【正文】 導(dǎo)我們做畢業(yè)設(shè)計時那種兢兢業(yè)業(yè)、孜孜不倦、無怨無悔的精神給我們留下了深刻的印象，使我們學(xué)到了很多書 本上學(xué)不到的知識，使我 們明白了很多書本上學(xué)不到的道理。 目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中，對于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代 控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性 (EMC)的變頻但壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。該系統(tǒng)采用 PCL控制變頻器進行 PID調(diào)節(jié)，按實際需要隨意 在 GT觸摸屏界面上 設(shè)定壓力給定值，根據(jù)壓差調(diào)整水泵的工作情況，實現(xiàn)恒壓供水，使給水泵始終在高效率下運行，在啟動時壓力波動小，可控制在給定值的 5%范圍內(nèi)。 如圖 。 其他的選項會隨之自動出現(xiàn)。隨之彈出通訊對話框。其中“圖樣前景色”和“圖樣背景色”為互相補充。 圖 。 定義了基本畫面的軟元件之后，就可以確認(rèn)并結(jié)束向?qū)У脑O(shè)置。如果 GOT 是通過 RS422 口對 PLC 等外設(shè)進行通訊的，就將此項設(shè)置成“標(biāo)準(zhǔn) RS422”。 我們設(shè)備配置的是 GT1155QSBDC行的，所以只需選擇“ GT11**－ Q－ C(320 240)” 4．點擊“下一步”，對 GOT型號和顏色進行確認(rèn)，如果不用更改就單擊“下一步”，進入“連接機器設(shè)置”。軟 件下面將對觸摸屏的系統(tǒng)、連接和界面進行向?qū)гO(shè)置。以下就新建工程舉例。參考畫面的實例是用“ GT Designer2”編制。在上述畫面的情況下，觸摸按鈕后，在彈出的畫面中選擇“中文”， GOT 將重新啟動，應(yīng)用程序上的語言將被切換為中文?！秉c擊“ OK”進入相關(guān)設(shè)置 ，如下圖 主菜單界面 所示。 打開觸摸屏電源，如果沒有安裝工程畫面則就會出現(xiàn)“未安裝引導(dǎo)對象工程數(shù)據(jù)。如今，人機界面已經(jīng)成為高級設(shè)備控制終端的流行裝置，它可以方便地將 CPU 的內(nèi)部寄存器和繼電器展示出來，并且加以編輯及控制。它使工控設(shè)備的操作和控制更加容易，更能體現(xiàn)出現(xiàn)代高科技的便利。否則，系統(tǒng)會根據(jù) PLC 程序?qū)嵭邢到y(tǒng)報警?？筛鶕?jù)需要，停按不同電機對應(yīng)的啟停按鈕，可以依次實現(xiàn)手動啟動和手動停止三臺水泵 .該方式僅供自動故障時使用 。 圖 自動手動運行控制面板 手動運行 當(dāng)將系統(tǒng)狀態(tài)開關(guān)打到手動，按下手動控制按鍵組里的某個 按鈕 ，用手動方式。 自動運行 如圖 ，為該系統(tǒng)的自動手動運行控制面板，將系統(tǒng)狀態(tài)開關(guān)打到自動，然后 在自動控制按鍵組里按下自動按鈕，系統(tǒng)就 由 PLC分別控制某臺電機工頻和變頻繼電器，在條件成立時，進行增泵升壓和減泵降壓控制 . 升壓控制：系統(tǒng)工作時，每臺水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動狀態(tài)、變頻器拖動調(diào)速狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài) .系統(tǒng)開始工作時，供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運行第一臺水泵 M1，啟動且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)輸出壓力 達到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間 M1處在調(diào)速運行狀態(tài) .當(dāng)用水量增加水壓減小時，通過壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 。如果是自動運行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關(guān)的輸入信號執(zhí)行相應(yīng)的操作。 表 元件表總圖 表 水泵的參數(shù) 元件 符號 型號 個數(shù) 可編程控制器 PLC FX2n48MR 1 變頻器 FRA500 系列 1 接觸器 KM SCE03C 7 水泵 M1,M2,M3 BL550 3 閘刀開關(guān) QS HD11100/18 1 熔斷器 FU1， FU2， FU3 RT18 6A 3 熱繼電器 FR1， FR2， FR3 JR3620 3 按鈕 SB LAY3—11 13 水泵 符號 型號 流量(L/min) 揚程 (m) 轉(zhuǎn)速 (r/min) 電機功率 (kw) M1,M2,KM3 BL550 147 19 2800 表 變頻器的參數(shù) 當(dāng)需要校準(zhǔn)時，用 Pr902~Pr905 校正變頻器的輸出，并且在變頻器停止時，在 PU 模式輸入表 所示的值。 熱繼電器的選擇：選用最小的熱繼電器作為電機的過載保護熱繼電器 FR， 3臺電機均可選用規(guī)格其型號為 JR3620，額定電流 10A。 該 傳感器采用硅壓阻效應(yīng)原理實現(xiàn)壓力測量的力－電轉(zhuǎn)換。 圖 變頻器接線圖 PID 調(diào)節(jié) PID 參數(shù)的整定 ,它是按照工藝對控制性能的要求 ,決定調(diào)節(jié)器的參數(shù) Kp , TI , TD。另外不用水塔或天面水池、控制間不設(shè)專人管理、設(shè)備故障率極低等方面都實現(xiàn)了進一步減少投資，運行管理費低的特點，再加上變頻供水的節(jié)能優(yōu)點，都決定了此變頻恒壓供水系統(tǒng) 占地面積小，投人少，效率高 。由于變頻器具有高動態(tài)、高性能、大容量、節(jié)能等顯著的特點，并以其優(yōu)越的調(diào)速性能和節(jié)能優(yōu)勢得到廣泛應(yīng)用，并取得了客觀的經(jīng)濟效益。對于恒速運轉(zhuǎn)中的過 電流，也進行同樣的控制。逆變器的輸出頻率或者異步電動機的速度超過規(guī)定值時，停止逆變器運轉(zhuǎn)。 （ 2） 異步電動機的保護 1）過載保護。逆變器負(fù)載側(cè)接地時，為了保護逆變器，有時要有接地過電流保護功能。 4）瞬時停電保護。過負(fù)載是由于負(fù)載的 GD2（慣性）過大或因負(fù)載過大使電動機堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。交流器的輸出電流達到異常值，也同樣停止逆變器運轉(zhuǎn)。 ④ 速度檢測電路 以裝在異步電動機軸上的速度檢測器（ TG、 PLG 等）的信號為速度信號 送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。 控制電路主要包括： ① 運算電路 將 外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、功率。 圖 典型的電壓型逆變器一例 2. 控制電路 給異步電動機供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，稱為控制電路。 ③ 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?？捎脙山M晶體管交流器構(gòu)成可逆變流器，其功率方向可逆，可以再生運轉(zhuǎn)。 圖 變頻器的構(gòu)成 給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。 變頻器 變頻器的構(gòu)成 通常由變頻器主電路（ IGBT、 BJT、或 GTO 作逆變元件）給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源。 PLC 參考程序流程 如圖 ： 圖 PLC 參考程序流程圖 PLC 的選型 水泵 M M2， M3 可變頻運行，也可工頻運行，需 PLC 的 6 個輸出點，變頻器的運行與關(guān)斷由 PLC 的 1 個輸出點，控制變頻器使電機正轉(zhuǎn)需 1 個輸出信號控制，報警器的控制需要 1 個輸出點， 用戶的控制需要 5 個輸出點 ，輸出 點數(shù)量一共 14 個。 注意： KM0、 KM KM4 三臺電機變頻運行均要互鎖， KM0 與 KM1， KM2與 KM3， KM4 與 KM5 均要互鎖，目的是為了 保護變頻器。 當(dāng)變頻器的運行超出設(shè)定值時輸出一個上限信號， PLC 通過這個上限信號后將 1水泵由變頻運行轉(zhuǎn)為工頻運行， KM0 斷開， KM1 吸合，同時 KM2 吸合變頻起動第 2水泵。 PLC 的控制 PLC 在這個實驗中的作用是控制交流接觸器組進行工頻 變頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。 （ 2）運動控制（ 3）過程控制 PLC 能控制大量的過程參數(shù)，例如：溫度、流量、壓力、液位和速度。比較著名的有美國的 AB、通用（ GE）、莫迪康（ MODICON）、日本的三菱（ MITSUBISHI）、歐姆龍（ OMRON）、富士電機（ FUJI）、松下電工 、德國的西門子（ SIEMENS）、法國的 TE、施耐德（ SCHNEIDER）、韓國的三星（ SAMSUNG）、 LG 等。 16 位和 32 位微處理器的應(yīng)用，使 PLC 得到了驚人的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為自動 化技術(shù)的三大支柱之一。 簡介 PLC 的產(chǎn)生 20 世紀(jì) 60 年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，為了適應(yīng)白熱化的市場競爭要求， 1968 年美國通用汽車公司（ GM）公開招標(biāo)，對汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是： （ 1）編程方便，可現(xiàn)場修改程序； （ 2）維修方便，采用插件 式結(jié)構(gòu)； （ 3）可靠性高于繼電器控制裝置； （ 4）體積小于繼電器控制盤； （ 5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機； （ 6）成本可與繼電器控制盤競爭； （ 7）輸入可以是交流市電（ 115V）（美國電壓標(biāo)準(zhǔn)） （ 8）輸出為交流 115V，容量要求在 2A 以上，可直接驅(qū)動接觸器、電磁閥等； （ 9）擴展時原系統(tǒng)改變??； （ 10）用戶程序存儲器至少能擴展到 4KB。使用中，由于電流超過允許值產(chǎn)生的熱量使串接于主電路中的 熔體熔化而切斷電路，防止電氣設(shè)備短路和嚴(yán)重過載。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運行，防止因電機過載、變頻器報警、電網(wǎng)過大波動、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等等造成的故障，因此必須要對各種報警量進行監(jiān)測，由 PLC 判斷報警類別，進行顯示和保護動作控制，以免造成不必要的損失 供水系統(tǒng)的主電路接線及其工作 原理 圖 系統(tǒng)主接線圖 圖 實物連 線圖 由圖 可知，電機有兩種工作模式即：在工頻電下運行和在變頻電下運行。 （ 4） 人機界面 （ GT） 人機界面是人與機器進行信息交流的場所。 ②變頻器：它是對水泵進行轉(zhuǎn)速控制的單元。該信號為開關(guān)量信號。 恒速泵：水泵運行只在工頻狀態(tài)，速度恒定。 s — 轉(zhuǎn)差率 . 因此 ,當(dāng)調(diào)節(jié)泵的流量時 , 通過改變頻率調(diào)節(jié)電機速度 ,即采用變頻調(diào)速法 , 比采用調(diào)節(jié)閥門法節(jié)能 . 恒壓供水系統(tǒng)硬件設(shè)計 供水系統(tǒng)的構(gòu)成 圖 供水系統(tǒng)方 案圖 如下圖 所示，整個系統(tǒng)由三臺水泵，一臺 PLC 和一個壓力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。 恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理 在變頻恒壓供水系統(tǒng)中 , 關(guān)鍵是對水泵的控制 .泵的轉(zhuǎn)速 n 與流量 Q、 揚程 H 及泵的 軸功率 N 的關(guān)系如下式所示： （ 1） 泵用電動機驅(qū)動時 ,電動機功率 P 可用下式表示 : （ 2） 式中： 泵的流量 Q 和揚程 H 的關(guān)系曲線見圖 . 曲線①、② 分別對應(yīng)轉(zhuǎn)速 n1 、 n2( n1 n2) 時的 H Q 特性曲線 , 曲線③、 ④為管阻特性曲線 . 當(dāng)調(diào)節(jié)流量時 , 通常采用調(diào)節(jié)閥門和變頻調(diào)速兩種方式 . 圖 泵的流量 Q 和揚程 H 的關(guān)系曲線 假設(shè)泵的額定工作點為 N 點 , 額定流量 QN 為 100 % ,此時軸功率 P1 與圖中 QNNHN0 區(qū)域面積成正比 . (1) 調(diào)節(jié)閥門法 當(dāng)流量從 QN 減小到 QA 時 ,采用調(diào)節(jié)閥門法 , 管阻特性曲線從 ④切換至 ③ , 揚程 H 增大 , 工作點由 N 切換至 A