【正文】 48 。 課題存在問題與展望： 山東城市建設職業(yè)學院學生畢業(yè)論文 42 1)由于時間關系，供水監(jiān)控系統(tǒng)的設計不夠完善，例如沒有具體寫出上位機監(jiān)控軟件程序以及對具體的監(jiān)控界面的設計和數(shù)據(jù)處理。全自動變頻恒壓運行方式是系統(tǒng)中最主要的運行方式，也是系統(tǒng)的主要功能，是指利用 PLC控制，結(jié)合 PID 調(diào)節(jié)功能，通過變頻調(diào)速實現(xiàn)自動恒壓供水，其核心是根據(jù)恒壓條件下供水系統(tǒng)中水泵運行狀態(tài)及轉(zhuǎn)換過程設計的 PLC 控制程序。一般說來，一個掃描過程中，執(zhí)行指令的時間占了絕大部分。 3)輸出刷新階段：當程序執(zhí)行完后，進入輸出刷新階段。 2)程序執(zhí)行階段：在程序執(zhí)行階段， PLC 對程序按順序進行掃描。它分為三個階段進行，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段， PLC 具體的掃描過程如圖 4． 2 所示： 山東城市建設職業(yè)學院學生畢業(yè)論文 31 PLC 的掃描過程示意圖 1)輸入采樣階段：在開始執(zhí)行程序之前， PLC 以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说妮斎胄盘枲顟B(tài) (開或關、“ 1”或“ O’’ )讀入到輸入映像寄存器中寄存起來，這個過程稱為對輸入信號的采樣，或稱輸入刷新。 順序掃描的工作方式簡單直觀，它簡化了程序的設計，并為 PLC 的可靠運行提供了非常有用的保證。 當 PLC 運行時，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但 CPU 是不能同時去執(zhí)行多個操作的，它只能按分時操作原理每一時刻執(zhí)行一個操作。 4)梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點，而左邊必須有觸點。 2)梯形圖是 PLC 形象化的編程方式，其左右兩側(cè)母線并不接任何電源，因而圖中 各支路也沒有真實的電流流過。 高級語言類似于 BACIC 語言、 C語言等，它們在某些廠家的 PLC 中應用。 指令是用英文名稱的縮寫字母來表達 PLC的各種功能的助記 符號，類似于計算機匯編語言。采用了面向控制過程、面向問題、簡單直觀的 PLC編程語言，易于學習和掌握。這種方法十分有效、可靠，對于 100K∥以上的大容量電機一般要求采用這一方法； 山東城市建設職業(yè)學院學生畢業(yè)論文 29 c)利用變頻器的自由停車指令麟來實現(xiàn)的快速滅磁法，這一方法的實質(zhì)是通過 定子繞組中和變頻器逆變橋上的續(xù)流二極管組成的回路來達到快速滅磁的目的。具體時間還需根據(jù)電動機的容量大小來設定，容量越大時間越長，一般情況下，500舢足夠。將來的供水狀態(tài)就在這些有效狀態(tài)范圍內(nèi)來回循 環(huán)。 供 水狀態(tài)是指在供水時投入運行的水泵臺數(shù)及運行狀況 (工頻或變頻 )。 山東城市建設職業(yè)學院學生畢業(yè)論文 28 當用水量減少時，變頻器通過 PID 調(diào)節(jié)器降低水泵轉(zhuǎn)速來維持水壓。若用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率達到上限頻率時，仍達不到設定壓力，延時 1 分鐘，由 PLC 給出控制信號，將 1主水泵與變頻器斷開，轉(zhuǎn)為工頻恒速運行，同時變頻器對 2主水泵軟啟動。程序控制的目的是實現(xiàn)整個供水系統(tǒng)的恒壓運行，為此必須控制變頻器的頻率以及四臺水泵的順序投入與切除，使得供水量的變化與用戶用水量的變化基本保持同步，以此保證水網(wǎng)水壓的恒定，同時還要保證系統(tǒng)的安全性與可靠性。 壓力變送器將測得的管網(wǎng)壓力輸入 PLC 的擴展模塊 EM235 的模擬量輸入端口作為模擬量輸入； 開關 SA1 用來控制白天 /夜間兩種模式之間的切換，它作為開關量輸入 ； 液位變送器把測得的水池水位轉(zhuǎn)換成標準電信號后送入窗口比較器，在窗口比較器中設定水池水位的上下限，當超出上下限時，窗口比較其輸出高電平 1,送入 ； 變頻器的故障輸出端與 PLC 的 相連，作為變頻器故障報警信號； 開關 SB7 與 相連作為試燈信號，用于手動檢測各指示燈是否正常工作。 控制電路中還考慮了電機和閥門的工作狀態(tài)指示的設計，為了節(jié)省 PLC 的輸出端口，在電路中可以采用 PLC輸出端子的中間繼電器 的相應常開觸點的斷開和閉合來控制相應電機和閥門的指示燈的亮和熄滅，指示當前系統(tǒng)電機和閥門的工作狀態(tài)。 控制電路之中還要考慮電 路之間互鎖的關系，這對于變頻器安全運行十分重要。在電動機三 相電源輸入端前接入電流互感器和電流表，用來觀察電機工作電流大??；設計三相電源信號指示。變頻器和電動機之間的配線長度應控制在 100m 以內(nèi) b 引。 變頻器的輸出信號也有兩種，一是送 PLC的超壓信號、欠壓信號和變頻器故障信號這三個輸出控制信號，另一種是送水泵的變頻器輸出電源信號。 經(jīng) 過第 2章對系統(tǒng)方案的分析和確定，再結(jié)合上述的系統(tǒng)硬件的選型，確定以可靠性高、使用簡單、維護方便、編程靈活的工控設備變頻器和 PLC 作為主要控制設備來設計變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)。 24V DC 供電 /14 點 24V DC 輸入 /10 點 24V DC 輸出 230V AC 供電 /14 點 24V DC 輸入 /10 點繼電器輸出 山東城市建設職業(yè)學院學生畢業(yè)論文 20 CPU 的選擇 本設計中選擇 CPU226 壓力變送器及數(shù)顯儀的選型 壓力傳感器和壓力變送器是將水管中的壓力信號變成 15V 或 420 的模擬量信號，作為模擬輸入模塊 (A／ D 模塊 )的輸入，在選擇時，為了防止傳輸過程中的干擾與損耗，我們采用 420mA 輸出壓力變送器。 訪問參數(shù) 按此鍵即可訪問參數(shù)。 P0005 中所選的值 (如果已配置了 P0005，那么，顯示上面數(shù)據(jù)的 1~4項，然后相應的值不再顯示 )。如果變頻器 /電動機正在運行，按此鍵將不起作用。電動機的反向用負號（－）表示或用閃爍的小數(shù)點表示。為了使此鍵的操作有效應設定 P0700=1。 經(jīng)過以上的分析，將實際的機組切換的條件優(yōu)化為： 山東城市建設職業(yè)學院學生畢業(yè)論文 13 四、 變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件設計 系統(tǒng)主要配置的選型 水泵機組的選型 根據(jù)所闡述的基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理，系統(tǒng)的電氣控制總框圖如圖： 系統(tǒng)的電器總框圖 由以上系統(tǒng)電氣總框圖可以看出，系統(tǒng)所需要的主要硬件包括： 1)水泵機組、變頻器 2)PLC 及擴張模塊 3)壓力變送器及數(shù)顯儀 水泵機組的選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運行；二是要經(jīng)常處于高效區(qū)運行，以求取得較好的節(jié)能效果。但這個判別條件的滿足也不能夠完全證明當前確實需要進行機組切換，因為有兩種情況可能使判別條件的成立有問題：實際供水壓力超調(diào)的影響以及現(xiàn)場的干擾使實際壓力的測量值有尖峰，這兩種情況都可能使機組切換的判別條件在一個比較短的時間內(nèi)滿足，造成判斷上的失誤，引起機組切換的誤操作。所以選擇 50HZ 和 20HZ 作為水泵機組切換的上下限頻率。其實，在 實際應用中，變頻器的輸出頻率是不可能降到 0HZ。當用水量繼續(xù)下降，并且滿足減少水泵的條件時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，將另一臺工頻泵 M1 關掉。 (3) 當用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達到上限頻率 50Hz 時，若此時用戶管網(wǎng)的實際壓力還未達到設定壓力，并且滿足增加水泵的條件 (在下節(jié)有詳細闡述 )時，在變頻循環(huán)式的控制方式下，系統(tǒng)將在 PLC 的控制下自動投入水泵 M2(變速運行 )，同時變頻泵 M1 做工頻運行，系統(tǒng)恢復對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達到設定值 為止。 根據(jù) 水泵機組中水泵被變頻器拖動的情況不同，變頻器有兩種工作方式即變頻循環(huán)式和變頻固定式，變頻循環(huán)式即變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當這臺水泵運行在 50Hz 時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機中脫出，將該泵切換為工頻的同時用變頻去拖動另一臺水泵電機；變頻固定式是變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當這臺水泵運行在 50Hz 時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)直接啟動另一臺恒速水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動的水泵在系統(tǒng)運行前可以選擇，本設計中采用 變頻循環(huán)式。此信號來自安裝于水池中的液位傳感器；報警信號反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異山東城市建設職業(yè)學院學生畢業(yè)論文 10 常，該信號為開關量信號。管網(wǎng)水壓信號反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。為了減少對泵組、管道所產(chǎn)生的水錘，泵組配置電動蝶閥，開啟水泵后打開電動碟閥，當水泵停止時先關電動碟閥后停機。該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機組的容量大小無關。根據(jù)系統(tǒng)的設計任務要求，結(jié)合系統(tǒng)的使用場所選擇方案為 ： 通用變頻器 +PLC(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制 )+人機界面 +壓力傳感器 這種控制方式靈活方便。如果運行過程中實際供水壓力高于設定壓力，情況剛好相反，變頻器的輸出將會降低，水泵機組的轉(zhuǎn)速減小，實際供水壓力因此而減小。設定的供水壓力可以是一個常數(shù)，也可以是一個時間分段函數(shù)，在每一個時段內(nèi)是一個常數(shù)。從用戶的需求入手確定合適的設備選型；詳細分析全自動變頻恒壓運行方式水泵運行的各種工況及其轉(zhuǎn)換過程，討 PLC的程序設計方法 及程序執(zhí)行特點，并在此基礎上提出供水系統(tǒng)控制程序的功能模塊和設計方案；在介紹 PID調(diào)節(jié)原理的基礎上，分析利用 PID調(diào)節(jié)原理實現(xiàn)恒壓供水的調(diào)節(jié)過程，給出 PID參數(shù)設置方法；最后還提出了保障系統(tǒng)可靠性的一些措施。 山東城市建設職業(yè)學院學生畢業(yè)論文 7 二、 任務設計書 設計內(nèi)容 本設計是以智能樓宇供水系統(tǒng)為控制對象，采用 PLC和變頻技術(shù)相結(jié)合技術(shù)，設計一套城市小區(qū)智能樓宇恒壓供水系統(tǒng)，并引用計算機對供水系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控和管理保證整個系統(tǒng)運行可靠，安全節(jié)能，獲得 最佳的運行工況。 5)容錯性：當出現(xiàn)意外的情況 (如突然斷電、泵、變頻器或軟啟動器故障等 )時，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況自動進行投切，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。 變頻恒壓供水系統(tǒng)特點 變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用于生活用水、工業(yè)用水以及消防用水等多種場合，在本文中主要應用于生活小區(qū)生活用水，該系統(tǒng)具有以下特點 ： 1)滯后性：供水系統(tǒng)的控制對象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個過程控制量，同其他山東城市建設職業(yè)學院學生畢業(yè)論文 6 一些過程控制量 (如：溫度、流量、濃度等 )一樣，對控 制作用的響應具有滯后性，同時用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應。 2)用戶程序：這是用戶應用 PLC進行控制所需要編制的 程序。通常，一個 PLC機架只能容 納一定數(shù)量的模塊插件，這種包含主機模塊和部分 I／ O模塊的機架稱為基本控制單元。目前編程器主要有以下三種類型：便攜式編程器 (也叫簡易編程器 )；圖形編程器；用于 IBM— PC及其兼容機的編程器。另外還有 050mV， 01V、． 5 +5V、一 10 +lOV， 010mA 等。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機構(gòu)有一些信號是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過模擬量輸入／輸出模塊與 PLC 的中央處理器連接。這些模塊又分直流和交流、電壓和電流類型，每種類型又有不同的參數(shù)等級，主要有數(shù)字量輸入／輸出模塊和模擬量輸入／輸出模塊，部件上都設有輸入接線端子排，為了濾除信號的噪聲和便于 PLC 內(nèi)部對信號的處理，這些模 塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號鎖存電路?，F(xiàn)場的輸入信號，如按鈕開關，行程開關、限位開關以及傳感輸出的開關量或模擬量 (壓力、流量、溫度、電壓、電流 )等，都要通過輸入模塊送到 PLC。所謂用戶程序是指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場 的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的控制程序。常用的存貯器形式有 CMOS ROM、 EPROM 和 EEPROM。 PLC 可分為以下幾個部分： 1)中央處理單元 (CPU)：同一般微處理機一樣，中央處理單元是可編程控制的核心部件， 它通過輸入裝置將外設的狀態(tài)讀入并按照用戶程序去處理，根據(jù)處理結(jié)果通過輸出裝置去控制外設。其主要功能是進行工藝參數(shù)的采集、生 產(chǎn)過程控制、信息 處理、設備運行狀態(tài)監(jiān)測以及水質(zhì)監(jiān)測等 。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。 4)編程簡單易學。另外為了提高操作性能，它還有多種人機對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。 隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展， PLC 的功能得到大大的增強，具有以下特點： 山東城市建設職業(yè)學院學生畢業(yè)論文 3 1)可靠性高。運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有壓力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠等優(yōu)點。由變頻器、 PLC 及 PID 調(diào)節(jié)器組成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量。 本設 計是針對居民生活用水 /消防用水而設計的。在經(jīng)過 PI