【正文】 其輸入輸出總點(diǎn)數(shù)為 32第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 25 點(diǎn) ,其中輸 入點(diǎn)數(shù)為 16點(diǎn) ,輸出點(diǎn)數(shù)為 16點(diǎn) 。在手動(dòng)狀態(tài) ,通過按鈕 SB1SB8控制各臺(tái)泵的起停。 控制電路之中還要考慮電路之間互鎖的關(guān)系 ,這對(duì)于變頻器安全運(yùn)行十分重要。變頻器接地端子必須可靠接地 ,以保證安全 ,減少噪聲。 QF1,QF22,QF3,QF4,QFS,QF6 分別為主電路、變頻器和各水泵的工頻運(yùn)行空氣開關(guān) ,FR1,FR2,FR3,FR4分別為工頻運(yùn)行時(shí)的電機(jī)過載保護(hù)用熱繼電器 ,變頻運(yùn)行時(shí)由變頻器來實(shí)現(xiàn)電機(jī)過載保護(hù)。利用其軟件可編輯、制作生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所需的基本畫面、自動(dòng)畫面、模擬畫面、設(shè)定畫面、手動(dòng)畫面、報(bào)警畫面等各種畫面，其便捷的操作性能受到了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的好評(píng)。觸摸屏的應(yīng)用范圍非常廣闊，主要有公共信息的查詢，企業(yè)辦公、工業(yè)控制、電子游戲、點(diǎn)歌點(diǎn)菜、多媒體教學(xué)等。借助觸摸屏，用戶可以直接用手向計(jì)算機(jī)輸入信息，它和鼠標(biāo)、鍵盤一樣，是一種輸入設(shè)備。壓力表測(cè)量范圍01MPa,精度 ,對(duì)應(yīng)電信號(hào)為 420mA 標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào) ,可設(shè)定壓力上、下限 ,通過兩路繼電器控制輸出壓力超限信號(hào) 穩(wěn)壓罐的選型 穩(wěn)壓罐 — 由罐體、氣囊、接水口及排氣口四部份組成?？芍苯咏邮諌毫ψ兯推餍盘?hào)，進(jìn)行計(jì)算并輸出。 綜合以上因素 ,系統(tǒng)選用專為風(fēng)機(jī)、泵用負(fù)載設(shè)計(jì)普通功能型 U/f 控制方式的 富士變頻器 FRENIC 5000P11S 15KW,此為富士變頻器低噪聲高性能多功能變頻器 ,對(duì)周圍設(shè)備噪聲干擾 極小。在一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) ,變頻器容量 (kVA)應(yīng)同時(shí)滿足下列三式 : )(kCN AIf CN? （式 ） )(coskPPCN kVAM ??? （式 ） )(103P 3CN kVAIUk MM ???? （式 ） 式中 : MP 一負(fù)載所要求的電動(dòng)機(jī)的輸出功率； ? 一電動(dòng)機(jī)的效率 (通常在 以上 )； ?cos 一電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù) (通常在 以上 )； MU 一電動(dòng)機(jī)電壓 (v)； MI 一電動(dòng)機(jī)工頻電源時(shí)的電流 (A)； k一電流波形的修正系數(shù) ,對(duì) PWM 方式 ,取 ； CNP 一變頻器的額定容量 (k 以 )； CNI 一變頻器的額定 電流 (A)。本文以某小區(qū)的實(shí)際生活用水的數(shù)據(jù)進(jìn)行選型 ,該小區(qū)生活用水具體要求為 : ⑴ 由多臺(tái)水泵機(jī)組實(shí)現(xiàn)供水 ,高峰期流量 錯(cuò)誤 !未找到引用源。對(duì)每一個(gè) FX2N 主單元可配置總計(jì)達(dá) 8個(gè)特殊功能模塊。 FX2N 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先進(jìn)的系列，在現(xiàn)行設(shè)備中也具有較為廣泛的應(yīng)用。FX1N和 FX2N三種型號(hào)。 A 額定輸出電壓 380V 額定輸出電流 30A 壓力變送器 CJ800D通用型壓力變送器 水壓檢測(cè)范圍 0~1MPa 對(duì)應(yīng)電信號(hào) 4~20mA 穩(wěn)壓罐 SQL型消防氣壓罐 壓力 直徑高度∮ 600 1900/mm 觸摸屏 三菱 GT1155QTBD 尺寸： 分辨率： 320 240 內(nèi)存： 3M 顯示顏色： 256 PLC 三菱 FX2N32MR I/O： 16/16 擴(kuò)展模塊 FX2N16ER 8點(diǎn)輸入， 8繼電器輸出 PLC 及其拓展模塊選型 本例中 PLC 選擇三菱公司的 FX2N32MR PLC 是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心 ,它要完成對(duì)系統(tǒng)中所有輸入信號(hào)的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實(shí)現(xiàn)以及對(duì)外的數(shù)據(jù)交換。 /h 本系統(tǒng)屬于民用型小型供水系統(tǒng)，通過對(duì) I/O 點(diǎn)數(shù)預(yù)估，選擇三菱小型 PLC作為控制系統(tǒng)核心即可。經(jīng)過以上的分析 ,將實(shí)際的機(jī)組切換的條件優(yōu)化為 : 增泵條件 : upff ? 2dsf ppp ??? 且延時(shí)判別成立 增泵條件 : lowff ? 2dsf ppp ??? 且延時(shí)判別成立 upf ： 上限頻率 lowf ： 下限頻率 fp ： 反饋壓力 sp ： 設(shè)定壓力 本章小結(jié) 本章分析了變頻恒壓供水的 可行性及節(jié)能原理 ,確定 了 變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案 ,給出了變頻恒壓供水的 運(yùn)行流程及硬件組成；最后分析了在變頻恒壓水中水泵切換的條件。這兩種情況有一個(gè)共同的特點(diǎn) ,即它們維持的時(shí)間短 ,只能夠使機(jī)組切換的判別條件在一個(gè)瞬間滿足。如果變頻器的輸出為上限頻率 ,只有當(dāng)實(shí)際的供水壓力比設(shè)定壓力小 2Pd 的時(shí)候才允許進(jìn)行機(jī)組增加 。所以 ,在實(shí)際應(yīng)用中 ,應(yīng)當(dāng)在確實(shí)需要機(jī)組進(jìn)行切換的時(shí)候才進(jìn)行機(jī)組的切換。并且使新投入運(yùn)行的機(jī)組幾乎在變頻器輸出頻率的下限運(yùn)行 ,那么按照要求則應(yīng)停掉該泵 ,如果用水狀況不變 ,該泵將一直這樣 投入 切出 投入 切出 地循環(huán)下去 ,這增加了機(jī)組切換的次數(shù) ,使系統(tǒng)一直處于不穩(wěn)定的狀態(tài)之中。在水泵增減時(shí)，在壓力比較上是在一定范圍內(nèi)進(jìn)行的，故而避免了水泵的頻繁切換。這個(gè)頻率遠(yuǎn)大于 0HZ,具體數(shù)值與水泵華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 16 特性及系統(tǒng)所使用的場(chǎng)所有關(guān) ,一般在 20HZ 左右。故選定 5Hz 為下限頻率。當(dāng)變頻器的輸出頻率已經(jīng)到達(dá) 48Hz 時(shí) ,即使實(shí)際供水壓力仍然低于設(shè)定壓力 ,也不再增加變頻器的輸出頻率了，而是將其轉(zhuǎn)換為工頻運(yùn)行，同時(shí)進(jìn)行壓力比較，以確定是否要開啟下一臺(tái)變頻泵。為了使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力 ,同時(shí)使機(jī) 組不過于頻繁的切換，故進(jìn)行如下考量： 盡管通用變頻器的頻率都可以在。當(dāng)用水量繼續(xù)下降 ,并且滿足減少水泵的條件時(shí) ,將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換 ,直到剩下一臺(tái)變頻泵運(yùn)行為止。 ⑶ 當(dāng)用水量繼續(xù)增加 ,變頻器的輸出頻率達(dá)到上限頻率 50Hz 時(shí) ,若此時(shí)用戶管網(wǎng)的實(shí)際壓力還未達(dá)到設(shè)定壓力 ,并且滿足增加水泵的條件時(shí) ,在變頻循環(huán)式第 2 章 系統(tǒng)理論分 析及控制方案確定 15 的控制方式下 ,系統(tǒng)將電機(jī) Ml 切換至工頻電網(wǎng)供電后 ,Ml 恒速運(yùn)行 ,同時(shí) 使第二臺(tái)水泵 MZ 投入變頻器并變速運(yùn)行 ,系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié) ,直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。 作為一個(gè)控制系統(tǒng) ,報(bào)警是必不可少的重要組 成部分。變頻器是對(duì)水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元 ,其跟蹤供水控制器送來的控制信號(hào)改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率 ,完成對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。報(bào)警信號(hào)反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行 ,水泵電機(jī)是否過載、變頻器是否有異常 ,該信號(hào)為開關(guān)量信號(hào)。 ⑵ 信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu) :在系統(tǒng)控制過程中 ,需要檢測(cè)的信號(hào)包括水壓信號(hào)和報(bào)警信號(hào)。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中 ,這樣構(gòu)成水泵組有下幾個(gè)原因 :用幾個(gè)小功率的水泵代替一臺(tái)大功率的水泵 ,使水泵選型容易 ,同時(shí)這種結(jié)構(gòu)更適合于大功率的供水系統(tǒng) 。具體為由壓力傳感器檢測(cè)出的水路管網(wǎng)出口端實(shí)際水壓與設(shè)定水壓進(jìn)行比較， 同時(shí)檢測(cè)入口處壓力，防止空吸。同時(shí)設(shè)一臺(tái)備用泵，方便設(shè)備輪換，提高硬件可靠性。根據(jù)水壓的變化 ,由變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)恒壓。由于現(xiàn)在建筑均較高，故采用分層供水，低水位區(qū)（通常為 15層）直接接市政管網(wǎng)，僅以閥門調(diào)節(jié)水量。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場(chǎng)合 ,并且與供水機(jī)組的容量大小無關(guān)。具有良好的通信接口 ,可以方便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 。其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性 ,數(shù)據(jù)通信困難 ,并且限制了帶負(fù)載的容量 ,因此僅適用于要求不高的小容量場(chǎng)合。 變頻恒壓供水控制方案的確定 控制方案的比較和確定 從變頻恒壓供水的原理分析可知 ,該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機(jī)組以及低壓電器組成。而且隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，已出現(xiàn)了各種性能良好、工 作可靠的變頻調(diào)速裝置。 第 2 章 系統(tǒng)理論分 析及控制方案確定 9 第 2 章 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 水泵 電機(jī)多采用三相異步電動(dòng)機(jī)，而其轉(zhuǎn)速公式為： n= )1(60 spf ? （式 ） f:電源頻率， p：電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)， s：轉(zhuǎn)差率。具體包括以下內(nèi)容： ⒈ 論文在對(duì)課題進(jìn)行分析和研究的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和思路，確定設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容和研究方法。目前 ,在 PLC 中普遍使用梯形圖編程方法。集中進(jìn)行輸入信號(hào)的掃描和輸出控制的更新編程器軟件用來支持用戶程序的輸入 ,也可以用來監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行過程。另外 ,一些特殊功能模塊也帶有自己的操作系統(tǒng)軟件。 當(dāng)已運(yùn)行的系統(tǒng)需要改造或擴(kuò)充時(shí) ,PLC可以隨時(shí)進(jìn)行升級(jí)或改版 ,所作的工作僅僅是替換或增加擴(kuò)展模板和修改相應(yīng)的控制軟件。因此 ,用戶選型后 ,所需的輸入或輸出點(diǎn)數(shù)不夠時(shí) ,就需對(duì)系統(tǒng)做出必要的擴(kuò)展 ,各個(gè)廠家也生產(chǎn)了專用于擴(kuò)展用的各模板供用戶選用。顯示一般用液晶顯示器 ,主要的顯示內(nèi)容包括地址、數(shù)據(jù)、工作方式、指令執(zhí)行情況及系統(tǒng)工作狀態(tài)等。編程器工作方式主要有編程和監(jiān)控兩種 ,編程工作方式是在 PLC 機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)可以進(jìn)行編程 ,它的功能主要是輸入新的程序 ,或者對(duì)已有的程序予以編輯和修改。使用圖形編程器可以月多種編程語(yǔ)言編程 ,梯形圖顯示在屏幕上十分直觀。圖形編程器 。智能 I/O 接口模塊種類很多 ,例如高速技術(shù)模塊、 PLCA 控制模塊、數(shù)字位置譯碼模塊、閥門控制模塊、中斷控制模塊、智能存貯模塊以及智能 I/O 模塊等。模擬華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 6 量輸入模塊接收到標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓或電流后 ,把它轉(zhuǎn)換成 8 位、 10 位或 12位的二制數(shù)字信號(hào) ,送給中央處理器進(jìn)行處理。模擬量輸出模塊 D/A 轉(zhuǎn)換前的二進(jìn)制數(shù)字量 ,經(jīng)光電禍合器和輸出鎖存器與 PLC 的 I/O 總線掛接。數(shù)字 量輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。輸出模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號(hào) ,并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行部件所能接受的控制信號(hào) ,以驅(qū)動(dòng)如電磁閥、燈光顯示、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于數(shù)據(jù)在控制器應(yīng)用中是經(jīng)常變化、經(jīng) 常存取的 ,因此數(shù)據(jù)存貯器一般選用 CMOS RAM,以滿足隨機(jī)存取的要求。也可將用戶程序存放在 EEPROM 中。機(jī)器出廠時(shí) ,廠家把這些程序存入 EPROM 存貯器或 EEPROM 存貯器。 ⑵ 存貯器 :可編程控制器中存貯器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和數(shù)據(jù)。 中央處理器的功能是 :CPU按系統(tǒng)程序所賦予的功能 ,接收并存貯從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù) 。常用的 CPU 有通用微處理器 ,如 MOTOROLA6800,單片機(jī)有 8031,8051和雙極型位式微處理器 ,如 AMD2903。 可編程控制器 PC 或 PLC 是一種以微處理器為核心的用于工程自動(dòng)控制的工業(yè)控制機(jī) ,其本質(zhì)是一臺(tái)工業(yè)控制專用計(jì)算機(jī)。由于采用模塊化結(jié)構(gòu) ,因此一旦某模塊發(fā)生故障 ,用戶可以通過更換模塊的方法 ,使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯 形圖形式 ,對(duì)使用者來說 ,不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí) ,因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 ⑶ 采用模塊化結(jié)構(gòu)。 ⑵ 具有豐富的 I/O 接口模塊。而且 ,為了進(jìn)一步提高 PLC 的處理速度 ,各制造廠商還 研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片 ,大大提高了 PLC 軟、硬件功能。 70 年代初期 ,體積小、功能強(qiáng)和價(jià)格便宜的微處理器被用于 PLC,使得 PLC 的功能大大增強(qiáng)。 早期的可編程序控制器 (PLC),主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。 PLC 特點(diǎn)及應(yīng)用 可編程序控制器 (program logical controller),簡(jiǎn)稱 PLC,是一種專為在工第 1 章 緒論 3 業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng) ,它是以微處理機(jī)為基礎(chǔ) ,綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而 發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置 ,是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家自動(dòng)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。如風(fēng)機(jī)、水泵專用變頻器、起重機(jī)械專用變頻器、空調(diào)專用變頻器、電梯控制專用變頻器等。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)?況 可編程控制器的產(chǎn)生取代了傳統(tǒng)繼電器控制，是面向工業(yè)控制領(lǐng)域的專用設(shè)備，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： ⑴ 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)； ⑵ 功能強(qiáng)大，編程簡(jiǎn)單，使用方便； ⑶ 體積小，重量輕，能耗低，性價(jià)比高； ⑷ 控制系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，開發(fā)工作量少，周期短，維護(hù)方便，易于改造。恒壓供水系統(tǒng)主要有以下優(yōu)點(diǎn)： ⑴ 節(jié)電效益高； 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2 ⑵ 運(yùn)行可靠穩(wěn)定； ⑶ 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便； ⑷ 自動(dòng)化程度高，維護(hù)量小。而隨著城市發(fā)展進(jìn)程的加快，傳統(tǒng)供水方式已不能滿足要求。 ⑶ 氣壓罐供水方式具有體積小，技術(shù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但調(diào)節(jié)量小，水泵電機(jī)為硬啟動(dòng)、且啟動(dòng)頻繁，對(duì)電氣設(shè)備要求較高。 ABSTRACT .........................................................II 第 1 章 緒論 ......................................................... 1 課題的來源及背景 .............................................. 1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r .................................... 2 PLC 特點(diǎn)及應(yīng)用 ............................................