【導(dǎo)讀】速恒壓供水系統(tǒng),并利用組態(tài)軟件開發(fā)良好的運行管理界面。本系統(tǒng)包含三臺水泵電機，它們組成變頻循環(huán)運行方式。壓力傳感器檢測當(dāng)前水壓信號，送入PLC與設(shè)定值比較后進行PID運。供水量，最終保持管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近。通過工控機與PLC的連接，導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)。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(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人。件和電子版，允許論文被查閱和借閱。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。

　　

【正文】 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) 主 電路分析及其設(shè)計 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖如圖 所示 ：三臺電機分別為 M M M3，它們分別帶動水泵 3。接觸器 KM KMKM5 分別控制 M M M3 的工頻運行；接觸器 KM KM KM6 分別控制 M M M3 的變頻運行； FR FR FR3 分別為三臺水泵電機過載保護用的熱繼電器； QS QS QS QS4 分別為變頻器和三臺水泵電機主電路的隔離開關(guān)； FU 為主電路的熔斷器。 本系統(tǒng) 采用 三泵循環(huán)變頻運行方式 ，即 3 臺水泵中只有 1 臺水泵在變頻器控制下作變速 運行，其余水泵 在工頻下 做恒速運行 ， 在用水量小的情況下，如果變頻泵連續(xù)運行時間超過 3h，則要切換下一臺水泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺水泵工作時間過長。因此 在同一時間內(nèi)只山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)的 硬件設(shè)計 24 能有一臺水泵工作在變頻下，但不同時間段內(nèi)三臺水泵都可輪流做變頻泵。 NL 1L 2L 3F U變 頻 器Q S 1RSTU VWQ S 2K M 2F R 1K M 1M 13 ~K M 3M 23 ~K M 5M 33 ~K M 4F R 2Q S 3 Q S 4K M 6F R 3 圖 變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖 三相電源經(jīng)低壓 熔 斷器、 隔離開關(guān) 接至變頻器的 R、 S、 T 端，變頻器的輸出端 U、 V、 W 通過接觸器的觸點接至電機。當(dāng)電機工頻運行時，連接至變頻器的 隔離開關(guān)及變頻器輸出端的接觸器斷開 ，接通工頻運行的接觸器和隔離開關(guān)。 主電路中的低壓 熔 斷器除接通電源外，同時實現(xiàn)短路保護，每臺電動機的過載保護由相應(yīng)的熱繼電器 FR 實現(xiàn)。變頻和工頻兩個回路不允許同時接通。而且變頻器的輸出端絕對不允許直接接電源，故必須經(jīng)過接觸器的觸點，當(dāng)電動機接通工頻回路時，變頻回路接觸器的觸點必須先行斷開。同樣從工頻轉(zhuǎn)為變頻時，也必須 先將工頻接觸器斷開，才允許接通變頻器輸出端接觸器，所以 KM1 和 KM KM3 和 KM KM5山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)的 硬件設(shè)計 25 和 KM6 絕對不能同時動作，相互之間必須設(shè)計可靠的互鎖。 為監(jiān)控電機負(fù)載運行情況，主回路的電流大小可以通過電 流互感器和變送器將4~20mA 電流信號送至上位機來顯示。同時可以通過通過轉(zhuǎn)換開關(guān)接電壓表顯示線電壓。并通過轉(zhuǎn)換開關(guān)利用同一個電壓表顯示不同相之間的線電壓。初始運行時，必須觀察電動機的轉(zhuǎn)向，使之符合要求。如果轉(zhuǎn)向相反，則可以改變電源的相序來獲得正確的轉(zhuǎn)向。系統(tǒng)啟動、運行和停止的操作不能直接斷開主電路 (如直接使 熔 斷 器或隔離開關(guān) 斷開 )，而必須通過變頻器實現(xiàn)軟啟動和軟停。為提高變頻器的功率因數(shù)，必須接電抗器。當(dāng)采用手動控制時，必須采用自 耦 變壓器降壓啟動或軟啟動的方式以降低電流，本系統(tǒng)采用軟啟動器。 系統(tǒng)控 制 電路分析及 其 設(shè)計 系統(tǒng)實現(xiàn)恒壓供水的主體控制設(shè)備是 PLC，控制電路的合理性，程序的可靠性直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的運行性能。本系統(tǒng)采用 西門子公司S7200 系列 PLC，它體積小，執(zhí)行速度快，抗干擾能力強，性能優(yōu)越。 PLC 主要是用于實現(xiàn)變頻恒壓供水系統(tǒng)的自動控制，要完成以下功能：自動控制三臺水泵的投入運行； 能在三臺水泵之間實現(xiàn)變頻泵的切換；三臺水泵在啟動時要有軟啟動功能；對水泵的操作要有手動 /自動控制功能，手動只在應(yīng)急或檢修時臨時使用；系統(tǒng)要有完善的報警功能并能顯示運行狀況。 如圖 為電控系統(tǒng)控制電路圖。圖 中 SA 為手動 /自動轉(zhuǎn)換開關(guān)， SA打在 1 的位置為手動控制狀態(tài)；打在 2 的狀態(tài)為自動控制狀態(tài)。手動運行時，可用按鈕 SB1~SB6 控制三臺水泵的啟 /停；自動運行時，系統(tǒng)在 PLC程序控制下運行。 圖中的 HL10 為自動運行狀態(tài)電源指示燈。對變頻器頻率進行復(fù)位是山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)的 硬件設(shè)計 26 只提供一個干觸發(fā)點信號，本系統(tǒng)通過一個中間繼電器 KA的觸點對變頻器進行復(fù)頻控制。圖中的 ~ 及 ~ 為 PLC 的輸出繼電器觸點，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。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)的 硬件設(shè)計 27 本系統(tǒng)在手動 /自動控制下的運行過程如下： (1) 手動控制： 手動控制只 在檢查故障原因時才會用到 ，便于 電機 故障的檢測與維修 。單刀雙擲開關(guān) SA 打至 1 端時開啟手動控制模式，此時可以通過開關(guān)分別控制三臺水泵電機在工頻下的運行和停止。 SB1 按下時由于 KM2 常閉觸點接通電路使得 KM1 的線圈得電， KM1 的常開觸點閉合從而實現(xiàn)自鎖功能，電機 M1 可以穩(wěn)定的運行在工頻下。只有當(dāng) SB2按下時才會切 斷電路， KM1 線圈失電，電機 M1 停止運行。同理，可以通過按下 SB SB5 啟動電機 M M3，通過按下 SB SB6 來使電機M M3 停機。 （ 2）自動控制：在正常情況下變頻恒壓供水系統(tǒng)工作在自動狀態(tài)下。單刀雙擲開關(guān) SA 打至 2 端時開啟自動控制模式，自動控制的工作狀況由PLC 程序控制。 輸出 1水泵工頻運行信號， 輸出 1水泵變頻運行信號，當(dāng) 輸出 1 時， KM1 線圈得電， 1水泵工頻運行指示燈HL1 點亮，同時 KM1 的常閉觸點斷開，實現(xiàn) KM KM2 的電氣互鎖 。當(dāng) 輸出 1 時， KM2 線圈得電 ， 1水泵變頻運行指示燈 HL2 點亮，同時 KM2 的常閉觸點斷開，實現(xiàn) KM KM1 的電氣互鎖。同理， 3水泵的控制原理也是如此。當(dāng) 輸出 1 時，水池水位上下限報警指示燈 HL7 點亮；當(dāng) 輸出 1 時，變頻器故障報警指示燈 HL8 點亮；當(dāng) 輸出 1 時，白天供水模式指示燈 HL9 點亮； 當(dāng) 輸出 1 時，報警電鈴 HA響起；當(dāng) 輸出 1 時，中間繼電器 KA的線圈得電，常開觸點 KA閉合使得變頻器的頻率復(fù)位；處于自動控制狀態(tài)下，自動運行狀態(tài)電源指示燈 HL10 一直點亮。 PLC 的 I/O 端口分配及外圍 接線圖 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計的基本要求如下： 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)的 硬件設(shè)計 28 (1) 由于白天和夜間小區(qū)用水量明顯不同，本設(shè)計采用白天供水和夜間供水兩種模式，兩種模式下設(shè)定的給定水壓值不同。白天，小區(qū)的用水量大，系統(tǒng)高 恒壓值運行；夜間，小區(qū)用水量小，系統(tǒng)低恒壓值運行。 (2) 在用水量小的情況下，如果一臺水泵連續(xù)運行時間超過 3h，則要切換下一臺水泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺水泵工作時間過長。 倒泵只用于系統(tǒng)只有一臺變頻泵長時間工作的情況下。 (3) 考慮節(jié)能和水泵壽命的因素，各水泵切換遵循先啟先停、先停先啟原則。 (4) 三臺水泵在啟動時要有軟啟動功能，對水泵的操作要有手動 /自動控制功能，手動只在應(yīng)急或檢修時臨時使用。 (5) 系統(tǒng)要有完善的報警功能。 根據(jù)以上控制要求統(tǒng)計控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表 。 表 輸入輸出點代碼及地址編號 名 稱 代 碼 地址編號 輸入信號 供水模式信號 (1白天， 0夜間 ) SA1 水池水位上下限信號 SLHL 變頻器報警信號 SU 試燈按鈕 SB7 壓力變送器輸出模擬量電壓值 Up AIW0 輸出信1泵工頻運行接觸器及指示燈 KM HL1 1泵變頻運行接觸器及指示燈 KM HL2 2泵工頻運行接觸器及指示燈 KM HL3 2泵變頻運行接觸器及指示燈 KM HL4 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)的 硬件設(shè)計 29 號 3泵工頻運行接觸器及指示燈 KM HL5 3泵變頻運行接觸器及指示燈 KM HL6 輸出信號 水池水位上下限報警指示燈 HL7 變頻器故障報警指示燈 HL8 白天模式運行指示 燈 HL9 報警電鈴 HA 變頻器頻率復(fù)位控制 KA 變頻器輸入電壓信號 Uf AQW0 結(jié)合系統(tǒng)控制電路圖 和 PLC 的 I/O 端口分配表 ，畫出 PLC 及擴展模塊外圍接線圖，如圖 所示： 1M0.00.11.00.70.60.50.40.30.22.72.62.52.42.32.22.12.01.71.62M1.51.41.31.21.11L0.0L+M1.51.41.31.21.13L1.00.70.60.52L0.40.30.20.1地1.71.6L1N。AC。C P U 2 2 6 C N2RS485MV0M0地L+RAA+I0BB+RBADD+RDCC+RC偏移配置增益E M 2 3 5I 0 I 1 I 2Q 0 Q 1S A 1窗 口比 較 器液 位變 送 器水 位 上 下限 信 號S US L H LS B 74 6 8 1 0 1 2 1 4 2 42 22 01 81 6 2N 1＋ －壓 力 變 送 器 輸出 壓 力 信 號輸 入 變 頻 器圖 PLC 及擴展模塊外圍接線圖 本變頻恒壓供水系統(tǒng)有五個輸入量，其中包括 4 個數(shù)字量和 1 個模擬山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)的 硬件設(shè)計 30 量。壓力變送器將測得的管網(wǎng)壓力輸入 PLC 的擴展模塊 EM235 的模擬量輸入端口作為模擬量輸入；開關(guān) SA1 用來控制白天 /夜間兩種模式之間的切換，它作為開關(guān)量輸入 ； 液位變送器把測得的水池水位轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號后送入窗口比較器，在窗口比較器中設(shè)定水池水位的上下限，當(dāng)超出上下限時，窗口比較其輸出高電平 1，送入 ；變頻器的故障輸出端與 PLC 的 相連，作為變頻器故障報警信號；開關(guān) SB7 與 相連作為試燈信號，用于手動檢測各指示燈是否正常工作。 本變頻恒壓供水系統(tǒng)有 11個數(shù)字量輸出信號和 1個模擬量輸出信號。~ 分別輸出三臺水泵電機的工頻 /變頻運行信號； 輸出水位超限報警信號； 輸出變頻器 故障報警信號； 輸出白天模式運行信號； 輸出報警電鈴信號； 輸出變頻器復(fù)位控制信號； AQW0輸出的模擬信號用于控制變頻器的輸出頻率。 圖 只是簡單的表明 PLC 及擴展模塊的外圍接線情況，并不是嚴(yán)格意義上的外圍接線情況。它忽略了以下因素： (1) 直流電源的容量； (2) 電源方