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變頻恒壓供水控制系統(tǒng)畢業(yè)論文-在線瀏覽

2024-08-08 09:33本頁面
  

【正文】 95 元。小區(qū)供水系統(tǒng)的設(shè)計與研究,從工程而言是成熟的,己有規(guī)范的設(shè)計和施工標(biāo)準(zhǔn),但從多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說,還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到用戶的要求。因此利用微電腦與交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)對管網(wǎng)供水進(jìn)行自動控制,近幾年在國內(nèi)得到了極大發(fā)展,從目前情況看,微機(jī)控制變頻調(diào)速自動供水技術(shù)可分為恒水壓控制與恒水流控制兩種主流。這種控制方法的優(yōu)點是供水品質(zhì)優(yōu)良,可在任何情況下同時滿足全網(wǎng)各用戶對供水流量與揚程的不同要求。恒水流控制則強調(diào)對出口流量進(jìn)行宏觀總量控制,對水壓與揚程指標(biāo)則放松,其優(yōu)點是在滿足用戶對用水量的基本要求前提下,可最大限度節(jié)能。而在高層用水量大時又造成低層水壓過高。國內(nèi)的許多專家,學(xué)者從 70 年代起,開始嘗試將計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于供水系統(tǒng)的模擬,優(yōu)化設(shè)計及供水系統(tǒng)控制等方面[4]。如最初的恒壓供水系統(tǒng)采用繼電接觸器控制電路,是與開關(guān)技術(shù)結(jié)合,通過人工起動或停止水泵和調(diào)節(jié)泵出口閥開度來實現(xiàn)恒壓供水。后來增加了微機(jī)加 PLC 監(jiān)控系統(tǒng), 提高了自動化程度。2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案系統(tǒng)總體方案原理如圖2所示圖2 控制系統(tǒng)原理示意圖本系統(tǒng)是一個以變頻調(diào)速為主要控制目的的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)擬采用兩臺水泵及電機(jī),這比設(shè)單臺水泵及電機(jī)節(jié)能又可靠。而且水泵與電機(jī)都有維修的時候, 備用泵是必要的。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)原理圖見附圖,說明如下:電源進(jìn)線控制:此部分主要是為方便對系統(tǒng)電源的操作而設(shè)計的,使得不必打開控制柜就可以對系統(tǒng)的總電源進(jìn)行控制,既安全又方便。按鈕SB1和SB2選用帶燈顯示類型,且SB1選擇為綠色(作為電源啟動按鈕),SB2選擇為紅色(作為電源停止按鈕)。水泵電機(jī)切換:此部分為整個控制系統(tǒng)的主要控制對象部分(兩個水泵電機(jī)),包括有4個同型號的交流接觸器、一個變頻器(FVRE11S)和一個熱繼電器,其中的兩個小型斷路器的設(shè)置主要是作為下面元器件更換時的電路可靠切斷用的(下同)。熱繼電器的設(shè)置則是對水泵電機(jī)在工頻運行狀態(tài)下起過載保護(hù)的作用。由中間繼電器的觸點實現(xiàn)對4個交流接觸器線圈的控制,而中間繼電器的觸點的控制則由PLC控制繼電器的線圈實現(xiàn),這樣就在實際上實現(xiàn)了PLC對4個交流接觸器的控制,也實現(xiàn)了對PLC輸出點的保護(hù)。控制系統(tǒng)供電:此部分的作用是為PLC、模擬量輸入/輸出模塊和人機(jī)界面等提供正常工作電源。選用的方法有查表法和查選用曲線法,在產(chǎn)品樣本中直接列出在不同額定工作電壓下的額定工作電流和可控制電動機(jī)的功率,按電動機(jī)功率或額定工作電流,用查表法選用接觸器,也要通過計算來得到電動機(jī)額定電流Ie,再選取相應(yīng)的交流接觸器,計算公式如下所示:電動機(jī)的額定輸出功率=3UeIeCOSΦη其中:Ue-電動機(jī)的額定電壓;   Ie-電動機(jī)的額定電流;   COSΦ-電動機(jī)的功率因數(shù);   η電動機(jī)的效率。 PLC控制器[5][6][7][8][9]PLC即可編程控制器,(Programmable logic Controller),是指以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。它采用可以編制程序的存儲器,用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令,并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。以后國際電工委員會(IEC)又先后頒布了PLC 標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿,第二稿,并在1987年2月通過了對它的定義:可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備,都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體,易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。它具有豐富的輸入/輸出接口,并且具有較強的驅(qū)動能力。PLC具有以下特點:n 可靠性高,抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達(dá)30萬小時。從PLC的機(jī)外電路來說,使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng),和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比,電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一,故障也就大大降低。在應(yīng)用軟件中,應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序,使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。n 配套齊全,功能完善,適用性強PLC發(fā)展到今天,已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。除了邏輯處理功能以外,現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力,可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。加上PLC通信能力的增強及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展,使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。它接口容易,編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。為不熟悉電子電路、不懂計算機(jī)原理和匯編語言的人使用計算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。n 體積小,重量輕,能耗低以超小型PLC為例,新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm,重量小于150g,功耗僅數(shù)瓦。本系統(tǒng)的控制器為松下FP0—C32CT型PLC。 圖3 I/O連接器前視圖FP0—C32CT型PLC只有晶體管式輸出型,為無觸點輸出方式,用于接通或斷開開關(guān)頻率較高的直流電源負(fù)載,其NPN晶體管輸出型和PNP晶體管輸出型如圖4所示: (a)NPN型 (b)PNP型 圖4 兩種晶體管輸出型示意圖 模擬量輸入/輸出模塊FP0—A21型特殊功能模塊。FP0—A21模塊有2個模擬輸入通道(CH0,CH1)、一個模擬輸出通道。圖5 模擬量輸入/輸出模塊的I/O接口FP0A21的I/O分配是由安裝的位置來決定的,其I/O編號如表1所示。當(dāng)手指、筆或電流等接觸到觸摸屏,則接觸點信號改變(光,聲或電流等)傳感器接收后根據(jù)算法,確定觸點X或Y的坐標(biāo),配以應(yīng)用軟件,便可執(zhí)行相應(yīng)的操作,它比鍵盤操作更直觀。電阻型觸摸屏比其它類型的觸摸屏可靠性高,適用于各種工業(yè)環(huán)境。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成;觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面,用于檢測用戶觸摸位置,接受后送觸摸屏控制器;而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息,并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標(biāo),再送給CPU,它同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。比較之模擬儀表、操作臺控制的優(yōu)點:(1)體積小,幾乎不占空間;(2)連線簡單化;(3)能儲存大量的數(shù)據(jù)(配方數(shù)據(jù)和采樣數(shù)據(jù));(4)通過標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和機(jī)器的遠(yuǎn)程監(jiān)控。GP系列觸摸屏工業(yè)圖形顯示器(簡稱觸摸屏)是一種連接人類和機(jī)器的(主要為PLC)的人機(jī)界面(國外稱為HMI或MMI),被稱為PLC的臉面。可用于參數(shù)的設(shè)置、數(shù)據(jù)的顯示和存儲、并以曲線、動畫等形式描繪自動化控制的過程,并可簡化PLC的控制程序??刂疲嚎梢酝ㄟ^觸摸來改變PLC內(nèi)部狀態(tài)位,存儲器數(shù)值,從而參與過程控制。 還可以通過標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet不增加工廠成本的情況下接入工廠現(xiàn)有的局域網(wǎng)從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和機(jī)器的過程監(jiān)控。變頻器由主電路和控制電路構(gòu)成。包括整流電路(工頻電源的電流變換成直流電且對直流電進(jìn)行平滑濾波)和逆變電路(直流電路變換成各種頻率的交流電)兩部分??刂齐娐吠瓿蓪χ麟娐返目刂?。對于通用變頻器單元,變頻器一般是指包括整流電路和逆變電路部分的裝置。此變頻器體積小,但性能高,%,低速范圍轉(zhuǎn)矩脈動小,具有各種智能化的功能,如自動節(jié)能、自整定和RS485通信等,并增強了維護(hù)/保護(hù)功能,適用于供水系統(tǒng)、潛水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)、食品攪拌機(jī)、起重機(jī)、印染機(jī)械等種類場合。因此在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時,選擇合適PLC輸入輸出點數(shù)就成為一個重要的考慮因素。一般PLC的輸入輸出點數(shù)在選擇時都要稍微多一點。本課題因考慮到能擴(kuò)展FP0—A21模擬量輸入/輸出模塊以及能與觸摸屏的通信問題,選用了FP0—C32CT型PLC。I/O點可以從最少的10點擴(kuò)展到最多的128點,使用時可根據(jù)實際需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合。 PLC輸入輸出端子的電路連接PLC和模擬量輸入/輸出模塊的工作電源以及輸入輸出端子都由24V直流電源供電,其中輸入輸出端子的電路連接方式如下圖所示(圖中的電源均為24V直流電源):圖8 FP0—C32CT端子接線圖 (I/O連接器)在此系統(tǒng)設(shè)計中,PLC的輸出共用到4點,對應(yīng)如下:Y1————KA1 Y2————KA4Y3————KA2 Y4————KA3圖9 PLC輸出點與繼電器線圈接法示意圖此連接中還使用二極管與中間繼電器線圈并聯(lián)以保護(hù)PLC輸出點免受電流的沖擊。 模擬量輸入/輸出模塊的設(shè)置要正確進(jìn)行A/D或D/A轉(zhuǎn)換,還需要進(jìn)行模式設(shè)置。表XXX列出了模擬模式切換開關(guān)的設(shè)置組合。變頻器的電源進(jìn)線和與電機(jī)的連接為強電連接部分,與PLC以及模擬量輸入/輸出模塊的連接為弱電連接部分。觸摸屏與PLC的通信線內(nèi)部構(gòu)成:在PLC連接端,通信線由三苾組成,標(biāo)號分別為S、R、G;在觸摸屏連接端,由一個25苾的接線端子組成,通信線中對應(yīng) S、R、G的三苾分別與7號針連接,同時必須把4號針和5號針短接,示意圖如下: 圖12 PLC—GP通信連接示意
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