【正文】 了一條橋梁，可以用一種簡單明了而又靈活的方式來取代傳統(tǒng)設(shè)備大量的觸華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 22 控按鈕、指示燈、選擇開關(guān)等。用于閉式水循 環(huán)系統(tǒng)中，起到了平衡水量及壓力的作用，避免安全閥頻繁開啟和自動(dòng)補(bǔ)水閥頻繁補(bǔ)水，當(dāng)外界有壓力的水進(jìn)入膨脹罐氣囊內(nèi)時(shí)，密封在罐內(nèi)的氮?dú)獗粔嚎s，體積變小壓力升高，直到膨脹罐內(nèi)氣體壓力與水的壓力達(dá)到一致時(shí)停止進(jìn)水。為風(fēng)機(jī)、泵用 P11S 系列 ,標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有風(fēng)機(jī)、泵最佳第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 21 自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行方式，泵用容量 。 /h,揚(yáng)程 60 米左右 ,出水口水壓大小為 ； ⑵ 系統(tǒng)能自動(dòng)可靠運(yùn)行 ,為方便檢修和應(yīng)急 ,應(yīng)具備手動(dòng)功能 ,各主泵均能可靠地實(shí)觀軟啟動(dòng)； 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 20 ⑶ 具有完善的保護(hù)和報(bào)警功能 ,系統(tǒng)要求較高的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性能。由于 FX2N 系列具備如下特點(diǎn) :最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊 ,它可以在實(shí)際自動(dòng)化工程應(yīng)用中提供最大的靈活性和控制能力。因此我們?cè)谶x第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 19 擇 PLC 時(shí) ,要考慮 PLC 的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內(nèi)存空間、通訊接口及協(xié)議、帶擴(kuò)展模塊的能力和編 程軟件的方便與否等多方面因素 ,以日本三菱 PLC例 ,該 PLC有 FX。 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 18 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主要裝備選型 參照華北地區(qū)人均用水量及 所選 居民小區(qū)進(jìn)行需水量計(jì)算 ，數(shù)據(jù)如下： 8棟樓，供水目標(biāo)為 6~15 層，每層 8戶，每戶 4 人，人均用水 190L/日則 高峰期流量 =8 10 8 4 190 247。如果變頻器的輸出為下限頻率 ,則只有當(dāng)實(shí)際的供水壓力比設(shè)定壓力大 2Pd 的時(shí)候才允許進(jìn)行機(jī)組的增加。同時(shí) ,在切換過程和變頻器從啟動(dòng)到穩(wěn)定的過程中 ,系統(tǒng)的供水情況是不穩(wěn)定的 ,實(shí)際供水壓力也會(huì)在很大的壓力范圍內(nèi)震蕩。由于在變頻運(yùn)行狀態(tài)下 ,水泵機(jī)組中電機(jī)的運(yùn)行頻率由變頻器的輸出頻率決定 ,這個(gè)頻率仍遠(yuǎn)高于設(shè)定的水泵切換所需下限頻率。通過水泵機(jī)組切換 ,增加運(yùn)行機(jī)組數(shù)量來實(shí)現(xiàn) 恒壓。而最后一臺(tái)變頻泵則絕對(duì)不會(huì)關(guān)閉。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(bào)警、電網(wǎng)過大波動(dòng)、供水水源中斷造成故障 ,因此系統(tǒng)必須要對(duì)各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測(cè) ,由 PLC 判斷報(bào)警類別 ,進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作控制 ,以免造成不必要的損失。 ⑶ 控制機(jī)構(gòu) :供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中 ,包括供水控制器 (PLC系統(tǒng) )、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分。供水系統(tǒng)的增容和減容容易 ,無需更換水泵 ,只要再增加恒速泵即可 。 為了減少對(duì)泵組、管道所產(chǎn)生的水錘 ,泵組配置電動(dòng)蝶閥 ,開啟水泵后打開電動(dòng)碟閥 ,當(dāng)水泵停止時(shí)先關(guān)電動(dòng)碟閥后停機(jī)。而高水 位區(qū)選擇使用一臺(tái)變頻器對(duì)多臺(tái)水泵進(jìn)行循環(huán)控制。通用性強(qiáng) ,由于 PLC 產(chǎn)品的系列化和模塊化 ,用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。系統(tǒng) 主要的設(shè)計(jì)任務(wù)是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺(tái)水泵或循環(huán)控制多臺(tái)水泵 ,實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的軟起動(dòng)以及變頻水泵與工頻水泵的切換 ,同時(shí)還要能對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。 從式 可知，三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有： ⑴ 改變 電源頻率； ⑵ 改變電機(jī)極對(duì)數(shù)； ⑶ 改變轉(zhuǎn)差率； 改變電機(jī)極對(duì)數(shù)調(diào)速的調(diào)控方式控制簡單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高；但需要專門的變極電機(jī)，是有級(jí)調(diào)速，而且級(jí)差比較大即變速時(shí)轉(zhuǎn)速變化較大，轉(zhuǎn)矩也變化大，因此只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機(jī)械。這種編程方法是在傳統(tǒng)繼電器梯形圖基礎(chǔ)上進(jìn)行一定演變而形成的 ,突出了各編程原件之間的邏輯關(guān)系。通常 ,一個(gè) PLC 機(jī)架只能容納一定數(shù)量的模塊插件 ,這種包含主機(jī)模塊和部分 I/O 模塊的機(jī)架稱為基本控制單元。擴(kuò)展模板的外形一般也小巧、堅(jiān)固 ,有易于接線的端子排 ,帶有擴(kuò)展總線或通過總線連接器與 CPU 相連。 監(jiān)控工作方式可以對(duì)運(yùn)行中的控制器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和跟蹤 ,一般可以對(duì)某一線圈或觸點(diǎn)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視 ,也可以對(duì)成組器件 的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視 ,還可以跟蹤某一器件在不同時(shí)間的工作狀態(tài) ,除搜索、監(jiān)視、跟蹤外 ,還可以對(duì)一些器件進(jìn)行操作。用于 IBM 一 PC 及其兼容機(jī)的編程器。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流輸出信號(hào) ,提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。模擬量輸入 /輸出模塊主要用來實(shí)現(xiàn)模擬量 數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換 ,即 A/D 或 D/A 轉(zhuǎn)換。 ⑶ 輸入 /輸出模塊 :輸入 /輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的接口。用戶不能訪問和修改存貯器這部分的內(nèi)容用戶存貯器主要用來存放用戶的應(yīng) 用程序。CPU 按掃描方式工作 ,從存貯器中逐條讀取指令 ,并存入CPU內(nèi)的指令寄存器中 。它的軟、硬件配置與計(jì)算機(jī)極為類似 ,只不過它比一般計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適應(yīng)于控制要求的編程語言。 ⑸ 安裝簡單 ,維修方便。 PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場信號(hào) ,有相 應(yīng)的 I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備直接連接。在硬件方面 ,除了保持其原有的開關(guān)模塊以外 ,還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程 1/0 模塊和各種特殊功能模塊。由于 PLC 采用了“三機(jī)一體化”的綜合技術(shù)即集計(jì)算機(jī)、儀器儀表、電氣控制于一身 ,具有高可靠性、強(qiáng)抗千擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本等諸多特點(diǎn) ,因而與其它控制器相比它更加適合工業(yè)控制環(huán)境和市場的要求 。 日本三菱系列 PLC因廉價(jià)、可靠、擅長運(yùn)動(dòng)控制從而在國內(nèi)中小型企業(yè)及民用設(shè)施中具有廣泛應(yīng)用。恒壓供水將 PLC 和變頻技術(shù)結(jié)合起來，利用由變頻器控制的水泵，將市政管網(wǎng)水源或地下水源經(jīng)蓄水池后直接加壓送入供水管網(wǎng)，直至各個(gè)用水點(diǎn)。因此在供水網(wǎng)絡(luò)中需要采用供水優(yōu)化調(diào)整方案，引入計(jì)算機(jī)、變頻器、可編程控制器等先進(jìn)技術(shù)，使供水網(wǎng)絡(luò)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。系統(tǒng)有效地解決了傳統(tǒng)供水方式中存在的問題 ,并具有多種輔助功能 ,增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。 本論文針對(duì)某住宅小區(qū)的供水要求 ,設(shè)計(jì)了一套由 PLC、變頻器、壓力變送器 、多臺(tái)水泵機(jī)組等主要設(shè)備構(gòu)成的全自動(dòng)變頻恒壓供水及其監(jiān)控系統(tǒng) ,具有全自動(dòng)變頻恒壓運(yùn)行、自動(dòng)工頻運(yùn)行和現(xiàn)場手動(dòng)控制等功能。 ABSTRACT .........................................................II 第 1 章 緒論 ......................................................... 1 課題的來源及背景 .............................................. 1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r .................................... 2 PLC 特點(diǎn)及應(yīng)用 ................................................. 2 本課題主要研究內(nèi)容 ............................................. 8 第 2 章 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 ................................. 9 變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 ..................................... 9 變頻恒壓供水控制方案的確定 .................................... 9 控制方案的比較和確定 ....................................... 9 恒壓供水系統(tǒng)的組成及原理圖 ................................ 10 供水系統(tǒng)中水泵切換條件分析 ................................ 15 本章小結(jié) ..................................................... 17 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ................................................ 18 系統(tǒng)主要裝備選型 ............................................. 18 PLC及其拓展模塊選型 ...................................... 18 水泵機(jī)組的選型 ............................................ 19 變頻器的選型 .............................................. 20 壓力變送器的選型 .......................................... 21 穩(wěn)壓罐的選型 .............................................. 21 觸摸屏的選型 .............................................. 21 系統(tǒng)主電路分析及設(shè)計(jì) ....................................... 22 系統(tǒng)控制電路分析及設(shè)計(jì) ....................................... 23 PLC 的 I/O 端口分配及變頻器接線圖 .............................. 24 本章小結(jié) ..................................................... 28 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................ 29 系統(tǒng)功能分析 ................................................. 29 PLC 程序設(shè)計(jì)方法 .............................................. 30 系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì) .............................................. 31 梯形圖程序編制 ................................................ 35 控制界面組態(tài) .................................................. 37 目 錄 V 本章小結(jié) ...................................................... 37 結(jié) 論 ............................................................. 39 參考文獻(xiàn) ........................................................... 40 謝 辭 ............................................................. 41 附 錄 主程序設(shè)計(jì) ................................................. 42 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 課題的來源及背景 眾所周知，河北省地區(qū)水資源相對(duì)匱乏，城市生活用水緊張，長期以來在供水技術(shù)方面也一直比較落后，自動(dòng)化程度不高，而隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市化進(jìn)程加快的需求 ，對(duì)于供水系統(tǒng)提出了更高的要求。而隨著城市發(fā)展進(jìn)程的加快，傳統(tǒng)供水方式已不能滿足要求。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)?況 可編程控制器的產(chǎn)生取代了傳統(tǒng)繼電器控制，是面向工業(yè)控制領(lǐng)域的專用設(shè)備，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： ⑴ 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)； ⑵ 功能強(qiáng)大，編程簡單，使用方便； ⑶ 體積小，重量輕，能耗低，性價(jià)比高； ⑷ 控制系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，開發(fā)工作量少，周期短，維護(hù)方便，易于改造。 PLC 特點(diǎn)及應(yīng)用 可編程序控制器 (program logical controller),簡稱 PLC,是一種專為在工第 1 章 緒論 3 業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)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(dòng)控制裝置 ,是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)國家自動(dòng)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。 70 年代初期 ,體積小、功能強(qiáng)和價(jià)格便宜的微處理器被用于 PLC,使得 PLC 的功能大大增強(qiáng)。 ⑵ 具有豐富的 I/O 接口模塊。 PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯 形圖形式 ,對(duì)使用者來說 ,不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí) ,因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 可編程控制器 PC 或 PLC 是一種以微處理器為核心的用于工程自動(dòng)控制的工業(yè)控制機(jī) ,其本質(zhì)是一臺(tái)工業(yè)控制專用計(jì)算機(jī)。 中央處理器的功能是 :CPU按系統(tǒng)程序所賦予的功能 ,接收并存貯從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù) 。機(jī)器出廠時(shí) ,廠家把這些程序存入 EPROM 存貯器或 EEPROM 存貯器。由于數(shù)