【導讀】指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和。包含我為獲得及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。說明并表示了謝意。的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢。獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的。法律后果由本人承擔。涉密論文按學校規(guī)定處理。類論文正文字數(shù)不少于萬字。變頻恒壓供水系統(tǒng)由PLC、變頻器組成的控制系統(tǒng)、電動水泵機組、成變頻循環(huán)運行方式。壓力傳感器能夠檢測當前水壓信號，送入PLC與設定值比較。來改變供水量，最終達到保持管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設定值附近的目的。的連接，實現(xiàn)了運行狀態(tài)動態(tài)的顯示及數(shù)據(jù)、報警查詢。該系統(tǒng)具有高度的可靠性和。實效性，提高了供水的質(zhì)量，節(jié)省了人力，具有可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。

　　

【正文】 經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，如壓力不夠，則頻率上升到50 Hz，若 1泵還不能滿足要求則 1泵由變頻切換為工頻，對 2泵進行變頻，變頻器逐漸上升頻率至給定值，加泵依次類推；如用水量減小，從先啟的泵開始減速，同時根據(jù) PID 調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運行。若有電源瞬時停電的情況，則系統(tǒng)停機；待電源恢復正常后，系 統(tǒng)自動恢復運行，然后按自動運行方式啟動 1泵變頻，直至在給定水壓值上穩(wěn)定運行。變頻自動功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動完成對多臺泵軟起動、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。 PLC 輸入輸出端子分配表 表 輸入分配表 輸入端子 輸入設備 輸入端子 輸入設備 輸入端子 輸入設備 X0 SB1 X4 SB5 X10 SB9 X1 SB2 X5 SB6 X11 SB10 X2 SB3 X6 SB7 X15 FU X3 SB4 X7 SB8 X16 OL 長沙學院 畢業(yè)設計 18 如表 ， X0接 SB1啟動按 鈕， X1接 SB2停止按鈕， X2接 SB3電動機 M1變頻啟動， X3接 SB4電動機 M1工頻啟動， X4接 SB5電動機 M2變頻啟動， X5接 SB6電動機 M2工頻啟動， X6接 SB7電動機 M3變頻啟動， X7接 SB8電動機 M3工頻啟動， X10接 SB9自動啟動， X11接 SB10手動啟動， 頻率檢測的上 /下限信號分別通過 OL和 FU輸出至 PLC的 X15與 X16輸入端作為 PLC增泵減泵控制信號。 表 輸出分配表 如表 所示為 PLC 的輸出分配表， KM0 接通電動機 M1 變頻啟動， KM1 接通電動機 M1 工頻啟動， KM2 接通電動機 M2 變頻啟動， KM3 接通電動機 M2 工頻啟動， KM4 接通電動機 M3 變頻啟動， KM5 接通電動機 M3 工頻啟動， KM6 接通變頻器， HL1 指示電動機M1 變頻啟動， HL2 指示電動機 M1 變工頻啟動， HL3 指示電動機 M2變頻啟動， HL4 指示電動機 M2 工頻啟動， HL5 指示電動機 M3 變頻啟動， HL6 指示電動機 M3 工頻啟動 。 PLC 的接線圖 圖 所示是 PLC 的接線圖，其中 KM HL1 分別是 1泵工頻運行接觸器及指示燈， KM HL2 分別是 1泵變頻運行接觸器及指示燈， KM HL3 分別是 2泵工頻運行接觸器及指示燈， KM4， HL4 分別是 2泵變頻運行接觸器及指示燈， KM5， HL5 分別是3泵工頻運行接觸器及指示燈， KM6， HL63分別是泵變頻運行接觸器及指示燈。 HL7 是水池水位下限報警指示燈。 輸出端子 輸出設備 輸出端子 輸出設備 輸出端子 輸出設備 Y0 KM0 Y5 KM5 Y13 HL4 Y1 KM1 Y6 KM6 Y14 HL5 Y2 KM2 Y10 HL1 Y15 HL6 Y3 KM3 Y11 HL2 Y16 HL7 Y4 KM4 Y12 HL3 Y20 STF 長沙學院 畢業(yè)設計 19 圖 PLC 的接線圖 變頻器 變頻器的構(gòu)成 變頻器構(gòu)成圖如圖 所示，通常由變頻器主電路（ IGBT、 BJT、或 GTO 作逆變元件）給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源。此電源輸出的電壓或電流及頻率，由控制回路的控制指令進行控制 [5]。而控制指令則根據(jù)外部的運轉(zhuǎn)指令進行運算獲得。對于需要更 長沙學院 畢業(yè)設計 20 精密速度或快速響應的場合，運算還應包含由變頻器主電路和傳動系統(tǒng)檢測出來的信號和保護電路信號，即防止因變頻器主電路的過電壓、過電流引起的損失外，還應保護異步電動機及傳動系統(tǒng)等 [12]。 圖 變頻器的構(gòu)成 主電路 給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。圖 所示是典型的電壓逆變器的例子，其主電路由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸引在整流和逆變時產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。另外，異步電動機需要制動時，有時要附加“制動回路”。 1． 整流器 最近大量使用的是二極管的交流器，圖 所示，它把工頻電源變換為直流電源。可用兩組晶體管交流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉(zhuǎn) [13]。 2． 平波回路 在整流器整流后的 直流電壓中，含有電源 6 倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電壓吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路的構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。 3． 逆變器 如圖 所示為典型電壓逆變器，同整流器相反，逆變器的作用是將直流功率變換為所需要頻率的交流功率，根據(jù) PWM 控制信號使 6 個開關器件導通、關斷，就可以得到三相頻率可變的交流輸出。 4． 制動回路 異步電動機在再生制動區(qū)域使用時（轉(zhuǎn)差率為負），再生能量儲存于平波回路電 長沙學院 畢業(yè)設計 21 容器中，使直流電壓升高。一般 說來，由機械系統(tǒng)（含電動機）慣量積蓄的能量比電容能儲存的能量大，需要快速制動時，可用由逆變流器向電源反饋或設置制動回路（開關和電阻）把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓上升 [14]。 圖 典型的電壓型逆變器一例 控制電路 給異步電動機供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，稱為控制電路。如圖 所示，控制電路由以下電路組成，頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓 /電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進行放大的“驅(qū)動電路”，以及 逆變器和電動機的“保護電路”。 僅以控制電路 A 部分構(gòu)成控制電路時，無速度檢測電路，為開環(huán)控制。在控制電路 B 部分增加了速度檢測電路，即增加了速度指令，可以對異步電動機的速度進行控制更精確的閉環(huán)控制。 控制電路主要包括：運算電路，電壓 /電流檢測電路，驅(qū)動電路，速度檢測電路。 以裝在異步電動機軸上的速度檢測器（ TG、 PLG 等）的信號為速度信號送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。保護電路檢測主電路的電壓、電流等，當發(fā)生過載或過壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、 電流值。 變頻器的特點 變頻器具有過壓、欠壓、過流、過載、短路、失速等自動保護功能。能實現(xiàn)電機軟起動，減小電氣和機械沖擊噪音，延長設備使用壽命。 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有以下幾個特點 : (1)變頻調(diào)速恒壓供水設備使整個供水系統(tǒng)始終保持最優(yōu)工作狀態(tài)節(jié)電率可達 長沙學院 畢業(yè)設計 22 35%— 60% ，這一特點已被廣大用戶所認識并帶來效益 (2)占地面積小，投人少，效率高： 設備結(jié)構(gòu)緊湊占地面積少維護方便維護費用低投資省安裝快如僅供幾棟居民樓生活用水的小型供水設備在樓梯間樓梯下幾平方米的地方即可安裝 (3)配置靈活，功能齊全， 自動化程度高。 (4)由于變頻恒壓調(diào)速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染， 大大降低水質(zhì)污染的可能性：眾所周知南方氣候炎熱潮濕細菌和微生物極易繁殖和滋生尤其是高位水箱很容易生紅蟲必須定期清洗改用變頻調(diào)速恒壓供水設備后只需一個低位水箱原來也有將水質(zhì)污染降到最低限度。 (5)通過通信控制，可以實現(xiàn)無人值守，節(jié)省了人力物力 [15]。 長沙學院 畢業(yè)設計 23 第 4章 系統(tǒng)的軟件設計 PLC 控制及運行 PLC 在系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進行工頻 — 變頻的切換和水泵工作數(shù)量的 調(diào)整。工作流程如圖 。 圖 工作流程圖 系統(tǒng)起動之后，檢測是自動運行模式還是手動運行模式。如果是手動運行模式則進行手動操作，人們根據(jù)自己的需要操作相應的按鈕，系統(tǒng)根據(jù)按鈕執(zhí)行相應操作。如果是自動運行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關的輸入信號執(zhí)行相應的操作。手動模式主要是解決系統(tǒng)出錯或器件出問題 [16]。 在自動運行模式中，如果 PLC 接到頻率上限信號，則執(zhí)行增泵程序，增加水泵的 長沙學院 畢業(yè)設計 24 工作數(shù)量。如果 PLC 接到頻率下限信號，則執(zhí)行減泵程序，減少水泵的工作數(shù)量。沒接到信號就保持現(xiàn)有的運行狀態(tài)。 手動控制部分 當按下 SB9按鈕，用手動方式。按下 SB10手動啟動變頻器。當系統(tǒng)壓力不夠需要增加泵時，按下 SBn（ n=1,3,5） 按鈕，此時切斷電機變頻，同時啟動電機工頻運行 ,再起動下一臺電機。為了變頻向工頻切換時保護變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時，用時間繼電器作了時間延遲，當壓力過大時，可以手動按下 SBn（ n=2,4,6）按鈕，切斷工頻運行的電機，同時啟動電機變頻運行。可根據(jù)需要，停按不同電機對應的啟停按鈕，可以依次實現(xiàn)手動啟動和手動停止三臺水泵。該方式僅供自動故障時使用。 自動控 制部分 由 PLC分別控制某臺電機工頻和變頻繼電器，在條件成立時，進行增泵升壓和減泵降壓控制。 升壓控制：系統(tǒng)工作時，每臺水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動狀態(tài)、變頻器拖動調(diào)速狀態(tài)和停止狀態(tài)。系統(tǒng)開始工作時，供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運行，第一臺水泵 M1，啟動且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當輸出壓力達到設定值，其供水量與用水量相平衡時，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間 M1處在調(diào)速運行狀態(tài)。當用水量增加水壓減小時，通過壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設定速率加速到另一個穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 。反之用水量減少水壓增加時，水泵按設定 的速率減速到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 .當用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻時，水壓仍低于設定值，由 PLC控制切換至工頻電網(wǎng)后恒速運行 。同時，使第二臺水泵 M2投入變頻器并變速運行，系統(tǒng)恢復對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達到設定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，每當加速運行的變頻器輸出頻率達到工頻時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，并有新的水泵投人并聯(lián)運行。當最后一臺水泵 M3投人運行，變頻器輸出頻率達到工頻，壓力仍未達到設定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出故障報警。 降壓控制：當用水量下降水壓升高，變頻器輸出頻率降至起動頻率時，水壓仍高于設定值，系 統(tǒng)將工頻運行時間最長的一臺水泵關掉，恢復對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達到設定值。當用水量繼續(xù)下降，每當減速運行的變頻器輸出頻率降至起動頻率時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下最后一臺變頻泵運行為止。 長沙學院 畢業(yè)設計 25 PLC 編程及介紹 自動運行 圖 1泵啟動程序 如圖 所示，圖中按下起動按鈕 SB1，系統(tǒng)檢測采用哪種運行模式。如果按鈕SB9沒按，則使用自動運行模式。 KM0 吸合變頻起動 1水泵。 圖 1泵、 2泵啟動程序 如圖 所示，圖中接收到變頻器上限信號， PLC 通過這個 上限信號后將 1水泵由變頻運行轉(zhuǎn)為工頻運行， KM1 吸合 KM0 斷開，同時 KM2 吸合變頻起動第 2水泵。 圖 1泵、 3泵啟動程序 如圖 所示，再次接收到變頻器上限信號，則 KM1 斷開 KM2 吸合，第 2水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運行， 3水泵變頻起動。 長沙學院 畢業(yè)設計 26 圖 下限信號 2泵啟動程序 如圖 所示，輸出的下限信號使 PLC 關閉 KM KM2，開啟 KM3， 2水泵變頻起動。 圖 下限信號 1泵啟動程序 如圖 所示，接到下限信號就關閉 KM KM0，吸合 KM1，只剩 1水泵 變頻運行。 手動部分 圖 變頻器手動啟動程序 如圖 所示，按下手動起動按鈕 SB9，手動起動變頻器。 圖 1泵手動啟動程序 如圖 所示，按下 SB3,斷開 KM0，在 10 個計數(shù)脈沖后起動 M1 在變頻電源下運行。 長沙學院 畢業(yè)設計 27 圖 2泵手動啟動程序 如圖 所示，圖中按下 SB5,斷開 KM2，在 10 個計數(shù)脈沖后起動 M2 在變頻電源下運行。 圖 1泵手動啟動程序 如圖 所示，圖中按下 SB4,斷開 KM1，在 10 個計數(shù)脈沖后起動 M1 在工頻電源下運行 圖 工頻電源 2泵運行程序 如圖 所示，按下 SB6,斷開 KM3，在 10 個計數(shù)脈沖后起動 M2 在工頻電源下運行 圖 工頻電源 3泵運行程序 如圖 所示，按下 SB8,斷開 KM5，在 10 個計數(shù)脈沖后起動 M3 在工頻電源下運行。 長沙學院 畢業(yè)設計 28 第 5章 系統(tǒng)的模擬運行結(jié)果及分析 程序調(diào)試 自動部分調(diào)試 程序設計完之后，仿真調(diào)試是一個很重要的環(huán)節(jié)，在電腦上的仿真軟件編輯程序，轉(zhuǎn)換，按事先設計好的 PLC 接好線，點擊監(jiān)控，按下起動按鈕 SB2，系統(tǒng)檢測采用哪種運行模式。如果按鈕 S