【正文】 the jar etc. are hard to satisfy the needs of current economic life, because low efficiency, reliability and automation level are all monly existing in these means. According to the requirement of water supply in a set of automatic system of constant pressure water supply by using variable frequency and remote monitoring and controlling, which is posed of PLC, transducer, Pressure sensor, pumps and electromotors. This set of system has the functions like automatic constant pressure operation by using variable frequency, automatic work frequency operation and the onthespot control by hand etc. The system has solved efficiently the problem existing in the traditional way of water supply, which has various supplementary functions to strengthen the reliability. Based on that the three side of the pump water delivery rate and the pump rotational speed bee direct ratio, the paper analyses the mechanism of energy saving that the way of water supply by using the method of variable velocity variable frequency is superior to the traditional way of constant pressure water supply controlled by valve. Setting up in advance the parameter of the PID modular builtin the transducer, a system of closed circuit using the feedback of hydraulic pressure of far biography pressure table has formed. According to the change of water consumption, with PID, in the sphere of whole rate of flow, bining the constant regulation of the pump of frequency conversion with the work frequency pump grade regulation, the system of closed circuit can realize the constant pressure water supply and save energy efficiently. Abstract III Keywords: Constant pressure watersupply。這些方式采用人工控制方式，效率低，可靠性差，自動(dòng)化程度不高。 目前，城市化發(fā)展的進(jìn)程越來(lái)越快，對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求愈加迫切。 總之，變頻器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是朝著智能、操作簡(jiǎn)便、功能健全、安全可靠、環(huán)保低噪、低成本和小型化的方向發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展 ,可編程序控制器將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與新興的計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體 ,具有可靠性高、功能強(qiáng)、應(yīng)用靈活、編程簡(jiǎn)單、使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn) ,以及良好的工業(yè)環(huán)境工作性能和自動(dòng)控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)性能 ,在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。在發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家 ,PLC 己經(jīng)廣泛的應(yīng)用在所有的工業(yè)部門。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要 ,除了單元式的小型 PLC 以外 ,絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。由于 PLC 強(qiáng)大功能和優(yōu)點(diǎn) ,使得其在我國(guó)的水工業(yè)自動(dòng)化中得到廣泛的應(yīng)用。目前 ,小型 PLC為單 CPU系統(tǒng) ,而中型及大型 PLC 則為雙 CPU 甚至多 CPU系統(tǒng)。第 1 章 緒論 5 常用的存貯器形式有 CMOSROM、 EPROM 和 EEPROM。為確保 PLC 機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性 ,CMOSRAM 存貯器有預(yù)防電源掉電故障的鏗電池保護(hù)措施 ,以防電源掉電后破壞它的存貯內(nèi)容?？删幊炭刂破饔卸喾N輸入 /輸出模塊 ,其類型有數(shù)字量輸入 /輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊?，F(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓主要是 05V和 O10V 兩種 ,模擬 電流主要是 020mA和 420mA 兩種。 ⑸ 編程器 :它的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。圖形編程器還可與打印機(jī)、錄音機(jī)、繪畫儀等設(shè)備連 接 ,有較強(qiáng)的監(jiān)控功能。鍵盤有單功能鍵和雙功能鍵 ,在使用雙功能鍵的時(shí)候鍵盤中都備有一個(gè)選擇鍵 ,以選第 1 章 緒論 7 擇其中一種方式工作。特殊模板及智能模板的開(kāi)發(fā)將進(jìn)一步擴(kuò)展可編程控制的功能 ,專用模板的開(kāi)發(fā)不僅擴(kuò)大了可編程控制系統(tǒng)的控制功能 ,而且將進(jìn)一步提高控制質(zhì)量與可靠性。當(dāng)用戶程序己裝入 PLC 的存儲(chǔ)器 ,編程器就可以被分離 ,基本控制單元將自動(dòng)進(jìn)入執(zhí)行用戶程序狀態(tài)。 ⒉ 分析了變頻恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能的原理，確定變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案，給出了變頻恒壓供水的控制流程和工作原理；分析了在變頻恒壓供水中水泵切換的工作狀況。目前 風(fēng)機(jī)泵類節(jié)能型變頻器大多采用了改變輸出頻率和輸出電壓的比例關(guān)系的控制方式。 ⒉ 通用變頻器 +單片機(jī) (包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制 )+壓力傳感器 這種方式控制精度高、控制算法靈活、參數(shù)調(diào)整方便 ,具有較高的性能價(jià)格比 ,但開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng) ,程序一旦固化 ,修改較為麻煩 ,因此現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的靈活性差 ,同時(shí)變頻器在運(yùn)行時(shí) ,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(lái)保證系統(tǒng)的可靠性。 通過(guò)對(duì)以上這幾種方案的比較和分析 ,可以看出“通用變頻器 +PLC+人機(jī)界面+壓力變送器”的控制方式更適合于本系統(tǒng)。 供水系統(tǒng)框圖如下圖 所示 ： 圖 恒壓供水系統(tǒng)框圖 選用三 臺(tái)可調(diào)速泵由一臺(tái)變頻器控制，在一臺(tái)可調(diào)速泵可以滿足供水要求時(shí)，只開(kāi)啟一臺(tái)水泵，由變頻器調(diào)速，當(dāng)該臺(tái)水泵無(wú)法滿足供水要求時(shí)將其由變頻轉(zhuǎn)為工頻，變頻器轉(zhuǎn)而控制另一臺(tái)水泵，以此類推，從而實(shí)現(xiàn)小區(qū)的恒壓供水。 通過(guò) PID控制算法對(duì)變頻器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。水壓信號(hào)反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值 ,它是恒壓供水控制的主要反饋信號(hào)。 根據(jù)水泵機(jī)組中水泵被變頻器拖動(dòng)的情況不同 ,變頻器有兩種工作方式即變頻循環(huán)式和變頻固定式 ,變頻循環(huán)式即變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵 ,當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在 50Hz 時(shí) ,其供水量仍不能達(dá)到用水要求 ,需要增加水泵機(jī)組時(shí) ,系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機(jī)中脫出 ,將該泵切換為工頻的同時(shí)用變頻去拖動(dòng)另一臺(tái)水泵電機(jī) 。如果用水量繼續(xù)增加 ,滿足增加水泵的條件 ,將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換 ,并有新的水泵投入并聯(lián)運(yùn)行。 0400Hz 范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié) ,但當(dāng)它用在供水系統(tǒng)中 ,其頻率調(diào)節(jié)的范圍是有限的 ,不可能無(wú)限地增大和減小。當(dāng)變頻器輸出頻率低于該值時(shí)，則關(guān)閉該變頻泵，并進(jìn)行壓力比較以決定是否啟動(dòng)上一變頻泵。減小了系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。相應(yīng)的判別條件是通過(guò)對(duì)上面兩個(gè)判別條件的修改得到的 ,其實(shí)質(zhì)就是增加了回滯環(huán)的應(yīng)用和判別條件的延時(shí)成立。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn) ,在判別條件中加入延時(shí)的判斷就顯得尤為必要了。 故以此為依據(jù)進(jìn)行主要設(shè)備選型如下： 表 31 設(shè)備選型及功能參數(shù)表 設(shè)備 型號(hào) 功能參數(shù) 水泵 長(zhǎng)沙工業(yè)泵總廠 100D16 4 流量 錯(cuò)誤 !未找到引用源。依據(jù)控制任務(wù) ,從 PLC 的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)器容量、輸入 /輸出接口模塊類型等方面等來(lái)選 PLC型號(hào)。 水泵機(jī)組的選型 水泵機(jī)組的選型基本原則 ,一是要確保平穩(wěn)運(yùn)行 。 這三個(gè)公式是統(tǒng)一的 ,選擇變頻器容量時(shí) ,應(yīng)同時(shí)滿足三個(gè)算式的關(guān)系 ,尤其變頻器電流是一個(gè)較關(guān)鍵的量。 壓力變送器的選型 壓力變送器是將水管中的壓力信號(hào)變成 15V 或 420mA 的模擬量信號(hào) ,作為模擬輸入模塊 (A/D 模塊 )的輸入 ,在選擇時(shí) ,為了防止傳輸過(guò)程中的干擾與損耗 ,我們采用 420mA 輸出壓力變送器。觸摸屏具有堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、易于交流 等許多優(yōu)點(diǎn)。 本例中選擇 三菱公司生產(chǎn)的 GT1155QTBD，其屬于三菱推出的 GOT1000 系列中的 GT11 基本功能機(jī)型，屬于經(jīng)濟(jì)性設(shè)備。供水系統(tǒng)電氣控制主回路的主要聯(lián)線關(guān)系如圖 所示： 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 23 M1 M2 M3 M4變頻器ABCQF1QF2KM1 KM2KM3 KM4 KM5 KM6 KM7 KM8FR1 FR2 FR3FR4圖 系統(tǒng)控制電路分析及設(shè)計(jì) 在控制電路的設(shè)計(jì)中 ,必須要考慮弱電和強(qiáng)電之間的隔離的問(wèn)題。在自動(dòng)狀態(tài)時(shí) ,系統(tǒng)執(zhí)行 PLC 的控制程序 ,自動(dòng)控制泵的起停。 PLC 的 I/O 端口分配及變頻器接線圖 系統(tǒng)中 PLC 型號(hào)為三菱 FXZN32MR 的 PLC,它表示的含義包括如下幾部分 :它是基本單元 ,內(nèi)部包括 CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出口及電源 。通過(guò)隔離 ,可延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命 ,增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。連線時(shí)一定要注意保證水泵旋向正確 ,接觸器的選 擇依據(jù)電動(dòng)機(jī)制容量來(lái)確定。這種技術(shù)極大方便了那些不懂電腦操作的用戶。 根據(jù)以上的分析 ,本文選用 CJ800D 通用型壓力變送器。供水系統(tǒng)屬泵類負(fù)載 ,低速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩小 ,可選用價(jià)格相對(duì)便宜的 U/f控制變頻器。要使泵組常處于高效區(qū)運(yùn)行 ,則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配。三菱 FXZN32MR 的主要參數(shù)為 : I/0 點(diǎn)數(shù) :16/16； 基本指令 :27 條； 功能指令 :298 條； 基本指令執(zhí)行時(shí)間 : 微秒； 用戶程序步驟 :4K； 通信功能 :強(qiáng)； 輸出形式 :繼電型； 輸出能力 :2A/點(diǎn)； 擴(kuò)展模塊 FXZN16ER: 8 點(diǎn)輸入， 8 繼電器輸出。 轉(zhuǎn)速： 2930r/min 變頻器 富士變頻器 FRENIC 5000P11S 15KW 額定容量 如果切換條件不能夠維持延時(shí)時(shí)間的要求 ,說(shuō)明判別條件的滿足只是暫時(shí)的 ,如果進(jìn)行機(jī)組切換將可能引起一系列多余的切換操作。 考慮到只有當(dāng)變頻器的輸出頻率在上下限頻率時(shí)才可能發(fā)生切換 ,并且上限頻率時(shí)不可能減泵 ,下限頻率時(shí)不可能增泵 ,所以 ,可以采用回滯環(huán)思想進(jìn)行判別。在這種情況下 ,如果按照上面的判別條件 ,只要條件一滿足就進(jìn)行機(jī)組切換 ,很可能由于新增加了一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行 ,供水壓力一下就超過(guò)了設(shè)定壓力。這個(gè)頻率在實(shí)際應(yīng)用中就是電機(jī)運(yùn)行的下限頻率。由于電網(wǎng)的限制以及變頻器和電機(jī)工作頻率的限制 ,故選定 48Hz 成為頻率調(diào)節(jié)的上限頻率。 ⑷ 當(dāng)用水量下降水壓升高 ,變頻器的輸出頻率降至下限頻率 ,用戶管網(wǎng)的實(shí)際水壓仍高于設(shè)定壓力值 ,并且滿足減少水泵的條件時(shí) ,系統(tǒng)將上次轉(zhuǎn)換成工頻運(yùn)行的水泵關(guān)掉 ,恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié) ,使壓力重新達(dá)到 設(shè)定值。本文采用前者。另外為加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性 ,還需對(duì)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(cè) ,檢測(cè)結(jié)果可以送給 PLC,作為數(shù)字量輸入 。 由上圖可看出系統(tǒng)可分為 :執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)三大部分 ,具體為 : ⑴ 執(zhí)行機(jī)構(gòu) :執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組 水泵組成 ,它們用于將水供入用戶管網(wǎng) ,由變頻泵構(gòu)成 ,變頻泵是由變頻調(diào)速器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵 ,用以根據(jù)用水量的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速 ,以維持管網(wǎng)的水壓恒定 。同時(shí)增強(qiáng)設(shè)備互換性。 恒壓供水系統(tǒng)的組成及原理圖 該課題具體是為實(shí)現(xiàn)小區(qū)恒壓供水。 ⒊ 通用變頻器 +PLC+人機(jī)界面 +壓力變送器 這種控制方式靈活方便。從而促進(jìn)了變頻調(diào)速的廣泛應(yīng)用。硬件設(shè)備的選型， PLC 選型，估算所需 I/O點(diǎn)數(shù)，進(jìn)行 I/O 模塊選型，繪制硬件配置圖、 I/O 連接圖，分配 I/O 點(diǎn)數(shù)，列出I/O分配表，使用相關(guān)軟件設(shè)計(jì)控制程序，并對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改。 ⑵ 用戶程序 :這是用戶應(yīng)用 PLC 進(jìn)行控制所需要編制的程序。它又包括基本控制單元軟件和編程軟件兩部分。不同廠家、不同型號(hào)的 PLC的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)也不同 ,有的大型機(jī)輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)可達(dá) 16K,而很多小型機(jī)僅有十來(lái)點(diǎn) ,而且 CPU 本身不帶模擬輸入與輸出 ,但 CPU 一般都帶有擴(kuò)展接口。 用于 IBM PC 及其兼容機(jī)的編程器是個(gè)人計(jì)算機(jī)加上適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐?,也可直接