【正文】 將 外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、功率。 在圖 點(diǎn)劃線內(nèi)，僅以控制電路 A 部分構(gòu)成控制電路時(shí)，無速度檢測(cè)電路，為開環(huán)控制。 圖 典型的電壓型逆變器一例 2. 控制電路 給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，稱為控制電路。 圖 電壓型逆變器的輸出電壓 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。 ③ 逆變器 同整流器相反，逆變器的作用是將直流功率變換為所需要頻率的 交流功率，根據(jù)PWM 控制信號(hào)使 6 個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷，就可以得到三相頻率可變的交流輸出。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）?？捎脙山M晶體管交流器構(gòu)成可逆變流器，其功率方向可逆，可以再生運(yùn)轉(zhuǎn)。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”。 圖 變頻器的構(gòu)成 給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。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。 變頻器 變頻器的構(gòu)成 通常由變頻器主電路（ IGBT、 BJT、或 GTO 作逆變?cè)┙o異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源。系統(tǒng)所需的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)量共為 32 個(gè)點(diǎn)。 PLC 參考程序流程 如圖 ： 圖 PLC 參考程序流程圖 PLC 的選型 水泵 M M2， M3 可變頻運(yùn)行，也可工頻運(yùn)行，需 PLC 的 6 個(gè)輸出點(diǎn)，變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷由 PLC 的 1 個(gè)輸出點(diǎn)，控制變頻器使電機(jī)正轉(zhuǎn)需 1 個(gè)輸出信號(hào)控制，報(bào)警器的控制需要 1 個(gè)輸出點(diǎn)， 用戶的控制需要 5 個(gè)輸出點(diǎn) ，輸出 點(diǎn)數(shù)量一共 14 個(gè)。變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)輸出由 Y10 控制（正轉(zhuǎn)）。 注意： KM0、 KM KM4 三臺(tái)電機(jī)變頻運(yùn)行均要互鎖， KM0 與 KM1， KM2與 KM3， KM4 與 KM5 均要互鎖，目的是為了 保護(hù)變頻器。 如果變頻器頻率偏低，即壓力過高，輸出的下限信號(hào)使 PLC 關(guān)閉 KM KM3，開啟 KM2， 2水泵變頻啟動(dòng)。 當(dāng)變頻器的運(yùn)行超出設(shè)定值時(shí)輸出一個(gè)上限信號(hào)， PLC 通過這個(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， KM0 斷開， KM1 吸合，同時(shí) KM2 吸合變頻起動(dòng)第 2水泵。它們的運(yùn)行要求如下所述。 PLC 的控制 PLC 在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中的作用是控制交流接觸器組進(jìn)行工頻 變頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。 圖 PLC的掃描工作過程 PLC 在 I/O 處理方面必須遵守的規(guī)則如下： ① 輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)，取決于輸入端子板在上一個(gè)刷新時(shí)間的狀態(tài)； ② 程序如何執(zhí)行，取決于用戶所編的程序和輸入映像寄存器、元件映像寄存器中存放的所需軟元件的狀態(tài)； ③ 輸出映像寄存器（包含在元件映像寄存器中）的狀態(tài)，由輸出指令的執(zhí)行結(jié)果決定。 （ 2）運(yùn)動(dòng)控制（ 3）過程控制 PLC 能控制大量的過程參數(shù)，例如：溫度、流量、壓力、液位和速度。具體表現(xiàn)在以下幾方面： (1). 向小型化 、專用化、低成本方向發(fā)展 (2). 向大容量、高速度方向發(fā)展 (3). 智能型 I/O 模塊的發(fā)展 (4). 基于 PC 的編程軟件取代編程器 (5). PLC 編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化 (6). PLC 通信的易用化 . (7). 組態(tài)軟件與 PLC 的軟件化 (8). PLC 與現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合 簡(jiǎn)介 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 目前 PLC 在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于 鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。比較著名的有美國(guó)的 AB、通用（ GE）、莫迪康（ MODICON）、日本的三菱（ MITSUBISHI）、歐姆龍（ OMRON）、富士電機(jī)（ FUJI）、松下電工 、德國(guó)的西門子（ SIEMENS）、法國(guó)的 TE、施耐德（ SCHNEIDER）、韓國(guó)的三星（ SAMSUNG）、 LG 等。 PLC 的技術(shù)已經(jīng)非常成熟。 16 位和 32 位微處理器的應(yīng)用，使 PLC 得到了驚人的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為自動(dòng) 化技術(shù)的三大支柱之一。 1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）中標(biāo)后，制造出世界上第一臺(tái)可編程序控制器。 簡(jiǎn)介 PLC 的產(chǎn)生 20 世紀(jì) 60 年代末期，美國(guó)的汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，為了適應(yīng)白熱化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求， 1968 年美國(guó)通用汽車公司（ GM）公開招標(biāo)，對(duì)汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是： （ 1）編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序； （ 2）維修方便，采用插件 式結(jié)構(gòu)； （ 3）可靠性高于繼電器控制裝置； （ 4）體積小于繼電器控制盤； （ 5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)； （ 6）成本可與繼電器控制盤競(jìng)爭(zhēng)； （ 7）輸入可以是交流市電（ 115V）（美國(guó)電壓標(biāo)準(zhǔn)） （ 8）輸出為交流 115V，容量要求在 2A 以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥等； （ 9）擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變??； （ 10）用戶程序存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)展到 4KB。 圖 交流接觸器控制回路 圖 交流接觸器控制回路 第 3 章 器件的選型及介紹 本論文設(shè)計(jì)主要用到 PLC（即可編程邏輯控制器），變頻器， PID 調(diào)節(jié)器 ，壓力傳感器及其他輔助元器件，本章主要介紹這些器件的選型及相關(guān)介紹。使用中，由于電流超過允許值產(chǎn)生的熱量使串接于主電路中的 熔體熔化而切斷電路，防止電氣設(shè)備短路和嚴(yán)重過載。 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)的過載保護(hù)。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行，防止因電機(jī)過載、變頻器報(bào)警、電網(wǎng)過大波動(dòng)、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等等造成的故障，因此必須要對(duì)各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由 PLC 判斷報(bào)警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作控制，以免造成不必要的損失 供水系統(tǒng)的主電路接線及其工作 原理 圖 系統(tǒng)主接線圖 圖 實(shí)物連 線圖 由圖 可知，電機(jī)有兩種工作模式即：在工頻電下運(yùn)行和在變頻電下運(yùn)行。人機(jī)界面還可以對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)報(bào)警進(jìn)行顯示。 （ 4） 人機(jī)界面 （ GT） 人機(jī)界面是人與機(jī)器進(jìn)行信息交流的場(chǎng)所。 ③電控設(shè)備：它是由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電器元件組成。 ②變頻器：它是對(duì)水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元。 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。該信號(hào)為開關(guān)量信號(hào)。 （ 2） 信號(hào)檢測(cè) 在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測(cè)的信號(hào)包括自來水出水水壓信號(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)。 恒速泵：水泵運(yùn)行只在工頻狀態(tài)，速度恒定。 從原理框圖，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。 s — 轉(zhuǎn)差率 . 因此 ,當(dāng)調(diào)節(jié)泵的流量時(shí) , 通過改變頻率調(diào)節(jié)電機(jī)速度 ,即采用變頻調(diào)速法 , 比采用調(diào)節(jié)閥門法節(jié)能 . 恒壓供水系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 供水系統(tǒng)的構(gòu)成 圖 供水系統(tǒng)方 案圖 如下圖 所示，整個(gè)系統(tǒng)由三臺(tái)水泵，一臺(tái) PLC 和一個(gè)壓力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。 f — 電源頻率 ,H z 。 恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理 在變頻恒壓供水系統(tǒng)中 , 關(guān)鍵是對(duì)水泵的控制 .泵的轉(zhuǎn)速 n 與流量 Q、 揚(yáng)程 H 及泵的 軸功率 N 的關(guān)系如下式所示： （ 1） 泵用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí) ,電動(dòng)機(jī)功率 P 可用下式表示 : （ 2） 式中： 泵的流量 Q 和揚(yáng)程 H 的關(guān)系曲線見圖 . 曲線①、② 分別對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速 n1 、 n2( n1 n2) 時(shí)的 H Q 特性曲線 , 曲線③、 ④為管阻特性曲線 . 當(dāng)調(diào)節(jié)流量時(shí) , 通常采用調(diào)節(jié)閥門和變頻調(diào)速兩種方式 . 圖 泵的流量 Q 和揚(yáng)程 H 的關(guān)系曲線 假設(shè)泵的額定工作點(diǎn)為 N 點(diǎn) , 額定流量 QN 為 100 % ,此時(shí)軸功率 P1 與圖中 QNNHN0 區(qū)域面積成正比 . (1) 調(diào)節(jié)閥門法 當(dāng)流量從 QN 減小到 QA 時(shí) ,采用調(diào)節(jié)閥門法 , 管阻特性曲線從 ④切換至 ③ , 揚(yáng)程 H 增大 , 工作點(diǎn)由 N 切換至 A. 此時(shí)軸功率 P2 與圖中 QAHAA 0 區(qū)域面積成正比 。目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制、多品種系列化的方向發(fā)展。在實(shí)際應(yīng)用中如何充分利用專用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻恒壓供水設(shè)備、降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。 圖 供水流程簡(jiǎn)圖 隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì) 生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能和高品質(zhì)的供水質(zhì)量等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)及高層建筑的生活、消防供水中。 第 2 章 系統(tǒng)總體分析與設(shè)計(jì) 本章從系統(tǒng)概述、變頻恒壓供水的節(jié)能原理和系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)三個(gè)方面對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了總體分析說明。恒壓供水就是利用 PLC 的 PID 指令 或 PI功能實(shí)現(xiàn)的工業(yè)過程的閉環(huán)控制。 本文的主要工作 本文采用電動(dòng)機(jī)、變 頻器與可編程控制器 (PLC)構(gòu)成控制系統(tǒng)， 用觸摸屏界面 進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)整泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。電力電子技術(shù)和電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)交流電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速，具有高效率、寬范圍和高精度等特點(diǎn)。實(shí)際上，給水泵站的出口壓力允許在一定范圍內(nèi)變化。 采用變頻調(diào)節(jié)以后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)，電機(jī)起動(dòng)電流從零逐漸增至額定電流，起動(dòng)時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，對(duì)電網(wǎng)沒有較大的沖擊，減輕了起動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對(duì)于電機(jī)的機(jī)械損傷，有效的延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。 可以看出，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。原深圳華為 (現(xiàn)己更 名為艾默生 )電氣公司和成都希望集團(tuán)〔森蘭牌變頻器 )也推出了恒壓供水專用變頻器()，無需外接 PLC 和 PID 調(diào)節(jié)器，可完成最多四臺(tái)水泵的循壞切換、定時(shí)起動(dòng)、停止和定時(shí)循環(huán) (月麥丹佛斯公司的 VLT 系列變頻器可實(shí)現(xiàn)七臺(tái)水泵機(jī)組的切換 )。有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)。這類設(shè)備雖然說是微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接 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) (如 BA 系統(tǒng) )和組態(tài)軟件難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此在實(shí)際使用時(shí)其范圍將會(huì)受到限制。即 1968 年，丹麥的丹佛斯公司發(fā)明并首家生產(chǎn)變頻器 (丹佛