【正文】 的自動(dòng)控制，同時(shí)可獲得大量節(jié)能。這時(shí)，管阻特性將隨閥門開度的改變而改變，但是揚(yáng)程特性不變。 轉(zhuǎn)速控制法的實(shí)質(zhì)是通過(guò)改變水泵的供水能力來(lái)適應(yīng)用戶對(duì)流量的要求。 比較上述兩種調(diào)節(jié)流量的方法可 以看出，在所需流量小于額定流量(Qx100%QN)的情況下，轉(zhuǎn)速控制時(shí)的揚(yáng)程比閥門控制方式小得多，所以轉(zhuǎn)速控制方式所需的供水功率也比閥門控制方式小得多。所以，流量是供水系統(tǒng)的基本控制對(duì)象。 15 可見，供水能力與用水需求之間的矛盾具體地反映在流體壓力的變化上。這意味著在 ，水的流量從零增到額定流量。此外，水錘效應(yīng)也可能破壞閥門和固定件。 12nT0nT021TJTJTNTN （ a）全壓?jiǎn)?dòng) （ b）變頻啟動(dòng) 16 圖 水泵的全壓?jiǎn)?dòng)與變 頻啟動(dòng) 在拖動(dòng)系統(tǒng)中，決定加速過(guò)程的是動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 JT J M LT T T?? 由圖 ，水泵在直接啟動(dòng)過(guò)程中，拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩寫的大小如陰影部分所示，是很大的。 在停機(jī)過(guò)程中，同樣可以通過(guò)對(duì)降速時(shí)間的預(yù)置來(lái)延長(zhǎng)停機(jī)過(guò)程，使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減小，從而徹底消除了水錘效應(yīng)。 所以，采用了變頻調(diào)速以后，水泵的工作壽命將大大延長(zhǎng)。系統(tǒng)的構(gòu)成框圖如圖 。同時(shí)由于 PLC的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。下面以單臺(tái)變頻器控制 2臺(tái)水泵的方案來(lái)說(shuō)明。當(dāng)用水量增加，變頻器輸出頻率增加，則 1號(hào)泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加，當(dāng)變頻器增加到最高輸出頻率時(shí)，表示只有 1臺(tái)水泵工作己不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過(guò)控制系統(tǒng)， 1號(hào)泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動(dòng) 2號(hào)泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 2。 當(dāng)控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 4時(shí)，用水量又減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻率時(shí)，表示只有 1臺(tái)水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過(guò)控制系統(tǒng)的控制，可將 2號(hào)泵電機(jī)停運(yùn)， 1號(hào)泵電機(jī)仍由變頻器供電，這時(shí)，控制系統(tǒng)又回到了狀態(tài) 1。有關(guān)選擇依據(jù)原則使用表格如下。 不同住宅類型的用水標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)《城市居民生活用水標(biāo)準(zhǔn)》 GB/T 5033120xx，節(jié) 錄如表 。 參數(shù)的計(jì)算與供水設(shè)備選型 水泵的參數(shù)計(jì)算與型號(hào)的選擇 (1) 根據(jù)表 3m /人日。 變頻器的選擇 本系統(tǒng)中 ，采用 MciorMaster430系列變頻器，型號(hào)為 HVAC(風(fēng)機(jī)和水 泵節(jié)能型 )EC01— 4500/3，額定電壓為 380V— 500V，額定功率 35kW。 22 R L 1 AR L 1 BR L 1 CR L 2 BR L 2 CR L 3 AR L 3 BR L 3 C1 81 22 52 42 32 22 12 01 93212 62 72 82 93 01 61 51 41 31 11 09876541 7A O U T 1 +A O U T 1 P T C BP T C A0 V+ 1 0 V N P +P E 0 VA O U T 2 A O U T 2 +D I N 6D I N 5D I N 2D I N 3D I N 4+ 2 4 VA I N 2 +A I N 2 D I N 1A I N 1 A I N 1 +3 13 23 3 3 43 53 6L 1L 2L 3UVWVVVF 圖 MM430 端子接口分布圖 2. 端子功能介紹 各端子的功能如表 。一對(duì)導(dǎo)線同時(shí)用于電源供電及信號(hào)傳輸，輸出信號(hào)與環(huán)路導(dǎo)線電阻無(wú)關(guān)，抗干擾性強(qiáng)、便于電纜鋪設(shè)及遠(yuǎn)距離傳輸，與數(shù)字顯示儀表、 A/D轉(zhuǎn)換器及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接方便。 水位傳感器的選擇 SL980投入式液位變送器，廣泛用于儲(chǔ)水池、污水池、水井、水箱的水位測(cè)量，油池、油罐的油位測(cè)量，江河湖海的深度測(cè)量。斷路器具有隔離 ,過(guò)電流及欠電壓等保護(hù)功能 ,當(dāng)變頻器的輸入側(cè)發(fā)生短路或電源電壓過(guò)低等故障時(shí) ,可迅速進(jìn)行保護(hù)。在電動(dòng)機(jī)要求實(shí)現(xiàn)工頻和變頻切換驅(qū)動(dòng)的電路中，斷路器應(yīng)按電動(dòng)機(jī)在工頻下起動(dòng)電流來(lái)考慮，斷路器 1QF 的額定電流 qnI 應(yīng)選 2 .5 2 .5 6 0 1 5 0qn m nII? ? ? ? ?(A) 式中 mnI 為電動(dòng)機(jī)的額定電流， mnI =60A。 表 I/O 統(tǒng)計(jì)表 輸入器件 輸出器件 編號(hào) 符號(hào) 名稱 編號(hào) 符號(hào) 名稱 1 SB1 啟動(dòng) 1 KM1 1泵變頻 2 SB2 停止 2 KM2 2泵變頻 25 3 S1 液位傳感器 3 KM3 1泵工頻 4 S2 變頻器達(dá)到上限 4 KM4 2泵工頻 5 S3 變頻器達(dá)到下限 5 KM5 備用泵工頻 6 S4 1水泵故障 6 L1 報(bào)警指示燈 7 S5 2水泵故障 8 SS6 變頻器故障 PLC選型的基本原則 這是 PLC應(yīng)用設(shè)計(jì)中很重要的一步，目前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的 PLC種類很多，在選用 PLC時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面 [15]。根據(jù) PLC口的分配，系統(tǒng)的控制要求以及合理利用 I/O口的原則 [16]。 27 K M 1L 1K M 2K M 3 K M 4L 2L 3L 4L 5K M 5I 0 . 0 I 0 . 7I 0 . 6I 0 . 5I 0 . 4I 0 . 3I 0 . 2I 0 . 12 4 V D CMM 1 L +1 L 2 LQ 0 . 0 Q 0 . 4Q 0 . 3Q 0 . 2Q 0 . 1 Q 0 . 5接 液位 傳感 器接 變頻 器2 0 號(hào)端 口C P U 2 2 2 A C / D CK M 2K M 3K M 1K M 4K M 1K M 22 4 VS B 1S B 2接 變頻 器2 1 號(hào)端 子接 變頻 器2 2 號(hào)端 子F R 1F R 22 2 0 V 圖 控制線路圖 PID 參數(shù)的預(yù)置 由于 SIEMENS MM430 變頻器自帶了 PID 模塊，我們不需要進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)置就可以了。設(shè)計(jì)步驟如下： （ 1） 確定輸入、輸出電器； （ 2） 確定輸入、輸出點(diǎn)數(shù)； （ 3） 選擇 PLC 并編程； （ 4）將各個(gè)環(huán)節(jié)編寫的程序合理地聯(lián)系起來(lái)。 2. 應(yīng)用舉例 例如 :電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路 ,原理線路如圖 。 1. 邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)步驟如下 31 （ 1） 根據(jù)控制要求，列出輸入輸出及輔助繼電器等之間關(guān)系的狀態(tài)表； （ 2） 根據(jù)狀態(tài)表列寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式，并化簡(jiǎn)； （ 3） 根據(jù)化簡(jiǎn)后的邏輯表達(dá)式畫出梯形圖。綠燈閃爍的程序設(shè)計(jì) :設(shè)燈常亮為“ 1” ,滅為“ 0” ,風(fēng)機(jī)開為“ 1” ,停為“ 0” ,綠燈常亮有 5 種情況，則其狀態(tài)表如表 所示。 本設(shè)計(jì)采用的是 邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法。同時(shí)它還有一些工具性的功能，例如用戶程序的文檔管理和加密等。 S7200PLC使用 STEP7Micro/WIN32編程軟 33 件進(jìn)行編程。 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)后的各變量的邏輯表達(dá)式如下： I I I I? () I I I I? () 33 T I I I? () I I? () 34 0 C I I I? () 34 T I I I? () 1 CI? () ? ?0 .20 .0 0 .0 0 .5 0 .7Q M M M I?? () M M I? () M M I? () M M I? () I I?? () I I?? () 根據(jù)邏輯表達(dá)式 （ ） ~（ ） ，設(shè)計(jì)的梯形圖如圖 。因?yàn)檫@中仿真完全是用 STEP7軟件進(jìn)行，因此無(wú)需連接任何 S7硬件，就可以在 PG/PC上仿真一個(gè)完整的 S7CPU，包括地址和 I/O。 圖 程序裝載界面 39 點(diǎn)擊開始按鈕， 1泵開始變頻運(yùn)行，如圖 。 WinCC是 Windows Control Center (視窗控制中心 )的簡(jiǎn)稱。最后 建立過(guò)程畫面。組態(tài)軟件畫面主要由以上七塊組成。 42 圖 創(chuàng)建新項(xiàng)目窗口 新項(xiàng)目建立好后，就要進(jìn)行變量的添加，以便在以后的過(guò)程中隨時(shí)調(diào)用這些變量。在圖 413所示的窗口中雙擊圖形編輯器，出現(xiàn) ，在該窗口中，可以對(duì)主畫面的名稱進(jìn)行更改，在本設(shè)計(jì)中，把它重命名為“ zhuhuamian”名稱。 44 圖 1泵變頻畫面 1工頻、 2變頻的界面如圖 。 h=64124 kW為此設(shè)計(jì)了一套具有高性能的變頻器控制系統(tǒng)來(lái)代替原有的手動(dòng)啟動(dòng)、閥門控制系統(tǒng)。此裝置在變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可自動(dòng)關(guān)閉電動(dòng)閥門，系統(tǒng)退出變頻式運(yùn)行，以避免中斷供水。 隨著各方面技術(shù)的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)被廣泛的應(yīng)用，與此同時(shí)能量卻日益緊缺，在這種情況下，變頻恒壓供水系統(tǒng)的使用肯定會(huì)越來(lái)越普及，當(dāng)然對(duì)恒壓供水控制技術(shù)將提出更高的要求。 48 參考文獻(xiàn) [1] 金傳偉，毛宗源 ． 變頻調(diào)速技術(shù)在水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 ． 電子技 術(shù)應(yīng)用，20xx， : 3839 [2] 馬桂梅，譚光儀 .陳次昌泵變頻調(diào)速時(shí)的節(jié)能方案討論 .四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào) .20xx， : 57 [3] 崔金貴 .變頻調(diào)速恒壓供水在建筑給水應(yīng)用的理論探討 .蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào) .20xx， : 8488 [4] 吳民強(qiáng) .泵與風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)水利電力出版社， 1994:26 [5] 張燕賓 .變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx:244251 [6] 付娟 .交流調(diào)速技米電子工業(yè)出版社， 20xx:17 [7] 葉汝裕 .水泵風(fēng)機(jī)的節(jié)電及技術(shù)改造重慶大 學(xué)出版社， 1998:14 [8] 徐士鳴 .泵與風(fēng)機(jī)原理與應(yīng)用 .大連理工大學(xué)出版社， 1992:1224 [9] 陳伯時(shí) .電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)機(jī)械工業(yè)出版社， 1992:1019 [10] 周玉國(guó) .變頻調(diào)速節(jié)能分梳東北電力技術(shù)， 20xx， :44 [11] 吳浩烈 .電機(jī)及電力拖動(dòng)基鹼重慶大學(xué)出版社， 1996:173174 [12] 黃俊，王兆安 .電力電子變流技術(shù) .機(jī)械工業(yè)出版， 1933:197206 [13] 胡躍冰 .水泵電機(jī)變頻調(diào)速的節(jié)能與計(jì)算節(jié)能技術(shù)， 20xx， :48 [14] 中國(guó)工空信息網(wǎng) [15] 西門子（中國(guó)）自動(dòng)化網(wǎng) [16] 張春光 .全自動(dòng)變頻調(diào)速供水泵運(yùn)行工況與節(jié)能分析 .節(jié)能技術(shù)， 20xx，:4l44 [17] 任國(guó) .泵變頻調(diào)速節(jié)能的理論分析與應(yīng)甩計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)么， 1994，:3739 [18] 陸秀令 . 幾種常用的可編程控制器梯形圖的設(shè)計(jì)方法 .機(jī)床電器 ,20xx,:4348 49 [19] 陳懷忠 . 西門子 PLC和 WinCC SCADA 在變頻恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用 . 自動(dòng)化儀表， 20xx， :3439 致 謝 對(duì)于這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成，我首先要感謝陸秀令副教授，是他細(xì)心的給我講解了許多關(guān)于 PLC、變頻器、供水原理相關(guān)的知識(shí)，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中所遇到的難題都給了非常重要的意見，本次設(shè)計(jì)能夠有較好的主體框架也得益于陸秀令副教授的指導(dǎo)，導(dǎo)師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、崇高的敬業(yè)精神與為人師表的風(fēng)范，使我受益匪淺，