【正文】 一起讀圖。 恒壓供水系統(tǒng)的控制電路設(shè)計(jì) 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 25 如圖 SA 為手動(dòng) /自動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，當(dāng) SA 打在 1 上此時(shí)系統(tǒng)為手動(dòng)控制運(yùn)行狀態(tài)，打在 2 的位置上為系統(tǒng)自動(dòng)控制運(yùn)行狀態(tài)。 KM KM KM5 分別是接通電機(jī) M M M3 工頻運(yùn)行電源的控制接觸器， KM0、 KM2 、 KM4 分別是接通電機(jī) M M M3 變頻運(yùn)行電源的控制接觸器。本設(shè)計(jì)要求貯水池水位： 2m~5m，所以要通過(guò)液位變送器將檢測(cè)到的水位轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（ 4~20mA 電壓信號(hào)），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(bào)警信號(hào)，輸入 PLC。 本設(shè)計(jì)中選用壓力傳感器使用 ADS801 型壓力變送器，它由 進(jìn)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(jiān)固 ,重量輕 ,便于安裝 ,使用方便 ,免維護(hù) .零點(diǎn)、量程 可在外部連續(xù)調(diào)節(jié)，遷移范圍寬。電壓信號(hào)是在 0～ 5V 變化，電流信號(hào)時(shí)在 4～ 20mA變化。選型的基本原則：一是確保平穩(wěn)運(yùn)行；二是要長(zhǎng)時(shí)間處于高效區(qū)運(yùn)行，已達(dá)到較好的節(jié)能效果。 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 23 為了便于維修養(yǎng)護(hù)和安裝選用的水泵機(jī)組最好是相同的信號(hào)。 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 22 圖 MM440內(nèi)部功能圖 水泵電機(jī)的選型 水泵電機(jī)的選型考慮每時(shí)、每日、每季的用水量變化，供水水壓的要求，水泵機(jī)組的效率和功率因素等。變頻器有兩路頻率設(shè)定通道，開(kāi)環(huán)時(shí)只用 AIN1 通道，閉環(huán)時(shí)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(jī)內(nèi)置 PTC 測(cè)溫保護(hù)。 輸出信號(hào)： U， V， W 為接三相異步電動(dòng)機(jī)。 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(guān)系。 ⑨ 變頻和工頻可任意切換（不改變 電動(dòng)機(jī) 原有操作模式） MM440 變頻器的型號(hào)有 8 種： AF、 FX 和 GX。 ④ 降低設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)噪音 ⑤ 降低啟動(dòng)電流，減少對(duì)電網(wǎng)沖擊。變頻器的發(fā)熱量較大，對(duì) 環(huán)境溫度的要求非常重要，安裝時(shí)要認(rèn)真考慮散熱問(wèn)題，必要時(shí)需增加通風(fēng)裝置?？焖匐娏飨拗茖?shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的無(wú)跳閘運(yùn)行，磁通電流控制改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，低頻時(shí)同樣可以輸出大力矩。 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(mén)子公司的 S7200 所以變頻器同樣選擇西門(mén)子公司的產(chǎn)品 MicroMaster440 變頻器。選擇變頻器時(shí)要參考水泵的功率與電流。 ⑤ 系統(tǒng)要具有完善的報(bào)警功能。 ③ 此系統(tǒng)水泵啟動(dòng)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(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 18 2) 進(jìn)行模塊檢測(cè)子程序的設(shè)置工作。運(yùn)行中產(chǎn)生中間數(shù)據(jù)時(shí)儲(chǔ)存在主機(jī)的變量存儲(chǔ)區(qū) V 區(qū)內(nèi)。 S7200 的擴(kuò)展單元在主機(jī)的右邊依次排列安裝，模塊從 0 開(kāi)始進(jìn)行編號(hào)。接入時(shí) 要根據(jù)不同的輸入、輸出信號(hào)類(lèi)型采用不同的接入方式。必要時(shí)，可以重復(fù)偏置、增益校準(zhǔn)過(guò)程。 ④ 將 CPU 中的測(cè)量值讀出來(lái)。配置時(shí)要調(diào)節(jié)使用的 6 只開(kāi)關(guān)的狀態(tài)組合所對(duì)應(yīng)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(cè)工頻交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的兩線制 DC4～ 20mA 標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)； 2) 優(yōu)良的溫度特性和長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性； 3) 第 3 代定型設(shè)計(jì)采用意法 半導(dǎo)體（ ST）單片集成變送器 ASIC 芯片 (絕非 LM324或 LM258 廉價(jià)運(yùn)放搭成 )； 4) 第 3 代定型設(shè)計(jì)采用強(qiáng)功率線性變壓原理 ,抗干擾能力較第 2 代增強(qiáng) 10 倍； 5) 精確度高 ,線性度優(yōu)良； 6) 兩線端口具有輸出過(guò)流過(guò)壓極性保護(hù)功能 ,具有感應(yīng)雷擊波和突波保護(hù)能力； EM235 的技術(shù)規(guī)范 EM235 是 S7— 200 系列 PLC 的模擬量擴(kuò)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(hào)范圍欄給出了 EM235學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 16 的輸入、輸出信號(hào)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(jí)為第二代產(chǎn)品， 2020 年升級(jí)為第三代產(chǎn)品，它具有如下特點(diǎn)： ① 功能強(qiáng)大。 S7200型 PLC的價(jià)格便宜、結(jié)構(gòu)緊湊、性價(jià)比較高，被廣泛應(yīng)用與一些小型控制系統(tǒng)。 作為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)， PLC與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下使用的微型計(jì)算機(jī)機(jī)是有區(qū)別的。自診斷功能 。模擬量控制 。 PLC在控制領(lǐng)得到了大家的認(rèn)可。 PLC被稱(chēng)為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱之一。PLC 以微處理器（ CPU）為基礎(chǔ)，結(jié)合了現(xiàn)代控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)，采用簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言，面向用戶和控制過(guò)程。有的時(shí)候由于其他原因?qū)嶋H水壓值會(huì)突變，很短時(shí)間又恢復(fù)正常，這個(gè)時(shí)候是不需要調(diào)節(jié)的。這個(gè)下限頻率值與系統(tǒng)在不同的場(chǎng)所和用的不同的水泵有關(guān)，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò) 0Hz,一般 情況下是在 20Hz左右。水泵的運(yùn)行首先就要克服這個(gè)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(shí)水泵運(yùn)行速度不能再增加了，這時(shí)就需要再啟動(dòng)另一臺(tái)水泵。水泵切換的時(shí)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(jī)組的切換是不能太頻繁。一般情況下實(shí)際壓力信號(hào)值與系統(tǒng)設(shè)定壓力值的偏差要持續(xù)一段時(shí)間 PLC才會(huì)給出加減泵的命令，這樣就會(huì)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(fèi)。 增泵工作過(guò)程：本系統(tǒng)水泵電機(jī) 3臺(tái)，分為 1號(hào)、 2號(hào)、 3號(hào)水泵，系統(tǒng)啟動(dòng)后，1號(hào)水泵先開(kāi)始變頻運(yùn)行，當(dāng)壓力信號(hào)超過(guò)設(shè)置的信號(hào)值并且持續(xù)一段時(shí)間，經(jīng)過(guò)PLC和變頻器進(jìn)行處理后，就會(huì)將 1號(hào)水泵切換為工頻運(yùn)行并啟動(dòng) 2號(hào)水泵， 2號(hào)水泵變頻運(yùn)行。然后再將狀態(tài)開(kāi)關(guān)打到自動(dòng)上，系統(tǒng)就開(kāi)始自動(dòng)運(yùn)行（一般系統(tǒng)出故障時(shí)才需要手動(dòng)運(yùn)行）。還可以利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)。這個(gè)信號(hào)的檢查對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和設(shè)備的保護(hù)起著重要作用。用于主電路中在控制系統(tǒng)的控制下進(jìn)行水泵的切換，保護(hù)用電設(shè)備等。它可以采集系統(tǒng)中的壓力、工況、報(bào)警信號(hào)，分析數(shù)據(jù)信息 ，再處理運(yùn)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(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施控制。系統(tǒng)中壓力傳感器檢測(cè)管道上的壓力，一般采用電阻式傳感器 (反饋 0～ 5V電壓信號(hào) )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(shí)現(xiàn)電機(jī)無(wú)極調(diào)速、無(wú)波動(dòng)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(shè)計(jì)就采用的第四種方案，用新型的變頻調(diào)速設(shè)備。水壓的調(diào)節(jié)很平滑， 反饋準(zhǔn)確。追加功能時(shí)往往還要重新修改電路，不靈活也不方便。變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)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(shù)的發(fā)展和完善， 促進(jìn)了變頻調(diào)速領(lǐng)域的發(fā)展，變頻調(diào)速的機(jī)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(shí)現(xiàn)連續(xù)的、平穩(wěn)的調(diào)速，體積小、維護(hù)方便、自動(dòng)化水平高。其工作過(guò)程中，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速是根據(jù)用戶用水量的變化自動(dòng)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(jī)開(kāi)始加速運(yùn)行。轉(zhuǎn)速控制法是常用的一種控制方法。閥門(mén)控制法不常用，此方法在控制中可能會(huì)出現(xiàn)超壓或欠壓現(xiàn)象。從上式可知，當(dāng)極對(duì)數(shù) p不變時(shí)，電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速就可以通過(guò)連續(xù)調(diào)節(jié)異步電機(jī)供電電源頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速就是供水系統(tǒng)變頻的實(shí)質(zhì)。意思就是如果在系統(tǒng)中保證了檢測(cè)管道處的壓力保持不變，那么這個(gè)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(shuō)敘述的，流量的大小決定于揚(yáng)程，可是揚(yáng)程是很難進(jìn)行具體測(cè)量和控制。達(dá)到一種平衡狀態(tài)。在某一揚(yáng)程下，系統(tǒng)向用戶供水的能力，取決于閥門(mén)開(kāi)度的大小。所學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 7 以，可以得出揚(yáng)程特性主要是反映揚(yáng)程 H與用水流量間的關(guān)系。 HT 、 HA和 HL 之間的關(guān)系是 : HT = HA + HL ⑥ 管阻 管阻是管道系統(tǒng)包括水管、閥門(mén)等對(duì)水流阻力的物理量，符號(hào)是 R。 ③ 全揚(yáng)程 全揚(yáng)程可以叫總揚(yáng)程也可以叫做水泵揚(yáng)程，它是一個(gè)說(shuō)明水泵的泵水能力的物理量。 ② 揚(yáng)程 揚(yáng)程是單位質(zhì)量的水被上揚(yáng)時(shí)所獲得的能量，常用單位是 m，符號(hào)是 H。市政供水管網(wǎng)中自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，還可以和城市供水系統(tǒng)的上位機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(jì)運(yùn)行等特點(diǎn)。 本 論文 主要設(shè)計(jì)思想 本設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)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(wú)論在用水高峰期還是低峰期都能滿足用戶的用水問(wèn)題，本文以城市小區(qū)供水系統(tǒng)為研究對(duì)象，采用現(xiàn)在控制技術(shù)，用 PLC(含 PID 模塊） 和變頻器集合來(lái)控制 3 臺(tái)水泵電機(jī)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(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行的調(diào)速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)供水壓力的閉環(huán)控制，當(dāng)管網(wǎng)流量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 5 發(fā)生變化時(shí)實(shí)現(xiàn)恒壓供水的目的。采用變頻調(diào)速技術(shù)，可以減少動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，消除水錘效應(yīng)，減少了水泵和管道的沖擊，延長(zhǎng)水泵管道系統(tǒng)的壽命 。水錘效應(yīng)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(duì)于用在恒壓供水的專(zhuān)用變頻器國(guó)內(nèi)的企業(yè)也有研究，成都希望集團(tuán)和原深圳華為電氣公司就生產(chǎn)出 了專(zhuān)用的恒壓供水變頻器 (~22kw)，這種變頻器最多可以完成 4臺(tái)電機(jī)的定時(shí)循環(huán)、循環(huán)切換、定時(shí)啟動(dòng)、停止控制。 在我國(guó)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(diǎn)。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(shè)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(dòng)控制、制動(dòng)控制、升降速控制、壓頻比控制和各種保護(hù)。先進(jìn)的控制技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等在供水領(lǐng)域的應(yīng)用，成為了對(duì)供水系統(tǒng)的新要求。 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(qiáng)，節(jié)約了能源。而且水泵工頻啟動(dòng)，啟動(dòng)頻繁會(huì)有一定的能耗，電氣機(jī)器設(shè)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(dòng)物甚至人進(jìn)入，導(dǎo)致水質(zhì)污染。這種方式有時(shí)會(huì)出現(xiàn)有壓力而沒(méi)有流量的情況。水壓不可調(diào)，不能兼顧近期與遠(yuǎn)期的需求。當(dāng)水塔里的水低于設(shè)定的學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 2 下限值，水泵電機(jī)啟動(dòng)，開(kāi)始抽水，水滿后，水泵停止運(yùn)行。此供水方式，水泵整天不停運(yùn)轉(zhuǎn)，在夜間用水量少時(shí)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(yīng)求的現(xiàn)象，這樣很多高樓住戶和遠(yuǎn)距離的用戶得不到供水。隨著人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)的可靠性要求越來(lái)越高，利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)出高性 能，高節(jié)能能夠適應(yīng)供水廠復(fù)雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)成為了必然的發(fā)展趨勢(shì) 。這個(gè)系統(tǒng)能自動(dòng)控制水 泵轉(zhuǎn)速，實(shí)時(shí)讀入管網(wǎng)壓力值，與設(shè)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(shí)現(xiàn)恒壓供水。學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 I 摘 要 隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市高樓不斷的增高，城市區(qū)域不斷擴(kuò)展，城市供水開(kāi)始出現(xiàn)壓力不足的問(wèn)題，水是人類(lèi)生活的必須品，傳