【正文】 M 13 ~K M 3M 23 ~K M 5M 33 ~K M 4F R 2Q S 3 Q S 4K M 6F R 3 圖 變頻恒壓供 水系統(tǒng)主電路圖 三相電源經(jīng)低壓熔斷器、隔離開關(guān)接至變頻器的 R、 S、 T 端，變頻器的輸出端 U、 V、 W 通過接觸器的觸點接至電機。并通過轉(zhuǎn)換開關(guān)利用同一個電壓表顯示不同相之間的線電壓。 PLC 主要是用于實現(xiàn)變頻恒壓供水系統(tǒng)的自動控制，要完成以下功能：自動控制三臺水泵的投入運行；能在三臺水泵之間實現(xiàn) 變頻泵的切換；三臺水泵在啟動時要有軟啟動功能；對水泵的操作要有手動 /自動控制功能，手動只在應急或檢修時臨時使用；系統(tǒng)要有完善的報警功能并能顯示運行狀況。 系統(tǒng)的硬件設計 27 本系統(tǒng)在手動 /自動控制下的運行過程如下： (1) 手動控制：手動控制只在檢查故障原因時才會用到，便于電機故障的檢測與維修。當 輸出 1 時， KM2 線圈得電， 1水泵變頻運行指示燈 HL2 點亮，同時 KM2 的常閉觸點斷開，實現(xiàn) KM KM1 的電氣互鎖。 (4) 三臺水泵在啟動時要有軟啟動功能，對水泵的操作要有手動 /自動控制功能，手動只在應急或檢修時臨時使用。~ 分別輸出三臺水泵電機的工頻 /變頻運行信號； 輸出水位超限報警信號； 輸出變頻器故障報警信號； 輸出白天模式運行信號； 輸出報警電鈴信號； 輸出變頻器復位控制信號； AQW0輸出的模擬信號用于控制變頻器的輸出頻率。在本設計中，控制要求中規(guī)定任一臺泵連續(xù)變頻運行不得超過 3h，因此每次需啟動新水泵或切換變頻泵時，以新運行泵為變頻泵是合理的。白天模式系統(tǒng)設定值為滿量程的 90%，夜間模式系統(tǒng)設定值為滿量程的 70%。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣可以節(jié)省掃描時間。判斷需啟動新水泵的標準是變頻器的輸出頻率達到設定的上限值。AC。白天，小區(qū)的用水量大，系統(tǒng)高恒壓值運行；夜間，小區(qū)用水量小，系統(tǒng)低恒壓值運行。同理，可以通過按下 SB SB5 啟動電機 M M3，通過按下 SB SB6 來使電機M M3 停機。 圖中的 HL10 為自動運行狀態(tài)電源指示燈。為提高變頻器的功率因數(shù)，必須接電抗器。而且變頻器的輸出端絕對不允許直接接電源，故必須經(jīng)過接觸器的觸點，當電動機接通工頻回路時，變頻回路接觸器的觸點必須先行斷開。 系統(tǒng)主電路分析及其設計 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖如圖 所示 ：三臺電機分別為 M M M3，它們分別帶動水泵 3。因此本設計中選擇電機功率為 75KW 的上海 熊貓機械有限公司生產(chǎn)的 SFL 系列水泵 3 臺。另外選擇西門子的變頻器可以通過 RS485 通信協(xié)議和接口直接與西門子 PLC相連，更便于設備之間的通信。本系統(tǒng)中要實現(xiàn)監(jiān)控，所以變頻器還應具有通訊功能。 SIEMENS 公司的 PLC 具有可靠性高，可擴展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡單等優(yōu)點； PLC 可以上接工控計算機，對自動控制系統(tǒng)進行監(jiān)測控制。這樣的工作狀態(tài)既無法提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，也使得機組由于相互切換頻繁而增大磨損，減少運行壽命。因為當水泵機組運行，電機帶動水泵向管網(wǎng)供水時，由于管網(wǎng)中的水壓會反推水泵，給帶動水泵運行的電機 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入管網(wǎng)，因此，當電機運行頻率下降到一個值時，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頻率的下降而下降。 (3) 當用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達到上限頻率 50Hz 時，若此時用戶管網(wǎng)的實際壓力還未達到設定壓力，并且滿足增加水泵的條件 (在下節(jié)有詳細闡述 )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(變速運行 )，同時變頻泵 M1做工頻運行，系統(tǒng)恢復對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達到設定值為止。 變頻恒壓供水系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標，在控制上實現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實際供水壓力跟隨設定的供水壓力。信號有效時，控制系統(tǒng)要對系統(tǒng)實施保護控制，以防止水泵空抽而損壞電機和水泵。該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機組的容量大小無關(guān)。它雖然微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設備成本，但在壓力設定和壓力反饋值的顯示方面比較麻煩，無法自動實現(xiàn)不同時段的不同恒壓要求，在調(diào)試時， PID 調(diào)節(jié)參數(shù)尋優(yōu)困難，調(diào)節(jié)范圍小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性 能不易保證。 山東科技大學學士學位論文 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 11 HH 2H 1H 00 Q 2Q 1 Qn 1n 2EFDb 1b 2b 3 圖 管網(wǎng)及水泵的運行特性曲線 當用閥門控制時，若供水量高峰水泵工作在 E 點，流量為 Q1，揚程為H0，當供水量從 Q1 減小到 Q2 時，必須關(guān)小閥門，這時閥門的摩擦阻力變大，阻力曲線從 b3移到 b1，揚程特性曲線不變。其實質(zhì)是通過改變水路中的阻力大小來改變流量，因此，管阻將隨閥門開度的改變而改變，但揚程特性不變。揚程特性曲線和管阻特性曲線的交點，稱為供水系統(tǒng)的工作點，如圖 中 A 點。但是，單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導致電機運行性能惡化。 根據(jù)以上控制要求，進行系統(tǒng)總體控制方案設計。 目前， PLC 在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、輕紡、交通運輸、及文化娛樂等各個行業(yè)，被稱為現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱之一。 20 世紀 70 年代中末期， 可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。它采用可以編制程序的存儲器，用來在 其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器 (PLC)及相應的軟件予以實現(xiàn)；有的采用單片機及相應的軟件予以實現(xiàn)?，F(xiàn)在，我國約有 200 家左右的公司、工廠和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的工作，但自行開發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品和國際市場上的同類產(chǎn)品相比，還有比較大的技術(shù)差距。目前的供水方式朝向高效節(jié)能、自動可靠的方向發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風機、水泵、空氣壓縮機、制冷壓縮機等高能耗設備上廣泛應用， 特別是在城鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級加壓系統(tǒng)，居民生活用水的恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速水泵節(jié)能效果尤為突出，其優(yōu)越性表現(xiàn)在：一是節(jié)能顯著；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；三是能減小水泵、電機自身的機械沖擊損耗 [2]。s urban water supply, this paper designs a set of water supply system of frequecey control of constant voltage based on PLC, and have developed good operation management interface using Supervision Control and Data system is made up of PLC, transducer,units of pumps,pressure sensor and control machine and so on. This system is formed by three pump generators,and they form the circulating run mode of frequency conversion. With general frequency converter realize for three phase pump generator soft start with frequency control,operation switch adopts the principle of”start first stop first”. The detection signal of pressure sensor of hydraulic pressure,via PLC with set value by carry out PID parison operation,so,control frequency and the export voltage of frequency converter,and then the rotational speed that changes pump generator e to change water supply quantity,eventually,it is nearby to maintain pipe pressure to stabilize when set value. Through work control machine the connection with PLC,with group form software consummately systematic monitoring,have realized operation state development to show and data,report to the police inquiry. Keywords: variable frequency speedregulating, constantpressure water supply, PLC, supervision control and data acquisition. 目錄 目錄 1 緒論 ................................................................................................................ 1 課題的提出 ............................................................................................ 1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ................................................ 3 PLC 概述 ................................................................................................. 5 本課題的主要研究內(nèi)容 ........................................................................ 7 2 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 ........................................................ 8 變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 ............................................................ 8 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方案的確定 ...................................................11 3 系統(tǒng)的硬件設計 ....................................................................................... 19 系統(tǒng)主要設備的選型 .......................................................................... 19 系統(tǒng)主 電路分析及其設計 .................................................................. 23 系統(tǒng)控制電路分析及其設計 .............................................................. 25 PLC 的 I/O 端口分配及外圍接線圖 ................................................... 27 4 系統(tǒng)的軟件設計 ....................................................................................... 31 系統(tǒng)軟件設計分析 .............................................................................. 31 PLC 程序設計 ....................................................................................... 33 PID 控制器參數(shù)整定 .............................