【正文】 式運行指示燈以及報警電鈴。語句表 (STL)語言類似于計算機的匯編語言，特別適合于來自計算機領(lǐng)域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機器硬件的語言?；?PLC 的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 系統(tǒng)的 軟件設(shè)計 27 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計分析 硬件連接確定之后 ，系統(tǒng)的控制功能主要通過軟件實現(xiàn)，結(jié)合泵站的控制要求，對泵站軟件設(shè)計分析如下： (1) 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理 為了恒定水壓，在水壓降落時要升高變頻器的輸出頻率，且在一臺水泵工作不能滿足恒壓要求時 ，需啟動第二臺水泵。 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。圖中 SA 為手動 /自動轉(zhuǎn)換開關(guān)， SA打在 1 的位置為手動控制狀態(tài)；打在 2 的狀態(tài)為自動控制狀態(tài)。 主電路中的低壓 熔 斷器除接通電源外，同時實現(xiàn)短路保護，每臺電動機的過載保護由相應(yīng)的熱繼電器 FR 實現(xiàn)。 主要 設(shè)備選型如表 所示： 表 本系統(tǒng)主要硬件設(shè)備清單 主要設(shè)備 型號及其生產(chǎn)廠家 可編程控制器（ PLC） Siemens CPU 226 模擬量擴展模塊 Siemens EM 235 變頻器 Siemens MM440 水泵機組 SFL 系列水泵 2 臺（ 上海 熊貓機械有限公司） 壓力變送器及顯示儀表 普通 壓力表 Y100、 XMT1270 數(shù)顯儀 液位變送器 分體 式液位變送器 DS26(淄博丹佛斯 公司 ) 基于 PLC 的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 系統(tǒng)的 硬件設(shè)計 18 PLC 及其擴展模塊的選型 PLC 是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心，它要完成對系統(tǒng)中所有輸入號的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實現(xiàn)以及對外的數(shù)據(jù)交換。 水泵切換條件分析 在上述的系統(tǒng)工作流程中，我們提到當 變頻 泵己運行在上限頻率，此時管網(wǎng)的實際壓力仍低于設(shè)定壓力，此時需要增加水泵來滿足供水要求，達到恒壓的目的 ； 當 變頻 泵和工頻泵都在運行且 變頻 泵己運行在下限頻率，此時管網(wǎng)的實際壓力仍高于設(shè)定壓力，此時需要減少工頻 泵來減少供水流量，達到恒壓的目的。供水控制器是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng) 的核心。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。 PLC 控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器和 現(xiàn)場的水泵機組一起 組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，本設(shè)計中有 2 個貯水池， 2 臺水泵，采用部分流量調(diào)節(jié)方法，即 2 臺水泵中有 1 臺水泵在變頻器控制下作變速運行， 另一臺 水泵做恒速運行。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控 制裝置。 傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式有 ： 恒速泵加壓供水、氣壓罐供水、水塔高位水箱供水、液力 耦 合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等方式，其優(yōu)、缺點如下 [1]： (1) 恒速泵加壓供水方式無法對供水管網(wǎng)的壓力做出及時的反應(yīng)，水泵的增減都依賴人工進行手工操作，自動化程度低 ，而且為保證供水，機組常處于滿負荷運行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時，管網(wǎng)長期處于超壓運行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴重，電機硬起動易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，破壞性大，目前較少采用。 關(guān)鍵詞 ：變頻調(diào)速，恒壓供水， PLC，組態(tài)軟件 1 目錄 1 緒論 .................................................................................................................3 課題的提出 .............................................................................................3 PLC 概述 ..................................................................................................4 本課題的主要研究內(nèi)容 .........................................................................6 2 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 .........................................................7 變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 .............................................................7 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方案的確定 .................... 錯誤 !未定義書簽。 ” PLC 的發(fā)展和應(yīng)用 世界上公認的第一臺 PLC 是 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)研制的。 S7 系列是傳統(tǒng)意義的 PLC，S7200 屬于小型 PLC，在 1998 年升級為第二代產(chǎn)品， 20xx 年升級為第三代產(chǎn)品，其特點如下 [6]： (1) 功能強大 。 基于 PLC 的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 8 變頻 恒壓 供水 系統(tǒng)的節(jié)能原理 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。信號有效時，控制系統(tǒng)基于 PLC 的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 12 要對系統(tǒng)實施保護控制，以防止水泵空抽而損壞電 機和水泵。 (3) 當用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達到上限頻率 50Hz 時，若此時用戶管網(wǎng)的實際壓力還未達到設(shè)定壓力，并且滿足增加水泵的條件 (在下 節(jié) 有詳細闡述 )時，在變頻 循環(huán) 式的控制方式下，系統(tǒng)將 在 PLC 的控制下自動投入 水 泵 M2(變速 運行 )， 同時 變頻泵 M1 做工頻運行， 系統(tǒng)恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達到設(shè)定值為止。另外， 實際供水壓力超調(diào)的影響以及現(xiàn)場的干擾使實際壓力的測量值有尖峰，這兩種情 況都可能使機組切換的判別條件在一個比較短的 時間內(nèi)滿足。因此 在同一時間內(nèi)只能有一臺水泵工作在變頻下，但不同時間段內(nèi)兩 臺水泵都可輪流做變頻泵。本系統(tǒng)采用 西門子公司S7200 系列 PLC，它體積小，執(zhí)行速度快，抗干擾能力強，性能優(yōu)越。 輸出 1水泵工頻運行信號， 輸出 1水泵變頻運行信號，當 輸出 1 時， KM1 線圈得電， 1水泵工頻運行指示燈HL1 點亮，同時 KM1 的常閉觸點斷開，實現(xiàn) KM KM2 的電氣互鎖 。~ 分別輸出 兩 臺水泵電機的工頻 /變頻運行信號； 輸出水位超限報警信號； 輸出變頻器故障報警信號； 輸出白天模式運行信號； 輸出報警電鈴信號； 輸出變頻器復(fù)位控制信號； AQW0輸出的模擬信號用于控制變頻器的輸出頻率。白天模式系統(tǒng)設(shè)定值為滿量 程的 90%， 夜間模式系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的 70%。 (5) 各水泵 工頻運行控制邏輯 程序 水泵的工頻運行不但取決于變頻泵的泵號，還取決于工頻泵的臺數(shù)。最后再設(shè)置定時中斷和中斷連接。 (3) 微分環(huán)節(jié) ： 對偏差信號的變化趨勢做出反應(yīng)，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。該系統(tǒng)不僅有效地保證了供水系統(tǒng)管網(wǎng)壓力恒定，而且 具有 工作可靠、施工簡單、節(jié)能效果顯著、全自動控制、無二次污染等優(yōu)點。 通過這半年的實踐和學習，我學到了很基于 PLC 的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 結(jié)束語 41 多課本中無法涉及到的 知識，體會到了工程設(shè)計的復(fù)雜與困難，也感受到了親自做出成績的成功與喜悅，這些都為即將開始的研究生生活打 下了堅實的基礎(chǔ)。為了加強系統(tǒng)的安全性，系統(tǒng)還為不同的用戶設(shè)置了相應(yīng)的權(quán)限。 r ( t )e ( t )比 例積 分++++u ( t )水 泵 管 網(wǎng)y ( t )－實 際 壓 力給 定 壓 力頻 率轉(zhuǎn) 速壓 力 變 送 器微 分圖 PID 控制原理框圖 PID 控制規(guī)律為 ： 1 ( )( ) ( ) ( )pdid e ty t K e t e t d t TT d t??? ? ?????? （ ） 式中： Kp 為比例系數(shù)； Ti 為積分時間常數(shù)； Td 為微分時間常數(shù)。由于在圖 中并未對各臺水泵的變頻和工頻運行控制做詳細介紹，因此圖 和圖 對其作了完整的補充。 在初始化后緊接著要設(shè)定白天 /夜間兩種供水模式下的水壓給定值以及變頻泵泵號和工頻泵投入臺數(shù)。除此之外，泵組管理還有一個問題就是泵的工作循環(huán)控制，本設(shè)計中使用泵號加 1 的方法實 現(xiàn)變頻泵的循環(huán)控制，用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號實現(xiàn)工頻泵的輪換工作。 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。單刀雙擲開關(guān) SA 打至 1 端時開啟手動控制模式，此時基于 PLC 的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 系統(tǒng)的 硬件設(shè)計 23 可以通過開關(guān)分別控制兩 臺水泵電機在工頻下的運行和停止。初始運行時，必須觀察電動機的轉(zhuǎn)向，使之符合要求。 由于實際中需要模擬量輸入點 1 個，模擬量輸出點 1 個，所以需要擴展，擴展模塊選擇的是 EM235， 該模塊有 4 個模擬輸入 (AIW)， 1 個模擬輸出 (AQW)信號通道。 所以選擇 50HZ 和 20HZ 作為水泵機組切換的上下限頻率。所以，在某個特定時段內(nèi)，恒壓控制的目標就是使出口總管網(wǎng)的實際供水壓力維持在設(shè)定的供水 壓力上 。 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。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速為了保證其較大的調(diào)速范圍一般采用串級調(diào)速的方式，其最大優(yōu)點是它可以回收轉(zhuǎn)差功率，節(jié)能效果好，且調(diào)速性能也好，但由于線路過于復(fù)雜，增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗 [7]，且成本高而影響它的推廣價值。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。 基于 PLC 和 變頻 技術(shù)的 恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。 1 昆明工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計 設(shè)計題目： 基于 PLC 的變頻調(diào)速的恒壓供水控制系統(tǒng)的設(shè)計 班 級： 學生姓名： 學 號： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 工程師 指導(dǎo)小組組長： 教學班負責人： 設(shè)計時間： 昆明工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設(shè)計 設(shè)計題目： 基于 PLC 的變頻調(diào)速的恒壓供水控制系統(tǒng)的設(shè)計 班 級： 1 學生姓名： 學 號： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 工程師 指導(dǎo)小組組長： 教學班負責人： 設(shè)計時間： 20xx年 9 月 30 日 至 20xx年 12 月 30 日 摘要 本論文根據(jù)中國城市小區(qū)的供水要求，設(shè)計了一套基于 PLC 的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) , 并利用組態(tài)軟件開發(fā)良好的運行管理界面。目前的供水方式朝向高效節(jié)能、自動可靠的方向發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風機、水泵、空氣壓縮機、制冷壓縮機等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用，特別是在城 鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級加壓系統(tǒng)，居民生活用水的恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速水泵節(jié)能效果尤為突出，其優(yōu)越性表現(xiàn)在 ： 一是節(jié)能顯 著 ；二是在開、 停機時