【正文】 M1 L +Q 0 . 0Q 0 . 2Q 0 . 10 V D 0 1Q 0 . 4Q 0 . 3Q 0 . 5Q 0 . 7Q 0 . 62 L +2ML+I 2 . 6I 1 . 7I 2 . 0I 2 . 1I 2 . 2I 2 . 3I 2 . 4I 2 . 5I 2 . 72MI 1 . 4I 1 . 3I 1 . 5I 1 . 6MQ 1 . 7Q 1 . 0Q 1 . 1Q 1 . 3Q 1 . 2Q 1 . 5Q 1 . 4Q 1 . 6PEML+7 泵電源檢測4 泵電源檢測3 泵電源檢測6 泵電源檢測5 泵電源檢測2 泵電源檢測1 變頻器電源檢測87868584898890106ZJ4ZJ2ZJ1ZJ3ZJ6ZJ5ZJ7ZJ8ZJ9ZJ11ZJ1094939796952KH1KH5KH4KH3KH989199921031001051046KH7KHKA1KA2KA41 泵熱繼檢測1 軟啟動器電源檢測1 軟啟動器電源檢測2 變頻器電源檢測5 泵熱繼檢測4 泵熱繼檢測3 泵熱繼檢測2 泵熱繼檢測2 變頻器故障指示1 變頻器故障指示7 泵熱繼檢測6 泵熱繼檢測白天 / 夜間切換下限上限KA0KA6KA7KA8KA9KA10KA11KA12KA13KA14KA15KA163 泵變頻4 泵工頻4 泵變頻5 泵工頻5 泵變頻6 泵工頻6 泵變頻7 泵工頻KA17KA18KA19KA20108110112114116118120122107124126128130132134136P71B/P2P71B/P2P71EP71DA C 2 2 0D C 2 4L2N1501511521 泵電源檢測QF100VD0124VD012 4 V D 0 10 V D 0 10 V D 0 10 V D 0 12 4 V D 0 1L22QF11L+ 圖 31 PLC 接口電路 陜西科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計說明書 10 S7200 型 PLC的主模塊為 CPU 226，其開關(guān)量輸出為 16 點，輸出形式為 AC 220V繼電器輸出；開關(guān)量輸入 CPU 226為 24 點，輸入形式為 +24V直流輸入。所以在選擇的時候要考慮多方面的因素，本系統(tǒng)采用的是西門子公司的 S7200 PLC，因為 S7200 型 PLC的性價比較高，而且恒壓變頻供水系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)備較少，控制相對容易實現(xiàn)，所以用 S7200 型 PLC 最為合適。 恒壓 變頻供水系統(tǒng)設(shè)計 9 3 恒壓變頻供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計 系統(tǒng)主要設(shè)備電路的設(shè)計 PLC 的設(shè)計 可編程控制器（ PLC)作為恒壓變頻供水系統(tǒng)的主要控制器件，其作用非常重要。 2 號電機(jī)速度根據(jù) PID的給定值和實際值的運(yùn)算結(jié)果逐步增加，直到滿足泵的實際工況； (3) 電機(jī) 3~6 使用同樣的步驟進(jìn)行啟動； (4) 停止電機(jī)的過程如同標(biāo)準(zhǔn) PFC 控制（停止輔助電機(jī)，并繼續(xù)調(diào)節(jié)正在控制的電機(jī)速度）。 (5) 變頻器的循環(huán)軟啟功能使得可以作為一臺軟啟動器加變頻器聯(lián)合工作。 (4) 自動切換功能（如果使用了并且相對應(yīng)地使用了開關(guān)和接觸器）能夠使各臺泵均攤負(fù)載時間。 PFC 調(diào)節(jié)器同時增加 1 號泵的轉(zhuǎn)速，以彌補(bǔ)因輔泵停止后的輸出減少。如果需求量依然持續(xù)增長， PFC 按照相同的步驟再起動下一臺輔泵。 PFC 調(diào)節(jié)器同時也降低 1號泵的速度，這樣兩臺泵輸出的總量成為系統(tǒng)的總輸出。 PFC 自動調(diào)整著 1號泵運(yùn)行速度 (頻率 )，使實際信號能跟隨 給定信號。由于水壓是變化的所以通過這種壓力檢測切換同時也實現(xiàn)了 5臺水泵的循環(huán)工作，這種工作循環(huán)是隨機(jī)的。 通過變頻器實現(xiàn)恒壓供水循環(huán)切換工作描述： (1) 假設(shè)現(xiàn)在變頻器控制的是 1 號泵的電機(jī)，通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整泵的流通能力，而壓力檢測反映了當(dāng)前管路流量變化的情況，變頻器根據(jù)壓力信號自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速保持水壓恒定。 變頻控制 原理 當(dāng)該供水系統(tǒng)投入運(yùn)行時，閉合空氣開關(guān)，然后將手、自動開關(guān)打到自動控制上，此時系統(tǒng)進(jìn)入自動控制狀態(tài)，啟動 PLC和變頻器，根據(jù)管網(wǎng)的壓力需求設(shè)定水壓期望值然后與水壓實際值求差，得到偏差信號，由變頻器的 PID宏功能調(diào)節(jié)輸出頻率，然后根據(jù)設(shè)定好的啟動時間控制水泵的轉(zhuǎn)速使水壓保持在水壓期望值的附近，實現(xiàn)恒壓控制的目的。該系統(tǒng)還應(yīng)該有專門的報警信號，信號傳送給 PLC后其作出判斷和保護(hù)動作，以免造成損失。 軟啟動器作為該控制系統(tǒng)的一個不可或缺的部分是因為其對于電機(jī)的啟、停都有平滑穩(wěn)定的作用，防止電機(jī)因為沖擊而損壞，也可以防止“水錘效應(yīng)”。 根據(jù)水泵機(jī)組中水泵被變頻器拖動的情況不同，變頻器有兩種工作方式即變頻循環(huán)式和變頻固定式。 PLC對系統(tǒng)各部分傳輸來的信息進(jìn)行采集，然后分析從人機(jī)接口得來的數(shù)據(jù)信息，通過控制算法的 恒壓 變頻供水系統(tǒng)設(shè)計 7 運(yùn)算，得到控制方案。 (3) 控制 機(jī)構(gòu)：控制機(jī)構(gòu)一般都集中在控制柜中，主要包括 PLC、變頻器、軟啟動器和其他電控設(shè)備。供水池水位信號是用來判斷水泵是否可以抽到水的，如果水位過低就無法正常抽到水，這時可能導(dǎo)致水泵和電機(jī)的損壞，所以必須在水池中安裝液位傳感器，使系統(tǒng)保證安全正常的運(yùn)行；報警信號則是為了反映目前系統(tǒng)各部分工作是否正常，如 ：水泵空抽、電機(jī)過載、變頻器工作不正常、軟啟動器不工作等。 (2) 信號檢測機(jī)構(gòu)：對于恒壓變頻供水系統(tǒng)，被檢測的信號有管網(wǎng)水壓信號、供水池水位信號和報警信號。本系統(tǒng)有 6臺 55 kw 的水泵和一臺 22 kw 的水泵，根據(jù)管網(wǎng)的需求用量循環(huán)投入和切出水泵機(jī)組。 陜西科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計說明書 6 系統(tǒng) 原理與 組成 系統(tǒng)的組成及原理圖 恒壓變頻供水系統(tǒng)主要由： 變頻器、可編程控制器、軟啟動器、水泵機(jī)組、壓力變送器組成 [6]。而且變頻器內(nèi)部的對 PID調(diào)節(jié)器有優(yōu)化算法，使得水壓的控制平穩(wěn)、可靠，而且在設(shè)置時可以規(guī)定濾波時間常數(shù)，保證反饋信號的準(zhǔn)確性 [5]。這些產(chǎn)品都有一個共通點就是將 PID調(diào)節(jié)器和可編程控制器的功能綜合了一下，放入變頻器內(nèi)。所以這種方式有其優(yōu)點和局限性。壓力變送器用來采集管網(wǎng)水壓與設(shè)定值進(jìn)行比較然后傳送給可編程控制器經(jīng)過其內(nèi)部的計算，輸出轉(zhuǎn)速控制信號給變頻器。 (3) 帶 PID回路調(diào)節(jié)器或 PLC的控制方式 該控制方式一般由變頻器、可編程控制器、 PID 回路調(diào)節(jié)器、壓力變送器等組成。目前有幾種控制方式可以選擇： (1) 邏輯電子電路控制方式 該控制方式可以利用簡單的電子元器件組成，投入資金較少，但是其穩(wěn)定性、變頻性能、控制精度都不高；水泵機(jī)組沒有軟啟動裝置，工頻泵變頻泵切換時容易產(chǎn)生較大的壓力波動，一般采用一臺變頻泵其他都為工頻泵，頻繁的投切容易損壞系統(tǒng)各部分，維修調(diào)試都比較難。本方案就是采用 ABB 公司專為風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載專用型 ACS510 系列變頻器，通過可編程控制器加繼電回路控制的方法實現(xiàn)恒壓供水系統(tǒng)控制，同時達(dá)到泵的循環(huán)工作和夜間 恒壓 變頻供水系統(tǒng)設(shè)計 5 節(jié)能自動控制。這種方案可以有兩種實現(xiàn)方法：其一是采用 PLC程序控制加變頻器相位檢測切換控制方式，其二可以采用專用變頻器直接完成相位檢測切換和夜間泵變頻工作的方式。 本課題研究的對象 通常在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺常用泵，供水量大時多臺泵全開，供水量小時開一臺或兩臺。水泵機(jī)組的工頻變頻切換由變頻器編程， PFC和 PID宏來控制；管網(wǎng)水壓由壓力變送器反饋給控制器；水泵電機(jī)的啟動需要軟啟動器配合保 證電機(jī)的壽命足夠長。所以如果要控制水壓恒定，就要使管網(wǎng)水壓反饋值與給定值進(jìn)行比較，根據(jù)差值的正負(fù)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，使得形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 恒壓控制是控制管 網(wǎng)的水壓保持恒定，使得不論用水量多高都保證水流量足夠大，滿足用水要求。在此系統(tǒng)中除了變頻器之外最重要的東西就是 CPU,它相當(dāng)于人的大腦，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制基本都得靠它完成。恒壓變頻供水占地面積小、投入資金低、環(huán)保節(jié)能強(qiáng)、系統(tǒng)維護(hù)便捷、自動化程度高、維修周期長等，這些優(yōu)點都是原來的供水方式無法媲美的。 ABB 的變頻器是現(xiàn)在國際上一個知名的品牌，其作用是控制和調(diào)節(jié)三相交流異步電動機(jī)的速度，并以其性能好、功能組合多樣、工作穩(wěn)定等特點一直被人們看好。 陜西科技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計說明書 4 2 恒壓變頻供水系統(tǒng)的方案設(shè)計 系統(tǒng)的基本工作原理 變頻器隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，有了很多方面的進(jìn)步，無論是調(diào)速性能還是穩(wěn)定性，節(jié)能性都有了極大地提高。 設(shè)計 內(nèi)容及要求 本課題的設(shè)計應(yīng)先滿足工程技術(shù)要求及相應(yīng)的控制精度，其次需要考慮其系統(tǒng)性、綜合性以及可擴(kuò)展性。變頻調(diào)速系統(tǒng)中還應(yīng)該加入軟啟動器，軟起動是使電動機(jī)的電壓逐漸從零逐漸的增加到額定電壓的過程，該過程使得對啟動電流有了一定的控制，防止沖擊電流對電網(wǎng)造成損害，減輕了電機(jī)啟動的機(jī)械轉(zhuǎn)矩對于電機(jī)的損傷，可以延長電機(jī)壽命。變頻調(diào)速技術(shù)與自動控制技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、 DCS技術(shù)相結(jié)合，同時兼具先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)會使變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制更具使用價值。其缺點是帶負(fù)載容量低，而且操作復(fù)雜沒有數(shù)據(jù)傳輸通信功能，因此只能用于容量和控制要求比較低的場所供水。 目前我國也有很多的公司在做恒壓變頻供水的工程，它們一般都會采用外國先進(jìn)的變頻器對水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，對水管的管網(wǎng)壓力進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)和循環(huán)控制多臺水泵平穩(wěn)運(yùn)行，它們采用可編程控制器 （ PLC） 、單片機(jī)和它們相應(yīng)的配套軟件予以實現(xiàn)，但是在很多方面都達(dá)不到用戶要求的指標(biāo)，比如系統(tǒng)的動態(tài)性能、抗干擾性能、穩(wěn)定性能和開放性擴(kuò)展性都有一定的局限。在基板上集成了像 PID調(diào)節(jié)器和可編程控制器 （ PLC） 等這樣的硬件，通過指令代碼實現(xiàn) PID、 PLC等電控 恒壓 變頻供水系統(tǒng)設(shè)計 3 系統(tǒng)的控制，后續(xù)只要搭載配套的恒壓供水單元就可以直接控制內(nèi)置的電磁接觸器去工作，其最多可以控制 七臺電機(jī)（泵）達(dá)成供水系統(tǒng)。隨著變頻技術(shù)的漸漸成熟，無論是在系統(tǒng)穩(wěn)定性還是在自動化程度方面都有了長足的進(jìn)步，逐漸人們認(rèn)可了這種技術(shù)，所以就有廠商開始生產(chǎn)一些 有這方面功能的變頻器，比如 ABB集團(tuán)的 HAVC變頻技術(shù)、施耐德公司的恒壓供水基板。 1960 年以后，電力電子器件普遍采用了晶閘管產(chǎn)品，但是因為調(diào)速性能不是很高，丹佛斯公司生產(chǎn)了第一臺變頻器，隨后就有很多企業(yè)也紛紛效仿，開啟了變頻器的新時代。 國內(nèi)外發(fā)展概況 近年來，恒壓變頻供水系統(tǒng)的控制技術(shù)日趨成熟，這是因為變頻調(diào)速的技術(shù)在世界上有了很大的發(fā)展。 變頻調(diào)速是當(dāng)今社會最先進(jìn)的調(diào)速方式，它比調(diào)壓調(diào)速、串級調(diào)速，變極調(diào)速性能都更好，可以實現(xiàn)電動機(jī)的無級調(diào)速，調(diào)速性能高、經(jīng)濟(jì)效益好、應(yīng)用范圍寬、是目前最有發(fā)展的電機(jī)調(diào)速技術(shù)。因此設(shè)計節(jié)能減排的供水系統(tǒng)刻不容緩，恒壓變頻供水系統(tǒng)可以結(jié)合自動控制技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、 DCS技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，綜合多種技術(shù)的優(yōu)點可以提高節(jié)能效率、系統(tǒng)穩(wěn)定性，更加便于操作和管理。而對于目前我國的情況來說，泵站的 數(shù)量很大，但是由于設(shè)計中沒有考慮到節(jié)能的問題，而且由于國內(nèi)技術(shù)與國外先進(jìn)的水平還是有一定的差距，所以我國電能很大一部分是消耗在這個上的而電能大部分又是由火力發(fā)電產(chǎn)生的。通過此題目，使學(xué)生掌握作為一個現(xiàn)代電氣工程師所應(yīng)該掌握的基本技能，能獨(dú)立分析問題并確立出合理的設(shè)計方案，從而進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的思考問題及解決問題的能力，為今后走向工作崗位奠定一定的基礎(chǔ)。采用交流變頻恒壓供水方式組成系統(tǒng)可解決