【正文】 1 個輸出點，控制變頻器使電機正轉(zhuǎn)需 1 個輸出信號控制，報警器的控制需要 1 個輸出點，輸出點數(shù)量一共 9 個。由于它緊湊的設(shè)計、良好的擴展性、低廉的價格、豐富的功能模塊以及強大的指令系統(tǒng)，使得 FX2N可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求， FX2N可以用模塊上的電位器來改變它對應(yīng)的特殊寄存器中的數(shù)值，可以實現(xiàn)更該程序運行中的一些參數(shù)，如定時器 /計數(shù)器的設(shè)定值、過程量的控制參數(shù)等。 關(guān)于 PLC 的選型問題，當然還應(yīng)考慮到 PLC 的聯(lián)網(wǎng)通信功能、價格因素。響應(yīng)時間包括輸入濾波時間、輸出濾波時間和掃描周期?？刂葡到y(tǒng)需要什么功能，就選擇具有什么樣功能的 PLC，當然要兼顧維修、備件的通用性。其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價格等各有自己的特點，適用場合也各有側(cè)重。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 12 在實際應(yīng)用中，應(yīng)當在確實需要機組進行切換的時候才進行機組的切換。當變頻器的輸出頻率己經(jīng)到達 50Hz時，即使實際供水壓力仍然低于設(shè)定壓力，也不能夠再增加變頻器的輸出頻率了。當供水壓力大于預(yù)置值時，變頻器輸出頻率降低，水泵速度下降，當變頻器的輸出頻率達到下限，并穩(wěn)定河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 11 運行一段時間后，把變頻器控制的水泵停機，如果供水壓力仍大于預(yù)置值，則將下一臺水泵由工頻運行切換到變頻器調(diào)速運行，并繼續(xù)減泵工作過程。此時 PID會繼續(xù)通過由 遠傳壓力表送來的檢測信號進行分析、計算、判斷，進一步控制變頻器的運行頻率，使管壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限偏差范圍之內(nèi)。 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中 壓 力傳感器 將主水管網(wǎng)壓力信號轉(zhuǎn)換成電 信號再 經(jīng) PID運算送給變頻器，并給出信號直接控制水泵電動機的轉(zhuǎn)速和泵水量以使管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定，由此構(gòu)成壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)。用于在供水控制器的控制下完成對水泵的切換、手 /自動切換等。系統(tǒng)設(shè)計時考慮到水泵切換時電機的自感電動勢現(xiàn)象，各種連鎖保護及報警、應(yīng)急措施。 控制系統(tǒng)方案 該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機組 以及低壓電器組成 。變頻調(diào)速供水方式屬于轉(zhuǎn)速控制。變頻調(diào)速時，從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而變頻調(diào)速具有高效率、高精度、調(diào)速范圍廣、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點，調(diào)速性能可與直流電動機調(diào)速系統(tǒng)相媲美。因此，壓力可以用來作為控制流量大小的參變量。因此，管阻特性所反映的是揚程與供水流量 間的關(guān)系。變頻器為主體構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)不僅能夠最大程度滿足需要， 其穩(wěn)定安全的運行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終達到高效率優(yōu)質(zhì)運行， 降低自來 水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的。而采用變頻調(diào)速，對系統(tǒng)的安全性有一系列的好處： (1)產(chǎn)生水錘效應(yīng)的根本原因是：水泵在起動和制動過程中的動態(tài)轉(zhuǎn)矩太大，短時間內(nèi)流量的巨大變化而引起的。原深圳華為電氣公司和成都 希望集團（森蘭變頻器）也推出了廈壓供水專用變頻器，無需外接 PLC和 PID調(diào)節(jié)器，可完成最多4臺水泵的循環(huán)切換、定時起、停和 定時循環(huán)。二是 在開、停機時能減小電流對電網(wǎng)的沖擊以及供水水壓對管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊 。 假定一棟樓有 10層，由于高層樓對水壓的要求高，在水壓低時，高層用戶將無法正常用水甚至出現(xiàn)無水的情況，水壓高時將造成能源的浪費。該 系統(tǒng)將 PLC、變頻器、相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行機構(gòu)有機地結(jié)合起來，并發(fā)揮各自優(yōu)勢，能夠最大程度滿足需要，具有運行穩(wěn)定、操作簡單和高效節(jié)能等特點 。 本系統(tǒng)是針對居民生活用水而設(shè)計的一套由變頻器 、 PLC、水泵機組等設(shè)備組成的自動變頻恒壓供水控制系統(tǒng)。 供水的經(jīng)濟性、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 。由于電動機所消耗的功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此可以獲得較好的節(jié)能效果。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。此外，水錘效應(yīng)還可能損壞閥門和固定件。 使得系統(tǒng)調(diào)試和使用都十分方便，而且大大簡化了水廠在管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析等方面的工作量。由于閥門開度的改變，實際上是改變了在某一揚程下，供水 系統(tǒng)向用戶的供水能力。 可見，供水能力與用水需求之間的矛盾具體反映在流體壓力的變化上。 從上式可知，當極對數(shù) p不變時，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速刀與定子電源頻率戚正比，因此連續(xù)調(diào)節(jié)異步電機供電電源的頻率，就可以連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)電機的同步轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。因此，揚程特性將隨水泵轉(zhuǎn)速的改變而改變，但管阻特性不變?，F(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于電力水泵供水系統(tǒng)中，較為傳統(tǒng)的運行方式可節(jié)電 40％～ 60％，節(jié)水 15％～ 30％ ， 所以本文供水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速恒壓供水方式 。 通過壓力傳感器檢測管道壓力信號不斷反饋給變頻器，有變頻器自動調(diào)節(jié)所控制水泵的電機轉(zhuǎn)速，當變頻器所控制的水泵達到工頻時還不能滿足要求時由 PLC 自動把那臺水泵切換到工頻運行，把變頻器自動切換到下一臺水泵使其軟啟動運行，當供水量減少時在自動進行切換，減少水泵運行臺數(shù) ，實現(xiàn)自動控制。 ③ 電控設(shè)備 :它是由一組接觸器、保護繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成。 供水系統(tǒng)的控制流程 系統(tǒng) 流程 圖如圖 23所示 。當變頻器運行頻率達到頻率上限值，并保持一段時間，則 PLC會將當前變頻運行泵切換為工頻運行，并迅速起動下 1臺泵變頻運行。 減泵工作過程：假定減泵順序依次為 1泵。由于電網(wǎng)的限制以及變頻器和電機工作頻率的限制， 50Hz成為頻率調(diào)節(jié)的上限頻率。由于在變頻運行狀態(tài)下，水泵機組中電機的運行頻率由變頻器的輸出頻率決定，這個下限頻率也就成為變頻器頻率調(diào)節(jié)的下限頻率。 目前市場上的 PLC種類繁多， 近年來，從美國、日本、德國引進的 PLC產(chǎn)品及國內(nèi)廠家組 裝或自行開發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個系列，上百種型號。 PLC 的選型基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需要。對于大多數(shù)應(yīng)用場合來說， PLC 的響應(yīng)時間不是主要的問題。對于開關(guān)量控制系統(tǒng)，用戶程序所需存儲器的字數(shù)等于 I/O 信號總數(shù)乘以 8。 FX2N系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。根據(jù)被控對象的輸入信號和輸出信號的總點數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴充，通常 I/O 點數(shù)按實際需要的考慮留 10%～ 15%點數(shù)備用量。在同時控制河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 18 M1 電動機的兩個接觸器 KM KM0 線圈中分別串入了對方的常閉觸頭形成電氣互鎖。在此 設(shè)計 中要求三臺主泵和主泵電機型號和容量要相同，這才有利于在同一變頻器下正常的工作。 在本設(shè)計中，采用 ISG型立式離心泵 40160(I)，其參數(shù)如下表所示 ： 表 32 水泵的參數(shù) 型號 流量 (m3/h) 揚程 (m) 轉(zhuǎn)速 (r/min) 電機功率 (kw) 40160(I) 32 2900 變頻器選型及接線 變 頻器選型 變頻器是把工頻電源 (50Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設(shè)備， 它在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中起著非常重要作用，是水泵電機調(diào)速的執(zhí)行者 。 變頻器容量的選擇歸根到底是選擇其額定電流，總的原則是變頻器的額定電流一定要大于拖動系統(tǒng)在運行過程中的最大電流。因電機的計算功率小于所選用功率，根據(jù)變頻器的容量的選擇方法進行計算。為了消除殘留偏差，一般采用增加 I動作的 PI控制。換言之，該種控制方式適用于過程本身沒有制動作用的負載。在恒壓供水中常見的 PID控制器的控制形式主要有兩種 : (1)硬件型：即通用 PID控制器，在使用時只需要進行線路的連接和 P、 I、 D參數(shù)及日標值的設(shè)定。 傳感器由敏感芯體和信號調(diào)理電路組成，當壓力作用于傳感器時，敏感芯體內(nèi)硅片上的電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號調(diào)理電路將輸出的電壓 信號作放大處理，同時進行溫度補償、非線性補償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標的要求。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 27 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 PLC 控制 PLC 程序流程圖 PLC 在系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進行工頻 — 變頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。 手動運行 當按下 SB7按鈕，用手動方式。 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，變頻器開始運行，第一臺水泵 M1，啟動且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當輸出壓力達到設(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)速運行狀態(tài) 。 圖 43 自動運行順序功能圖 Y0 接 KM0 控制 M1 的變頻運行， Y1 接 KM1 控制 M1 的工頻運行； Y2 接KM2 控制 M2 的變頻運行， Y3 接 KM3 控制 M2 的工頻運行； Y4 接 KM4 控制M3 的變頻運行， Y5 接 KM5 控制 M3 的工頻運行 。 手動模式順序功能圖 當 按下 SB9 按鈕，系統(tǒng)進入手動運行模式。系統(tǒng)包括 自動運行 程序， 手動運行 程序 ，報警程序 。 目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(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(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。在此，誠摯的感謝四年來默默為我們付出的電氣學(xué)院所有的老師，感謝多年來一直在背后默默支持我的父母，是你們無言的關(guān)懷、鼓勵和寬容，才使我有了這樣的動力；同時，也向幫助和鼓勵過我的師兄、師弟們表示衷心的感謝。 起動 1泵： 接到下限信號關(guān)閉 KM KM0， 吸合 KM1，只剩 1水泵變頻運行。變頻起動 1水泵。在此，我致以衷心的感謝和誠摯的敬意！ 我在選題和研究工作中得到了張素妍 老師 的耐心指導(dǎo)和無私的幫助，她 在課題研究的過程中，均給予了大量有啟發(fā)性的指導(dǎo)。該系統(tǒng)采用 PCL控制變頻器進行 PID調(diào)節(jié)，按實際需要隨意設(shè)定壓力給定值，根據(jù)壓差調(diào)整水泵的工作情況，實現(xiàn)恒壓供水，使給水泵始終在高效率下運行，在啟動時壓力波動小，可控制在 給定值的 5%范圍內(nèi)。當用戶按下SBn（ n=1， 3， 5） 三臺電機分別處于工頻運行，當用戶按下 SBn（ n=2， 4， 6）三臺電機分別處于變頻運行。 如果變頻器頻率偏低，即壓力過高，輸出的下限信號使 PLC 關(guān)閉 KMKM2，開啟 KM3， 2水泵變頻起動。 當最后一臺水泵 M3投人運行，變頻器輸出頻率達到工頻，壓力仍未達到設(shè)定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出故障報警 ?？筛鶕?jù)需要，停按不同電機對應(yīng)的啟停按鈕，可以依次實現(xiàn)手動啟動和手動停止三臺水泵 。 手動模式主要是解決系統(tǒng)出錯或器件出問題 。 KM KM KM5 分別為水泵 M1 、 M2 、 M3 工頻運行時接通 /關(guān)斷電源的控制接觸器， KM0、 KM2 、 KM4 分別為水泵 M M M3 變頻運行時接通 /關(guān)斷電源的控制接觸器。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 25 圖 37 PID 控制接線圖 壓力傳感器 壓力傳感器作用是通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號變成 4～ 20mA 變化的電流信號或 0～ 5V間變化的電 壓信號 的標準 信號進行 PID調(diào)節(jié)，經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較，得出一 個 調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上。 圖 36 PID 控制框圖 通過對被控制對象的傳感器等檢測控制量 (反饋量 )，將其與目標值 (溫度、流量、壓力等設(shè)定值 )進行比較。 對于 PD控制，發(fā)生偏差時，很快產(chǎn)生比單獨 D動作還要大的操作量，以此來抑制偏差的增加。 其參數(shù)如下表所示： 表 33 變頻器的參數(shù)圖 變頻器 適用電 機容量 （ KW） 輸出額 定容量 (KVA) 輸出額 定電流 （ A） 過載能力 電源額 定輸入 交流電 壓 /頻率 冷 卻 方 式 FRA540 系列 （三菱） 12 150% 60s 200% (反時限特 性 ) 3相 380V~480V 50Hz/60 Hz 強 制 風(fēng) 冷 變頻器 管腳如下圖所示： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 22 圖 34 變頻器管腳說明 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 23 變頻器的接線 管腳 STF接 PLC的 Y7管腳，控制電機的正轉(zhuǎn)。大多數(shù)情況下是使用變頻器驅(qū)動單一的電動機，并且是軟啟動，這時候變頻器額定電流選擇為電動機的額定電流的 ～ 倍即可。由于交 交變頻器的輸出頻率一般最高只能達到電源頻率的 1/2～ 1/3，所以它適用于低速大功率的傳動，在泵與風(fēng)機的調(diào)速節(jié)能中迄今很少使用。一般最優(yōu)的水泵臺數(shù)為 3～ 6臺。選泵時，首先要滿足供水系統(tǒng)的要求 : (1)水泵揚程應(yīng)大于實際供水高度 ； (2)水泵流量總和應(yīng)大于實際最大供水量 ； (3)水泵能力足以供應(yīng)最高用水量時的用水量，揚程應(yīng)在該泵特性曲線的高效工作區(qū)內(nèi)，以減少耗電量 ； (4)水泵型號應(yīng)使泵站建筑面積和泵站的基礎(chǔ)埋深為最小，以降低泵站造