【導(dǎo)讀】城市供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個(gè)重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性直接影響到用戶的正常工作和生活。節(jié)能、能適應(yīng)供水廠復(fù)雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)。本文首先根據(jù)管網(wǎng)和水泵的運(yùn)行特性曲線，闡明了供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理；因此本文以采用變頻器和PLC組合構(gòu)成系統(tǒng)的方式，以某居民小區(qū)水泵電動(dòng)。機(jī)控制系統(tǒng)為對(duì)象，逐步闡明如何實(shí)現(xiàn)水壓恒定供水。進(jìn)行了控制系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)，控制電路設(shè)計(jì)。對(duì)輸入輸出點(diǎn)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，共有。的本身自有的軟啟動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的啟動(dòng)。在控制過(guò)程中，電控系統(tǒng)由S7-200完。求，結(jié)合變頻器的功能參數(shù)表預(yù)置了相關(guān)的參數(shù)。在介紹了PLC的編程方法的基礎(chǔ)上，圖，利用PLCSIM仿真軟件進(jìn)行了仿真，仿真的結(jié)果表明了設(shè)計(jì)程序的正確性。頻供水的工作狀態(tài)。最后對(duì)恒壓供水進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益分析，分析的結(jié)果表明具有明顯

　　

【正文】 S7200系 列的 PLC。其 I/ O 分配如表 所示。 表 I/ O 分配表 I O A B C D F 32 則其梯形圖如圖 所示 : 圖 綠燈常亮梯形圖 其它常用的編程方法還有順序控制設(shè)計(jì)法，功能模塊設(shè)計(jì)法等，在此不再一一詳細(xì)介紹 [18]。 本設(shè)計(jì)采用的是 邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法。 編程軟件的簡(jiǎn)單介紹 STEP7Micro/WIN32編程軟件是基于 Windows的應(yīng)用軟件，由西門(mén)子公司專(zhuān)為 S7200系列 PLC設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，它功能強(qiáng)大，主 要為用戶開(kāi)發(fā)控制程序使用，同時(shí)也可以實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)?，F(xiàn)在加上全中文化程序后，可在中文的界面下進(jìn)行操作，用戶使用起來(lái)更加方便。 STEP7Micro/WIN32的基本功能是協(xié)助用戶完成開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件的任務(wù)，例如創(chuàng)建用戶程序，修改和編輯原有的用戶程序，編輯過(guò)程中編輯器具有簡(jiǎn)單的語(yǔ)法檢查功能。同時(shí)它還有一些工具性的功能，例如用戶程序的文檔管理和加密等。此外，還可直接用軟件設(shè)置 PLC的工作方式，參數(shù)和運(yùn)行監(jiān)控等。程序編輯過(guò)程中的語(yǔ)法檢查功能可以提前避免一些語(yǔ)法和數(shù)據(jù)類(lèi)型方面的錯(cuò)誤。 軟件的功能的實(shí)現(xiàn)可 以在聯(lián)機(jī)工作方式（在線方式）下進(jìn)行，部分功能的實(shí)現(xiàn)也可以在離線工作方式下進(jìn)行。 S7200PLC使用 STEP7Micro/WIN32編程軟 33 件進(jìn)行編程。單擊圖 進(jìn)入如圖 ，在此界面可完成 主程序，子程序，中斷程序的編制與修改，完成 圖 STEP7編程軟件圖標(biāo) 程序編制后單擊保存，再單擊下載，程序即可供 PLC使用。 圖 STEP7Micro/WIN32操作界面 恒壓供水系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計(jì) 在控制系統(tǒng)中，變頻器通過(guò)對(duì)電機(jī)出廠 壓力點(diǎn)處設(shè)置的壓力變送器反饋信號(hào)，進(jìn)行單閉環(huán)控制。 PLC程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接受外部開(kāi)關(guān)信號(hào)的輸入以及水池水位信號(hào)，判斷當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)是否正常，然后執(zhí)行程序，由輸出信號(hào)去控制接觸器、繼電器和變頻器等器件，以完成相應(yīng)的控制任務(wù)， PLC主要控制任務(wù)就是根據(jù)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)工頻和變頻的切換。 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)后的各變量的邏輯表達(dá)式如下： I I I I? () I I I I? () 33 T I I I? () I I? () 34 0 C I I I? () 34 T I I I? () 1 CI? () ? ?0 .20 .0 0 .0 0 .5 0 .7Q M M M I?? () M M I? () M M I? () M M I? () I I?? () I I?? () 根據(jù)邏輯表達(dá)式 （ ） ~（ ） ，設(shè)計(jì)的梯形圖如圖 。 35 36 37 圖 主程序 程序的仿真與調(diào)試 仿真軟件的簡(jiǎn)介 由于實(shí)驗(yàn)室的條件有限，本次設(shè)計(jì)采用 S7PLCSIM進(jìn)行仿真。 S7PLCSIM是STEP7中 的一個(gè)非常實(shí)用的軟件。我們可以把它作為一臺(tái)仿真的 PLC，用于運(yùn)行和測(cè)試用戶程序。因?yàn)檫@中仿真完全是用 STEP7軟件進(jìn)行，因此無(wú)需連接任何 S7硬件，就可以在 PG/PC上仿真一個(gè)完整的 S7CPU，包括地址和 I/O。 S7PLCSIM提供了一個(gè)簡(jiǎn)潔的操作界面，可以監(jiān)視或者修改程序中的參數(shù)，比如直接對(duì)數(shù)字量進(jìn)行操作。下面我進(jìn)行仿真的地一步，打開(kāi)軟件，如圖 示。 38 圖 S7PLCSIM軟件的界面 恒壓供水系統(tǒng)程序的仿真調(diào)試 在編程窗口中把程序下載到仿真 PLC中，如圖 。 圖 程序裝載界面 39 點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕， 1泵開(kāi)始變頻運(yùn)行，如圖 。 圖 1泵變頻運(yùn)行 變頻器達(dá)到上限， 1泵工頻運(yùn)行， 2泵變頻運(yùn)行，如圖 411所示。 40 圖 1泵工頻運(yùn)行， 2泵變頻運(yùn)行 當(dāng)水泵出現(xiàn)故障，啟動(dòng)備用泵，圖 412為 1泵出現(xiàn)故障的界面。 圖 412 1泵出現(xiàn)故障 恒壓變頻供水系統(tǒng)的 WinCC界面設(shè)計(jì) WinCC軟件簡(jiǎn)介 工控組態(tài)軟件 WinCC是一個(gè)集成的人機(jī)界面（ HMI）系統(tǒng)和監(jiān)控管理（ SCADA）系統(tǒng)。 WinCC是 Windows Control Center (視窗控制中心 )的簡(jiǎn)稱(chēng)。它集成了 SCADA、 組態(tài)、腳本語(yǔ)言和 OPC等先進(jìn)技術(shù)，提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息歸檔、以及報(bào)表等功能模塊。 首先創(chuàng)建通訊驅(qū)動(dòng)程序：建立 S7200與 WinCC之間的通訊。其次建立變量標(biāo)簽：每個(gè)標(biāo)簽需要對(duì)每個(gè)變量的標(biāo)簽名，數(shù)據(jù)類(lèi)型，地址進(jìn)行設(shè)置。最后 建立過(guò)程畫(huà)面。 使用 WinCC中的圖形編輯器可以繪制各種元素和圖形。該控制系統(tǒng)畫(huà)面主要有主畫(huà)面、參數(shù)設(shè)置、供電回路、實(shí)時(shí)曲線、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、歷史記錄查詢(xún)、故障報(bào)警等畫(huà)面 組成，在上位機(jī)上可以顯示各個(gè)電機(jī)的電流、頻率、水位、水壓、工頻和變頻運(yùn)行的時(shí)間以及各泵的運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)。建立好 WinCC和 PLC的通訊聯(lián)系后， PLC上的事件順序?qū)⑹强梢暫涂刹僮鞯摹＝M態(tài)軟件畫(huà)面主要由以上七塊組成。在實(shí)際運(yùn)行中為了防止有人誤操作而對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生傷害，我們對(duì)不同的操作者的權(quán)限作出規(guī)定，對(duì)不同的操作人員設(shè)定不同的操作密碼和相應(yīng)的操作權(quán)限，這 41 樣可以防止有人誤操作而對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生傷害 [19]。 恒壓供水系統(tǒng)的 WinCC界面設(shè)計(jì) 監(jiān)控主畫(huà)面的簡(jiǎn)單繪制過(guò)程如下： 從“開(kāi)始”菜單里啟動(dòng) WinCC的資源 管理器窗口，如圖 。 圖 WinCC資源管理器窗口 在資源管理器窗口里點(diǎn)擊新建按鈕，出現(xiàn)如圖 ，輸入項(xiàng)目的名稱(chēng)，并選擇好保存的路徑，單擊“創(chuàng)建”按鈕，一個(gè)新的工程就建立了。 42 圖 創(chuàng)建新項(xiàng)目窗口 新項(xiàng)目建立好后，就要進(jìn)行變量的添加，以便在以后的過(guò)程中隨時(shí)調(diào)用這些變量。添加變量的方法是在圖 ，出現(xiàn)如圖 所示的窗口。在窗口的右半部分右擊，再新建變量，并選擇好變量的類(lèi)型，最后保存即可。 圖 415 新建變量窗口 添加好變量后 ，就要進(jìn)行主畫(huà)面的繪制了。在圖 413所示的窗口中雙擊圖形編輯器，出現(xiàn) ，在該窗口中，可以對(duì)主畫(huà)面的名稱(chēng)進(jìn)行更改，在本設(shè)計(jì)中，把它重命名為“ zhuhuamian”名稱(chēng)。 43 圖 新建主畫(huà)面窗口 在圖 “ zhuhuamian”，在彈出的窗口中即可進(jìn)行主畫(huà)面繪制。完整的主畫(huà)面如圖 。 圖 監(jiān)控主畫(huà)面 1泵變頻的界面如圖 。 44 圖 1泵變頻畫(huà)面 1工頻、 2變頻的界面如圖 。 圖 1泵 工頻， 2泵變頻畫(huà)面 1泵故障、 2變頻的界面如圖 。 45 圖 1泵故障， 2泵變頻畫(huà)面 經(jīng)濟(jì)效益分析 從流體力學(xué)原理知道，水泵供水流量與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及功率的關(guān)系為 1122Qn? 21122()Hn? 31122()Pn? 式中 Q 為供水流量， H 為揚(yáng)程， P 為電動(dòng)機(jī)軸功率， n 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)共有 2臺(tái) 30KW的水泵電動(dòng)機(jī)，假設(shè)沒(méi)天運(yùn)行 16h，其中 4h為額定轉(zhuǎn)速，其余 12h為 80%額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，一年 365天節(jié)約電能為 ? ? 38030 12 1 36 5100W ??? ? ? ? ?????kW h=64124 kW h 46 若每 1 kW h電價(jià)為 元，一年可節(jié)約電費(fèi)為 64124元 = 通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，本套恒壓供水系統(tǒng)的成本約為 5萬(wàn)元左右，兩年即可收回投資，運(yùn)行多年經(jīng)濟(jì)效 益將十分可觀。 47 第五章 總結(jié)與期望 總結(jié) 本課題主要研究的是某小區(qū)的恒壓供水。為此設(shè)計(jì)了一套具有高性能的變頻器控制系統(tǒng)來(lái)代替原有的手動(dòng)啟動(dòng)、閥門(mén)控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)重點(diǎn)是根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的需求，自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出頻率控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而保持系統(tǒng)工況壓力的穩(wěn)定。 根據(jù)供水的要求，此裝置屬于一拖二閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，且變頻器帶動(dòng)的電機(jī)可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。減少系統(tǒng)波動(dòng)現(xiàn)象和對(duì)電源電網(wǎng)的沖擊。此裝置在變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可自動(dòng)關(guān)閉電動(dòng)閥門(mén)，系統(tǒng)退出變頻式運(yùn)行，以避免中斷供水。 在工頻方式運(yùn)行下，系統(tǒng)帶有降壓?jiǎn)?dòng)裝置，在工頻啟 動(dòng)時(shí)，由于啟動(dòng)電流過(guò)大，而避免對(duì)電網(wǎng)沖擊的影響，并可延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命。裝置啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)與電動(dòng)閥門(mén)同時(shí)開(kāi)啟，停止時(shí)先關(guān)閉電動(dòng)閥門(mén)，電動(dòng)機(jī)延時(shí)停止，防止水錘現(xiàn)象，延長(zhǎng)水泵使用壽命。 展望 現(xiàn)有系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了供水系統(tǒng)的工況控制、調(diào)節(jié)和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控功能，將來(lái)還可以通過(guò)對(duì)更多現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與傳輸，如電壓、電流、功率、水壓、水位、水流量等，通過(guò)開(kāi)發(fā)上位機(jī)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)具有綜合功能的供水自動(dòng)化控制與管理系統(tǒng)，提高后勤管理能力 .這部份工作有待在以后的學(xué)習(xí)與工作中來(lái)進(jìn)一步開(kāi)展下去。 隨著各方面技術(shù)的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)被廣泛的應(yīng)用，與此同時(shí)能量卻日益緊缺，在這種情況下，變頻恒壓供水系統(tǒng)的使用肯定會(huì)越來(lái)越普及，當(dāng)然對(duì)恒壓供水控制技術(shù)將提出更高的要求。如對(duì)系統(tǒng)采用基于 GPRS 的無(wú)線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)等。另外本文的設(shè)計(jì)、控制方法完全可以用于恒風(fēng)壓控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的變頻節(jié)能，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)和水泵的能耗大約占整個(gè)電能能耗的三分之一左右。所以變頻恒壓供水技術(shù)在逐漸走向成熟的過(guò)程中，仍然有必要對(duì)其進(jìn)行更深入的研究。 48 參考文獻(xiàn) [1] 金傳偉，毛宗源 ． 變頻調(diào)速技術(shù)在水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 ． 電子技 術(shù)應(yīng)用，20xx， : 3839 [2] 馬桂梅，譚光儀 .陳次昌泵變頻調(diào)速時(shí)的節(jié)能方案討論 .四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào) .20xx， : 57 [3] 崔金貴 .變頻調(diào)速恒壓供水在建筑給水應(yīng)用的理論探討 .蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào) .20xx， : 8488 [4] 吳民強(qiáng) .泵與風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)水利電力出版社， 1994:26 [5] 張燕賓 .變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx:244251 [6] 付娟 .交流調(diào)速技米電子工業(yè)出版社， 20xx:17 [7] 葉汝裕 .水泵風(fēng)機(jī)的節(jié)電及技術(shù)改造重慶大 學(xué)出版社， 1998:14 [8] 徐士鳴 .泵與風(fēng)機(jī)原理與應(yīng)用 .大連理工大學(xué)出版社， 1992:1224 [9] 陳伯時(shí) .電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)機(jī)械工業(yè)出版社， 1992:1019 [10] 周玉國(guó) .變頻調(diào)速節(jié)能分梳東北電力技術(shù)， 20xx， :44 [11] 吳浩烈 .電機(jī)及電力拖動(dòng)基鹼重慶大學(xué)出版社， 1996:173174 [12] 黃俊，王兆安 .電力電子變流技術(shù) .機(jī)械工業(yè)出版， 1933:197206 [13] 胡躍冰 .水泵電機(jī)變頻調(diào)速的節(jié)能與計(jì)算節(jié)能技術(shù)， 20xx， :48 [14] 中國(guó)工空信息網(wǎng) [15] 西門(mén)子（中國(guó)）自動(dòng)化網(wǎng) [16] 張春光 .全自動(dòng)變頻調(diào)速供水泵運(yùn)行工況與節(jié)能分析 .節(jié)能技術(shù)， 20xx，:4l44 [17] 任國(guó) .泵變頻調(diào)速節(jié)能的理論分析與應(yīng)甩計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)么， 1994，:3739 [18] 陸秀令 . 幾種常用的可編程控制器梯形圖的設(shè)計(jì)方法 .機(jī)床電器 ,20xx,:4348 49 [19] 陳懷忠 . 西門(mén)子 PLC和 WinCC SCADA 在變頻恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用 . 自動(dòng)化儀表， 20xx， :3439 致 謝 對(duì)于這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成，我首先要感謝陸秀令副教授，是他細(xì)心的給我講解了許多關(guān)于 PLC、變頻器、供水原理相關(guān)的知識(shí)，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中所遇到的難題都給了非常重要的意見(jiàn)，本次設(shè)計(jì)能夠有較好的主體框架也得益于陸秀令副教授的指導(dǎo)，導(dǎo)師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、崇高的敬業(yè)精神與為人師表的風(fēng)范，使我受益匪淺，在此，