【正文】 從開(kāi)始的畢業(yè)設(shè)計(jì)講課答疑，平時(shí)資料的搜集，一直到現(xiàn)在畢業(yè)論 文的最終完成，老師在每一個(gè)階段都激勵(lì)著我們前進(jìn)。恒壓供水系統(tǒng)以 PLC和變頻器為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，借助于 PLC強(qiáng)大而靈活的控制功能和內(nèi)置 PID的變頻器優(yōu)良的變頻調(diào)速性能，實(shí)現(xiàn)了恒壓供水的控制。 鏈接成功后， 選擇“ OS 安裝 — GOT”標(biāo)簽卡，然后在對(duì)話框中選擇“中文（簡(jiǎn)體）”即可， 如圖 。 指定顏色：利用此功能設(shè)置畫面的背景顏色。 6．硬件方面的設(shè)置結(jié)束以后，開(kāi)始畫面切換的設(shè)置。 （圖 ） (1) GOT類型選擇 圖 圖 在如圖 ，通過(guò)下拉列表可以選擇支持的觸摸（ 2） 屏型號(hào)。 先安裝 （ 1） 再運(yùn)行 圖 出現(xiàn)上 圖 的 對(duì)話框，如果重新設(shè)計(jì)工程就點(diǎn)擊“新建”，如果有已經(jīng)編輯好的工程，就選擇“打開(kāi)”。 (2) 系統(tǒng)信息切換按鈕 是用來(lái)切換應(yīng)用程序上的語(yǔ)言和系統(tǒng)報(bào)警的語(yǔ)言的按鈕。使編制的程序更加直觀和方便。如今，人機(jī)界面已經(jīng)成為高級(jí)設(shè)備控制終端的流行裝置，它可以方 便地將 CPU 的內(nèi)部寄存器和繼電器展示出來(lái)，并且加以編輯及控制。為了變頻向工頻切換時(shí)保護(hù)變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時(shí)，用時(shí)間繼電器作了時(shí)間延遲，當(dāng)壓力過(guò)大時(shí)，可以手動(dòng)按下 SBn（ n=2,4,6） 按鈕，切斷工頻運(yùn)行的電機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)變頻運(yùn)行。如果 當(dāng)前管道壓力值等于設(shè)定壓力，持續(xù)三秒，則不執(zhí)行增減泵程序。 按鈕 SB 的選擇： PLC 各輸入點(diǎn)的回路的額定電壓直流 24V，各輸入點(diǎn)的回路的額定電流均小于 40mA，按鈕均只需具有 1 對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)，按鈕均選用LAY3—11 型，其主要技術(shù)參數(shù)為： UN=24VDC， IN=， 含 1 對(duì)常開(kāi)和 1 對(duì)常閉觸點(diǎn)。 壓力傳感器的接線圖 壓力傳感器使用 型絕對(duì)壓力傳感器。 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn) : 1） 高效節(jié)能 變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備使整個(gè)供水系統(tǒng)始終保持最優(yōu)工作狀態(tài)節(jié)電率可達(dá)35%—60% ，這一特點(diǎn)已被廣大用戶所認(rèn)識(shí)并帶來(lái)效益 2）占地面積小，投人少，效率高 采用水池上直接安裝立式泵，控制間只要安放一到兩個(gè)控制柜，體積很小，整個(gè)系統(tǒng)占 地面積非常小，可以節(jié)省投資。所以，在負(fù)載電流減小之前要進(jìn)行控制，抑制頻率上升或使頻率下降。有冷卻風(fēng)機(jī)的裝置，但風(fēng)機(jī)異常時(shí)裝置內(nèi)溫度將上升，因此采用風(fēng)機(jī)熱繼電器或器件散熱片溫度傳感器，檢出異常后停止逆變器?？梢圆扇⊥Ｖ鼓孀兤鬟\(yùn)轉(zhuǎn)或停止快速減速的辦法，防止過(guò)電壓。由于逆變器負(fù)載側(cè)短路等，流過(guò)逆變器器件的電流達(dá)到異常值（超過(guò)容許值）時(shí)，瞬時(shí)停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)，切斷電流。在控制電路 B 部分增加了速度檢測(cè)電路，即增加了速度指令，可以對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行控制更精確的閉環(huán)控制。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路的構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡(jiǎn)單的平波回路。對(duì)于需要更精密速度或快速響應(yīng)的場(chǎng)合，運(yùn)算還應(yīng)包含由變頻器主電路和傳動(dòng)系統(tǒng)檢測(cè)出來(lái)的信號(hào)和保護(hù)電路信號(hào)，即防止因變頻器主電路的過(guò)電壓、過(guò)電流引起的損失外，還應(yīng)保護(hù)異步電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)等 。程序開(kāi)始時(shí)，進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換程序，將供水的壓力值存入 PLC 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 D48，而液面高度存入 D1 里。 系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)， KM0 閉合， 1水泵以變頻方式運(yùn)行。 （ 1）順序控制 例如：注塑機(jī)械、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械、包裝機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等等。（ Programmable Logic Controller, 簡(jiǎn)稱PLC）。 熔斷器（ FU）是電路中的一種簡(jiǎn)單的短路保護(hù)裝置。用于在供水控制器的控制下完成對(duì)水泵的切換、手 /自動(dòng)切換。 ②報(bào)警 信號(hào)：它反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，水泵電機(jī)是否過(guò)載、變頻器是否有異常。 p — 電機(jī)極對(duì)數(shù) 。變頻恒壓供水的調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。以變頻器為核心結(jié)合PLC 組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力、組合靈活、編程簡(jiǎn)單、維修方便和低成本低能耗等諸多特點(diǎn)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場(chǎng)所。從查閱的資料的情況來(lái)看，國(guó)外的恒壓供水工程在設(shè)計(jì)時(shí)都采用一臺(tái)變頻器只帶一臺(tái)水泵機(jī)組的方式，幾乎沒(méi)有用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)水泵機(jī)組運(yùn)行的情況，因而投資成本高。 引言 目前 ,居民生活用水和工業(yè)用水增長(zhǎng)幅度日益加大 .由于居民日常生活用水會(huì)隨季節(jié)、 晝夜等時(shí)間段的不同而不同 ,如采用傳統(tǒng)的供水方式則會(huì)出現(xiàn)供水和用水不平衡的現(xiàn)象 ,造成資源浪費(fèi)。通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)與工作原理的探究與對(duì)模擬用戶供水的工作過(guò)程和控制要求分析，給出了模擬用戶用水時(shí)間 直觀圖 、恒壓供水原理圖，并采用 PLC 控制變頻調(diào) 速器達(dá)到恒壓供水的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì)，列出了 PLC 的 I/O 地址分配表 ,繪制了 PLC 的 I/O 分配圖和 PLC 控制原理 圖，編寫 PLC 控制程序的梯形圖和指令表 。由觸摸屏界面 （ GT） 控制和監(jiān)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和數(shù)據(jù)， 使整個(gè)控制系統(tǒng)的操作變得簡(jiǎn)單，方便。傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足人們的要求 .為了節(jié)約能源 , 可采用變頻恒壓供水方式對(duì)傳統(tǒng)供水系統(tǒng)加以改造 ,以達(dá)到節(jié)能、控制簡(jiǎn)單、供水穩(wěn)定、減少污染等目的。即 1968 年，丹麥的丹佛斯公司發(fā)明并首家生產(chǎn)變頻器 (丹佛斯是傳動(dòng)產(chǎn)品全球五大核心供應(yīng)商之一 )后，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動(dòng)化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)以及顯 著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后，國(guó)外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開(kāi)始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像瑞典、瑞士的 ABB 集團(tuán)推出了 HVAC 變頻技術(shù)，法國(guó)的施耐德公司就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”，“變頻泵循壞方式”兩種模式。 可以看出，目前在國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對(duì)于能適應(yīng)不同的用水場(chǎng)合，結(jié)合 現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性 (EMC)的變頻但壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。 本文的主要工作 本文采用電動(dòng)機(jī)、變 頻器與可編程控制器 (PLC)構(gòu)成控制系統(tǒng)， 用觸摸屏界面 進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)整泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。在實(shí)際應(yīng)用中如何充分利用專用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻恒壓供水設(shè)備、降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。 s — 轉(zhuǎn)差率 . 因此 ,當(dāng)調(diào)節(jié)泵的流量時(shí) , 通過(guò)改變頻率調(diào)節(jié)電機(jī)速度 ,即采用變頻調(diào)速法 , 比采用調(diào)節(jié)閥門法節(jié)能 . 恒壓供水系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 供水系統(tǒng)的構(gòu)成 圖 供水系統(tǒng)方 案圖 如下圖 所示，整個(gè)系統(tǒng)由三臺(tái)水泵，一臺(tái) PLC 和一個(gè)壓力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。該信號(hào)為開(kāi)關(guān)量信號(hào)。 （ 4） 人機(jī)界面 （ GT） 人機(jī)界面是人與機(jī)器進(jìn)行信息交流的場(chǎng)所。使用中，由于電流超過(guò)允許值產(chǎn)生的熱量使串接于主電路中的 熔體熔化而切斷電路，防止電氣設(shè)備短路和嚴(yán)重過(guò)載。 16 位和 32 位微處理器的應(yīng)用，使 PLC 得到了驚人的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為自動(dòng) 化技術(shù)的三大支柱之一。 （ 2）運(yùn)動(dòng)控制（ 3）過(guò)程控制 PLC 能控制大量的過(guò)程參數(shù)，例如：溫度、流量、壓力、液位和速度。 當(dāng)變頻器的運(yùn)行超出設(shè)定值時(shí)輸出一個(gè)上限信號(hào)， PLC 通過(guò)這個(gè)上限信號(hào)后將 1水泵由變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行， KM0 斷開(kāi)， KM1 吸合，同時(shí) KM2 吸合變頻起動(dòng)第 2水泵。 PLC 參考程序流程 如圖 ： 圖 PLC 參考程序流程圖 PLC 的選型 水泵 M M2， M3 可變頻運(yùn)行，也可工頻運(yùn)行，需 PLC 的 6 個(gè)輸出點(diǎn)，變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷由 PLC 的 1 個(gè)輸出點(diǎn)，控制變頻器使電機(jī)正轉(zhuǎn)需 1 個(gè)輸出信號(hào)控制，報(bào)警器的控制需要 1 個(gè)輸出點(diǎn)， 用戶的控制需要 5 個(gè)輸出點(diǎn) ，輸出 點(diǎn)數(shù)量一共 14 個(gè)。 圖 變頻器的構(gòu)成 給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。 ③ 逆變器 同整流器相反，逆變器的作用是將直流功率變換為所需要頻率的 交流功率，根據(jù)PWM 控制信號(hào)使 6 個(gè)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷，就可以得到三相頻率可變的交流輸出。 控制電路主要包括： ① 運(yùn)算電路 將 外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、功率。交流器的輸出電流達(dá)到異常值，也同樣停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)。 4）瞬時(shí)停電保護(hù)。 （ 2） 異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù) 1）過(guò)載保護(hù)。對(duì)于恒速運(yùn)轉(zhuǎn)中的過(guò) 電流，也進(jìn)行同樣的控制。另外不用水塔或天面水池、控制間不設(shè)專人管理、設(shè)備故障率極低等方面都實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步減少投資，運(yùn)行管理費(fèi)低的特點(diǎn)，再加上變頻供水的節(jié)能優(yōu)點(diǎn)，都決定了此變頻恒壓供水系統(tǒng) 占地面積小，投人少，效率高 。 該 傳感器采用硅壓阻效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量的力－電轉(zhuǎn)換。 表 元件表總圖 表 水泵的參數(shù) 元件 符號(hào) 型號(hào) 個(gè)數(shù) 可編程控制器 PLC FX2n48MR 1 變頻器 FRA500 系列 1 接觸器 KM SCE03C 7 水泵 M1,M2,M3 BL550 3 閘刀開(kāi)關(guān) QS HD11100/18 1 熔斷器 FU1， FU2， FU3 RT18 6A 3 熱繼電器 FR1， FR2， FR3 JR3620 3 按鈕 SB LAY3—11 13 水泵 符號(hào) 型號(hào) 流量(L/min) 揚(yáng)程 (m) 轉(zhuǎn)速 (r/min) 電機(jī)功率 (kw) M1,M2,KM3 BL550 147 19 2800 表 變頻器的參數(shù) 當(dāng)需要校準(zhǔn)時(shí)，用 Pr902~Pr905 校正變頻器的輸出，并且在變頻器停止時(shí)，在 PU 模式輸入表 所示的值。 自動(dòng)運(yùn)行 如圖 ，為該系統(tǒng)的自動(dòng)手動(dòng)運(yùn)行控制面板，將系統(tǒng)狀態(tài)開(kāi)關(guān)打到自動(dòng)，然后 在自動(dòng)控制按鍵組里按下自動(dòng)按鈕，系統(tǒng)就 由 PLC分別控制某臺(tái)電機(jī)工頻和變頻繼電器，在條件成立時(shí)，進(jìn)行增泵升壓和減泵降壓控制 . 升壓控制：系統(tǒng)工作時(shí)，每臺(tái)水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動(dòng)狀態(tài)、變頻器拖動(dòng)調(diào)速狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài) .系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開(kāi)始運(yùn)行第一臺(tái)水泵 M1，啟動(dòng)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(shí)，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) .當(dāng)用水量增加水壓減小時(shí)，通過(guò)壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個(gè)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 。可根據(jù)需要，停按不同電機(jī)對(duì)應(yīng)的啟停按鈕，可以依次實(shí)現(xiàn)手動(dòng)啟動(dòng)和手動(dòng)停止三臺(tái)水泵 .該方式僅供自動(dòng)故障時(shí)使用 。它使