【正文】 另外本文的設(shè)計(jì)、控制方法完全可以用于恒風(fēng)壓控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的變頻節(jié)能，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)和水泵的PLC 在 恒 壓 供 水 中 的 應(yīng) 用第 43 頁 能耗大約占整個電能能耗的三分之一左右。根據(jù)供水的要求，此裝置屬于一拖二閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，且變頻器帶動的電機(jī)可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。PLC 在 恒 壓 供 水 中 的 應(yīng) 用第 41 頁 1泵故障，2泵變頻畫面 經(jīng)濟(jì)效益分析從流體力學(xué)原理知道，水泵供水流量與電動機(jī)轉(zhuǎn)速及功率的關(guān)系為 12Qn?212()H312()Pn?式中 為供水流量， 為揚(yáng)程， 為電動機(jī)軸功率， 為電動機(jī)轉(zhuǎn)速。在窗口的右半部分右擊，再新建變量，并選擇好變量的類型，最后保存即可。該控制系統(tǒng)畫面主要有主畫面、參數(shù)設(shè)置、供電回路、實(shí)時曲線、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、歷史記錄查詢、故障報(bào)警等畫面組成，在上位機(jī)上可以顯示各個電機(jī)的電流、頻率、水位、水壓、工頻和變頻運(yùn)行的時間以及各泵的運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)。PLC 在 恒 壓 供 水 中 的 應(yīng) 用第 35 頁 1泵工頻運(yùn)行，2泵變頻運(yùn)行當(dāng)水泵出現(xiàn)故障，啟動備用泵，圖 412 為 1泵出現(xiàn)故障的界面。S7PLCSIM是 STEP7 中的一個非常實(shí)用的軟件。程序編輯過程中的語法檢查功能可以提前避免一些語法和數(shù)據(jù)類型方面的錯誤。其 I/ O 分配如表 所示。PLC 在 恒 壓 供 水 中 的 應(yīng) 用第 25 頁 S B 1S B 2S B 3F RK M 1K M 2K M 1K M 1K M 2K M 2 電氣原理圖S B 1S B 2S B 3C O M C O MK M 1K M 2I 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2F RQ 0 . 0Q 0 . 1 I/O接線圖 電機(jī)正反轉(zhuǎn)梯形圖 邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法在繼電器—接觸器控制線路中用邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法比較容易獲得設(shè)計(jì)方案。其它參數(shù)的設(shè)置如表 所示[17] 。根據(jù)以上原則，這次設(shè)計(jì)選擇西門子 S7200 系列的 CPU222AC/DC。所以為了避免誤動作，斷路器 的2QF額定電流 應(yīng)選qnI （A） ()?????:式中 為變頻器的額定輸出電流nI所以 ， 選 90A。可廣泛應(yīng)用于航空航天、科學(xué)試驗(yàn)、石油化工、制冷設(shè)備、污水處理、工程機(jī)械等液壓系統(tǒng)產(chǎn)品及所有壓力測控領(lǐng)域[13]。它按照專用要求設(shè)計(jì)，并使用內(nèi)部功能互聯(lián)(BiCo)技術(shù)，具有高度可靠性和靈活性，牢固的 EMC(電磁兼容性) 設(shè)計(jì)；控制軟件可以實(shí)現(xiàn)專用功能：多泵切換、手動/自動切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運(yùn)行方式等[14]。3m表 供水規(guī)模換算表用水標(biāo)準(zhǔn)（ /人日）3戶數(shù) 450 500 600 700 800 1000 3. 根據(jù)供水量和高度確定水泵型號和臺數(shù),并對電動機(jī)進(jìn)行選型,見表 。 供水設(shè)備的選擇原則在做供水系統(tǒng)時，應(yīng)先選擇水泵和電機(jī)，選擇依據(jù)是供水規(guī)模（供水流量）。13241 號泵變頻運(yùn)行2 號泵停止1 號泵工頻運(yùn)行2 號泵變頻運(yùn)行1 號泵停止2 號泵變頻運(yùn)行1 號泵變頻運(yùn)行2 號泵工頻運(yùn)行 控制原理框圖 控制系統(tǒng)的工作原理如下:根據(jù)系統(tǒng)用水量的變化，控制系統(tǒng)控制 2 臺水泵按 1—2—3—4—1 的順序運(yùn)行，以保證正常供水。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；通用性強(qiáng)，由于 PLC 產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。此外，由于水泵平均轉(zhuǎn)速下降、工作過程中平均轉(zhuǎn)矩減小的原因，使:(1) 葉片承受的應(yīng)力大為減小。這也同樣會引起壓力沖擊和水錘效應(yīng)。就是說，保持供水系統(tǒng)中某處的壓力的恒定，也就保證了使該處的供水能力和用水流量處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了用戶所需的用水流量，這就是恒壓供水所要達(dá)到的目的[7][8]。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果最基本的方面。當(dāng)通過關(guān)小閥門來實(shí)現(xiàn)時，管阻特性將改變?yōu)榍€③，而揚(yáng)程特性則仍為曲線①，故供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)移至 E 點(diǎn)，這時，流量減小為 QE(=Qx)；揚(yáng)程增加為HE；供水功率 PC 與面積 ODEJ 成正比。常見的方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種。因此，所選電動機(jī)的額定功率應(yīng)等于或稍大于計(jì)算所得的功率。液體由葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中。進(jìn)行了控制系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)、PLC 在 恒 壓 供 水 中 的 應(yīng) 用第 4 頁 控制電路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的控制設(shè)備選用 S7200 系列的 PLC（CPU222），變頻器選用西門子泵類專用的變頻器 MM430。(2) 國內(nèi)中小型供水廠變頻恒壓供水系統(tǒng)這類變頻供水系統(tǒng)主要用于中小供水廠或大中城市的輔助供水廠。目前國外的恒壓供水系統(tǒng)變頻器成熟可靠，恒壓控制技術(shù)先進(jìn)。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控。在通常的城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水中，基本上都是靠供水站的電動機(jī)帶動離心水泵，產(chǎn)生壓力使管網(wǎng)中的自來水流動，把供水管網(wǎng)中的自來水送給用戶。保持管網(wǎng)的水壓恒定供水，可使供水和用水之間保持平衡，不但提高了供水的產(chǎn)量和質(zhì)量，也確保了供水生產(chǎn)以及電機(jī)運(yùn)行的安全可靠性。而變頻調(diào)速式的運(yùn)行十分穩(wěn)定可靠，沒有頻繁的啟動現(xiàn)象，啟動方式為軟啟動，設(shè)備運(yùn)行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機(jī)械沖擊，也沒有水塔供水所帶來的二次污染的危險(xiǎn)。但在大功率大容量變頻器上，國產(chǎn)變頻器有待于進(jìn)一步改進(jìn)和完善。目前，國內(nèi)除了高壓變頻供水系統(tǒng)，多數(shù)變頻供水系統(tǒng)均聲稱只要改變?nèi)萘烤涂梢酝ㄓ糜诟鞣N供水范圍，但在實(shí)際運(yùn)用中，不同供水環(huán)境對變頻器的要求和控制方式是不一致的，大多數(shù)變頻器并不能真正實(shí)現(xiàn)通用。在泵啟動前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體:啟動后，葉輪由軸帶動高速轉(zhuǎn)動，葉片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動。(2) 如果電動機(jī)功率選得過大，就會出現(xiàn)“小馬拉小車” 現(xiàn)象，其輸出機(jī)械功率不能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不高，不但對用戶和電網(wǎng)不利，而且還會造成電能浪費(fèi)。水泵的調(diào)節(jié)方式可分為恒速調(diào)節(jié)與變速調(diào)節(jié)。閥門控制法的實(shí)質(zhì)是水泵本身的供水能力不變，而是通過改變水路中的阻力大小來強(qiáng)行改變流量，以適應(yīng)用戶對流量的要求。這時流量減小為 QE（=Qx），揚(yáng)程減小為 Hc，供水功率 PC 與面積 0DCK 成正比。如：供水能力 QG用水需求 QU，則壓力上升（P↑ ）；如：供水能力 QG用水需求 QU，則壓力上升（P↓ ）；PLC 在 恒 壓 供 水 中 的 應(yīng) 用第 9 頁 如：供水能力 QG=用水需求 QU，則壓力上升（P 不變）。水錘效應(yīng)具有極大的破壞性，壓強(qiáng)過高，將引起管道的破裂，反之，壓強(qiáng)過低又會導(dǎo)致管道的癟塌。圖中，曲線簇 1 是異步電動機(jī)在不同頻率下的機(jī)械特性，曲線 2 是水泵的機(jī)械特性，中間的鋸齒狀線是升速過程中的動態(tài)轉(zhuǎn)矩( 即不同頻率時電動機(jī)機(jī)械特性與水泵機(jī)械特性之差)。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)要求，結(jié)合系統(tǒng)的使用場所，本次設(shè)計(jì)才用通用變頻器+PCL( 包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)+人機(jī)界面+壓力傳感器的構(gòu)成方案。利用單臺變頻器控制多臺水泵的控制方案適用于大多數(shù)供水系統(tǒng)，是目前應(yīng)用中比較先進(jìn)的一種方案。當(dāng)控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 4 時，用水量減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻率時，表示只有 1 臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)供水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)的控制，2 號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器啟動 1 號泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 4。表 不同住宅類型的用水標(biāo)準(zhǔn)住宅類型給水衛(wèi)生器具完善程度 用水標(biāo)準(zhǔn)（ /人日）3m小時變化系數(shù)1 僅有給水龍頭 ～ ～2 有給水衛(wèi)生器具，但無淋浴設(shè)備 ～ ～3 有給水衛(wèi)生器具，并有淋浴設(shè)備 ～ ～4 有給水衛(wèi)生器具，但無淋浴設(shè)備和集中熱水供應(yīng)～ ～PLC 在 恒 壓 供 水 中 的 應(yīng) 用第 15 頁 2. 供水規(guī)模換算表。根據(jù)表 確定水泵型號為 100DL3，工 3 臺(其中一臺做備用)，水泵自帶電動機(jī)功率為 30kW。經(jīng)后續(xù)電路給電橋供電，并對輸出信號進(jìn)行放大、溫度補(bǔ)償及非線性修正、V/I 變換等處理，對供電電壓要求寬松，具有 4～20mA 標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。 其他低壓電器的選擇1. 斷路器的選擇（1） ， 選擇。 PLC的選型 I/O點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)恒壓變頻供水控制系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)如表 所示。PLC 在 恒 壓 供 水 中 的 應(yīng) 用第 22 頁 L 1 L 2 L 3UV WV V V FM 1 M 2 M 3～～～Q F 2 Q F 1Q F 3F R 1 F R 2 F R 3K M 1K M 2K M 3K M 4K M 5F UL 1L 2L 3接P L CI 0 . 72 0 2 1 2 21 0 1 1接壓力傳感器接P L CI 0 . 3接P L CI 0 . 4 主電路圖。1. 翻譯設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)步驟如下：(1) 將檢測元件、控制元件(如行程開關(guān)、按鈕等) 合理安排,接入 PLC 的輸入口；(2) 將被控對象 (如電磁閥線圈、接觸器線圈等) 接入 PLC 的輸出口；(3) 把由繼電器 —接觸器完成的控制功能由 PLC 的軟件(即梯形圖) 來完成。為討論方便,設(shè)4 臺通風(fēng)機(jī)分別為 A、B 、C 、D ,現(xiàn)以綠燈常亮的設(shè)計(jì)原理為例，其余類推。STEP7Micro/WIN32 的基本功能是協(xié)助用戶完成開發(fā)應(yīng)用軟件的任務(wù)，例如創(chuàng)建用戶程序，修改和編輯原有的用戶程序，編輯過程中編輯器具有簡單的語法檢查功能。PLC 程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接受外部開關(guān)信號的輸入以及水池水位信號，判斷當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)是否正常，然后執(zhí)行程序，由輸出信號去控制接觸器、繼電器和變頻器等器件，以完成相應(yīng)的控制任務(wù)， PLC 主要控制任務(wù)就是根據(jù)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)工頻和變頻的切換。 S7PLCSIM軟件的界面 恒壓供水系統(tǒng)程序的仿真調(diào)試在編程窗口中把程序下載到仿真 PLC 中，如圖 所示。其次建立變量標(biāo)簽：每個標(biāo)簽需要對每個變量的標(biāo)簽名，數(shù)據(jù)類型，地址進(jìn)行設(shè)置。PLC 在 恒 壓 供 水 中 的 應(yīng) 用第 37 頁 WinCC資源管理器窗口在資源管理器窗口里點(diǎn)擊新建按鈕，出現(xiàn)如圖 所示的窗口，輸入項(xiàng)目的名稱，并選擇好保存的路徑，單擊“創(chuàng)建” 按鈕，一個新的工程就建立了。 監(jiān)控主畫面 1泵變頻的界面如圖 所示。PLC 在 恒 壓 供 水 中 的 應(yīng) 用第 42 頁 第五章 總結(jié)與期望 總結(jié)本課題主要研