【正文】 工具 ， 且 將 在計(jì)算機(jī)中 參 與計(jì) 算及處理 過(guò)程 的 存儲(chǔ)組件都 用 繼電器 加以 命名。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加 迫切地滿(mǎn)足 于現(xiàn)代工業(yè) 發(fā)展 的需 求 。 因?yàn)?恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng) 的主要 控制設(shè)備相對(duì) 較 少， 所以 PLC 選用德國(guó) SIEMENS 公司的 S7200 型。通過(guò) 調(diào)節(jié) 電源的頻率來(lái) 實(shí)現(xiàn)對(duì) 電源電壓 的調(diào)節(jié) ， 依據(jù) 電機(jī)的 實(shí)際需求 來(lái)提供其所需要的電源電壓， 進(jìn)而達(dá)到節(jié)能調(diào)速的目的。 實(shí)際電路 為了抑制 電壓波動(dòng) ，采 取利用 電感 和電容 等原件去 吸收脈動(dòng)電壓（電流）。與控制電路隔離使主電路器件 進(jìn)行 導(dǎo)通、關(guān)斷。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)， 假使 流量要求減小， 只需要使 泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 的降低 即可 達(dá)到要求 。能夠 輸出標(biāo)準(zhǔn)正弦波的 通常是 變頻電源。除此之外， 節(jié)不節(jié)電并 沒(méi)有什么 現(xiàn)實(shí) 意義。設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用 也得到減少 。 五、變頻器的選型 變頻器是本 設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 中的 執(zhí)行硬件， 利用 頻率的改變 完成 對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的 調(diào)節(jié)從而 改變出水量。磁通電流 調(diào)節(jié) 改善了動(dòng)態(tài)響應(yīng)特 性，快速電流限制 完成 了無(wú)跳閘 工作 ，低頻時(shí)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(cè)量原理 ， 當(dāng)液位變送器投入到被測(cè)液體中某一 高 度時(shí)，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(cè)液體密度 g ：當(dāng)?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(shí)，通過(guò)導(dǎo)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(fù)壓腔相連 ，以抵消傳感器背面的 0P ，使傳感器測(cè)得壓力為：Hg??? ，顯然通過(guò)測(cè)取壓力 P ，可以得到液位深度。 根據(jù) 上述 分析，本設(shè)計(jì)中選用普通 壓力表和數(shù)顯儀實(shí) 現(xiàn)壓力的 測(cè)量 、顯示和 傳 送。它能將測(cè)壓元件傳感器 檢測(cè) 到的 氣體 、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成 常規(guī) 的電 子 信號(hào) ，送至 指示 報(bào)警儀 、 記錄儀 、調(diào)節(jié)器等 二次儀表 進(jìn)行測(cè)量、指示 及 過(guò)程 控制 。 供水系統(tǒng)屬泵類(lèi)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。 以下是 4個(gè)部分的介紹： （ 1） 整流單元： 將 交流電 轉(zhuǎn) 化 為直流電。 （ 2） 功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能 無(wú)功功率增加線(xiàn) 路 損 耗、 設(shè)備的發(fā)熱 以及降 低了功率因數(shù) ，功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低， 致使大部分 無(wú)功電能消耗在線(xiàn)路當(dāng)中， 且 設(shè)備使用效率 相當(dāng) 低下，浪費(fèi) 情況十分 嚴(yán)重， 采 用變頻調(diào)速裝置 降低 了無(wú)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 63 頁(yè) 逆變電源。 （ 1） 變頻節(jié)能 變頻器節(jié)能主要 反映 在風(fēng)機(jī)、水泵 這兩類(lèi)生產(chǎn)設(shè)備 的應(yīng)用上。 第二、 控制 電路 是給電機(jī) 提供電能 （電壓、頻率可調(diào)）的主電路 ，該電路還能 提供控制信號(hào)， 通常由 將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的 “ 驅(qū)動(dòng)電路 ” ， 頻率、電壓的 “ 運(yùn)算電路 ” ，主電路的 “ 電壓、電流檢測(cè)電路 ” ，電動(dòng)機(jī)的 “ 速度檢測(cè)電路 ” ，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的 “ 保護(hù)電路 ” 組成 。 它由三部分構(gòu)成，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)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(shí)際中需要模擬量輸入點(diǎn) 1 個(gè)，模擬量輸出點(diǎn) 1 個(gè)，所以 還需 擴(kuò)展，擴(kuò)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(jí)為第三代產(chǎn)品，其 多方面優(yōu)點(diǎn) 如下： (1) 功能 相對(duì)較為 強(qiáng)大?；?PLC 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 共 63 頁(yè) 20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在 眾多發(fā)達(dá) 國(guó)家中已 取得普遍運(yùn) 用。 (5)體積 僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小 ，重量輕 且 能耗低 。 (二 ) 用戶(hù)程序執(zhí)行階段 用戶(hù)程序執(zhí)行階段， PLC 通常 掃描用戶(hù)程序 的順序 是由上而下的 依次 地 開(kāi)始 。 PLC 及其 相連的 外圍 部件都應(yīng)當(dāng) 按 照方便和 工業(yè)控制系統(tǒng) 結(jié)合為一個(gè)有機(jī)整體 ， 還應(yīng)方便于 擴(kuò)展其 性能 的原則而設(shè)計(jì)。上面一行為用水標(biāo)準(zhǔn) ( 3m /人日 )，中間數(shù)據(jù)為用水規(guī)模 ( 3m /h)。所以，在實(shí)際 生產(chǎn) 應(yīng)用中，判別條件是 利用對(duì) 以上 兩個(gè)判別條件的 綜合而獲得的 ，其實(shí)質(zhì)就是 更加良好的利用了 回滯環(huán)和判別條件延時(shí)成立 的特點(diǎn) 。這個(gè)頻率 事實(shí)上 遠(yuǎn)大于 0HZ，具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場(chǎng)所 相 關(guān)， 一般在 20HZ 左右 浮動(dòng) 。 假使 用水量 不斷 增 大 ， 達(dá)到 增加水泵的條件，將繼續(xù)發(fā)生如上 過(guò)程 ， 而 另一臺(tái)工頻泵 M3 將開(kāi)始運(yùn)行 ，變頻器輸出頻率達(dá)到上限頻率時(shí)， 水壓沒(méi)有達(dá)到 設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng) 將會(huì)發(fā)出水壓超限報(bào)警 的信號(hào) 。設(shè)定的供水 水壓 可以是常數(shù)，也可以是一個(gè)時(shí)間分段華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 63 頁(yè) 函數(shù)， 即 每個(gè)時(shí)段內(nèi)是一個(gè)常數(shù)。 水池水位 信號(hào)來(lái) 源于 安裝 在 水池中的液位變送器；報(bào)警信號(hào) 表征 系統(tǒng)是否 處于 正常 工作狀態(tài) ，水泵電機(jī)是否 出現(xiàn) 過(guò)載、變頻器是否有異常，該信號(hào)為開(kāi)關(guān)量信號(hào)。 通過(guò) 以上 這幾種方案的 對(duì)比 和分析，可以看出第三種控制方案更適合于本 設(shè)計(jì) 。其輸出接口 也存在擴(kuò)展功能 靈活度低 ，數(shù)據(jù) 傳輸 困難，并且 影響 了帶負(fù)載的容量，因此僅 僅能夠滿(mǎn)足 于要求 較低 的小容量場(chǎng)合。 依 據(jù)公式可 得 ， 若 轉(zhuǎn)差率 改變不大 時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 大體 上與電源頻率 f成線(xiàn)性關(guān)系（一般為正比關(guān)系） 。 因?yàn)樵趯?shí)際用水中 ，需水量 不是一成不變的 ， 假使 閥門(mén)開(kāi)度在 某個(gè)階段維持恒定 ， 則一定會(huì)存在 超壓或欠壓現(xiàn)象。在 A 點(diǎn) 時(shí) ， 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(mǎn)足 了 揚(yáng)程特性及 管阻特性，系統(tǒng) 正常 運(yùn)行 ，并保持穩(wěn)定 。 因?yàn)橛辛税踩a(chǎn) 和供水質(zhì)量的 特定需求 ，恒壓供水 系統(tǒng)的 壓力 需要被嚴(yán)格控制 ， 促使 變頻調(diào)速技術(shù) 進(jìn)入到更加深層次的研發(fā) 。 （ 2）也廣泛的應(yīng)用于自來(lái)水廠(chǎng)、小區(qū)、公園等公共用水機(jī)構(gòu)，為人民群眾的公共用水提供了有力保障。同時(shí)減少了一些不必要的器件，節(jié)省了制作、 運(yùn)營(yíng)成本。它還具有能減小水泵、電機(jī)內(nèi)部的機(jī)械沖擊力和摩擦力的損耗的特點(diǎn) 變頻恒壓供水的優(yōu)點(diǎn) 和特點(diǎn) 變頻恒壓供水代替?zhèn)鹘y(tǒng)恒壓供水的優(yōu)點(diǎn) 基于 PLC 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 63 頁(yè) 1. 變頻恒壓供水 可以長(zhǎng)效保持 恒定 的供水水 壓 強(qiáng) ，并 且能夠依照 壓力 變化而 自動(dòng)化的完成 備用泵 的壓力調(diào)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?yàn)楣舱穸斐晒艿榔屏训默F(xiàn)象 。在過(guò)去的二十幾年的中，我國(guó)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(shè)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(shí)，供水一般是不足的。 結(jié)束語(yǔ) .......................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) ........................................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。恒壓供水系統(tǒng)是指用戶(hù)端在任何時(shí)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(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的近似數(shù)學(xué)模型 ................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 附錄 C 中文翻譯 ...................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)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(dòng)化的方向發(fā)展，而變頻調(diào)速技術(shù)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(hù) 設(shè)施 ， 更 具有欠壓、過(guò)流、過(guò)載、過(guò)熱、缺相、短路等 保護(hù)電路 。 （ 6）可以通過(guò)遠(yuǎn)程報(bào)警和通信控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)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(dāng)重要的 系統(tǒng) 。 變化 閥門(mén)的開(kāi)度， 事實(shí) 上是改變了 特定 揚(yáng)程 條件 下，供水系統(tǒng) 對(duì)居民 的供水能力。 整個(gè) 供水 過(guò)程 中， 一般把 流量 作為 控制 對(duì)象 ， 普遍的控制方式有 閥門(mén)控制法和轉(zhuǎn)速控制法。 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理 水 泵電機(jī) 大 多采用三相異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速公式為： ? ?spfn ?? 160 () 該 式中： f代表 電源頻率， p 代表 電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)， s 代表 轉(zhuǎn)差率 從上式可知，三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有： (l) 改變電源頻率 (2) 改變電機(jī)極對(duì)數(shù) (3) 改變轉(zhuǎn)差率 調(diào)節(jié) 電機(jī)極對(duì)數(shù) 的 調(diào)控方式控制 相對(duì)簡(jiǎn)單 ， 成本低 ，節(jié)能效果 十分顯著 ，效率 也相對(duì)較 高， 不足是必須有 專(zhuān)門(mén)的變極電機(jī)， 包含 有級(jí)調(diào)速，且級(jí)差 變化較 大 ，即變速時(shí)轉(zhuǎn)速 改變相當(dāng) 大， 同樣 轉(zhuǎn)矩 變化也 大， 所以?xún)H僅能滿(mǎn)足 特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn) 設(shè)備 。系統(tǒng)主要的 任務(wù) 是利用恒壓控制 模塊 使變頻器控制一臺(tái)水泵或控制多臺(tái)水泵， 維持 管網(wǎng)水壓的 穩(wěn)定， 同時(shí)還 應(yīng)具備 對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù) 實(shí)施 傳輸和監(jiān)控。在硬件設(shè)計(jì) 過(guò)程中 ， 僅 需確定 PLC 的硬件配置和 I/O 的外部接線(xiàn) 即可 ， 若 控制要求發(fā)生 一定變化 ， 能夠輕松 地 利用 PC 機(jī)來(lái) 控制 存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 十分簡(jiǎn)單 。 管網(wǎng)水壓 信號(hào)是模擬信號(hào)，讀入 PLC 時(shí)， 須 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換 過(guò)程 。 作為 一個(gè) 完整的 控制系統(tǒng)，報(bào)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(hào) 就會(huì) 減小， 進(jìn)而 偏差變大， PLC 的輸出信號(hào)變大， 從而 變頻器的輸出頻率 相應(yīng) 變大，水泵的轉(zhuǎn)速 加快 ， 系統(tǒng) 供水量增大，最終水泵的轉(zhuǎn)速 會(huì)達(dá)到另一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值 。 此 外，變頻器的輸出頻率 也不可能 為負(fù)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(dòng)投切的機(jī)組將循環(huán) 這樣一個(gè)循環(huán)模式： 投入 — 切出 — 再投入 — 再切出， 大大 增加了機(jī)組切換次數(shù)，使系統(tǒng) 始終處在 不穩(wěn)定的 運(yùn)行 狀態(tài)， 具體的供水壓力也會(huì)在 較 大的壓力范圍內(nèi) 浮動(dòng) 。 各類(lèi) 住宅類(lèi)型的用水標(biāo)準(zhǔn)， 依照 《城市居民生活用水標(biāo)準(zhǔn)》 GB/T 5033120xx，節(jié)錄如下表。為與個(gè)人計(jì)算機(jī)（ PC） 進(jìn)行辨別 ， 而今依然采取 可編程邏輯控制器這個(gè)老 叫法 。 完成 輸入采樣后，轉(zhuǎn)入 到 用戶(hù)程序輸出刷新和執(zhí)行 過(guò)程 。 (2)硬件配套 比較齊全 ， 性能比較齊全。此時(shí)的 可編程控制器 是 微機(jī)技術(shù) 與 繼電器常規(guī)控制 理論相總結(jié) 的 結(jié)晶 。從 發(fā)展 規(guī)模上來(lái) 講 ，這個(gè) 階段研發(fā) 了 各種功能 大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來(lái) 講 ， 產(chǎn) 生了 形形色色 的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)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(kāi)發(fā) 了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套 變得十分簡(jiǎn)單 。 S7200 型 PLC的結(jié)構(gòu) 相對(duì) 緊湊， 成本十分 低廉，具 備 較高的性?xún)r(jià)比， 能夠普遍應(yīng)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(lái) 闡 明。裝置容量 相對(duì)較 小時(shí)， 假使 電源和主電路 之間 構(gòu)成 的 器件有余量， 能夠 省去電感 而 采用 相對(duì)較為容易 的平波回路。 （ 4）速度檢測(cè)電路 ： 用安 裝在異步電機(jī)軸機(jī)上的速度檢測(cè)器的信號(hào) 作 速度信號(hào)，送 至 運(yùn)算回路， 依 據(jù)指令和運(yùn)算可 讓 電動(dòng)機(jī) 依據(jù) 指令 進(jìn)行工作 。 電動(dòng)機(jī)使用變頻器的 目的 就是為了降低啟動(dòng)電流并調(diào)速。 通常 變頻電源的價(jià)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(yùn)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(jī)的機(jī)械 生產(chǎn)裝置 中，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)電流會(huì) 高出額定值 56 倍，不 僅 會(huì)消耗較多的電量且影響電機(jī)的使用壽命 .系基于 PLC 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 共 63 頁(yè) 統(tǒng)在