【文章內(nèi)容簡介】 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。反之，當用水量減少水壓增加時，通過壓力閉環(huán)，減小水泵的轉(zhuǎn)速到另一個新的穩(wěn)定值。 (3) 當用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達到上限頻率 50Hz 時，若此時用戶管網(wǎng)的實際壓力還未達到設(shè)定壓力，并且滿足增加水泵的條件 (在下節(jié)有詳細闡述 )時，在變頻循環(huán)式的控制方式下，系統(tǒng)將在 PLC 的控制下自動投入水泵 M2(變速運行 )，同時變頻泵 M1 做工頻運行，系統(tǒng)恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達到設(shè)定值 為止。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，將另一臺水泵 M3 投入運行（變速運行）， M2 工頻運行。變頻器輸出頻率達到上限頻率 50Hz 時，壓力仍未達到設(shè)定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出水壓超限報警。 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 11 (4) 當用水量下降水壓升高，變頻器的輸出頻率降至下限頻率，用戶管網(wǎng)的實際水壓仍高于設(shè)定壓力值，并且滿足減少水泵的條件時，系統(tǒng)將工頻泵 M2 關(guān)掉，恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達到設(shè)定值。當用水量繼續(xù)下降，并且滿足減少水泵的條件時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，將另一臺工頻泵 M1 關(guān)掉。 供水系統(tǒng)中水泵 切換條件分析 在上述的系統(tǒng)工作流程中，我們提到當變頻泵己運行在上限頻率，此時管網(wǎng)的實際壓力仍低于設(shè)定壓力，此時需要增加水泵來滿足供水要求，達到恒壓的目的；當變頻泵和工頻泵都在運行且變頻泵己運行在下限頻率，此時管網(wǎng)的實際壓力仍高于設(shè)定壓力，此時需要減少工頻泵來減少供水流量，達到恒壓的目的。那么何時進行切換，才能使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，同時使機組不過于頻繁的切換呢 ? 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。另外，變頻器的輸出頻率不能夠為負值，最低只能是 0HZ。其實，在 實際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率是不可能降到 0HZ。因為當水泵機組運行，電機帶動水泵向管網(wǎng)供水時，由于管網(wǎng)中的水壓會反推水泵，給帶動水泵運行的電機一個反向的力矩，同時這個水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進入管網(wǎng)，因此，當電機運行頻率下降到一個值時，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實際的供水壓力也不會隨著電機頻率的下降而下降。這個頻率在實際應(yīng)用中就是電機運行的下限頻率。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。所以選擇 50HZ 和 20HZ 作為水泵機組切換的上下限頻率。 在恒壓供水中 ，機組的切換為機組增加與減少兩種情況，這兩種情況由于變頻器輸出頻率與供水壓力的不同邏輯關(guān)系相對應(yīng)?？紤]到只有當變頻器的輸出頻率在上下限頻率時才可能發(fā)生切換，并且上限頻率時不可能減泵，下限頻率時不可能加泵，所以，可以采用回滯環(huán)思想進行判別如圖： 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 12 用于壓力判斷的回滯環(huán) 如果變頻器的輸出為上限頻率，只有當實際的供水壓力比設(shè)定壓力?。?2的時候才允許進行機組增加；如果變頻器的輸出為下限頻率，則只有當實際的供水壓力比設(shè)定壓力大妮／ 2 的時候才允許進行機組的增加?；販h(huán)的應(yīng)用提供了這樣一 個保障，即如果切換的判別條件滿足，那就說明此時實際供水壓力在當前機組的運行狀況下滿足不了設(shè)定的要求。但這個判別條件的滿足也不能夠完全證明當前確實需要進行機組切換，因為有兩種情況可能使判別條件的成立有問題：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，造成判斷上的失誤，引起機組切換的誤操作。這兩種情況有一個共同的特點，即它們維持的時間短，只能夠使機組切換的判別條件在一個瞬間滿足。根據(jù)這個特點，在判別條件中加入延時的判斷就顯得尤為必要 了。 所謂延時判別，是指系統(tǒng)僅滿足頻率和壓力的判別條件是不夠的，如果真的要進行機組切換，切換所要求的頻率和壓力的判別條件必須成立并且能夠維持一段時間，比如一、兩分鐘，如果在這段延時的時間內(nèi)切換條件仍然成立，則進行實際的機組切換操作；如果切換條件不能夠維持延時時間的要求，說明判別條件的滿 足只是暫時的，如果進行機組切換將可能引起一系列多余的切換操作 。 經(jīng)過以上的分析，將實際的機組切換的條件優(yōu)化為： 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 13 四、 變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計 系統(tǒng)主要配置的選型 水泵機組的選型 根據(jù)所闡述的基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理，系統(tǒng)的電氣控制總框圖如圖： 系統(tǒng)的電器總框圖 由以上系統(tǒng)電氣總框圖可以看出，系統(tǒng)所需要的主要硬件包括： 1)水泵機組、變頻器 2)PLC 及擴張模塊 3)壓力變送器及數(shù)顯儀 水泵機組的選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運行；二是要經(jīng)常處于高效區(qū)運行，以求取得較好的節(jié)能效果。 PLC 及其擴展模塊的選型 1）本設(shè)計中選用西門子 MM440 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 14 2）計算機與變頻器連接圖 P G 7 6 0P C / P P I 通 訊 電 纜C P U 2 26E M 2 35M M 42 0 變頻 器三 相 交流 電 源三 相 異 步電 動 機光 電開 關(guān)控 制線 路編 程 計 算 機山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 15 3） MM440 BOP（基本操作面板）及功能描述 MM440 BOP 上的按鈕功能表 顯示 /按鈕 功能 功能的說明 狀態(tài)顯示 LED 顯示變頻器當前的設(shè)定值。 起動變頻器 按此鍵起動變頻器。缺省值運行時此鍵是被封鎖的。為了使此鍵的操作有效應(yīng)設(shè)定 P0700=1。 停止變頻器 OFF1：按此鍵，變頻器將按選定的斜坡下降速率減速停車 .缺省值運行時此鍵被封鎖；為了允許此鍵操作，應(yīng)設(shè)定 P0700=1。 OFF2：按此鍵兩次（或一次，但時間較長）電動機將在慣性作用下自由停車此功能總是 “ 使能 ” 的。 改變電動機的轉(zhuǎn)動方向 按此鍵可以改變電動機的轉(zhuǎn)動方向。電動機的反向用負號（－）表示或用閃爍的小數(shù)點表示。缺省值運行時此鍵是被封鎖的，為了使此鍵的操作有效，應(yīng)設(shè)定 P0700=1。 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 16 電動機點動 在變頻器無輸出的情況下按此鍵，將使電動機起動，并按預(yù)設(shè)定的點動頻率運行。釋放此鍵時，變頻器停車。如果變頻器 /電動機正在運行，按此鍵將不起作用。 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 17 1. 使用 BOP對變頻器的參數(shù)進行工廠復(fù)位 P0010=30 P0970=1 2. 使用 BOP對變頻器進行快速參數(shù)化 （提示：嚴格按照電機的名牌進行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。） P0010 ＝ 1（開始快速調(diào)試） 顯示 /按鈕 功能 功能的說明 功能 此鍵用于瀏覽輔助信息。 變頻器運行過程中，在顯示任何一個參數(shù)時按下此鍵并保持不動2 秒鐘，將顯示 以下參數(shù)值（在變頻器運行中，從任何一個參數(shù)開始）： 1. 直流回路電壓（用 d 表示 – 單位： V） 2. 輸出電流（ A） 3. 輸出頻率（ Hz） 4. 輸出電壓（用 o 表示 – 單位： V）。 P0005 中所選的值 (如果已配置了 P0005，那么，顯示上面數(shù)據(jù)的 1~4項，然后相應(yīng)的值不再顯示 )。 連續(xù)多次按下此鍵，將輪流顯示以上參數(shù)。 跳轉(zhuǎn)功能 在顯示任何一個參數(shù)（ rXXXX 或 PXXXX）時短時間按下此鍵，將立即跳轉(zhuǎn)到 r0000, 如果需要的話，您可以接著修改其它的參數(shù)。跳轉(zhuǎn)到 r0000 后，按此 鍵將返回原來的顯示點。 訪問參數(shù) 按此鍵即可訪問參數(shù)。 增加數(shù)值 按此鍵即可增加面板上顯示的參數(shù)數(shù)值。 減少數(shù)值 按此鍵即可減少面板上顯示的參數(shù)數(shù)值 . 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 18 PO100 ＝ ?( 選擇工作地區(qū) ) P0304 ＝ ? （電動機額 定電壓 V） P0305 ＝ ? （電動機額定電流 A） P0307 ＝ ? （電動機額定功率 W） P0310 ＝ ? （電動機額定頻率 HZ） P0311 ＝ ? （電動機額定轉(zhuǎn)速 r/min） P0700 ＝ ? （命令源選擇） P1000 ＝ ? （選擇頻率設(shè)定值） P1080 ＝ ? （電動機運行的最低頻率 HZ） P1082 ＝ ? （最大電動機頻率） P1120 ＝ ? （斜坡上升時間 S） P1121 ＝ ? （斜坡下降時間 S） P3900 ＝ ?1 （結(jié)束快速調(diào)速） PLC 的選擇 本設(shè)計中選擇的 PLC 是 S7— 200 S7200(德國西門子公司 ) 給 S7200 供電類型 – 給 S7200CPU 供電有直流供電和交流供電兩種方式 。 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 19 注：在安裝和拆除 S7200之前，要確保電源被斷開，以免造成人身損害和設(shè)備事故。 24V DC 供電 /14 點 24V DC 輸入 /10 點 24V DC 輸出 230V AC 供電 /14 點 24V DC 輸入 /10 點繼電器輸出 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 20 CPU 的選擇 本設(shè)計中選擇 CPU226 壓力變送器及數(shù)顯儀的選型 壓力傳感器和壓力變送器是將水管中的壓力信號變成 15V 或 420 的模擬量信號，作為模擬輸入模塊 (A／ D 模塊 )的輸入，在選擇時，為了防止傳輸過程中的干擾與損耗，我們采用 420mA 輸出壓力變送器。 在運行過程中，當壓力傳感器和壓力變送器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)有可能開啟所有的水 泵，而此時的用水量又達不 到，這就使水管中的水壓上升，為了防止爆管和超高水壓損壞家中的用水 設(shè)備 (熱水器、抽水馬桶等 )，本文中的供水系統(tǒng)使用電極點壓力表的壓力上限輸出，作為 PLC 的一個數(shù)字量輸入，當壓力超出上限時，關(guān)閉所有水泵并進行報警輸出。 根據(jù)以上的分析，本文選用普通壓力表 Y100 和 XMT1270 數(shù)顯儀實現(xiàn)壓力的檢測、顯示和變送。壓力表測量范圍 01MP，精度 ；數(shù)顯儀輸出一路 420mA，“電流信號，送給變頻器作為 PID 調(diào)節(jié)的反饋電信號，可設(shè)定壓力上、下限，通過兩路繼電器控制輸出壓力超限信號。 經(jīng) 過第 2章對系統(tǒng)方案的分析和確定，再結(jié)合上述的系統(tǒng)硬件的選型，確定以可靠性高、使用簡單、維護方便、編程靈活的工控設(shè)備變頻器和 PLC 作為主要控制設(shè)備來設(shè)計變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)。 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 21 系統(tǒng) 主電路分析及設(shè)計 供電系統(tǒng)的設(shè)定直接影響到控制系統(tǒng)的可靠性，因此在設(shè)定供電系統(tǒng)時應(yīng)考慮下列因素： 1)輸入電源電壓在一定的允許范圍內(nèi)變化； 2)當輸入交流電斷電時，應(yīng)不破壞控制器程序和數(shù)據(jù)； 3)當控制系統(tǒng)不允許斷電的場合，要考慮供電電源的冗余； 4)當外部設(shè)備電源斷電時，應(yīng)不影響控制器的供電； 5)要考慮電源系統(tǒng)的抗干 擾措施。 系統(tǒng)中變頻器的輸入信號有兩種，一種是控制信號，它包括 PLC 輸給變頻器的 FWD 信號和壓力傳感器送來的壓力信號，壓力信號由 PLC 輸出，壓力信號是作為變頻器的 PID 單元的反饋輸入信號；另一種是輸入電源信號口引。盡量不要用主電路電源 ON／ OFF 的方法控制變頻器的停止和運行，應(yīng)該用控制電路端子 FWD、 REV 或者鍵盤面板上 REV、 FWD和 STOP 鍵控制變頻器的停止和運行 。 變頻器的輸出信號也有兩種，一是送 PLC的超壓信號、欠壓信號和變頻器故障信號這三個輸出控制信號，另一種是送水泵的變頻器輸出電源信號。系統(tǒng)變頻 調(diào)速控制方式如圖 所示： 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 22 變頻調(diào)速系統(tǒng)控制方式 三臺大容量的主水泵 (1， 2， 3)根