【文章內(nèi)容簡介】 10003. 根據(jù)供水量和高度確定水泵型號和臺數(shù),并對電動機(jī)進(jìn)行選型,見下表。表33 水泵，電機(jī)和變頻器選型表用水量/（/h）揚(yáng)程/m水泵型號電機(jī)功率/KW配用變頻器/KW50xN6080LG5020x315158080LG5020x410080LG5020x5222212080LG5020x63030100xN40100DL260100DL3303080100DL43737100100DL54545120100DL65555注：N為水泵臺數(shù)4. 設(shè)定供水壓力經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：平方供水壓力P=；樓房供水壓力 P=（+樓層數(shù)）MPa ()：（1）貯水池本身容量必須大于每小時(shí)總供水量峰值；（2）水泵揚(yáng)程一定要超過實(shí)際供水高度；（3）水泵流量總和必須大于實(shí)際用水峰值。 系統(tǒng)主要設(shè)備的選型依據(jù)基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)的原理，系統(tǒng)的電氣控制總框圖如圖31所示：由以下電氣總框圖能夠總結(jié)出,該系統(tǒng)的硬件設(shè)備大體上包括以下5大部分：(1) PLC及其擴(kuò)展模塊；(2) 變頻器；(3) 水泵機(jī)組；(4) 壓力變送器；(5) 液位變送器。圖31 系統(tǒng)的電氣控制總框圖 PLC及其擴(kuò)展模塊的選型一、可編程控制器的定義可編程控制器英文縮寫為PC，英文全稱為Programmable Controller，經(jīng)過了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC（英文全稱：Programmable Logic Controller）和可編程控制器PC幾個(gè)不同階段。為與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）進(jìn)行辨別，而今依然采取可編程邏輯控制器這個(gè)老叫法。1987年國際電工會員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下解釋：“PLC是一種產(chǎn)生于特定工業(yè)運(yùn)行條件下的數(shù)字運(yùn)算操作的電子自動控制裝置。它采取的存儲器能夠編制程序，該存儲器可在其內(nèi)部存儲單元進(jìn)行邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、算術(shù)運(yùn)算等功能的指令，且可以利用設(shè)計(jì)數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出，完成控制不同種類的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其相連的外圍部件都應(yīng)當(dāng)按照方便和工業(yè)控制系統(tǒng)結(jié)合為一個(gè)有機(jī)整體，還應(yīng)方便于擴(kuò)展其性能的原則而設(shè)計(jì)?！倍?、PLC的工作原理 當(dāng)PLC正常啟動運(yùn)行，該控制流程大致分為三個(gè)部分，輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)部分。完整的完成以上三個(gè)部分稱之為一個(gè)掃描周期。整個(gè)運(yùn)行過程中PLC的CPU都在以相應(yīng)的掃描速度循環(huán)執(zhí)行以上三個(gè)操作。(一) 輸入采樣階段 輸入采樣階段，PLC用連續(xù)掃描的方式依次地讀入所有輸入信息，并將該信息存入I/O映像區(qū)的對應(yīng)結(jié)構(gòu)中。完成輸入采樣后，轉(zhuǎn)入到用戶程序輸出刷新和執(zhí)行過程。即使在兩個(gè)階段輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)產(chǎn)生了改變，I/O映像區(qū)中的對應(yīng)單元的信息也不會發(fā)生改變。假使輸入信號是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須得超過一個(gè)掃描周期，這樣才能確保在任何情形下，該輸入信息都能被準(zhǔn)確讀入。(二) 用戶程序執(zhí)行階段用戶程序執(zhí)行階段，PLC通常掃描用戶程序的順序是由上而下的依次地開始。掃描梯形圖的過程是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的連接線路，按照先左后右、先上后下的即定順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的整個(gè)線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，而后依據(jù)邏輯運(yùn)算得出的結(jié)論，重新調(diào)節(jié)邏輯線圈在系統(tǒng)RAM中相對應(yīng)位置的運(yùn)行狀態(tài)；確定是否應(yīng)該完成對該梯形圖所規(guī)定的特殊性能指令。 (三) 輸出刷新階段 掃描用戶程序過程結(jié)束后，PLC就開始進(jìn)入輸出刷新過程。在此過程內(nèi)，CPU根據(jù)I/O映象內(nèi)對應(yīng)的信息刷新全部輸出鎖存電路，再利用輸出電路驅(qū)動與之相對應(yīng)的外部設(shè)備。三、PLC的特點(diǎn)(1)可靠性相對比較高，抗干擾能力也較強(qiáng)。(2)硬件配套比較齊全，性能比較齊全。(3)方便學(xué)習(xí)與應(yīng)用，被廣大工程技術(shù)人員所接受。 (4)系統(tǒng)建造的周期大為縮短，維護(hù)相對簡單，改造十分容易。(5)體積僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，重量輕且能耗低。 四、PLC的應(yīng)用和發(fā)展世界上公認(rèn)的首臺PLC是美國數(shù)字設(shè)備公司所研發(fā)的。受限于當(dāng)時(shí)元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展應(yīng)用水平，早期的PLC通常由分立組件和集成電路兩部分組成，可以實(shí)現(xiàn)相對簡單的邏輯控制過程及定時(shí)、計(jì)數(shù)過程。20世紀(jì)70年代初產(chǎn)生了微處理器，人們迅速將該器件引入到PLC，使PLC增加了許多新興功能如運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等，真正實(shí)現(xiàn)了具備計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)自動控制系統(tǒng)。為了方便人們了解熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的使用，可編程控制器利用與繼電器電路圖比較相似的梯形圖作為重要編程工具 ，且將在計(jì)算機(jī)中參與計(jì)算及處理過程的存儲組件都用繼電器加以命名。此時(shí)的可編程控制器是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制理論相總結(jié)的結(jié)晶。20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入到實(shí)際應(yīng)用發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)全方面被應(yīng)用到可編程控制器，使其結(jié)構(gòu)功能發(fā)生了巨大飛躍。更高的運(yùn)算速度、更小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾能力、模擬量運(yùn)算、PID功能及較高的性價(jià)比奠定了它在當(dāng)今控制領(lǐng)域中的重要地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在眾多發(fā)達(dá)國家中已取得普遍運(yùn)用。那個(gè)時(shí)代可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。該階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上發(fā)展可編程控制器的國家數(shù)量日趨上升，產(chǎn)量日益增加。這意味著可編程控制器已步入成熟發(fā)展的新階段。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加迫切地滿足于現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求。從發(fā)展規(guī)模上來講，這個(gè)階段研發(fā)了各種功能大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來講，產(chǎn)生了形形色色的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制情形；從產(chǎn)品的配套能力上講，開發(fā)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套變得十分簡單。日前，PLC在國內(nèi)外已普遍使用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、輕紡、交通運(yùn)輸、及文化娛樂等不同行業(yè)，被稱為現(xiàn)代控制技術(shù)的三大砥柱之一。五、西門子S7200PLC簡介西門子公司擁有品種十分充裕的PLC產(chǎn)品。S7系列屬于傳統(tǒng)意義的PLC產(chǎn)品，S7200屬于小型PLC，在1998年衍生為第二代 產(chǎn)品，隨后升級為第三代產(chǎn)品，其多方面優(yōu)點(diǎn)如下：(1) 功能相對較為強(qiáng)大。S7200擁有共5種不同的CPU模塊，可進(jìn)行擴(kuò)展至最多7個(gè)擴(kuò)展模塊，擴(kuò)展到248點(diǎn)數(shù)字量或38路模擬量，最多有超過30KB的程序存儲空間和數(shù)據(jù)存儲空間；(2) 先進(jìn)的程序結(jié)構(gòu)，強(qiáng)大的功能編程軟件；(3) 相對較為靈活方便的尋址方法；(4) 強(qiáng)大的通信功能和品種齊全的配套人機(jī)界面；(5) 比較有競爭力的市場價(jià)格；；(6) 完善的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持等。六、PLC及其擴(kuò)展模塊的選型PLC是整個(gè)供水控制系統(tǒng)中的核心器件，該器件需要實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)中所有輸入信號的收集、所有輸出單元的控制、恒壓的實(shí)現(xiàn)以及對外的信息交換。所以當(dāng)我們在挑選PLC時(shí)，需充分考慮PLC的指令執(zhí)行速度、指令種類豐富程度、內(nèi)存空間大小、通訊接口及協(xié)議是否簡單方便、擴(kuò)展模塊的能力等諸多方面條件。因?yàn)楹銐汗┧詣涌刂葡到y(tǒng)的主要控制設(shè)備相對較少，所以PLC選用德國SIEMENS公司的S7200型。S7200型PLC的結(jié)構(gòu)相對緊湊，成本十分低廉，具備較高的性價(jià)比，能夠普遍應(yīng)用于一些小型控制系統(tǒng)。SIEMENS公司的PLC具備高可靠性，擴(kuò)展性較高，又擁有比較齊全的通信指令系統(tǒng)，且通信協(xié)議十分簡單等優(yōu)點(diǎn)；PLC能夠與工業(yè)控制用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接，對自動控制系統(tǒng)進(jìn)行一定的監(jiān)測與控制。依據(jù)控制系統(tǒng)具體所需端子數(shù)量，考慮PLC端子數(shù)量需要有一定的預(yù)留量，所以主模塊是CPU226。由于實(shí)際中需要模擬量輸入點(diǎn)1個(gè)，模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)，所以還需擴(kuò)展，擴(kuò)展模塊選用的是EM235。EM235模塊能夠針對各種標(biāo)準(zhǔn)的輸入信號，利用DIP開關(guān)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定。 變頻器的選型一、變頻器的定義變頻器是利用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)通過改變電機(jī)工作電源頻率方法來調(diào)節(jié)交流電動機(jī)的電力調(diào)節(jié)設(shè)備。整流（交流變直流）、逆變（直流變交流）、濾波、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等不同種類功能的單元組成了變頻器。通過調(diào)節(jié)電源的頻率來實(shí)現(xiàn)對電源電壓的調(diào)節(jié)，依據(jù)電機(jī)的實(shí)際需求來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能調(diào)速的目的。二、變頻器的工作原理變頻器的工作原理從主電路和控制電路兩大方面來闡明。第一、主電路為電力變換部分，他為異步電動機(jī)提供了調(diào)壓調(diào)頻電源，變頻器的主電路大體上可分為兩類：將電壓源的直流變換為交流的變頻器屬于電壓型，電容是該直流回路的濾波。將電流源的直流變換為交流的變頻器屬于電流型，電感是該直流回路濾波。 它由三部分構(gòu)成，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。 （1）整流器最近廣泛使用的是二極管的變流器，它可以將工頻性質(zhì)的電源變換為直流性質(zhì)電源。也可使用兩組晶體管變流器構(gòu)成功率方向可逆、可進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)的可逆變流器。 （2）平波回路整流器整流后的直流電壓系統(tǒng)中含有的脈動電壓電源頻率的6倍，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使電壓系統(tǒng)中的直流電壓發(fā)生改變。實(shí)際電路為了抑制電壓波動，采取利用電感和電容等原件去吸收脈動電壓（電流）。裝置容量相對較小時(shí)，假使電源和主電路之間構(gòu)成的器件有余量，能夠省去電感而采用相對較為容易的平波回路。 （3）逆變器與整流器所相比，逆變器是將直流性質(zhì)的電流變換為需要的頻率的交流性質(zhì)的電流，在已經(jīng)確定的時(shí)間使6個(gè)開關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通、關(guān)斷就能夠獲得3相交流輸出。利用電壓型PWM逆變器為例表示出關(guān)斷時(shí)間及電壓波形。 第二、控制電路是給電機(jī)提供電能（電壓、頻率可調(diào)）的主電路，該電路還能提供控制信號，通常由將運(yùn)算電路的控制信號進(jìn)行放大的“驅(qū)動電路”，頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機(jī)的“速度檢測電路”，以及逆變器和電動機(jī)的“保護(hù)電路”組成 。（1）運(yùn)算電路：對外部電路各種速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號開始進(jìn)行比較運(yùn)算，從而決定逆變器的輸出電壓和輸出頻率。 （2）電壓電流檢測電路：與主回路相電位隔離，用于檢測電壓、電流等。 （3）驅(qū)動電路：能夠驅(qū)動主電路器件。與控制電路隔離使主電路器件進(jìn)行導(dǎo)通、關(guān)斷。 （4）速度檢測電路：用安裝在異步電機(jī)軸機(jī)上的速度檢測器的信號作速度信號，送至運(yùn)算回路，依據(jù)指令和運(yùn)算可讓電動機(jī)依據(jù)指令進(jìn)行工作。 （5）保護(hù)電路：當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時(shí)，令逆變器工作停止或抑制電壓、電流值，測量主電路的電壓。 三、變頻器的節(jié)能變頻節(jié)能、功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能和軟啟動節(jié)能這三個(gè)方面的節(jié)能構(gòu)成了變頻器節(jié)能的內(nèi)容。（1）變頻節(jié)能變頻器節(jié)能主要反映在風(fēng)機(jī)、水泵這兩類生產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用上。為了確保生產(chǎn)的可靠性這個(gè)關(guān)鍵前提，各類不同的生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計(jì)配用動力驅(qū)動時(shí)，一般都設(shè)有一定的富余量。假使電機(jī)不能在滿負(fù)荷得條件下工作時(shí)，除滿足動力驅(qū)動需求之外，剩余的力矩大大增加了有功功率的消耗，并且造成能源的白白浪費(fèi)。風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備過去的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來控制給風(fēng)量和給水量，輸入功率一般較大，并且大量能源消耗在多余的擋板、閥門截流的過程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)，假使流量要求減小，只需要使泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的降低即可達(dá)到要求。 電動機(jī)使用變頻器的目的就是為了降低啟動電流并調(diào)速。該設(shè)備首先需把電源的交流電變換為直流電（DC），這樣做的目的為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，這個(gè)過程叫整流。把直流電（DC）變換為交流電（AC）的裝置，術(shù)語稱之為為“inverter”(逆變器)。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的逆變電源。逆變?yōu)轭l率可調(diào)、電壓可調(diào)的逆變器我們將它稱之為變頻器。變頻器輸出的模擬正弦波多是用在三相異步電動機(jī)調(diào)速過程中，故而又叫做變頻調(diào)速器。對于主要用在儀器儀表的檢測設(shè)備中，對波形要求相對較高的可變頻率逆變器，要對波形進(jìn)行相應(yīng)的處理工作。能夠輸出標(biāo)準(zhǔn)正弦波的通常是變頻電源。通常變頻電源的價(jià)格是變頻器的15－20倍。變頻器設(shè)備中產(chǎn)生變化的電壓或頻率裝置叫“inverter”，所以該產(chǎn)品被命名為“inverter”，（即變頻器）。 變頻不是處處可以省電，且有許多場合用變頻并不一定能省電。 作為電子電路，變頻器本身也需要消耗電能（約額定功率的35%）。，相當(dāng)于一盞長明燈. 工頻下運(yùn)行的變頻器具有節(jié)能功能是事實(shí)。但是他的前提條件是： 第一、為風(fēng)機(jī)/泵類負(fù)載且功率相對較大； 第二、裝置本身具備軟件支持的節(jié)電功能； 第三、處于長期持續(xù)的工作狀態(tài)。 這是體現(xiàn)節(jié)電效果的三個(gè)基本條件。除此之外，節(jié)不節(jié)電并沒有什么現(xiàn)實(shí)意義。假使不加前提條件的盲目探討變頻器工頻運(yùn)行的節(jié)能性，就是夸大變頻器的作用或者商業(yè)炒作。徹底了解了本質(zhì)，就能巧妙的利用他為你服務(wù)。注意使用場合和使用條件才能正確運(yùn)用，反之就是盲目跟從、不注重實(shí)際。 （2）功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能無功功率增加線路損耗、設(shè)備的發(fā)熱以及降低了功率因數(shù)，功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，致使大部分無功電能消耗在線路當(dāng)中，且設(shè)備使用效率相當(dāng)?shù)拖?，浪費(fèi)情況十分嚴(yán)重，采用變頻調(diào)速裝置降低了無功損耗。由于變頻器內(nèi)部濾波電容的功能，從而也增加了電網(wǎng)的有功功率。 （3）軟啟動節(jié)能電機(jī)硬啟動會對電網(wǎng)系統(tǒng)造成相當(dāng)大的沖擊，同時(shí)對電網(wǎng)容量要求也比較高，正常啟動時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動時(shí)對擋板和閥門的損害極大，對設(shè)備、線路的使用壽命十分有害。然而采用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零增大，最大電流值也低于額定電流，從而減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的苛刻要求，大大延長設(shè)備和閥門的使用年限。設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用也得到減少。 從理論上分析，變頻器可以用在所有帶有電機(jī)的機(jī)械生產(chǎn)裝置中，啟動電動機(jī)時(shí)電流會高出額定值56倍，電機(jī)的轉(zhuǎn)速通常是保持不變的，但在具體使用過程中，有時(shí)要以較低或者較高的速度運(yùn)行，