【文章內(nèi)容簡介】 有兩臺電動機拖動，要求一 臺運行，一臺備用。 (2) 自動運行時泵運行累計 100 小時輪換一次，手動時不切換。 (3) 完成恒壓供水系統(tǒng)的硬件配置。 (4) 完成供水系統(tǒng) PLC 程序設計。 (5) 實現(xiàn) PLC 與變頻器、 PLC 與觸摸屏之間的通信參數(shù)的設定。 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現(xiàn)水泵機組全部軟啟動、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、水泵切換時水 壓波動大、調(diào)試較麻煩、工頻泵起動時有沖擊、抗干擾能力較弱，其成本較低。 (2) 單片微機電路控制方式 這類控制電路優(yōu)于邏輯電路，但在應付不同管網(wǎng)、不同供水情況時，調(diào)試較麻煩，追加功能時往往要對電路進行修改，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提供可變頻率的電源。實現(xiàn)電機的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。傳感器的任務是檢測管網(wǎng)水壓，壓力設定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。壓力設定信號和壓力反 饋信號在輸入可編程控后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部 PID控制程序的計算，輸出給變頻器一個轉速控制信號。還有一種辦法是將壓力設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)部進行運算后，輸入給變頻器一個轉速調(diào)節(jié)信號。 6 (4) 新型變頻調(diào)速供水設備 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，為了保證水壓 反饋信號的準確， 可對該信號設置濾波時間常數(shù)，同時還可對反饋信號進行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡單、方便 [4]。 考慮以上四種方案后，此次設計采用第四種方案。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，常裝設在泵站的出水口。當用水量大時，水壓降低，用水量小時，水壓升高。水壓傳感器將水壓的變化轉變?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，當時稱作可編程邏輯控制器 (Programmable Logic Controller)，簡稱 PLC。可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展與繼電器控制系統(tǒng)有很大的關系。繼電器是一種用弱電信號控制強電信號的電磁開關，但在復雜的控制系統(tǒng)中，故障的查找和排除非常困難，不適應于工藝要求發(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，綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術，用面向控制過程 、面向用戶的簡單編程語句，適應工業(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，是當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。可編程控制器具有豐富的輸入 /輸出接口，并具有較強的驅(qū)動能力，但它的產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應用，其靈活標準的配置能夠適應工業(yè)上的各種控制。在實際應用中，其硬件可根據(jù)實際需要選用配置，其軟件則需要根據(jù)要求進行設計。 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)品已有幾十個系列，上百種型號。其結構形式、 性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價格等各有自己的特點，適用場合也各有側重。因此，合理選擇 PLC，對于提高 PLC控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟指標起著重要的作用。一般選擇機型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設備資源的浪費。機型的選擇可從以下幾個方面來考慮。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)控制計算機，其硬件結構都大體相同。主要由中央處理器（ CPU） 、存儲器（ RAM、 ROM） 、輸入輸出單元（ I/O）接口、電源及外圍設備等幾大部分構成。 PLC的硬件結構框圖如圖 31所示： 8 圖 21 PLC的硬件結構框圖 在選擇 PLC 的型號時一般從以下幾個方面來考慮： (1) 功能要適當。 PLC 的選型基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需要?？刂葡到y(tǒng)需要什么功能，就選擇具有什么樣功能的 PLC，當然要兼顧維修、備件的通用性。 (2) I/O 點數(shù)是基礎。準確地統(tǒng)計出被控設備對輸入輸出點數(shù)的總需要量是PLC 選型的基礎。把各輸入設備和被控設備詳細列出，然后在實際統(tǒng)計出 I/O 點數(shù)的基礎上加 15%～ 20%的備用量，以便今后調(diào)整和擴充。 (3) 估算系統(tǒng)對 PLC 響應時間的要求。對于 大多數(shù)應用場合來說， PLC 的響應時間不是主要的問題。響應時間包括輸入濾波時間、輸出濾波時間和掃描周期。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 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 的程序步是由一個字構成的，即每個程序步占一個存儲器單元。用戶程序所需存儲器容量可以預先估算。對于開關量控制系統(tǒng)，用戶程序所需存儲器的字數(shù)等于I/O 信號總數(shù)乘以 8。 (5) 編程器與外圍設備的選擇。小型 PLC 控制系統(tǒng)通常都選用價格便宜的簡易電源輸入單元外設接口輸出單元擴展接口運算器控制器系統(tǒng)程 （ RO M ）用戶程序 ( RAM )微處理器 ( CPU )存儲器主機輸入設備輸出設備編程器磁帶機打印機EPRO M 寫字機圖形監(jiān)控系統(tǒng)外圍設備PLC 或上位計算機擴展單元 9 編程器。如果系統(tǒng)大，用 PLC 多，選一臺功能強、編程方便的圖形編程器也不錯，如果有現(xiàn)成的個人計算機，也可選用能在個人計算機上運行的編程軟件包 [1]。 三菱 FX2N的主要特點：較高的可靠性；豐富的指令集；豐富的內(nèi)置集成功能；實時特性強和強大的通信能力。 PLC 容量 的選擇： PLC 容量 主要是指是 PLC 的 I/O 點數(shù)， I/O 點數(shù)也應留有適當裕量。由于目前 I/O 點數(shù)較多的 PLC 價格也較高，若備用的 I/O 點是數(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數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴充，通常 I/O 點數(shù)按實際需要的考慮留 10%～ 15%點數(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，應根據(jù)逐時、逐日、逐季的用水量變化，要求的水壓，機組的效率和功率因素等確定。 水泵和電動機是供水系統(tǒng)的重要組成部分，水泵選擇恰當與否和動力有很大的關系，故須加以重視。選泵時，首先要滿足供水系統(tǒng)的要求 : (1) 水泵揚程應大于實際供水高度； (2) 水泵流量總和應大于實際最大供水量； (3) 水泵能力足以供應最高用水量時的用水量，揚程應在該泵特性曲線的高效工作區(qū)內(nèi)，以減少耗電量； (4) 水泵型號應使泵站建筑面積和泵站的基礎埋深為最小，以降低泵站造價； (5) 水泵構造應使泵站內(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，水泵的型號最好相同，這可便于安裝和維修養(yǎng)護管理。在 該設計 中要求 兩 臺主泵 ， 主泵電機型號和容量要相同，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，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，對水泵進行選用時，要根據(jù)供水系統(tǒng)對流量的大小、揚程的高低和 10 實際需要進行選擇。 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。 在本設計中，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) 揚程 (m) 轉速 (r/min) 電機功率 (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，以實現(xiàn)電機的變速運行的設備， 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，在泵與風機的調(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 變頻器的結構圖 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)在運行過程中的最大電流。在選擇變頻器容量時，有以下情況需要考慮： (1) 變頻器驅(qū)動的是單一電動機，還是驅(qū)動多個電動機。 (2) 電動機是直接在額定電壓、額定頻率下直接啟動，還是軟啟動。 (3) 驅(qū)動多個電動機時，是同時啟動還是分別啟動 ， 大多數(shù)情況下是使用變頻器驅(qū)動單一的電動機，并且是軟啟動，這時候變頻器額定電流選擇為電動機的額定電流的 ～ 倍 。當一臺變頻器驅(qū)動多臺電動機時，多數(shù)情況下也是分別單獨進行軟啟動。這時候變頻器額定電流的選擇為多個電動機中最大電動機額定電流～ 倍。 總的來說，變頻器的選用應該滿足以下原則：變頻器的容量應大于負載所需的輸出；變頻器的電流大于電機的電流。因電機的計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行計算。 根據(jù)設計的要求，本系統(tǒng)選用 FRE540系列變頻器 。該變頻器采用先進磁通矢量控制方式，實現(xiàn)在線自動調(diào)整功能，調(diào)速比可達 1： 120（ ～ 60Hz） ；可拆御風扇和接線端子，維護方便；柔性 PWM， 實現(xiàn)更低噪音運行；內(nèi)置 RS485通信口，可插擴展卡符合全世界主要通信標準； PID等各種功能適合各種應用場合。應用三菱 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，運行穩(wěn)