【正文】 路組成，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”，將運算電路的控制信號進行放大的“驅(qū)動電路”，以及 逆變器和電動機的“保護電路”。 輸出端子 輸出設備 輸出端子 輸出設備 輸出端子 輸出設備 Y0 KM0 Y5 KM5 Y13 HL4 Y1 KM1 Y6 KM6 Y14 HL5 Y2 KM2 Y10 HL1 Y15 HL6 Y3 KM3 Y11 HL2 Y16 HL7 Y4 KM4 Y12 HL3 Y20 STF 長沙學院 畢業(yè)設計 19 圖 PLC 的接線圖 變頻器 變頻器的構(gòu)成 變頻器構(gòu)成圖如圖 所示，通常由變頻器主電路（ IGBT、 BJT、或 GTO 作逆變元件）給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源。接觸器KM KM KM5 分別控制 M M M3 的工頻運行；接觸器 KM KM KM6 分別控制M M M3 的變頻運行；主電路中采用低壓自動空氣隔離開關(guān)，它本身具有短路過載保護，所以不需要分別為三臺水泵電機過載保護使用熱繼電器，其中 QS QS QSQS4 分別為變頻器和三合泵 電機主電路的低壓斷路器； FU1 為主電路的熔斷器。變頻器端子的 19端和 20端是傳感器 壓力設定的上、下限值，該信號進 PLC，作為工頻切換的控制信息，由 PLC控制水泵的工頻或變頻運行。 表 輸入輸出點代碼及地址編號 名 稱 代碼 地址編號 輸入信號 手動和自動消防信號 SA1 X0 水池水位下限信號 SLL X1 水池水位上限信號 SLH X2 變頻器報警信號 SU X3 消鈴按鈕 SB9 X4 試燈按鈕 SB10 X5 遠程壓力表模擬量電壓值 Up 模擬量輸入模塊電流通道 輸出信號 1泵工頻運行接觸器及指示燈 KM1， HL1 Y0 1泵變頻運行接觸器及指示燈 KM2， HL2 Y1 2泵工頻運行接觸器及指示燈 KM3， HL3 Y2 2泵變頻運行接觸器及指示燈 KM4， HL4 Y3 3泵工頻運 行接觸器及指示燈 KM5， HL5 Y4 3泵變頻運行接觸器及指示燈 KM6， HL6 Y5 生活消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥 YV2 Y10 水池水位下限報警指示燈 HL7 Y11 變頻器故障報警指示燈 HL8 Y12 火警報警指示燈 HL9 Y13 報警電鈴 HA Y14 變頻器頻率復位控制 KA Y15 長沙學院 畢業(yè)設計 13 控制變頻器頻率用電壓信號 Vf 模擬量輸入模塊電壓通道 從表 可知系統(tǒng)共需開關(guān)量輸入點 6 個、開關(guān)量輸出點 12個；模擬量輸入點 1個、模擬量輸出點 1 個。這個頻率遠大于 0HZ，具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場所有關(guān)，一般在 20HZ 左右。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定的供水 壓力上。為了實現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)器工作中還有個調(diào)節(jié)規(guī)律問題，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律多是比例 積分 微分調(diào)節(jié)，俗稱 PID調(diào)節(jié)器。當用水量大時，水壓降低，用水量小時，水壓升高。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進行數(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)。 變頻恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理 水泵電機多采用三相異步電動機，而其轉(zhuǎn)速公式為： ? ?spf ?? 1n 60 () 式中： f 表示電源頻率， p 表示電動機極對數(shù)， s 表示轉(zhuǎn)差率。但是也有其缺點，就是輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)和組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信，并且限制了帶負載的容量，因此適用范圍受到限制 [1]。通過工控機與 PLC的連接，實現(xiàn)了運行狀態(tài)動態(tài)的顯 示及數(shù)據(jù)、報警查詢。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術(shù)標準規(guī)范。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理和監(jiān)控；同時系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設計系統(tǒng)，對于調(diào)高企業(yè)效率以及人民生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。 長沙學院 畢業(yè)設計 4 第 2章 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 課題任務理論分析 課題介紹 設計是以供水系統(tǒng)為設計對象，采用 PLC 和變頻技術(shù)相結(jié)合技術(shù)，并引用計算機對供水系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控和管理，保證供水系統(tǒng)安全可靠的運行。它雖然微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設備成本，但在壓力設定和壓力反饋值的顯示方面比較麻煩，無法自動實現(xiàn)不同時段的不同恒壓要求，在調(diào)試時， PID 調(diào)節(jié)參數(shù)尋優(yōu)困難，調(diào)節(jié)范圍小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能不易保證。這也有兩種配置方案，一是為每 臺水泵電機配一臺變頻器，這當然方便，電機與變頻器間不須切換，調(diào)試較簡單，但購買變頻器的費用較高，不能很好有效地利用變頻器的調(diào)節(jié)功能，一旦變頻器有故障，就會使供水系統(tǒng)癱瘓，節(jié)電能力一般。 管網(wǎng)實測水壓回送到泵站控制裝置成為反 饋，調(diào)節(jié)器是反饋的接收點。 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，當這臺水泵運行在 50Hz時，其供水量仍不能達到用水要求，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，當這臺水泵運行在 50Hz時，其供水量仍不能達到用水要求，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，本設計中采用前者。 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。 (1)設置一臺小泵作為輔助泵，用于小流量時的供水；供水壓力要求恒定， 尤其在換泵時波動要??； (2)系統(tǒng)能自動可靠運行，為方便檢修和應急，應具備手動功能，各主泵 均能可靠地實觀軟啟動； M M M3 選用小型號為 40250，額定功率為 。通過變頻器面板設定一個給定頻率作為壓力給定值，壓力傳感 器反饋來的壓力信號 (0～ 10 V)接至變頻器的輔助輸入端 FI、 FC，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實測壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速，控制管網(wǎng)壓力保持在給定壓力值上。 組合開關(guān)用于控制電路中，其額定電流應等于或大于被控制電路中各負載電流的總和。變頻自動功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動完成對多臺泵軟起動、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。裝置容量小時，如果電源和主電路的構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。 長沙學院 畢業(yè)設計 23 第 4章 系統(tǒng)的軟件設計 PLC 控制及運行 PLC 在系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進行工頻 — 變頻的切換和水泵工作數(shù)量的 調(diào)整。 升壓控制：系統(tǒng)工作時，每臺水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動狀態(tài)、變頻器拖動調(diào)速狀態(tài)和停止狀態(tài)。 手動部分 圖 變頻器手動啟動程序 如圖 所示，按下手動起動按鈕 SB9，手動起動變頻器。 圖 1泵、 2泵啟動程序 如圖 所示，圖中接收到變頻器上限信號， PLC 通過這個 上限信號后將 1水泵由變頻運行轉(zhuǎn)為工頻運行， KM1 吸合 KM0 斷開，同時 KM2 吸合變頻起動第 2水泵。為了變頻向工頻切換時保護變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時，用時間繼電器作了時間延遲，當壓力過大時，可以手動按下 SBn（ n=2,4,6）按鈕，切斷工頻運行的電機，同時啟動電機變頻運行。能實現(xiàn)電機軟起動，減小電氣和機械沖擊噪音，延長設備使用壽命。 1． 整流器 最近大量使用的是二極管的交流器，圖 所示，它把工頻電源變換為直流電源。 SB9 按下時候，系統(tǒng)處在手動運行狀態(tài)，系統(tǒng)在應急或檢修時， 按下按鈕啟動或停止水泵，可根據(jù)需要分別控制 1～ 3泵的啟停 (見圖 )。 選擇 接觸器工作電流小于等于額定電流，啟動電流雖然達到額定電流的 4～ 7倍，但時間短，對接觸器的觸頭損傷不大，接觸器在設計時已考慮此因數(shù)，一般選用觸頭容量大于電動機額定容量的 倍即可，選用電磁式接觸器 CJ1025系列交流接觸器，其主回路額定工作電流 25A＞ =,額定工作電壓 380AC，發(fā)熱電流為 5A，觸點 2開 2閉，接通與分斷能力分別為 240A 和 200A， 380VAC 類工作制下控制電動機功率 11Kw。 在變頻恒壓供水 系統(tǒng)中，執(zhí)行設備就是變頻器。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。如果用水量繼續(xù)增加，滿足增加水泵的條件，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，將另外一臺工頻泵 M3 投入運行，變頻器輸出頻率達到上限頻率 50Hz 時，壓力仍未達到設定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出水壓超限報警。此信號來自安裝于水池中的液位傳感器；報警信號反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異常，該信號為開關(guān)量信號 [6]。給定值即是系統(tǒng)正常工作時的恒壓值。配單臺電機及水泵時，它們的功率必須足夠的大，在用水量少時開一臺大電機肯定是浪費的。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，已出現(xiàn)了各種性能良好、工作可靠的變頻調(diào)速電源裝置，它們促進了變頻調(diào)速的廣泛應用。由于 PLC 采用了“三機一體化一的綜合技術(shù)即集計算機、儀器儀表、電氣控制于一身，具有高可靠性、強抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本等諸多特點，因而與其它控制器相比它更加適合工業(yè)控制環(huán)境和市場的要求：再加上 PLC 發(fā)展過程中產(chǎn)品的系列化、產(chǎn)業(yè)化和標準化，使之從早期的邏輯控制、順序控 制迅速擴展到了連續(xù)控制，開始進入批量控制和過程控制領域，并迅速成為工業(yè)自動化系統(tǒng)的支柱 [2]。變頻恒壓供水系統(tǒng)根據(jù)用水量的變化，自動調(diào)節(jié)運行參數(shù)，在水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求是當今先進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。本人授權(quán) 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。由于居民日常用水和工業(yè)用水會隨季節(jié)、晝夜等變化而隨之發(fā)生變化，如采取傳統(tǒng)的供水方式不僅影響生活也不利于資源的優(yōu)化配置。該變頻器 將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負載容量，同時操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所。 長沙學院 畢業(yè)設計 5 根據(jù)公式可知，當轉(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。 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)。 圖 恒壓供水系統(tǒng)示意圖 調(diào)節(jié)器是一種電子裝置，在系統(tǒng)中完成以下幾種功能： (1)設定水管壓力的給定值。此信號是模擬信號，讀入 PLC 時，需進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 (2)當用水量增加水壓減小時，壓力變送器反饋的水壓信號減小，偏差變大， PLC的輸出信號變大，變頻器的輸出頻率變大，所 以水泵的轉(zhuǎn)速增大，供水量增大，最終水泵的轉(zhuǎn)速達到另一個新的穩(wěn)定值。在極端的情況下，運行機組增加后，實際供水壓力超過設定供水壓力，而新增加的機組在變頻器的下限頻率運行，此時又滿足了機組切換的停機條件，需要將一個在工頻狀態(tài)下運行的機組停掉 [9]。整個 PLC 系統(tǒng)的配置如圖 所示。因為本系統(tǒng) 是大容量的電機運轉(zhuǎn)，屬于有沖擊電流的電動機負載，為起到短路保護作用，又保證電動機的正常啟動，對三相籠型異步電動機熔斷器熔體的選擇應根據(jù)如下公式計算： ? ? ??? NMNMN III m a xp ~ () 式中 maxNMI —— 多臺電機中容量最大一臺電動機的額定電流（ A） ； ?NMI —— 其余各臺電動機額定電流之和（ A）； 長沙學院 畢業(yè)設計 15 本系統(tǒng)中的電動機為同型號的電動機，每臺電機的功率為 10Kw，額定電流，水泵電動機組屬于重載，故上式中電動機系數(shù)的選取 ，其總電流為AI N ????? ，所以選擇熔斷器時額定電流