【正文】 231。204。191。218。205。254。229。231。211。180。231。這種對輸入、輸出狀態(tài)的集中處理過程，稱為批處理，這是 PLC 工作的特點。 4）輸入、輸出更新階段PLC 的 CPU 在每個掃描周期進(jìn)行一次輸入來進(jìn)行輸出更新。 2）執(zhí)行外圍設(shè)備命令階段 當(dāng)有簡易編程器、圖形編程器、打印機(jī)等外部設(shè)備與 PLC 相連時，則 PLC在每次循環(huán)時，都將執(zhí)行來自外部設(shè)備的命令。如出現(xiàn)異常情況，則通過自診斷給出故障信號，或自行進(jìn)行相應(yīng)的處理，這將有助于及時發(fā)現(xiàn)或提前預(yù)報系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。當(dāng) PLC 加電后，首先進(jìn)行初始化處理，包括清除 I／O 及內(nèi)部輔助繼電器、復(fù)位所有定時器、檢查 I/O 單元的連接等。 總之，在使用 PLC 時，可以把輸入端等效為一個繼電器線圈，其相應(yīng)的繼電器接點(動合或動斷) 可在內(nèi)部控制電路中使用，而輸出端又以等效為內(nèi)部輸出繼電器的一個動合觸點，驅(qū)動外部設(shè)備。在 PLC 內(nèi)部，有若干能與外部設(shè)備直接相連的輸出繼電器(有繼電器、雙向硅、晶體管三種形式)，它也有無限個軟件實現(xiàn)的動合、動斷觸點，可在 PLC 內(nèi)部控制電路中使用；但對應(yīng)每一個輸出端只有一個硬件的動合觸點與之相連，用以驅(qū)動需要操作的外部負(fù)載；如圖 2—3 所示。在 PLC 內(nèi)部還設(shè)有定時器、計數(shù)器、移位器、保持器、內(nèi)部輔助繼電器等，繼電器控制系統(tǒng)沒有的器件，它們的線圈及動合、動斷觸點只能在 PLC 內(nèi)部控制電路中使用，而不能與外部電路相連。PLC 程序一般用梯形圖形式表示。2）內(nèi)部控制電路16 / 62這部分的作用是運算和處理由輸入部分得到的信息，并判斷應(yīng)產(chǎn)生哪些輸出。每個端子可等效為一個內(nèi)部繼電器線圈，線圈號即輸入接點號，這個線圈由接收到的輸入端的外部信號來驅(qū)動，其驅(qū)動電源可由 PLC 的電源部件提供(如直流 24V)，也可由獨立的交流電源( 如交流 110V)供給。 可編程控制器的工作原理①PLC 的等效工作電路PLC 是一種微機(jī)控制系統(tǒng)，其工作原理也與微機(jī)相同，但在應(yīng)用時，可不必用計算機(jī)的概念去做深入的了解，只需將它看成是由普通的繼電器、定時器、計數(shù)器、移位器等組成的裝置，從而把 PLC 等效成輸入、輸出和內(nèi)部控制電路三部分，如下圖 所示：觸 點按 鈕 負(fù) 載電 源限 位 開 關(guān) 外 部 輸 入 輸 入 部 分 內(nèi) 部 控 制 電 路 輸 出 部 分 外 部 負(fù) 載圖 PLC 的等效工作電路1）輸入部分這部分的作用是接受被控設(shè)備的信息或操作 0 命令等外部輸入信息。PLC 上有 I/O 指示燈，哪個 I/O 元件有故障，一目了然。⑥采用積木式結(jié)構(gòu)或模塊式結(jié)構(gòu)，有較大靈活性和可擴(kuò)展性，擴(kuò)展靈活方便。④使用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，抗干擾能力強。PLC 采用與繼電器電路相似的梯形圖編程，比較直觀，易懂易編，深受電氣技術(shù)人員和電工的歡迎，容易推廣應(yīng)用。PLC 具有邏輯判斷、計數(shù)、定時、步進(jìn)、跳轉(zhuǎn)、移位、記憶、四則運算和數(shù)據(jù)傳送等功能，可以實現(xiàn)順序控制、邏輯控制、位置控制和過程控制等。由于可靠性是用戶選用的首位依據(jù)，因此，每個 PLC 生產(chǎn)廠都將可靠性作為第一指標(biāo)而加以研制，以單片機(jī)為核心，在硬件和軟件上采取大量的抗干擾措施，使 PLC 的平均無故障時間達(dá)到 30 萬小時以上，使用壽命更長。在許多場合，可編程序控制器可以構(gòu)成各種綜合控制系統(tǒng)，例如構(gòu)成邏輯控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)、圖形工作站等等。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，PLC 以微處理器為核心，適用于開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量的控制，它已進(jìn)入過程控制和位置控制等場合的控制領(lǐng)域。可編程序控制器已和數(shù)控技術(shù)及工業(yè)機(jī)器人并列為工業(yè)自動化的三大支柱 [5]。表 低壓電器設(shè)備主要元件及其作用 元件名 作用1SB 手動模式 1 泵 停止按鈕2SB 手動模式 1 泵 啟動按鈕3SB 手動模式 2 泵 停止按鈕4SB 手動模式 2 泵 啟動按鈕5SB 手動模式 3 泵 停止按鈕6SB 手動模式 3 泵 啟動按鈕1HG 1 泵工作模式 指示燈12 / 62續(xù)表 低壓電器設(shè)備主要元件及其作用 元件名 作用2HG 2 泵工作模式 指示燈3HG 3 泵工作模式 指示燈4HG 4 變頻泵工作模式 指示燈1KH 1 電機(jī)熱電保護(hù)的熱繼電器2KH 2 電機(jī)熱電保護(hù)的熱繼電器3KH 3 電機(jī)熱電保護(hù)的熱繼電器4KH 4 電機(jī)熱電保護(hù)的熱繼電器1KA 水位控制的中間繼電器1FQ 水位控制的浮力開關(guān) 控制柜面板設(shè)計根據(jù)上面的低壓電器設(shè)備主要元件，可以大致設(shè)計為如圖 所示：圖 控制柜面板示意圖13 / 62 PLC 控制部分PLC 基本是實現(xiàn)自動工作模式，根據(jù)該系統(tǒng)的要求：PLC 端口的大致分為如圖 所示：模塊 0模塊 1壓力傳感器電壓信號變頻器主速模擬量接口1 K M2 K M3 K M3 1 N2 4 VX 0X 1X 24 K MX 31 K AX 4S 0X 5— 2 4 VC O MC O M 3C O M 2Y 5Y 2Y 3Y 4Y 1 2Y 1 3Y 1 4Y 1 5Y 6F X 2 N 4 A DF X 2 N 4 D AF X 2 N 3 2 M R4 55 16 56 15 K M1 泵反饋2 泵反饋水位信號3 泵反饋4 泵反饋變頻器故障信號1 泵運行2 泵運行2 泵故障指示3 泵運行4 泵運行S 1P L C 控制 故障輸出4 泵故障指示1 泵故障指示3 泵故障指示P L C 公共輸出端 A I 2 +A I 2 圖 PLC 端口分配示意圖注：s0 為變頻器的故障輸出s1 為在變頻器上的 4水泵電機(jī)的控制接口壓力傳感器電壓信號變頻器主速模擬量接口模塊 0模塊 1 AI1+AI114 / 624 軟硬件的基本原理介紹 PLC 可編程控制器( 三菱 FX2N32MR)1969 年，在美國出現(xiàn)第一臺可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）以來，經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為一種最重要、高可靠性、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制微型計算機(jī)。⑩管網(wǎng)常壓供水，可避免外露管路凍裂；可按需要任意調(diào)節(jié)設(shè)備供水壓力，滿足用水高峰期建筑頂層的水壓要求。9 / 62⑨控制程序化，可按用戶需要實現(xiàn)多種控制方式。⑦直接向用戶供水，水質(zhì)無二次污染。⑤由變頻器或軟起動器實現(xiàn)水泵軟起動軟停止，使電網(wǎng)和管網(wǎng)免受沖擊；無水錘現(xiàn)象，大大降低設(shè)備運行噪音，延長相關(guān)設(shè)備的使用壽命。④自由設(shè)定管網(wǎng)壓力，按實際用水量來調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使其始終處于高效運轉(zhuǎn)狀態(tài)；采用多臺小功率水泵電機(jī)成泵組代替大功率泵更能適合流量的急劇變化，避免“大馬拉小車”現(xiàn)象，節(jié)能效果更為顯著。②采用進(jìn)口變頻器及相關(guān)元器件，設(shè)計合理，操作簡便，性能可靠，全自動運行無人值守。該系統(tǒng)可根據(jù)管網(wǎng)瞬時壓力變化，自動調(diào)節(jié)某臺水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速和多臺水泵電機(jī)的投入和退出運行，滿足用戶恒壓變量供水及變壓變量供水的需要，使供水管壓力保持恒定。若用水量減少，按啟泵順序依次停止工頻泵，直到最后 1 臺泵變頻恒壓 [4]。自動模式：當(dāng)無液位浮力開關(guān)信號（為 OFF）時，此系統(tǒng)水泵電機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)。同時，為了保證水壓反饋信號值的準(zhǔn)確、不失值，可對該信號設(shè)置濾波時間常數(shù)，同時還可對反饋信號進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡單、方便。由于 PID 運算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對可編程控制器存貯容量的要求和對 PID 算法的編程，而且 PID 參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。系統(tǒng)正常運行時，用戶用水管網(wǎng)上的壓力傳感器對用戶的用水水壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，并將壓力信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過 FX2N4AD，PLC 每秒鐘從 4AD 采集 5 次數(shù)據(jù)，并把這 5 次數(shù)據(jù)的平均值求出，然后與用戶設(shè)定的壓力值的分界值進(jìn)行比較運算，計算出工頻泵啟動臺數(shù)信號。系統(tǒng)控制 25KW 水泵 4 臺。6 / 62系統(tǒng)由水泵機(jī)組、變頻柜、壓力儀表、管路系統(tǒng)等構(gòu)成。氣壓罐 氣壓罐是一種密閉容器。穩(wěn)壓泵組 穩(wěn)壓泵組主要由三臺主泵和一個變頻泵構(gòu)成，三臺主泵按照“先啟先?！?、 “備用自投”運行，其變頻泵供水揚程大于或等于主泵的供水揚程。5 / 622 恒壓供水原理及工藝 系統(tǒng)的組成和基本工作原理變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由供水控制系統(tǒng)、穩(wěn)壓泵組、穩(wěn)壓氣壓罐等組成。 本文研究的內(nèi)容本文介紹可編程控制器(PLC)為控制核心，施耐德公司的 ATV38 系列帶內(nèi)置PID 功能的變頻器為執(zhí)行元件，采用 PID 算法控制水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，即可調(diào)節(jié)出口管網(wǎng)壓力，使之達(dá)到用戶期望的恒定壓力。方案 2：由三臺主泵和一個變頻泵構(gòu)成，三臺主泵按照“先啟先?！?、 “備用自投”運行，具有變頻調(diào)節(jié)作用，相對地合理的分配利用水資源，相對節(jié)約了電力，對整個系統(tǒng)是一個較為合理的解決方案。①手動模式：自由操作，可以只啟動水泵電機(jī)組的任何水泵電機(jī)；4 / 62②自動模式：1）自動輪換2）備用自投3）先啟先停4）故障檢測和指示方案 1：這四臺水泵電機(jī)直接啟動，無變頻調(diào)節(jié)作用。供水系統(tǒng)采用變頻供水技術(shù)可改善供水水質(zhì)，且自動化程度高，又是國家節(jié)能推廣技術(shù)，但若選擇使用不當(dāng)，又會造成電能 浪費 ，因此設(shè)計人員在方案確定之前應(yīng)根據(jù)用水性質(zhì)、用水特點、用水規(guī)模、設(shè)備投資等因素綜合考慮，在保證可靠供水前提下，充分發(fā)揮變頻調(diào)速的節(jié)能潛力。系統(tǒng)供水有兩種基本運行方式：變頻泵固定方式和變頻泵循環(huán)方式。也可設(shè)定指定日供水壓力。傳感器反饋的水壓信號直接送入變頻器自帶的 PID 調(diào)節(jié)器輸入口，而壓力設(shè)定即可使用變頻器的鍵盤設(shè)定，也可采用一只電位器以模擬量的形式送入。在滿足工藝要求的情況下應(yīng)優(yōu)先采用。同時，為了保證水壓反饋信號值的準(zhǔn)確、不失值，可對該信號設(shè)置濾波時間常數(shù)，同時還可對反饋信號進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡單、方便。由于 PID 運算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對可編程控制器存儲容量的要求和對 PID 算法的編程，而且 PID 參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。3 / 62②新型變頻調(diào)速供水設(shè)備針對傳統(tǒng)的變頻調(diào)供水設(shè)備的不足之處，國內(nèi)外不少生產(chǎn)廠家近年來紛紛推出了一系列新產(chǎn)品，如華為的 TD2100，施耐德公司的 Altivar58 泵切換卡，SANKEN 的 SAMCOI 系列，ABB 公司的 ACS600、ACS400 系列，富士公司的G11S/P11S 系列等。如果采用一個開關(guān)量輸入/ 輸出的可編程控制器和一個PID 回路調(diào)節(jié)器，其成本也和帶模擬量輸入/輸出的可編程控制器差不多。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)字量信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量。由于變頻器的轉(zhuǎn)速控制信號是由可編程控制器或 PID 回路調(diào)節(jié)器給出的，所以對可編程控制器來講，既要有模擬量輸入接口，又要有模擬量輸出接口。傳感器的任務(wù)是檢測管網(wǎng)水壓；壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值；壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號輸入可編程控制器后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部 PID 控制程序的計算，輸給變頻器一個轉(zhuǎn)速控制信號。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著非常重要的意義 [1]。在實際應(yīng)用中得到了很大的發(fā)展。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點，使我國供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從 90 年代初開始經(jīng)歷了一次飛躍。謝謝！2 / 621 緒論 項目的意義及應(yīng)用背景變頻控制技術(shù)的進(jìn)步不僅僅是異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、堅固、易于維護(hù)等優(yōu)點，更主要的是采用變頻調(diào)速技術(shù)的異步電動機(jī)的機(jī)械特性達(dá)到了直流電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速的特性。通過在三菱的 PLC GX Developer7 上進(jìn)行編程，通過學(xué)校實驗室提供的設(shè)備上進(jìn)行一定的檢查和調(diào)試。采用變頻器后可以節(jié)能有三個方面：管阻特性曲線保持不變(閥門全開)，揚程特性曲線下降(轉(zhuǎn)速下降)，使流量下降與用戶需求量下降平衡，以保持水壓大致恒定；轉(zhuǎn)速控制方式使水泵的工作效率一直處于最佳狀態(tài)；不處于滿載狀態(tài)的電動機(jī)因為輸入電壓的降低，它的效率也將相對于不采用變頻降壓有所提高。恒壓供水是指供水網(wǎng)系中用水量發(fā)生變化時，其出口壓力保持不變的供水方式。由于我國人均占有水、電資源相對于別國又少很多，因此，在我國一方面水電供應(yīng)緊張，而另一方面，水電的浪費又十分驚人。據(jù)有關(guān)國際組織發(fā)表的資料顯示：中國的單位國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值所消耗的電是美國、德國等的 4 倍左右，消耗的水是他們的 2 倍左右。通過編程軟件設(shè)計了一個用于供水系統(tǒng)壓力控制的 PID 控制器，PID 控制器內(nèi)置在 PLC 中，該控制器對于壓力給定值與測量值的偏差進(jìn)行處理，實時控制變頻器的輸出電壓和頻率，進(jìn)而改變水泵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變水泵出水口流量，實現(xiàn)整個供水的壓力的自動調(diào)節(jié)，使壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺水泵的調(diào)節(jié)是通過變頻器來改變電源的頻率 f 來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n，從而改變水泵性能曲線得以實現(xiàn)的。畢業(yè)設(shè)計（論文）作者（簽字）： 簽字日期 年 月 日3 / 62 貼校徽處 **學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師 專 業(yè)： 院 （系）： 年 月 日I / 62摘 要本論文結(jié)合我國中小城市供水廠的現(xiàn)狀，設(shè)計了一套基于 PL