【導(dǎo)讀】足現(xiàn)代城市的需要。需要一個(gè)新的供水系統(tǒng)，要保證城市供水的壓力恒定，滿足。用戶，并且節(jié)約能耗，自動調(diào)節(jié)，便于維護(hù)。進(jìn)行比較和分析，采用變頻器結(jié)合PLC的控制方案，來解決恒壓供水問題。的恒壓供水系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)能自動控制水泵轉(zhuǎn)速，實(shí)時(shí)讀入管網(wǎng)壓力值，與設(shè)定

　　

【正文】 先停，先停先啟”原則。 ④ 水泵的運(yùn)行分為自動、手動兩個(gè)狀態(tài)。手動狀態(tài)只用于應(yīng)急和檢修。系統(tǒng)的水泵通常采用軟啟動。 ⑤ 系統(tǒng)要具有完善的報(bào)警功能。以保障系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠穩(wěn)定便于檢修。 根據(jù)變頻恒壓供水系統(tǒng)控制要求統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表 所示。 @@@學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 19 表 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號 變頻器 變頻器是恒壓供水系統(tǒng)的重要組成部分，通過變頻器來對交流電機(jī)進(jìn)行速度的調(diào)節(jié)，進(jìn)而改變管道的出水量。選擇變頻器時(shí)要參考水泵的功率與電流。如果需要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能還需要具有通訊功能的變頻器。變頻器按照控制功能的差別可劃分為三類：普通功能型 U/f 控制變頻器、高功能型 U/f 控制變頻器（ 具有轉(zhuǎn)矩控制功能）、矢量控制高功能型變頻器。由于本系統(tǒng)屬泵類負(fù)載，低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩小，考慮選用價(jià)格相對便宜的 U/f 控制變頻器。 @@@學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 20 中 間 電 路控 制 電 路 及 指 令逆變電路整流電路 圖 變頻器的結(jié)構(gòu)圖 為了系統(tǒng)變頻器和 PLC 的通訊方便， PLC 采用的是西門子公司的 S7200 所以變頻器同樣選擇西門子公司的產(chǎn)品 MicroMaster440 變頻器。它采用三相交流電機(jī)調(diào)速，微處理器控制，功率輸出器件采用絕緣柵雙極型晶體管，功能強(qiáng)大、運(yùn)行可靠性很高。模塊化結(jié)構(gòu)使其組態(tài)靈活，并具有多種保護(hù)功能。變頻器內(nèi)部具 有RS485/232C 接口（可直接與西門子 PLC 相連）與 PID 閉環(huán)控制器，用戶可以根據(jù)需要自定義輸入 /輸出端子的功能。快速電流限制實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的無跳閘運(yùn)行，磁通電流控制改善動態(tài)響應(yīng)特性，低頻時(shí)同樣可以輸出大力矩。 MicroMaster440 變頻器的輸出功率為 ~90KW，比較適用在一些高要求、大功率的場合。 在工程的中，要嚴(yán)格按照使用手冊進(jìn)行變頻器的安裝接線。為了不影響變頻器的效率和壽命各種輔助措施要嚴(yán)格做到位，如接地安全的保證以及裝置環(huán)境條件的保證等，避免造對其它系統(tǒng)造成干擾。變頻器的發(fā)熱量較大，對 環(huán)境溫度的要求非常重要，安裝時(shí)要認(rèn)真考慮散熱問題，必要時(shí)需增加通風(fēng)裝置。 變頻器 主要優(yōu)點(diǎn) ： ① 提高馬達(dá)功率因素。 ② 壓力精確度 177。. ③ 省電： 20%50%。 ④ 降低設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)噪音 ⑤ 降低啟動電流，減少對電網(wǎng)沖擊。 ⑥ 降低能源消耗和生產(chǎn)成本。 ⑦ 降低故障率，減少維修成本。 ⑧ 提供穩(wěn)定之排氣壓力，利于提高產(chǎn)品的合格率。 ⑨ 變頻和工頻可任意切換（不改變 電動機(jī) 原有操作模式） MM440 變頻器的型號有 8 種： AF、 FX 和 GX。額定功率按字母順序遞增，另外每種型號都有兩種輸入電壓單相和三相。其主要特點(diǎn)如下： @@@學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 21 ① 內(nèi)置多種運(yùn)行方式； 快速電流限制，實(shí)現(xiàn)無跳閘運(yùn)行；內(nèi)置式制動斬波器，實(shí)現(xiàn)直流注入制動 。具有 PID 功能的閉環(huán)控制，控制器參數(shù)可自動整定；多組參數(shù)設(shè)定且可相互切換，變頻器可用于多個(gè)交換工作的生產(chǎn)過程；多功能數(shù)字、模擬輸入輸出口，可任意定義其功能和具有完善的保護(hù)功能 。 ② 控制方式 變頻器的控制方式是控制輸出電壓與頻率關(guān)系?？梢酝ㄟ^變頻器相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行選擇。 MM440 系列變頻器主要有以下幾種控制方式：線性 VF 控制、平方VF 控制、特性曲線可編程的 VF 控制、帶磁通電流控制（ FFC）的線性控制、有 /無傳感器矢量控制 、有 /無傳感器的矢量 轉(zhuǎn)矩控制、帶“能量優(yōu)化“控制的線性VF 控制。 ③ 保護(hù)功能 MM440 系列的變頻器所具有的保護(hù)功能有：過電壓及欠電壓保護(hù)、變頻器過熱保護(hù)、接地故障保護(hù)、短路保護(hù)、 I2T 電動機(jī)過熱保護(hù)和 PTC /KTY 電動機(jī)過載保護(hù)。 圖 為 MM440 變頻器的內(nèi)部功能方框圖。其控制電路由 CPU、模擬輸入 /輸出、數(shù)字輸入輸出、操作面板等組成。該變頻器共有 20 多個(gè)控制端子，分為四類：輸入信號端子、頻率設(shè)定輸入端子、監(jiān)視信號輸出端子和通信端子。 輸入信號： DIN DIN1 為 PLC 的控制信號輸入； L L L3 為電源輸入。 輸出信號： U， V， W 為接三相異步電動機(jī)。 DIN1DIN6 為數(shù)字輸入端子，一般用于變頻器的外部控制，其具體功能由相應(yīng)設(shè)置決定。例如出廠設(shè)置時(shí) DIN1 為正向運(yùn)行、 DIN2 為反向運(yùn)行，根據(jù)需要對參數(shù)進(jìn)行修改可以改變其相應(yīng)的功能。電機(jī)的復(fù)位、自由停車、正反轉(zhuǎn)控制、多級速度設(shè)定、電動控制等功能可以通過使用輸入信號端子來完成。 PTC 端子是用于 PTC傳感器的輸入端子，作用是電機(jī)內(nèi)置 PTC 測溫保護(hù)。 AIN AIN2 為模擬信號輸入端子， AIN1 是用于頻率給定信號， AIN2 是用于閉環(huán)時(shí)反饋信號輸入。變頻器提供了三種頻率 設(shè)定的方式：外接電位器設(shè)定、 010V電壓設(shè)定和 420mA 電流設(shè)定。當(dāng)用電壓或電流設(shè)定時(shí)，最大電壓或電流應(yīng)對應(yīng)于變頻器頻率輸出的最大值。變頻器有兩路頻率設(shè)定通道，開環(huán)時(shí)只用 AIN1 通道，閉環(huán)時(shí)使用 AIN2 通道作為反饋輸入端。端子 2 提供了一個(gè)高精度的 10V 直流電源，當(dāng)使用模擬電壓信號方式設(shè)定頻率時(shí)，為了提高變頻器的控制精度，最好使用這樣的高精度的電源。 輸出信號的作用就是對變頻器運(yùn)行狀態(tài)的顯示或向上位機(jī)提供這些信息。針對本系統(tǒng)的情況，可將變頻器端子上的信號分為輸入信號、輸出信號。 @@@學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 22 圖 MM440內(nèi)部功能圖 水泵電機(jī)的選型 水泵電機(jī)的選型考慮每時(shí)、每日、每季的用水量變化，供水水壓的要求，水泵機(jī)組的效率和功率因素等。 水泵電機(jī)是供水系統(tǒng)的重要組成部分，是供水的主要動力。水泵選擇直接影響供水量和動力費(fèi)用，須重視。選則水泵時(shí)，要首先滿足供水系統(tǒng)的要求 : ① 水泵的揚(yáng)程必須超過實(shí)際供水的高度； ② 水泵的總流量必須超過實(shí)際最大的供水量； ③ 水泵的供水能力能夠滿足供應(yīng)最高用水量時(shí)的用水量，揚(yáng)程應(yīng)該在這個(gè)水泵的泵特性曲線高效工作區(qū)內(nèi)，這樣可以減少電量的消耗； ④ 水泵型號要使泵站占地面積和泵站的基礎(chǔ)埋深為最小，從 而使建設(shè)成本減少； ⑤ 水泵結(jié)構(gòu)要能夠使泵站內(nèi)管線簡單，達(dá)到水頭損失減少的目的； ⑥ 達(dá)到設(shè)備安裝方便，管理方便的目的。 @@@學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 23 為了便于維修養(yǎng)護(hù)和安裝選用的水泵機(jī)組最好是相同的信號。本設(shè)計(jì)中要求 3臺水泵的電機(jī)型號和容量相同，為了利于在同一變頻器下正常的工作。選用大的水泵比選用多臺小泵效率高，面積使用少。 綜上，水泵的選用要根據(jù)系統(tǒng)對實(shí)際流量、揚(yáng)程高低的需要來選擇。選型的基本原則：一是確保平穩(wěn)運(yùn)行；二是要長時(shí)間處于高效區(qū)運(yùn)行，已達(dá)到較好的節(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 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 壓力傳感器 、液位變送器 壓力傳感器是變頻恒壓供水系統(tǒng)的重要信號反饋部分。壓力傳感器的傳出信號有電壓信號和電流信號兩種。電壓信號是在 0～ 5V 變化，電流信號時(shí)在 4～ 20mA變化。壓力傳感器安裝在出水管網(wǎng)上，檢測出水管網(wǎng)的壓力轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)。通過 與設(shè)定值比較，得出一個(gè)調(diào)節(jié)的參數(shù)送給變頻器，從而控制水泵的轉(zhuǎn)速，通過 PLC 控制工作水泵的數(shù)量與工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，輸入電機(jī)的頻率和電壓也會隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)中選用壓力傳感器使用 ADS801 型壓力變送器，它由 進(jìn)口 芯片組裝 ,體現(xiàn)了世界一流壓力變送器工藝 .結(jié)構(gòu)緊湊 ,堅(jiān)固 ,重量輕 ,便于安裝 ,使用方便 ,免維護(hù) .零點(diǎn)、量程 可在外部連續(xù)調(diào)節(jié)，遷移范圍寬。適用于多種場合全天候惡劣危險(xiǎn)環(huán)境和各類腐蝕性介質(zhì)?？膳渲镁€形 100%指針表或者液晶顯示表頭。防爆標(biāo)志：Exia IICT6 ADS801 型壓力變送器技術(shù)指標(biāo)： 量程： (量程小于 1KPa 時(shí)只可測量無腐蝕或弱腐蝕介質(zhì) )；測壓形式：表壓 (G)絕壓 (A)密封壓 (S)負(fù)壓 (N)；補(bǔ)償溫度： 060 度；工作溫度： 2085 度；綜合精度： ， ， ： 輸出選擇： 420mA； 010mA；05V； 15V； 電源 電壓： 24VDC 液位變送器的選擇如下： @@@學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 24 考慮到水泵電機(jī)空載時(shí)會影響電機(jī)壽命，因此需要對水池水位作必要的檢測和控制。本設(shè)計(jì)要求貯水池水位： 2m~5m，所以要通過液位變送器將檢測到的水位轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號（ 4~20mA 電壓信號），再將其輸入窗口比較器，用比較器輸出的高電平作為貯水池水位的報(bào)警信號，輸入 PLC。 綜合以上因素：本設(shè)計(jì)選擇淄博丹佛斯公司生產(chǎn)的型號為 DS26 分體式液位變送器，其量 程為： 0m~200m，適用于水池、深井以及其他各種液位的測量；零點(diǎn)和滿量程外部可調(diào)；供電電源： 24VDC；輸出信號：兩線制 4~20mADC 精度等級： 級。 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 恒壓供水系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì) 電氣系統(tǒng)控制原理圖包括主電路，控制電路圖以及 PLC 外圍接線圖。 主電路圖 如下： 圖 控制系統(tǒng)的主電路 水泵電機(jī)的工作模式有兩種：工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行。 KM KM KM5 分別是接通電機(jī) M M M3 工頻運(yùn)行電源的控制接觸器， KM0、 KM2 、 KM4 分別是接通電機(jī) M M M3 變頻運(yùn)行電源的控制接觸器。 FR 是熱繼電器，通過電流的熱效應(yīng)原理來保護(hù)電路，常用作電機(jī)的過載保護(hù)。 FU 是熔斷器，它利用電流超允許值時(shí)會發(fā)熱致使串聯(lián)在主電路里的熔體熔化斷開電路，避免電氣設(shè)備嚴(yán)重過載或短路。熔斷器是一種用于電路中簡單的短路保護(hù)裝置。 恒壓供水系統(tǒng)的控制電路設(shè)計(jì) @@@學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要 25 如圖 SA 為手動 /自動狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng) SA 打在 1 上此時(shí)系統(tǒng)為手動控制運(yùn)行狀態(tài)，打在 2 的位置上為系統(tǒng)自動控制運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)手動運(yùn)行時(shí)， SB1~SB6 按鈕分別控制三臺水泵的啟 /停；自動運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)受 PLC 程序控制運(yùn)行。 圖中 HL10 為電源指示燈表明系統(tǒng)為自動運(yùn)行狀態(tài)。對變頻器頻率進(jìn)行復(fù)位是只提供一個(gè)干觸發(fā)點(diǎn)信號，本系統(tǒng)通過一個(gè)中間繼電器 KA 的觸點(diǎn)對變頻器進(jìn)行復(fù)頻控制。圖中的 ~ 與 ~ 為 PLC 的輸出繼電器觸點(diǎn)，他們旁邊的 8 等數(shù)字為接線編號，可結(jié)合下節(jié)中圖 一起讀圖。 S B 1K M 1S B 2Q 0 . 0Q 0 . 1K M 2K M 1K M 1K M 2H L 1H L 2F R 1S B 5K M 5S B 6Q 0 . 4Q 0 . 5K M 6K M 5K M 5K M 6H L 5H L 6F R 3S B 3K M 3S B 4Q 0 . 2Q 0 . 3K M 4K M 3K M 3K M 4H L 3H L 4F R 2P L CNL 1F U 2S A12Q 1 . 1H L 7Q 1 . 3H L 9Q 1 . 2H L 8H L 1 0Q 1 . 4Q 1 . 5K AH AN 14681 01 21 41 61 82 02 22 4 圖 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制電路圖 注： PLC 各 I/O 端口、各指示燈所代表含義在下一節(jié) I/O 端口分配中將詳細(xì)介紹。 本系統(tǒng)在手動 /自動控制下的運(yùn)行過程如下： ① 手動控 制：手動控制只在檢查故障原因時(shí)才會用到，便于電機(jī)故障的檢測與維修。單刀雙