【正文】 供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，此時(shí)將會(huì)造成能量的浪費(fèi)，同時(shí)有可能導(dǎo)致水管爆破和用水設(shè)備的損壞。 大大提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和實(shí)用性 。該系統(tǒng)集 PLC、變頻器調(diào)速器與觸摸屏于一體。整套軟、硬件配套齊全，具有特有的模擬樓宇恒壓供水系統(tǒng)采用真實(shí)的壓力裝置、水泵和傳感器。 恒壓供水方式技術(shù)先進(jìn)、水壓恒定、 操作方便、 運(yùn)行可靠、 節(jié)約電能、 自動(dòng)化程度高，在泵站供水中可完成以下功能 : (1)維持水壓恒定； (2)控制系統(tǒng)可手動(dòng) /自動(dòng)運(yùn)行； (3)多臺(tái)泵自動(dòng)切換運(yùn)行； (4)系統(tǒng)睡眠與喚醒。因此，開發(fā)基于 PLC 的變 頻恒壓供水系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電動(dòng)機(jī)無級(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)。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時(shí)，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對(duì)壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。這類設(shè)備雖然說是微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接 口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng) (如 BA 系統(tǒng) )和組態(tài)軟件難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此在實(shí)際使用時(shí)其范圍將會(huì)受到限制。原深圳華為 (現(xiàn)己更 名為艾默生 )電氣公司和成都希望集團(tuán)〔森蘭牌變頻器 )也推出了恒壓供水專用變頻器()，無需外接 PLC 和 PID 調(diào)節(jié)器，可完成最多四臺(tái)水泵的循壞切換、定時(shí)起動(dòng)、停止和定時(shí)循環(huán) (月麥丹佛斯公司的 VLT 系列變頻器可實(shí)現(xiàn)七臺(tái)水泵機(jī)組的切換 )。 采用變頻調(diào)節(jié)以后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)，電機(jī)起動(dòng)電流從零逐漸增至額定電流，起動(dòng)時(shí)間相應(yīng)延長，對(duì)電網(wǎng)沒有較大的沖擊，減輕了起動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對(duì)于電機(jī)的機(jī)械損傷，有效的延長了電機(jī)的使用壽命。電力電子技術(shù)和電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)交流電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速，具有高效率、寬范圍和高精度等特點(diǎn)。恒壓供水就是利用 PLC 的 PID 指令 或 PI功能實(shí)現(xiàn)的工業(yè)過程的閉環(huán)控制。 圖 供水流程簡圖 隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì) 生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能和高品質(zhì)的供水質(zhì)量等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)及高層建筑的生活、消防供水中。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。 f — 電源頻率 ,H z 。 從原理框圖，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(hào)檢測(cè)、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、以及報(bào)警裝置等部分組成。 （ 2） 信號(hào)檢測(cè) 在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測(cè)的信號(hào)包括自來水出水水壓信號(hào)和報(bào)警信號(hào)： ①水壓信號(hào)： 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(hào)。 ①供水控制器：它是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。 ③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)等電器元件組成。人機(jī)界面還可以對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)報(bào)警進(jìn)行顯示。 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(dòng)機(jī)的過載保護(hù)。 圖 交流接觸器控制回路 圖 交流接觸器控制回路 第 3 章 器件的選型及介紹 本論文設(shè)計(jì)主要用到 PLC（即可編程邏輯控制器），變頻器， PID 調(diào)節(jié)器 ，壓力傳感器及其他輔助元器件，本章主要介紹這些器件的選型及相關(guān)介紹。 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）中標(biāo)后，制造出世界上第一臺(tái)可編程序控制器。 PLC 的技術(shù)已經(jīng)非常成熟。具體表現(xiàn)在以下幾方面： (1). 向小型化 、專用化、低成本方向發(fā)展 (2). 向大容量、高速度方向發(fā)展 (3). 智能型 I/O 模塊的發(fā)展 (4). 基于 PC 的編程軟件取代編程器 (5). PLC 編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化 (6). PLC 通信的易用化 . (7). 組態(tài)軟件與 PLC 的軟件化 (8). PLC 與現(xiàn)場總線相結(jié)合 簡介 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 目前 PLC 在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于 鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。 圖 PLC的掃描工作過程 PLC 在 I/O 處理方面必須遵守的規(guī)則如下： ① 輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)，取決于輸入端子板在上一個(gè)刷新時(shí)間的狀態(tài)； ② 程序如何執(zhí)行，取決于用戶所編的程序和輸入映像寄存器、元件映像寄存器中存放的所需軟元件的狀態(tài)； ③ 輸出映像寄存器（包含在元件映像寄存器中）的狀態(tài)，由輸出指令的執(zhí)行結(jié)果決定。它們的運(yùn)行要求如下所述。 如果變頻器頻率偏低，即壓力過高，輸出的下限信號(hào)使 PLC 關(guān)閉 KM KM3，開啟 KM2， 2水泵變頻啟動(dòng)。變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)輸出由 Y10 控制（正轉(zhuǎn)）。系統(tǒng)所需的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)量共為 32 個(gè)點(diǎn)。而控制指 令則根據(jù)外部的運(yùn)轉(zhuǎn)指令進(jìn)行運(yùn)算獲得。另 外，異步電動(dòng)機(jī)需要制動(dòng)時(shí)，有時(shí)要附加“制動(dòng)回路”。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電壓吸收脈動(dòng)電壓（電流）。 圖 電壓型逆變器的輸出電壓 ④制動(dòng)回路 異步電動(dòng)機(jī)在再生制動(dòng)區(qū)域使用時(shí)（轉(zhuǎn)差率為負(fù)），再生能量儲(chǔ)存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。 在圖 點(diǎn)劃線內(nèi)，僅以控制電路 A 部分構(gòu)成控制電路時(shí)，無速度檢測(cè)電路，為開環(huán)控制。 ③ 驅(qū)動(dòng)電路 為驅(qū)動(dòng)主電路 器件的電路。 保護(hù)回路主要包括： （ 1）逆 變器保護(hù) 1）瞬時(shí)過電壓保護(hù)。逆變器輸出電流超過額定值，且持續(xù)流通達(dá)規(guī)定的時(shí)間以上，為了防止逆變器器件、線路等損壞要停止運(yùn)轉(zhuǎn)。采用逆變器使電動(dòng)機(jī)快速減速時(shí)，由于再生功率直流電路電壓將 升高，有時(shí)超過容許值。但瞬時(shí)停電時(shí)間在 10ms 以上時(shí)，通常會(huì)使控制電路誤動(dòng)作，主電路也不能供電，所以檢出后使逆變器停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 6）冷卻風(fēng)機(jī)異常。動(dòng)作頻繁時(shí)可以考慮減輕電動(dòng)機(jī)負(fù)載、增加電動(dòng)機(jī)及逆變器容量等。急加速時(shí)，如果異步電動(dòng)機(jī)跟蹤遲緩，則過電流保護(hù)電路動(dòng)作，運(yùn)轉(zhuǎn)就不能繼續(xù)進(jìn)行（失速）。減速時(shí)產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為了防止再生過電壓保護(hù)電路動(dòng)作，在直流電壓下降之前要進(jìn)行控制，抑制頻率下降，防止失速再生過電壓。節(jié)約了電費(fèi)、降低了生產(chǎn)成本、減少了啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，改善了工作環(huán)境，并易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，同時(shí)可根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求控制的更準(zhǔn)確、更快速。 4） 安全衛(wèi)生 系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)供水后，用戶的水全部由管道直接供給，取消了水塔、天面水池、氣壓罐等設(shè)施，避免了用水的 “二次污染 ”，取消了水池定期清理的工作。 (2)軟件型：使用離散形式的 PID 控制算法在可編程序控制器 (或單片機(jī) )上做PID 控制器 此次使用 軟 件型控制形式。 該傳感器的量程為 0～ （由于該系統(tǒng)的多種保護(hù)措施，令到傳感器的最大輸出壓力為 ） ,工作溫度為 5℃ ～ 60 ℃ ，供電電源為 24V（ DC） ,輸出電流為 420mA，精度為 %FS。 接觸器的選擇：對(duì)于接觸器 KM 選擇的是規(guī)格 SCE03C,功率 3Kw。工作流程如圖 所示 ， 順序功能圖如圖 所示 : 圖 PLC 程序流程圖 系統(tǒng)起動(dòng)之后，檢測(cè)是自動(dòng)運(yùn)行模式還是手動(dòng)運(yùn)行模式。如果 當(dāng)前管道壓力值大于設(shè)定壓力 ， 持續(xù)三秒，則執(zhí)行減泵 程序，減少水泵的工作數(shù)量。同時(shí)，使第二臺(tái)水泵M2投入變頻器并變速運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。當(dāng)系統(tǒng)壓力不夠需要增加泵時(shí)，按下 KMn（ n=1,3,5） 按鈕，此時(shí)切斷電機(jī)變頻，同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)工頻運(yùn)行 ,再起動(dòng)下一臺(tái)電機(jī)。系統(tǒng)的每步動(dòng)作都必須有相應(yīng)的操作。 第 5 章 人機(jī)界面 GT Designer2 人機(jī)界面觸摸屏 應(yīng)用 實(shí)訓(xùn)設(shè)備采用的觸摸屏為三菱公司的 GT1155 型號(hào)，它可以同時(shí)顯示 256 種不同的色彩，燈管壽命較高。使編制的程序更加直觀和方便。 人機(jī)界面觸摸屏（以下簡稱觸摸屏）可以將對(duì)外設(shè)的 CPU 內(nèi)部的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。未找到工程數(shù)據(jù)。觸摸各 菜單項(xiàng)目后，就會(huì)顯示出該設(shè)置畫面或者下一個(gè)選擇項(xiàng)目畫面。 安裝完運(yùn)行環(huán)境后，在回到“ GT Designer2”文件夾下，運(yùn)行“ ”，等彈出歡迎畫面后，選擇“ GT Designer2 安裝”，按照提示將軟件安裝完畢。安裝完畢后運(yùn)行該軟件 。 2. 點(diǎn)擊“新建”，就出現(xiàn)“ 新建工程向?qū)А?對(duì)話窗口。 圖 3．點(diǎn)擊下一步就進(jìn)入系統(tǒng)選擇設(shè)置。本實(shí)訓(xùn)設(shè)置成 MELSEC－ FX（圖）。再下一步進(jìn)行確認(rèn)。 新建了基本畫面，就要設(shè)置它的屬性。 標(biāo)題：此項(xiàng)畫面的名稱，幫助編程人員理解和歸類，如此項(xiàng)畫面的功能主要是主控畫面則，編輯“主界面”便于記憶和管理。 圖 8．“ OS”的安裝 如果觸摸屏在開機(jī)后顯示沒有安裝 OS（ Operation System），或者無法調(diào)出中文操作菜單，則需要在跟 GOT 通訊中選擇安裝相關(guān)的 OS。 如果連線接好則會(huì)彈出“與 GOT 鏈接成功”的對(duì)話框。 圖 圖 圖 9． 工程畫面下載 當(dāng)工程畫面編輯完畢后，通過打開菜單欄中的“通訊” — “跟 GOT 的通訊”對(duì)話框?qū)崿F(xiàn)。 圖 結(jié)束語 本論文研究的是變頻恒壓供水系統(tǒng)。因?qū)崿F(xiàn)了恒壓自動(dòng)控制，不需要操作人員頻繁操作，節(jié)省了人力，提高了供水質(zhì)量，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)無人值班，節(jié)約管理費(fèi)用。 參考文獻(xiàn) [1] 程子華 劉小明 ， PLC 原理與編程實(shí)例分析 （第二版） ， 北京 國防工業(yè)出版社 [2] 阮友德 ， 電氣控制與 PLC 實(shí)訓(xùn)教程 .北京 人民郵電出版社 [3] 吳啟紅 ， 變頻器、可編程控制器及觸摸屏綜合應(yīng)用技術(shù)實(shí)操指導(dǎo)書（第 2版） .北京 機(jī)械工業(yè)出 版社 [4] 張 建奇 ， 數(shù)字 PID 變頻調(diào)速在 PLC 恒壓供水中的應(yīng)用 [J] ， 北京 :微計(jì)算機(jī)信息 ,2021,18 (4) 1 致謝 本畢業(yè)設(shè)計(jì)論文是在我的指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。 祝愿老師 們 身體健康，工作順利！ 感謝在大學(xué)期間教過我的各科老師，是你們的悉心教導(dǎo)才有我學(xué)業(yè)的進(jìn)步和順利的畢業(yè)，感謝你們！ 感謝在一起愉快的度過大學(xué)生涯的的同學(xué)，感謝你們?cè)趯W(xué)習(xí)和生活上給予我的幫助！ 附錄 A、梯形圖 附錄 B、 觸摸屏界面 。幾個(gè)月以來， 老師在指