【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 采用變頻器循環(huán)減泵法：當(dāng)帶M3的變頻器減到最低頻率，壓力依然高于設(shè)定參數(shù)時(shí)，M3停止，變頻器接入M2，M2進(jìn)入變頻運(yùn)行狀態(tài)。同理當(dāng)變頻器頻率降到最低依然無法滿足要求時(shí)，M2停止，變頻器接入M1，M1進(jìn)入變頻運(yùn)行。需要指出的是，雖然變頻器的變頻能力一般有0到400HZ，但是這里的最大頻率和最小頻率顯然不可能是這個(gè)范圍，因?yàn)槲覀円鶕?jù)實(shí)際情況綜合考慮變頻區(qū)間。首先是最大頻率，因?yàn)槲覈?guó)工頻供電的頻率是50HZ，所以不可能無限制的增加頻率，否則導(dǎo)致電機(jī)無法安全切換到工頻模式工作。而且頻率過高的狀態(tài)下運(yùn)行，對(duì)電機(jī)本身也是巨大的損耗。所以這里的最大頻率上限是50HZ。其次是最低頻率，因?yàn)樽詠硭畯S蓄水池本身對(duì)水泵形成一定壓力，既水泵處最低水壓是不可能是零的，而是一個(gè)遠(yuǎn)大于零的一個(gè)數(shù)值。當(dāng)頻率低于某個(gè)數(shù)值以后，頻率的降低無法再改變水壓，所以變頻器運(yùn)行的最低頻率也不是零，這個(gè)數(shù)值根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)是20HZ左右。所以變頻器變頻區(qū)間為20HZ到50HZ。3 主要設(shè)備的選型和外圍電路設(shè)計(jì) PLC的選型和電路設(shè)計(jì) PLC的基本構(gòu)成PLC的種類繁多，但其基本結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。它主要由中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入/輸出(I/O)接口，電源等組成。（1）中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)一般由控制器，運(yùn)算器和寄存器組成，它是PLC的核心部分。它的主要任務(wù)有:控制接收和存儲(chǔ)編程設(shè)備輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的錯(cuò)誤。掃描I/O接收的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，并按照用戶程序?qū)π畔⑦M(jìn)行處理，然后刷新輸出接口，對(duì)執(zhí)行部件進(jìn)行控制。（2）存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是PLC存放程序和數(shù)據(jù)的地方，它包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來存放PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在PROM或EPROM存儲(chǔ)器中，用戶不可訪問和修改。用戶程序存儲(chǔ)器主要包括用戶程序存儲(chǔ)區(qū)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)二個(gè)部分。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)用于存儲(chǔ)用戶編寫的控制程序，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)用于存放用戶程序中使用器件的ON/OFF狀態(tài)和各種數(shù)值數(shù)據(jù)等。（3）輸入輸出單元輸入/輸出單元是PLC接受和發(fā)送各種開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量信號(hào)的接口部件。輸入單元用于接收現(xiàn)場(chǎng)的二些控制信號(hào)，通過接口電路轉(zhuǎn)換成中央處理器可識(shí)別和處理的低電壓信號(hào)，并存入輸入映像寄存器。輸出單元將中央處理器輸出的低電壓信號(hào)，經(jīng)過輸出接口電路將其轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)的強(qiáng)電信號(hào)。(4)電源單元電源單元是PLC的電源供給部分。它的作用是把外部供應(yīng)的電源轉(zhuǎn)換成CPU、存儲(chǔ)器等電路工作所需要的直流電，及向外部器件提供24V直流電源。(5)外設(shè)接口與擴(kuò)展接口PLC可以通過外設(shè)接口與監(jiān)視器、打印機(jī)、PLC或計(jì)算機(jī)相連。擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元以及功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。 PLC的基本構(gòu)成圖 PLC工作原理PLC工作的全過程分為上電處理、掃描過程、出錯(cuò)處理三個(gè)部分。它的工作方式是不斷循環(huán)的順序掃描，每次掃描所用的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期，長(zhǎng)短與用戶程序長(zhǎng)短以及PLC本身的性能有關(guān)，其數(shù)量級(jí)為ms，典型值為幾十ms。PLC對(duì)程序的掃描順序是從上到下，從左到右，逐條地讀取程序指令，程序結(jié)束后，再返回到首條指令開始新的掃描。它對(duì)用戶程序的掃描主要分為三個(gè)階段，各個(gè)2風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段的功能如下:（1）輸入采樣階段:PLC將掃描的輸入端子的狀態(tài)存入映像寄存器，然后進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，其內(nèi)容保持不變，一直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段。（2）程序執(zhí)行階段:PLC根據(jù)讀入的輸入映像寄存器中的信號(hào)狀態(tài)，按一定的掃描原則執(zhí)行用戶編寫的程序，然后把執(zhí)行結(jié)果存入元件映像寄存器中。（3）輸出刷新階段:當(dāng)所有的程序指令執(zhí)行完后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)在輸出刷新階段被轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，然后一次性的由輸出端子輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 PLC的選型目前，PLC的品牌和種類很多，大概有300多個(gè)品種，以美國(guó)、德國(guó)、日本的品牌最為顯著，在我國(guó)也有一些生產(chǎn)PLC的廠家。 PLC主要產(chǎn)品及型號(hào)國(guó)家名稱公司名稱主要系列產(chǎn)品美國(guó)AB公司SLC500/PLC5/PLC3GE公司GE1/GE1/J/GE1P/GEV德國(guó)SIEMENSS7200/S7300/S7400日本歐姆龍C20P/C20/C120/C200H/C500/C1000三菱F/F1/F2/FX0/FX2/A中國(guó)華電光子SU/SG在選擇PLC時(shí)，首先要根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，選擇一種自己比較熟悉的，性價(jià)比比較高的機(jī)型。機(jī)型選好以后，再確定PLC的結(jié)構(gòu)形式，整體式的PLC一般適用于工藝流程相對(duì)固定、維修量小、環(huán)境條件好的小型控制系統(tǒng)，而模塊式結(jié)構(gòu)的PLC適用于工藝流程復(fù)雜、維修量大、環(huán)境條件差的控制系統(tǒng)。在進(jìn)行PLC型號(hào)的選擇時(shí)，要考慮控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，選擇低檔機(jī)、中檔機(jī)還是高檔機(jī)。另外，還要考慮I/O點(diǎn)數(shù)的要求，一般在確定控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)后，還要留有15%20%備選I/O點(diǎn)數(shù)。同時(shí)，還要考慮PLC的存儲(chǔ)容量，一般用戶的存儲(chǔ)容量=開關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)10+開關(guān)量輸出點(diǎn)數(shù)5+模擬量輸入/輸出點(diǎn)數(shù) 100字節(jié)，還要留有30%50%的裕量。最后還要根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，考慮是否要選擇模擬量輸入/輸出模塊和特殊功能模塊。本設(shè)計(jì)PLC選擇德國(guó)西門子公司的S7200。 S7一200PLC簡(jiǎn)介西門子S7—200系列PLC是一種小型的可編程控制器，它具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、較高的可靠性、豐富的指令集、強(qiáng)大的通信功能以及低廉的價(jià)格，使得其可以完美地滿足小規(guī)模的控制系統(tǒng)的要求。S7—200系列PLC的CPU包括CPU22CPU22CPU22CPU224XP和CPU226等型號(hào)。新升級(jí)的CPU224和CPU226PLC，運(yùn)算速度提高了40%，程序存儲(chǔ)區(qū)擴(kuò)大了50%，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)也擴(kuò)大了60%，可以選擇在線程序編輯。CPU221沒有擴(kuò)展能力，僅用作小點(diǎn)數(shù)的微型控制器，而CPU222有一定的擴(kuò)展能力，但僅能連接2個(gè)擴(kuò)展模塊。CPU224是具有較強(qiáng)控制功能的控制器，它具有14點(diǎn)數(shù)字量輸入，10點(diǎn)數(shù)字量輸出，共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)數(shù)字量或模擬量擴(kuò)展模塊。有6個(gè)獨(dú)立的30kHz的高速計(jì)數(shù)器，2路20kHz高速脈沖輸出。有1個(gè)RS—485通信/編程接口。有PD控制和自整定功能。具有PPI月以Pl和自由方式通信的能力。CPU226具有更大的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量。本機(jī)具有24點(diǎn)輸入，16點(diǎn)輸出，共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。有2個(gè)RS485通信/編程接口。有PD控制器，具有PD自整定的功能。也有PPI/MPI和自由方式通信的能力。.更大的存儲(chǔ)空間，更強(qiáng)的擴(kuò)展能力及更快的運(yùn)行速度和強(qiáng)大的內(nèi)部集成特殊功能，使其可以滿足復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)的要求?！?00系列CPU的特征，通過對(duì)比及設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)選擇S7—200系列PLC的CPU224XP。 表 特征CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226數(shù)字輸入68141424數(shù)字輸出46101016數(shù)字輸入/輸出的最大值1078168168248模擬輸入08283028模擬輸出04141514模擬輸入/輸出的最大值010353835程序內(nèi)存448/1212/1616/24數(shù)據(jù)內(nèi)存2281010 本次設(shè)計(jì)任務(wù)的輸入輸出端口計(jì)算：輸出端口計(jì)算：考慮遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)要求在10年后，而產(chǎn)品的更新?lián)Q代非?？?，并且即使遠(yuǎn)期需要增加一臺(tái)水泵，只需要增加一個(gè)輸入輸出擴(kuò)展模塊EM231即可，這里對(duì)輸入輸出端口計(jì)算值考慮近期要求。一共5臺(tái)水泵，而每一臺(tái)電機(jī)要求既能變頻運(yùn)行，又能切換到工頻運(yùn)行，所以需要10個(gè)輸出端口，另外控制變頻器的起動(dòng)與停止需要1輸出個(gè)端口，指示燈報(bào)警需要1個(gè)輸出端口，輸出端口一共12個(gè)。輸入端口計(jì)算：控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止需要2個(gè)輸入端口。手動(dòng)運(yùn)行模式和自動(dòng)運(yùn)行模式選擇需要 1個(gè)輸入端口對(duì)變頻器上限頻率到達(dá)和下限頻率到達(dá)信號(hào)采集需要2個(gè)輸入端口手動(dòng)控制電機(jī)的工頻和變頻運(yùn)行需要10輸入個(gè)端口檢測(cè)電機(jī)是否過程需要5個(gè)端口綜上所述一共需要20個(gè)輸入端口。其中 水位監(jiān)測(cè)信號(hào)開關(guān)量需要1個(gè)輸入端口壓力檢測(cè)信號(hào)模擬量需要1個(gè)輸入端口輸入/輸出端口數(shù)為 20/12，所以我們選擇S7200系列主模塊CPU226。并且選擇一個(gè)擴(kuò)展模塊EM235對(duì)模擬量進(jìn)行采集。 PLC外圍電路設(shè)計(jì) 變頻器的選型和外圍電路設(shè)計(jì)變頻器按結(jié)構(gòu)來分，分為交交變頻器和交直交變頻器兩種。交交變頻器可將工頻交流電直接轉(zhuǎn)變成頻率和電壓均可控制的交流電，又稱為直接變頻器。交直交變頻器是把工頻交流電經(jīng)整流器先轉(zhuǎn)換成直流電，然后經(jīng)濾波環(huán)節(jié)后，再把直流電轉(zhuǎn)換成頻率、電壓可控制的交流電，又稱為間接變頻器。目前，使用最多的通用變頻器多是交直交變頻器，它由主電路，包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制電路組成。 變頻器基本結(jié)構(gòu)圖（1)整流器整流器即是網(wǎng)側(cè)變流器，它的作用是把三相或單相交流電整流成直流電。整流電路有可控整流電路和不可控整流電路兩種。（2)逆變器逆變器即是負(fù)載側(cè)的變流器，它的主要作用在控制電路的控制下將直流電轉(zhuǎn)變成頻率、電壓調(diào)節(jié)后的交流電，輸出給外部設(shè)備。六個(gè)半導(dǎo)體器件組成的橋式電路是常見的逆變電路，通過控制電路控制開關(guān)器件的通、斷，可以得到所需頻率的交流電輸出。（3)中間直流環(huán)節(jié)中間直流環(huán)節(jié)又稱為中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，這是因?yàn)槟孀兤鞯呢?fù)載多為感性負(fù)載，其功率因數(shù)小于1，使得在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間存在著無功率的交換。這種無功能量需要中間直流環(huán)節(jié)中的電容器或電抗器來進(jìn)行緩沖。（4)控制電路控制電路是變頻器的核心，它通常由運(yùn)算電路、檢測(cè)電路、門極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路和保護(hù)電路等組成，其作用主要是完成對(duì)逆變器的開關(guān)控制和頻率控制、對(duì)整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等。另外，變頻器按調(diào)制方法來分，分為PAM型變頻器和PWM型變頻器。變頻器按用途來分，又分為通用變頻器和專用變頻器。，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實(shí)際逐漸走向成熟。變頻器不僅調(diào)速平滑，范圍大，效率高，啟動(dòng)電流小，運(yùn)行平穩(wěn)，而且節(jié)能效果明顯。因此，交流變頻調(diào)速已逐漸取代了過去的傳統(tǒng)滑差調(diào)速、變極調(diào)速、直流調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng)，越來越廣泛的應(yīng)用于冶金、紡織、印染、煙機(jī)生產(chǎn)線及樓宇、供水等領(lǐng)域。 目前，市場(chǎng)上變頻器的品牌很多，國(guó)外的有ABB、Siemens、Lenze、Vacon、Danfoss、KEB、LG、S