【正文】 40報(bào)告過(guò)程準(zhǔn)備工作充分，具備必要的報(bào)告影象資料；報(bào)告在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)作完報(bào)告。指導(dǎo)教師簽名：**日 期：201148 長(zhǎng)沙學(xué)院20 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)閱表系（部）： 電子與通信工程系 學(xué)生姓名**學(xué) 號(hào)**班 級(jí)**專 業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師姓名**課題名稱基于PLC的住宅小區(qū)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ)：（包括以下方面，①學(xué)習(xí)態(tài)度、工作量完成情況、材料的完整性和規(guī)范性；②檢索和利用文獻(xiàn)能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；③學(xué)術(shù)水平或設(shè)計(jì)水平、綜合運(yùn)用知識(shí)能力和創(chuàng)新能力；）選題與文獻(xiàn)綜述（20分）分值：創(chuàng)新性(15分)分值：基礎(chǔ)理論和專門(mén)知識(shí)(35分)分值：作者寫(xiě)作、表達(dá)能力(30分)分值：合 計(jì)分值：是否同意參加答辯：是□ 　　 否□指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日說(shuō)明：各項(xiàng)成績(jī)的百分比由各系部自己確定，但應(yīng)控制在給定標(biāo)準(zhǔn)的20％左右。設(shè)計(jì)好了主電路原理圖，PLC 的I/O分配表以及PLC I/O接線圖，PLC外部硬件電路的設(shè)計(jì)等， 其中I/O分配表中需15個(gè)輸入點(diǎn)，9個(gè)輸出點(diǎn)。8）根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)內(nèi)容提交一篇合乎規(guī)范的畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告。文獻(xiàn)綜述的文字表達(dá)清楚，論據(jù)較充分，對(duì)基于PLC的變頻恒水壓供水系統(tǒng)控制技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用有較好的了解。~（第9周）設(shè)計(jì)所要求的各種安裝接線圖，面板布置圖等，編寫(xiě)使用說(shuō)明書(shū)。進(jìn)行設(shè)計(jì)前檢查，做好《前期檢查表》。所以研究設(shè)計(jì)基于變頻調(diào)速的恒定水壓供水系統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平，同時(shí)降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義本系統(tǒng)針對(duì)居民生活用水、消防用水需要而設(shè)計(jì)。2. 選題依據(jù)、主要研究?jī)?nèi)容、研究思路及方案。后者則需要大量的占地與投資。利用變頻技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，在中小型供水企業(yè)實(shí)現(xiàn)恒壓供水，不僅能達(dá)到比較明顯的節(jié)能效果，提高供水企業(yè)的效率，更能有效保證從水系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行.我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，工業(yè)自動(dòng)化程度低。對(duì)于大多數(shù)采用供水企業(yè)來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)供水機(jī)泵存在日常運(yùn)行費(fèi)用太高，供水成本居高不下，單位供水的能耗偏大的問(wèn)題，尋求供水與能耗之間的最佳性價(jià)比，是困擾企業(yè)的一個(gè)長(zhǎng)期問(wèn)題。 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)的可靠性要求不斷提高。水是生命之源，人類生存和發(fā)展都離不開(kāi)水。~（第6周）完成硬件電路設(shè)計(jì)，開(kāi)始設(shè)計(jì)梯形圖程序（第5周結(jié)束提交中期檢查報(bào)告）。技術(shù)指標(biāo)：水泵電動(dòng)機(jī)： 1440r/min 380V進(jìn)度安排起止日期工作內(nèi)容~熟悉課題，查閱資料，做好《開(kāi)題報(bào)告》,提交電子文檔；提交英文資料翻譯。由PLC、變頻器組成控制系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)泵組由多臺(tái)水泵并聯(lián)組成(,轉(zhuǎn)速1440r/min)，由變頻器或工頻電網(wǎng)供電，根據(jù)供水系統(tǒng)出口水壓和流量控制變頻器電動(dòng)機(jī)泵組之間的切換及速度，使系統(tǒng)運(yùn)行在最合理的狀態(tài)，保證按需供水。 致 謝本課題在選題和研究過(guò)程中得到**教授的悉心指導(dǎo)。目前在國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對(duì)于能適應(yīng)不同的用水場(chǎng)合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)的變頻但壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。該系統(tǒng)采用PCL控制變頻器進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，按實(shí)際需要隨意設(shè)定壓力給定值，根據(jù)壓差調(diào)整水泵的工作情況，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，使給水泵始終在高效率下運(yùn)行，在啟動(dòng)時(shí)壓力波動(dòng)小，可控制在給定值的5%范圍內(nèi)。當(dāng)再次OL輸出的下限信號(hào)就斷開(kāi)KMKM1，吸合KM0，只剩1水泵變頻運(yùn)行。KM0吸合變頻起動(dòng)1水泵。輔助繼電器M1,M2,M3,…M9依次控制輸出繼電器Y0,Y1,Y2,…Y15，Y16Y7 ,Y10,Y11，Y12，Y13，Y14分別接指示燈HL1，HL2，HL3，HL4，HL5，HL6顯示的分別是M1變頻，工頻運(yùn)行；M2變頻，工頻運(yùn)行；M3變頻工頻運(yùn)行。按下SB7,斷開(kāi)KM2，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M2在變頻頻電源下運(yùn)行。起動(dòng)1泵：接到下限信號(hào)就關(guān)閉KMKM0，吸合KM1，只剩1水泵變頻運(yùn)行。KM0吸合變頻起動(dòng)1水泵。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。可根據(jù)需要，停按不同電機(jī)對(duì)應(yīng)的啟停按鈕。 手動(dòng)運(yùn)行當(dāng)按下SB9按鈕，用手動(dòng)方式。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。元件名稱符號(hào)型號(hào)數(shù)量可編程控制器PLCFX2N48MR1變頻器FRA540系列15型1接觸器KMCJ20167閘刀開(kāi)關(guān)QSKD3PX1熔斷器FU2，F(xiàn)U3 ，F(xiàn)U4RL1—603熔斷器FU1RL1A1001熱繼電器FR1 ，F(xiàn)R2 ，F(xiàn)R3JR16—20/3D3按鈕SBLAY3—1110變壓器1名稱水泵符號(hào)型號(hào)流量(m3/h)揚(yáng)程(m)轉(zhuǎn)速(r/min)電機(jī)功率(kw)M1,M2，M340250802900 變頻器的選型及參數(shù)變頻器適用電機(jī)容量（KW)過(guò)載能力電源額定輸入交流電壓/頻率冷卻方式（三菱）150%60s,200%3相，380V至480V 50Hz/60Hz強(qiáng)制風(fēng)冷壓力傳感器量程工作溫度供電電源CYYZ10010~5℃～60 ℃28177。 熔斷器的選擇：根據(jù)上式中計(jì)算，熔斷器FU1是主電路的短路保護(hù)，主要含電動(dòng)機(jī)MMM3和變頻器的短路保護(hù)，Inp=(～)INMmax+∑INM+I，查變頻器的額定電流為17A，～[8]，額定電流是100A，選擇額定電流為80A的熔體，F(xiàn)U2，F(xiàn)U3，F(xiàn)U4分別為電動(dòng)機(jī)M1，M2,M3的短路保護(hù)，電機(jī)M1,M2,，Inm=2P得出，~，故選擇型號(hào)為[7]曹才開(kāi). 檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用中南大學(xué)出版社，2009：190210[8] **．：清華大學(xué)出版社，：附錄ARL160,額定電流是60A，選擇額定電流為30A的熔體。3V（DC）。 PID控制接線圖 壓力傳感器接線圖壓力傳感器使用CYYZ1001型絕對(duì)壓力傳感器。在恒壓供水中常見(jiàn)的PID控制器的控制形式主要有兩種:(1)硬件型：即通用PID控制器，在使用時(shí)只需要進(jìn)行線路的連接和P、I、D參數(shù)及日標(biāo)值的設(shè)定。 PID控制框圖通過(guò)對(duì)被控制對(duì)象的傳感器等檢測(cè)控制量(反饋量)，將其與目標(biāo)值(溫度、流量、壓力等設(shè)定值)進(jìn)行比較。換言之，該種控制方式適用于過(guò)程本身沒(méi)有制動(dòng)作用的負(fù)載。對(duì)于PD控制，發(fā)生偏差時(shí)，很快產(chǎn)生比單獨(dú)D動(dòng)作還要大的操作量，以此來(lái)抑制偏差的增加。為了消除殘留偏差，一般采用增加I動(dòng)作的PI控制。 變頻器的選型與接線根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)選用FRA540系列變頻器管腳STF接PLC的Y16管腳，控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)。能實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟起動(dòng)，減小電氣和機(jī)械沖擊噪音，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。所以，在負(fù)載電流減小之前要進(jìn)行控制，抑制頻率上升或使頻率下降。(1）過(guò)載保護(hù)過(guò)載檢出裝置與逆變器保護(hù)共用，但考慮低速運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)熱時(shí)，在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)埋入溫度傳感器，或者利用轉(zhuǎn)在逆變器內(nèi)的電子熱保護(hù)來(lái)檢出過(guò)熱。但瞬時(shí)停電時(shí)間在10ms以上時(shí)，通常會(huì)使控制電路誤動(dòng)作，主電路也不能供電，所以檢出后使逆變器停止運(yùn)轉(zhuǎn)。過(guò)負(fù)載是由于負(fù)載的GD2（慣性）過(guò)大或因負(fù)載過(guò)大使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。保護(hù)回路主要包括：(1）瞬時(shí)過(guò)電壓保護(hù)由于逆變器負(fù)載側(cè)短路等，流過(guò)逆變器器件的電流達(dá)到異常值（超過(guò)容許值）時(shí)，瞬時(shí)停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)，切斷電流。(3）驅(qū)動(dòng)電路為驅(qū)動(dòng)主電路 器件的電路。，僅以控制電路A部分構(gòu)成控制電路時(shí)，無(wú)速度檢測(cè)電路，為開(kāi)環(huán)控制。(4）制動(dòng)回路異步電動(dòng)機(jī)在再生制動(dòng)區(qū)域使用時(shí)（轉(zhuǎn)差率為負(fù)），再生能量?jī)?chǔ)存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。(2）平波回路在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。其主電路由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸引在整流和逆變時(shí)產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。此電源輸出的電壓或電流及頻率，由控制回路的控制指令進(jìn)行控制[5]。(5）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少。歸納可編程控制器主要有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：(1）編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)。事實(shí)上與所有的器件一樣，PLC本身也有其局限性，它無(wú)法向操作者顯示動(dòng)態(tài)的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，無(wú)法進(jìn)行大批量數(shù)據(jù)的存貯與轉(zhuǎn)化，尤其是當(dāng)系統(tǒng)工藝改變時(shí)，無(wú)法方便、快速地改變相關(guān)參數(shù)、配方。 PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖可編程邏輯控制器，采用的是計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，最初主要用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算。繼電器是一種用弱電信號(hào)控制強(qiáng)電信號(hào)的電磁開(kāi)關(guān)，但在復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，故障的查找和排除非常困難，不適應(yīng)于工藝要求發(fā)生變化的場(chǎng)合。熱繼電器(FR)是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護(hù)電路，它在電路中的用作電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)熔斷器（FU）是電路中的一種簡(jiǎn)單的短路保護(hù)裝置。如果切換條件不能夠維持延時(shí)時(shí)間的要求，說(shuō)明判別條件的滿足只是暫時(shí)的，如果進(jìn)行機(jī)組切換將可能引起一系列多余的切換操作。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。當(dāng)正在變頻狀態(tài)下運(yùn)行的水泵電機(jī)要切換到工頻狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，只能在50Hz時(shí)進(jìn)行。 變頻恒壓供水系統(tǒng)加減水泵的條件分析在上面的工作流程中，我們提到當(dāng)一臺(tái)調(diào)速水泵己運(yùn)行在上限頻率，此時(shí)管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍低于設(shè)定壓力，此時(shí)需要增加恒速水泵來(lái)滿足供水要求，達(dá)到恒壓的目的。如果還沒(méi)到達(dá)設(shè)定值，則繼續(xù)按照以上步驟將2泵切換到工頻運(yùn)行，控制3泵投入變頻運(yùn)行。開(kāi)始時(shí)，1泵電機(jī)在PLC控制下先投入調(diào)速運(yùn)行，其運(yùn)行速度由變頻器調(diào)節(jié)。同時(shí)變頻器在運(yùn)行頻率到達(dá)上限，會(huì)將頻率到達(dá)信號(hào)送給PLC，PLC則根據(jù)管網(wǎng)壓力的上、下限信號(hào)和變頻器的運(yùn)行頻率是否到達(dá)上限的信號(hào)，由程序判斷是否要起動(dòng)第2臺(tái)泵(或第3臺(tái)泵)。 工作原理合上空氣開(kāi)關(guān)，供水系統(tǒng)投入運(yùn)行。人機(jī)界面還可以對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行監(jiān)示，對(duì)報(bào)警進(jìn)行顯示。③電控設(shè)備:它是由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等電氣元件組成。①供水控制器:它是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。(2)信號(hào)檢測(cè)在系統(tǒng)控制過(guò)程中，需要檢測(cè)的信號(hào)包括自來(lái)水出水水壓信號(hào)和報(bào)警信號(hào):①水壓信號(hào):它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號(hào)。從原理框圖，我們可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、以及報(bào)警裝置等部分組成。同時(shí)，為了保證水壓反饋信號(hào)值的準(zhǔn)確、不失值，可對(duì)該信號(hào)設(shè)置濾波時(shí)間常數(shù)，同時(shí)還可對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡(jiǎn)單、方便。 新型變頻調(diào)速供水設(shè)備針對(duì)傳統(tǒng)的變頻調(diào)速供水設(shè)備的不足之處，國(guó)內(nèi)外不少生產(chǎn)廠家近年來(lái)紛紛推出了一系列新型產(chǎn)品，如華為的TD2100；施耐德公司的Altivar58泵切換卡；SANKEN的SAMCO— I系列；ABB公司的ACS600、ACS400系列產(chǎn)品；富士公司的GIIS／PIIS系列產(chǎn)品；等等。若采用帶有模擬量輸入，數(shù)字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器的數(shù)字量輸出口端另接一塊PWM調(diào)制板，將可編程控制器輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)送入PID回路調(diào)節(jié)器，由PID回路調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)器內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算后，輸入給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號(hào)。 帶PID回路調(diào)節(jié)器與PLC的控制方式該方式變頻器的作用是為電機(jī)提供可變頻率的電源。 變頻恒壓供水控制方式的選擇目前國(guó)內(nèi)變頻恒壓供水設(shè)備電控柜的控制方式有： 邏輯電子電路控制方式這類控制電路難以實(shí)現(xiàn)水泵機(jī)組全部軟啟動(dòng)、全流量變頻調(diào)節(jié)，往往采用一臺(tái)泵固定于變頻狀態(tài)，其余泵均為工頻狀態(tài)的方式。這棟樓有10層，由于高層樓對(duì)水壓的要求高，在水壓低時(shí)，高層用戶將無(wú)法正常用水甚至出現(xiàn)無(wú)水的情況，水壓高時(shí)將造成能源的浪費(fèi)。(6)用變頻器進(jìn)行調(diào)速，用調(diào)節(jié)泵和固定泵的組合進(jìn)行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對(duì)每臺(tái)水泵進(jìn)行軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流可從零到電機(jī)額定電流，減少了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊同時(shí)減少了啟動(dòng)慣性對(duì)設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。(3)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統(tǒng)，而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用水量和揚(yáng)程等方面存在著較大的差異，因此其控制對(duì)象的模型具有很強(qiáng)的多變性。追求高度智能化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，是未來(lái)供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)中成片開(kāi)發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢(shì)。變頻恒壓供水的調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。因此這種調(diào)控方式縮小了優(yōu)化范圍，所得到的解為局部最優(yōu)解，不能完全保證泵站始終工作在最優(yōu)狀態(tài).變頻調(diào)