【導(dǎo)讀】出了更高的要求。城市供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中一個(gè)重要方面，供水可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性直接影響到用戶的正常工作和生活。高節(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)。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。用變頻器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)。了設(shè)計(jì)程序的正確性。利用了WinCC組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了高樓變頻恒壓供水控制系統(tǒng)。的界面，界面可動(dòng)態(tài)反映水泵變頻供水的工作狀態(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)果表明具有明顯的節(jié)能效益。

　　

【正文】 I I I? () 33 T I I I? () I I? () 0 C I I I? PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 29 頁(yè) () 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 。 PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 30 頁(yè) PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 31 頁(yè) PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 32 頁(yè) 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PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 33 頁(yè) 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，打開軟件，如圖 所示 。 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 所示。 PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 34 頁(yè) 圖 程序裝載界面 點(diǎn)擊開始按鈕， 1泵開始變頻運(yùn)行，如圖 所示。 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。 PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 35 頁(yè) 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) PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 36 頁(yè) 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。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)類型，地址進(jìn)行設(shè)置。最后 建立過程畫面。 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)畫面主要有主畫面、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、故障報(bào)警等畫面組成，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)控主畫面的簡(jiǎn)單繪制過程如下： 從 “開始 ”菜單里啟動(dòng) WinCC 的資源管理器窗口，如圖 所示。 PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 37 頁(yè) 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 所示的窗口，輸入項(xiàng)目的名稱，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。 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，以便在以后的過程中隨時(shí)調(diào)用這些變量。添加變量的方法是在圖 所示的窗口中雙擊變量 管理器，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，并選擇好變量的類型，最后保存即可。 PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 38 頁(yè) 圖 415 新建變量窗口 添加好變量后，就要進(jìn)行主畫面的繪制了。在圖 413 所示的窗口中雙擊圖形編輯器，出現(xiàn) 所示的窗口，在該窗口中，可以對(duì)主畫面的名稱進(jìn)行更改，在本設(shè)計(jì)中，把它重命名為 “zhuhuamian”名稱。 圖 新建主畫面窗口 PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 39 頁(yè) 在圖 所示窗口中雙擊 “zhuhuamian”，在彈出的窗口中即可進(jìn)行主畫面繪制。完整的主畫面如圖 所示。 圖 監(jiān)控主畫面 1泵變頻的界面如圖 所示。 圖 1泵變頻畫面 PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 40 頁(yè) 1工頻、 2變頻的界面如圖 所示。 圖 1泵工頻， 2泵變頻畫面 1泵故障、 2變頻的界面如圖 。 PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 41 頁(yè) 圖 1泵故障， 2泵變頻畫面 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) 每 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 ? ? 3803 0 1 2 1 3 6 5100W ??? ? ? ? ?????kWh=64124 kWh 若每 1 kWh 電價(jià)為 元， 一年可節(jié)約電費(fèi)為 64124 元 = 元 通過市場(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。 PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 42 頁(yè) 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，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)閥門同時(shí)開啟，停止時(shí)先關(guān)閉電動(dòng)閥門，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，通過開發(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PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 43 頁(yè) 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程中，仍然有必要對(duì)其進(jìn)行更深入的研究。 PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 44 頁(yè) 致 謝 對(duì)于這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成，我首先要感謝薛增濤導(dǎo)師，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)過程中所遇到的難題都給了非常重要的意見，本次設(shè)計(jì)能夠有較好的主體框架也得益于薛增濤導(dǎo)師的指導(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，謹(jǐn)向薛導(dǎo)師表示我最衷心的感謝。最后，我要感謝關(guān)心我們畢業(yè)設(shè)計(jì)的系領(lǐng)導(dǎo)和各位老師，感謝你們?nèi)陙?lái)為我們付出的辛勤汗水。 PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 45 頁(yè) 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，2021， : 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) .2021， : 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) .2021， : 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， 2021:244251 [6] 付娟 .交流調(diào)速技米電子工業(yè)出版 社， 2021:17 [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)， 2021， :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)， 2021， :48 [14] 中國(guó)工空信息網(wǎng) [15] 西門子（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)， 2021，: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 PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 46 頁(yè) [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 ,2021,:4348 [19] 陳懷忠 . 西門子 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， 2021， :3439