【正文】 也感謝我的同學(xué)們四年來(lái)對(duì)我學(xué)習(xí)、生活的關(guān)心和幫助，是你們讓我這四年來(lái)的大學(xué)生活變得美好而精彩。熊教授一絲不茍的教學(xué)作風(fēng)，治學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)精神以及和藹可親的態(tài)度對(duì)我的這次設(shè)計(jì)起到了舉足輕重的作用。以前對(duì)這些編程軟件用起來(lái)并不熟練，但是通過(guò)這半年來(lái)的自學(xué)和使用，已經(jīng)比之前有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。(2) 通過(guò)對(duì)控制過(guò)程和原理的分析，利用編程軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)用于恒壓供水系統(tǒng)的程序，本程序包括順序控制主程序，初始化子程序和中斷子程序三部分。該系統(tǒng)不僅有效地保證了供水系統(tǒng)管網(wǎng)壓力恒定，而且具有工作可靠、施工簡(jiǎn)單、節(jié)能效果顯著、全自動(dòng)控制、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)?？筛鶕?jù)需要，停按不同電機(jī)對(duì)應(yīng)的啟停按鈕，可以依次實(shí)現(xiàn)手動(dòng)啟動(dòng)和手動(dòng)停止三臺(tái)水泵。當(dāng)按下SB9按鈕，用手動(dòng)方式。再次按下FU接通的按鈕接收到變頻器上限信號(hào)，則KM2斷開(kāi)KM3吸合，第2水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，3水泵變頻起動(dòng)，至此水泵1，2，3全部啟動(dòng)。第5章 系統(tǒng)的模擬運(yùn)行結(jié)果及分析 程序調(diào)試 自動(dòng)部分調(diào)試 程序設(shè)計(jì)完之后，仿真調(diào)試是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，在電腦上的仿真軟件編輯程序，轉(zhuǎn)換，按事先設(shè)計(jì)好的PLC接好線，點(diǎn)擊監(jiān)控，按下起動(dòng)按鈕SB2，系統(tǒng)檢測(cè)采用哪種運(yùn)行模式。 手動(dòng)部分 變頻器手動(dòng)啟動(dòng)程序，按下手動(dòng)起動(dòng)按鈕SB9，手動(dòng)起動(dòng)變頻器。 1泵、2泵啟動(dòng)程序，圖中接收到變頻器上限信號(hào)，PLC通過(guò)這個(gè)上限信號(hào)后將1水泵由變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，KM1吸合KM0斷開(kāi)，同時(shí)KM2吸合變頻起動(dòng)第2水泵。當(dāng)用水量繼續(xù)下降，每當(dāng)減速運(yùn)行的變頻器輸出頻率降至起動(dòng)頻率時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下最后一臺(tái)變頻泵運(yùn)行為止。同時(shí)，使第二臺(tái)水泵M2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。 升壓控制：系統(tǒng)工作時(shí)，每臺(tái)水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動(dòng)狀態(tài)、變頻器拖動(dòng)調(diào)速狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)。為了變頻向工頻切換時(shí)保護(hù)變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時(shí)，用時(shí)間繼電器作了時(shí)間延遲，當(dāng)壓力過(guò)大時(shí)，可以手動(dòng)按下SBn（n=2,4,6）按鈕，切斷工頻運(yùn)行的電機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)變頻運(yùn)行。沒(méi)接到信號(hào)就保持現(xiàn)有的運(yùn)行狀態(tài)。如果是自動(dòng)運(yùn)行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關(guān)的輸入信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)的操作。(5)通過(guò)通信控制，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，節(jié)省了人力物力[15]。 變頻器的特點(diǎn)變頻器具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)載、短路、失速等自動(dòng)保護(hù)功能。在控制電路B部分增加了速度檢測(cè)電路，即增加了速度指令，可以對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行控制更精確的閉環(huán)控制。一般說(shuō)來(lái)，由機(jī)械系統(tǒng)（含電動(dòng)機(jī)）慣量積蓄的能量比電容能儲(chǔ)存的能量大，需要快速制動(dòng)時(shí)，可用由逆變流器向電源反饋或設(shè)置制動(dòng)回路（開(kāi)關(guān)和電阻）把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓上升[14]。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電壓吸收脈動(dòng)電壓（電流）。另外，異步電動(dòng)機(jī)需要制動(dòng)時(shí)，有時(shí)要附加“制動(dòng)回路”。而控制指令則根據(jù)外部的運(yùn)轉(zhuǎn)指令進(jìn)行運(yùn)算獲得。 PLC的接線圖，其中KMHL1分別是1泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈，KMHL2分別是1泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈，KMHL3分別是2泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈，KM4，HL4分別是2泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈，KM5，HL5分別是3泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈，KM6，HL63分別是泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈。若有電源瞬時(shí)停電的情況，則系統(tǒng)停機(jī)；待電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行，然后按自動(dòng)運(yùn)行方式啟動(dòng)1泵變頻，直至在給定水壓值上穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)變頻器R進(jìn)行復(fù)位時(shí)只提供一個(gè)觸點(diǎn)信號(hào)，由于PLC為4個(gè)輸出點(diǎn)為一組共用一個(gè)COM端，而本系統(tǒng)又沒(méi)有剩下單獨(dú)的COM端輸出組，所以通過(guò)一個(gè)中間繼電器KA的觸點(diǎn)對(duì)變頻器實(shí)行復(fù)頻控制，火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)信號(hào)SA1被觸動(dòng)，X0為1。 電控系統(tǒng)主電路 控制電路為保證系統(tǒng)的可靠性，必須提供工頻/變頻兩種操作方式，以減少因變頻器故障或設(shè)備檢修維護(hù)等原因而造成無(wú)法供水的現(xiàn)象，要求控制系統(tǒng)必須設(shè)立手動(dòng)工頻操作方式，一般采用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)或組合開(kāi)關(guān)作為選擇操作設(shè)備[12]。NL1。按鈕均選用LAY3—11型，PLC各輸入點(diǎn)的回路的額定電壓直流24V，各輸入點(diǎn)的回路的額定電流均小于40mA，按鈕均只需具有1對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)，其主要技術(shù)參數(shù)為：UN=24VDC，IN=，含1對(duì)常開(kāi)和1對(duì)常閉觸點(diǎn)。它滿(mǎn)足電磁脫扣器的瞬時(shí)動(dòng)作整定電流，因此此型號(hào)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，而FU2和FU3控制電路熔斷器則選用正泰RT1420 10A[11]。 其它元件的選型，,額定電流7A,額定電壓380V，轉(zhuǎn)速1450轉(zhuǎn)/分、。S1和S2短接，并與S3連接到PLC的輸出點(diǎn)上，由PLC控制變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷；U、V、W輸出端并聯(lián)三個(gè)接觸器分別接MMM3水泵電機(jī)，變頻器可分別驅(qū)動(dòng)三臺(tái)泵，另外這三臺(tái)泵電機(jī)還通過(guò)另外三個(gè)接觸器并聯(lián)到工頻電源上，這6個(gè)接觸器接線連接到PLC的四個(gè)輸出點(diǎn)上，由PLC控制其工頻、變頻切換工作，[5]。變頻器選用日本安川變頻器CIMRP5A45P5產(chǎn)品，適配電機(jī)10kW，該變頻器基本配置中帶有PID功能。主機(jī)單元FX32MR模擬量輸入模塊FX4N模擬量輸入FX2N PLC系統(tǒng)的組成 變頻器的選型調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)一般是模擬信號(hào)，4～20mA或0～20mA變化的電流信號(hào)或0～10V間變化的電壓信號(hào)。 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號(hào) 名 稱(chēng)代碼地址編號(hào)輸入信號(hào)手動(dòng)和自動(dòng)消防信號(hào)SA1X0水池水位下限信號(hào)SLLX1水池水位上限信號(hào)SLHX2變頻器報(bào)警信號(hào)SUX3消鈴按鈕SB9X4試燈按鈕SB10X5遠(yuǎn)程壓力表模擬量電壓值Up模擬量輸入模塊電流通道輸出信號(hào)1泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM1，HL1Y01泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM2，HL2Y12泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM3，HL3Y22泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM4，HL4Y33泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM5，HL5Y43泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM6，HL6Y5生活消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥YV2Y10水池水位下限報(bào)警指示燈HL7Y11變頻器故障報(bào)警指示燈HL8Y12火警報(bào)警指示燈HL9Y13報(bào)警電鈴HAY14變頻器頻率復(fù)位控制KAY15　控制變頻器頻率用電壓信號(hào)Vf模擬量輸入模塊電壓通道、開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)12個(gè)；模擬量輸入點(diǎn)1個(gè)、模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)。 （）式中：Inp為熔斷器額定電流；Inm為電動(dòng)機(jī)額定電流。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，相應(yīng)的判別條件是通過(guò)對(duì)上面兩個(gè)判別條件的修改得到的，其實(shí)質(zhì)就是增加了回滯環(huán)的應(yīng)用和判別條件的延時(shí)成立。在極端的情況下，運(yùn)行機(jī)組增加后，實(shí)際供水壓力超過(guò)設(shè)定供水壓力，而新增加的機(jī)組在變頻器的下限頻率運(yùn)行，此時(shí)又滿(mǎn)足了機(jī)組切換的停機(jī)條件，需要將一個(gè)在工頻狀態(tài)下運(yùn)行的機(jī)組停掉[9]。這個(gè)頻率遠(yuǎn)大于0HZ，具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場(chǎng)所有關(guān)，一般在20HZ左右。另外，變頻器的輸出頻率不能夠?yàn)樨?fù)值，最低只能是0HZ。(4)當(dāng)用水量下降水壓升高，變頻器的輸出頻率降至下限頻率，用戶(hù)管網(wǎng)的實(shí)際水壓仍高于設(shè)定壓力值，并且滿(mǎn)足減少水泵的條件時(shí)，系統(tǒng)將工頻泵M2關(guān)掉，恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達(dá)到設(shè)定值。(2)當(dāng)用水量增加水壓減小時(shí)，壓力變送器反饋的水壓信號(hào)減小，偏差變大，PLC的輸出信號(hào)變大，變頻器的輸出頻率變大，所以水泵的轉(zhuǎn)速增大，供水量增大，最終水泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到另一個(gè)新的穩(wěn)定值。所以，在某個(gè)特定時(shí)段內(nèi)，恒壓控制的目標(biāo)就是使出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力維持在設(shè)定的供水壓力上。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。(3)控制機(jī)構(gòu)：供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統(tǒng))、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分。此信號(hào)是模擬信號(hào)，讀入PLC時(shí)，需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。為了實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)器工作中還有個(gè)調(diào)節(jié)規(guī)律問(wèn)題，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律多是比例積分微分調(diào)節(jié)，俗稱(chēng)PID調(diào)節(jié)器。 (3)根據(jù)給定值與實(shí)測(cè)值的綜合，依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號(hào)。另外有些供水系統(tǒng)可能有多種用水目的，如將生活用水與消防用水共用一個(gè)泵站，水壓的設(shè)定值可能不止一個(gè)，一般消防用水的水壓要高一些。PLC送水消防生活變頻器工頻/變頻切換電路1號(hào)泵2號(hào)泵3號(hào)泵壓力罐壓力傳感器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 恒壓供水系統(tǒng)示意圖調(diào)節(jié)器是一種電子裝置，在系統(tǒng)中完成以下幾種功能：(1)設(shè)定水管壓力的給定值。當(dāng)用水量大時(shí)，水壓降低，用水量小時(shí)，水壓升高。另一種方案是數(shù)臺(tái)電機(jī)配一臺(tái)變頻器，變頻器與電機(jī)間可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行。電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水會(huì)不足。通過(guò)對(duì)以上這幾種方案的比較和分析，可以看出第三種控制方案更適合于本系統(tǒng)。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，通用性強(qiáng)；由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶(hù)可靈活組成各種規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。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。 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方案的確定恒壓變頻供水系統(tǒng)主要有壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機(jī)組以及低壓電器組成。根據(jù)公式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n基本上與電源頻率f成正比。 變頻恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理 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： () 式中：表示電源頻率，表示電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)，表示轉(zhuǎn)差率。PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器、和水泵機(jī)組一起組成一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)中有3臺(tái)泵，大泵電動(dòng)機(jī)功率均為220KW,小泵功率均為160KW。目前，PLC在小型化、大型化、大容量、強(qiáng)功能等方面有了質(zhì)的飛躍。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場(chǎng)所。但是也有其缺點(diǎn)，就是輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)和組態(tài)軟件難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此適用范圍受到限制[1]。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來(lái)的，在早期，由于國(guó)外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、 升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動(dòng)控制、變壓變頻比控制及各種保護(hù)功能。變頻調(diào)速是現(xiàn)在優(yōu)于以往任何一種調(diào)速方式（如調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、串級(jí)調(diào)速等）的技術(shù)，是當(dāng)今國(guó)際上一項(xiàng)效益最高、性能最佳、應(yīng)用廣泛、最有發(fā)展前途的電機(jī)調(diào)速技術(shù)。由于居民日常用水和工業(yè)用水會(huì)隨季節(jié)、晝夜等變化而隨之發(fā)生變化，如采取傳統(tǒng)的供水方式不僅影響生活也不利于資源的優(yōu)化配置。壓力傳感器能夠檢測(cè)當(dāng)