【正文】 生活消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥 YV2 Y10 水池水位下限報(bào)警指示燈 HL7 Y11 變頻器故障報(bào)警指示燈 HL8 Y12 火警報(bào)警指示燈 HL9 Y13 報(bào)警電鈴 HA Y14 變頻器頻率復(fù)位控制 KA Y15 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 控制變頻器頻率用電壓信號 Vf 模擬量輸入模塊電壓通道 從表 可知系統(tǒng)共需開關(guān)量輸入點(diǎn) 6 個、開關(guān)量輸出點(diǎn) 12個；模擬量輸入點(diǎn) 1個、模擬量輸出點(diǎn) 1 個。整個 PLC 系統(tǒng)的配置如圖 所示。 圖 為日本安川變頻器 CIMRP5A45P5 在電路中的接線圖。 M M2 為變頻器的極限輸出頻率的檢測輸出信號端，該信號進(jìn) PLC，作為泵變頻與工頻切換的控制信息之一，變頻器的極限輸出頻率通過面板可以設(shè)定 。變頻器端子的 19端和 20端是傳感器 壓力設(shè)定的上、下限值，該信號進(jìn) PLC，作為工頻切換的控制信息，由 PLC控制水泵的工頻或變頻運(yùn)行。因?yàn)楸鞠到y(tǒng) 是大容量的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，屬于有沖擊電流的電動機(jī)負(fù)載，為起到短路保護(hù)作用，又保證電動機(jī)的正常啟動，對三相籠型異步電動機(jī)熔斷器熔體的選擇應(yīng)根據(jù)如下公式計(jì)算： ? ? ??? NMNMN III m a xp ~ () 式中 maxNMI —— 多臺電機(jī)中容量最大一臺電動機(jī)的額定電流（ A） ； ?NMI —— 其余各臺電動機(jī)額定電流之和（ A）； 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 本系統(tǒng)中的電動機(jī)為同型號的電動機(jī)，每臺電機(jī)的功率為 10Kw，額定電流，水泵電動機(jī)組屬于重載，故上式中電動機(jī)系數(shù)的選取 ，其總電流為AI N ????? ，所以選擇熔斷器時(shí)額定電流要大于熔體額定電流，本系統(tǒng)選擇的熔斷器型號為 RL1200,熔斷器額定電流為 125 安，額定電壓為交流380V。 壓力傳感器選用 YTZ150 型帶電接點(diǎn)式的壓力傳感器，其水壓檢測范圍為 0～1MPa，檢測精度為177。本系統(tǒng)選用型號為 HZ1010/3 的組合開關(guān) ,額定電壓 220V，額定電流 10A，極數(shù)為 3。接觸器KM KM KM5 分別控制 M M M3 的工頻運(yùn)行；接觸器 KM KM KM6 分別控制M M M3 的變頻運(yùn)行；主電路中采用低壓自動空氣隔離開關(guān)，它本身具有短路過載保護(hù)，所以不需要分別為三臺水泵電機(jī)過載保護(hù)使用熱繼電器，其中 QS QS QSQS4 分別為變頻器和三合泵 電機(jī)主電路的低壓斷路器； FU1 為主電路的熔斷器。手動運(yùn)行時(shí)，可用按鈕SBl～ SB8 控制 三臺泵的啟 /停和電磁閥 YV2 的通斷；自動運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在 PLC 程序控制下運(yùn)行。該方式主要供檢修及變頻器故 障時(shí)用。 PLC 輸入輸出端子分配表 表 輸入分配表 輸入端子 輸入設(shè)備 輸入端子 輸入設(shè)備 輸入端子 輸入設(shè)備 X0 SB1 X4 SB5 X10 SB9 X1 SB2 X5 SB6 X11 SB10 X2 SB3 X6 SB7 X15 FU X3 SB4 X7 SB8 X16 OL 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 如表 ， X0接 SB1啟動按 鈕， X1接 SB2停止按鈕， X2接 SB3電動機(jī) M1變頻啟動， X3接 SB4電動機(jī) M1工頻啟動， X4接 SB5電動機(jī) M2變頻啟動， X5接 SB6電動機(jī) M2工頻啟動， X6接 SB7電動機(jī) M3變頻啟動， X7接 SB8電動機(jī) M3工頻啟動， X10接 SB9自動啟動， X11接 SB10手動啟動， 頻率檢測的上 /下限信號分別通過 OL和 FU輸出至 PLC的 X15與 X16輸入端作為 PLC增泵減泵控制信號。 輸出端子 輸出設(shè)備 輸出端子 輸出設(shè)備 輸出端子 輸出設(shè)備 Y0 KM0 Y5 KM5 Y13 HL4 Y1 KM1 Y6 KM6 Y14 HL5 Y2 KM2 Y10 HL1 Y15 HL6 Y3 KM3 Y11 HL2 Y16 HL7 Y4 KM4 Y12 HL3 Y20 STF 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 PLC 的接線圖 變頻器 變頻器的構(gòu)成 變頻器構(gòu)成圖如圖 所示，通常由變頻器主電路（ IGBT、 BJT、或 GTO 作逆變元件）給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源。 圖 變頻器的構(gòu)成 主電路 給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路?？捎脙山M晶體管交流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn) [13]。 3． 逆變器 如圖 所示為典型電壓逆變器，同整流器相反，逆變器的作用是將直流功率變換為所需要頻率的交流功率，根據(jù) PWM 控制信號使 6 個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷，就可以得到三相頻率可變的交流輸出。如圖 所示，控制電路由以下電路組成，頻率、電壓的“運(yùn)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(yùn)算電路的控制信號進(jìn)行放大的“驅(qū)動電路”，以及 逆變器和電動機(jī)的“保護(hù)電路”。 以裝在異步電動機(jī)軸上的速度檢測器（ TG、 PLG 等）的信號為速度信號送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有以下幾個特點(diǎn) : (1)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) 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 35%— 60% ，這一特點(diǎn)已被廣大用戶所認(rèn)識并帶來效益 (2)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(fèi)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。工作流程如圖 。手動模式主要是解決系統(tǒng)出錯或器件出問題 [16]。 手動控制部分 當(dāng)按下 SB9按鈕，用手動方式?？筛鶕?jù)需要，停按不同電機(jī)對應(yīng)的啟停按鈕，可以依次實(shí)現(xiàn)手動啟動和手動停止三臺水泵。系統(tǒng)開始工作時(shí)，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(yùn)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(shí)，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間 M1處在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)。如果用水量繼續(xù)增加，每當(dāng)加速運(yùn)行的變頻器輸出頻率達(dá)到工頻時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，并有新的水泵投人并聯(lián)運(yùn)行。 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 PLC 編程及介紹 自動運(yùn)行 圖 1泵啟動程序 如圖 所示，圖中按下起動按鈕 SB1，系統(tǒng)檢測采用哪種運(yùn)行模式。 圖 1泵、 3泵啟動程序 如圖 所示，再次接收到變頻器上限信號，則 KM1 斷開 KM2 吸合，第 2水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行， 3水泵變頻起動。 圖 1泵手動啟動程序 如圖 所示，按下 SB3,斷開 KM0，在 10 個計(jì)數(shù)脈沖后起動 M1 在變頻電源下運(yùn)行。如果按鈕 SB9。 圖 1泵手動啟動程序 如圖 所示，圖中按下 SB4,斷開 KM1，在 10 個計(jì)數(shù)脈沖后起動 M1 在工頻電源下運(yùn)行 圖 工頻電源 2泵運(yùn)行程序 如圖 所示，按下 SB6,斷開 KM3，在 10 個計(jì)數(shù)脈沖后起動 M2 在工頻電源下運(yùn)行 圖 工頻電源 3泵運(yùn)行程序 如圖 所示，按下 SB8,斷開 KM5，在 10 個計(jì)數(shù)脈沖后起動 M3 在工頻電源下運(yùn)行。 圖 下限信號 1泵啟動程序 如圖 所示，接到下限信號就關(guān)閉 KM KM0，吸合 KM1，只剩 1水泵 變頻運(yùn)行。 KM0 吸合變頻起動 1水泵。 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(shí)，水壓仍高于設(shè)定值，系 統(tǒng)將工頻運(yùn)行時(shí)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。反之用水量減少水壓增加時(shí)，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(shí)，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(yùn)行 。 自動控 制部分 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(shí)，進(jìn)行增泵升壓和減泵降壓控制。當(dāng)系統(tǒng)壓力不夠需要增加泵時(shí)，按下 SBn（ n=1,3,5） 按鈕，此時(shí)切斷電機(jī)變頻，同時(shí)啟動電機(jī)工頻運(yùn)行 ,再起動下一臺電機(jī)。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。如果是手動運(yùn)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。 (5)通過通信控制，可以實(shí)現(xiàn)無人值守，節(jié)省了人力物力 [15]。 變頻器的特點(diǎn) 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。在控制電路 B 部分增加了速度檢測電路，即增加了速度指令，可以對異步電動機(jī)的速度進(jìn)行控制更精確的閉環(huán)控制。一般 說來，由機(jī)械系統(tǒng)（含電動機(jī)）慣量積蓄的能量比電容能儲存的能量大，需要快速制動時(shí)，可用由逆變流器向電源反饋或設(shè)置制動回路（開關(guān)和電阻）把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓上升 [14]。為了抑制電壓波動，采用電感和電壓吸收脈動電壓（電流）。另外，異步電動機(jī)需要制動時(shí)，有時(shí)要附加“制動回路”。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。 PLC 的接線圖 圖 所示是 PLC 的接線圖，其中 KM HL1 分別是 1泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈， KM HL2 分別是 1泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈， KM HL3 分別是 2泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈， KM4， HL4 分別是 2泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈， KM5， HL5 分別是3泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈， KM6， HL63分別是泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈。若有電源瞬時(shí)停電的情況，則系統(tǒng)停機(jī)；待電源恢復(fù)正常后，系 統(tǒng)自動恢復(fù)運(yùn)行，然后按自動運(yùn)行方式啟動 1泵變頻，直至在給定水壓值上穩(wěn)定運(yùn)行。對變頻器 R 進(jìn)行復(fù)位時(shí)只提供一個觸點(diǎn)信號，由于 PLC 為 4 個輸出點(diǎn)為一組共用一個 COM 端，而本系統(tǒng)又沒有剩下單獨(dú)的 COM 端輸出組，所以通過一個中間繼電器 KA 的觸點(diǎn)對變頻器實(shí)行復(fù)頻控制，火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)信號 SA1 被觸動， X0 為 1。 圖 電控系統(tǒng)主電路 控制電路 為保證系統(tǒng)的可靠性，必須提供工頻 /變頻兩種操作方式，以減少因變頻器故障或 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 設(shè)備檢修維護(hù)等原因而造成無法供水的現(xiàn)象，要求控制系統(tǒng)必須設(shè)立手動工頻操作方式，一般采用轉(zhuǎn)換開關(guān)或組合開關(guān)作為選擇操作設(shè)備 [12]。 N L1 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 主電路圖 如圖 所示為電控系統(tǒng)的主電路圖。 SB 的選則 按鈕均選用 LAY3— 11 型， PLC 各輸入點(diǎn)的回路的額定電壓直流 24V，各輸入點(diǎn)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(diǎn)，其主要技術(shù)參數(shù)為：UN=24VDC， IN=，含 1對常開和 1對常閉觸點(diǎn)。它滿足電磁脫扣器的瞬時(shí)動作整定電流AKII qz ????? ，因此此型號滿足設(shè)計(jì)要求，而 FU2 和 FU3 控制電路熔斷器則選用正泰 RT1420 10A[11]。 其它元件的選型 電機(jī)選用 JO2514 型功率為 三相異步電動機(jī)，其滿載電流為 ,額定電流 7A,額定電壓 380V，轉(zhuǎn)速 1450 轉(zhuǎn) /分、效率為百分之 。 S1 和 S2 短接，并與 S3 連接到 PLC 的輸出點(diǎn)上，由 PLC 控 制變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷； U、 V、 W 輸出端并聯(lián)三個接觸器分別接 M M M3 水 泵電機(jī)，變頻器可分別驅(qū)動三臺泵，另外這三臺泵電機(jī)還通過另外三個接觸器并聯(lián)到工頻電源上，這 6 個接觸器接線連接到 PLC 的四個輸出點(diǎn)上，由 PLC 控制其工頻、變頻切換工作，變頻控制系統(tǒng)主回路如圖 所示 [5]。 變 頻器選用日本安川變頻器 CIMRP5A45P5 產(chǎn)主機(jī)單元 FX N2 32MR 模擬量 輸入模塊FX N2 4N 模擬量輸入 FX N2 2N R S T S1 U S2 V S3 W VVVF FI FC M1 M2 M3 M4 接 PLC 接 PLC 接指示燈 接 電 機(jī) ~380V 7 8 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 品，適配電機(jī) 10kW，該變頻器基本配置中帶有 PID 功能。 信 號的量值與前邊提到的差值成比例，用于驅(qū)動執(zhí)行設(shè)備工作。這樣的配置是最經(jīng)濟(jì)的。 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 PLC 的選型 該系統(tǒng)有 7個輸入信號和 13 個輸出信號，表 是將控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號。要使泵組常處于高效區(qū)運(yùn)行，則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配 [10]。這樣的工作狀態(tài)既無法提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，也使得機(jī)組由于相互切換頻繁而增大磨損，減少運(yùn)行壽命。 當(dāng)輸出頻率達(dá)到上限頻率時(shí)，實(shí)際供水壓力在設(shè)定壓力上下波動。因?yàn)楫?dāng)水泵機(jī)組運(yùn)行，電機(jī)帶動水泵向管網(wǎng)供水時(shí)，由于管網(wǎng)