【正文】 工具 ， 且 將 在計算機中 參 與計 算及處理 過程 的 存儲組件都 用 繼電器 加以 命名。 20 世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加 迫切地滿足 于現(xiàn)代工業(yè) 發(fā)展 的需 求 。 因為 恒壓供水自動控制系統(tǒng) 的主要 控制設備相對 較 少， 所以 PLC 選用德國 SIEMENS 公司的 S7200 型。通過 調節(jié) 電源的頻率來 實現(xiàn)對 電源電壓 的調節(jié) ， 依據(jù) 電機的 實際需求 來提供其所需要的電源電壓， 進而達到節(jié)能調速的目的。 實際電路 為了抑制 電壓波動 ，采 取利用 電感 和電容 等原件去 吸收脈動電壓（電流）。與控制電路隔離使主電路器件 進行 導通、關斷。當使用變頻調速時， 假使 流量要求減小， 只需要使 泵或風機的轉速 的降低 即可 達到要求 。能夠 輸出標準正弦波的 通常是 變頻電源。除此之外， 節(jié)不節(jié)電并 沒有什么 現(xiàn)實 意義。設備的維護費用 也得到減少 。 五、變頻器的選型 變頻器是本 設計 系統(tǒng) 中的 執(zhí)行硬件， 利用 頻率的改變 完成 對電機轉速的 調節(jié)從而 改變出水量。磁通電流 調節(jié) 改善了動態(tài)響應特 性，快速電流限制 完成 了無跳閘 工作 ，低頻時也 能夠 輸出大力矩。 所以，變送器輸出的電壓或電流隨壓力 升高 而增大 。 二、液位變送器的工作原理 液位變送器工作原理：用靜壓測量原理 ， 當液位變送器投入到被測液體中某一 高 度時，傳感器迎液面 所 受 到的壓力公式為：： 0PHgP ???? ? 式中： P ：變送器迎液面所受壓力 ? ：被測液體密度 g ：當?shù)刂亓铀俣? 0P ：液面上大氣壓 H ：變送器投入液體的深度 同時，通過導氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔，再將液面上的大氣壓 0P 與傳感器的負壓腔相連 ，以抵消傳感器背面的 0P ，使傳感器測得壓力為：Hg??? ，顯然通過測取壓力 P ，可以得到液位深度。 根據(jù) 上述 分析，本設計中選用普通 壓力表和數(shù)顯儀實 現(xiàn)壓力的 測量 、顯示和 傳 送。它能將測壓元件傳感器 檢測 到的 氣體 、液體等物理壓力參數(shù)轉變成 常規(guī) 的電 子 信號 ，送至 指示 報警儀 、 記錄儀 、調節(jié)器等 二次儀表 進行測量、指示 及 過程 控制 。 供水系統(tǒng)屬泵類負載，低 速運行時的轉矩小，可選用價格相對便宜的 U/f 控制變頻器。 以下是 4個部分的介紹： （ 1） 整流單元： 將 交流電 轉 化 為直流電。 （ 2） 功率因數(shù)補償節(jié)能 無功功率增加線 路 損 耗、 設備的發(fā)熱 以及降 低了功率因數(shù) ，功率因數(shù)的降低導致電網(wǎng)有功功率的降低， 致使大部分 無功電能消耗在線路當中， 且 設備使用效率 相當 低下，浪費 情況十分 嚴重， 采 用變頻調速裝置 降低 了無功損耗 。 作為電子電路，變頻器本身也 需 要 消耗電能 （約額定功率的 35%）。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的華北科技學院畢業(yè)設計 第 19 頁 共 63 頁 逆變電源。 （ 1） 變頻節(jié)能 變頻器節(jié)能主要 反映 在風機、水泵 這兩類生產(chǎn)設備 的應用上。 第二、 控制 電路 是給電機 提供電能 （電壓、頻率可調）的主電路 ，該電路還能 提供控制信號， 通常由 將運算電路的控制信號進行放大的 “ 驅動電路 ” ， 頻率、電壓的 “ 運算電路 ” ，主電路的 “ 電壓、電流檢測電路 ” ，電動機的 “ 速度檢測電路 ” ，以及逆變器和電動機的 “ 保護電路 ” 組成 。 它由三部分構成，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的 “ 平波回路 ” ， 將工頻電源變換為直流功率的 “ 整流器 ” ，以及將直流功率變換為交流功率的 “ 逆變器 ” 。由于實際中需要模擬量輸入點 1 個，模擬量輸出點 1 個，所以 還需 擴展，擴展模塊 選用 的是 EM235。 S7 系列 屬于 傳統(tǒng)意義的 PLC 產(chǎn)品 ，S7200 屬于小型 PLC，在 1998 年 衍生 為第二代 產(chǎn)品 ， 隨后 升級為第三代產(chǎn)品，其 多方面優(yōu)點 如下： (1) 功能 相對較為 強大?；?PLC 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)設計 第 16 頁 共 63 頁 20 世紀 80 年代初，可編程控制器在 眾多發(fā)達 國家中已 取得普遍運 用。 (5)體積 僅相當于幾個繼電器的大小 ，重量輕 且 能耗低 。 (二 ) 用戶程序執(zhí)行階段 用戶程序執(zhí)行階段， PLC 通常 掃描用戶程序 的順序 是由上而下的 依次 地 開始 。 PLC 及其 相連的 外圍 部件都應當 按 照方便和 工業(yè)控制系統(tǒng) 結合為一個有機整體 ， 還應方便于 擴展其 性能 的原則而設計。上面一行為用水標準 ( 3m /人日 )，中間數(shù)據(jù)為用水規(guī)模 ( 3m /h)。所以，在實際 生產(chǎn) 應用中，判別條件是 利用對 以上 兩個判別條件的 綜合而獲得的 ，其實質就是 更加良好的利用了 回滯環(huán)和判別條件延時成立 的特點 。這個頻率 事實上 遠大于 0HZ，具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場所 相 關， 一般在 20HZ 左右 浮動 。 假使 用水量 不斷 增 大 ， 達到 增加水泵的條件，將繼續(xù)發(fā)生如上 過程 ， 而 另一臺工頻泵 M3 將開始運行 ，變頻器輸出頻率達到上限頻率時， 水壓沒有達到 設定值時，系統(tǒng) 將會發(fā)出水壓超限報警 的信號 。設定的供水 水壓 可以是常數(shù)，也可以是一個時間分段華北科技學院畢業(yè)設計 第 9 頁 共 63 頁 函數(shù)， 即 每個時段內是一個常數(shù)。 水池水位 信號來 源于 安裝 在 水池中的液位變送器；報警信號 表征 系統(tǒng)是否 處于 正常 工作狀態(tài) ，水泵電機是否 出現(xiàn) 過載、變頻器是否有異常，該信號為開關量信號。 通過 以上 這幾種方案的 對比 和分析，可以看出第三種控制方案更適合于本 設計 。其輸出接口 也存在擴展功能 靈活度低 ，數(shù)據(jù) 傳輸 困難，并且 影響 了帶負載的容量，因此僅 僅能夠滿足 于要求 較低 的小容量場合。 依 據(jù)公式可 得 ， 若 轉差率 改變不大 時，異步電動機的轉速 n 大體 上與電源頻率 f成線性關系（一般為正比關系） 。 因為在實際用水中 ，需水量 不是一成不變的 ， 假使 閥門開度在 某個階段維持恒定 ， 則一定會存在 超壓或欠壓現(xiàn)象。在 A 點 時 ， 居民 的用水流量 Qu 大致與 供水系統(tǒng) 中的 供水流量 Qc 相同 ，供水系統(tǒng)既滿足 了 揚程特性及 管阻特性，系統(tǒng) 正常 運行 ，并保持穩(wěn)定 。 因為有了安全生產(chǎn) 和供水質量的 特定需求 ，恒壓供水 系統(tǒng)的 壓力 需要被嚴格控制 ， 促使 變頻調速技術 進入到更加深層次的研發(fā) 。 （ 2）也廣泛的應用于自來水廠、小區(qū)、公園等公共用水機構，為人民群眾的公共用水提供了有力保障。同時減少了一些不必要的器件，節(jié)省了制作、 運營成本。它還具有能減小水泵、電機內部的機械沖擊力和摩擦力的損耗的特點 變頻恒壓供水的優(yōu)點 和特點 變頻恒壓供水代替?zhèn)鹘y(tǒng)恒壓供水的優(yōu)點 基于 PLC 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)設計 第 2 頁 共 63 頁 1. 變頻恒壓供水 可以長效保持 恒定 的供水水 壓 強 ，并 且能夠依照 壓力 變化而 自動化的完成 備用泵 的壓力調節(jié) ， 這使 供水 效果優(yōu)化 ， 比 傳統(tǒng) 的 供水 方式 ， 更有效的減少因為共振而造成管道破裂的現(xiàn)象 。在過去的二十幾年的中，我國城市居民人均生活用水量提升了一倍多，但是由于城市供水設備還是相較落后，造成人民用水緊張，特別是在用水高峰期時，供水一般是不足的。 結束語 .......................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 ........................................錯誤 !未定義書簽。恒壓供水系統(tǒng)是指用戶端在任何時候，不管用水量的大小，總能保證管網(wǎng)中的水壓恒的基本定。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展方向 ..................................................錯誤 !未定義書簽。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的近似數(shù)學模型 ................................ 錯誤 !未定義書簽。 附錄 C 中文翻譯 ...................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 變頻恒壓供水 的意義 所以現(xiàn)代化的的供水方式趨向于高效化、節(jié)能化、自動化的方向發(fā)展，而變頻調速技術的發(fā)明與推廣，使之成為了可能。 5. 變頻恒壓供水系統(tǒng) 擁有全套安全的 保護 設施 ， 更 具有欠壓、過流、過載、過熱、缺相、短路等 保護電路 。 （ 6）可以通過遠程報警和通信控制，實現(xiàn)遠程監(jiān)控、遠程控制。 2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 系統(tǒng)概述和節(jié)能原理 系統(tǒng)概述 供水系統(tǒng)是 居民日常用水相當重要的 系統(tǒng) 。 變化 閥門的開度， 事實 上是改變了 特定 揚程 條件 下，供水系統(tǒng) 對居民 的供水能力。 整個 供水 過程 中， 一般把 流量 作為 控制 對象 ， 普遍的控制方式有 閥門控制法和轉速控制法。 電動機的調速原理 水 泵電機 大 多采用三相異步電動機，其轉速公式為： ? ?spfn ?? 160 () 該 式中： f代表 電源頻率， p 代表 電動機極對數(shù)， s 代表 轉差率 從上式可知，三相異步電動機的調速方法有： (l) 改變電源頻率 (2) 改變電機極對數(shù) (3) 改變轉差率 調節(jié) 電機極對數(shù) 的 調控方式控制 相對簡單 ， 成本低 ，節(jié)能效果 十分顯著 ，效率 也相對較 高， 不足是必須有 專門的變極電機， 包含 有級調速，且級差 變化較 大 ，即變速時轉速 改變相當 大， 同樣 轉矩 變化也 大， 所以僅僅能滿足 特定轉速的生產(chǎn) 設備 。系統(tǒng)主要的 任務 是利用恒壓控制 模塊 使變頻器控制一臺水泵或控制多臺水泵， 維持 管網(wǎng)水壓的 穩(wěn)定， 同時還 應具備 對運行數(shù)據(jù) 實施 傳輸和監(jiān)控。在硬件設計 過程中 ， 僅 需確定 PLC 的硬件配置和 I/O 的外部接線 即可 ， 若 控制要求發(fā)生 一定變化 ， 能夠輕松 地 利用 PC 機來 控制 存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調試 十分簡單 。 管網(wǎng)水壓 信號是模擬信號，讀入 PLC 時， 須 進行 A/D 轉換 過程 。 作為 一個 完整的 控制系統(tǒng)，報警 模塊 是 不可或缺 的重要組成部分。 (2) 若 用水量增 大 水壓減小， 從 壓力變送器反饋的 壓力 信號 就會 減小， 進而 偏差變大， PLC 的輸出信號變大， 從而 變頻器的輸出頻率 相應 變大，水泵的轉速 加快 ， 系統(tǒng) 供水量增大，最終水泵的轉速 會達到另一個相對穩(wěn)定的值 。 此 外，變頻器的輸出頻率 也不可能 為負值，最低 也 只能是 0HZ。 假使 用水狀況 保持 不變，供水泵站中的所有 可以 自動投切的機組將循環(huán) 這樣一個循環(huán)模式： 投入 — 切出 — 再投入 — 再切出， 大大 增加了機組切換次數(shù)，使系統(tǒng) 始終處在 不穩(wěn)定的 運行 狀態(tài)， 具體的供水壓力也會在 較 大的壓力范圍內 浮動 。 各類 住宅類型的用水標準， 依照 《城市居民生活用水標準》 GB/T 5033120xx，節(jié)錄如下表。為與個人計算機（ PC） 進行辨別 ， 而今依然采取 可編程邏輯控制器這個老 叫法 。 完成 輸入采樣后，轉入 到 用戶程序輸出刷新和執(zhí)行 過程 。 (2)硬件配套 比較齊全 ， 性能比較齊全。此時的 可編程控制器 是 微機技術 與 繼電器常規(guī)控制 理論相總結 的 結晶 。從 發(fā)展 規(guī)模上來 講 ，這個 階段研發(fā) 了 各種功能 大型機和超小型機；從控制能力上來 講 ， 產(chǎn) 生了 形形色色 的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉速、位移等各式各樣的控制 情形 ；從產(chǎn)品的配套能力 上講 ， 開發(fā) 了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業(yè)控制設備的配套 變得十分簡單 。 S7200 型 PLC的結構 相對 緊湊， 成本十分 低廉，具 備 較高的性價比， 能夠普遍應用 于一些小型控制系統(tǒng)。 二、變頻器的工作原理 變頻器的工作原理 從 主電路和控制電路兩 大 方面來 闡 明。裝置容量 相對較 小時， 假使 電源和主電路 之間 構成 的 器件有余量， 能夠 省去電感 而 采用 相對較為容易 的平波回路。 （ 4）速度檢測電路 ： 用安 裝在異步電機軸機上的速度檢測器的信號 作 速度信號，送 至 運算回路， 依 據(jù)指令和運算可 讓 電動機 依據(jù) 指令 進行工作 。 電動機使用變頻器的 目的 就是為了降低啟動電流并調速。 通常 變頻電源的價格是變頻器 的 15－ 20 倍。 假使 不加前提條件的 盲目探討 變頻器工頻運行 的 節(jié)能 性 ，就是夸大 變頻器的作用 或 者 商業(yè)炒作。 從理論上 分析 ，變頻器可以用在所有 帶有 電機的機械 生產(chǎn)裝置 中，啟動電動機時電流會 高出額定值 56 倍，不 僅 會消耗較多的電量且影響電機的使用壽命 .系基于 PLC 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)設計 第 20 頁 共 63 頁 統(tǒng)在