【正文】 48 。 課題存在問(wèn)題與展望： 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 42 1)由于時(shí)間關(guān)系，供水監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不夠完善，例如沒(méi)有具體寫(xiě)出上位機(jī)監(jiān)控軟件程序以及對(duì)具體的監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理。全自動(dòng)變頻恒壓運(yùn)行方式是系統(tǒng)中最主要的運(yùn)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(guò)變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(yùn)行狀態(tài)及轉(zhuǎn)換過(guò)程設(shè)計(jì)的 PLC 控制程序。一般說(shuō)來(lái)，一個(gè)掃描過(guò)程中，執(zhí)行指令的時(shí)間占了絕大部分。 3)輸出刷新階段：當(dāng)程序執(zhí)行完后，進(jìn)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(duì)程序按順序進(jìn)行掃描。它分為三個(gè)階段進(jìn)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(guò)程如圖 4． 2 所示： 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 31 PLC 的掃描過(guò)程示意圖 1)輸入采樣階段：在開(kāi)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?hào)狀態(tài) (開(kāi)或關(guān)、“ 1”或“ O’’ )讀入到輸入映像寄存器中寄存起來(lái)，這個(gè)過(guò)程稱為對(duì)輸入信號(hào)的采樣，或稱輸入刷新。 順序掃描的工作方式簡(jiǎn)單直觀，它簡(jiǎn)化了程序的設(shè)計(jì)，并為 PLC 的可靠運(yùn)行提供了非常有用的保證。 當(dāng) PLC 運(yùn)行時(shí)，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但 CPU 是不能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作的，它只能按分時(shí)操作原理每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作。 4)梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應(yīng)與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點(diǎn)，而左邊必須有觸點(diǎn)。 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(méi)有真實(shí)的電流流過(guò)。 高級(jí)語(yǔ)言類似于 BACIC 語(yǔ)言、 C語(yǔ)言等，它們?cè)谀承S家的 PLC 中應(yīng)用。 指令是用英文名稱的縮寫(xiě)字母來(lái)表達(dá) PLC的各種功能的助記 符號(hào)，類似于計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言。采用了面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題、簡(jiǎn)單直觀的 PLC編程語(yǔ)言，易于學(xué)習(xí)和掌握。這種方法十分有效、可靠，對(duì)于 100K∥以上的大容量電機(jī)一般要求采用這一方法； 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 29 c)利用變頻器的自由停車(chē)指令麟來(lái)實(shí)現(xiàn)的快速滅磁法，這一方法的實(shí)質(zhì)是通過(guò) 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(lái)達(dá)到快速滅磁的目的。具體時(shí)間還需根據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量大小來(lái)設(shè)定，容量越大時(shí)間越長(zhǎng)，一般情況下，500舢足夠。將來(lái)的供水狀態(tài)就在這些有效狀態(tài)范圍內(nèi)來(lái)回循 環(huán)。 供 水狀態(tài)是指在供水時(shí)投入運(yùn)行的水泵臺(tái)數(shù)及運(yùn)行狀況 (工頻或變頻 )。 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 28 當(dāng)用水量減少時(shí)，變頻器通過(guò) PID 調(diào)節(jié)器降低水泵轉(zhuǎn)速來(lái)維持水壓。若用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率達(dá)到上限頻率時(shí)，仍達(dá)不到設(shè)定壓力，延時(shí) 1 分鐘，由 PLC 給出控制信號(hào)，將 1主水泵與變頻器斷開(kāi)，轉(zhuǎn)為工頻恒速運(yùn)行，同時(shí)變頻器對(duì) 2主水泵軟啟動(dòng)。程序控制的目的是實(shí)現(xiàn)整個(gè)供水系統(tǒng)的恒壓運(yùn)行，為此必須控制變頻器的頻率以及四臺(tái)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(shí)還要保證系統(tǒng)的安全性與可靠性。 壓力變送器將測(cè)得的管網(wǎng)壓力輸入 PLC 的擴(kuò)展模塊 EM235 的模擬量輸入端口作為模擬量輸入； 開(kāi)關(guān) SA1 用來(lái)控制白天 /夜間兩種模式之間的切換，它作為開(kāi)關(guān)量輸入 ； 液位變送器把測(cè)得的水池水位轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)后送入窗口比較器，在窗口比較器中設(shè)定水池水位的上下限，當(dāng)超出上下限時(shí)，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(bào)警信號(hào)； 開(kāi)關(guān) SB7 與 相連作為試燈信號(hào)，用于手動(dòng)檢測(cè)各指示燈是否正常工作。 控制電路中還考慮了電機(jī)和閥門(mén)的工作狀態(tài)指示的設(shè)計(jì)，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(yīng)常開(kāi)觸點(diǎn)的斷開(kāi)和閉合來(lái)控制相應(yīng)電機(jī)和閥門(mén)的指示燈的亮和熄滅，指示當(dāng)前系統(tǒng)電機(jī)和閥門(mén)的工作狀態(tài)。 控制電路之中還要考慮電 路之間互鎖的關(guān)系，這對(duì)于變頻器安全運(yùn)行十分重要。在電動(dòng)機(jī)三 相電源輸入端前接入電流互感器和電流表，用來(lái)觀察電機(jī)工作電流大小；設(shè)計(jì)三相電源信號(hào)指示。變頻器和電動(dòng)機(jī)之間的配線長(zhǎng)度應(yīng)控制在 100m 以內(nèi) b 引。 變頻器的輸出信號(hào)也有兩種，一是送 PLC的超壓信號(hào)、欠壓信號(hào)和變頻器故障信號(hào)這三個(gè)輸出控制信號(hào)，另一種是送水泵的變頻器輸出電源信號(hào)。 經(jīng) 過(guò)第 2章對(duì)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(jiǎn)單、維護(hù)方便、編程靈活的工控設(shè)備變頻器和 PLC 作為主要控制設(shè)備來(lái)設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)。 24V DC 供電 /14 點(diǎn) 24V DC 輸入 /10 點(diǎn) 24V DC 輸出 230V AC 供電 /14 點(diǎn) 24V DC 輸入 /10 點(diǎn)繼電器輸出 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 20 CPU 的選擇 本設(shè)計(jì)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(hào)變成 15V 或 420 的模擬量信號(hào)，作為模擬輸入模塊 (A／ D 模塊 )的輸入，在選擇時(shí)，為了防止傳輸過(guò)程中的干擾與損耗，我們采用 420mA 輸出壓力變送器。 訪問(wèn)參數(shù) 按此鍵即可訪問(wèn)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(xiàng)，然后相應(yīng)的值不再顯示 )。如果變頻器 /電動(dòng)機(jī)正在運(yùn)行，按此鍵將不起作用。電動(dòng)機(jī)的反向用負(fù)號(hào)（－）表示或用閃爍的小數(shù)點(diǎn)表示。為了使此鍵的操作有效應(yīng)設(shè)定 P0700=1。 經(jīng)過(guò)以上的分析，將實(shí)際的機(jī)組切換的條件優(yōu)化為： 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 13 四、 變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主要配置的選型 水泵機(jī)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(jī)組、變頻器 2)PLC 及擴(kuò)張模塊 3)壓力變送器及數(shù)顯儀 水泵機(jī)組的選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運(yùn)行；二是要經(jīng)常處于高效區(qū)運(yùn)行，以求取得較好的節(jié)能效果。但這個(gè)判別條件的滿足也不能夠完全證明當(dāng)前確實(shí)需要進(jìn)行機(jī)組切換，因?yàn)橛袃煞N情況可能使判別條件的成立有問(wèn)題：實(shí)際供水壓力超調(diào)的影響以及現(xiàn)場(chǎng)的干擾使實(shí)際壓力的測(cè)量值有尖峰，這兩種情況都可能使機(jī)組切換的判別條件在一個(gè)比較短的時(shí)間內(nèi)滿足，造成判斷上的失誤，引起機(jī)組切換的誤操作。所以選擇 50HZ 和 20HZ 作為水泵機(jī)組切換的上下限頻率。其實(shí)，在 實(shí)際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率是不可能降到 0HZ。當(dāng)用水量繼續(xù)下降，并且滿足減少水泵的條件時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，將另一臺(tái)工頻泵 M1 關(guān)掉。 (3) 當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達(dá)到上限頻率 50Hz 時(shí)，若此時(shí)用戶管網(wǎng)的實(shí)際壓力還未達(dá)到設(shè)定壓力，并且滿足增加水泵的條件 (在下節(jié)有詳細(xì)闡述 )時(shí)，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(dòng)投入水泵 M2(變速運(yùn)行 )，同時(shí)變頻泵 M1 做工頻運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值 為止。 根據(jù) 水泵機(jī)組中水泵被變頻器拖動(dòng)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(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在 50Hz 時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機(jī)中脫出，將該泵切換為工頻的同時(shí)用變頻去拖動(dòng)另一臺(tái)水泵電機(jī)；變頻固定式是變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在 50Hz 時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)直接啟動(dòng)另一臺(tái)恒速水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動(dòng)的水泵在系統(tǒng)運(yùn)行前可以選擇，本設(shè)計(jì)中采用 變頻循環(huán)式。此信號(hào)來(lái)自安裝于水池中的液位傳感器；報(bào)警信號(hào)反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，水泵電機(jī)是否過(guò)載、變頻器是否有異山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 10 常，該信號(hào)為開(kāi)關(guān)量信號(hào)。管網(wǎng)水壓信號(hào)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(hào)。為了減少對(duì)泵組、管道所產(chǎn)生的水錘，泵組配置電動(dòng)蝶閥，開(kāi)啟水泵后打開(kāi)電動(dòng)碟閥，當(dāng)水泵停止時(shí)先關(guān)電動(dòng)碟閥后停機(jī)。該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場(chǎng)合，并且與供水機(jī)組的容量大小無(wú)關(guān)。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)要求，結(jié)合系統(tǒng)的使用場(chǎng)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(jī)界面 +壓力傳感器 這種控制方式靈活方便。如果運(yùn)行過(guò)程中實(shí)際供水壓力高于設(shè)定壓力，情況剛好相反，變頻器的輸出將會(huì)降低，水泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速減小，實(shí)際供水壓力因此而減小。設(shè)定的供水壓力可以是一個(gè)常數(shù)，也可以是一個(gè)時(shí)間分段函數(shù)，在每一個(gè)時(shí)段內(nèi)是一個(gè)常數(shù)。從用戶的需求入手確定合適的設(shè)備選型；詳細(xì)分析全自動(dòng)變頻恒壓運(yùn)行方式水泵運(yùn)行的各種工況及其轉(zhuǎn)換過(guò)程，討 PLC的程序設(shè)計(jì)方法 及程序執(zhí)行特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上提出供水系統(tǒng)控制程序的功能模塊和設(shè)計(jì)方案；在介紹 PID調(diào)節(jié)原理的基礎(chǔ)上，分析利用 PID調(diào)節(jié)原理實(shí)現(xiàn)恒壓供水的調(diào)節(jié)過(guò)程，給出 PID參數(shù)設(shè)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(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 7 二、 任務(wù)設(shè)計(jì)書(shū) 設(shè)計(jì)內(nèi)容 本設(shè)計(jì)是以智能樓宇供水系統(tǒng)為控制對(duì)象，采用 PLC和變頻技術(shù)相結(jié)合技術(shù)，設(shè)計(jì)一套城市小區(qū)智能樓宇恒壓供水系統(tǒng)，并引用計(jì)算機(jī)對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，安全節(jié)能，獲得 最佳的運(yùn)行工況。 5)容錯(cuò)性：當(dāng)出現(xiàn)意外的情況 (如突然斷電、泵、變頻器或軟啟動(dòng)器故障等 )時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動(dòng)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(dòng)進(jìn)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(diǎn) 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(chǎng)合，在本文中主要應(yīng)用于生活小區(qū)生活用水，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn) ： 1)滯后性：供水系統(tǒng)的控制對(duì)象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個(gè)過(guò)程控制量，同其他山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 6 一些過(guò)程控制量 (如：溫度、流量、濃度等 )一樣，對(duì)控 制作用的響應(yīng)具有滯后性，同時(shí)用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)。 2)用戶程序：這是用戶應(yīng)用 PLC進(jìn)行控制所需要編制的 程序。通常，一個(gè) PLC機(jī)架只能容 納一定數(shù)量的模塊插件，這種包含主機(jī)模塊和部分 I／ O模塊的機(jī)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(jiǎn)易編程器 )；圖形編程器；用于 IBM— PC及其兼容機(jī)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(jī)構(gòu)有一些信號(hào)是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過(guò)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(jí)，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(shè)有輸入接線端子排，為了濾除信號(hào)的噪聲和便于 PLC 內(nèi)部對(duì)信號(hào)的處理，這些模 塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)鎖存電路?，F(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)，如按鈕開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)以及傳感輸出的開(kāi)關(guān)量或模擬量 (壓力、流量、溫度、電壓、電流 )等，都要通過(guò)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(chǎng) 的生產(chǎn)過(guò)程和工藝要求編寫(xiě)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(gè)部分： 1)中央處理單元 (CPU)：同一般微處理機(jī)一樣，中央處理單元是可編程控制的核心部件， 它通過(guò)輸入裝置將外設(shè)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(guò)輸出裝置去控制外設(shè)。其主要功能是進(jìn)行工藝參數(shù)的采集、生 產(chǎn)過(guò)程控制、信息 處理、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及水質(zhì)監(jiān)測(cè)等 。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。 4)編程簡(jiǎn)單易學(xué)。另外為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對(duì)話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， PLC 的功能得到大大的增強(qiáng)，具有以下特點(diǎn)： 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 3 1)可靠性高。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有壓力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。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(shè) 計(jì)是針對(duì)居民生活用水 /消防用水而設(shè)計(jì)的。在經(jīng)過(guò) PI