【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)能己成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術一直比較落后，自動化程度低。有的采用單片機及相應的軟件予以實現(xiàn)。 第 2 章 系統(tǒng)總體分析與設計 本章從系統(tǒng)概述、變頻恒壓供水的節(jié)能原理和系統(tǒng)的硬件設計三個方面對該系統(tǒng)進行了總體分析說明。 恒速泵：水泵運行只在工頻狀態(tài)，速度恒定。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運行，防止因電機過載、變頻器報警、電網(wǎng)過大波動、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等等造成的故障，因此必須要對各種報警量進行監(jiān)測，由 PLC 判斷報警類別，進行顯示和保護動作控制，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 實物連 線圖 由圖 可知，電機有兩種工作模式即：在工頻電下運行和在變頻電下運行。比較著名的有美國的 AB、通用（ GE）、莫迪康（ MODICON）、日本的三菱（ MITSUBISHI）、歐姆龍（ OMRON）、富士電機（ FUJI）、松下電工 、德國的西門子（ SIEMENS）、法國的 TE、施耐德（ SCHNEIDER）、韓國的三星（ SAMSUNG）、 LG 等。 注意： KM0、 KM KM4 三臺電機變頻運行均要互鎖， 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，可以再生運轉(zhuǎn)。 ④ 速度檢測電路 以裝在異步電動機軸上的速度檢測器（ TG、 PLG 等）的信號為速度信號 送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。逆變器負載側(cè)接地時，為了保護逆變器，有時要有接地過電流保護功能。由于變頻器具有高動態(tài)、高性能、大容量、節(jié)能等顯著的特點，并以其優(yōu)越的調(diào)速性能和節(jié)能優(yōu)勢得到廣泛應用，并取得了客觀的經(jīng)濟效益。 熱繼電器的選擇：選用最小的熱繼電器作為電機的過載保護熱繼電器 FR， 3臺電機均可選用規(guī)格其型號為 JR3620，額定電流 10A。 圖 自動手動運行控制面板 手動運行 當將系統(tǒng)狀態(tài)開關打到手動，按下手動控制按鍵組里的某個 按鈕 ，用手動方式。如今，人機界面已經(jīng)成為高級設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，并且加以編輯及控制。參考畫面的實例是用“ GT Designer2”編制。如果 GOT 是通過 RS422 口對 PLC 等外設進行通訊的，就將此項設置成“標準 RS422”。隨之彈出通訊對話框。 目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設計中，對于能適應不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代 控制技術、網(wǎng)絡和通訊技術同時兼顧系統(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，減輕了勞動強度，可實現(xiàn)無人值班，節(jié)約管理費用。 圖 8．“ OS”的安裝 如果觸摸屏在開機后顯示沒有安裝 OS（ Operation System），或者無法調(diào)出中文操作菜單，則需要在跟 GOT 通訊中選擇安裝相關的 OS。本實訓設置成 MELSEC－ FX（圖）。 安裝完運行環(huán)境后，在回到“ GT Designer2”文件夾下，運行“ ”，等彈出歡迎畫面后，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，使第二臺水泵M2投入變頻器并變速運行，系統(tǒng)恢復對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達到設定值為止。 該傳感器的量程為 0～ （由于該系統(tǒng)的多種保護措施，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，為了防止再生過電壓保護電路動作，在直流電壓下降之前要進行控制，抑制頻率下降，防止失速再生過電壓。但瞬時停電時間在 10ms 以上時，通常會使控制電路誤動作，主電路也不能供電，所以檢出后使逆變器停止運轉(zhuǎn)。 ③ 驅(qū)動電路 為驅(qū)動主電路 器件的電路。另 外，異步電動機需要制動時，有時要附加“制動回路”。 如果變頻器頻率偏低，即壓力過高，輸出的下限信號使 PLC 關閉 KM KM3，開啟 KM2， 2水泵變頻啟動。 PLC 的技術已經(jīng)非常成熟。人機界面還可以對系統(tǒng)的運行過程進行監(jiān)視，對報警進行顯示。 從原理框圖，可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機構(gòu)、信號檢測、控制系統(tǒng)、人機界面、以及報警裝置等部分組成。恒壓供水就是利用 PLC 的 PID 指令 或 PI功能實現(xiàn)的工業(yè)過程的閉環(huán)控制。這類設備雖然說是微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設備成本，但其輸出接 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) (如 BA 系統(tǒng) )和組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負載的容量，因此在實際使用時其范圍將會受到限制。 恒壓供水方式技術先進、水壓恒定、 操作方便、 運行可靠、 節(jié)約電能、 自動化程度高，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 /自動運行； (3)多臺泵自動切換運行； (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)水壓升高供過于求的情況，此時將會造成能量的浪費，同時有可能導致水管爆破和用水設備的損壞。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾性能以及開放性等多方面的綜合技術指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。 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，對供水量進行定量的補充。KM KM KM5 分別為電動機 M1 、 M2 、 M3 工頻運行時接通電源的控制接觸器， KM0、 KM2 、 KM4 分別為電動機 M M M3 變頻運行時接通電源的控制接觸器。 PLC 總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。 同時，模擬用戶電磁閥還可以通過 X10~~X14 的輸入端開啟。 ② 平波回路 在整流器整流后的直流電壓中，含有電源 6 倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。 ⑤ 保護電路 檢測主電路的電壓、電流等，當發(fā)生過載或過壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，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)設漏電斷路器。國內(nèi)外的資料表明，使用 變頻設備可使水泵運行平均轉(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 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，系統(tǒng)就會根據(jù) PLC程序啟動手動變頻器控制 Y10輸出，電機正轉(zhuǎn) 。它使工控設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)品配送的光盤里找到“人機界面”的內(nèi)容，然后安裝 “ GT Designer2”軟件。下一步后 ,“通訊驅(qū)動程序”的設置窗口中，如果選擇 PLC 設備，則此項只有一種驅(qū)動程序設置成“ MelsecFX”即可。先在“通訊設置”里設置通訊方式和接口，然后選擇“測試”， 如圖 。因此，有待于進一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應用于生活、生產(chǎn)實踐中。 恒壓 供水在日常生活中非常重要，基于 PLC和變頻器技術設計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、動態(tài)響應速度快。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”。 連接機器：設置人機界面觸摸屏監(jiān)控的外設。 人機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 ，找到關于人機界面 GOT 的文件夾，里面有個“ GT Designer2”軟件，如圖 ，在安裝之前先打開“ EnvMEL”文件夾，安裝運行環(huán)境，運行“ EnvMEL”里的“ ”，安裝軟件所需的運行環(huán)境。 人機界面觸摸屏（以下簡稱觸摸屏）可以將對外設的 CPU 內(nèi)部的參數(shù)進行監(jiān)控。反之用水量減少水壓增加時，水泵按設定的速率減速到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 .當用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻時，水壓仍低于設定值，由 PLC控制切換至工頻電網(wǎng)后恒速運行 。傳感器由敏感芯體和信號調(diào)理電路組成，當壓力作用于傳感器時，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，信號調(diào)理電路將輸出的電壓信號作放大處理，同時進行溫度補償、非線性補償，使傳感器的電性能滿足技術指標的要求 。 2）防止失速再生過電壓。對于數(shù)毫秒以內(nèi)的瞬時停電，控制電路工作正常。 ② 電壓 /電流檢測電路 與主電路電位隔離，檢測電壓、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產(chǎn)生的電壓脈動的“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，則 KM2 斷開 KM3 吸合， 2水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻，同時 KM4 閉合 3水泵變頻運行。 簡介 PLC 的發(fā)展狀況及其發(fā)展趨勢 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，而且實現(xiàn)了多處理器的多通道處理，通信技術使 PLC 的應用得到進一步發(fā)展。通過人機界面，使用者可以更改設定值，修改一些系統(tǒng)設定以滿足不同工藝的需求，同時使用者也可以從人機界面上得知系統(tǒng)的一些運行情況及設備的工作狀態(tài)。三臺水泵中每臺泵的出水管均裝有手動閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，三臺水泵協(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）或壓力變送器（反饋4——20mA 電流）；變頻器是供水系統(tǒng)的核心，通過改變電機的頻率實現(xiàn)電機的無級調(diào)速、無波動穩(wěn)壓的效果和各項功能。系統(tǒng)的控制目標是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設定的給水壓力值與反饋的總管壓力實際值進行比較，其差值輸入 CPU 運算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動機的投運臺數(shù)和運行變量泵電動機的轉(zhuǎn)速，從而達到給水總管壓力穩(wěn)定在設定的壓力值上。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，通過設置指令代碼實現(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，便可直接控制多個內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多七臺電機 (泵 )的