【正文】 用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐 。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。但在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒 能達(dá)到所有用戶的要求。這類設(shè)備雖微化了電路結(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8 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 [3]。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時(shí)，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對(duì)壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。 變頻恒 壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究與現(xiàn)狀 變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。隨著改革開放和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)采取要么直接從發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)口現(xiàn)成的變頻調(diào)速設(shè)備，要么內(nèi)外結(jié)合，即在自行設(shè)計(jì)制造的成套裝置中采用外國(guó)進(jìn)口或合資企業(yè)的先進(jìn)變頻調(diào)速設(shè)備，然后自己開發(fā)應(yīng)用軟件的辦法，很好地為國(guó)內(nèi)重大工程項(xiàng)目提供了電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的解決辦法，適應(yīng)了社會(huì)的需要。在我國(guó)， 60%的發(fā)電量是通過電動(dòng)機(jī)消耗掉的，因此如何利用電機(jī)調(diào)速技術(shù)進(jìn)行電機(jī)運(yùn)行方式的改造以節(jié)約電能，一直受到國(guó)家和業(yè)界人士的重視。 20 世紀(jì) 80 年代初，日本學(xué)者提出了基于磁通軌跡的磁通軌跡控制方法。 7 變頻調(diào)速技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀 變頻器的快速發(fā)展得益于電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)及電機(jī)控制理論的發(fā)展。 基于 PLC 和 變頻 技術(shù)的 恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。 綜上所述，傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在浪費(fèi)水力、電力資源 ； 效率低 ；可靠性差 ； 自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。 (4)液力 耦 合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式易漏油，發(fā)熱需冷卻，效率低，改造麻煩，只能是一對(duì)一驅(qū)動(dòng)，需經(jīng)常檢修 ； 優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，維修方便。 (2)氣壓罐供水具有體積小、技術(shù)簡(jiǎn)單、不受高度限制等特點(diǎn)，但此方式調(diào)節(jié)量小、水泵電機(jī)為硬起動(dòng)且起動(dòng)頻繁，對(duì)電器設(shè)備要求較高、系統(tǒng)維護(hù)工作量大，而且為減少水泵起動(dòng)次數(shù)，停泵壓力往往比較高，致使水泵在低效段工作，而出水壓力無(wú)謂的增高，也使浪費(fèi) 加大，從而限制了其發(fā)展。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個(gè)重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性直接影響到小區(qū)住戶的正常工作和生活，也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平的高低。壓力傳感器檢測(cè)當(dāng)前水壓信號(hào)，送入 PLC 與設(shè)定值比較后進(jìn)行 PID 運(yùn)算，從而控制變頻器的輸出電壓和頻率，進(jìn)而改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變供水量，最終保持管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近。 本系統(tǒng)包含三臺(tái)水泵電機(jī)，它們組成變頻循環(huán)運(yùn)行方式。1 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 課題 ： 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 班級(jí) ： 電氣 1107 學(xué)號(hào)： 0401110707 姓名： 指導(dǎo)教師 ： 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021 年 10 月 30 日 2 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 摘要 本論文根據(jù)中國(guó)城市小區(qū)的供水要求，設(shè)計(jì)了一套基于 PLC 的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)。變頻恒壓供水系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、水泵機(jī)組、壓力傳感器等構(gòu)成。采用變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)三相水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)和變頻調(diào)速，運(yùn)行切換采用 “先啟先停 ”的原則。 關(guān)鍵詞 ：變頻調(diào)速，恒壓供水， PLC 3 目錄 1 緒論 .....................................................................................5 課題的提出 ......................................................................5 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................7 變頻 調(diào)速技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀 ..................................................... 7 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究與現(xiàn)狀 .............................................. 7 PLC 概述 ..........................................................................8 可編程控制器的定義 .......................................................................... 8 PLC的發(fā)展和應(yīng)用 ............................................................................ 8 西門子 S7200PLC 簡(jiǎn)介 .................................................................... 9 本課題的主要研究?jī)?nèi)容 .................................................10 2 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 .....................................11 變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 ......................................11 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理 ..................................................................... 11 變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理 ................................................... 11 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方案的確定 ..............................13 控制方案的比較和確定 ............................................................... 13 變頻恒壓供水 系統(tǒng)的組成及原理圖 ............................................ 14 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程 ....................................................... 17 水泵切換條件分析 ..................................................................... 17 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ................................................................20 系統(tǒng)主要設(shè)備的選型 .....................................................20 PLC及其擴(kuò)展模 塊的選型 ........................................................... 20 變頻器的選型 ............................................................................ 21 水泵機(jī)組的選型 ........................................................................ 22 4 壓力變送器的選型 ..................................................................... 22 液位變送器選型 ........................................................................ 23 系統(tǒng)主電路分析及其設(shè)計(jì) ............................................................. 23 系統(tǒng)控制電路分析及其設(shè)計(jì) ..........................................25 PLC 的 I/O 端口分配及外圍接線圖 ...............................27 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ................................................................30 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析 .........................................................30 PLC 程序設(shè)計(jì) .................................................................31 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) .................................................................. 32 控制系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì) ................................................................. 35 PID 控制器參數(shù)整定 ......................................................38 PID控制及其控制算法 ............................................................... 38 變頻恒壓供水系統(tǒng)的近似數(shù)學(xué)模型 ............................................ 40 PID參數(shù)整定 ............................................................................. 40 參考文獻(xiàn) ...............................................................................43 5 1 緒論 課題的提出 水和電是人類生活、生產(chǎn)中不可缺少的重要物質(zhì)，在節(jié)水節(jié)能已成為時(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下，我們這個(gè)水資源和電能源短缺的國(guó)家，長(zhǎng)期以來在市政供水、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，自動(dòng)化程度 較 低，而隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，以及住房制度改革的不斷深入，城市中各類小區(qū)建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)也對(duì)小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。 傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式有 ： 恒速泵加壓供水、氣壓罐供水、水塔高位水箱供水、液力 耦 合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等方式，其優(yōu)、缺點(diǎn)如下： (1)恒速泵加壓供水方式無(wú)法對(duì)供水管網(wǎng)的壓力做出及時(shí)的反應(yīng)，水泵的增減都依賴人工進(jìn)行手工操作，自動(dòng)化程度低，而且為保證供水，機(jī)組常處于滿負(fù)荷運(yùn)行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時(shí)，管網(wǎng)長(zhǎng)期處于超壓運(yùn)行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴(yán)重，電機(jī)硬起動(dòng)易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，破壞性大，目前較少采用。 (3)水塔高位水箱供水具有控制方式簡(jiǎn)單、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理、短時(shí)間維修或停電可不停水等優(yōu)點(diǎn)，但存在基建投資大，占地面積大，維護(hù)不方便，水泵電機(jī)為硬起動(dòng)，啟動(dòng)電流大等缺點(diǎn)，頻繁起動(dòng)易損壞聯(lián)軸器，目前主要應(yīng)用于高層建筑。 (5)單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)也能做到變頻調(diào)速，自動(dòng)化程度要優(yōu)于上面 4 種供水方式，但是系統(tǒng)開發(fā)周期比較長(zhǎng)，對(duì)操作員的素質(zhì) 要求比較高，可靠性比較低，維修6 不方便，且不適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。目前的供水方式朝向高效節(jié)能、自動(dòng)可靠的方向發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用，特別是在城鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級(jí)加壓系統(tǒng)，居民生活用水的恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速水泵節(jié)能效果尤為突出，其優(yōu)越性表現(xiàn)在 ： 一是節(jié)能顯 著；二是在開、 停機(jī)時(shí)能 減小電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊以及供水水壓對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊 ； 三是能減小水泵、電機(jī)自身的機(jī)械沖擊損耗 [2]。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義 。 1964 年，最先提出把通信技術(shù)中的脈寬調(diào)制 PWM 技術(shù)應(yīng)用到交流傳動(dòng)中的是德國(guó)人。從 20 世紀(jì) 80 年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國(guó)家的基于 VVVF 技術(shù)的通用變頻器已商品化并廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在，我國(guó)約有 200 家左右的公司、工廠和研究所從 事變頻調(diào)速技術(shù)的工作，但自行開發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品和國(guó)際市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品相比，還有比較大的技術(shù)差距?？傊m然國(guó)內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)取得了較好的成績(jī)，但是總體上來說國(guó)內(nèi)自行開發(fā)、生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的能力還比較弱，對(duì)