【正文】 FR1, FR2, FR3, FR4為四臺泵的熱繼電器的常閉觸點 ,對電機(jī)進(jìn)行過流保護(hù)。為了保 PLC設(shè)備 ,PLC輸出端口并不是直接和交流接觸器連接 ,而是在 PLC輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器 ,通過中間繼電器控制接觸器線 圈的得電 /失電 ,進(jìn)而控制電機(jī)或者閥門的動作。 系統(tǒng)主電路分析及設(shè)計 四臺水泵 (l， 2， 3， 4)根據(jù)供水狀態(tài)的不同 ,具有變頻、工頻兩種運(yùn)行方式，因此每臺主水泵均要求通過兩個接觸器分別與工頻電源和變頻電源輸出相聯(lián) 。利用這種技術(shù)，只要用手指輕輕地觸碰顯示屏上的圖符或文字就能對主機(jī)進(jìn)行操作，從而使人機(jī)交互變得更加直截了當(dāng)。在運(yùn)行過程中 ,當(dāng)壓力變送器出現(xiàn)故障時 ,系統(tǒng)有可能開啟所有的水泵 ,而此時的用水量又達(dá)不到 ,這就使水管中的水壓上升 ,為了防止爆管和超高水壓損壞家中的用水設(shè)備 (熱水器、抽水馬桶等 ),本文中的供水系統(tǒng)使用電極點壓力表的壓力上限輸出 ,作為 PLC 的一個數(shù)字量輸入 ,當(dāng)壓力超出上限時 ,關(guān)閉所有水泵并進(jìn)行報警輸出。根據(jù)控制功能不同 ,通用變頻器可分為三種類型 :普通功能型 U/f 控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型 U/f 控制變頻器以及矢量控制高功能型變頻器。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。在供水系統(tǒng)的設(shè)計中 ,我們選擇三菱 FX2N 一 32MR 及擴(kuò)展輸出模塊 FX2N16EYR，擴(kuò)展輸入模塊 FX2N16EX。 /h 揚(yáng)程 效率 66% 配帶電機(jī) Y160M22 額定功率： 15KW 額定電流： !未找到引用源。所謂延時判別 ,是指系統(tǒng)僅滿足頻率和壓力的判別條件是不夠的 ,如果真的要進(jìn)行機(jī)組切 換 ,切換所要求的頻率和壓力的判別條件必須成立并且能夠維持一段時間 ,比如 30 秒 ,如果在這段延時的時間內(nèi)切換條件仍然成立 ,則進(jìn)行實際的機(jī)組切換操作 。 在恒壓供水中 ,機(jī)組的切換為機(jī)組增加與機(jī)組減少兩種情況 ,這兩種情況由于變頻器輸出頻率與供水壓力的不同邏輯關(guān)系相對應(yīng)。 同時 ,選擇 這兩個時刻作為水泵機(jī)組切換的時機(jī)還考慮對于第一個判別條件 ,可能出現(xiàn)這種情況 :輸出頻率達(dá)到上限頻率時 ,實際供水壓力在設(shè)定壓力上下波動。 當(dāng)水泵機(jī)組運(yùn)行 ,電機(jī)帶動水泵向管網(wǎng)供水時 ,由于管網(wǎng)中的水壓會反推水泵 ,給帶動水泵運(yùn)行的電機(jī)一個反向的力矩 ,同時這個水壓也在一定程度上阻止市政管網(wǎng)中的水進(jìn)入居民區(qū)管網(wǎng) ,因此 ,當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率下降到一個值時 ,水泵就己經(jīng)抽不出水了 ,實際的供水壓力也不會隨著電機(jī)頻率的下降而下降 。當(dāng)正在變頻狀態(tài)下運(yùn)行的水泵電機(jī)要切換到工頻狀態(tài)下運(yùn)行時 ,只能在 50Hz 以下時進(jìn)行。當(dāng)最后一臺水泵 M3投入運(yùn)行 ,變頻器輸出頻率達(dá)到上限頻率 50Hz 時 ,壓力仍未達(dá)到設(shè)定值時 ,控制系統(tǒng)就會發(fā)出水壓超限報警。變頻固定式是變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵 ,當(dāng)這臺水泵運(yùn)行在 50Hz 時 ,其供水量仍不能達(dá)到用水要求 ,需要增加水泵機(jī)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(yùn)行前可以選擇 。報警裝置 人機(jī)界面 通信接口 接觸機(jī)組 PLC 變頻器 壓力變送器 M1 M4 M3 M2 穩(wěn)壓罐 供水管網(wǎng) 工頻電網(wǎng) 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 14 此信號是模擬信號 ,由變頻器自帶 A/D 轉(zhuǎn)換模塊讀入變頻器，并在變頻器中進(jìn)行PID 運(yùn)算?？刂屏鞒倘鐖D ： 控制算法 壓力變送器 水泵機(jī)組 變頻器 Ps f △ P f Pt Pr 第 2 章 系統(tǒng)理論分 析及控制方案確定 13 圖 本系統(tǒng)的人機(jī)界面采用觸摸屏，通過觸摸屏使用者可以直觀看到水泵機(jī)組運(yùn)行狀況，并進(jìn)行現(xiàn)場手動控制。在夜間用水量雖小，但由于高水位區(qū)供水需要較高壓力，故選擇同型號水泵以滿足供水要求。這種控制方案既有擴(kuò)展功能靈活方便、便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點 ,又能達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度的要求。該系統(tǒng)適用于某一特定領(lǐng)域的小容量的變頻恒壓供水中。即改變頻率的同時控制變頻器的輸出電壓，使電動機(jī)的磁通保持一定弱磁和磁飽和現(xiàn)象的發(fā)生，以免電動機(jī)發(fā)熱燒毀。 ⒊ 進(jìn)行系統(tǒng)總體控制方案的設(shè)計 ?？紤]到 PLC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性 ,系統(tǒng)軟件應(yīng)有專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計 ,一般用戶不允許直接設(shè)計系統(tǒng)的內(nèi)部操作。 PLC 的軟件可分為系統(tǒng)軟件和用戶程序兩大部分 : ⑴ 系統(tǒng)軟件 :也稱之為常駐的操作系統(tǒng)軟件。 現(xiàn)在產(chǎn)品越來越模塊化 ,可編程控制器也不例外 ,它的結(jié)構(gòu)緊密、堅固 ,外形小巧 ,CPU 本身只提供了一定數(shù)量 的數(shù)字輸入和輸出點數(shù)。但它的價格高 ,適用于中、大型可編程控制器的編程要求。有的編程器還可與打印機(jī)或磁帶機(jī)相連 ,以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在磁帶上 ,磁帶上的信息可以重新裝入 PLC。另外還有。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(shè)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。數(shù)據(jù)存貯器用來存放 PLC 的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)存貯器用以存貯制造廠家編寫的系統(tǒng)程序。對于雙 CPU 來說 ,一般具有一個位處理器和一個字處理器。 PLC 在水工業(yè)自動化中的應(yīng)用主要有水廠監(jiān)控系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、自動加氯、自動加礬、 水泵變頻調(diào)速、 SCADA 系統(tǒng)和供水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)等。 PLC 的各個部件 ,包括 CPU、電源、 I/O 等華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 4 均采用模塊化設(shè)計 ,由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來 ,系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。據(jù)“美國市場信息”的世界 PLC 以及軟件市場報告稱 ,1995 年全球 PLC 及其軟件的市場經(jīng)濟(jì)規(guī)模約 50 億美元 ,隨著電子技術(shù)和計算機(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 : ⑴ 可靠性高。 1969 年 ,美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)研制出世界上第一臺可編程控制器。 隨著計算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)地不斷發(fā)展，隨著變頻技術(shù)越來越成熟地應(yīng)用于各個領(lǐng)域，由計 算機(jī)、 PLC、變頻器組成的應(yīng)用控制系統(tǒng)層出不窮，在風(fēng)機(jī)控制、中央空調(diào)等工業(yè)應(yīng)用上已獲得很大成功，為民用設(shè)備的產(chǎn)生打下了基礎(chǔ)。供水、供氣、供熱、污水處理等市政行業(yè)都面臨快速發(fā)展的機(jī)遇，尤其是水務(wù)行業(yè)對新型供水系統(tǒng)的需求大增，新建筑的配套設(shè)施與舊建筑的升級改造都會用到該系統(tǒng)。 ⑷ 單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)已能夠做到變頻調(diào)速，自動化程度也明顯高于其他供水方式，但是系統(tǒng)開發(fā)周期長，對操作員素質(zhì)要求高，可靠性比較低，維修不 方便，且不適用于惡劣環(huán)境。 PLC。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個重要方面 ,供水的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、穩(wěn)定性直接影響到小區(qū)住戶的正常生活和工作 ,也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平的高低。通過對變頻器內(nèi)置 PID 模塊參數(shù)的預(yù)置 ,利用壓力變送器的水壓反饋量 ,構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng) ,根據(jù)用水量的變化 ,采取 PID 調(diào)節(jié)方式 ,在全流量范圍內(nèi)利用變頻泵的連續(xù)調(diào)節(jié)和工頻泵的分級調(diào)節(jié)相結(jié)合 ,實現(xiàn)恒 壓供水且有效節(jié)能。 ⑵ 水塔高位水箱供水方式控制簡單，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)，但基建投資大，占地面積大，維護(hù)不方便，水泵電機(jī)啟動電流大，頻繁啟動易損壞，易對水質(zhì)造成二次污染。目前，恒壓供水系統(tǒng)已在國內(nèi)外許多實際的供水控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用，并取得穩(wěn)定可靠的運(yùn)行效果和良好的節(jié)能效果，是較受歡迎的中小型實用、節(jié)能供 水系統(tǒng)。 另外，根據(jù)負(fù)載的特性，有針對性地產(chǎn)生了專用化的變頻器，可對負(fù)載的電動機(jī)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的控制，降低制造成本。目前 ,PLC 在小型化、大型化、大容量、強(qiáng)功能等方面有了質(zhì) 的飛躍。進(jìn)入 80 年代中、后期 ,由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展 ,微處理器的市場價格大幅度下跌 ,使得 PLC 所采用的微處理器的檔次普遍提高。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。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。 PLC 可分為以下幾個部分 : ⑴ 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)果通過輸出裝置去控制外設(shè)。行系統(tǒng)診斷程序 ,診斷電源 、 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤。此程序由使用者通過編程器輸入到 PLC 機(jī)的 CMOSRAM 存貯器中 ,以便于用戶隨時修改。由于這些信號電平各式各樣 ,而可編程控制器 CPU 所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平 ,所以輸入模塊還需將這些信號轉(zhuǎn)換成 PLC 能夠接受和處理的數(shù)字信號。模擬量輸入模塊 A/D 轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)字量 ,經(jīng)光電禍合器和輸入鎖存緩沖器與 PLC 的 1/0 總線掛接。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展 ,各可編程控制器制造廠家已經(jīng)開發(fā)出一系列的智能接口模塊 ,使可編程控制器的功能更加強(qiáng)大和完善。 圖形編程器以液晶顯示器 (LCD)或陰極射線管 (CRT)作屏幕 ,用來顯示編程內(nèi)容和提供如輸入、輸出、輔助繼電器的占有情況、程序容量等各種信息 ,還可在調(diào)試程序、檢查程序執(zhí)行時顯示各種信號狀態(tài)、出錯提示等。 編程器的結(jié)構(gòu)一般包括顯示部分與鍵盤部分。用擴(kuò)展模板來擴(kuò)展系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點 : 用戶可根據(jù)自己時間控制系統(tǒng)的要求 ,選用各種合適的擴(kuò)展模塊對 PLC 作硬 件組態(tài) ,以求達(dá)到各種功能或控制精度 ,同時節(jié)省開支 ,減少不必要的投資。循環(huán)解釋運(yùn)行用戶程序 。 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 8 本課題主要研究內(nèi)容 本課題是以小區(qū)供水系統(tǒng)為控制對象，采用 PLC與變頻技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計一套城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)。 由公式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大 時，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 n基本上與電源頻率f成正比。它雖然微化了電路結(jié)構(gòu) ,降低了設(shè)備成本 ,但在壓力設(shè)定和壓力反饋 值的顯示方面比較麻煩 ,無法自動實現(xiàn)不同時段的不同恒壓要求 ,在調(diào)試時 ,PID 調(diào)節(jié)參數(shù)尋優(yōu)困難 ,調(diào)節(jié)范圍小 ,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能不易保證。同時由于 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。管網(wǎng)鋪設(shè)如圖 所示： 第 2 章 系統(tǒng)理論分 析及控制方案確定 11 圖 管網(wǎng)鋪設(shè)圖 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 12 供水系統(tǒng)的恒壓通過壓力變送器、 PID調(diào)節(jié)器和變頻器組成的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制。 水泵的開啟和關(guān)閉，變 頻轉(zhuǎn)工頻等由 PLC 進(jìn)行控制。在用水量不太大時 ,系統(tǒng)中不是所有的水泵在運(yùn)行 ,這樣可以提高水泵的運(yùn)行 壽命 ,同時降低系統(tǒng)的功耗 ,達(dá)到節(jié)能的目的。供水控制器直接對系統(tǒng)中的壓力、液位、報警信號進(jìn)行采集 ,對來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實施控制算法 ,得出對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案 ,通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機(jī)構(gòu) (即水泵 )進(jìn)行控制 。 ⑵ 當(dāng)用水量增加水壓減小時 ,通過壓力閉環(huán)和恒壓控制器 ,增加水泵的轉(zhuǎn)速到另一個新的穩(wěn)定值 ,反之 ,當(dāng)用水量減少水壓增加時 ,通過壓力閉環(huán)和恒壓控制器 ,減小水泵的轉(zhuǎn)速到另一個新的穩(wěn)定值。當(dāng)調(diào)速水泵和工頻運(yùn)行水泵都在運(yùn)行且調(diào)速水泵己運(yùn)行在下限頻率 ,此時管網(wǎng)的實際壓力仍高于設(shè)定壓力 ,此時需要減少工頻運(yùn)行水泵來減少供水流量 ,達(dá)到恒壓的目的。其實 ,在實際應(yīng)用中 ,變頻器長期低頻輸出會導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱，損壞機(jī)組，浪費(fèi)能量。 從上面的分析可以看出 ,恒壓供水實際上是將壓力恒定在一定范圍內(nèi)，而非某個特定值上。對于第二個判別條件 ,通過相同的討論方法也能夠得到類似的結(jié)論。但這個判別條件的滿足也不能夠完全證明當(dāng)前確實需要進(jìn)行機(jī)組切換 ,因為有兩種情況可能使判別條件的成立有問題 :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(jī)組切換的判別條件在一個第 2 章 系統(tǒng)理論分 析及控制方案確定 17 比較短的時間內(nèi)滿足 ,造成判斷上的失誤 ,引起機(jī)組切換的誤操作。 1000= 錯誤 !未找到引用源。Q三大系列 ,在 FX系列中又有 FX15。定位控制達(dá)到 16 軸 ,脈沖串輸出為 J和 K型熱電偶或 Pt 傳感器開發(fā)了溫度模塊。三臺運(yùn)行，一臺備用 變頻器的選型 要對系統(tǒng)所用的變頻器進(jìn)行選型 ,首先 得確定變頻器的容量 ,方法是依據(jù)所配電動機(jī)的額定功率和額定電流來確定變頻器容量。內(nèi)置 PID 模塊與 A/D轉(zhuǎn)換模塊。 觸摸屏的選型 觸摸屏英文名稱為 Programmable Operation Display(簡稱 POD)，即可編程序操作顯示器。 POD 還具有完善易用 的通信功能。為 了改善變頻器的功率因素 ,還應(yīng)在變頻器的 (P1,P2)端子之間接入需相應(yīng)的 DC 電抗器。通過轉(zhuǎn)換開關(guān)及 相應(yīng)的電路來實現(xiàn) , 圖 ,SA為手動 /自動轉(zhuǎn)換開關(guān) ,打在①位置為手動狀態(tài) ,打在②位置為自動狀態(tài)。輸出類型為繼電器型 ,其擴(kuò)展輸出模塊 Fx2N 一 16EYR 有 16個輸出點。變頻器的輸出端嚴(yán)禁和工頻電源相連 ,也就是說不允許一臺電機(jī)同時接到工頻電源和變頻電源的情況出現(xiàn)。變頻器的主電路輸出端子 (U,V,W)經(jīng)接觸器接至三相電動機(jī)上 ,當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向與工頻時電機(jī)轉(zhuǎn)向不一致時 ,需要調(diào)換輸出端子(U,V,W)的相序 ,否則無法工作。 在工業(yè)控制上 POD 作為 PLC 的前端設(shè)備在用戶和機(jī)器（例如變頻器）之間架設(shè)