【正文】 題 目： 常寧市民心自來(lái)水 有限公司供水項(xiàng)目 2 級(jí)泵房電氣控制器的設(shè)計(jì) 起 止 時(shí) 間： 20xx 年 12 月 23 日至 20xx 年 5 月 25 日 學(xué) 生 姓 名： 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng) 09 級(jí) 2 班 指 導(dǎo) 教 師： 研 室 主 任： 院 長(zhǎng)： 20xx 年 12 月 23 日 設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及要求 1. 背景資料 見(jiàn)附件 1 2. 設(shè)計(jì)內(nèi)容 整體方案設(shè)計(jì)。 采用 PLC 控制電路的設(shè)計(jì)。 3. 電路設(shè)計(jì)要求 水泵系統(tǒng)滿足供水要求。 4. 論文要求 獨(dú)立完成設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容。 5. 進(jìn)度安排 20xx 年 12 月～ 20xx 年 1 月：資料收集、整理，撰寫(xiě)文件綜述和開(kāi)題報(bào)告。 指導(dǎo)教師： 20xx 年 12 月 23 日 南華大學(xué)電氣學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 設(shè)計(jì)（論文）題目 常寧市民心自來(lái)水有限公司供水項(xiàng)目 2 級(jí)泵房電氣控制器的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)（論文）題目來(lái)源 自選課題 設(shè)計(jì)（論文）題目類(lèi)型 工程設(shè)計(jì)類(lèi) 起止時(shí)間 ~ 一、 設(shè)計(jì)（論文）依據(jù)及研究意義： 依據(jù)： 、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行本次設(shè)計(jì) 1） GB/T 2） SZ 3） JGJ 研究意義： 國(guó)內(nèi)縣級(jí)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)的二級(jí)水泵站 ,普遍存在自動(dòng)化程度低，運(yùn)行成本高等問(wèn)題。 PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，是無(wú)法取代的。自動(dòng)化程度高，節(jié)省勞動(dòng)力成本，集成程度高，檢修維護(hù)方便。 4. 采用 PLC 控制電路的設(shè)計(jì)。 4. 20xx 年 4 月： 主電路設(shè)計(jì)， PLC 外圍控制電路。整個(gè)設(shè)計(jì)方案以 PLC 和變頻器為控制器核心，工控機(jī)為人機(jī)交流窗口，水泵機(jī)組為執(zhí)行單元，與水壓等信號(hào)采集單元一起，組成了一個(gè)完整的閉環(huán)恒壓供水系統(tǒng)。PLC。 and the water pump is designed as the execution units. All of these and the pressure signal sample unit etc. make up an integrated closedloop isobarically water supply system. Each pump can be changingover in different operating manners, which is used to manage the work users in zone water supply. The frequency converter automatically adjusts the operating frequency based on collected pressure values and setting parameters. PLC controls the working status of each motor according to the frequency converter feedback signals. KEYWORD: Constant pressure water supply。 相應(yīng)的還有一級(jí)泵房把河流中的水抽取到自來(lái)水廠。如何能有效保證城鎮(zhèn)居民有水用的同時(shí)，盡最大可能的節(jié)約水資源和降低通過(guò)先進(jìn)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)而達(dá) 到降低水能或者電力能源功耗。恒速水泵的加壓供水方式無(wú)法也根本不可能對(duì)城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水管網(wǎng)的壓力大小做出比較有效的反應(yīng)，供水水泵的數(shù)目增加和減少都必須要依賴(lài)于工人現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行手工的操作，自動(dòng)化程度比較低，而且大多數(shù)時(shí)候?yàn)榱吮ＷC供水，又無(wú)法檢測(cè)壓力機(jī)組經(jīng)常處于沒(méi)必要的滿負(fù)荷運(yùn)行，不僅效率低、耗電量很大，而且在用水量較少的夜間時(shí)段和用水低谷期，管網(wǎng)難免處于超壓運(yùn)行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象比較嚴(yán)重，目前較少采用。造成占地面積大，投資巨大；礙于水塔本身的限制，這種供水方式供水服務(wù)區(qū)域受到一定限制，無(wú)法大面積的供水；在自來(lái)水由低水位到水塔，再由水塔到用戶(hù)的能量變化過(guò)程中，存在無(wú)法避免的能量損失；電機(jī)要經(jīng)常啟動(dòng)和停止，而電機(jī)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)沖擊大，比較費(fèi)電；水塔內(nèi)部細(xì)菌易于繁殖，衛(wèi)生狀況堪憂，高位水塔要經(jīng)常定時(shí)人 工清潔，比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力。 變頻供水的主要優(yōu)點(diǎn)有： 相比于水塔供水，大大的節(jié)約了投資和占地面積，消 除了安全顧慮等因素，總體節(jié)約投資 30%50%；恒壓供水完全滿足用戶(hù)需求，對(duì)機(jī)組實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)變頻運(yùn)行，是用戶(hù)獲得良好的用戶(hù)體驗(yàn)，而且節(jié)約了水資源和電力；能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度上的全自動(dòng)無(wú)人值守運(yùn)行，自動(dòng)化程度非常高，智能運(yùn)行。日本研究人員在 20 世紀(jì) 80 年代初，提出了一種叫磁通磁鏈軌跡控制的方法。隨著中國(guó)的改革開(kāi)放和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大多數(shù)公司和工廠開(kāi)始采取從外國(guó)進(jìn)口變頻設(shè)備的方法，但是國(guó)內(nèi)的相關(guān)設(shè)備和技術(shù)也在迅速的發(fā)展和成熟，現(xiàn)階段是依靠進(jìn)口設(shè)備和自我研發(fā)相結(jié)合的階段，但總體上國(guó)內(nèi)技術(shù)與國(guó)外的設(shè)備有一定差距。 第 4 頁(yè) 共 50 頁(yè) 論文原始資料 原始資料給出的供水負(fù)荷 考慮附件鄉(xiāng)鎮(zhèn)近期自來(lái)水普及率按百分之九十五計(jì)算，遠(yuǎn)期自來(lái)水普及率百分之百計(jì)算。/d。二級(jí)泵房屬于加壓泵站，可以直接安裝在上級(jí)管網(wǎng)末端，加壓給用戶(hù)。 2 主要設(shè)備選型，特別是 PLC，變頻器的選型。 直接增壓法：將水泵直接安裝在管道上，直接加壓，不設(shè)水池。為了對(duì)兩個(gè)區(qū)的用戶(hù)都能實(shí) 現(xiàn)變頻恒壓供水，我們選用兩臺(tái)變頻器。根據(jù)需要，自動(dòng)切換。 設(shè)計(jì)方案的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，要設(shè)計(jì)一個(gè)自來(lái)水廠二級(jí)泵房的電氣控制器，查閱資料根據(jù) 第 7 頁(yè) 共 50 頁(yè) 國(guó)內(nèi)主要的泵站控制系統(tǒng)進(jìn)行比較分析，并最終確定設(shè)計(jì)方案。 (2 )控制速度相對(duì)較慢：繼電器的動(dòng)作是一種機(jī)械特性動(dòng)作，動(dòng)作返回大部分還依賴(lài)于彈性變形等，而且動(dòng)作的時(shí)候存在無(wú)法避免的機(jī)械抖動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)需要處理的信號(hào)造成干擾，相對(duì)于可編程控制器的軟件精確微秒級(jí)的反應(yīng)速度，顯然落后很多。 (2) 可靠性高：相比于單片機(jī)等其他控制設(shè)備， PLC 最突出的優(yōu)勢(shì)就在于它是工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)用的控制器，強(qiáng)大的抗干擾能力，極度簡(jiǎn)化的外圍電路和硬件，大大提高了它的可 靠性。 通過(guò)對(duì)以上二種常見(jiàn)方案的比較分析，我們針對(duì)二級(jí)泵站的設(shè)計(jì)任務(wù)要求，因?yàn)槭轻槍?duì)城鎮(zhèn)居民的生活用水，對(duì)供水可靠性要求較高，所以選擇方案二： PLC+變頻器的控制方式。 （ 2） 主電路 主電路是將整 個(gè)系統(tǒng)設(shè)備有機(jī)的組合在一起所必須的電力電子器件，主要有開(kāi)關(guān)電路，控制接觸器，熔斷器，熱繼電器，隔離開(kāi)關(guān)等。 變頻器根據(jù)控制方式的不同的，分為循環(huán)變頻控制和固定變頻控制兩種控制方式。另一個(gè)作用是，工控機(jī)是人和控制系統(tǒng)信息交換參數(shù)設(shè)定的通道窗口，可以直接通過(guò)組態(tài)軟件對(duì)需要設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行二次設(shè)定。 過(guò)載信號(hào)和故障信號(hào)檢測(cè)室將系統(tǒng)部正常工作狀態(tài)信號(hào)反饋給 PLC， PLC 控制聲光報(bào)警裝置作出反應(yīng)。它的主要任務(wù)有 :控制接收和存儲(chǔ)編程設(shè)備輸入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù) 。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來(lái)存放 PLC 生產(chǎn)廠家編寫(xiě)的系統(tǒng)程序，并固化 在 PROM 或EPROM 存儲(chǔ)器中，用戶(hù)不可訪問(wèn)和修改。輸入單元用于接收現(xiàn)場(chǎng)的二些控制信號(hào)，通過(guò)接口電路轉(zhuǎn)換成中央處理器可識(shí)別和處理的低電壓信號(hào)，并存入輸入映像寄存器。 (5)外設(shè)接口與擴(kuò)展接口 PLC 可以通過(guò)外設(shè)接口與監(jiān)視器、打印機(jī)、 PLC 或計(jì)算機(jī)相連。機(jī)型選好以后，再確定 PLC 的結(jié)構(gòu)形式，整體式的PLC 一般適用于工藝流程相對(duì)固定、維修量小、環(huán)境條件好的小型控制系統(tǒng)，而模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC 適用于工藝流程復(fù)雜、維修量大、環(huán)境條件差的控制系統(tǒng)。最后還要根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，考慮是否要選擇模擬量輸入 /輸出模塊和特殊功能模塊。新升級(jí)的 CPU224和 CPU226PLC，運(yùn)算速度提高了 40%。 手動(dòng)運(yùn)行模式和自動(dòng)運(yùn)行模式選擇需要 1 個(gè)輸入端口 第 13 頁(yè) 共 50 頁(yè) 對(duì)變頻器上限頻率到達(dá)和下限頻率到達(dá)信號(hào)采集需要 2 個(gè)輸入端口 液位上限和液位下限信號(hào)需要 2 個(gè)輸入端口 檢測(cè)電機(jī)是否過(guò)程需要 5 個(gè)端口 綜上所述一共需要 12 個(gè)輸入端口。目前，使用最多的通用變頻器多是交 直 交變頻器，它由主電路，包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制電路組成，其基本結(jié)構(gòu)如下圖 所示。六個(gè)半導(dǎo)體器件組成的橋式電路是常見(jiàn)的逆變電路，通過(guò)控制電路控制開(kāi)關(guān)器件的通、斷，可以得到所需頻率的交流電輸出。 另外，變頻器按調(diào)制方法來(lái)分，分為 PAM 型變頻器和 PWM 型變頻器 。因此，交流變頻調(diào)速已逐漸取代了過(guò)去的傳統(tǒng)滑差調(diào)速、變極調(diào)速、直流調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng)，越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于冶金、紡織、印染、煙機(jī)生產(chǎn)線及樓宇、供水等領(lǐng)域。 第 15 頁(yè) 共 50 頁(yè) （ 3）根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電流和額定功率，確定變頻器輸出頻率和額定電流 。 按照以上 6 個(gè)步驟，變頻器選型過(guò)程如下： （ 1）本設(shè)計(jì)的控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)是平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載， 用變頻控制時(shí)注意不 能 選用通用型變頻器而要選擇 水 泵類(lèi)專(zhuān)用型 ，西門(mén)子 MM430 變頻器是專(zhuān)用的水泵負(fù)載專(zhuān)用變頻器。泵類(lèi)負(fù)載及樓宇暖通空調(diào)變頻節(jié)能方面作了許多工作，從而達(dá)到了降低電耗改善設(shè)備運(yùn)行性能保證設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。具有 2個(gè)模擬輸入，輸入信號(hào)類(lèi)型可以是 0~+10V、 0~20mA和 10+10V。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)組 (DDS)、命令數(shù)據(jù)組和設(shè)定值信號(hào)源 (CDS)參數(shù)的設(shè)定值可以相互切換 。 MM430 各技術(shù)參數(shù)如下表 所示。 這里我們選用中國(guó)一眾傳感器有限公司生產(chǎn)的 PY206 水壓力傳感器。%FS、 177。%FS/年（機(jī)械振動(dòng)頻率 20Hz～ 1000Hz） 壓力傳感器接線圖 圖 壓力傳感器接線圖 接觸器的選型 接觸器的工作原理是：當(dāng)接觸器線圈通電后， 線圈 電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引動(dòng)鐵心，并帶動(dòng)交流接觸器點(diǎn)動(dòng)作，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，兩者是聯(lián)動(dòng)的。接觸器按 6775%算 .即 100A 的交流接觸器，只能控制最大額定電流是 6775A 以下的設(shè)備。電網(wǎng)配電一般用刀型觸頭熔斷器；電動(dòng)機(jī)保護(hù)一般用螺旋式熔斷器；照明電路一般用圓筒帽形熔斷器；保護(hù)可控硅元件則應(yīng)選擇半導(dǎo)體保護(hù)用快速式熔斷器 . (二 )從熔斷器的規(guī)格選擇 熔體額定電流的選擇 （ 1）單臺(tái)直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī) 熔體額定電流＝ (～ )電動(dòng)機(jī)額定電流 （ 2）多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的總?cè)垠w額定電流 熔體額定電流 I=(～ )最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流 +其余電 動(dòng)機(jī)的額定電流之和 因?yàn)樽冾l啟動(dòng)能夠有效的降低電機(jī)啟動(dòng)沖擊電流，這里我們選擇系數(shù) （ 3）熔斷器的最大分?jǐn)嗄芰?yīng)大于被保護(hù)線路上的最大短路電流。若過(guò)載電流不大且過(guò)載的時(shí)間較短，電動(dòng)機(jī)繞組不超過(guò)允許溫升，這種過(guò)載是允許的。 選型依據(jù)： 1 熱繼電器 額定電流 應(yīng)等于或大于電動(dòng)機(jī)的額定電流。低壓斷路器在電路中除起控制作用外，還具有一定的保護(hù)功能，如過(guò)負(fù)荷、短路、欠壓和漏電保護(hù)等。 選擇 DW15630 型低壓斷路器。 （ 2） 1機(jī)組是三臺(tái) Y250M2 三相交流電機(jī)，兩用一備。主電路是一臺(tái)變頻器帶一臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，但是為了便于維護(hù)和檢修，也應(yīng)給電機(jī)設(shè)計(jì)工頻運(yùn)行回路作為備用回路，只不過(guò)一般不投入使用。 根據(jù)以分析，設(shè)計(jì)主電路如圖 。 如圖 NN 示，電流經(jīng)總開(kāi)關(guān)低壓斷路器 QA，主干路熔斷器 FU0 后，對(duì)于每臺(tái)電機(jī)而言，分別形成兩個(gè)回路。同一時(shí)間每臺(tái)變頻器只允許帶一臺(tái)電機(jī)變頻運(yùn)行。合上空氣開(kāi)關(guān)以后，將運(yùn)行模式自動(dòng) /手動(dòng)檔位選擇自動(dòng)之后，系統(tǒng)將進(jìn)入全自動(dòng)運(yùn)行的模式。所以這里的最大頻率上限是 50HZ。 控制電路設(shè)計(jì) 既基于 PLC 的水泵房電氣控制器的設(shè)計(jì)的核心， PLC 控制變頻器和各個(gè)接觸器，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行。 S7200 可以通過(guò) RS485 與工控機(jī)相連，采用 PPI 協(xié)議交換信息，對(duì)于只有RS232 通訊接口的工控機(jī)，可以中間加一個(gè)轉(zhuǎn)換器 組態(tài)軟件介紹 組態(tài)軟件一般有圖形界面系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 、第三方程序接口組件和控制功能組件組成。組態(tài)王 是亞控科技根據(jù)當(dāng)前的 自動(dòng)化 技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，面向低端自動(dòng)化市場(chǎng)及應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)一體 化為目標(biāo)開(kāi)發(fā)的一套產(chǎn)品。 。組態(tài)王保持了其早期版本功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定且使用方便的特點(diǎn)，并根據(jù)國(guó)內(nèi)眾多用戶(hù)的反饋及意見(jiàn)，對(duì)一些功能進(jìn)行了完善和擴(kuò)充。本設(shè)計(jì)中選擇北京亞控公司的“組態(tài)王”軟件制作監(jiān)控系統(tǒng)。其中對(duì)于電機(jī)故障信號(hào)報(bào)警，可以將過(guò)載、短路、斷路等故障信號(hào)串聯(lián)到一個(gè)輸入端子。當(dāng)頻率低于某個(gè)數(shù)值以后，頻率的降低無(wú)