【正文】 M5 分別為水泵M1 、M2 、M3 工頻運(yùn)行時(shí)接通/關(guān)斷電源的控制接觸器，KM0、 KM2 、KM4 分別為水泵MM M3 變頻運(yùn)行時(shí)接通/關(guān)斷電源的控制接觸器。熱繼電器(FR)是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護(hù)電路，用它們來(lái)實(shí)現(xiàn)水泵的過(guò)載保護(hù)。熔斷器(FU)是利用熱溶化來(lái)實(shí)現(xiàn)的短路保護(hù)裝置。是利用電流超過(guò)允許值產(chǎn)生的大量熱量使串接于主電路中的熔體熔斷而切斷電路，防止電氣設(shè)備短路和嚴(yán)重過(guò)載。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PLC控制 PLC程序流程圖PLC在系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進(jìn)行工頻—變頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。工作流程如圖41所示：圖41 PLC程序流程圖系統(tǒng)起動(dòng)之后，檢測(cè)是自動(dòng)運(yùn)行模式還是手動(dòng)運(yùn)行模式。如果是手動(dòng)運(yùn)行模式則進(jìn)行手動(dòng)操作，人們根據(jù)自己的需要操作相應(yīng)的按鈕，系統(tǒng)根據(jù)按鈕執(zhí)行相應(yīng)操作。如果是自動(dòng)運(yùn)行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關(guān)的輸入信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)的操作。手動(dòng)模式主要是解決系統(tǒng)出錯(cuò)或器件出問(wèn)題。在自動(dòng)運(yùn)行模式中，如果PLC接到頻率上限信號(hào)，則執(zhí)行增泵程序，增加水泵的工作數(shù)量。如果PLC接到頻率下限信號(hào)，則執(zhí)行減泵程序，減少水泵的工作數(shù)量。沒(méi)接到信號(hào)就保持現(xiàn)有的運(yùn)行狀態(tài)[11]。 手動(dòng)運(yùn)行當(dāng)按下SB7按鈕，用手動(dòng)方式。按下SB10手動(dòng)啟動(dòng)變頻器。當(dāng)系統(tǒng)壓力不夠需要增加泵時(shí)，按下SBn（n=1,3,5）按鈕，此時(shí)切斷電機(jī)變頻，同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)工頻運(yùn)行,再起動(dòng)下一臺(tái)電機(jī)。為了變頻向工頻切換時(shí)保護(hù)變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時(shí)，用時(shí)間繼電器作了時(shí)間延遲，當(dāng)壓力過(guò)大時(shí)，可以手動(dòng)按下SBn（n=2,4,6）按鈕，切斷工頻運(yùn)行的電機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)變頻運(yùn)行?？筛鶕?jù)需要，停按不同電機(jī)對(duì)應(yīng)的啟停按鈕，可以依次實(shí)現(xiàn)手動(dòng)啟動(dòng)和手動(dòng)停止三臺(tái)水泵。該方式僅供自動(dòng)故障時(shí)使用。 自動(dòng)運(yùn)行由PLC分別控制某臺(tái)電機(jī)工頻和變頻繼電器，在條件成立時(shí)，進(jìn)行增泵升壓和減泵降壓控制。升壓控制：系統(tǒng)工作時(shí)，每臺(tái)水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動(dòng)狀態(tài)、變頻器拖動(dòng)調(diào)速狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)。系統(tǒng)開始工作時(shí)，供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運(yùn)行，第一臺(tái)水泵M1，啟動(dòng)且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間M1處在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)用水量增加水壓減小時(shí)，通過(guò)壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個(gè)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速；反之用水量減少水壓增加時(shí)，水泵按設(shè)定的速率減速到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻時(shí)，水壓仍低于設(shè)定值，由PLC控制切換至工頻電網(wǎng)后恒速運(yùn)行；同時(shí)，使第二臺(tái)水泵M2投入變頻器并變速運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，每當(dāng)加速運(yùn)行的變頻器輸出頻率達(dá)到工頻時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，并有新的水泵投人并聯(lián)運(yùn)行。當(dāng)最后一臺(tái)水泵M3投人運(yùn)行，變頻器輸出頻率達(dá)到工頻，壓力仍未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出故障報(bào)警。降壓控制：當(dāng)用水量下降水壓升高，變頻器輸出頻率降至起動(dòng)頻率時(shí)，水壓仍高于設(shè)定值，系統(tǒng)將工頻運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的一臺(tái)水泵關(guān)掉，恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達(dá)到設(shè)定值。當(dāng)用水量繼續(xù)下降，每當(dāng)減速運(yùn)行的變頻器輸出頻率降至起動(dòng)頻率時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下最后一臺(tái)變頻泵運(yùn)行為止。 編程及介紹 總程序的順序功能圖圖42 總程序的順序功能圖 自動(dòng)運(yùn)行順序功能圖按下SB8按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行模式，順序功能圖如43所示。圖43 自動(dòng)運(yùn)行順序功能圖Y0接KM0控制M1的變頻運(yùn)行，Y1接KM1控制M1的工頻運(yùn)行；Y2接KM2控制M2的變頻運(yùn)行，Y3接KM3控制M2的工頻運(yùn)行；Y4接KM4控制M3的變頻運(yùn)行，Y5接KM5控制M3的工頻運(yùn)行。系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，KM1閉合，1泵以變頻方式運(yùn)行。 當(dāng)變頻器的運(yùn)行頻率超出一個(gè)上限信號(hào)后，PLC通過(guò)這個(gè)上限信號(hào)后將1水泵由變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，KM1斷開KM0吸合，同時(shí)KM3吸合變頻起動(dòng)第2水泵。如果再次接收到變頻器上限信號(hào)，則KM3斷開KM2吸合，第2水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，3水泵變頻起動(dòng)。如果變頻器頻率偏低，即壓力過(guò)高，輸出的下限信號(hào)使PLC關(guān)閉KMKM2，開啟KM3，2水泵變頻起動(dòng)。再次接到下限信號(hào)就關(guān)閉KMKM0，吸合KM1，只剩1水泵變頻運(yùn)行。為了防止出現(xiàn)某臺(tái)電動(dòng)機(jī)既接工頻電又接變頻電設(shè)計(jì)了電氣互鎖。在同是控制M1電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)接觸器KMKM0線圈中分別串入了對(duì)方的常閉觸頭形成電氣互鎖。 手動(dòng)模式順序功能圖當(dāng)按下SB9按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入手動(dòng)運(yùn)行模式。系統(tǒng)的每步動(dòng)作都必須有相應(yīng)的操作。順序功能圖如圖44所示。圖44 自動(dòng)運(yùn)行順序功能圖按下按鈕SB9之后，啟動(dòng)了變頻器，系統(tǒng)進(jìn)入手動(dòng)運(yùn)行模式。當(dāng)用戶按下SBn（n=1，3，5）三臺(tái)電機(jī)分別處于工頻運(yùn)行，當(dāng)用戶按下SBn（n=2，4，6）三臺(tái)電機(jī)分別處于變頻運(yùn)行?？梢远嗯_(tái)電機(jī)于不同的頻率工作，但一臺(tái)電機(jī)只能以一種頻率下工作（如1電機(jī)，如果控制它工作的SB1,SB2按鈕被同時(shí)按下則發(fā)出警報(bào)且電機(jī)無(wú)法起動(dòng)）。 系統(tǒng)程序梯形圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序的關(guān)鍵在于PLC程序的合理性、可靠性問(wèn)題。根據(jù)控制要求及上述所列出的自動(dòng)控制過(guò)程表和功能圖，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)出控制程序。系統(tǒng)包括自動(dòng)運(yùn)行程序，手動(dòng)運(yùn)行程序，報(bào)警程序。程序詳細(xì)情況見附錄。5 總結(jié)與展望本論文研究的是變頻恒壓供水系統(tǒng)。恒壓供水系統(tǒng)以PLC和變頻器為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，借助于PLC強(qiáng)大而靈活的控制功能和內(nèi)置PID的變頻器優(yōu)良的變頻調(diào)速性能，實(shí)現(xiàn)了恒壓供水的控制。該系統(tǒng)采用PCL控制變頻器進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，按實(shí)際需要隨意設(shè)定壓力給定值，根據(jù)壓差調(diào)整水泵的工作情況，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，使給水泵始終在高效率下運(yùn)行，在啟動(dòng)時(shí)壓力波動(dòng)小，可控制在給定值的5%范圍內(nèi)。恒壓供水在日常生活中非常重要，基于PLC和變頻器技術(shù)設(shè)計(jì)的生活恒壓供水控制系統(tǒng)可靠性高、效率高、節(jié)能效果顯著、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。因?qū)崿F(xiàn)了恒壓自動(dòng)控制，不需要操作人員頻繁操作，節(jié)省了人力，提高了供水質(zhì)量，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，節(jié)約管理費(fèi)用。對(duì)整個(gè)供水過(guò)程來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性好，管理人員可根據(jù)每個(gè)季節(jié)的用水情況，選擇不同的壓力設(shè)定范圍，不但節(jié)約了用水，而且節(jié)約了電能，達(dá)到了更優(yōu)的節(jié)能方式，實(shí)現(xiàn)供水的最優(yōu)化控制和穩(wěn)定性控制。目前在國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對(duì)于能適應(yīng)不同的用水場(chǎng)合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)的變頻但壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐中。致 謝大學(xué)本科的四年學(xué)習(xí)生活，在愉快而緊張中轉(zhuǎn)眼也要告以段落了。本文的研究工作是在張素妍老師悉心指導(dǎo)下的結(jié)果。在此，我致以衷心的感謝和誠(chéng)摯的敬意！我在選題和研究工作中得到了張素妍老師的耐心指導(dǎo)和無(wú)私的幫助，她在課題研究的過(guò)程中，均給予了大量有啟發(fā)性的指導(dǎo)。在與她的討論和請(qǐng)教的過(guò)程中，我受益非淺，使得在碰到問(wèn)題時(shí)得以一一順利地解決，經(jīng)過(guò)近2個(gè)月的努力，最終初步完成了本課題的研究工作。在此，作者表示深深的謝意。四年來(lái)我一直在一種非常融洽、和諧、上進(jìn)的氣氛中學(xué)習(xí)，不斷取得進(jìn)步，得到了眾多人的幫助。在此，誠(chéng)摯的感謝四年來(lái)默默為我們付出的電氣學(xué)院所有的老師，感謝多年來(lái)一直在背后默默支持我的父母，是你們無(wú)言的關(guān)懷、鼓勵(lì)和寬容，才使我有了這樣的動(dòng)力；同時(shí)，也向幫助和鼓勵(lì)過(guò)我的師兄、師弟們表示衷心的感謝。沒(méi)有你們，也就沒(méi)有今天的我。參考文獻(xiàn)[1] 周萬(wàn)珍,高鴻斌(第一版).PLC分析與設(shè)計(jì)應(yīng)用[M]. 北京:北京機(jī)械工業(yè)出版社,2004[2] (第二版)[M].北京:北京機(jī)械工業(yè)出版社,2000[3] [M]. 北京：航空航天大學(xué)出版社,2003[4] [M]. 北京：電子工業(yè)出版社,2005[5] [M]. 北京:北京機(jī)械工業(yè)出版社,2002[6] 彭小紅,[M]. 北京：人民郵電出版社,2004[7] [M].北京:北京機(jī)械工業(yè)出版社,2000[8] 許建平,[J].西安科技學(xué)院學(xué)報(bào),2004,(1):3239[9] [J].,(9):1626[10] [M].北京：電子工業(yè)出版社,[11] [M].上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,2001[12] 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系統(tǒng)梯形圖（1）自動(dòng)運(yùn)行部分起動(dòng)1泵按下起動(dòng)按鈕，系統(tǒng)檢測(cè)采用那種運(yùn)行模式。如果按鈕SB7沒(méi)按，則使用自動(dòng)運(yùn)行模式。變頻起動(dòng)1水泵。起動(dòng)1，2泵：接收到變頻器上限信號(hào)，PLC通過(guò)這個(gè)上限信號(hào)后將1水泵由變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，KM1斷開KM0吸合，同時(shí)KM3吸合變頻起動(dòng)第2水泵。起動(dòng)1泵：接到下限信號(hào)就關(guān)閉KMKM0，吸合KM1，只剩1水泵變頻運(yùn)行。起動(dòng)1，2泵：輸出的下限信號(hào)使PLC關(guān)閉KMKM2，開啟KM3，2水泵變頻起動(dòng)。起動(dòng)1泵：接到下限信號(hào)關(guān)閉KMKM0，吸合KM1，只剩1水泵變頻運(yùn)行。(2)手動(dòng)運(yùn)行部分按下手動(dòng)起動(dòng)按鈕SB10，手動(dòng)起動(dòng)變頻器。按下SB2,斷開KM0，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M1在變工頻電源下運(yùn)行。按下SB4,斷開KM2，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M2在變頻電源下運(yùn)行。按下SB6,斷開KM4，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M3在變頻電源下運(yùn)行。按下SB1,斷開KM1，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M1在工頻電源下運(yùn)行。按下SB3,斷開KM3，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M2在工頻電源下運(yùn)行。按下SB5,斷開KM5，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M3在工頻電源下運(yùn)行。（3）公用部分當(dāng)熱繼電器斷開系統(tǒng)報(bào)警。電機(jī)只能在一種頻率下運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)工頻/變頻同時(shí)打開時(shí)將發(fā)出警報(bào)且電機(jī)停止運(yùn)行。輔助繼電器M1,M2,M3,…M9依次控制輸出繼電器Y0,Y1,Y2,…Y7,Y10。按下停止按鈕，所有泵停止運(yùn)行。42