn)有風機、泵和空氣壓縮機約1500萬臺,耗電量占全國總發(fā)電量40~50%。風機平均運行效率50%,泵平均運行效率41%,如采納變頻調(diào)速將電能利用率提高20~30%,年節(jié)電500億kWh以上,節(jié)能潛力巨大。（2）提高產(chǎn)量和質(zhì)量。承德鋼鐵公司煉鋼廠三套20噸轉爐傾動和氧槍升降采納交流變頻操縱取代直流操縱,1994年5月投產(chǎn)至今年增產(chǎn)鋼1.5萬噸。株洲冶煉廠鋅浸出渣揮發(fā)回轉窯1991年6月完成變頻調(diào)速改造,每年超產(chǎn)117.82萬元。寧夏中衛(wèi)造紙廠1760/330紙機原采納晶閘管直流電動機調(diào)速方式,只能生產(chǎn)60~100g銅板原紙和60~70g的靜電復印紙,采納交流變頻調(diào)速改造后,還能生產(chǎn)40~50g無碳復寫原紙,年產(chǎn)量由原來的6000噸提高至10000噸以上。由此可見,變頻調(diào)速為企業(yè)帶來的經(jīng)濟效益十分明顯。（3）提高設備的可靠性,減輕工人的勞動強度,減少故障停機和檢修維護時刻,延長易損件的使用壽命,降低原材料及備品備件的消耗。1.6本章小結本章首先介紹了消防的重要性，又結合消防水泵的變頻調(diào)速介紹了變頻調(diào)速系統(tǒng)的操縱效果及經(jīng)濟效益，進展趨勢及重要意義。第二章工藝介紹與方案設計原理2.1消防水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)工藝選擇目前交流異步電機的節(jié)電措施是采納不同方式的調(diào)速節(jié)能,一般較為常用的調(diào)速方法有液力耦合器調(diào)速、串級調(diào)速、電磁調(diào)速和變頻調(diào)速四種。相比之下變頻調(diào)速節(jié)能效果較顯著,近年來應用較為廣泛,尤其適用于風機、水泵類負載。變頻調(diào)速差不多原理是依照交流電機工作原理中的轉速關系:n=60f(1-s)/p,從公式中能夠看出:均勻改變電動機定子繞組的電源頻率f,就能夠平滑地改變電動機的同步轉速。電動機轉速變慢,軸功率就相應減少,電動機輸入功率也隨之減少,這確實是水泵變頻調(diào)速的節(jié)能作用。為了保持調(diào)速時電動機的最大轉矩不變,需要維持電動機的磁通恒定,因此,要求定子繞組電壓也要作相應的調(diào)節(jié),變頻調(diào)速器因此具有調(diào)頻、調(diào)壓的兩種功能,變頻調(diào)速器確實是基于此原理實現(xiàn)調(diào)速的。原消防泵供水系統(tǒng)由兩臺75kw電動機組成,系統(tǒng)完全由手動操縱、人工治理,當火情發(fā)生時消防泵不能自動投入供水,自動化程度低,可靠性差,另外,人為因素的失誤也會造成供水延誤,無法滿足實際消防用水的要求。消防泵電機為直接啟動,對所在電網(wǎng)、機械和電氣設備沖擊大,同時嚴峻阻礙電動機的使用壽命。消防泵電機一經(jīng)啟動即為全速運行,不能依照供水要求進行調(diào)速,無法滿足節(jié)能降耗的要求。為此,我們提出設計安裝一套變頻調(diào)速系統(tǒng),以改善現(xiàn)有狀況，實現(xiàn)消防泵恒壓供水操縱。2.2消防水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)工藝要求消防供水設備一般有兩臺供水泵，向建筑物的消火栓或水幕供水，操縱要求如下：沒有火情時，靠變頻器操縱使管網(wǎng)內(nèi)水壓保持在一較低值，保證網(wǎng)內(nèi)充滿水，有火情時，靠變頻器操縱使管網(wǎng)內(nèi)水壓保持在一較高值，保證管網(wǎng)內(nèi)水壓足夠高。變頻器要有睡眠功能，即用水量專門小，管網(wǎng)壓力滿足要求時，變頻器頻率自動降為0，管網(wǎng)壓力下降到一定值時，變頻器自動運行，維持管網(wǎng)壓力。操縱柜對水泵可實現(xiàn)定期巡檢，即每隔數(shù)天每臺水泵自動運行1分鐘，巡檢時既可無壓巡檢（以最低頻率20到30Hz）也可帶壓巡檢（按設定壓力巡檢，管路裝有電磁閥，巡檢時電磁閥打開）。操縱柜設有巡檢試驗按鈕，在按下試驗按鈕后，立即進入巡檢狀態(tài)。變頻器故障或者報警時，能自動切換到另一臺水泵工頻運行；水泵工頻運行時，采納自耦變壓器降壓啟動；變頻柜可同意來自消防中心的操縱信號，同時可把運行信號返回到消防中心。變頻柜可進行異地操縱，操縱電壓在36V以下的安全電壓。2.3總體方案設計2.3.1變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)PLC操縱變頻恒壓供水系統(tǒng)要緊有變頻器、可編程操縱器、壓力變送器和現(xiàn)場的水泵機組一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的操縱流程圖如圖2.1所示：管道水泵機組變頻器壓力設定值管道水泵機組變頻器壓力傳感器壓力傳感器圖2.1變頻恒壓供水系統(tǒng)閉環(huán)操縱回路從圖中可看出，系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機構、信號檢測機構、操縱機構三大部分，具體為：(l)執(zhí)行機構：執(zhí)行機構是由一組水泵組成，它們用于將水供入現(xiàn)場管網(wǎng)，其中由兩臺水泵泵構成（一臺備用），變頻泵是由變頻調(diào)速器操縱、能夠進行變頻調(diào)整的水泵，用以依照用水量的變化改變電機的轉速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定；一臺水泵工作，出現(xiàn)故障時啟用另一臺。信號檢測機構：在系統(tǒng)操縱過程中，需要檢測的信號包括管網(wǎng)水壓信號。管網(wǎng)水壓信號反映的是現(xiàn)場供水管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水操縱的要緊反饋信號。(3)操縱機構：供水操縱系統(tǒng)一般安裝在供水操縱柜中，變頻器是對水泵進行轉速操縱的單元，其跟蹤供水操縱器送來的操縱信號改變調(diào)速泵的運行頻率，完成對調(diào)速泵的轉速操縱。依照水泵機組中水泵被變頻器拖動的情況不同，變頻器有兩種工作方式即變頻循環(huán)式和變頻固定式，變頻循環(huán)式即變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當這臺水泵運行在50Hz時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機中脫出，將該泵切換為工頻的同時用變頻去拖動另一臺水泵電機；變頻固定式是變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當這臺水泵運行在50Hz時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)直接啟動另一臺恒速水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動的水泵在系統(tǒng)運行前能夠選擇，本設計中采納前者。變頻恒壓供水系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為操縱目標，在操縱上實現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實際供水壓力跟隨設定的供水壓力。設定的供水壓力能夠是一個常數(shù)，也能夠是一個時刻分段函數(shù)，在每一個時段內(nèi)是一個常數(shù)。因此，在某個特定時段內(nèi)，恒壓操縱。恒壓供水系統(tǒng)通過安裝在用戶供水管道上的壓力變送器實時地測量參考點的水壓，檢測管網(wǎng)出水壓力，并將其轉換為4—20mA的電信號，此檢測信號進入變頻器，操縱變頻器的輸出頻率，從而操縱電動機的轉速，進而操縱水泵的供水流量，最終使用戶供水管道上的壓力恒定，實現(xiàn)變頻恒壓供水。變頻恒壓供水系統(tǒng)操縱流程如下:(l)系統(tǒng)通電，按照接收到有效的自控系統(tǒng)啟動信號后，首先啟動變頻器拖動變頻泵M1工作，依照壓力變送器測得的用戶管網(wǎng)實際壓力和設定壓力的偏差調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，操縱Ml的轉速，當輸出壓力達到設定值，其供水量與用水量相平衡時，轉速才穩(wěn)定到某一定值，這期間Ml工作在調(diào)速運行狀態(tài)。(2)當用水量增加水壓減小時，壓力變送器反饋的水壓信號減小，偏差變大，PLC的輸出信號變大，變頻器的輸出頻率變大，因此水泵的轉速增大，供水量增大，最終水泵的轉速達到另一個新的穩(wěn)定值，使水壓回到原來設定的穩(wěn)定值。反之，當用水量減少水壓增加時，通過壓力閉環(huán)，減小水泵的轉速到另一個新的穩(wěn)定值，同樣使水壓回到原來設定的穩(wěn)定值。(3)當用水量接著增加，變頻器的輸出頻率達到上限頻率50Hz時，若現(xiàn)在用戶管網(wǎng)的實際壓力還未達到設定壓力，同時滿足增加水泵的條件(在下節(jié)有詳細闡述)時，在變頻循環(huán)式的操縱方式下，系統(tǒng)將在PLC的操縱下自動投入水泵M2(變速運行)，同時變頻泵M1做工頻運行，系統(tǒng)恢復對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達到設定值為止。(4)當用水量下降水壓升高，變頻器的輸出頻率降至下限頻率，用戶管網(wǎng)的實際水壓仍高于設定壓力值，同時滿足減少水泵的條件時，系統(tǒng)將工頻泵M2關掉，恢復對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達到設定值。2.3.2變頻器睡眠功能的實現(xiàn)當沒有災情無需供水時，電機停止轉動，變頻器也可啟用睡眠功能，變頻器的頻率自動降為0，達到節(jié)能。然而操縱和監(jiān)控功能在睡眠期間仍要執(zhí)行，假如實際值下降到低于喚醒等級時喚醒功能開始，變頻器自動運行，維持網(wǎng)管壓力。其有關參數(shù)設定要求如表1：表1變頻器睡眠功能參數(shù)表F5.13睡眠頻率F0.13(下限頻率)～F0.05(設置為0HZ時睡眠功能無效)HZ000.00F5.14睡眠延時10～30.0SS030.0SF5.15喚醒值5.0～10.0%(反饋值相關于滿量程的百分比)010.0%2.3.3消防水泵的自動巡檢消防水泵自動巡檢的3種方式：消防泵轉速的自動巡檢方式可分為常速自動巡檢方式和低速自動巡檢方式,其中低速自動巡檢方式中又有軟啟動器方法和變頻方法。通過對消防泵的這兩種自動巡檢方式的比較和分析,指出了消防泵自動巡檢的技術要求,為消防泵自動巡檢方式的應用提供了一定的技術依據(jù)和保障。消防給水設備是水滅火系統(tǒng)中的一個重要組成部分,而消防泵又是消防給水中的關鍵設備。在消防給水系統(tǒng)中,消防泵給水的可靠性直接決定了滅火的成功與否。建筑消防給水設備在運行上具有一個普遍的特點,即這些設備平常專門少運行,一旦滅火時卻需要可靠地投入使用。然而,這些設備由于長期不用,滅火時卻不一定能保證設備的正常運行。其中,消防泵也不例外。為加強消防泵給水的可靠性,上海市工程建設標準《民用建筑水滅火系統(tǒng)設計規(guī)程》(DGJ08-94-2001)在國內(nèi)首次提出了消防泵的自動巡檢問題。該規(guī)程規(guī)定,超高層建筑、一類高層公共建筑的消防泵宜設定時自動巡檢裝置。另在修訂中的《建筑設計防火規(guī)范》也提出:消防給水設備必須具有自動巡檢功能。消防泵的自檢即自動巡檢,它是在設定的時刻周期內(nèi)自動地啟動消防泵,對消防泵的運行進行檢查。消防泵自動巡檢的目的在于增加消防泵的可靠性,保證消防給水系統(tǒng)整體的可靠。采納消防泵的定時自動巡檢裝置,有利于及時了解消防泵的實際性能,解決消防泵的銹蝕卡死問題、保持消防泵良好的工況,也有利于消防系統(tǒng)治理的智能化。它對提高消防給水系統(tǒng)的安全可靠性有一定的意義。一、消防泵自動巡檢方式1、常速自動巡檢方式常速自動巡檢方式又稱工頻自動巡檢方式。它是定期將消防泵以額定轉速運行一段時刻后自動停泵。為保證自動巡檢時消防泵運行的壓力對系統(tǒng)不造成破壞,必須對消防泵原有的進出水管路進行調(diào)整完善。在消防泵從消防水池吸水的方式中,應在出水管上設旁通管。自動巡檢時打開旁通管上的電磁閥,消防泵自動巡檢運行的出水從旁通管排至消防水池,自動巡檢完成后關閉電磁閥,恢復原正常工作狀態(tài)。在消防泵從市政給水管網(wǎng)吸水的方式中,也應考慮自動巡檢運行時的超壓?，F(xiàn)在,在消防泵的進出水管上設旁通,自動巡檢時打開電磁閥,使出水又回到進水管路。運行超壓后,從系統(tǒng)的泄壓閥排至室外明溝。同時,為防止對市政給水的二次污染,在消防泵的吸水管路上須設置倒流防止器。2、低速自檢方式低速自檢方式也是消防泵定期巡檢的方式之一。消防泵在自檢時是以獨特的低速方式運行,它對消防給水管網(wǎng)不必作較大的改動(見圖3)。在低速自檢方式中,消防泵的轉速較低,其出水壓力較小。依照操縱方法的不同,可分為軟啟動器方法和變頻方法。二、軟啟動器方法它利用軟啟動器來操縱消防泵的自動巡檢,不考慮降壓啟動。在預先設定的周期內(nèi),按預先設定的軟啟動器運行方式進行消防泵的自動巡檢。這種運行方式是由軟啟動器來操縱消防泵的啟動時期,即消防泵的定時軟啟動技術(SSD)。它時刻較短,一般在10s左右。整個過程運用可編程操縱技術(PLC)來實現(xiàn),以達到消防泵始終保持良好的預備狀態(tài)。三、變頻方法這種方法是由微機操縱器(PCL)中的巡檢周期時鐘啟動巡檢子程序,從變頻調(diào)速器中輸出一個較低的頻率去驅動消防泵。通常,操縱消防泵的頻率所產(chǎn)生的轉速在300r/min左右。因其轉速遠低于消防泵的額定轉速,故系統(tǒng)中可不能出現(xiàn)較大的增壓,消防給水系統(tǒng)可采納原有的管路。在巡檢過程中,變頻器是從零Hz開始饋電,消防泵的啟動也就較平緩,消防泵無機械沖擊,消防泵的轉速使葉輪保持轉動但不出水的臨界狀態(tài),不致造成系統(tǒng)管網(wǎng)的超壓。消防水泵自動巡檢操縱設備是消防系統(tǒng)的重要組成部分，消防聯(lián)動報警系統(tǒng)等種自動消防設備對災情的推斷直至給出報警，最終依舊要以啟動消防給水設備為全然目的。消防水泵的巡檢功能專門好的解決了消防泵因長期閑置不用而帶來的生銹等緣故造成不能啟動的難題。消防水泵自動巡檢操縱柜可采納可編程操縱器，變頻調(diào)速器，應用人機等操縱技術實現(xiàn)消防水泵的自動巡檢。通過自動巡檢，使消防水泵長期保持在可靠的運行狀態(tài)?；馂男畔⒂上啦倏v中心發(fā)出，當消防操縱系統(tǒng)檢測到建筑物內(nèi)發(fā)生火災時，消防操縱中心立即發(fā)出啟動消防泵的接點信號到水泵操縱系統(tǒng)PLC，PLC收到信息立即退出目前的任務。啟動消防泵，當沒有火災的時候，PLC操縱消防泵定期巡檢。系統(tǒng)自動運行時，每隔2天每臺水泵自動巡檢1分鐘。巡檢時PLC操縱變頻器以較低的頻率逐一的驅動水泵。由于驅動功率較小，節(jié)能比較顯著。同時由于水泵低速運行，達不到水泵的出水速度，可不能對管網(wǎng)壓力產(chǎn)生阻礙。巡檢時刻到時，PLC巡檢程序，操縱變頻器切換到第一臺水泵。然后接觸器KM1閉合，將消防泵接到變頻器的負載端，KM1閉合以后啟動變頻器低頻運行并開始計時，則消防泵在變頻器低頻運行，定時時刻到，變頻器則停止。變頻器停止后，分開接觸器KM1，操縱KM2吸合，將消防泵接到變頻器的負載端，KM2閉合以后啟動變頻器低頻運行并開始計時，則消防泵在變頻器低頻運行，定時時刻到，變頻器則停止。2.4本章小結本章要緊針對消防水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)的工藝方案做了介紹，并對各環(huán)節(jié)的工作原理做了介紹。第三章硬件設計3.1PLC的選型3.1.1PLC的簡介（一）PLC技術的概念PLC即可編程操縱器（ProgrammablelogicController），是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)操縱裝置。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采納能夠編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，操縱各種類型的機械或生產(chǎn)過程。（二）PLC技術的進展歷史長期以來，計算機操縱和傳統(tǒng)PLC操縱一直是工業(yè)操縱領域的兩種要緊操縱方法，PLC自1969年問世以來，以其功能強、可靠性高、使用方便、體積小等優(yōu)點在工業(yè)自動化領域得到迅速推廣，成為工業(yè)自動化領域中極具競爭力的操縱工具。但傳統(tǒng)的PLC體系結構是封閉的，各個PLC廠家的硬件體系互不兼容，編程語言及指令系統(tǒng)各異，用戶選擇了一種PLC產(chǎn)品后，必須選擇與其相應的操縱規(guī)程，學習特定的編程語言，不利于終端用戶功能的擴展。近年來，工業(yè)自動化操縱系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴大，操縱結構更趨于分散化和復雜化，需要更多的用戶接口。同時，企業(yè)整合和開放式體系的進展要求自動操縱系統(tǒng)應具有強大的網(wǎng)絡通訊能力，使企業(yè)能及時地了解生產(chǎn)過程中的諸多信息，靈活選擇解決方案，配置硬件和軟件。此外為了擴大操縱系統(tǒng)的功能，許多新型傳感器被加裝到操縱單元上。我國工業(yè)操縱自動化的進展道路，大多是在引進成套設備的同時進行消化汲取，然后進行二次開發(fā)和應用。目前我國工業(yè)操縱自動化技術、產(chǎn)業(yè)和應用都有了專門大的進展，我國工業(yè)計算機系統(tǒng)行業(yè)差不多形成。工業(yè)操縱自動化技術正在向智能化、網(wǎng)絡化和集成化方向進展。（三）PLC的進展趨勢1、功能向增強化和專業(yè)化的方向進展，針對不同行業(yè)的應用特點，開發(fā)出專業(yè)化操縱單元或模塊，對操縱過程中某一變量（如速度、溫度、電流、電壓等）進行PID操縱。4、定時、定位、計數(shù)操縱PLC具有定時操縱的功能，它為用戶提供了若干個定時器，定時器的時刻能夠由用戶在編寫程序時設定，也能夠用撥盤開關在外部設定，實現(xiàn)定時或延時操縱。定位操縱是PLC不可缺少的操縱功能之一。PLC提供了定位模塊、脈沖輸出模塊等智能模塊，以實現(xiàn)各種需求的定位操縱。PLC具有計數(shù)操縱的功能，它為用戶提供了若干個計數(shù)器或高速計數(shù)模塊。計數(shù)器的計數(shù)值能夠由用戶在編寫程序時設定，也能夠用撥盤開關在外部設定，實現(xiàn)計數(shù)操縱。5、順序（步進）操縱在工業(yè)操縱中，選用PLC實現(xiàn)順序操縱，能夠采納IEC規(guī)定的用于順序操縱的標準化語言——順序功能圖進行設計，能夠用移位寄存器和順序操縱指令編寫程序。6、網(wǎng)絡通信現(xiàn)代PLC具有網(wǎng)絡通信的功能，它既能夠對遠程I/O進行操縱，又能實現(xiàn)PLC與計算機之間的通信，從而構成“集中治理，分散操縱”的分布式操縱系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。PLC通過RS232接口可與各種RS232設備進行通信。PLC還可與其它智能操縱設備（如變頻器、數(shù)控裝置）實現(xiàn)通信。PLC與變頻器組成聯(lián)合操縱系統(tǒng)，可提高交流電動機的自動化操縱水平。7、數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、排序、查表、位操作等功能，能夠完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)能夠與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的操縱操作，也能夠利用通信功能傳送到不的智能裝置，或將它們打印制表。（四）PLC的功能隨著自動化技術、計算機技術及網(wǎng)絡通信技術的迅速進展，PLC的功能日益增多。它不僅能實現(xiàn)單機操縱，而且能實現(xiàn)多機群操縱；不僅能實現(xiàn)邏輯操縱，還能實現(xiàn)過程操縱、運動操縱和數(shù)據(jù)處理等，其要緊功能如下：（1）開關量邏輯操縱這是PLC的最差不多的功能。PLC具有強大的邏輯運算能力，它提供了與、或、非等各種邏輯指令，可實現(xiàn)繼電器觸點的串聯(lián)、并聯(lián)和串并聯(lián)等各種連接的開關操縱，常用于取代傳統(tǒng)的繼電器操縱系統(tǒng)。使用PLC提供的定時、計數(shù)指令，可實現(xiàn)定時、計數(shù)功能，其定時值和計數(shù)值既可由用戶在編程時設定，也可用數(shù)字撥碼開關來設定，其值可進行在線修改，操作十分靈活方便。（2）模擬量操縱在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等差不多上模擬量。PLC提供了各種智能模塊，如模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊、熱電阻用模擬量輸入模塊、熱電阻用模擬量輸出模塊等，通過使用這些模塊，把現(xiàn)場輸入的模擬量經(jīng)A/D轉換后送CPU處理；而CPU處理的數(shù)字結果，經(jīng)D/A轉換成模擬量去操縱被控設備，以完成對連續(xù)量的操縱。（3）閉環(huán)過程操縱使用PLC不僅能夠對模擬量進行開環(huán)操縱，而且還能夠進行閉環(huán)操縱。配置PID操縱單元或模塊，對操縱過程中某一變量（如速度、溫度、電流、電壓等）進行PID操縱。（4）定時、定位、計數(shù)操縱PLC具有定時操縱的功能，它為用戶提供了若干個定時器，定時器的時刻能夠由用戶在編寫程序時設定，也能夠用撥盤開關在外部設定，實現(xiàn)定時或延時操縱。定位操縱是PLC不可缺少的操縱功能之一。PLC提供了定位模塊、脈沖輸出模塊等智能模塊，以實現(xiàn)各種需求的定位操縱。PLC具有計數(shù)操縱的功能，它為用戶提供了若干個計數(shù)器或高速計數(shù)模塊。計數(shù)器的計數(shù)值能夠由用戶在編寫程序時設定，也能夠用撥盤開關在外部設定，實現(xiàn)計數(shù)操縱。（5）順序（步進）操縱在工業(yè)操縱中，選用PLC實現(xiàn)順序操縱，能夠采納IEC規(guī)定的用于順序操縱的標準化語言——順序功能圖進行設計，能夠用移位寄存器和順序操縱指令編寫程序。（6）網(wǎng)絡通信現(xiàn)代PLC具有網(wǎng)絡通信的功能，它既能夠對遠程I/O進行操縱，又能實現(xiàn)PLC與計算機之間的通信，從而構成“集中治理，分散操縱”的分布式操縱系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。PLC通過RS232接口可與各種RS232設備進行通信。PLC還可與其它智能操縱設備（如變頻器、數(shù)控裝置）實現(xiàn)通信。PLC與變頻器組成聯(lián)合操縱系統(tǒng)，可提高交流電動機的自動化操縱水平。（7）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、排序、查表、位操作等功能，能夠完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)能夠與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的操縱操作，也能夠利用通信功能傳送到不的智能裝置，或將它們打印制表。（五）PLC的特點（1）通用性強、靈活性好、功能齊全PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的，具有面向工業(yè)操縱的鮮亮特點。通過選配相應的操縱模塊便可適用于各種不同的工業(yè)操縱系統(tǒng)。同時，由于PLC采納存儲邏輯，其操縱邏輯以程序方式存儲在內(nèi)存中，當生產(chǎn)工藝改變或生產(chǎn)設備更新時，不必改變PLC的硬件，只需改變程序，改變操縱邏輯，其連線少，體積小，加之PLC中每只軟繼電器的觸點數(shù)理論上無限制，因此，靈活性和擴展性都專門好。（2）可靠性高、抗干擾能力強為了確保PLC在惡劣的工業(yè)環(huán)境下能可靠的工作。在設計中強化了PLC的抗干擾能力，使之能抗諸如電噪聲、電源波動、振動、電磁干擾等的干擾。PLC能承受電網(wǎng)電壓的變化，可直接由交流市電供電，直接取自電控箱電源。即使在電源瞬間斷電的情況下，仍可正常工作。PLC在設計、生產(chǎn)過程中除了對元器件嚴格篩選外，硬件和軟件還采納屏蔽、濾波。光電隔離和故障診斷、自動恢復等措施，有的PLC還采納了冗余技術等，進一步增強了PLC的可靠性。（3）編程簡單、使用方便PLC在差不多操縱方面采納梯形圖語言進行編程，這種梯形圖是與繼電器操縱電路圖相呼應的，形式簡單、直觀性強，寬敞電氣人員容易同意。用梯形圖編程出錯率比匯編語言低得多。梯形圖、流程圖、語句表之間能夠有條件的相互轉換，使用極其方便。(4)模塊化結構、安裝簡單、調(diào)試方便PLC的各個部件，包括CPU、電源、I/O等均采納模塊化結構設計，由機架和電纜將各模塊連接起來，由于配置靈活，使擴展、維護更加方便。另外，PLC的接線十分方便，只需將輸入信號的設備（如按鈕、開關等）與PLC的輸入端子相連，將同意操縱的執(zhí)行元件（接觸器、電磁閥等）與輸出端子相連即可。調(diào)試工作大部分是室內(nèi)調(diào)試，用模擬開關模擬輸入信號，其輸入狀態(tài)和輸出狀態(tài)能夠觀看PLC上相應的發(fā)光二極管，能夠依照它進行測試、排錯和修改。3.1.2S7-300系列PLC及其擴展模塊的選型（一）S7-300系列PLC的概述本設計選擇西門子S7-300系列PLC，S7-300適用于靈活度更高和復雜邏輯的情況。它采納的是插槽板卡模塊式設計，有完備的模擬量和開關量組合搭配，程序能夠直接存在存儲卡中，在生產(chǎn)制造工程中應用特不廣泛。S7-300是由各種模塊部件所組成，各模塊能以各種不同方式組合在一起，可將操縱系統(tǒng)依照需要設計成不同的應用，有各種不同性能檔次的CPU可供操縱器使用，以滿足不同的需求。S7-300的大量功能能夠支持和關心用戶進行編程、啟動和維護，其要緊功能如下：(1)高速的指令處理。0.1～0.6us的指令處理時刻在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開發(fā)了全新的應用領域。人機界面(HMI)。方便的人機界面服務差不多集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，因此人機對話的編程要求大大減少。(3)診斷功能。CPU的智能化的診斷系統(tǒng)可連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常，記錄錯誤和專門系統(tǒng)事件。(4)口令愛護。多級口令愛護能夠使用戶高度、有效地愛護其技術機密，防止未經(jīng)同意的復制和修改。（二）S7-300系列PLC的組成S7-300系列PLC是模塊化結構設計，各種單獨模塊之間可進行廣泛組合和擴展。其系統(tǒng)構成如圖3.1所示。它的要緊組成部分有導軌(RACK)、電源模塊(PS)、中央處理單元模塊(CPU)、接口模塊(IM)、信號模塊(SM)、功能模塊(FM)等。它通過MPI網(wǎng)的接口直接與編程器PG、操作員面板O和其它S7PLC相連。圖3.1S7-300系列PLC系統(tǒng)構成框圖·S7-300的CPU模塊S7-300有CPU312IFM、CPU313、CPU314、CPU314IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等8種不同的中央處理單元可供選擇。CPU315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP都具有現(xiàn)場總線擴展功能。CPU以梯形圖LAD、功能塊FBD或語句表STL進行編程。表3.1列出了部分中央處理單元CPU的要緊特性，包括存儲器容量、指令執(zhí)行時刻、最大I/O點數(shù)、各類編程元件(位存儲器、計數(shù)器、定時器、可調(diào)用塊)數(shù)量等。表3.1中央處理單元CPU的要緊特性·S7-300的數(shù)字量輸入模塊SM321數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場過程送來的數(shù)字信號電平轉換成S7-300內(nèi)部信號電平。數(shù)字量輸入模塊有直流輸入方式和交流輸入方式。對現(xiàn)場輸入元件，僅要求提供開關觸點即可。輸入信號進入模塊后，一般都通過光電隔離和濾波，然后才送至輸入緩沖器等待CPU采樣。采樣時，信號通過背板總線進入到輸入映像區(qū)。數(shù)字量輸入模塊SM321有四種型號模塊可供選擇，即直流16點輸入、直流32點輸入、交流16點輸入、交流8點輸入模塊。如圖3.2,3.3所示為直流32點輸入和交流16點輸入對應的端子連接及電氣原理圖：圖3.2數(shù)字量輸入模塊端子連接及電氣原理圖（SM32116×24VDC）圖3.3數(shù)字量輸入模塊端子連接及電氣原理圖（SM32116×120VAC）·S7-300的數(shù)字量輸出模塊SM322數(shù)字量輸出模塊SM322將S7-300內(nèi)部信號電平轉換成過程所要求的外部信號電平，可直接用于驅動電磁閥、接觸器、小型電動機、燈和電動機啟動器等。晶體管輸出模塊只能帶直流負載，屬于直流輸出模塊；可控硅輸出方式屬于交流輸出模塊；繼電器觸點輸出方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊。從響應速度上看，晶體管響應最快，繼電器響應最慢；從安全隔離效果及應用靈活性角度來，看以繼電器觸點輸出型最佳。SM322的32點數(shù)字量晶體管輸出模塊的端子接線及電氣原理圖如圖3.4所示：圖3.4SM322的32點數(shù)字量晶體管輸出模塊的端子接線及電氣原理圖··模擬量輸入模塊SM331模擬量輸入(簡稱模入(AI))模塊SM331目前有三種規(guī)格型號，即8AI×l2位模塊、2AI×l2位模塊和8AI×l6位模塊。SM331要緊由A/D轉換部件、模擬切換開關、補償電路、·恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。A/D轉換部件是模塊的核心，其轉換原理采納積分方法，被測模擬量的精度是所設定的積分時刻的正函數(shù)，也即積分時刻越長，被測值的精度越高。SM331可選四檔積分時刻：2.5ms、16.7ms、20ms和l00ms，相對應的以位表示的精度為8、12、12和14。SM331AI18X13位模擬量輸入模塊的端子接線及電氣原理圖如圖3.5所示圖3.5SM331AI18X13位模擬量輸入模塊的端子接線及電氣原理圖·模擬量輸出模塊SM332模擬量輸出(簡稱模出(AO))模塊SM332目前有三種規(guī)格型號，即4AO×l2位模塊、2AO×12位模塊和4AO×l6位模塊，分不為4通道的12位模擬量輸出模塊、2通道的12位模擬量輸出模塊、4通道的16位模擬量輸出模塊。SM332模擬量輸出模塊的接線圖如圖3.6所示：圖3.6SM332模擬量輸出模塊的接線圖3.2電動機的選型（一）選用電動機的原則及步驟

為了適應各種不同用途，工廠生產(chǎn)了不同種類、形式及容量的電動機。在選用電動機時，要充分考慮它們的特性，在認真研究了被拖動機械的特性后，選擇適合負載特性的電動機。選擇電動機的原則是：依照負載的啟動特性及運行特性，選出最適合于這些特性的電動機，滿足生產(chǎn)機械工作過程中的各種要求。（2）選擇具有與使用場所的環(huán)境相適應的防護方式及冷卻方式的電動機，在結構上應能適合電動機所處的環(huán)境條件。

（3）計算和確定合適的電動機容量。通常設計制造的電動機，在75%-100%額定負載時，效率最高。因此應使設備需求的容量與被選電動機的容量差值最小，使電動機的功率被充分利用。（4）選擇可靠性高、便于維護的電動機。（5）考慮到互換性，盡量選擇標準電動機。（6）為使整個系統(tǒng)高效率運行，要綜合考慮電機的極數(shù)及電壓等級。

選用電動機的要緊步驟是：

（1）依照生產(chǎn)機械性的要求，選擇電動機種類。（2）依照電源情況，選擇電動機額定電壓。（3）依照生產(chǎn)機械所要求的轉數(shù)及傳動設備的情況，選擇電動機的轉數(shù)。（4）依照電動機和生產(chǎn)機械安裝的位置和場所環(huán)境，選擇電動機的結構和防護形式。（5）依照生產(chǎn)機械所需要的功率和電動機的運行方式，選擇電動機的額定功率。然而目前在國民經(jīng)濟各個領域中，由于選型不合理，許多的電機處于不合理運行狀況，運行效率低，白費了大量能源。還有的電機由于選型不合理，全然不能使用，或者使用維修成本增加，經(jīng)濟效益低。由此可見，合理選擇電機對節(jié)約能源同樣具有重要意義。結合本設計工藝選擇的電動機型號為Y280S-275KW電動機，級數(shù)：2極，電流：10A，轉速：2970轉，效率：92.0%功率因素：0.89cos，電壓：380V。3.3變頻器的選型首先，要了解變頻調(diào)速的差不多原理：三相異步電動機，特不是鼠籠式電動機，由于結構簡單，牢固，價格廉價，運行可靠，維護簡單等特點，在交流傳動中得到了廣泛的應用。異步電動機的轉速為:式中—電機定子供電頻率；—電動機轉差率，—交流電機轉子的轉速(r/min)；—交流電機的同步轉速(r/min),；—電動機極對數(shù)。依照電機學的理論，三相交流異步電動機定子繞組中的感應電動勢表達式為式中—定子繞組感應電勢；—定子供電電源頻率；—電機磁通；—電機定子繞組每相匝數(shù)；—電機電勢常數(shù)若忽略電動機定子阻抗壓降，則定子電壓為:變頻調(diào)速實際上是變頻變壓調(diào)速，即VVVF技術(VariableVoltageVariableFrequency)。異步電機變頻調(diào)速差不多原則有:保持U1/fl(異步電機供電電壓幅值與頻率比值)為常數(shù)的恒磁通比例操縱原則；保持電機最大電磁轉矩Mk不變的恒磁通操縱原則；保持異步電機功率為常數(shù)的恒功率操縱原則。保持U1/f1恒定操縱是異步電動機變頻調(diào)速的最差不多操縱方式。它在操縱電動機的電源頻率變化的同時操縱變頻器的輸出電壓，并使二者之比U1/f1為恒定，從而使電動機的磁通差不多保持恒定。變頻調(diào)速電動機機械特性如圖3.7所示。圖3.7變頻調(diào)速電動機機械特性圖然后，依照系統(tǒng)的工藝要求及電動機容量選擇合適的變頻器，在選擇時要考慮變頻器的容量和工作型式，盡可能的節(jié)約資金投入也是重要的因素之一。關于風機、\o"泵"泵類等，低速下負載轉矩較小，通?？蛇x擇一般功能型的變頻器。同時，中水儲池的對外供給要求為恒壓供水，依照先前的系統(tǒng)操縱原理分析，該變頻器的內(nèi)部需要有PID運算模塊。綜合以上考慮，分析市場上不同變頻器的性價比，在滿足功能要求的條件下，采納型號為SVF—EV—G75/P93T4的變頻器，其外部接線圖如圖3.8所示。圖3.8變頻器接線圖3.4壓力傳感器的選型在系統(tǒng)的供水環(huán)節(jié)，依靠變頻器和遠程壓力表構成一個閉環(huán)操縱回路，采納變頻器提供10V的直流電源給壓力表供電，在不同的水壓情況，壓力表測量并反饋回來的電壓信號不同，該模擬量信號為0-10V，作為變頻器的反饋檢測信號與設定的值比較，并完成PID運算，從而調(diào)節(jié)輸出的電壓頻率值。依照供水網(wǎng)絡的壓力標準來選擇遠程壓力表，選擇壓力表的量程不能過大或是超出量程，量程過大會使測量不準確，超出量程將無法操縱供給水壓的大小，同時會損壞設備，為防止儀表損壞，壓力表所測壓力的最大值一般不超過儀表測量上限的2/3；為保證測量的準確度，被測壓力不得低于標尺上限的1/3。當被測壓力波動較大時，應使壓力變化范圍處在標尺上限的1/3～1/2處。國產(chǎn)YTZ-150系列遠程壓力表能夠滿足設計的要求。3.5自動巡檢裝置的選型消防自動巡檢柜，消防智能數(shù)字巡檢裝置的一種。該裝置能夠起到防止消防水泵銹蝕、受潮、水泵動作不正常等故障的作用，確實做到“養(yǎng)兵一日，用兵一時”的目的。本設計選擇型號為XFH-XJ的自動巡檢柜該設備具有主回路巡檢及消防設備無壓巡檢兩部分組成，可完成對主控回路及水泵的低頻自動巡檢，巡檢時系統(tǒng)不增壓。巡檢時智能巡檢操縱器輸出指令，智能巡檢操縱器輸出巡檢指令逐一對主回路接觸器進行巡檢，巡檢返回信號取自于接觸器的主輔助觸點。反饋信號時刻同意值不大于2S。主回路巡檢完成后，巡檢操縱器會發(fā)生下一個巡檢指令至無壓巡檢裝置，該裝置接到巡檢指令后會依次對消防水泵進行低速無壓巡檢。巡檢時電機轉速較低，系統(tǒng)不產(chǎn)生水壓。整個巡檢過程中如設備接到消防命令智能巡檢操縱器會立即發(fā)出停止巡檢的指令，瞬時啟動消防泵完成消防任務。如巡檢過程中動作異常，操縱器會記錄發(fā)生故障的支路號及故障類不，并發(fā)出聲光報警。3.6觸摸屏的選型觸摸屏面板一般包括兩個部分：觸摸檢測裝置和觸摸屏操縱器。觸摸檢測裝置安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，把接收到信息傳送到觸摸屏操縱器；觸摸屏操縱器的要緊作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉換成觸點坐標，再送給CPU，它同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。隨著科技的進步，觸摸屏技術也經(jīng)歷了從低檔向高檔逐步升級和進展的過程。依照其工作原理，其目前一般被分為四大類：電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏、紅外線式觸摸屏和表面聲波觸摸屏。電阻式觸摸屏工作在與外界完全隔離的環(huán)境中，它不怕灰塵、水氣和油污，能夠用任何物體來觸摸，比較適合工業(yè)操縱領域使用。缺點是由于復合薄膜的外層采納塑料，太用力或使用銳器觸摸可能劃傷觸摸屏。電容式觸摸屏的分辨率專門高，透光率也不錯，能夠專門好地滿足各方面的要求，由于iphone的面世，因此現(xiàn)今最常見的確實是電容式觸摸屏。只是，電容式觸摸屏把人體當作電容器的一個電極使用，當有導體靠近并與夾層ITO工作面之間耦合出足夠大的電容時，流走的電流就會引起電容式觸摸屏的誤動作；另外，戴著手套或手持絕緣物體觸摸時會沒有反應，這是因為增加了絕緣的介質(zhì)。紅外線觸摸屏是靠測定紅外線的通斷來確定觸摸位置的，因此不存在分辨率要求，可不使用擋板，即可達到觸控效果，即分辨率100%；而其分辨率阻礙在于一般選用的透明擋板的材料有關。因此，選用透光性能好的擋板,并加以抗反光處理，能夠得到專門好的視覺效果。然而，受到紅外線發(fā)射管體積的限制，不可能發(fā)射高密度的紅外線，因此這種觸摸屏的觸控物體要偏大，最小觸控物體要大于3MM。另外，由于紅外線觸摸屏依靠紅外感應來工作，外界光線變化，依照其燈管品質(zhì)所承受的光線阻礙其準確度均有所不同?，F(xiàn)今紅外觸控技術日益成熟，其受光線干擾的阻礙越來越低，有些僅在正午強直射陽光下才會受到阻礙。表面聲波技術特不穩(wěn)定，而且表面聲波觸摸屏的操縱器靠測量衰減時刻在時刻軸上的位置來計算觸摸位置，因此其精度特不高。表面聲波觸摸屏還具有第三軸(z軸)，也確實是壓力軸—通過計算接收信號衰減處的衰減量可得到用戶觸摸屏幕的力量大小，最多可分為256級力度。力量越大，接收信號波形上的衰減缺口也就越寬越深，在所有的觸摸屏中，只有表面聲波觸摸屏具有感知觸摸壓力的性能。但其追求精度而導致發(fā)射換能器功耗過大，以至易碎，維護率、返修率最高。同時受環(huán)境阻礙專門大，怕水、怕塵土等。3.7繼電器的選型（一）繼電器的選用1.先了解必要的條件①操縱電路的電源電壓，能提供的最大電流；②被操縱電路中的電壓和電流；③被控電路需要幾組、什么形式的觸點。選用繼電器時，一般操縱電路的電源電壓可作為選用的依據(jù)。操縱電路應能給繼電器提供足夠的工作電流，否則繼電器吸合是不穩(wěn)定的。2.查閱有關資料確定使用條件后，可查找相關資料，找出需要的繼電器的型號和規(guī)格號。若手頭已有繼電器，可依據(jù)資料核對是否能夠利用。最后考慮尺寸是否合適。3.注意器具的容積。若是用于一般用電器，除考慮機箱容積外，小型繼電器要緊考慮電路板安裝布局。關于小型電器，如玩具、遙控裝置則應選用超小型繼電器產(chǎn)品。二繼電器是一種電操縱器件。它具有操縱系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被操縱系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關系。通常應用于自動化的操縱電路中，它實際上是用小電流去操縱大電流運作的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全愛護、轉換電路等作用。在該中水處理系統(tǒng)的設計中，繼電器多為電磁繼電器，只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消逝，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。如此吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。繼電器在系統(tǒng)中構成了要緊的操縱回路，連接在PLC的輸出端子，完成操縱命令的相應動作，作用能夠概括為放大、綜合信號和擴大操縱范圍。本系統(tǒng)中應用的繼電器分為兩種：直流繼電器和交流繼電器。直流繼電器的吸引線圈工作在24V的直流電壓下，交流繼電器的吸引線圈工作在220V的交流電壓下。一般國產(chǎn)繼電器的型號命名由四部分組成，在設計中應用的繼電器型號為JR20-160L熱繼電器適用范圍：JR20-160L熱繼電器適用于交流50Hz/60Hz、電壓至690的長期工作或間斷長期工作的交流電動機的過載與斷恩愛護。JR20-160L熱繼電器具有斷恩愛護、溫度補償、自動與手動復位、產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠。3.8接觸器的選型接觸器的作用：接觸器是用來遠距離頻繁地接通和斷開交直流主電路和大容量操縱電流的電器。具有動作迅速操縱容量大使用安全方便，能頻繁操作和遠距離操作等優(yōu)點。要緊用作電動機的主控開關；小型發(fā)電機；電熱設備；電焊機和電容器組等各種設備的主控開關。能接通和斷開負載電流，但不能切斷短路電流，因此常與熔斷器和熱繼電器等配合使用。要緊由觸頭系統(tǒng)；電磁機構和滅弧裝置等組成。線圈和靜觸頭是固定不動的，當線圈通電后，產(chǎn)生的電磁力克服彈簧的反作用力，將銜鐵吸合并使動；靜觸頭接觸，從而接通主電路。當線圈斷電時，由于電磁吸力消逝，銜鐵依靠彈簧的反作用力而跳開，動觸頭和靜觸頭也隨之分離，切斷主電路。接觸器的選擇一般要遵循以下原則：(1)依照電路中負載電流種類選擇接觸器：交流負載應選用交流接觸器，直流負載應選用直流接觸器，假如操縱系統(tǒng)中要緊是交流負載，直流電動機或直流負載的容量較小，也可都選用交流接觸器來操縱，但觸點的額定電流應選得大一些。

(2)選擇接觸器主觸頭的額定電壓：應等于或大于負載的額定電壓。

(3)選擇接觸器主觸頭的額定電流：被選用接觸器主觸頭的額定電流應不小于負載電路的額定電流。也可依照所操縱的電動機最大功率進行選擇。假如接觸器是用來操縱電動機的頻繁啟動、正反或反接制動等場合，應將接觸器的主觸頭額定電流降低使用，一般可降低一個等級。(4)依照操縱電路要求確定吸引線圈工作電壓和輔助觸點容量：操縱線路比較復雜，使用的電器又比較多，為了安全起見，線圈的額定電壓可選低一些，這時需要加一個操縱變壓器。直流接觸器線圈的額定電壓應視操縱回路的情況而定。而一系列、同一容量等級的接觸器，其線圈的額定電壓有好幾種，能夠選線圈的額定電壓和直流操縱電路的電壓一致。參照以上選型原則，本設計選擇施耐德接觸LC1-D150交流接觸器（額定電流150A）要緊用于交流50Hz或60Hz，交流電壓至660V（690V），在AC-3使用類不下工作電壓為380V時，額定工作電流至170A的電路中，供遠距離接通和分斷電路之用，并可與相應規(guī)格的熱繼電器組合成。

3.9空氣斷路器的選擇空氣斷路器（自動開關）：斷路器的一種。絕緣介質(zhì)為空氣。是用手動（或電動）合閘，用鎖扣保持合閘位置，由脫扣機構作用于跳閘并具有滅弧裝置的低壓開關，目前被廣泛用于500V以下的交、直流裝置中，在電路中作接通、分斷和承載額定工作電流和短路、過載等故障電流。當電路內(nèi)發(fā)生過負荷、短路、電壓降低或消逝時，能自動切斷電路，進行可靠的愛護。選擇空氣斷路器的差不多原則：(1)空氣斷路器的額定電壓必須大于或等于線路的工作電壓。(2)空氣斷路器的額定短路通斷能力≥線路中可能出現(xiàn)的最大短路電流。(3)空氣斷路器的額定電流≥線路的負載電流。(4)漏電空氣斷路器的額定漏電動作電流必須≥2倍的線路業(yè)已存在的泄漏電流。(5)空氣斷路器末端單相對地短路時能使選用B、C、D型瞬時脫扣器的開關動作，關于不同類型的負載（用電設備）選用不同的瞬時脫扣器和相應的電流等級的產(chǎn)品。(6)在裝漏電愛護器之前必須搞清原有的供電愛護型式，以便推斷是否能夠直接安裝或需改動。(7)有進出線規(guī)定的產(chǎn)品必須嚴格按要求接線，進出線不可反接。依照以上選型原則，該系統(tǒng)中采納西門子公司生產(chǎn)的常見塑殼斷路器3VF系列。主空氣斷路器型號：3VF1720-1DA33，分空氣斷路器型號：3VF1702-1DA33和3VF1703-1DA33。3.10本章小結本章要緊介紹了本次設計用到的各個硬件，及其作用，并對其做了適當?shù)倪x型。其中包括PLC，變頻器，壓力傳感器等。第四章軟件設計4.1PLC程序的設計PLC操縱程序采納SIEMENS公司提供的STEP7-MicroWIN-V40編程軟件開發(fā)。該軟件的SIMATIC指令集包含三種語言，即語句表(STL)語言、梯形圖(LAD)語言、功能塊圖(FWD)語言。語句表(STL)語言類似于計算機的匯編語言，特不適合于來自計算機領域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機器硬件的語言。梯形圖(LAD)語言最接近于繼電器接觸器操縱系統(tǒng)中的電氣操縱原理圖，是應用最多的一種編程語言，與計算機語言相比，梯形圖能夠看作是PLC的高級語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結構原理和硬件邏輯，因此，它專門容易被一般的電氣工程設計和運行維護人員所同意，是初學者理想的編程工具。功能塊圖(FWD)的圖形結構與數(shù)字電路的結構極為相似，功能塊圖中每個模塊有輸入和輸出端，輸出和輸入端的函數(shù)關系使用與、或、非、異或邏輯運算，模塊之間的連接方式與電路的連接方式差不多相同。STEP7編程軟件同意結構化用戶程序，能夠將程序分解為單個的自成體系的程序部分。從而使大規(guī)模的程序更容易理解，能夠對單個的程序部分進行標準化。程序組織簡化，修改更容易。系統(tǒng)的調(diào)試也容易了許多。在S7用戶程序中能夠使用如下幾種不同類型的塊：組織塊(OB)是操作系統(tǒng)和用戶程序的接口。它們由操作系統(tǒng)調(diào)用，并操縱循環(huán)和中斷驅動程序的執(zhí)行，以及可編程操縱器如何啟動。它們還處理對錯誤的響應。組織塊決定各個程序部分執(zhí)行的順序。用于循環(huán)程序處理的組織塊OB1的優(yōu)先級最高。操作系統(tǒng)循環(huán)調(diào)用OB1并用那個調(diào)用啟動用戶程序的循環(huán)執(zhí)行。功能(FC)屬于用戶自己編程的塊。功能是“無存儲區(qū)”的邏輯塊。FC的臨時變量存儲在局域數(shù)據(jù)堆棧中，當FC執(zhí)行結束后，這些數(shù)據(jù)就丟失了。功能塊(FB）屬于用戶自己編程的塊。功能塊是具有“存儲功能”的塊。用數(shù)據(jù)塊作為功能塊的存儲器(背景數(shù)據(jù)塊)。傳遞給FB的參數(shù)和靜態(tài)變量存在背景數(shù)據(jù)塊中。背景數(shù)據(jù)塊(背景DB)在每次功能塊調(diào)用時都要分配一塊給這次調(diào)用，用于傳遞參數(shù)。系統(tǒng)功能塊(SFB)和系統(tǒng)功能(SFC)是STEP7為用戶提供的己編程好的程序的塊，通過測試集成在CPU中的功能程序庫。SFB作為操作系統(tǒng)的一部分并不占用程序空間，是具有存儲能力的塊，它需要一個背景數(shù)據(jù)塊，并須將此塊作為程序的一部分安裝到CPU中。STEP7的調(diào)用結構如圖4.2所示：圖4.2STEP7的調(diào)用結構圖4.2操縱系統(tǒng)程序設計首先在在OB1中建立主程序。主程序共包括下面幾個部分：FC1模擬量轉換子程序、FC2變頻調(diào)速子程序、FC3變頻器故障切換子程程序。FC1模擬量轉換子程序：通過子程序FC1進行模擬量的轉換?，F(xiàn)場的過程信號是具有物理單位的工程量值，在模/數(shù)轉化后得到的是-27648～+27648的數(shù)字量，那個數(shù)字量不具有工程量值的單位，因此必須通過模擬量的規(guī)范化將數(shù)字量直接轉化為實際的工程量值，這一過程是通過FC105功能來實現(xiàn)的。M0.0=0時單極性信號輸入，表示現(xiàn)在的模擬量只能是正值之間的單位換算，程序段1表示的是管道壓力的轉換，在壓力下限LO_LIM為0MPa，壓力上限HI_LIM為1MPa之間，