【正文】 .......................................................... 41 附錄 A、梯形圖 .............................................................. 42 附錄 B、觸摸屏界面 .......................................................... 50 第 1 章 緒 論 水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水節(jié)能己成為時(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下，我們這個(gè)水資源和電能短缺的國(guó)家，長(zhǎng)期以來(lái)在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動(dòng)化程度低。有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)。 第 2 章 系統(tǒng)總體分析與設(shè)計(jì) 本章從系統(tǒng)概述、變頻恒壓供水的節(jié)能原理和系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)三個(gè)方面對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了總體分析說(shuō)明。 恒速泵：水泵運(yùn)行只在工頻狀態(tài)，速度恒定。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行，防止因電機(jī)過(guò)載、變頻器報(bào)警、電網(wǎng)過(guò)大波動(dòng)、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等等造成的故障，因此必須要對(duì)各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由 PLC 判斷報(bào)警類(lèi)別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作控制，以免造成不必要的損失 供水系統(tǒng)的主電路接線及其工作 原理 圖 系統(tǒng)主接線圖 圖 實(shí)物連 線圖 由圖 可知，電機(jī)有兩種工作模式即：在工頻電下運(yùn)行和在變頻電下運(yùn)行。比較著名的有美國(guó)的 AB、通用（ GE）、莫迪康（ MODICON）、日本的三菱（ MITSUBISHI）、歐姆龍（ OMRON）、富士電機(jī)（ FUJI）、松下電工 、德國(guó)的西門(mén)子（ SIEMENS）、法國(guó)的 TE、施耐德（ SCHNEIDER）、韓國(guó)的三星（ SAMSUNG）、 LG 等。 注意： KM0、 KM KM4 三臺(tái)電機(jī)變頻運(yùn)行均要互鎖， KM0 與 KM1， KM2與 KM3， KM4 與 KM5 均要互鎖，目的是為了 保護(hù)變頻器?？捎脙山M晶體管交流器構(gòu)成可逆變流器，其功率方向可逆，可以再生運(yùn)轉(zhuǎn)。 ④ 速度檢測(cè)電路 以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸上的速度檢測(cè)器（ TG、 PLG 等）的信號(hào)為速度信號(hào) 送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。逆變器負(fù)載側(cè)接地時(shí)，為了保護(hù)逆變器，有時(shí)要有接地過(guò)電流保護(hù)功能。由于變頻器具有高動(dòng)態(tài)、高性能、大容量、節(jié)能等顯著的特點(diǎn)，并以其優(yōu)越的調(diào)速性能和節(jié)能優(yōu)勢(shì)得到廣泛應(yīng)用，并取得了客觀的經(jīng)濟(jì)效益。 熱繼電器的選擇：選用最小的熱繼電器作為電機(jī)的過(guò)載保護(hù)熱繼電器 FR， 3臺(tái)電機(jī)均可選用規(guī)格其型號(hào)為 JR3620，額定電流 10A。 圖 自動(dòng)手動(dòng)運(yùn)行控制面板 手動(dòng)運(yùn)行 當(dāng)將系統(tǒng)狀態(tài)開(kāi)關(guān)打到手動(dòng)，按下手動(dòng)控制按鍵組里的某個(gè) 按鈕 ，用手動(dòng)方式。如今，人機(jī)界面已經(jīng)成為高級(jí)設(shè)備控制終端的流行裝置，它可以方便地將 CPU 的內(nèi)部寄存器和繼電器展示出來(lái)，并且加以編輯及控制。參考畫(huà)面的實(shí)例是用“ GT Designer2”編制。如果 GOT 是通過(guò) RS422 口對(duì) PLC 等外設(shè)進(jìn)行通訊的，就將此項(xiàng)設(shè)置成“標(biāo)準(zhǔn) RS422”。隨之彈出通訊對(duì)話框。 目前在國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對(duì)于能適應(yīng)不同的用水場(chǎng)合，結(jié)合現(xiàn)代 控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性 (EMC)的變頻但壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。因?qū)崿F(xiàn)了恒壓自動(dòng)控制，不需要操作人員頻繁操作，節(jié)省了人力，提高了供水質(zhì)量，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，節(jié)約管理費(fèi)用。 圖 8．“ OS”的安裝 如果觸摸屏在開(kāi)機(jī)后顯示沒(méi)有安裝 OS（ Operation System），或者無(wú)法調(diào)出中文操作菜單，則需要在跟 GOT 通訊中選擇安裝相關(guān)的 OS。本實(shí)訓(xùn)設(shè)置成 MELSEC－ FX（圖）。 安裝完運(yùn)行環(huán)境后，在回到“ GT Designer2”文件夾下，運(yùn)行“ ”，等彈出歡迎畫(huà)面后，選擇“ GT Designer2 安裝”，按照提示將軟件安裝完畢。使編制的程序更加直觀和方便。同時(shí)，使第二臺(tái)水泵M2投入變頻器并變速運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。 該傳感器的量程為 0～ （由于該系統(tǒng)的多種保護(hù)措施，令到傳感器的最大輸出壓力為 ） ,工作溫度為 5℃ ～ 60 ℃ ，供電電源為 24V（ DC） ,輸出電流為 420mA，精度為 %FS。減速時(shí)產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為了防止再生過(guò)電壓保護(hù)電路動(dòng)作，在直流電壓下降之前要進(jìn)行控制，抑制頻率下降，防止失速再生過(guò)電壓。但瞬時(shí)停電時(shí)間在 10ms 以上時(shí)，通常會(huì)使控制電路誤動(dòng)作，主電路也不能供電，所以檢出后使逆變器停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 ③ 驅(qū)動(dòng)電路 為驅(qū)動(dòng)主電路 器件的電路。另 外，異步電動(dòng)機(jī)需要制動(dòng)時(shí)，有時(shí)要附加“制動(dòng)回路”。 如果變頻器頻率偏低，即壓力過(guò)高，輸出的下限信號(hào)使 PLC 關(guān)閉 KM KM3，開(kāi)啟 KM2， 2水泵變頻啟動(dòng)。 PLC 的技術(shù)已經(jīng)非常成熟。人機(jī)界面還可以對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)報(bào)警進(jìn)行顯示。 從原理框圖，可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、以及報(bào)警裝置等部分組成。恒壓供水就是利用 PLC 的 PID 指令 或 PI功能實(shí)現(xiàn)的工業(yè)過(guò)程的閉環(huán)控制。這類(lèi)設(shè)備雖然說(shuō)是微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接 口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng) (如 BA 系統(tǒng) )和組態(tài)軟件難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此在實(shí)際使用時(shí)其范圍將會(huì)受到限制。 恒壓供水方式技術(shù)先進(jìn)、水壓恒定、 操作方便、 運(yùn)行可靠、 節(jié)約電能、 自動(dòng)化程度高，在泵站供水中可完成以下功能 : (1)維持水壓恒定； (2)控制系統(tǒng)可手動(dòng) /自動(dòng)運(yùn)行； (3)多臺(tái)泵自動(dòng)切換運(yùn)行； (4)系統(tǒng)睡眠與喚醒。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過(guò)于求的情況，此時(shí)將會(huì)造成能量的浪費(fèi)，同時(shí)有可能導(dǎo)致水管爆破和用水設(shè)備的損壞。但在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾性能以及開(kāi)放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來(lái)說(shuō)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)能達(dá)到所有用戶的要求。 系統(tǒng)概述 如圖 所示，為該系統(tǒng)的供水流程。它們用于在用水量增大而調(diào)速泵的最大供水能力不足時(shí)，對(duì)供水量進(jìn)行定量的補(bǔ)充。KM KM KM5 分別為電動(dòng)機(jī) M1 、 M2 、 M3 工頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器， KM0、 KM2 、 KM4 分別為電動(dòng)機(jī) M M M3 變頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器。 PLC 總的發(fā)展趨勢(shì)是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。 同時(shí)，模擬用戶電磁閥還可以通過(guò) X10~~X14 的輸入端開(kāi)啟。 ② 平波回路 在整流器整流后的直流電壓中，含有電源 6 倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。 ⑤ 保護(hù)電路 檢測(cè)主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過(guò)載或過(guò)壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。但為了確保人身安全，需要轉(zhuǎn)設(shè)漏電斷路器。國(guó)內(nèi)外的資料表明，使用 變頻設(shè)備可使水泵運(yùn)行平均轉(zhuǎn)速比工頻轉(zhuǎn)速降低 20%，從而大大降低能耗，節(jié)能效率可達(dá) 20%～ 40%。 熔斷器的選擇：在控制回路中熔斷器 FU 選用 RT18 系 列。按下變頻器 啟動(dòng)，系統(tǒng)就會(huì)根據(jù) PLC程序啟動(dòng)手動(dòng)變頻器控制 Y10輸出，電機(jī)正轉(zhuǎn) 。它使工控設(shè)備的操作和控制更加 容易，更能體現(xiàn)出現(xiàn)代高科技的便利。 先從產(chǎn)品配送的光盤(pán)里找到“人機(jī)界面”的內(nèi)容，然后安裝 “ GT Designer2”軟件。下一步后 ,“通訊驅(qū)動(dòng)程序”的設(shè)置窗口中，如果選擇 PLC 設(shè)備，則此項(xiàng)只有一種驅(qū)動(dòng)程序設(shè)置成“ MelsecFX”即可。先在“通訊設(shè)置”里設(shè)置通訊方式和接口，然后選擇“測(cè)試”， 如圖 。因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐中。 恒壓 供水在日常生活中非常重要，基于 PLC和變頻器技術(shù)設(shè)計(jì)的生活恒壓供水控制系統(tǒng)可靠性高、效率高、節(jié)能效果顯著、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。如果“填充圖樣”選擇為 則背景主要顯示“圖樣前景色”，如果“填充圖樣”選擇為 則背景主要顯示“圖樣背景色”。 連接機(jī)器：設(shè)置人機(jī)界面觸摸屏監(jiān)控的外設(shè)。 人機(jī)界面觸摸屏軟件安裝及連接與下載 編程軟件的安裝 如下圖 ，找到關(guān)于人機(jī)界面 GOT 的文件夾，里面有個(gè)“ GT Designer2”軟件，如圖 ，在安裝之前先打開(kāi)“ EnvMEL”文件夾，安裝運(yùn)行環(huán)境，運(yùn)行“ EnvMEL”里的“ ”，安裝軟件所需的運(yùn)行環(huán)境。 人機(jī)界面觸摸屏（以下簡(jiǎn)稱觸摸屏）可以將對(duì)外設(shè)的 CPU 內(nèi)部的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。反之用水量減少水壓增加時(shí)，水泵按設(shè)定的速率減速到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 .當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻時(shí)，水壓仍低于設(shè)定值，由 PLC控制切換至工頻電網(wǎng)后恒速運(yùn)行 。傳感器由敏感芯體和信號(hào)調(diào)理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時(shí)，敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號(hào)調(diào)理電路將輸出的電壓信號(hào)作放大處理，同時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求 。 2）防止失速再生過(guò)電壓。對(duì)于數(shù)毫秒以內(nèi)的瞬時(shí)停電，控制電路工作正常。 ② 電壓 /電流檢測(cè)電路 與主電路電位隔離，檢測(cè)電壓、電流等 。圖 所示是典型的電壓逆變器的例子，其主電路由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸引在整流和逆變時(shí)產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。 如果再次收到變頻器上限輸出信號(hào)，則 KM2 斷開(kāi) KM3 吸合， 2水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻，同時(shí) KM4 閉合 3水泵變頻運(yùn)行。 簡(jiǎn)介 PLC 的發(fā)展?fàn)顩r及其發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)在的 PLC 產(chǎn)品已經(jīng)使用了 16 位、 32 位高性能微處理器，而且實(shí)現(xiàn)了多處理器的多通道處理，通信技術(shù)使 PLC 的應(yīng)用得到進(jìn)一步發(fā)展。通過(guò)人機(jī)界面，使用者可以更改設(shè)定值，修改一些系統(tǒng)設(shè)定以滿足不同工藝的需求，同時(shí)使用者也可以從人機(jī)界面上得知系統(tǒng)的一些運(yùn)行情況及設(shè)備的工作狀態(tài)。三臺(tái)水泵中每臺(tái)泵的出水管均裝有手動(dòng)閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，三臺(tái)水泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要；變頻供水系統(tǒng)中檢測(cè)管路壓力的壓力傳感器，一般采用電阻式傳感器（反饋 0——5V 電壓信號(hào)）或壓力變送器（反饋4——20mA 電流）；變頻器是供水系統(tǒng)的核心，通過(guò)改變電機(jī)的頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速、無(wú)波動(dòng)穩(wěn)壓的效果和各項(xiàng)功能。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入 CPU 運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動(dòng)機(jī)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)和運(yùn)行變量泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。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(guò)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)成最多七臺(tái)電機(jī) (泵 )的