【正文】 不受高度限制等特點，但此方式調(diào)節(jié)量小、水泵電機為硬起動且起動頻繁，對電器設(shè)備要求 較高、系統(tǒng)維護(hù)工作量大，而且為減少水泵起動次數(shù)，停泵壓力往往比較高，致使水泵在低效段工作，而出水壓力無謂的增高，也使浪費加大，從而限制了其發(fā)展。供水壓力值是根據(jù)用戶需求確定的，利用變頻器、 PID 調(diào)節(jié)器、傳感器、單片機等器件的有機組合，構(gòu) 成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，實現(xiàn)恒壓供水。】 前言 應(yīng)說明本課題的意義、目的、研究范圍及要達(dá)到的技術(shù)要求；簡述本課題在國內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問題；說明本課題的指導(dǎo)思想；闡述本課題應(yīng)解決的主要問題 和采用的研究方法 ， 要求自然、概括、簡潔、確切。這不僅節(jié)約了硬件開 發(fā)時間，更提高了工控系統(tǒng)的可靠性。 （ 2）水池－水泵－高位水箱－用水點 此方式也是集中供水。 20 世紀(jì) 70 年代 初出現(xiàn)了微處理器。 本課題的主要研究內(nèi)容 本設(shè)計是以小區(qū)供水系統(tǒng)為控制對象，采用 PLC 和變頻技術(shù)相結(jié)合技術(shù)，設(shè)計一套城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)，并引用計算機對供水系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理保證整個系 統(tǒng)運行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的運行工況。 改變電機極對數(shù)調(diào)速的調(diào)控方式控制簡單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高，但需要專門的變極電機，是有級調(diào)速，而且級差比較大，即變速時轉(zhuǎn)速變化較大，轉(zhuǎn)矩也變化大，計算機控制技術(shù)課程答辯論文 8 因此只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機器。在這一計算機控制技術(shù)課程答辯論文 9 點，用戶的用水流量 Qu 和供水系統(tǒng)的供水流量 Qc 處于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既滿足了揚程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。而揚程則從 H0上升到 H1，運行工況點從 E 點移到 F 點，此時水泵的輸出功率正比于 H1 Q2。 通過對以上這幾種方案的比較和分析，可以看出第三種控制方案更適合于本系統(tǒng)。設(shè)定的供水壓力可以是一個常數(shù)，也可以是一個時間分段函數(shù)，在每一個時段內(nèi)是一個常數(shù)。這個頻率在實際應(yīng)用中就是電機運行的下限頻率。 第 3 章 系統(tǒng)的系統(tǒng) 的 硬件設(shè)計 系統(tǒng)主要設(shè)備的選型 根據(jù)基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理，系統(tǒng)的電氣控制總框圖如圖 所示： A / D 模 塊 可 編 程 控 制 器 ( P L C ) 通 訊 模 塊壓 力變 送 器故 障 、 狀 態(tài)等 量 輸 入報 警 、 控 制等 量 輸 出人 機 界 面上 位 機 、組 態(tài) 等變 頻 器水 泵 機 組軟 啟 動 、 自耦 變 壓 器圖 系統(tǒng)的電氣控制總框圖 由以上系統(tǒng)電氣總框圖可以看出 ,該系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備應(yīng)包括以下幾部分： (1) PLC及其擴展模塊 (2) 變頻器 (3) 水泵機組 (4) 壓力變送器 (5) 液位變送器。 由于本設(shè)計中 PLC 選擇的西門子 S7200 型號，為了方便 PLC 和變頻器之間的通信，我們選擇西門子的 MicroMaster440 變頻器。 根據(jù)以上的分析，本設(shè)計中選用普通 壓力表 Y100 和 XMT1270 數(shù)顯儀實 現(xiàn)壓力的檢測、顯示和變送。同時可以通過通過轉(zhuǎn)換開關(guān)接電壓表顯示線電壓。 (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。 (3) 考慮節(jié)能和水泵壽命的因素，各水泵切換遵循先啟先停、先停先啟原則。為了判斷變頻器工作頻率達(dá)上限值的確實性，應(yīng)濾去偶然的頻率波動引起的頻率達(dá)到上限情況，在程序中應(yīng)考慮采取時間濾波。 PLC 控制程序由一個主程序、若干子程序構(gòu)成，程序的編制在計算機上完成，編譯后通過PC/PPI 電纜把程序下載到 PLC，控制任務(wù)的完成，是通過在 RUN 模式下主機循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)的 。該軟件的 SIMATIC 指令集包含三種語言，即語句表 (STL)語言、梯形圖 (LAD)語言、功能塊圖 (FWD)語 言 [14]。它忽略了以下因素： (1) 直流電源的容量； (2) 電源方面的抗干擾措施； (3)輸出方面的保護(hù)措施； (4) 系統(tǒng)的保護(hù)措施等。 PLC 的 I/O 端口分配及外圍接線圖 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計的基本要求如下： (1) 由于白天和夜間小區(qū) 用水量明顯不同，本設(shè)計采用白天供水和夜間供水兩種模式，兩種模式下設(shè)定的給定水壓值不同。手 動運行時，可用按鈕 SB1~SB6 控制三臺水泵的啟 /停；自動運行時，系統(tǒng)在 PLC 程序控制下運行。變頻和工頻兩個回路不允許同時接通。它可以輸送清水及理化性質(zhì)類似于水的無顆粒、無雜質(zhì)不揮計算機控制技術(shù)課程答辯論文 19 發(fā)、弱腐蝕介質(zhì)，一般用在城市給排水、鍋爐給水、空調(diào)冷卻系統(tǒng)、消防給水等。變頻器的 選擇必須根據(jù)水泵電機的功率和電流進(jìn)行選擇。 3. 配置靈活，自動化程度高，功能齊全，靈活可靠。那么何時進(jìn)行切換，才能使系統(tǒng)提供穩(wěn)計算機控制技術(shù)課程答辯論文 15 定可靠的供水壓力，同時使機組不過于頻繁的切換呢 ? 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。 根據(jù)水泵機組中水泵被變頻器拖動的情況不同，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)式即變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺水泵運行在 50Hz時，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機中脫出，將該泵切換為工頻的同時用變頻去拖動另一臺水泵電機；變頻固定式是變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺水泵運行在 50Hz 時，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)直接啟動另一臺恒速水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動的水泵在系統(tǒng)運行前可以選擇 [9]，本設(shè)計 中采用前者。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通用性強；由于 PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。其工作原理是根據(jù)用戶用水量的變化自動地調(diào)整水泵電機的轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)壓力始終保持恒定，當(dāng)用水量增大時電機加速，用水量減小時電機減速。管阻特性反映了水泵的能量用來克服泵系統(tǒng)的水位及壓力差、液體在管道中流動阻力的變化規(guī)律。由流體力學(xué)的原理可得下列表達(dá)式 : Q1/Q2=n1/n2。 目前，PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)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。 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。主水泵一般有三臺，二開一備自動切換，副泵一般為一小流量泵，夜間用水量小時主泵自動切換到副泵，以維持系統(tǒng)壓力基本不變。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。 ............................................. 錯誤 !未定義書簽。 第 2 章 .......................................................錯誤 !未定義書簽。 綜上所述，傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在浪費水力、電力資源；效率低；可靠計算機控制技術(shù)課程答辯論文 3 性差；自動化程度不高等缺點，嚴(yán)重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。 目前 ,就國內(nèi)而言，歸結(jié)起來主要采用以下三種方法 : 計算機控制技術(shù)課程答辯論文 4 （ 1）水池－水泵（恒壓變頻或氣壓罐）－管網(wǎng)系統(tǒng)－用水點 這種方式是集中供水。在實際應(yīng)用 中如何充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計變頻器調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義 。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。s— 轉(zhuǎn)差率 。原理圖見圖 21 圖 21 恒壓供水原理圖 供水系統(tǒng)的揚程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤?，表明水泵在某一轉(zhuǎn)速下?lián)P程 H 與流量 Q 之間的關(guān)系曲線，如圖 所示。轉(zhuǎn)速控制法是通過改變水泵電機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度保持不變，是通過改變水的動能改變流量。 (2) 通用變頻器 +單片機 (包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制 )+人機界面 +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，具有較高的性價比，但開發(fā)周期長，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現(xiàn)場調(diào)試的靈活性差，同時變頻器在運行時，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)的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠性。 (3) 控制機構(gòu)：供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器 (PLC 系統(tǒng) )、變頻器和電控設(shè)備三個部分。 (4) 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)的實際水壓仍高于設(shè)定壓力值，并且滿足減少水泵的條件時，系統(tǒng)將工頻泵 M2 關(guān)掉，恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達(dá)到設(shè)定值。所以，在實際應(yīng)用中，相應(yīng)的判別條件是通過對上面兩個判別條件的修改得到的，其實質(zhì)就是增加了回滯環(huán)的應(yīng)用和判別條件的延時成立。輸入輸出信號接入端口時能夠自動完成A/D 的轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)輸入信號能夠轉(zhuǎn)換成一個字長 (16bit)的數(shù)字信號；輸出信號接出端口時能夠自動完成 D/A 的轉(zhuǎn)換，一個字長 (16bit)的數(shù)字信號能夠轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號。 。 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。 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(yīng)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。同理， 3水泵的控制原理也是如此。 圖 只是簡單的 表明 PLC 及擴展模塊的外圍接線情況，并不是嚴(yán)格意義上的外圍接 1M0.00.11.00.70.60.50.40.30.22.72.62.52.42.32.22.12.01.71.62M1.51.41.31.21.11L0.0L+M1.51.41.31.21.13L1.00.70.60.52L0.40.30.20.1地1.71.6L1N。白天、夜間模式的給定壓力值不同，兩個恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程序中設(shè)定的。系統(tǒng)進(jìn)行初始化是在主程序中通過調(diào)用子程序來是實現(xiàn)的。具體的操作是：將現(xiàn)行運行的變頻器從變頻器上切除，并接上工頻電源運行，將變頻器復(fù)位并用于新運行泵的啟動。 根據(jù)以上控制要求統(tǒng)計控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表 所示。只有當(dāng) SB2 按下時才會切斷電路， KM1 線圈失電，電機 M1 停止運行。如果轉(zhuǎn)向相反，則可以改變電源的相序來獲得正確的轉(zhuǎn)向。本設(shè)計要求貯水池 水位： 2m~5m，所以要通過液位變送器將檢測到的水位轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號（ 4~20mA 電壓信號），再將其輸入窗口比較器，用比較器輸出的高電平作為貯水池水位的報警信號，輸入 PLC?？焖匐娏飨拗茖崿F(xiàn)了無跳閘運行，磁通電流控制改善了動態(tài)響應(yīng)特性，低頻時也可以輸出大力矩。由于恒壓供水自動控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對較少，因此 PLC選用德國 SIEMENS 公司的 S7200 型。 當(dāng)輸出頻率達(dá)到上限頻率時，實際供水壓力在設(shè)定壓力上下波動。由于電信號為模擬量，故必須通過 PLC 的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊才能讀入并與設(shè)定值進(jìn)行比較，將比較后的偏差值進(jìn)行 PID 運算，再將運算 后的數(shù)字信號通過 D/A 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)計算機控制技術(shù)課程答辯論文 14 換成模擬信號作為變頻器的輸入信號，控制變頻器的輸出頻率，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制水泵的供水流量，最終使用戶供水管道上的壓力恒定，實現(xiàn)變頻恒壓供水。 (2) 信號檢測機構(gòu)：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括管網(wǎng)水壓信號、水池水位信號和報警信號。所以調(diào)速控制方式要比閥門控制方式供水功率要小得多，節(jié)能效果顯著。因此，供水系統(tǒng)變頻的實質(zhì)是異步電動機的變頻調(diào)速。 根據(jù)公式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時，異步電動機的轉(zhuǎn)速 n 基本上與電源頻率 f成正比。各水泵切換遵循先起先停、先停先起原則。此時的 PLC 為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物 。該方式是較成熟的水泵、水箱供水方式。組態(tài)軟件均具有良好的擴展性、兼容性，軟件結(jié)構(gòu)開放，可接受各種形式的數(shù)據(jù)格式。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性直接影響到小區(qū)住戶的正常工作和生活，也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平的高低。洛陽理工學(xué)院 課程答辯 （論文） I 基于組態(tài)王、 PLC及變頻器在恒壓供