【正文】 013(11)：53一54[14]Ostrirov，VN。 Experience of design and application of the plete energy saving electric drives in systems of town’s water supply and feculence water pump。 Elektrichestvo， 2013(4)：6871[15]Lewis B W，candello M R。variable frequency drive(VFD)technology is here and it works：a parison of prevailing control technologies。Journal of the New England water works Association，2009，112(3)：227240[16]Cheded。AlMulla。 Control of a fourlevel elevator system using a programmable logic controller[J]。 International Journal of Electrical Engineering Education，2007 202～204II 附錄2 附錄2燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告55 附錄2 工作進(jìn)展在這段時間的學(xué)習(xí)中，我完成了系統(tǒng)所需器件的選型，系統(tǒng)的流程圖、連接原理圖設(shè)計與繪制，掌握了系統(tǒng)的流程關(guān)系以及各部分的連接關(guān)系。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(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的軟起動以及變頻水泵與工頻水泵的切換。恒壓供水系統(tǒng)通過安裝在用戶供水管道上的壓力傳感器實(shí)時地測量參考點(diǎn)的水壓，檢測管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為4—20mA的電信號，此檢測信號是實(shí)現(xiàn)恒壓供水的關(guān)鍵參數(shù)。系統(tǒng)將壓力傳感器提供的管網(wǎng)壓力信號傳送給變頻器，根據(jù)傳感器的采樣值與變頻器的設(shè)定值進(jìn)行比較，通過內(nèi)置的PID功能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將數(shù)據(jù)處理結(jié)果作為變頻器頻率的給定輸入，控制變頻器的輸出頻率，從而控制水泵的轉(zhuǎn)速。居民用水量增加，管網(wǎng)壓力隨之下降，此時壓力的變化通過PID運(yùn)算后，最終是變頻器輸出頻率增加，是水泵轉(zhuǎn)速增加或增加投入運(yùn)行的水泵臺數(shù)，以此增加管網(wǎng)壓力，保證供水。當(dāng)用水量減少時，管網(wǎng)壓力將增加，壓力的變化通過PID運(yùn)算后變頻器輸出頻率下降，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降或減少運(yùn)行的水泵數(shù)量，以此減小管網(wǎng)壓力，保持恒壓供水。未完成的工作包括參數(shù)的設(shè)定，程序的設(shè)計以及系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。作為一個控制系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行，報警是必不可少的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行，防止因電機(jī)過載、變頻器報警、電網(wǎng)過大波動、供水水源中斷造成故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報警量進(jìn)行監(jiān)測，由PLC判斷報警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動作控制，以免造成不必要的損失。二、器件選型變頻恒壓供水系統(tǒng)由變頻器，泵組電機(jī)，壓力傳感器，三菱PLC控制單元以及若干連接器件構(gòu)成 PLC可編程控制器II9 采用三菱FX2N48MR系列PLC可編程控制器，采用FX2N2AD作為PLC的模擬量輸入模塊。PLC是泵組電機(jī)管理的執(zhí)行設(shè)備，根據(jù)采樣的模擬量頻率值和管網(wǎng)水壓值，自動調(diào)整工頻泵和變頻泵的運(yùn)行臺數(shù)；同時PLC還是變頻器的驅(qū)動控制變頻器根據(jù)設(shè)計需求變頻器采用三菱變頻器FRA540，其作用是為可邊頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無極變速，從而使官網(wǎng)水壓保持基本恒定；同時變頻器還可以作為電機(jī)軟啟動裝置，限制電機(jī)的啟動電流，克服供水過程中的水錘效應(yīng)；另外該變頻器內(nèi)還自帶PID調(diào)節(jié)器，對壓力傳感器檢測管網(wǎng)水壓的瞬時值作PID運(yùn)算，其輸出量轉(zhuǎn)化為可調(diào)頻率控制泵組電機(jī)。由于變頻器自帶PID調(diào)節(jié)器，PID參數(shù)可由經(jīng)驗(yàn)值直接確定，PID的參數(shù)設(shè)定由變頻器參數(shù)128134來設(shè)定。水泵機(jī)組水泵機(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。初步設(shè)定樓房為10層樓高，高度約為35米約有住戶800人。通過資料得知用水量標(biāo)準(zhǔn)為0。19m179。/人日~0。25m179。/人日，由此得供水管道壓力估算值為P =（0。08+0。04樓層數(shù)）MPa=0。48MPa 。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定水泵機(jī)組的電動機(jī)額定功率為75KW。根據(jù)本設(shè)計要求并結(jié)合實(shí)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(jī)械有限公司生產(chǎn)的SFL系列水泵機(jī)組（電機(jī)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(jī)，機(jī)械密封，前端配有泄壓保護(hù)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(jìn)低出的結(jié)構(gòu)設(shè)計，水力模型先進(jìn)，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57 統(tǒng)、消防給水等。因此本設(shè)計中選擇電機(jī)功率為75KW的上海熊貓機(jī)械有限公司生產(chǎn)的SFL系列水泵3臺。壓力傳感器壓力傳感器使用CYYZ1001型絕對壓力傳感器。該傳感器的量程為0～2。5MPa，工作溫度為5℃～60 ℃，能實(shí)時地測量參考點(diǎn)的水壓，檢測管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為4—20mA的電信號。該傳感器由敏感芯體和信號調(diào)理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時，敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號調(diào)理電路將輸出的電壓信號作放大處理，同時進(jìn)行溫度補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。保護(hù)元件及連接元件熱繼電器選用TKE02TC，額定電流5－8A，額定電流為6－9 A熔斷器FU選用RT18系列接觸器KM選擇的是規(guī)格SCE03C，功率3Kw按鈕均選用LAY3—11型，其主要技術(shù)參數(shù)為：UN=24VDC，IN=0。3A，含1對常開和1對常閉觸點(diǎn)。三、系統(tǒng)控制方案與框圖系統(tǒng)控制方案選用通用變頻器+PLC(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)+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(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通用性強(qiáng)；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(dāng)控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過PC機(jī)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(qiáng)、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(jī)組的容量大小無關(guān)。系統(tǒng)原理圖如圖1所示系統(tǒng)原理圖，整個電路分為主電路，手動控制電路和PLC59 自動控制電路三部分。主電路和手動控制電路組成手動運(yùn)行模式，主電路和PLC自動控制電路組成自動運(yùn)行模式。手動運(yùn)行主要用于檢修及自動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時的應(yīng)急供水方式中。當(dāng)手動運(yùn)行時，完全脫開PLC及變頻器的控制，合上開關(guān)SB1進(jìn)行手動控制，根據(jù)實(shí)際用水量，合上開關(guān)SB2，SB4，SB6中的任一個，兩個或者三個，可啟動這幾臺泵工頻運(yùn)行，按下按鈕SBQ可停止。自動運(yùn)行為正常的運(yùn)行狀態(tài)。采用三組電機(jī)水泵對水網(wǎng)進(jìn)行恒壓供水，每臺電機(jī)均可工作在變頻方式或工頻方式，但每次又僅有一臺電機(jī)工作在變頻調(diào)速狀態(tài)。工作時由壓力傳感器反饋的電流信號4～20mA送入變頻器4號引腳，與壓力設(shè)定值在變頻器內(nèi)部進(jìn)行PID運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果控制輸出頻率的增減，從而控制泵組電機(jī)的轉(zhuǎn)速。另外，可編程控器PLC根據(jù)當(dāng)前的壓力情況和變頻器輸出頻率值來對泵組電機(jī)進(jìn)行合理切換，及時進(jìn)行增泵或減泵操作，實(shí)現(xiàn)最佳匹配。當(dāng)合上開關(guān)SB0時，系統(tǒng)能夠進(jìn)入自動工作狀態(tài)，由PLC和變頻器聯(lián)合控制各臺電機(jī)的投入或切除、工頻或變頻運(yùn)行方式。PLC控制變頻器的啟動與停止，啟動變頻器后，先由1號水泵變頻運(yùn)行，壓力變送器檢測管網(wǎng)出口總水壓仍不能達(dá)到設(shè)定值，且變頻器輸出頻率已達(dá)到上限頻率49。5Hz(上限頻率通過變頻器參數(shù)1來設(shè)定)，說明用水量增大，延時20ｓ后管網(wǎng)壓力仍小于設(shè)定值，PLC控制程序使1號泵工頻運(yùn)行，并啟動2號泵使之變頻運(yùn)行。壓力變送器檢測管網(wǎng)出口總水壓如果已達(dá)到設(shè)定值，則1號泵工頻運(yùn)行，2號泵變頻運(yùn)行；同理如果壓力變送器檢測管網(wǎng)出口總水壓扔不能達(dá)到設(shè)定值，且變頻器輸出頻率已達(dá)到上限頻率49。5Hz，說明用水量還在增大，延時20ｓ后，由PLC使2號泵變?yōu)楣ゎl運(yùn)行，并啟動3號泵使之變頻運(yùn)行。壓力變送器檢測管網(wǎng)出口總水壓如果已達(dá)到設(shè)定值，則1號泵工頻運(yùn)行，2號泵工頻運(yùn)行，3號變頻運(yùn)行；壓力傳感器檢測管網(wǎng)出口總水壓如果超過設(shè)定值，且變頻器輸出頻率已達(dá)到下限頻率20Hz時(下限頻率通過變頻器參數(shù)2來設(shè)定)，延時20ｓ后，由PLC切除3號泵的運(yùn)行，1號泵工頻運(yùn)行，2號泵變頻運(yùn)行。運(yùn)行一段時間，如果壓力變送器檢測管網(wǎng)出口總水壓超過設(shè)定值，且變頻器輸出頻率已達(dá)到限頻率，可由PLC切除2號泵，單獨(dú)由1號泵變頻運(yùn)行?？傊?，在用水量增大，管壓降低時，增加泵組電機(jī)工作；在用水量減少，管壓增加時，減少泵組電機(jī)工作。PLC程序通過互鎖設(shè)計使同一臺泵機(jī)不能同時處于變頻和工頻狀態(tài)，以防發(fā)生短路，當(dāng)然也不會出現(xiàn)多臺泵機(jī)同時處于變頻運(yùn)行狀態(tài)，因?yàn)樽冾l器是按單臺電機(jī)容量選配的。另外，變頻器設(shè)定了啟動頻率為10Hz，水泵在啟動前，其葉輪全部在水中，啟動時，存在著一定的阻力，在從0Hz開始啟動的一段頻率內(nèi)，實(shí)際上是轉(zhuǎn)不起來的，因此，應(yīng)適當(dāng)預(yù)置啟動頻率值，使其在啟動瞬間有一點(diǎn)沖擊力。63 圖1 系統(tǒng)原理圖53 流程圖 系統(tǒng)主流程圖圖2 系統(tǒng)主流程圖65 臨界流程圖圖3 泵2臨界流程圖 如圖3所示，以泵2為例在臨界條件下的系統(tǒng)流程圖。 55圖4 泵2運(yùn)行控制流程圖如圖4所示為以泵2為例的控制流程圖，在相應(yīng)條件下觸發(fā)泵1和泵3的運(yùn)行控制。三、進(jìn)度安排第11周 保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行第113周 進(jìn)行PLC程序設(shè)計 第14周 PLC程序的的調(diào)試與仿真第15周 完善系統(tǒng)，使之更加合理，節(jié)能 第117周 撰寫論文準(zhǔn)備答辯參考文獻(xiàn)[1]劉大銘，沈暉。基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計。寧夏工程技術(shù)，2009(3)： 251一257。[2]丁芳等，智能PID算法在液位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。微計算機(jī)信息，2010(1)： 103一105[3]趙小惠，趙小娥。基于可編程控制器的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計2008(2)：1820[4]盧建勤。PLC及變頻器在恒壓變量供水系統(tǒng)中的應(yīng)用。機(jī)床電器，20011(4)：58一62[5]陸秀玲。PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)。自動化儀表，2012(4)[6]李國厚，趙明富，徐君鶴。可編程控制器在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。自動化儀表，2012，26(8)：38一40[7]林心關(guān)?？删幊炭刂破髟谒米冾l控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。中山大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009(6)增刊：135 一137[8]李方園。淺談變頻器發(fā)展和應(yīng)用的幾個趨勢。變頻器世界，2011(11)：4一8[9]嚴(yán)盈富。恒壓供水系統(tǒng)的控制與仿真。南昌航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2008(1)：90 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