【文章內(nèi)容簡介】 有兩臺電動機(jī)拖動，要求一 臺運(yùn)行，一臺備用。 (2) 自動運(yùn)行時(shí)泵運(yùn)行累計(jì) 100 小時(shí)輪換一次，手動時(shí)不切換。 (3) 完成恒壓供水系統(tǒng)的硬件配置。 (4) 完成供水系統(tǒng) PLC 程序設(shè)計(jì)。 (5) 實(shí)現(xiàn) PLC 與變頻器、 PLC 與觸摸屏之間的通信參數(shù)的設(shè)定。 變頻恒壓供水控制方式的選擇 目前國內(nèi)變頻恒壓供水設(shè)備電控柜的控制方式有： (1) 邏輯電子電路控制方式 這類控制電路難以實(shí)現(xiàn)水泵機(jī)組全部軟啟動、全流量變頻調(diào)節(jié)，往往采用一臺泵固定于變頻狀態(tài)，其余泵均為工頻狀態(tài)的方式。因此，控制精度較低、水泵切換時(shí)水 壓波動大、調(diào)試較麻煩、工頻泵起動時(shí)有沖擊、抗干擾能力較弱，其成本較低。 (2) 單片微機(jī)電路控制方式 這類控制電路優(yōu)于邏輯電路，但在應(yīng)付不同管網(wǎng)、不同供水情況時(shí)，調(diào)試較麻煩，追加功能時(shí)往往要對電路進(jìn)行修改，不靈活也不方便。電路的可靠性和抗干擾能力都不太好。 (3) 帶 PID回路調(diào)節(jié)器或可編程序控制器 (PLC)的控制方式 該方式變頻器的作用是為電機(jī)提供可變頻率的電源。實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。傳感器的任務(wù)是檢測管網(wǎng)水壓，壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。壓力設(shè)定信號和壓力反 饋信號在輸入可編程控后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部 PID控制程序的計(jì)算，輸出給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號送入 PID回路調(diào)節(jié)器，由 PID回路調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)器內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算后，輸入給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號。 6 (4) 新型變頻調(diào)速供水設(shè)備 新 產(chǎn)品將 PID調(diào)節(jié)器以及簡易可編程控制器的功能都綜合 在 變頻器內(nèi)，形成了 不同作用 的新型變頻器。由于 PID運(yùn)算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對可編程控制器存貯容量的要求和對 PID算法的編程，而且 PID參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且提高了生 產(chǎn)效率。由于變頻器內(nèi)部自帶 的 PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平穩(wěn) 。同時(shí)，為了保證水壓 反饋信號的準(zhǔn)確， 可對該信號設(shè)置濾波時(shí)間常數(shù)，同時(shí)還可對反饋信號進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡單、方便 [4]。 考慮以上四種方案后，此次設(shè)計(jì)采用第四種方案。如圖 12 所示 圖 12 供水系統(tǒng)方案圖 在 供水系統(tǒng) 方案圖中 ，壓力傳感器用于檢測管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口。當(dāng)用水量大時(shí)，水壓降低，用水量小時(shí)，水壓升高。水壓傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o調(diào)節(jié)器。 7 2 電氣 元 件的選用 可編程控制器 可編程控制器 簡介 可編程控制器是 60 年代末在繼電器系統(tǒng)上發(fā)展起來的，當(dāng)時(shí)稱作可編程邏輯控制器 (Programmable Logic Controller)，簡稱 PLC?？删幊炭刂破鞯漠a(chǎn)生和發(fā)展與繼電器控制系統(tǒng)有很大的關(guān)系。繼電器是一種用弱電信號控制強(qiáng)電信號的電磁開關(guān)，但在復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，故障的查找和排除非常困難，不適應(yīng)于工藝要求發(fā)生變化的場合。由此，產(chǎn)生了可編程控制器，它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)，用面向控制過程 、面向用戶的簡單編程語句，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，是簡單易懂，操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制器，是當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一?？删幊炭刂破骶哂胸S富的輸入 /輸出接口，并具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力，但它的產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，其靈活標(biāo)準(zhǔn)的配置能夠適應(yīng)工業(yè)上的各種控制。在實(shí)際應(yīng)用中，其硬件可根據(jù)實(shí)際需要選用配置，其軟件則需要根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。 可編程控制器 選型 目前市場上的 PLC種類繁多， 近年來，從美國、日本、德國引進(jìn)的 PLC產(chǎn)品及國內(nèi)廠家組裝或自行開發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個(gè)系列，上百種型號。其結(jié)構(gòu)形式、 性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價(jià)格等各有自己的特點(diǎn)，適用場合也各有側(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(jì)指標(biāo)起著重要的作用。一般選擇機(jī)型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費(fèi)。機(jī)型的選擇可從以下幾個(gè)方面來考慮。世界各國生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的 PLC雖然外觀各異，但作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)都大體相同。主要由中央處理器（ CPU） 、存儲器（ RAM、 ROM） 、輸入輸出單元（ I/O）接口、電源及外圍設(shè)備等幾大部分構(gòu)成。 PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 31所示： 8 圖 21 PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖 在選擇 PLC 的型號時(shí)一般從以下幾個(gè)方面來考慮： (1) 功能要適當(dāng)。 PLC 的選型基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需要。控制系統(tǒng)需要什么功能，就選擇具有什么樣功能的 PLC，當(dāng)然要兼顧維修、備件的通用性。 (2) I/O 點(diǎn)數(shù)是基礎(chǔ)。準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)出被控設(shè)備對輸入輸出點(diǎn)數(shù)的總需要量是PLC 選型的基礎(chǔ)。把各輸入設(shè)備和被控設(shè)備詳細(xì)列出，然后在實(shí)際統(tǒng)計(jì)出 I/O 點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上加 15%～ 20%的備用量，以便今后調(diào)整和擴(kuò)充。 (3) 估算系統(tǒng)對 PLC 響應(yīng)時(shí)間的要求。對于 大多數(shù)應(yīng)用場合來說， PLC 的響應(yīng)時(shí)間不是主要的問題。響應(yīng)時(shí)間包括輸入濾波時(shí)間、輸出濾波時(shí)間和掃描周期。PLC 的順序掃描工作方式使它不能可靠地接收持久時(shí)間小于掃描周期的輸入信號。為此，需要選取掃描速度高的 PLC，像 FX2N 型 PLC 能處理速度達(dá) 控指令。 (4) 根據(jù)程序存儲器容量選型。 PLC 的程序存儲器容量通常以字或步為單位。PLC 的程序步是由一個(gè)字構(gòu)成的，即每個(gè)程序步占一個(gè)存儲器單元。用戶程序所需存儲器容量可以預(yù)先估算。對于開關(guān)量控制系統(tǒng)，用戶程序所需存儲器的字?jǐn)?shù)等于I/O 信號總數(shù)乘以 8。 (5) 編程器與外圍設(shè)備的選擇。小型 PLC 控制系統(tǒng)通常都選用價(jià)格便宜的簡易電源輸入單元外設(shè)接口輸出單元擴(kuò)展接口運(yùn)算器控制器系統(tǒng)程 （ RO M ）用戶程序 ( RAM )微處理器 ( CPU )存儲器主機(jī)輸入設(shè)備輸出設(shè)備編程器磁帶機(jī)打印機(jī)EPRO M 寫字機(jī)圖形監(jiān)控系統(tǒng)外圍設(shè)備PLC 或上位計(jì)算機(jī)擴(kuò)展單元 9 編程器。如果系統(tǒng)大，用 PLC 多，選一臺功能強(qiáng)、編程方便的圖形編程器也不錯，如果有現(xiàn)成的個(gè)人計(jì)算機(jī)，也可選用能在個(gè)人計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的編程軟件包 [1]。 三菱 FX2N的主要特點(diǎn)：較高的可靠性；豐富的指令集；豐富的內(nèi)置集成功能；實(shí)時(shí)特性強(qiáng)和強(qiáng)大的通信能力。 PLC 容量 的選擇： PLC 容量 主要是指是 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)， I/O 點(diǎn)數(shù)也應(yīng)留有適當(dāng)裕量。由于目前 I/O 點(diǎn)數(shù)較多的 PLC 價(jià)格也較高，若備用的 I/O 點(diǎn)是數(shù)量太多，將使成本增加。根據(jù)被控對象 的輸入信號和輸出信號的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，通常 I/O 點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要的考慮留 10%～ 15%點(diǎn)數(shù)備用量。 根據(jù)系統(tǒng)要求和功能 ，本系統(tǒng)選用 FX2N32MR型 PLC。 水泵的選 擇 工作水泵型號和臺數(shù)的選擇，應(yīng)根據(jù)逐時(shí)、逐日、逐季的用水量變化，要求的水壓，機(jī)組的效率和功率因素等確定。 水泵和電動機(jī)是供水系統(tǒng)的重要組成部分，水泵選擇恰當(dāng)與否和動力有很大的關(guān)系，故須加以重視。選泵時(shí)，首先要滿足供水系統(tǒng)的要求 : (1) 水泵揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供水高度； (2) 水泵流量總和應(yīng)大于實(shí)際最大供水量； (3) 水泵能力足以供應(yīng)最高用水量時(shí)的用水量，揚(yáng)程應(yīng)在該泵特性曲線的高效工作區(qū)內(nèi)，以減少耗電量； (4) 水泵型號應(yīng)使泵站建筑面積和泵站的基礎(chǔ)埋深為最小，以降低泵站造價(jià)； (5) 水泵構(gòu)造應(yīng)使泵站內(nèi)管線簡單，以減少水頭損失； (6) 安裝管理方便。 安裝臥式離心泵的泵站，平面尺寸較大而高度較低；立式軸流泵的泵站，情況正好相反，泵站的高度較大而平面尺寸較小。因此在深埋式的地下泵站可優(yōu)先考慮立式泵，半地下式和地面式泵站可用臥式泵。 選用多臺水泵時(shí)，水泵的型號最好相同，這可便于安裝和維修養(yǎng)護(hù)管理。在 該設(shè)計(jì) 中要求 兩 臺主泵 ， 主泵電機(jī)型號和容量要相同，這才有利于在同一變頻器下正常的工作。使用多臺水泵供水可防止一臺水泵出現(xiàn)故障時(shí)，停止供水 ， 使得系統(tǒng)癱瘓。一般最優(yōu)的水泵臺數(shù)為 2～ 6臺。 綜合上述，對水泵進(jìn)行選用時(shí)，要根據(jù)供水系統(tǒng)對流量的大小、揚(yáng)程的高低和 10 實(shí)際需要進(jìn)行選擇。 水泵機(jī)組的選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運(yùn)行；二是要經(jīng)常處于高效區(qū)運(yùn)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(yùn)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。 在本設(shè)計(jì)中，采用 ISG型立式離心泵 40160(I)，其參數(shù)如下表所示： 表 21 水泵的參數(shù) 型號 流量 (m3/h) 揚(yáng)程 (m) 轉(zhuǎn)速 (r/min) 電機(jī)功率 (kw) 40160(I) 32 2900 變頻器的選型及接線 變頻器選型 變頻器是把工頻電源 (50Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備， 它在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中起著非常重要作用，是水泵電機(jī)調(diào)速的執(zhí)行者 。 變頻器可分為交 直 交變頻器和交 交變頻器兩類。交 直 交變頻器是先將工頻交流電通過整流器整流成直流；再把直流電經(jīng)逆變器變成頻率可調(diào)的交流電。交 交變頻器將電網(wǎng)的交流電直接變?yōu)殡妷汉皖l率都可調(diào)的交流電。由于交 交變頻器的輸出頻率一般最高只能達(dá)到電源頻率的 1/2～ 1/3，所以它適用于低速大功率的傳動，在泵與風(fēng)機(jī)的調(diào)速節(jié)能中迄今很少使用。本文 選用 交 直 交變頻器 [4]。 中 間 電 路控 制 電 路 及 指 令逆變電路整流電路 圖 22 變頻器的結(jié)構(gòu)圖 其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。 變頻器的型號很多，選擇合適的變頻器對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有很大的幫助。變頻 11 器容量的選擇歸根到底是選擇其額定電流，總的原則是變頻器的額定電流一定要大于拖動系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的最大電流。在選擇變頻器容量時(shí)，有以下情況需要考慮： (1) 變頻器驅(qū)動的是單一電動機(jī)，還是驅(qū)動多個(gè)電動機(jī)。 (2) 電動機(jī)是直接在額定電壓、額定頻率下直接啟動，還是軟啟動。 (3) 驅(qū)動多個(gè)電動機(jī)時(shí)，是同時(shí)啟動還是分別啟動 ， 大多數(shù)情況下是使用變頻器驅(qū)動單一的電動機(jī)，并且是軟啟動，這時(shí)候變頻器額定電流選擇為電動機(jī)的額定電流的 ～ 倍 。當(dāng)一臺變頻器驅(qū)動多臺電動機(jī)時(shí)，多數(shù)情況下也是分別單獨(dú)進(jìn)行軟啟動。這時(shí)候變頻器額定電流的選擇為多個(gè)電動機(jī)中最大電動機(jī)額定電流～ 倍。 總的來說，變頻器的選用應(yīng)該滿足以下原則：變頻器的容量應(yīng)大于負(fù)載所需的輸出；變頻器的電流大于電機(jī)的電流。因電機(jī)的計(jì)算功率小于所選用功率，根據(jù)變頻器的容量的選擇方法進(jìn)行計(jì)算。 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)選用 FRE540系列變頻器 。該變頻器采用先進(jìn)磁通矢量控制方式，實(shí)現(xiàn)在線自動調(diào)整功能，調(diào)速比可達(dá) 1： 120（ ～ 60Hz） ；可拆御風(fēng)扇和接線端子，維護(hù)方便；柔性 PWM， 實(shí)現(xiàn)更低噪音運(yùn)行；內(nèi)置 RS485通信口，可插擴(kuò)展卡符合全世界主要通信標(biāo)準(zhǔn)； PID等各種功能適合各種應(yīng)用場合。應(yīng)用三菱 FRE540系列變頻器內(nèi)置 PID功能的 PLC控制恒壓供水系統(tǒng)，效率高，損耗小，調(diào)速供水節(jié)能效果突出，運(yùn)行穩(wěn)