【文章內(nèi)容簡介】 的系列產(chǎn)品，由微處理器控制，采用絕緣柵雙極型晶體管作為功率輸出器件，具有很高的運行可靠性和很強的功能。它采用模塊化結(jié)構(gòu)，組態(tài)靈活，有多種完善的變頻器和電動機保護功能，有內(nèi)置的 RS485/232C 接口和用于簡單過程控制的 PI 閉環(huán)控制器，可以根據(jù)用戶的特殊需要對 I/O 端子進行功能自定義?？焖匐娏飨拗茖崿F(xiàn)了無跳閘運行，磁通電流控制改善了動態(tài)響應(yīng)特性，低頻時也可以輸出大力矩。 MicroMaster440變頻器的輸出功 率為 ~90KW，適用于要求高、功率大的場合，恰好其輸出信號能作為 75KW 的水泵電機的輸入信號。另外選擇西門子的變頻器可以通過 RS485 通信協(xié)南京化工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 8 議和接口直接與西門子 PLC 相連，更便于設(shè)備之間的通信。 水泵的選型 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。要使泵組常處于高效區(qū)運行，則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配。本設(shè)計的要求為：電動機額定功率 75KW，供水壓力控制在 177。 。根據(jù)本設(shè)計要求并結(jié)合實際中小區(qū)生活用水 情況，最終確定確定采用 3 臺上海熊貓機械有限公司生產(chǎn)的 SFL 系列水泵機組（電機功率 75KW）。 SFL 型低噪音生活給水泵在外殼、軸上采用不銹鋼材質(zhì)，葉輪、導(dǎo)葉采用鑄造件，經(jīng)過靜電噴塑處理，效率可提高 5%以上；采用低噪音電機，機械密封，前端配有泄壓保護裝置，噪聲更低 (室外噪音 60 分貝 )、磨損小、壽命更長；下軸承采用柔性耐磨軸承，噪音低，壽命長；采用低進低出的結(jié)構(gòu)設(shè)計，水力模型先進，性能更可靠。它可以輸送清水及理化性質(zhì)類似于水的無顆粒、無雜質(zhì)不揮發(fā)、弱腐蝕介質(zhì)，一般用在城市給排水、鍋爐給水、空調(diào)冷卻系統(tǒng)、消防給水等 。因此本設(shè)計中選擇電機功率為 75KW的上海熊貓機械有限公司生產(chǎn)的 SFL 系列水泵 3 臺。 壓力傳感器的選型 壓力變送器用于檢測管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口，壓力傳感器和壓力變送器是將水管中的水壓變化轉(zhuǎn)變?yōu)?1~5V 或 4~20mA 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 4~20mA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 [13]。 根據(jù)以上的分析，本設(shè)計中選用普通壓力表 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 0~1Mpa，精度 ；數(shù)顯儀輸出一路 4~20mA電流信號，送給與 CPU226 連接模擬量模塊 EM235，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。 PLC 的概述及 選型 隨著 PLC 的推廣普及， PLC 產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來越多。近年來，從國外引進的南京化工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 9 PLC 產(chǎn)品、國內(nèi)廠家或自行開發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個系列，上百種型號。 PLC 的品種繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價格等各有不同，使用場合也各有側(cè)重。因此，合理選擇 PLC 對于提高 PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標起著重要作用。 隨著 PLC 的推廣普及， PLC 產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來越多。近年來，從國外引進的PLC 產(chǎn)品、國內(nèi)廠家或自行開發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個系列，上百種型號。 PLC 的品種繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法 、價格等各有不同，使用場合也各有側(cè)重。因此，合理選擇 PLC 對于提高 PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標起著重要作用。 PLC 內(nèi)部各組成單元之間通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接，外部根據(jù)實際控制對象配置相應(yīng)設(shè)備與控制裝置構(gòu)成 PLC 控制系統(tǒng)。 PLC 有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的 I/O 接口、通信接口，有大容量的內(nèi)存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本功能： ； ； ； ； ； ； ； 、自診斷功能。 機型的選擇： PLC 機型的選擇應(yīng)是在滿足控制要求的前提下，保證可靠、維護使用方便以及最佳的性能價格比。具體應(yīng)考慮以下幾方面： （ 1）性能與任務(wù)相適應(yīng) 對于小型單臺、僅需要數(shù)字量控制的設(shè)備，一般的小型PLC（如西門子公司的 S7200 系列、 OMRON 公司的 CPM1/CPM2 系列、三菱的 FX 系列等）都可以滿足要求。 對于以數(shù)字量控制為主，帶少量模擬量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，如工業(yè)生產(chǎn)中常遇到的溫度、壓力、流量等連續(xù)量的控制，應(yīng)選用帶有 A/D 轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和帶 D/A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，配接相 應(yīng)的傳感器、變送器（對溫度控制系統(tǒng)可選用溫度傳感器直接輸入的溫度模塊）和驅(qū)動裝置，并選擇運算、數(shù)據(jù)處理功能較強的小型 PLC（如西門子公司的 S7200 或 S7300 系列、 OMRON 的公司的 CQM1/CQM1H 系列等）。 對于控制比較復(fù)雜，控制功能要求更高的工程項目，例如要求實現(xiàn) PID 運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能時，可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔機（如西門子公司的 S7300 或 S7400 系列、 OMRON 的公司的 C200H@或 CV/CVM1 系列、 AB 公司的 Control Logix 系列等）。 （ 2）結(jié)構(gòu)上合理、安裝要方便、機型上應(yīng)統(tǒng)一 按照物理結(jié)構(gòu)， PLC 分為整體式和模塊式。整體式每一 I/O 點的平均價格比模塊式的便宜，所以人們一般傾向于在小型控制系統(tǒng)中采用整體式 PLC。但是模塊式 PLC 的功能擴展方便靈活， I/O 點數(shù)的多南京化工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 10 少、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、 I/O 模塊的種類和塊數(shù)、特殊 I/O 模塊的使用等方面的選擇余地都比整體式 PLC 大得多，維修時更換模塊、判斷故障范圍也很方便。因此，對于較復(fù)雜的和要求較高的系統(tǒng)一般應(yīng)選用模塊式 PLC。 根據(jù) I/O 設(shè)備距 PLC 之間的距離和分布范圍確定 PLC 的安裝方式為 集中式、遠程I/O 式還是多臺 PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式。 對于一個企業(yè)，控制系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)盡量做到機型統(tǒng)一。因為同一機型的 PLC，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購與管理；其功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)力量的培訓、技術(shù)水平的提高和功能的開發(fā)；其外部設(shè)備通用，資源可共享。同一機型 PLC 的另一個好處是，在使用上位計算機對 PLC 進行管理和控制時，通信程序的編制比較方便。這樣，容易把控制各獨立的多臺 PLC 聯(lián)成一個多級分布式系統(tǒng)，相互通信，集中管理，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)通信的優(yōu)勢。 （ 3）是否滿足響應(yīng)時間的要求 由于現(xiàn)代 PLC 有足 夠高的速度處理大量的 I/O數(shù)據(jù)和解算梯形圖邏輯，因此對于大多數(shù)應(yīng)用場合來說， PLC 的響應(yīng)時間并不是主要的問題。然而，對于某些個別的場合，則要求考慮 PLC 的響應(yīng)時間。為了減少 PLC的 I/O 響應(yīng)延遲時間，可以選用掃描速度高的 PLC，使用高速 I/O 處理這一類功能指令，或選用快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊。 （ 4）對聯(lián)網(wǎng)通信功能的要求 近年來，隨著工廠自動化的迅速發(fā)展，企業(yè)內(nèi)小到一塊溫度控制儀表的 RS485 串行通信、大到一套制造系統(tǒng)的以太網(wǎng)管理層的通信，應(yīng)該說一般的電氣控制產(chǎn)品都有了通信功能。 PLC 作為工廠自動化的主 要控制器件，大多數(shù)產(chǎn)品都具有通信聯(lián)網(wǎng)能力。選擇時應(yīng)根據(jù)需要選擇通信方式。 (5)其他特殊要求 考慮被控對象對于模擬量的閉環(huán)控制、高速計數(shù)、運動控制和人機界面（ HMI）等方面的特殊要求，可以選用有相應(yīng)特殊 I/O 模塊的 PLC。對可靠性要求極高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余控制系統(tǒng)或熱備份系統(tǒng)。 控制方案的比較和確定 恒壓變頻供水系統(tǒng)主要有壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機組以及低壓電器組成。系統(tǒng)主要的任務(wù)是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環(huán)控制多臺水泵，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機的軟起動以及變 頻水泵與工頻水泵的切換，同時還要能對運行數(shù)據(jù)進行傳輸和監(jiān)控。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)要求，有以下幾種方案可供選擇： (1) 有供水基板的變頻器 +水泵機組 +壓力傳感器 南京化工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 11 這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，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供水基板上，通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn) PLC 和 PID 等電控系統(tǒng)的功能。它雖然微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但在壓力設(shè)定和壓力反饋值的顯示方面比較麻煩，無法自動實現(xiàn)不同時段的不同恒壓要求，在調(diào)試時， PID 調(diào)節(jié)參數(shù)尋優(yōu)困難，調(diào)節(jié)范圍小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能不易保證。其輸出接口的擴展功 能缺乏靈活性，數(shù)據(jù)通信困難，并且限制了帶負載的容量，因此僅適用于要求不高的小容量場合。 (2) 通用變頻器 +單片機 (包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制 )+人機界面 +壓力傳感器 這種方式控制精度高、控制算法靈活、參數(shù)調(diào)整方便，具有較高的性價比，但開發(fā)周期長，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現(xiàn)場調(diào)試的靈活性差，同時變頻器在運行時，將產(chǎn)生干擾，變頻器的功率越大，產(chǎn)生的干擾越大，所以必須采取相應(yīng)的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)適用于某一特定領(lǐng)域的小容量的變頻恒壓供水中。 (3) 通用變頻器 +PLC(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器 控制 )+人機界面 +壓力傳感器 這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，通用性強；由于 PLC 產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計上，只需確定 PLC 的硬件配置和 I/O 的外部接線，當控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過 PC 機來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。同時由于 PLC 的抗干擾能力強、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機組的容量大小無關(guān)。 通過對以上這幾種方案的比較和分析，可 以看出第三種控制方案更適合于本系統(tǒng)。這種控制方案既有擴展功能靈活方便、便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點，又能達到系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度的要求。 南京化工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計 (論文） 12 第三章 變頻恒壓供水系統(tǒng)的分析及其設(shè)計 系統(tǒng)主電路的分析及其設(shè)計 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖如圖 所示：三臺電機分別為 M MM3，它們分別帶動水泵 3。接觸器 KM KM KM5 分別控制 M M M3 的工頻運行；接觸器 KM KM KM6 分別控制 M M M3 的變頻運行； FR FR FR3分別為三臺水泵電機過載保護 用的熱繼電器； QS QS QS QS4 分別為變頻器和三臺水泵電機主電路的隔離開關(guān)； FU 為主電路的熔斷器。 NL 1L 2L 3F U變 頻 器Q S 1RSTU VWQ S 2K M 2F R 1K M 1M 13 ~K M 3M 23 ~K M 5M 33 ~K M 4F R 2Q S 3 Q S 4K M 6F R 3 圖 變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖 三相電源經(jīng)低壓熔斷器、隔離開關(guān)接至變頻器的 R、 S、 T 端，變頻器的輸出端 U、V、 W 通過接觸器的觸點接至電機。當電機工頻運行時，連接至變頻器的隔離開關(guān)及變頻器輸出端的接觸器斷開，接通工頻運行的接觸器和隔離開關(guān)。主電路中的低壓熔斷器除接通電源外，同時實現(xiàn)短路保護，每臺電動機的過載保護由相應(yīng)的熱