【正文】 白天模式系統設定值為滿量程的 90%，夜間模式系統設定值為滿量程的 70%。系統初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣可以節(jié)省掃描時間。在本設計中，控制要求中規(guī)定任一臺泵連續(xù)變頻運行不得超過 3h，因此每次需啟動新水泵或切換變頻泵時，以新運行泵為變頻泵是合理的。判斷需啟動新水泵的標準是變頻器的輸出頻率達到設定的上限值。~ 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。AC。 (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，手動只在應急或檢修時臨時使用。白天，小區(qū)的用水量大，系統高恒壓值運行；夜間，小區(qū)用水量小，系統低恒壓值運行。當 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 KM KM1 的電氣互鎖。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。 系統的硬件設計 27 本系統在手動 /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。 圖中的 HL10 為自動運行狀態(tài)電源指示燈。 PLC 主要是用于實現變頻恒壓供水系統的自動控制，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 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，手動只在應急或檢修時臨時使用；系統要有完善的報警功能并能顯示運行狀況。為提高變頻器的功率因數，必須接電抗器。并通過轉換開關利用同一個電壓表顯示不同相之間的線電壓。而且變頻器的輸出端絕對不允許直接接電源，故必須經過接觸器的觸點，當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。 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 水系統主電路圖 三相電源經低壓熔斷器、隔離開關接至變頻器的 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。 系統主電路分析及其設計 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統主電路圖如圖 所示 ：三臺電機分別為 M M M3，它們分別帶動水泵 3。壓力表測量范圍 0~1Mpa，精度 ；數顯儀 輸出一路 4~20mA 電流信號，送給與 CPU226 連接模擬量模塊 系統的硬件設計 23 EM235，作為 PID 調節(jié)的反饋電信號，可設定壓力上、下限，通過兩路繼電器控制輸出壓力超限信號。因此本設計中選擇電機功率為 75KW 的上海 熊貓機械有限公司生產的 SFL 系列水泵 3 臺。 。另外選擇西門子的變頻器可以通過 RS485 通信協議和接口直接與西門子 PLC相連，更便于設備之間的通信。它是用于三相交流電動機調速的系列產品，由微處理器控制，采用絕緣柵雙極型晶體管作為功率輸出器件，具有很高的運行可靠性和很強的功能。本系統中要實現監(jiān)控，所以變頻器還應具有通訊功能。輸入輸出信號接入端口時能夠自動完成 A/D 的轉換，標準輸入信號能夠轉換成一 個字長 (16bit)的數字信號；輸出信號接出端口時能夠自動完成 D/A 的轉換，一個字長(16bit)的數字信號能夠轉換成標準輸出信號。 SIEMENS 公司的 PLC 具有可靠性高，可擴展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協議簡單等優(yōu)點； PLC 可以上接工控計算機，對自動控制系統進行監(jiān)測控制。主要設備選型如表 所示： 表 本系統主要硬件設備清單 主要設備 型號及其生產廠家 可編程控制器（ PLC） Siemens CPU 226 模擬量擴展模塊 Siemens EM 235 變頻器 Siemens MM440 水泵機組 SFL 系列水泵 3臺（ 上海 熊貓機械有限公司） 壓力變送器及顯示儀表 普通 壓力表 Y100、 XMT1270 數顯儀 液位變送器 分體 式液位變送器 DS26(淄博丹佛斯 公司 ) 系統的硬件設計 20 PLC 及其擴展模塊的選型 PLC 是整個變頻恒壓供水控制系統的核心，它要完成對系統中所有輸入號的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實現以及對外的數據交換。這樣的工作狀態(tài)既無法提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，也使得機組由于相互切換頻繁而增大磨損，減少運行壽命。 當輸出頻率達到上限頻率時，實際供水壓力在設定壓力上下波動。因為當水泵機組運行，電機帶動水泵向管網供水時，由于管網中的水壓會反推水泵，給帶動水泵運行的電機 一個反向的力矩，同時這個水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進入管網，因此，當電機運行頻率下降到一個值時，水泵就己經抽不出水了，實際的供水壓力也不會隨著電機頻率的下降而下降。 水泵切換條件分析 在上述的系統工作流程中，我們提到當變頻泵己運行在上限頻率，此時管網的實際壓力仍低于設定壓力，此時需要增加水泵來滿足供水要求，達到 恒壓的目的；當變頻泵和工頻泵都在運行且變頻泵己運行在下限頻率，此時管網的實際壓力仍高于設定壓力，此時需要減少工頻泵來減少供水流量，達到恒壓的目的。 (3) 當用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達到上限頻率 50Hz 時，若此時用戶管網的實際壓力還未達到設定壓力，并且滿足增加水泵的條件 (在下節(jié)有詳細闡述 )時，在變頻循環(huán)式的控制方式下，系統將在 PLC 的控制下自動投入水泵 M2(變速運行 )，同時變頻泵 M1做工頻運行，系統恢復對水壓的閉環(huán)調節(jié)，直到水壓達到設定值為止。由于電信號為模擬量，故必須通過 PLC的 A/D轉換模塊才能讀入并與設定值進行比較，將比較后的偏差值進行 PID運算，再將運算后的數字信號通過 D/A 轉換模塊轉換成模擬信號作為變頻山東科技大學學士學位論文 系統的理論分析及控制方案確定 16 器的輸入信號，控制變頻器的輸出頻率，從而控制電動機的轉速，進而控制水泵的供水流量，最終使用戶供水管道上的壓力恒定，實現變頻恒壓供水。 變頻恒壓供水系統以供水出口管網水壓為控制目標，在控制上實現出口總管網的實際供水壓力跟隨設定的供水壓力。供水控制器直接對系統中的壓力、液位、報警信號進行采集，對來自人機接口和通訊接口的數據信息進行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構的控制方案，通過變頻調速器和接觸器對執(zhí)行機構 (即水泵機組 )進行控制；變頻器是對水泵進行轉速控制的單元，其跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調速泵的運行頻率，完成對調速泵的轉速控制。信號有效時，控制系統要對系統實施保護控制，以防止水泵空抽而損壞電機和水泵。 (2) 信號檢測機構：在系統控制過程中，需要檢測的信號包括管網水壓信號、水池水位信號和報警信號。該系統能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機組的容量大小無關。 (3) 通用變頻器 +PLC(包括變頻控制、調節(jié)器控制 )+人機界面 +壓力傳感器 這種控制方式靈活方便。它雖然微化了電路結構，降低了設備成本，但在壓力設定和壓力反饋值的顯示方面比較麻煩，無法自動實現不同時段的不同恒壓要求，在調試時， PID 調節(jié)參數尋優(yōu)困難，調節(jié)范圍小，系統的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性 能不易保證。所以調速控制方式要比閥門控制方式供水功率要小得多，節(jié)能效果顯著。 山東科技大學學士學位論文 系統的理論分析及控制方案確定 11 HH 2H 1H 00 Q 2Q 1 Qn 1n 2EFDb 1b 2b 3 圖 管網及水泵的運行特性曲線 當用閥門控制時，若供水量高峰水泵工作在 E 點，流量為 Q1，揚程為H0，當供水量從 Q1 減小到 Q2 時，必須關小閥門，這時閥門的摩擦阻力變大，阻力曲線從 b3移到 b1，揚程特性曲線不變。 變頻調速供水方式屬于轉速控制。其實質是通過改變水路中的阻力大小來改變流量，因此，管阻將隨閥門開度的改變而改變，但揚程特性不變。因此，供水系統變頻的實質是異步電動機的變頻調速。揚程特性曲線和管阻特性曲線的交點，稱為供水系統的工作點，如圖 中 A 點。而管阻特性是以水泵的轉速不變?yōu)榍疤?，表明閥門在某一開度下揚程 H 與流量 Q 之間的關系曲線，如圖 所示。但是，單一地調節(jié)電源頻率，將導致電機運行性能惡化。改變轉差率調速為了保證其較大的調速范圍一般采用串級調速的方式，其最大優(yōu)點是它可以回收轉差功率，節(jié)能效果好，且調速性能也好，但由于線路過于復雜，增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗 [7]，且成本高而影響它的推廣價值。 根據以上控制要求，進行系統總體控制方案設計。 本課題的主要研究內容 本設計是以小區(qū)供水系統為控制對象，采用 PLC 和變頻技術相結合技術，設計一套城市小區(qū)恒壓供水系統，并引用計算機對供水系統進行遠程監(jiān)控和管理保證整個系統運行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的運行工況。 目前， PLC 在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、輕紡、交通運輸、及文化娛樂等各個行業(yè)，被稱為現代技術的三大支柱之一。這個階段的另一個特點是世界上生產可編程控制器的國家日益增多，產量日益上升。 20 世紀 70 年代中末期， 可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。 20世紀 70 年代 初出現了微處理器。它采用可以編制程序的存儲器，用來在 其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機械或生產過程?？梢钥闯?，目前在國內外變頻調速恒壓供水控制系統的研究設計中，對于能適應不同的用水場合，結合現代控制技術、網絡和通訊技術同時兼顧系統的電磁兼容性 (EMC)的變頻恒壓供水系統的水壓閉環(huán)控制研究山東科技大學學士學位論文 緒論 5 得不夠。目前國內有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉速，水管管網壓力的閉環(huán)調節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器 (PLC)及相應的軟件予以實現；有的采用單片機及相應的軟件予以實現。在早期，由于國外生產的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉控制、起動控制以及制動控制、壓頻比控制以及各種保護功能?，F在，我國約有 200 家左右的公司、工廠和研究所從事變頻調速技術的工作，但自行開發(fā)生產的變頻調速產品和國際市場上的同類產品相比，還有比較大的技術差距。 1964 年，最先提出把通信技術中的脈寬調制 PWM技術應用到交流傳動中的是德國人。目前的供水方式朝向高效節(jié)能、自動可靠的方向發(fā)展，變頻調速技術以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風機、水泵、空氣壓縮機、制冷壓縮機等高能耗設備上廣泛應用， 特別是在城鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級加壓系統，居民生活用水的恒壓供水系統中，變頻調速水泵節(jié)能效果尤為突出，其優(yōu)越性表現在：一是節(jié)能顯著；二是在開、停機時能減小電流對電網的沖擊以及供水水壓對管網系統的沖擊；三是能減小水泵、電機自身的機械沖擊損耗 [2]。 (3) 水塔高位水箱供水具有控制方式簡單、運行經濟合理、短時間維修山東科技大學學士學位論文 緒論 2 或停電可不停水等優(yōu)點，但存在基建投資大，占地面積大，維護不方便，水泵電機為硬起動，啟動電流大等缺點，頻繁起動易損壞聯軸器，目前主要應用于高層建筑。s urban water supply, this paper designs a set of water supply system of frequecey control of constant voltage based on PLC, and have developed good operation management interface using Supervision Control and Data system is made up of PLC, transducer,units of pumps,pressure sensor and control machine and so on. This system is formed by three pump generators,and they form the circulating run mode of frequency conversion. With general frequency converter realize