【正文】 制。 本設(shè)計(jì) 基于 S7200 的小區(qū)恒壓變頻供水系統(tǒng) ， 供水設(shè)備由 PLC、變頻器、傳感器、低壓電氣控制柜和水泵等組成。 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)（論文） 題目： 院（系）： 專業(yè)班級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （簽字） 起止時(shí)間： 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） I 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語 院（系）： 教研室： 學(xué) 號 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 課程設(shè)計(jì)（論文）題目 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù) 課題完成的功能： 傳 統(tǒng)的幾種供水系統(tǒng) ,例如重力供水、氣壓供水等均不同程度的存上述缺點(diǎn) ,嚴(yán)重影響了居民用水和工業(yè)用水。本系統(tǒng)采 用 PLC 進(jìn)行邏輯控制，采用帶 PID 功能的變頻器進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，系統(tǒng)存在工作可靠，使用方便，壓力穩(wěn)定，無沖擊等優(yōu)越性。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動(dòng)化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像日本 Samco 公司，就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”、“變頻泵循環(huán)方式”兩種模式它將 PID 調(diào)節(jié)器和 PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn) PLC 和PID 等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多 7 臺電機(jī) (泵 )的供水系統(tǒng)。所以，在某個(gè)特定時(shí)段內(nèi)，恒壓控制的目標(biāo)就是使出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力維持在設(shè)定的供水壓力上。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 6 第 3章 硬件設(shè)計(jì) PLC 的選擇 本次課程設(shè)計(jì)選擇 PLC 的是 S7200。共有 6 種產(chǎn)品，其中 DC 輸入 /DC 輸出的有 4 種， DC 輸入 /繼電器輸出的有 4 種，它們對應(yīng)的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)分別為 4 點(diǎn)、8 點(diǎn)、 16 點(diǎn)。 MicroMaster440 變頻器的輸出 功率為 ~90KW，適用于要求高、功率大的場合，恰好其輸出信號能作為 75KW 的水泵電機(jī)的輸入信號。 改 變 電 動(dòng) 機(jī)的 轉(zhuǎn)動(dòng)方向 按此鍵可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。一對導(dǎo)線同時(shí)用于電源供電及信號傳輸，輸出信號與環(huán)路導(dǎo)線電阻無關(guān)，抗干擾性強(qiáng)、便于電纜鋪設(shè)及遠(yuǎn)距離傳輸，與數(shù)字顯示儀表、 A/D 轉(zhuǎn)換器及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接方便。 （ 2) 1QF 選擇 在電動(dòng)機(jī)要求實(shí)現(xiàn)工頻和變頻切換驅(qū)動(dòng)的電路中，斷路器應(yīng)按電動(dòng)機(jī)在工頻下起動(dòng)電流來考慮，斷路器 1QF 的額定電流 nqI 應(yīng)選 A1 5 060** MNqn ??? 式中 MNI 為電動(dòng)機(jī)的額定電流， MNI =60A。 當(dāng)用水量再次增加，變頻器輸出頻率增加，則 2 號泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加，當(dāng)變頻器增加到最高輸出頻率時(shí)，表示只有 1 臺水泵工作已不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過控制系統(tǒng)的控制， 2 號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動(dòng) 1 號泵電機(jī)。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 1 號泵工頻運(yùn)行， 2 號泵變頻運(yùn)行 當(dāng)水泵出現(xiàn)故障，啟動(dòng)備用泵，圖 為 1 號泵出現(xiàn)故障的界面。另外本文的設(shè)計(jì)、控制方法完全可以用于恒風(fēng)壓控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的變頻節(jié)能，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)和水泵的能耗大約占整個(gè)電能能耗的三分之一左右。 PLC 程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接受外部開關(guān)信號的輸入以及水池水位信號，判斷當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)是否正常，然后執(zhí)行程序，由輸出信號去 控制接觸器、繼電器和變頻器等器件，以完成相應(yīng)的控制任務(wù)， PLC 主要控制任務(wù)就是根據(jù)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)工頻和變頻的切換。供水系統(tǒng)的流程圖如圖 所示。 Y200L12 型三相異步電動(dòng)機(jī)使用條件： 環(huán)境溫度： 15℃＜ θ＜ 40℃ 海拔：不超過 1000m 額定電壓： 380V，可選 220760V 之間任何電壓值 額定頻率： 50Hz、 60Hz 防護(hù)等級： IP4 IP5 IP55 絕緣等級： B 級、 F 級、 H 級 冷卻方式： ICO141 工作方式： S1 連接方式： 3KW 及以下 Y 接法 、 4KW 及以上為△接法 Y200L12 型三相異步電動(dòng)機(jī)如圖 所示。 減少數(shù)值 按此鍵即可減少面板上顯示的參數(shù)設(shè)置。缺省值運(yùn)行時(shí)此鍵被封鎖。 表 I/O 的分配 輸入 輸出 啟動(dòng) 驅(qū)動(dòng) KM1 停止 驅(qū)動(dòng) KM2 液位傳感器 驅(qū)動(dòng) KM3 變頻器達(dá)上限 驅(qū)動(dòng) KM4 變頻器達(dá)下限 驅(qū)動(dòng) KM5 1 號水泵故障 報(bào)警指示燈 2 號水泵故障 變頻器故障 變頻器的選擇 由于本設(shè)計(jì)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。共有 3 種產(chǎn)品，即 8 點(diǎn)和 16 點(diǎn) DC、 8 點(diǎn) AC。 (3) 控制機(jī)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(gè)部分。硬件設(shè)備選型、 PLC 選型，估算所需 I/O 點(diǎn)數(shù)，進(jìn)行 I/O 模塊選型。 (5) 單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)也能做到變頻調(diào)速 ，自動(dòng)化程度要優(yōu)于上面 4種供水方式，但是系統(tǒng)開發(fā)周期比較長，對操作員的素質(zhì)要求比較高，可靠性比較低，維修不方便，且不適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。（ 3 天）； 打印課程設(shè)計(jì)說明書。 ?，F(xiàn)場監(jiān)控站內(nèi)的控制器按預(yù)先編制的軟件程序來滿足自動(dòng)控制的要求，即根據(jù)供水管的高 /低水壓位信號來控制水泵的啟 /停及進(jìn)水控制閥的開關(guān)，并且進(jìn)行溢水和枯水的預(yù)警等。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(shí)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(jì)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(shí)意義。 P I D D / A變 頻 器接 觸器水 泵機(jī) 組管 道壓 力 變 送 器A / D給 定－管 網(wǎng) 壓 力P L C圖 變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 5 從圖中可看出，系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號檢測機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)三大部分，具體為： (1) 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)，其中由一臺變頻泵和一臺工頻泵構(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；工頻泵只運(yùn)行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很大（變頻泵達(dá)到工頻運(yùn)行狀態(tài)都無法滿足用水要求時(shí)）的情況下投入工作。 （ 1） S7200PLC 主機(jī)結(jié)構(gòu) S7200PLC的主機(jī)包括一個(gè)中央處理單元（即 CPU模塊）、存儲器、電源以及I/O點(diǎn)。 6） 模擬量輸入 /輸出混合擴(kuò)展模塊 EM235。 MMX 變頻器參數(shù)的設(shè)置可以通過 BOP（ Basic Opration Panels 基本操作面板）、 AOP（ Advanced Opration Panels 高級操作面板）、計(jì)算機(jī)（通過專用軟件以及 RS485 通訊端子）等完成。如果變頻器 /電動(dòng)機(jī)正在運(yùn)行，按此鍵將不起作用。它是一種測量液位的壓力傳感器，是基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用國外先進(jìn)的隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號（一般為 4～ 20mA/1～ 5VDC）。在變頻水泵出現(xiàn)問題或緊急情況下，可以起用備用水泵。模擬電壓信號輸入后通過 A/D 轉(zhuǎn)換器得到數(shù)字信號。減少系統(tǒng)波動(dòng)現(xiàn)象和對電源電網(wǎng)的沖擊。 在工頻方式運(yùn)行下，系統(tǒng)帶有降壓啟動(dòng)裝置，在工頻啟動(dòng)時(shí)，由于啟動(dòng)電流過大，而避免對電網(wǎng)沖擊的影響，并可延長電機(jī)的使用壽命。系統(tǒng)使用變頻器的模擬端口