【正文】 ........................... 10 變頻恒壓供水系統(tǒng)特點及其安全性討論 ............................... 15 本課題的主要研究內(nèi)容 ............................................. 16 第 2 章 系統(tǒng)的理論分析及方案的確定 ........................................ 17 變頻恒壓供水系統(tǒng)理論分析 ......................................... 17 變頻恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理 .................................... 17 變頻恒壓控制的理論模型 ...................................... 19 變頻恒壓供水系統(tǒng)的近似數(shù)學(xué)模型 .............................. 20 2． 2 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方案的確定 .................................. 20 供水系統(tǒng)的控制流程及其控制流程圖 ............................ 20 供水系統(tǒng)中水泵切換條件分析 ................................. 28 本章小結(jié) ......................................................... 31 第三章 變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計 ........................................ 32 系統(tǒng)主要配置的選型 ............................................... 32 水泵機(jī)組的選型 .............................................. 32 變頻器的選型 ................................................ 33 PLC 及其擴(kuò)展模塊的選型 ...................................... 35 壓力變送器及數(shù)顯儀的選型 .................................... 36 繼電器，軟啟動器的選型 ...................................... 37 系統(tǒng)主電路分析及設(shè)計 ............................................. 37 系統(tǒng)控制電路分析及設(shè)計 ........................................... 39 可編程邏輯控制器 (PLC)的 I／ 0端子分配 ............................. 40 變頻器接線及功能的設(shè)定 ........................................... 42 本章小結(jié) ......................................................... 43 第四章 變頻恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ........................................ 44 系統(tǒng)水泵運行狀態(tài)及轉(zhuǎn)換過程分析 ................................... 44 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 7 PLC 程序設(shè)計方法的分析 ............................................ 46 系統(tǒng)控制程序設(shè)計 ................................................. 49 變 頻器 P l D 控制功能參數(shù)的設(shè)置 ................................... 53 PID 控制及其控制算法 ........................................ 53 恒壓供水 PID 調(diào)節(jié)過程分析 .................................... 55 變頻器 PID 控制參數(shù)的設(shè)置 .................................... 55 可靠性分析 ....................................................... 57 本章小結(jié) ......................................................... 57 第五章 變頻恒壓供水遠(yuǎn)程監(jiān)控系 統(tǒng)的設(shè)計 ................................... 59 S7200 系列 PLC 的監(jiān)控方法 ......................................... 59 本系統(tǒng)計算機(jī)監(jiān)控內(nèi)容及原理圖 ..................................... 59 本章小結(jié) ......................................................... 61 第六章 結(jié) 論 ............................................................. 62 本課題研究結(jié)論 ................................................... 62 課題存在問題與展望 ............................................... 62 參考文獻(xiàn) ................................................................. 63 外文翻譯 ................................................................. 64 致 謝 .................................................................... 88 附 錄 .................................................................... 89 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 8 第一章 緒 論 課題背景及意義 眾所周知，水是人類生活、生產(chǎn)中不可缺少的重要物質(zhì)，在節(jié)水節(jié)能已成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動化程度低，而隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，以及住房制度改革的不斷深入，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。 氣壓罐供水具有體積小、技術(shù)簡單、不受高度限制等特點，但此方式調(diào)節(jié)量小、水泵電機(jī)為硬起動且起動頻繁，對電器設(shè)備要求較高、系統(tǒng)維護(hù)工作量大，而且為減少水泵起動次數(shù)，停泵壓力往往比較高，致使水泵在 低效段工作，而出水壓力無謂的增高，也使浪費加大，從而限制了其發(fā)展。目前的蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 9 供水方式朝向高效節(jié)能、自動可靠的方向發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用，特別是在城鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級加壓系統(tǒng)，居民生活用水的恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速水泵節(jié)能效果尤為突出，其優(yōu)越性表現(xiàn)在：一是節(jié)能顯著；二是在開、停機(jī)時能減小電流對電網(wǎng)的沖擊以及供水水壓對管網(wǎng)系 統(tǒng)的沖擊；三是能減小水泵、電機(jī)自身的機(jī)械沖擊損耗 。 1964年，最先提出把通信技術(shù)中的脈寬調(diào)制 P刪技術(shù)應(yīng)用到交流傳動中的是德國人。 1980年，德國人在應(yīng)用微處理器的矢量控制研究中取得了進(jìn)展，促進(jìn)了矢量控制的實用化。這種方法不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換 而是直接在電動機(jī)定子坐標(biāo)上計算磁鏈的模和轉(zhuǎn)矩的大小，并通過磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接跟蹤，實現(xiàn)脈寬調(diào)制和系統(tǒng)的高動態(tài)性能 H3。 變頻器的發(fā)展水平是由電力電子技術(shù)、電機(jī)控制方式以及自動化控制水平三個方面蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 10 決定的。當(dāng)時，在機(jī)械工業(yè)部屬下建立了我國第一個電氣傳動成套公司，即現(xiàn)在的天津電氣傳動設(shè)計研究所的前身。國內(nèi)交流變頻調(diào)速技術(shù)產(chǎn)業(yè)狀況表現(xiàn)如下 ： 1)變頻器的整體技術(shù) 落后，國內(nèi)雖有很多單位投入了一定的人力、物力研究變頻技術(shù)并開發(fā)新產(chǎn)品，但由于分散，所以并沒有形成一定的技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模。 可編程控制器 (PLC)的特點及應(yīng)用 可編程序控制器 (program logical controller)，簡稱 PLC，是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算電子系統(tǒng)，它是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展 起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置，是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)國家自動控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。隨著計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程序蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 11 控制器將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與新興的計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，具有可靠性高、功能強(qiáng)、應(yīng)用靈活、編程簡單、使用方便等一系列優(yōu)點，以及良好的工業(yè)環(huán)境工作性能和自動控制目標(biāo)實現(xiàn)性能，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。在軟件方面， PLC采用極易為電氣人員掌握的梯形圖編程語言，除了保持原有的邏輯運算等功能以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。據(jù)“美國市場信息力的世界 PLC以及軟件市場報告稱， 1995年全球 PLC及其軟件的市場經(jīng)濟(jì)規(guī)模約 50億美元，隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， PLC的功能得到大大的增強(qiáng)，具有以下特點： 1)可靠性高。另外為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。 4)編程簡單易學(xué)。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。其主要功能是進(jìn)行工藝參數(shù)的采集、生產(chǎn)過程控制、信息處理、設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測以及水質(zhì)監(jiān)測等可編程控制器 PC或PLC是一種以微處理器為核心的用于工程自動控制的工業(yè)控制機(jī)，其本質(zhì)是一臺工業(yè)控制專用計算機(jī)。常用的 cPU有通用微處理器，如 MOTOROLA 6800，單片機(jī)有 803l， 8051和雙極型位式微處理器，如 AMD2903。 中央處理器的功能是： CPU按系統(tǒng)程序所賦予的功能，、接收并存貯從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)； CPU按掃描方式工作，從存貯器中逐條讀取指令，并存入 CPU內(nèi)的指令寄存器中；指令寄存器的指令操作碼進(jìn)行譯碼，執(zhí)行指令規(guī)定的任務(wù)，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，啟閉有關(guān)控制門電路，并根據(jù)運算結(jié)果更新有關(guān)標(biāo)志和輸出映像寄存器的內(nèi)容，以實現(xiàn)輸出控制、制表、打印或數(shù)據(jù)通訊；行系統(tǒng)診斷程序，診斷電源、 PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤。所謂系統(tǒng)程序是指控制和完成 Pc機(jī)各種功能的程序，如控制器的監(jiān)控程序、基本指令和功能指令翻譯程序、系統(tǒng)診斷程序、通信管理程序等。所謂用戶程序是指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的控制程 序。 數(shù)據(jù)存貯器用來存放 PLC的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場的輸入信號，如按鈕開關(guān)，行程開關(guān)、限位開關(guān)以及傳感輸出的開關(guān)量或模擬量 (壓力、流量、溫度、電壓、電流 )等，都要通過輸入模塊送到 PLC。這些模塊又分直流和交流、電壓和電流類型，每種類型又有 不同的參數(shù)等級 主要有數(shù)字量輸入／輸出模塊和模擬量輸入／輸出模塊，部件上都設(shè)有輸入接線端子排，為了濾除信號的噪聲和便于 PLC內(nèi)部對信號的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號鎖存電路。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或 執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一些信號是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過模擬量輸入／輸出模塊與 PLC的中央處理器連接。另外還有 O． 50mV，O． 1V、． 5+5V、一 10lOV， 010mA等。 模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，各可編程控制器制造廠家已經(jīng)開發(fā)出一系列的智能接口模塊，使可編程控制器的功能更加強(qiáng)大和完善。目前編程器主要有以下三種類型：便攜式編程器 (也叫簡易編程器 )；圖形編程器；用于 IBM— PC及其兼容機(jī)的編程器。圖形編程器還可與打印機(jī)、錄音機(jī)、繪畫儀等設(shè)備蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 14 連接，有較強(qiáng)的監(jiān)控功能。 監(jiān)控工作方式可以對運行中的控制器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和跟蹤，一般可以對某一線圈或觸點的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，也可以對成組器件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，還可以跟蹤某一器件在不同時間的工作狀態(tài)，除搜索、監(jiān)視、跟蹤外，還可以對一些器件進(jìn)行操作。鍵盤有單功能鍵和雙功能鍵，在使用雙功能鍵的時候鍵盤中都備有一個選擇鍵，以選擇其中一種方式工作。擴(kuò)展模板的外形一般也小巧、堅固，有易于接線的端子排，帶有擴(kuò)展總線或通過總線連接器與 CPU相連。特殊模板及智能模板的開發(fā)將進(jìn)一步擴(kuò)展可編程控制的功能，專用模板的開發(fā)不僅擴(kuò)大了可編程控制系統(tǒng)的控制功能，而且將進(jìn)一步提高控制質(zhì)量與可靠性。通常，一個 PLC機(jī)架只能容納一定數(shù)量的模塊插件，這種包含主機(jī)模塊和部分 I／ O模塊的機(jī)架稱為基本控制單元。