【正文】 一起讀圖。 恒壓供水系統(tǒng)的控制電路設計 學院本科畢業(yè)設計（論文） 摘 要 25 如圖 SA 為手動 /自動狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關，當 SA 打在 1 上此時系統(tǒng)為手動控制運行狀態(tài)，打在 2 的位置上為系統(tǒng)自動控制運行狀態(tài)。 KM KM KM5 分別是接通電機 M M M3 工頻運行電源的控制接觸器， KM0、 KM2 、 KM4 分別是接通電機 M M M3 變頻運行電源的控制接觸器。本設計要求貯水池水位： 2m~5m，所以要通過液位變送器將檢測到的水位轉(zhuǎn)換成標準電信號（ 4~20mA 電壓信號），再將其輸入窗口比較器，用比較器輸出的高電平作為貯水池水位的報警信號，輸入 PLC。 本設計中選用壓力傳感器使用 ADS801 型壓力變送器，它由 進口 芯片組裝 ,體現(xiàn)了世界一流壓力變送器工藝 .結(jié)構(gòu)緊湊 ,堅固 ,重量輕 ,便于安裝 ,使用方便 ,免維護 .零點、量程 可在外部連續(xù)調(diào)節(jié)，遷移范圍寬。電壓信號是在 0～ 5V 變化，電流信號時在 4～ 20mA變化。選型的基本原則：一是確保平穩(wěn)運行；二是要長時間處于高效區(qū)運行，已達到較好的節(jié)能效果。 學院本科畢業(yè)設計（論文） 摘 要 23 為了便于維修養(yǎng)護和安裝選用的水泵機組最好是相同的信號。 學院本科畢業(yè)設計（論文） 摘 要 22 圖 MM440內(nèi)部功能圖 水泵電機的選型 水泵電機的選型考慮每時、每日、每季的用水量變化，供水水壓的要求，水泵機組的效率和功率因素等。變頻器有兩路頻率設定通道，開環(huán)時只用 AIN1 通道，閉環(huán)時使用 AIN2 通道作為反饋輸入端。 PTC 端子是用于 PTC傳感器的輸入端子，作用是電機內(nèi)置 PTC 測溫保護。 輸出信號： U， V， W 為接三相異步電動機。 圖 為 MM440 變頻器的內(nèi)部功能方框圖。 ② 控制方式 變頻器的控制方式是控制輸出電壓與頻率關系。 ⑨ 變頻和工頻可任意切換（不改變 電動機 原有操作模式） MM440 變頻器的型號有 8 種： AF、 FX 和 GX。 ④ 降低設備運轉(zhuǎn)噪音 ⑤ 降低啟動電流，減少對電網(wǎng)沖擊。變頻器的發(fā)熱量較大，對 環(huán)境溫度的要求非常重要，安裝時要認真考慮散熱問題，必要時需增加通風裝置?？焖匐娏飨拗茖崿F(xiàn)了系統(tǒng)的無跳閘運行，磁通電流控制改善動態(tài)響應特性，低頻時同樣可以輸出大力矩。 學院本科畢業(yè)設計（論文） 摘 要 20 中 間 電 路控 制 電 路 及 指 令逆變電路整流電路 圖 變頻器的結(jié)構(gòu)圖 為了系統(tǒng)變頻器和 PLC 的通訊方便， PLC 采用的是西門子公司的 S7200 所以變頻器同樣選擇西門子公司的產(chǎn)品 MicroMaster440 變頻器。選擇變頻器時要參考水泵的功率與電流。 ⑤ 系統(tǒng)要具有完善的報警功能。 ③ 此系統(tǒng)水泵啟動順序遵循“先啟先停，先停先啟”原則。 4) 做好模擬量的輸出工作。 學院本科畢業(yè)設計（論文） 摘 要 18 2) 進行模塊檢測子程序的設置工作。運行中產(chǎn)生中間數(shù)據(jù)時儲存在主機的變量存儲區(qū) V 區(qū)內(nèi)。 S7200 的擴展單元在主機的右邊依次排列安裝，模塊從 0 開始進行編號。接入時 要根據(jù)不同的輸入、輸出信號類型采用不同的接入方式。必要時，可以重復偏置、增益校準過程。 ④ 將 CPU 中的測量值讀出來。配置時要調(diào)節(jié)使用的 6 只開關的狀態(tài)組合所對應的輸入范圍和分辨率，分成單極性輸入與雙極性輸入兩種。 ② 主要功能與特性 1) 將被測工頻交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的兩線制 DC4～ 20mA 標準直流信號； 2) 優(yōu)良的溫度特性和長期工作穩(wěn)定性； 3) 第 3 代定型設計采用意法 半導體（ ST）單片集成變送器 ASIC 芯片 (絕非 LM324或 LM258 廉價運放搭成 )； 4) 第 3 代定型設計采用強功率線性變壓原理 ,抗干擾能力較第 2 代增強 10 倍； 5) 精確度高 ,線性度優(yōu)良； 6) 兩線端口具有輸出過流過壓極性保護功能 ,具有感應雷擊波和突波保護能力； EM235 的技術規(guī)范 EM235 是 S7— 200 系列 PLC 的模擬量擴展模塊，它具有四路模擬量輸入及一路模擬量輸出，適合用于恒壓供水控制中下表中，輸入、輸出信號范圍欄給出了 EM235學院本科畢業(yè)設計（論文） 摘 要 16 的輸入、輸出信號規(guī)格。 S7 系列是傳統(tǒng)意義上的 PLC， S7200 是一種小型 PLC，在 1998 年升級為第二代產(chǎn)品， 2020 年升級為第三代產(chǎn)品，它具有如下特點： ① 功能強大。 S7200型 PLC的價格便宜、結(jié)構(gòu)緊湊、性價比較高，被廣泛應用與一些小型控制系統(tǒng)。 作為工業(yè)生產(chǎn)過程控制的專用計算機， PLC與實驗室環(huán)境下使用的微型計算機機是有區(qū)別的。自診斷功能 。模擬量控制 。 PLC在控制領得到了大家的認可。 PLC被稱為當代工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱之一。PLC 以微處理器（ CPU）為基礎，結(jié)合了現(xiàn)代控制技術，計算機技術，通訊技術，采用簡單的編程語言，面向用戶和控制過程。有的時候由于其他原因?qū)嶋H水壓值會突變，很短時間又恢復正常，這個時候是不需要調(diào)節(jié)的。這個下限頻率值與系統(tǒng)在不同的場所和用的不同的水泵有關，它遠遠超過 0Hz,一般 情況下是在 20Hz左右。水泵的運行首先就要克服這個阻力做功。所以變頻恒壓供水系統(tǒng)中變頻調(diào)節(jié)的上限頻率為 50Hz，這時水泵運行速度不能再增加了，這時就需要再啟動另一臺水泵。水泵切換的時間和如何切換要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠供水壓力恒定，并且水泵機組的切換是不能太頻繁。一般情況下實際壓力信號值與系統(tǒng)設定壓力值的偏差要持續(xù)一段時間 PLC才會給出加減泵的命令，這樣就會避免水壓由于某種原因突然增加又減小而造成不必要的浪費。 增泵工作過程：本系統(tǒng)水泵電機 3臺，分為 1號、 2號、 3號水泵，系統(tǒng)啟動后，1號水泵先開始變頻運行，當壓力信號超過設置的信號值并且持續(xù)一段時間，經(jīng)過PLC和變頻器進行處理后，就會將 1號水泵切換為工頻運行并啟動 2號水泵， 2號水泵變頻運行。然后再將狀態(tài)開關打到自動上，系統(tǒng)就開始自動運行（一般系統(tǒng)出故障時才需要手動運行）。還可以利用現(xiàn)代網(wǎng)絡技術對系統(tǒng)進行遠程診斷和維護。這個信號的檢查對系統(tǒng)的正常運行和設備的保護起著重要作用。用于主電路中在控制系統(tǒng)的控制下進行水泵的切換，保護用電設備等。它可以采集系統(tǒng)中的壓力、工況、報警信號，分析數(shù)據(jù)信息 ，再處理運算，得出控制方案供水控制器，發(fā)送指令給變頻器、接觸器對執(zhí)行機構(gòu)實施控制。系統(tǒng)中壓力傳感器檢測管道上的壓力，一般采用電阻式傳感器 (反饋 0～ 5V電壓信號 )或壓力變送器 (反饋 4～20mA 電流 )；變頻器是供水系統(tǒng)的核心，是實現(xiàn)電機無極調(diào)速、無波動穩(wěn)壓和其他功能的重要器件。 分析以上 3 種方案后，本次設計就采用的第四種方案，用新型的變頻調(diào)速設備。水壓的調(diào)節(jié)很平滑， 反饋準確。追加功能時往往還要重新修改電路，不靈活也不方便。變頻調(diào)速技術應用于供水系統(tǒng)中，較傳統(tǒng)的供水方式可節(jié)電 40％～ 60％，節(jié)水 15％～ 30％，所以本文采用變頻調(diào)速恒壓供水方式。 電子技術的發(fā)展和完善， 促進了變頻調(diào)速領域的發(fā)展，變頻調(diào)速的機械特性好，精度高，效率高，調(diào)整特性曲線平滑，調(diào)速范圍寬，可以實現(xiàn)連續(xù)的、平穩(wěn)的調(diào)速，體積小、維護方便、自動化水平高。其工作過程中，水泵電機的轉(zhuǎn)速是根據(jù)用戶用水量的變化自動地調(diào)節(jié)的，始終保持了管道壓力的穩(wěn)定不變，如果用水需求量增大，則電機開始加速運行。轉(zhuǎn)速控制法是常用的一種控制方法。閥門控制法不常用，此方法在控制中可能會出現(xiàn)超壓或欠壓現(xiàn)象。從上式可知，當極對數(shù) p不變時，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速刀與定子電源頻率成正比，所以我們要連續(xù)平滑的調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速就可以通過連續(xù)調(diào)節(jié)異步電機供電電源頻率來實現(xiàn)。異步電動機的變頻調(diào)速就是供水系統(tǒng)變頻的實質(zhì)。意思就是如果在系統(tǒng)中保證了檢測管道處的壓力保持不變，那么這個地方的供水能力與用水量的平衡狀態(tài)就得到了保證。按照前面說敘述的，流量的大小決定于揚程，可是揚程是很難進行具體測量和控制。達到一種平衡狀態(tài)。在某一揚程下，系統(tǒng)向用戶供水的能力，取決于閥門開度的大小。所學院本科畢業(yè)設計（論文） 摘 要 7 以，可以得出揚程特性主要是反映揚程 H與用水流量間的關系。 HT 、 HA和 HL 之間的關系是 : HT = HA + HL ⑥ 管阻 管阻是管道系統(tǒng)包括水管、閥門等對水流阻力的物理量，符號是 R。 ③ 全揚程 全揚程可以叫總揚程也可以叫做水泵揚程，它是一個說明水泵的泵水能力的物理量。 ② 揚程 揚程是單位質(zhì)量的水被上揚時所獲得的能量，常用單位是 m，符號是 H。市政供水管網(wǎng)中自動恒壓供水系統(tǒng)的標準通訊接口，還可以和城市供水系統(tǒng)的上位機進行聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)整個城區(qū)供水系統(tǒng)的優(yōu)化控制，使城市供水系統(tǒng)提具有現(xiàn)代化的調(diào)度、監(jiān)控、管理、經(jīng)濟運行等特點。 本 論文 主要設計思想 本設計的任務是設計一套恒壓供水系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制 ，節(jié)約能耗，無論在用水高峰期還是低峰期都能滿足用戶的用水問題，本文以城市小區(qū)供水系統(tǒng)為研究對象，采用現(xiàn)在控制技術，用 PLC(含 PID 模塊） 和變頻器集合來控制 3 臺水泵電機的工作，代替了傳統(tǒng)的水塔、壓力罐的供水方式，變頻器與 PLC 組成控制系統(tǒng)，對水泵電機進行的調(diào)速運行，實現(xiàn)對供水壓力的閉環(huán)控制，當管網(wǎng)流量學院本科畢業(yè)設計（論文） 摘 要 5 發(fā)生變化時實現(xiàn)恒壓供水的目的。采用變頻調(diào)速技術，可以減少動態(tài)轉(zhuǎn)矩，消除水錘效應，減少了水泵和管道的沖擊，延長水泵管道系統(tǒng)的壽命 。水錘效應的破壞性極大。容量小，只適合用于需求不高、控制要求低的地方。對于用在恒壓供水的專用變頻器國內(nèi)的企業(yè)也有研究，成都希望集團和原深圳華為電氣公司就生產(chǎn)出 了專用的恒壓供水變頻器 (~22kw)，這種變頻器最多可以完成 4臺電機的定時循環(huán)、循環(huán)切換、定時啟動、停止控制。 在我國也同樣有許多企業(yè)在做恒壓供水變工程。但也有一定的缺點。比如日本的 Samco公司，他們就生產(chǎn)出了恒壓供水基板，這種設備具有兩種工作模式：一種是變頻泵固定方式另一種是變頻泵循環(huán)方式。其主要功能主要是正反控制、頻率控制、啟動控制、制動控制、升降速控制、壓頻比控制和各種保護。先進的控制技術、自動化技術、通訊及網(wǎng)絡技術等在供水領域的應用，成為了對供水系統(tǒng)的新要求。 學院本科畢業(yè)設計（論文） 摘 要 3 變頻調(diào)速式供水系統(tǒng)優(yōu)于前面介紹的所有系統(tǒng)，它的流量輸出根據(jù)用戶需求而改變，調(diào)節(jié)能力強，節(jié)約了能源。而且水泵工頻啟動，啟動頻繁會有一定的能耗，電氣機器設備損壞快。氣壓罐需要的占地面積也比較小，可以把它直接放地上，這樣成本就要低于水塔方式。水箱可能被一些動物甚至人進入，導致水質(zhì)污染。這種方式有時會出現(xiàn)有壓力而沒有流量的情況。水壓不可調(diào)，不能兼顧近期與遠期的需求。當水塔里的水低于設定的學院本科畢業(yè)設計（論文） 摘 要 2 下限值，水泵電機啟動，開始抽水，水滿后，水泵停止運行。此供水方式，水泵整天不停運轉(zhuǎn)，在夜間用水量少時可能停止工作。 傳統(tǒng)供水系統(tǒng)的比較 傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)不足之處主要 表現(xiàn)在用水高峰期水的供給量不能滿足用戶的需求量，出現(xiàn)了水壓降低供不應求的現(xiàn)象，這樣很多高樓住戶和遠距離的用戶得不到供水。隨著人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)的可靠性要求越來越高，利用先進的自動化技術、控制技術以及通訊技術，設計出高性 能，高節(jié)能能夠適應供水廠復雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)成為了必然的發(fā)展趨勢 。這個系統(tǒng)能自動控制水 泵轉(zhuǎn)速，實時讀入管網(wǎng)壓力值，與設定值比較，由 PID 控制算法得出一調(diào)節(jié)參量，控制調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速，最終實現(xiàn)恒壓供水。學院本科畢業(yè)設計（論文） 摘 要 I 摘 要 隨著城市經(jīng)濟的發(fā)展，城市高樓不斷的增高，城市區(qū)域不斷擴展，城市供水開始出現(xiàn)壓力不足的問題，水是人類生活的必須品，傳