畢業(yè)設(shè)計---恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計說明書 </b></p><p><b>　　（機(jī)電一體化工程）</b></p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　課程設(shè)計題目 恒 壓 供 水 系 統(tǒng) 設(shè) 計

2、 </p><p>　　課程設(shè)計工作自 2011 年1 月12日起至2011 年 4 月 15 日止</p><p>　　課程設(shè)計進(jìn)行地點(diǎn) </p><p>　　課程設(shè)計內(nèi)容要求 設(shè)計恒壓供水系統(tǒng),變頻器型號三菱，電動機(jī)臺數(shù)三臺，樓層為六層 。

3、 </p><p>　　具體要求如下： 1:上述工作要求扎扎實(shí)實(shí)完成,絕不走過場 </p><p>　　2:培養(yǎng)獨(dú)立思考,獨(dú)立動手,獨(dú)立查閱資料,嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué),一絲不茍的工作作風(fēng),培養(yǎng)會檢索查閱資料,使用資料的能力,嚴(yán)禁抄悉,不求甚解。

4、 </p><p>　　3:培養(yǎng)形成獨(dú)立分析問題,解決問題的能力,為畢業(yè)后工作打好基礎(chǔ)。 </p><p>　　4:有關(guān)問題按課程設(shè)計大綱要求進(jìn)行。 </p><p><b>　　指導(dǎo)教

5、師：</b></p><p><b>　　批準(zhǔn)日期：</b></p><p><b>　　恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，

6、對城市供水的數(shù)量、質(zhì)量、穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。我國中小城市水廠尤其是老水廠自動控制系統(tǒng)配置相對落后，機(jī)組的控制主要依賴值班人員的手工操作?？刂七^程繁瑣，而且手動控制無法對供水管網(wǎng)的壓力和水位變化及時做出恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。為了保證供水，機(jī)組通常處于超壓狀態(tài)運(yùn)行，不但效率低、耗電量大，而且城市管網(wǎng)長期處于超壓運(yùn)行狀態(tài)，老化也十分嚴(yán)重。</p><p>　　本文介紹了采用PLC控制的變頻調(diào)速供水系統(tǒng)，由PLC進(jìn)行邏輯控

7、制，由變頻器進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。通過PLC控制變頻與工頻切換，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)恒壓供水。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有壓力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速，恒壓供水，PLC</p><p>　　DESIGN OF CONSTANT PRESSURE WATER SUPPLY SYSTEM</p><p><b>　　ABSTRAC

8、T </b></p><p>　　With the rapid development of social economy, construction scale of the city continued to expand, increase in population and people's standard of living continues to improve, on the

9、 number of urban water supply, quality, stability, put increasingly higher demands. Small and medium - sized cities in China especially old water plant automatic control system of water factory configuration is relativel

10、y backward, unit of control depends on duty personnel manual. Control is tedious and manually contr</p><p>　　This article describes the PLC control of frequency conversion speed adjusting water supply system

11、, carried out by the PLC logical control, by a frequency converter for pressure adjustment. By PLC controlled frequency converter and power frequency switching, achieving closed - loop automatic control constant pressure

12、 water supply. The result shows that, the system has stable pressure, simple structure, reliable working and so on.</p><p>　　KEYWORDS : frequency, constant pressure water supply system, PLC</p><p&

13、gt;<b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要III</b></p><p>　　ABSTRACTIV</p><p><b>　　第一章 緒 論1</b></p><p>　　§1.1本課題選題背景及現(xiàn)實(shí)意義1</p>&

14、lt;p>　　§1.2設(shè)計目的1</p><p>　　§1.3 PLC的歷史及發(fā)展趨勢2</p><p>　　§1.3.1 PLC的歷史2</p><p>　　§1.3.2 PLC的發(fā)展趨勢3</p><p>　　第二章 恒壓供水中設(shè)備的選擇和論證4</p><p&

15、gt;　　§2.1恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略4</p><p>　　§2.2恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成4</p><p>　　§ 2.3PLC的選擇和論證6</p><p>　　§2.3.1 PLC模擬量擴(kuò)展單元的配置及應(yīng)用6</p><p>　　§2.4變頻器的選擇和論證8<

16、/p><p>　　§2.4.1變頻恒壓供水系統(tǒng)組成8</p><p>　　§2.4.2三菱FR-A700 變頻器產(chǎn)品信息及性能特點(diǎn)9</p><p>　　§2.5 電機(jī)的選擇和論證9</p><p>　　§2.5.1 水泵的選擇依據(jù)9</p><p>　　§2.5.

17、2 水泵的調(diào)節(jié)方式10</p><p>　　§2.5.3水泵的選定10</p><p>　　§2.6壓力傳感器的選用11</p><p>　　第三章 電控系統(tǒng)的原理圖12</p><p>　　§3.1電控系統(tǒng)的主原理圖12</p><p>　　§3.2PLC的外圍接線圖

18、12</p><p>　　第四章 系統(tǒng)控制流程設(shè)計14</p><p>　　§4.1程序的結(jié)構(gòu)14</p><p>　　§4.1.1初始化程序14</p><p>　　§4.2程序功能的實(shí)現(xiàn)17</p><p>　　§4.2.1啟動程序17</p>&l

19、t;p>　　§4.2.2水泵切換程序17</p><p>　　§4.2.3逐臺停泵程序17</p><p>　　§4.2.4 故障處理18</p><p>　　§4.3恒壓供水主要程序如下：18</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p>

20、<p><b>　　致 謝26</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p>　　§1.1本課題選題背景及現(xiàn)實(shí)意義</p><p>　　隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，城市高層建筑的供水問題日益突出。一方面要求提高供水的質(zhì)量，不要因為壓力的波動而造成供水障礙；另一方面要求保證

21、供水的可靠性和安全性，在發(fā)生火災(zāi)時能夠可靠供水。針對這兩方面的要求，新的供水方式應(yīng)運(yùn)而生，這就是PLC控制的恒壓無塔供水系統(tǒng)。恒壓供水保證了供水的質(zhì)量，以PLC為主機(jī)的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，同時又提高了系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　我國長期以來在市政供水、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，工業(yè)自動化程度低。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象

22、；而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，此時會造成能量的浪費(fèi)，同時還有可能造成水管爆裂和用水設(shè)備的損壞。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)供水壓力的方式，多采用頻繁啟／停電機(jī)的控制和水塔二次供水調(diào)節(jié)的方式，前者產(chǎn)生大量能耗的，而且對電網(wǎng)中其他負(fù)荷造成影響，設(shè)備不斷啟停會影響設(shè)備壽命；后者則需要大量的占地與投資。且由于是二次供水，不能保證供水質(zhì)的安全與可靠性。而變頻調(diào)速式的運(yùn)行十分穩(wěn)定可靠，沒有頻繁的啟動現(xiàn)象，啟動方式為軟啟動，設(shè)備

23、運(yùn)行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機(jī)械沖擊，也沒有水塔供水所帶來的二次污染的危險。由此可見，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有供水安全、節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會。</p><p><b>　　§1.2設(shè)計目的</b></p><p>　　《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計是大學(xué)生在完成《機(jī)電一

24、體化系統(tǒng)設(shè)計》等專業(yè)課學(xué)習(xí)后,進(jìn)行綜合性實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，總的目的是在老師的指導(dǎo)下,使學(xué)生通過課程設(shè)計,對所學(xué)課程理論知識進(jìn)行一次系統(tǒng)的回顧檢查復(fù)習(xí)和提高,并運(yùn)用所學(xué)理論,通過調(diào)研,設(shè)計一個機(jī)電控制方面的課題,受到從理論到實(shí)踐應(yīng)用的綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立運(yùn)用所學(xué)理論解決具體問題的能力,具體有以下幾點(diǎn)：</p><p>　　1、通過檢索查閱運(yùn)用有關(guān)手冊、標(biāo)準(zhǔn)及參考資料，培養(yǎng)起學(xué)生檢索查閱資料、使用資料的方法和能力。&

25、lt;/p><p>　　2、通過回顧查閱課程理論知識、運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)課,專業(yè)技術(shù)課和專業(yè)課知識，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實(shí)際問題正確設(shè)計總體方案, 分析具體問題、進(jìn)行工程設(shè)計的能力。</p><p>　　3、本例綜合了PLC在多方面的應(yīng)用，既有開關(guān)量I/O也有模擬量I/O；既有PID調(diào)節(jié)的典型應(yīng)用，又有復(fù)雜的邏輯控制。另外本例中使用的三菱的變頻器使電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟 啟動控制。通過一系列的學(xué)習(xí)，查找資料使得我們學(xué)

26、到的知識加以鞏固。</p><p>　　§1.3 PLC的歷史及發(fā)展趨勢</p><p>　　§1.3.1 PLC的歷史</p><p>　　20世紀(jì)60年代中期，美國通用汽車公司（GM）為適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，提出了一種設(shè)想：把計算機(jī)的功能完善、通用靈活等優(yōu)點(diǎn)和繼電控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制成一種通用控制裝

27、置，并把計算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡化，采用面向控制過程、面向問題的語言編程，使不熟悉計算機(jī)的人也能方便地使用。美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)這一設(shè)想，于1969年研制成功了第一臺可編程序控制器PDP-14，并在汽車自動裝配線上試用獲得成功。</p><p>　　這項新技術(shù)的成功使用，在工業(yè)界產(chǎn)生了巨大影響。從此，可編程序控制器在世界各地迅速發(fā)展起來。1971年，日本從美國引進(jìn)這項新技術(shù)，并很快研制成功了

28、日本第一臺可編程序控制器DCS-8。1973～1974年原西德和法國也研制出了他們的可編程序控制器。我國從1974年開始研制，1977年研制成功了以一位微處理器MC14500為核心的可編程序控制器，并開始工業(yè)應(yīng)用。從1969年出現(xiàn)第一臺PLC，經(jīng)20多年的發(fā)展，PLC已經(jīng)發(fā)展到了第四代。其發(fā)展過程大致如下：</p><p>　　第一代在1969-1972年。這個時期的產(chǎn)品，由中小規(guī)模集成電路組成，存儲器為磁芯存儲

29、器。其功能也比較單一，僅能實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、定時、計數(shù)等功能。典型產(chǎn)品有：美國DEC公司的PDP-14，日本富士公司的USC-4000，日本立石（OMRON）公司的SCY-022等。</p><p>　　第二代在1973-1975年。這個時期的產(chǎn)品已開始使用微處理器作為CPU，存儲器采用半導(dǎo)體存儲器。其功能上有所增加，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字運(yùn)算、傳送、比較等功能，并初步具備自診斷功能，可靠性有了一定提高。典型產(chǎn)品有：美國歌德公

30、司的MODICON184、284、384系列，原西德西門子的SYMATIC S3、S4系列，日本富士的SC系列等。</p><p>　　第三代在1976-1983年。這個時期，PLC進(jìn)入了大發(fā)展階段，美國、日本、原西德各有幾十個廠家生產(chǎn)PLC。這個時期的產(chǎn)品已采用8位和16位微處理器作為CPU，部分產(chǎn)品還采用了多微處理器結(jié)構(gòu)。其功能顯著增強(qiáng)，速度大大提高，并能進(jìn)行多種復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，具備完善的通訊功能和較強(qiáng)的遠(yuǎn)程

31、I/O能力，具有較強(qiáng)的自診斷功能并采用了容錯技術(shù)。</p><p>　　§1.3.2 PLC的發(fā)展趨勢</p><p>　　由于工業(yè)生產(chǎn)對自動控制系統(tǒng)需求的多樣性，PLC的發(fā)展方向有兩個：</p><p>　　一是朝著小型、簡易、價格低廉方向發(fā)展。近年來，單片機(jī)的出現(xiàn)，促進(jìn)了PLC向緊湊型發(fā)展，體積減小，價格降低，可靠性不斷提高。這種PLC可以廣泛取代繼電

32、器控制系統(tǒng)，應(yīng)用于單機(jī)控制和規(guī)模比較小的自動線控制，如日本立石公司的C20P\C40P\C60P\C20H\C40H等</p><p>　　二是朝著大型、高速、多功能方向發(fā)展。大型的PLC一般為多處理器系統(tǒng)，由字處理器、位處理器和浮點(diǎn)處理器等組成，有較大的存儲能力和功能很強(qiáng)的輸入輸出接口。通過豐富的智能外圍接口，可以獨(dú)立完成位置控制、閉環(huán)調(diào)節(jié)等特殊功能；通過網(wǎng)絡(luò)接口，可以連不同類型的PLC和計算機(jī)。</p&

33、gt;<p>　　第二章 恒壓供水中設(shè)備的選擇和論證</p><p>　　§2.1恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略</p><p>　　采用電動機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器（PLC）構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動調(diào)整泵組的運(yùn)行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水

34、壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入CPU運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動機(jī)的投運(yùn)臺數(shù)和運(yùn)行變量泵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。恒壓供水就是利用變頻器的PID或PI功能實(shí)現(xiàn)的工業(yè)過程的閉環(huán)控制。即將壓力控制點(diǎn)測的壓力信號直接輸入到變頻器中，由變頻器將其與用戶設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，并通過變頻器內(nèi)置PID運(yùn)算將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號調(diào)整水泵電機(jī)的電源頻率，從而實(shí)現(xiàn)控制水泵轉(zhuǎn)速。供水系統(tǒng)選用原則水泵

35、揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供水高度。水泵流量總和應(yīng)大于實(shí)際最大供水量。</p><p>　　§2.2恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成</p><p>　　恒壓供水泵站一般需要設(shè)多臺水泵及電機(jī)，這比設(shè)單臺水泵電機(jī)節(jié)能而可靠。配單臺電機(jī)及水泵時，它們的功率必須足夠大，在用水量較少時運(yùn)行一臺較大電機(jī)肯定是浪費(fèi)的，電機(jī)選小了用水量大時供水量則相應(yīng)的會不足。而且水泵與電機(jī)維修的時候，備用泵是必要的。而恒壓供水的

36、主要目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化的，那么這就是要用變頻器為水泵電機(jī)供電。在此這里有兩種配置方案，一種是為每一臺水泵電機(jī)配一臺相應(yīng)的變頻器，從解決問題方案這個比較簡單和方便，電機(jī)與變頻器間不須切換，但是從經(jīng)費(fèi)的角度來看的話這樣比較昂貴。另一種方案則是數(shù)臺電機(jī)配一臺變頻器，變頻器與電機(jī)間可以切換的，供水運(yùn)行時，一臺水泵變頻運(yùn)行，其余的水泵工頻運(yùn)行，以滿足不同的水量需求。 如圖2-1為恒壓供水泵的水的構(gòu)成

37、。示</p><p>　　圖2-1恒壓供水泵的構(gòu)成</p><p>　　圖中壓力傳感器用于檢測管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口。當(dāng)用水量大時，水壓降低；用水量小時，水壓升高。水壓傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o調(diào)節(jié)器。 調(diào)節(jié)器是一種電子裝置，它具有設(shè)定水管水壓的給定值、接受傳感器送來得管網(wǎng)水壓的實(shí)測值、根據(jù)給定值與實(shí)測值的綜合依一定的</p><p>

38、　　調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出的系統(tǒng)調(diào)接信號等功能。調(diào)節(jié)器的輸出信號一般是模擬信號，4～20MA變化的電流信號或0～10V間變化的電壓信號。信號的量值與前邊的提到的差值成正比例，用于驅(qū)動執(zhí)行器設(shè)備工作。在變頻器恒壓供水系統(tǒng)中，執(zhí)行設(shè)備就是變頻器，</p><p>　　調(diào)節(jié)器是一種電子裝置，它具有設(shè)定水管水壓的給定值、接受傳感器送來得管網(wǎng)水壓的實(shí)測值、根據(jù)給定值與實(shí)測值的綜合依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出的系統(tǒng)調(diào)接信號等功能。調(diào)節(jié)器的輸出

39、信號一般是模擬信號，4~20MA變化的電流信號或0~10V間變化的電壓信號。信號的量值與前邊的提到的差值成正比例，用于驅(qū)動執(zhí)行器設(shè)備工作。在變頻器恒壓供水系統(tǒng)中，執(zhí)行設(shè)備就是變頻器。 用PLC代替調(diào)節(jié)器，其控制性能和精度大大提高了，因此，PLC作為恒壓供水系統(tǒng)的主要控制器，其主要任務(wù)就是代替調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)水壓給定值與反饋值的綜合與調(diào)節(jié)工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)字PID調(diào)節(jié)；它還控制水泵的運(yùn)行與切換，在多泵組恒壓供水泵站中，為了使設(shè)備均勻的磨損，水泵及電機(jī)

40、是輪換的工作。</p><p>　　如規(guī)定和變頻器相連接的泵為主泵（主泵也是輪流擔(dān)任的），主泵在運(yùn)行時達(dá)到的最高頻率時，須增加一臺工頻水泵投入運(yùn)行。PLC則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備。PLC同時還是變頻器的驅(qū)動控制。恒壓供水泵站中變頻器常常采用模擬量控制方式，這需采用PLC的模擬量控制模塊，該模塊的模擬量輸入端子接受到傳感器送來的模擬信號，輸出端送出經(jīng)給定值與反饋值比較并經(jīng)PID處理后得出的模擬量信號，并依此信號的變化

41、改變變頻器的輸出頻率。另外，泵站的其他控制邏輯也由PLC承擔(dān)，如：手動、自動操作轉(zhuǎn)換，泵站的工作狀態(tài)指示，泵站的工作異常的報警，系統(tǒng)的自檢等等。</p><p>　　§ 2.3PLC的選擇和論證</p><p>　　§2.3.1 PLC模擬量擴(kuò)展單元的配置及應(yīng)用</p><p>　　PLC的普通輸入輸出端口均為開關(guān)量處理端口，為了使PLC能完成模

42、擬量的處理，常見的方法是為整體式PLC加配模擬量擴(kuò)展單元。模擬量擴(kuò)展單元可以將外部模擬量轉(zhuǎn)換為PLC可處理的數(shù)字量及將PLC內(nèi)部運(yùn)算結(jié)果數(shù)字量轉(zhuǎn)換為機(jī)外所需的模擬量。模擬量擴(kuò)展單元有單獨(dú)用于模/數(shù)轉(zhuǎn)換的，單獨(dú)用于數(shù)/模轉(zhuǎn)換的，也有兼具模/數(shù)及數(shù)/模轉(zhuǎn)換兩種功能的。如用S7-200系列PLC的模擬量擴(kuò)展模塊EM235，它具有四路模擬量輸入及一路模擬量輸出，可以用于恒壓供水控制中。</p><p>　　恒壓供水系統(tǒng)的

43、輸入/輸出信號的名稱、代碼及地址的分配如下表，水位上下限信號分別為I0.1 、I0.2，它們在水淹沒時為0，露出時為1。詳見2-1和2-2</p><p>　　2-1輸入點(diǎn)代碼和地址編號</p><p>　　2-2輸出點(diǎn)代碼和地址編號</p><p>　　市場上可以選擇的PLC很多，但考慮到控制系統(tǒng)共有輸入點(diǎn)6個，開關(guān)量輸出點(diǎn)有12個；模擬量輸出點(diǎn)一個。如果選用CP

44、U224PLC，需要擴(kuò)展單元，如果選用CPU26PLC,則價格較高，浪費(fèi)較大。參照西門子S7-200產(chǎn)品目錄及市場實(shí)際價格，選用主機(jī)為CPU22(8入6繼電器輸出)一臺，加上擴(kuò)展模塊EM222(8繼電器輸出)，在擴(kuò)展一個模擬量模塊EM235(4AI/1AO)，這樣的配置是相當(dāng)經(jīng)濟(jì)的，整個PLC系統(tǒng)配置如圖2- 2所示。</p><p>　　圖2-2 PLC系統(tǒng)的組成</p><p>　　

45、§2.4變頻器的選擇和論證</p><p>　　§2.4.1變頻恒壓供水系統(tǒng)組成</p><p>　　小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)通常是由水池、離心泵（主泵+休眠泵）、壓力傳感器、PID調(diào)節(jié)器、變頻器（主泵+休眠泵）、管網(wǎng)組成。工作流程是利用設(shè)置在管網(wǎng)上的壓力傳感器將管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)因用水量的變化引起的水壓變化，及時將信號（4-20mA或0-10V）反饋PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器對比

46、設(shè)定控制壓力進(jìn)行運(yùn)算后給出相應(yīng)的變頻指令，改變水泵的運(yùn)行或轉(zhuǎn)速，使得管網(wǎng)的水壓與控制壓力一致。</p><p>　　在選擇變頻恒壓供水系統(tǒng)的參數(shù)時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)</p><p>　?。?）、合理選取壓力控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低能耗恒壓供水。這個目的的實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵就在于壓力控制參數(shù)的選取，通常管網(wǎng)壓力控制點(diǎn)的選擇有兩個：一個就是管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力恒壓控制，另一個就是泵出口壓力恒壓控制。選擇管網(wǎng)最不利點(diǎn)

47、的最小水頭為壓力控制參數(shù)，形成閉環(huán)壓力自控系統(tǒng)，使得水泵的轉(zhuǎn)速與PID調(diào)節(jié)器設(shè)定壓力相匹配，可以達(dá)到最大節(jié)能效果，而且實(shí)現(xiàn)了恒壓供水的目的。</p><p>　?。?）、變頻器在投入運(yùn)行后的調(diào)試是保證系統(tǒng)達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)的必要手段。變頻器根據(jù)負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量的大小，在啟動和停止電機(jī)時所需的時間不相同，設(shè)定時間過短會導(dǎo)致變頻器在加速時過電流、在減速時過電壓保護(hù)；設(shè)定時間過長會導(dǎo)致變頻器在調(diào)速運(yùn)行時使系統(tǒng)變得調(diào)節(jié)緩慢，

48、反應(yīng)遲滯，應(yīng)變能力差，系統(tǒng)易處在短期不穩(wěn)定狀態(tài)中。為了不使變頻器誤跳閘保護(hù)，現(xiàn)場使用當(dāng)中的許多變頻器加減速時間的設(shè)置過長，它所帶來的問題很容易被設(shè)備的外表的正常而掩蓋，但是變頻器達(dá)不到最佳運(yùn)行狀態(tài)。所以現(xiàn)場使用時要根據(jù)所驅(qū)動的負(fù)載性質(zhì)不同，測試出負(fù)載的允許最短加減速時間，進(jìn)行設(shè)定。對于水泵電機(jī)，加減速時間的選擇在0.2-20秒之間。</p><p>　　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(diǎn)，

49、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。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水。量發(fā)生變化時保持水壓恒定，以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。</p><p>　　§2.4.2三菱FR-A700 變頻器產(chǎn)品信息及性能特點(diǎn) </p><p>　　功率范圍：0.4～

50、500kW</p><p>　　閉環(huán)時可進(jìn)行高精度的轉(zhuǎn)矩/速度/位置控制</p><p>　　無傳感器矢量控制可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩/速度控制</p><p>　　內(nèi)置PLC 功能（特殊型號）</p><p>　　使用長壽命元器件，內(nèi)置EMC 濾波器</p><p><b>　　強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能</b>&l

51、t;/p><p>　　而且支持Device Net， Mod bus 等協(xié)議，因此我們使用三菱FR-A700變頻器。</p><p>　　§2.5 電機(jī)的選擇和論證</p><p>　　§2.5.1 水泵的選擇依據(jù)</p><p>　　要正確選擇電動機(jī)的功率，必須經(jīng)過以下計算或比較：對于恒定負(fù)載連續(xù)工作方式，如果知道負(fù)載的功率

52、(即生產(chǎn)機(jī)械軸上的功率)P10（w)，可按式2．1計算所需電動機(jī)的功率P(kW)：</p><p>　　P=Pl／(η1×η2) (2．1)</p><p>　　式中，η1為生產(chǎn)機(jī)械的效率；η2為電動機(jī)的效率，即傳動效率。</p><p>　　按上式求出的功率，不一定與產(chǎn)品功率相同。因此，所選電動機(jī)的額定功率</p>

53、<p>　　應(yīng)等于或稍大于計算所得的功率。</p><p>　　變頻恒壓供水的理論分析，電動機(jī)的功率應(yīng)根據(jù)小區(qū)內(nèi)所需要（樓高為六層）的功率來選擇，盡量使電動機(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)行按2.2計算。</p><p>　　P=ρgH=1.0×103×9.8×3×6=I.764×105 (Pa) （ 2.2）</p><

54、;p>　　選擇時應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：</p><p>　　(1)如果電動機(jī)功率選得過小，就會出現(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象，造成電動機(jī)長期過載，使其絕緣因發(fā)熱而損壞，甚至電動機(jī)被燒毀。</p><p>　　(2)如果電動機(jī)功率選得過大，就會出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，其輸出機(jī)械功率不能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不高，不但對用戶和電網(wǎng)不利，而且還會造成電能浪費(fèi)。</p><p&

55、gt;　　§2.5.2 水泵的調(diào)節(jié)方式</p><p>　　水泵的調(diào)速運(yùn)行，是指水泵在運(yùn)行中根據(jù)運(yùn)行環(huán)境的需要，人為的改變運(yùn)行工作狀況點(diǎn)(簡稱工況點(diǎn))的位置，使流量、揚(yáng)程、軸功率等運(yùn)行參數(shù)適應(yīng)新的工作狀況的需要。水泵的工況點(diǎn)是由水泵的性能曲線和管網(wǎng)的特性曲線的交點(diǎn)確定的。因此，只要這兩條曲線之一的形狀或位置有了改變，工況點(diǎn)的位置也就隨之改變。所以，水泵的調(diào)節(jié)從原理上講是通過改變水泵的性能曲線或管網(wǎng)特性

56、曲線或二者同時改變來實(shí)現(xiàn)的。水泵的調(diào)節(jié)方式與節(jié)能的關(guān)系非常密切，過去普遍采用改變閥門或擋板開度的節(jié)流調(diào)節(jié)方式，即改變裝置管網(wǎng)的特性曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方式雖然簡便易行，但往往造成很大的能量損失。大量的統(tǒng)計調(diào)查表明，一些在運(yùn)行中需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的水泵，其能量浪費(fèi)的主要原因，往往是由于采用不合適的調(diào)節(jié)方式。因此，研究并改進(jìn)它們的調(diào)節(jié)方式，是節(jié)能最有效的途徑和關(guān)鍵所在，水泵的調(diào)節(jié)方式可分為恒速調(diào)節(jié)與變速調(diào)節(jié)水泵的調(diào)節(jié)方式。</p>

57、<p>　　§2.5.3水泵的選定</p><p>　　在小區(qū)供水時日常主供機(jī)組有三臺，其中備用電機(jī)有一臺，可以采用的變頻方式有一拖二(即一臺變頻器帶二臺電機(jī))、一拖三、一拖四的三種方式。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，拖的電機(jī)較多，變頻器和控制系統(tǒng)就會越復(fù)雜，成本也會較高一些。從國內(nèi)目前成熟的變頻器上考慮，采用一拖三的低壓變頻器成本較低，技術(shù)也較成熟。因此如果能滿足日常供水要求，采用一拖三的方式更適宜于日

58、常水廠。在變頻電機(jī)選擇上，考慮日常水廠作為全城的輔助水廠，在每天夜間會停機(jī)并在啟動點(diǎn)機(jī)后會有較長時間采用較小流量補(bǔ)水，這時采用小功率電機(jī)變頻，電機(jī)功率相對會低一些，因此，從經(jīng)濟(jì)與實(shí)用角度，采用變頻一拖三，帶一臺Y315／160kw電機(jī)和兩臺Y280S／75kw電機(jī)，其中備用電機(jī)既可以滿足最大供水量要求，也可以解決小流量時電耗問題，是比較適宜的變頻機(jī)泵的選擇方案。（見第三章主電路圖）</p><p>　　§

59、;2.6壓力傳感器的選用</p><p>　　根據(jù)我們的需要，考慮的小區(qū)的供水的可靠及穩(wěn)定性并結(jié)合它所具有的特點(diǎn)，我選用PTH503壓力傳感器。它采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。輸出信號: 4～20mA(二線制)、0～5V、1～5V、0～10V(三線制) 供電電壓: 24DCV(9～36DCV)。廣泛用于工業(yè)設(shè)備、水利、化工、醫(yī)療、電力、空調(diào)、金剛石壓機(jī)、冶金、車輛制動、樓宇供水等壓力

60、測量與控制，具有高精度、高穩(wěn)定性、量程范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　如圖2-3所示PTH503壓力傳感器</p><p>　　此類傳感器通常也稱為：油壓傳感器，油壓變送器，液壓傳感器，液壓變送器，風(fēng)壓傳感器，風(fēng)壓變送器，氣壓傳感器，氣壓變送器，應(yīng)變式壓力傳感器，應(yīng)變式壓力變送器，正負(fù)壓力傳感器，管道壓力傳感器,管道壓力變送器等。第三章 電控系統(tǒng)的原理圖</p><

61、p>　　§3.1電控系統(tǒng)的主原理圖</p><p><b>　　主電路圖</b></p><p>　　3-1恒壓供水系統(tǒng)控制電路圖</p><p>　　如圖3-1為電控系統(tǒng)的主電路圖。三臺電機(jī)分別為M1，M2，M3。接觸器KM1，KM3，KM5分別控制電機(jī)M1，M2，M3的工頻運(yùn)行；接觸器KM2，KM4，KM6分別控制電機(jī)M1

62、，M2，M3的變頻運(yùn)行；FR1，F(xiàn)R2，F(xiàn)R3分別為三臺水泵電機(jī)的過載保護(hù)的熱繼電器；QS1，QS2，QS3，QS4分別為變頻器和三臺水泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)；FU1為主電路的熔斷器；FR-A700為通用變頻器。</p><p>　　§3.2PLC的外圍接線圖</p><p>　　實(shí)際使用的過程中我們還必須考慮到很多的因素，主要包括有：</p><p>

63、<b>　　電源的抗干擾措施</b></p><p><b>　　直流電源的容量</b></p><p><b>　　輸出方面的保護(hù)措施</b></p><p><b>　　系統(tǒng)的保護(hù)措施</b></p><p>　　圖3-2 PLC的外圍接線圖第四章

64、系統(tǒng)控制流程設(shè)計</p><p><b>　　§4.1程序的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　根據(jù)前面可知，PLC在恒壓供水系統(tǒng)中的功能比較多，由于模擬量單元及PID調(diào)節(jié)都需要編制初始化及中斷程序，本程序可以分為三個部分：主程序、子程序和中斷程序。表4-1所示為各元件的分配。</p><p>　　§4.1.1初始化程序<

65、;/p><p>　　系統(tǒng)的初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣可以節(jié)省掃描時間。利用定時器中斷功能來實(shí)現(xiàn)PID控制的定時采樣及輸出控制。初始化子程序流程框圖如圖1。在初始化的子程序中僅僅在上電和故障結(jié)束時用，其主要的用途為節(jié)省大量的掃描時間加快整個程序的運(yùn)行效率，提高了PID中斷的精確度。上電的處理作用是CPU進(jìn)行清除內(nèi)部繼電器，復(fù)位所有的定時器，檢查I/O單元的連接。如圖4-1所示</p>&

66、lt;p>　　圖4-1 初始化程序</p><p>　?、?主程序流程圖如圖4-2。其功能最多，如泵的切換信號的生成、泵組接觸器邏輯控制信號的綜合及報警處理等等都在主程序中。生活及消防雙恒壓的兩個恒壓值是采用數(shù)字式方式直接在程序中設(shè)定的。生活供水時系統(tǒng)設(shè)定為滿量程的70%，消防供水時系統(tǒng)設(shè)定為滿量程的90%。本系統(tǒng)中的增益和時間常數(shù)為：增益 KC=0.25，采樣時間 Ts=0.2s，積分時間 Ti=30mi

67、n</p><p>　　圖4-2程序流程圖圖4-3中斷程序</p><p>　?、?中斷程序如圖4-3，其作用主要用于PID的相應(yīng)計算，在PLC的常閉繼電器SM0.0的作用下工作，它包括：設(shè)定回路輸入及輸出選項、設(shè)定回路參數(shù)、設(shè)定循環(huán)報警選項、為計算指定內(nèi)存區(qū)域、指定初始化子程序及中斷程序。</p><p>　　恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電動機(jī)電源頻

68、率，而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變水泵出口壓力，比靠調(diào)節(jié)閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長泵和電動機(jī)的機(jī)械使用壽命。實(shí)現(xiàn)恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強(qiáng)度。 </p><p>　　表4-1程序中使用的PLC元件及其功能如下表</p><p&

69、gt;　　§4.2程序功能的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　§4.2.1啟動程序</p><p>　　在自動運(yùn)行方式下開始啟動運(yùn)行時，首先檢測水池水位，若水池水位符合設(shè)定水位要求，1#泵變頻交流接觸器吸合，電機(jī)與變頻器連通，變頻器輸出頻率從0Hz開始上升，此時壓力變送器檢測壓力信號反饋PLC，由PLC經(jīng)PID運(yùn)算后控制變頻器的頻率輸出；如壓力不夠，則頻率上升至50Hz，延時一

70、定時間后，將1#泵切換為工頻，2#泵變頻交流接觸器吸合，變頻啟動2#水泵，頻率逐漸上升，直至出水壓力達(dá)到設(shè)定壓力，依次類推增加水泵。</p><p>　　§4.2.2水泵切換程序</p><p>　　如用水量減小，出水壓力超過設(shè)定壓力，則PLC控制變頻器降低輸出頻率，減少出水量來穩(wěn)定出水壓力。若變頻器輸出頻率低于某一設(shè)定值（水泵出水頻率，一般為25Hz），而出水壓力仍高于設(shè)定壓力

71、值時，PLC開始計時，若在一定時間內(nèi)，出水壓力降低到設(shè)定壓力，PLC放棄計時，繼續(xù)變頻調(diào)速運(yùn)行；若在一定時間內(nèi)出水壓力仍高于設(shè)定壓力，根據(jù)先投先停的原則，PLC將停止正在運(yùn)行的水泵中運(yùn)行時間最長的工頻泵，直至出水壓力達(dá)到設(shè)定值。</p><p>　　§4.2.3逐臺停泵程序 </p><p>　　當(dāng)用戶用水量較少，若變頻器輸出頻率低于設(shè)定水泵出水頻率而出水壓力仍高于設(shè)定壓力值時，

72、延時一段時間后根據(jù)先投先停的原則，停止正在運(yùn)行水泵中運(yùn)行時間最長的工頻泵，直至出水壓力達(dá)到設(shè)定值。若系統(tǒng)只有一臺水泵變頻運(yùn)行且連續(xù)一段時間頻率低于設(shè)定出水頻率，則切除變頻運(yùn)行主泵，投入小流量泵，既保護(hù)主泵電動機(jī)，又節(jié)約能源。當(dāng)外來管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)定壓力時，則控制器完全停止各泵工作，外界管網(wǎng)直接向用戶供水。</p><p>　　§4.2.4 故障處理</p><p>　　變頻故障從冗

73、余設(shè)計原則考慮，在變頻器發(fā)生故障時也要不間斷供水。當(dāng)變頻器突然發(fā)生故障，蜂鳴器報警，PLC發(fā)指令使全部水泵停機(jī)，然后1#泵工頻運(yùn)行，經(jīng)一定延時后根據(jù)壓力變化情況再使2#泵工頻運(yùn)行。此時，PLC在切換泵時則根據(jù)實(shí)際水壓變化在工頻水泵間的切換。當(dāng)出現(xiàn)水池?zé)o水停機(jī)、電動機(jī)欠壓、過壓、錯相、電機(jī)故障等情況時，均能由蜂鳴器發(fā)出警報聲。所有故障解決、恢復(fù)正常后，自啟動前也要發(fā)出報警信號</p><p>　　§4.3

74、恒壓供水主要程序如下：</p><p>　　上電初始化，調(diào)初始化子程序</p><p>　　消防/生活供水壓力給定值設(shè)定</p><p>　　上電和故障結(jié)束時重新激活變頻泵的存儲器</p><p>　　變頻器頻率上限時增泵濾波</p><p>　　符合增泵條件時，工頻水泵運(yùn)行數(shù)加一</p><p&g

75、t;　　復(fù)位變頻器頻率，微軟啟動做準(zhǔn)備</p><p><b>　　工頻水泵數(shù)量加1</b></p><p>　　產(chǎn)生下一臺泵變頻運(yùn)行啟動信號</p><p>　　變頻工作泵的泵號轉(zhuǎn)移</p><p>　　一個變頻泵持續(xù)運(yùn)行的時間的判斷</p><p>　　3個小時到則啟動下一臺變頻泵的信號<

76、;/p><p>　　1號泵變頻運(yùn)行控制邏輯</p><p>　　2號泵變頻運(yùn)行控制邏輯</p><p>　　3號泵變頻運(yùn)行控制邏輯</p><p><b>　　初始化子程序</b></p><p><b>　　中斷子程序</b></p><p><b

77、>　　PI控制端程序</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 姜培剛編  機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計 機(jī)械工業(yè)出版社 (2004年9月) </p><p>　　2 黃筱調(diào)等編  機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用  機(jī)械工業(yè)出版社(第一版)</p>

78、;<p>　　3 李景學(xué)、金廣業(yè) 可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 北京:電子工業(yè)出版社,19984 趙常德 董景新 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計 機(jī)械工業(yè)出版社 2007</p><p>　　5 高惠芳.恒壓供水系統(tǒng)的自動控制,廣州:廣東工業(yè)大學(xué)電信工程系，2002。6 趙松年、張奇鵬主編《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》北京：機(jī)械工業(yè)出版社2004。7 愈 林.西門子S7-200PLC應(yīng)用教程 [M

79、].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.8</p><p>　　8 郎宏仁.可編程控制全自動恒壓供水系統(tǒng),哈爾濱市自來水公司，1999。9 陳少波.變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用,汕頭大學(xué)機(jī)電系，2000。10 馬云峰.PLC的PID功能在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用,濰坊高等?？茖W(xué)校，</p><p>　　11 韓焱青.PLC控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，武漢化工學(xué)院學(xué)報 2000。</p&

80、gt;<p>　　12 呂景全 自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試 中國鐵道出版社 2008</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本設(shè)計的選題及論文撰寫工作是在導(dǎo)師***老師的直接關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下進(jìn)行的，在設(shè)計過程中*老師態(tài)度認(rèn)真、工作負(fù)責(zé)，對我的設(shè)計提出了許多寶貴的意見，能夠及時解決我們設(shè)計中遇到的難題，對我們的設(shè)計提供了很大

81、的幫助；同時老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)、淵博的知識、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗和敏銳的思維將使我受益終身，兩年來他在學(xué)習(xí)、生活上一直對我悉心指導(dǎo)，嚴(yán)格要求、熱情鼓勵，為我創(chuàng)造了很多鍛煉提高的機(jī)會。*老師老師洞察全局、高屋建瓴，為我的論文的順利完成指出了很好的方向，*xx老師淵博的知識、寬廣無私的胸懷、夜以繼日的工作態(tài)度、對事業(yè)的執(zhí)著追求、誨人不倦的教師風(fēng)范和對問題的敏銳觀察力，都將使我畢生受益，在此，謹(jǐn)向***老師致以崇高的敬意和衷心的感謝！</p>