【正文】 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 27 圖 2泵手動啟動程序 如圖 所示，圖中按下 SB5,斷開 KM2，在 10 個計數(shù)脈沖后起動 M2 在變頻電源下運(yùn)行。如果按鈕SB9沒按，則使用自動運(yùn)行模式。當(dāng)用水量增加水壓減小時，通過壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 。按下 SB10手動啟動變頻器。 圖 工作流程圖 系統(tǒng)起動之后，檢測是自動運(yùn)行模式還是手動運(yùn)行模式。保護(hù)電路檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、 電流值。 4． 制動回路 異步電動機(jī)在再生制動區(qū)域使用時（轉(zhuǎn)差率為負(fù)），再生能量儲存于平波回路電 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 21 容器中，使直流電壓升高。圖 所示是典型的電壓逆變器的例子，其主電路由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸引在整流和逆變時產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。 表 輸出分配表 如表 所示為 PLC 的輸出分配表， KM0 接通電動機(jī) M1 變頻啟動， KM1 接通電動機(jī) M1 工頻啟動， KM2 接通電動機(jī) M2 變頻啟動， KM3 接通電動機(jī) M2 工頻啟動， KM4 接通電動機(jī) M3 變頻啟動， KM5 接通電動機(jī) M3 工頻啟動， KM6 接通變頻器， HL1 指示電動機(jī)M1 變頻啟動， HL2 指示電動機(jī) M1 變工頻啟動， HL3 指示電動機(jī) M2變頻啟動， HL4 指示電動機(jī) M2 工頻啟動， HL5 指示電動機(jī) M3 變頻啟動， HL6 指示電動機(jī) M3 工頻啟動 。圖中的 HL10 為自動運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。 德力西 LD1122/20AC220V 紅色。 斷路器選用 DZ系列 DZ10100/200 產(chǎn)品，其額定電流為 100A,額定電壓為交流380V 極數(shù)為 3極，交流短路極限通斷能力為 12KA，根據(jù)電動機(jī)額定電流 安，查表得熱脫扣器的額定電流應(yīng)為 25A,根據(jù)電磁脫扣器的瞬時動作整定電流，查表可知電磁脫扣器瞬時動作整定電流為 25 10=250 安。 MA、 MC 為變頻器發(fā)生故障的輸出信號，該兩端連接信號燈，以顯示變頻器故障，變頻器面板上有故障復(fù)位按鍵，輕故障用復(fù)位按鍵復(fù)位，可重新啟動變頻器。 圖 PLC 系統(tǒng)的組成 變頻器的選型 調(diào)節(jié)器的輸出信號一 般 是模擬信號， 4～ 20mA 或 0～ 20mA 變化的電流信號或 0～10V 間變化的電 壓信號。初略計算， Inm=P/KU 一般取 1/K=，即對于額定電壓為 380V的電機(jī)來說， Inm=P*。如果用水狀況不變，供水泵站中的所有能夠自動投切的機(jī)組將一直這樣投入 — 切出 — 再投入 — 再切出地循環(huán)下去，這增加了機(jī)組切換的次數(shù)，使系統(tǒng)一直處于不穩(wěn)定的狀態(tài)之中，實際供水壓力也會在很大的壓力范圍內(nèi)震蕩。其實，在實際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率是不可能降到 0HZ。反之，當(dāng)用水量減少水壓增加時，通過壓力閉環(huán)，減小水泵的轉(zhuǎn)速到另一個新的穩(wěn)定值。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全 、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行，防止因電機(jī)過載、變頻器報警、電網(wǎng)過大波動、供水水源中斷造成故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報警量進(jìn)行監(jiān)測，由 PLC 判斷報警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動作控制，以免造成不必要的損失 [7]。另外為加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，還需對供水的上限壓力和下限壓力用電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果可以送給 PLC，作為數(shù)字量輸入；水池水位信號反映水泵的進(jìn)水水源是否充足。調(diào)節(jié)器接收了水壓的實測反饋信號后，將它與 給 定值比較，得到給定值與 實測 值之差。恒壓 供水水壓的高低依需要設(shè)定。其余水泵工頻運(yùn)行，以滿足不同用水量的需求，變頻 — 工頻雙主回路驅(qū)動變頻器閉環(huán)調(diào)壓方式調(diào)節(jié)功能好，節(jié)電效果好且避免因變頻器故障而造成供水系統(tǒng)癱瘓的缺點(diǎn) [4]。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(diǎn)，又能達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 6 性及控制精度的要求。 （ 2） 通用變頻器 +單片機(jī) (包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制 )+人機(jī)界面 +壓力傳感器 這種控制的方式精度比較高、控制算法靈活、參數(shù)調(diào)整方便，具有較高的性價比，但開發(fā)周期長，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現(xiàn)場調(diào)試的靈活性差，同時變頻器在運(yùn)行時，將產(chǎn)生干擾，變頻器的功率越大，產(chǎn)生的干擾越大，所以必須采取相應(yīng)的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，就可以平滑地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。所有泵可設(shè)計成變頻循環(huán)軟啟動的工作方式；在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運(yùn)行時間超過 3h， 則要切換下即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺泵工作時間過長；采用 PID 算法實現(xiàn)水壓的閉環(huán)控制；系統(tǒng)具有自動、手動操作功能。 可以看出，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的研究設(shè)計中，對于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的，因此，有待于進(jìn)一步淡淡的研究改善，使其能更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實踐中。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為 了滿足供水量大小需求的不同時，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足人們的需求，為了能更合理的分配資源，使能最大限的為人們所用，可采用變頻恒壓供水方式來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的供水系統(tǒng)，以達(dá)到供水穩(wěn)定，滿足人們需求，合理優(yōu)化分配等目的。變頻恒壓供水系統(tǒng)由 PLC、變頻器組成的控制系統(tǒng)、電動水泵機(jī)組、壓力傳感器、工控機(jī)等構(gòu)成。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 本科生 畢業(yè)設(shè)計 系 部： 專 業(yè)： 學(xué) 生 姓 名： 班 級： 指導(dǎo)教師姓名： 設(shè) 計 題 目： 基于 PLC的變頻恒壓供水 控制系統(tǒng)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 本系統(tǒng)包含三臺水泵電機(jī)，采用變頻器實現(xiàn)對水泵電機(jī)的軟啟動和變頻調(diào)速，組成變頻循環(huán)運(yùn)行方式。 本文介紹的是關(guān)于變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計，因為變頻恒壓供水系統(tǒng)有高效節(jié)能，恒壓供水，安全衛(wèi)生，自動運(yùn)行，管理簡便等優(yōu)點(diǎn)，非常適合現(xiàn)在的國民需求。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機(jī)組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機(jī)組運(yùn)行的情況，因而投資成本高。 PLC 概述 可編程序控制器 (program logical controller)，簡稱 PLC，是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，它是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置，是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)國家自動控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。 根據(jù)以上控制要求，進(jìn)行系統(tǒng)的總控制方案設(shè)計。但是，單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行性能惡化。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。 恒壓供水系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 恒壓供水泵站一般需設(shè)多臺水泵電機(jī)，這比設(shè)單臺水泵及電機(jī)節(jié)能而可靠。 圖 。供水距離越遠(yuǎn)，用P L C 送水 消防 生活 變頻器 工頻 /變頻切換電路 1 號泵 2 號泵 3 號泵 壓力罐 壓力傳感器 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 7 水地點(diǎn)越高，系統(tǒng)所需供水壓力越大。如給定值 大于 實際 值，說明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速．如水壓高于理想水壓，要降低水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。信號有效時，控制系統(tǒng)要對系統(tǒng)實施保護(hù)控制，以防止水泵空抽而損壞電機(jī)和水泵。 變頻恒壓供水系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標(biāo)，在控制上實現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實際供水壓力跟隨設(shè)定的供水壓力。 (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，若此時用戶管網(wǎng)的實際壓力還未達(dá)到設(shè)定壓力，并且滿足增加水泵的條件時，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(yùn)行 )，同時變頻泵 M1 做工頻運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。因為當(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 阻止源水池中的水進(jìn)入管網(wǎng)，因此，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率下 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 10 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。這樣的工作狀態(tài)既無法提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，也使得機(jī)組由于相互切換頻繁而增大磨損，減少運(yùn)行壽命。 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 12 PLC 的選型 該系統(tǒng)有 7個輸入信號和 13 個輸出信號，表 是將控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號。 信 號的量值與前邊提到的差值成比例，用于驅(qū)動執(zhí)行設(shè)備工作。 S1 和 S2 短接，并與 S3 連接到 PLC 的輸出點(diǎn)上，由 PLC 控 制變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷； U、 V、 W 輸出端并聯(lián)三個接觸器分別接 M M M3 水 泵電機(jī)，變頻器可分別驅(qū)動三臺泵，另外這三臺泵電機(jī)還通過另外三個接觸器并聯(lián)到工頻電源上，這 6 個接觸器接線連接到 PLC 的四個輸出點(diǎn)上，由 PLC 控制其工頻、變頻切換工作，變頻控制系統(tǒng)主回路如圖 所示 [5]。它滿足電磁脫扣器的瞬時動作整定電流AKII qz ????? ，因此此型號滿足設(shè)計要求，而 FU2 和 FU3 控制電路熔斷器則選用正泰 RT1420 10A[11]。 N L1 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 16 主電路圖 如圖 所示為電控系統(tǒng)的主電路圖。對變頻器 R 進(jìn)行復(fù)位時只提供一個觸點(diǎn)信號，由于 PLC 為 4 個輸出點(diǎn)為一組共用一個 COM 端，而本系統(tǒng)又沒有剩下單獨(dú)的 COM 端輸出組，所以通過一個中間繼電器 KA 的觸點(diǎn)對變頻器實行復(fù)頻控制，火災(zāi)時，火災(zāi)信號 SA1 被觸動， X0 為 1。 PLC 的接線圖 圖 所示是 PLC 的接線圖，其中 KM HL1 分別是 1泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈， KM HL2 分別是 1泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈， KM HL3 分別是 2泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈， KM4， HL4 分別是 2泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈， KM5， HL5 分別是3泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈， KM6， HL63分別是泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈。另外，異步電動機(jī)需要制動時，有時要附加“制動回路”。一般 說來，由機(jī)械系統(tǒng)（含電動機(jī)）慣量積蓄的能量比電容能儲存的能量大，需要快速制動時，可用由逆變流器向電源反饋或設(shè)置制動回路（開關(guān)和電阻）把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓上升 [14]。 變頻器的特點(diǎn) 變頻器具有過壓、欠壓、過流、過載、短路、失速等自動保護(hù)功能。如果是手動運(yùn)行模式則進(jìn)行手動操作，人們根據(jù)自己的需要操作相應(yīng)的按鈕，系統(tǒng)根據(jù)按鈕執(zhí)行相應(yīng)操作。當(dāng)系統(tǒng)壓力不夠需要增加泵時，按下 SBn（ n=1,3,5） 按鈕，此時切斷電機(jī)變頻，同時啟動電機(jī)工頻運(yùn)行 ,再起動下一臺電機(jī)。反之用水量減少水壓增加時，水泵按設(shè)定 的速率減速到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 .當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻時，水壓仍低于設(shè)定值，由 PLC控制切換至工頻電網(wǎng)后恒速運(yùn)行 。 KM0 吸合變頻起動 1水泵。 圖 1泵手動啟動程序 如圖 所示，圖中按下 SB4,斷開 KM1，在 10 個計數(shù)脈沖后起動 M1 在工頻電源下運(yùn)行 圖 工頻電源 2泵運(yùn)行程序 如圖 所示，按下 SB6,斷開 KM3，在 10 個計數(shù)脈沖后起動 M2 在工頻電源下運(yùn)行 圖 工頻電源 3泵運(yùn)行程序 如圖 所示，按下 SB8,斷開 KM5，在 10 個計數(shù)脈沖后起動 M3 在工頻電源下運(yùn)行。 圖 1泵手動啟動程序 如圖 所示，按下 SB3,斷開 KM0，在 10 個計數(shù)脈沖后起動 M1 在變頻電源下運(yùn)行。 長沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 25 PLC 編程及介紹 自動運(yùn)行 圖 1泵啟動程序 如圖 所示，圖中按下起動按鈕 SB1，系統(tǒng)檢測采用哪種運(yùn)行模式。系統(tǒng)開始工作時，供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運(yùn)行，第一臺水泵 M1，啟動且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間 M1處在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)。 手動控制部分 當(dāng)按下 SB9按鈕，用手動方式。工作流