變頻供水畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1、緒論</b></p><p>　　目前，我們國(guó)家在水位控制中有很大一部分水泵電機(jī)是不變速拖動(dòng)系統(tǒng)，不變速電機(jī)的電能大多消耗在適應(yīng)供水量的變化而頻繁的開(kāi)停水泵中。這樣不但使電機(jī)工作在低效區(qū)、減短電機(jī)的使用壽命，而且電機(jī)的頻繁開(kāi)停使設(shè)備故障率很高，導(dǎo)致水資源嚴(yán)重浪費(fèi)，系統(tǒng)的維護(hù)、維修工作量較大。 </p><p>　　隨著高位生活用水和工

2、業(yè)用水逐漸增多，傳統(tǒng)的控制方法已經(jīng)落后。原先用人工進(jìn)行水位控制，由于無(wú)法每時(shí)每刻對(duì)水位進(jìn)行準(zhǔn)確的定位監(jiān)測(cè)，很難準(zhǔn)確控制水泵的起停。使用浮標(biāo)或機(jī)械等水位控制裝置使供水狀況有了一些改變，但由于機(jī)械裝置的故障多，可靠性差，給維修帶來(lái)很大的麻煩。變頻技術(shù)以其在節(jié)能與恒壓方面的優(yōu)越性能，可以解決水壓控制系統(tǒng)存在的以上問(wèn)題。考慮選用單片機(jī)或PLC與變頻器結(jié)合為核心構(gòu)成的系統(tǒng)都能達(dá)到較好的控制效果。但在軟件設(shè)計(jì)上，PLC比單片機(jī)的編程更簡(jiǎn)潔、直觀，從

3、硬件接口考慮，單片機(jī)電路稍微復(fù)雜一些。從經(jīng)濟(jì)方面考慮，由于PLC工藝的日漸成熟，小型PLC的成本與單片機(jī)相差無(wú)幾。由于要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，PLC的軟件中時(shí)間參數(shù)的調(diào)整更簡(jiǎn)單，這樣更有利于售后服務(wù)人員掌握。本系統(tǒng)控制效果好，軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，硬件接口簡(jiǎn)易可行、可靠性高，則整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比非常高。本次設(shè)計(jì)將電力和機(jī)械相輔相成的結(jié)合起來(lái)，并以此為目標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)研究和思考鍛煉自己的綜合能力。</p><p>　　

4、2、電機(jī)控制系統(tǒng)原理及水泵加、卸載供水控制方式存在的電能浪費(fèi)</p><p><b>　　2.1 能耗分析</b></p><p>　　交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為：</p><p>　　n=60f（1-s）/p （式2-1）</p><p>　　其中 n—電機(jī)轉(zhuǎn)速　　　f—運(yùn)行電頻率；</p><

5、p>　　p—電機(jī)極對(duì)數(shù)　　　　 s—轉(zhuǎn)差率；</p><p>　　加、卸載控制方式使得水的壓力在Pmin～Pmax之間來(lái)回變化。Pmin是最低壓力值，即能夠保證用戶正常工作的最低壓力。</p><p>　　一般情況下，Pmax、Pmin之間關(guān)系可以用下式來(lái)表示：</p><p>　　Pmax＝（1＋δ）Pmin</p><p>　　δ是

6、一個(gè)百分?jǐn)?shù)，其數(shù)值大致在15%～30%之間。  </p><p>　　在加、卸載供水控制方式下的水泵電機(jī)，所浪費(fèi)的能量主要在2個(gè)部分：</p><p>　　1）加載時(shí)的電能消耗</p><p>　　在壓力達(dá)到最小值后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會(huì)繼續(xù)上升直到最大壓力值。在加壓過(guò)程中，一定要克服外界摩擦做功，從而導(dǎo)致電能損失。另一方面，高于壓力最大值的自來(lái)水在進(jìn)入

7、供水元件前，其壓力需要經(jīng)過(guò)減壓閥減壓，這一過(guò)程同樣是一個(gè)耗能過(guò)程。</p><p>　　2）卸載時(shí)電能的消耗</p><p>　　當(dāng)壓力達(dá)到壓力最大值時(shí)，水泵通過(guò)如下方法來(lái)降壓卸載：關(guān)閉進(jìn)水閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時(shí)將水箱分離罐中多余的水通過(guò)放空閥放空。這種調(diào)節(jié)方法要造成很大的能量浪費(fèi)。據(jù)測(cè)算，水泵卸載時(shí)的能耗約占水泵滿載運(yùn)行時(shí)的10%～25%。換言之，該水泵電機(jī)20%的時(shí)間處于空載狀態(tài)，

8、在作無(wú)用功。很明顯在加卸載供水控制方式下，水泵電機(jī)存在很大的節(jié)能空間。</p><p>　　2.2 電機(jī)控制系統(tǒng)原理的不足之處</p><p>　　1）靠機(jī)械方式來(lái)調(diào)節(jié)水體流量，使供水量無(wú)法連續(xù)調(diào)節(jié)，當(dāng)用水量不斷變化時(shí)，供水壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動(dòng)。嚴(yán)重影響了我們生活中的使用要求。再加上頻繁調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，會(huì)加速電機(jī)的沖擊磨損，增加維修量和維修成本。</p><p

9、>　　2）頻繁調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，啟動(dòng)沖擊電流和啟動(dòng)給水泵電機(jī)帶來(lái)機(jī)械沖擊，耐用性得不到保障。因此，對(duì)電機(jī)的性能要求較高。</p><p>　　3、恒壓供水控制方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　針對(duì)原有供水控制方式存在的諸多問(wèn)題，可應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行恒壓供水控制。我們把管網(wǎng)壓力作為控制對(duì)象，壓力傳感器YB將水池中水的壓力P轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送給PID調(diào)節(jié)器，與壓力設(shè)定值P0作比較，并根據(jù)差值的大

10、小按給定的PID控制模式進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生的控制信號(hào)送到變頻調(diào)速器VF，通過(guò)變頻器控制電機(jī)的工作頻率與轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)際壓力P始終接近設(shè)定壓力P0。另外，采用該方案后，水泵電機(jī)從靜止到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻器來(lái)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)沖擊電流和啟動(dòng)給水泵電機(jī)帶來(lái)的機(jī)械沖擊。</p><p>　　3.1 變頻器恒壓供水簡(jiǎn)介</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)原理如圖3-1所示，它主要是由PLC、

11、變頻器、PID調(diào)節(jié)器、TC時(shí)間控制器、壓力傳感器、液位傳感器、動(dòng)力控制線路、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）系統(tǒng)以及3臺(tái)水泵等組成。用戶通過(guò)控制柜面板上的指示燈、按鈕和轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。</p><p>　　通過(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號(hào)變成4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入PID調(diào)節(jié)器，與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出一調(diào)節(jié)參數(shù)，傳送給變頻器。由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中

12、的壓力保持在給定壓力上。當(dāng)用水量超過(guò)一臺(tái)水泵的供水量時(shí)，通過(guò)PLC控制器增加水泵數(shù)量。即根據(jù)用水量的大小由PLC控制所需工作水泵數(shù)量的增減及變頻器對(duì)水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。</p><p>　　同時(shí)系統(tǒng)配備的時(shí)間控制器和PID控制器，使其具有定時(shí)換泵運(yùn)行功能（由時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)）和雙工作壓力設(shè)定功能（由PID控制器和時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)）。充分保證了水泵的及時(shí)維修和系統(tǒng)的正常供水。</p><p&g

13、t;　　正常情況（無(wú)泵檢修）時(shí)，各泵的運(yùn)行順序?yàn)?#，2#，3#。</p><p>　　圖3-1供水系統(tǒng)原理圖</p><p>　　圖 3-2水位傳感器</p><p><b>　　3.2 工作原理</b></p><p>　　3.2.1 運(yùn)行方式</p><p>　　本系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方

14、式：</p><p><b>　　1）手動(dòng)運(yùn)行</b></p><p>　　按下按鈕啟動(dòng)或停止水泵，可根據(jù)需要分別控制1#~3#泵的啟停。該方式主要供檢修及變頻器故障時(shí)用。</p><p><b>　　2）自動(dòng)運(yùn)行</b></p><p>　　開(kāi)始時(shí)，合上自動(dòng)開(kāi)關(guān)，1#泵電機(jī)通電啟動(dòng)，變頻器隨電機(jī)轉(zhuǎn)

15、速輸出頻率從0Hz上升，同時(shí)PID調(diào)節(jié)器接收到自壓力傳感器的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，如壓力不夠，則頻率上升到50Hz而此時(shí)水壓還在下限值，1#泵由變頻切換為工頻，同時(shí)變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz，2#泵變頻啟動(dòng)，變頻器逐漸上升頻率至給定值，加泵依次類推；若開(kāi)始時(shí)1#泵備用，則直接啟2#變頻，轉(zhuǎn)速?gòu)?開(kāi)始隨頻率上升，如變頻器頻率到達(dá)50Hz而此時(shí)水壓還在下限值， 2#泵切換至工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器頻

16、率由50Hz滑停至0Hz，3#泵變頻啟動(dòng)，泵的切換過(guò)程同上；若用水量減小，從先啟的泵開(kāi)始減，同時(shí)根據(jù)PID調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。若1#、2#泵都備用，則直接啟3#變頻，具體泵的切換過(guò)程與上述類同。</p><p>　　頻率上升到50Hz而此時(shí)水壓還在下限值后，為了避免由于干擾而引起誤動(dòng)作，需要延時(shí)一段時(shí)間，再切換為工頻運(yùn)行。這樣的切換過(guò)程，有效地減少泵的頻繁啟停，同時(shí)在實(shí)際管網(wǎng)對(duì)水壓波動(dòng)做出反應(yīng)之前，

17、由變頻器迅速調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)泵組的無(wú)沖擊切換，使水壓平穩(wěn)過(guò)渡，有效的防止了水壓的大范圍波動(dòng)及水壓太低時(shí)的短時(shí)缺水現(xiàn)象，提高了供水品質(zhì)。</p><p>　　若有電源瞬時(shí)停電的情況，則系統(tǒng)停機(jī)；待電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行，然后按自動(dòng)運(yùn)行方式啟動(dòng)1#泵變頻，直至在給定水壓值上穩(wěn)定運(yùn)行。</p><p>　　變頻自動(dòng)功能是該系統(tǒng)最基本的功能系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)多臺(tái)泵軟起動(dòng)、停止、循環(huán)變頻的全部操作

18、過(guò)程。</p><p>　　表3-1 水泵運(yùn)行的所有狀態(tài)</p><p>　　圖3-3 供水網(wǎng)管原理圖</p><p>　　圖3-4供水系統(tǒng)控制電氣原理圖</p><p>　　圖3-5供水網(wǎng)管隨時(shí)間自動(dòng)變化</p><p>　　圖3-6恒壓供水控制流程圖</p><p>　　3.2.2 故障處理

19、</p><p><b>　　1）故障報(bào)警</b></p><p>　　當(dāng)出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、超壓、差壓等情況時(shí)，系統(tǒng)皆能發(fā)出聲響報(bào)警信號(hào)；特別是當(dāng)出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、超壓時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)停機(jī)，并發(fā)出聲響報(bào)警信號(hào)，通知維修人員前來(lái)維修。此外，變頻器故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)，此時(shí)可切換至手動(dòng)方式保證系統(tǒng)不間斷供水。報(bào)警回路如圖3-7、圖3-8。<

20、;/p><p>　　表3-2 I/O點(diǎn)與故障信息對(duì)照表</p><p>　　圖3-7報(bào)警回路功能圖</p><p>　　圖3-8報(bào)警回路梯形圖</p><p><b>　　2）水泵檢修</b></p><p>　　為維護(hù)和檢修水泵，要求在系統(tǒng)正常供水狀態(tài)下，在一段時(shí)間間隔內(nèi)使某一臺(tái)水泵停運(yùn)，系統(tǒng)設(shè)有

21、水泵強(qiáng)制備用功能（硬件備用），可隨意備用某一臺(tái)水泵，同時(shí)不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行；為了使水泵進(jìn)行輪休，系統(tǒng)還設(shè)有軟件備用功能（鐘控功能，由時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)），工作泵與備用泵之間具有周期定時(shí)切換功能，周期間隔由時(shí)間控制器設(shè)定：1小時(shí)/次～96小時(shí)/次連續(xù)可調(diào)。</p><p>　　圖3-9中斷程序流程圖</p><p>　　3.3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐</p><p>　　3.3

22、.1 基本控制原理</p><p>　　由壓力變送器測(cè)量管網(wǎng)壓力和流量信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)經(jīng)PLD的A/D轉(zhuǎn)換，和設(shè)定值比較，進(jìn)行PID運(yùn)算，通過(guò)DP總線控制變頻器頻率，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速而達(dá)到恒壓及節(jié)能原理。</p><p>　　圖3-10主程序流程圖</p><p>　　3.3.2 通訊網(wǎng)絡(luò)的選擇與設(shè)計(jì)</p><p>　　PLC的發(fā)展除了功

23、能越來(lái)越多、集成度越來(lái)越高外，網(wǎng)絡(luò)功能也越來(lái)越強(qiáng)。選擇好控制器之后，選擇數(shù)據(jù)的傳輸方式——通訊網(wǎng)絡(luò)也是非常重要的。西門子根據(jù)不同自動(dòng)化水平的要求(工廠級(jí), 單元級(jí), 現(xiàn)場(chǎng)和傳感器/執(zhí)行器級(jí)) ，提供了網(wǎng)絡(luò)解決方案，包括多點(diǎn)接口 (MPI)、Profibus、工業(yè)以太網(wǎng)、ProfiNet (基于工業(yè)以太網(wǎng))、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接 (PtP)、執(zhí)行器/傳感器接口(ASI)。目前網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，一個(gè)好的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以大大降低成本。本系統(tǒng)使用了Prof

24、ibus－DP的網(wǎng)絡(luò)，Profibus-DP通信速率達(dá)到12Mbps，能夠方便將PC、PLC和變頻器通過(guò)一根RS485屏蔽雙絞線連接在一起實(shí)現(xiàn)通信控制，降低了布線和維護(hù)的費(fèi)用。SIMATIC STEP7 提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)診斷工具也給調(diào)試帶來(lái)很大方便。</p><p>　　圖3-11 PLC系統(tǒng)轉(zhuǎn)換控制圖</p><p>　　3.3.3 變頻參數(shù)設(shè)置</p><p>　

25、　可以通過(guò)多種途徑設(shè)置G150變頻器參數(shù)。使用STARTER軟件能夠方便而直觀的進(jìn)行所有的參數(shù)設(shè)置。通過(guò)STARTER的向?qū)гO(shè)置G150變頻器站地址，和波特率等參數(shù)，使之連接到DP總線上，成為S7-200PLC 的一個(gè)從站。配置連接的電機(jī)類型、電流、功率等參數(shù)，配置變頻器命令源和主參數(shù)設(shè)定源為Proverbs方式，選擇速度控制方式（Speed control），定義Profibus PZD數(shù)據(jù)格式，選擇使用水泵電機(jī)負(fù)載類型。</p

26、><p>　　1）變頻器的頻率參數(shù)、PID參數(shù)設(shè)定 </p><p>　　變頻器的參數(shù)設(shè)定有一定規(guī)律可循，主要從供水系統(tǒng)的特性、水泵為平方律負(fù)載等方面來(lái)考慮，變頻器的參數(shù)設(shè)定注意如下幾點(diǎn)：</p><p>　　最高頻率：水泵屬于平方律負(fù)載，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)其額定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)矩將按平方律增加。因此變頻器的工作頻率不允許超過(guò)額定頻率，最高只能和額定頻率相等。</p>

27、<p>　　上限頻率：一般來(lái)說(shuō)，以等于額定頻率為宜，但變頻器內(nèi)部往往具有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能，因此也可設(shè)置略低些。 </p><p>　　下限頻率：在供水系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速過(guò)低，會(huì)出現(xiàn)水泵的全揚(yáng)程小于實(shí)際揚(yáng)程，形成“水泵”空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。所以，下限頻率不宜太低。 </p><p><b>　　2）PID參數(shù) </b></p><p>　　PID參數(shù)的選

28、擇，須保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、靜差小。調(diào)試中，要觀察供水系統(tǒng)壓力檢測(cè)點(diǎn)的實(shí)際測(cè)量值，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。PID參數(shù)可按表3-3設(shè)置。</p><p>　　表3-3 PID參數(shù)的設(shè)定值</p><p>　　3.3.4 上位機(jī)監(jiān)控程序開(kāi)發(fā)</p><p>　　1）OPC Server通信服務(wù)器</p><p>　　PLC與上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)

29、交互采用了先進(jìn)的OPC接口實(shí)現(xiàn)。OPC（OLE for Process Control）是以O(shè)LE/COM/DCOM機(jī)制作為應(yīng)用程序級(jí)的通信標(biāo)準(zhǔn)。OPC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)包括兩個(gè)組成部分，即OPC Server和OPC Client。OPC Client通過(guò)OPC標(biāo)準(zhǔn)接口與OPC Server通信，獲取OPC Server的各種信息。只要符合OPC標(biāo)準(zhǔn)的所有客戶應(yīng)用程序都可以訪問(wèn)來(lái)自任何生產(chǎn)廠商的標(biāo)準(zhǔn)OPC服務(wù)器程序。</p>&

30、lt;p>　　與DDE相比，OPC技術(shù)更具優(yōu)越性。數(shù)據(jù)傳輸速度更快（在遠(yuǎn)程客戶數(shù)多時(shí)，OPC技術(shù)優(yōu)勢(shì)尤為突出）、更安全、開(kāi)發(fā)成本更低、可靠性更高等。西門子公司提供了功能強(qiáng)大的OPC Server 軟件SIMATIC NET。通過(guò)SIMATIC STEP7 建立一個(gè)PC STATION 配置通信硬件CP5611，添加OPC Server和PLC建立S7通信連接編譯后下載到本地PC運(yùn)行既建立了OPC Server。</p>

31、<p>　　SIMATIC NET 不僅是功能強(qiáng)大的OPC Serve，而且包含了測(cè)試OPC 客戶端 OPC Scout，并帶有OPC Server Browse OCX等控件，為上位機(jī)的開(kāi)發(fā)提供了很大的方便。界面的設(shè)計(jì)使用VB6，在VB6中添加SIMATIC提供的OPC 客戶端組件，將PLC的變量和畫面上的對(duì)象直接連接起來(lái)，就象組態(tài)軟件一樣方便。大大的簡(jiǎn)化了上位機(jī)和下位機(jī)通信驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)編程，同時(shí)也提高了通信的穩(wěn)定性和可擴(kuò)

32、展性。</p><p>　　圖3-12 PC機(jī)通信程序流程圖</p><p>　　2）SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器</p><p>　　選擇了采用客戶機(jī)/服務(wù)器計(jì)算機(jī)模型的SQL Server作為后臺(tái)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。根據(jù)需要建立了用戶注冊(cè)信息表、歷史數(shù)據(jù)表、歷史報(bào)警數(shù)據(jù)表、歷史事件數(shù)據(jù)表、日志表、用戶登陸信息表等。通過(guò)VB的ADO對(duì)象能夠方便的對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作

33、，進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)和歷史報(bào)警和事件的記錄、歸檔和查詢。</p><p><b>　　3）界面元素設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在成功建立通信和數(shù)據(jù)鏈路后，要將數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)直觀的在計(jì)算機(jī)屏幕顯示出來(lái)。VB的良好的界面設(shè)計(jì)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)各種WINDOWS元素的顯示。本系統(tǒng)還使用了第三方設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)顯示控件組，對(duì)實(shí)時(shí)曲線，歷史曲線，動(dòng)態(tài)指示燈、按鈕、棒圖等對(duì)象做了處理，簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)

34、連接即能實(shí)現(xiàn)美觀的效果，大大的方便了設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.3.5下位機(jī)PLC程序開(kāi)發(fā)</p><p>　　PLC是本控制系統(tǒng)的核心元件。設(shè)備服務(wù)器工控機(jī)（IPC）與S7-200數(shù)據(jù)通訊使用高速PROFIBUS-DP通訊方式變頻器和Profibus總線型西門子變頻器?；谠搶?duì)象進(jìn)行PLC的硬件組態(tài)和軟件組態(tài)，然后通過(guò)SIMATIC STEP7編程實(shí)現(xiàn)PLC控制算法，實(shí)現(xiàn)單元級(jí)控制。

35、使用控制字CW（Control Word）控制變頻器的啟停及運(yùn)行方式，故障確認(rèn)等。監(jiān)視狀態(tài)字SW（Status Word）實(shí)時(shí)反饋?zhàn)冾l器的運(yùn)行狀態(tài)。</p><p>　　4、系統(tǒng)其他組成情況</p><p>　　4.1 SINAMICS G150變頻器</p><p>　　源于西門子最新傳動(dòng)家族的SINAMICS G150高性能單機(jī)變頻調(diào)速柜適用于所有單電機(jī)傳動(dòng)的

36、應(yīng)用，滿足多種負(fù)載特性的要求，包括平方轉(zhuǎn)距，線性轉(zhuǎn)距，恒轉(zhuǎn)距及恒功率負(fù)載類型。采用緊湊高品質(zhì)威圖(RITTAL)柜式設(shè)計(jì)，節(jié)省占地面積30%~70%。柜內(nèi)強(qiáng)電保護(hù)，安靜運(yùn)行(低于67dB)。使用全新主控制板CU320，智能化設(shè)計(jì)，采用CF軟件存儲(chǔ)卡，提供光纜接口和ProfiBus接口，功能操作面板AOP30和功能強(qiáng)大的軟件工具STARTER進(jìn)行選型，調(diào)試，節(jié)能計(jì)算。SINAMICS G150變頻器配合N-Compact電機(jī)非常適用于使用

37、平方率扭矩特性驅(qū)動(dòng)泵的變頻器操作。變頻器參數(shù)設(shè)置如下：</p><p>　　1 drC電機(jī)控制，F(xiàn)CS返回出廠設(shè)置/恢復(fù)配置，In I把當(dāng)前配置變?yōu)槌鰪S設(shè)置相同，此功能一被執(zhí)行，F(xiàn)CS就自動(dòng)變?yōu)镹o。</p><p>　　UFt電壓/頻率額定值類型選擇P可變轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　2 I/O菜單，tCC控制類型，配置為2C，既兩線控制，邏輯輸入正向LI1；（I/

38、O菜單，rrS通過(guò)邏輯輸入反向運(yùn)行，配置LI2。）</p><p>　　3 Fun功能，PSS預(yù)置速度，PS2（2種預(yù)置速度）預(yù)置邏輯輸入LI3；</p><p>　　PS4（4種預(yù)置速度）預(yù)置邏輯輸入LI4；</p><p>　　PS8（8種預(yù)置速度）預(yù)置邏輯輸入LI5；</p><p>　　4 Set設(shè)置，SP2、SP3、SP4、SP5、

39、SP6第二、三、四、五、六種預(yù)置速度設(shè)置分別為10、20、30、40、50Hz。</p><p>　　LSP低速度設(shè)為5Hz。</p><p>　　5 CtL控制。FrI配置給定1，設(shè)置模擬輸入AII。</p><p>　　FLt故障，OPL電機(jī)缺相故障配置nO。</p><p>　　6 SUP顯示，rFr加到電機(jī)上的輸入頻率</p&g

40、t;<p>　　4.2 可編程序控制器（PLC）</p><p>　　選用西門子S7-200系列通用型PLC。該系列PLC能適合自動(dòng)化工程中的各種應(yīng)用場(chǎng)合，使用模塊化結(jié)構(gòu)，各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合以用于擴(kuò)展。使用CPU313C-2DP為核心控制單元，該模塊帶MPI和ProfiBus-DP通信接口，配有MMC存儲(chǔ)卡，免維護(hù)，集成了24DI/16DI的數(shù)字量I/O，再擴(kuò)展一個(gè)8AI的模擬輸入模塊

41、用于管網(wǎng)壓力，流量，蓄水池水位及電機(jī)軸承溫度等模擬量的檢測(cè)。</p><p>　　4.3 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(IPC)系統(tǒng)</p><p>　　使用研華IPC610工控機(jī)（IPC），以MS Windows2000為系統(tǒng)平臺(tái)，配置CP5611用于ProfiBus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線通信，SIMATIC NET 軟件配置OPC Server 使用VB6開(kāi)發(fā)系統(tǒng)監(jiān)控軟件，MS SQL Server為后臺(tái)數(shù)

42、據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)。使用SIMATIC SETP7 軟件進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)和編程調(diào)試，使用STARTER 軟件進(jìn)行對(duì)SINAMICS G150變頻器的配置調(diào)試。</p><p>　　其他設(shè)備包括水泵電機(jī)、出口閥門、壓力傳感器、液位計(jì)及相關(guān)電氣控制設(shè)備等集成，進(jìn)行變頻調(diào)速全自動(dòng)閉環(huán)控制管理監(jiān)視功能，其系統(tǒng)組成示意見(jiàn)圖4-1 。</p><p>　　圖4-1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖</p>&

43、lt;p>　　4.4 編程設(shè)計(jì)及梯形圖的繪制</p><p>　?。?）控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配如表4-1</p><p>　　表4-1 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配</p><p>　　（2）系統(tǒng)控制電路圖如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2 系統(tǒng)控制電路圖</p><p>　?。?）系統(tǒng)程序控

44、制梯形圖如圖4-3所示：</p><p>　　圖4-3系統(tǒng)控制程序梯形圖</p><p>　?。?）系統(tǒng)程序控制指令如下：</p><p>　　LD I0 .0</p><p><b>　　A I0.1</b></p><p><b>　　O I0.3</b>

45、</p><p><b>　　LDN I0.5</b></p><p><b>　　LPS</b></p><p><b>　　LDN Q0.1</b></p><p><b>　　LDN I0.2</b></p><p>　

46、　= Q0.0</p><p><b>　　= HL1</b></p><p><b>　　LPP</b></p><p><b>　　A I0.4</b></p><p><b>　　LDN Q0.0</b></p>

47、<p><b>　　LDN Q0.2</b></p><p>　　= Q0.1</p><p><b>　　= HL2</b></p><p>　　LD I0 .5</p><p><b>　　A I0.6</b></p>

48、<p><b>　　O I0.2</b></p><p><b>　　LDN I0.7</b></p><p><b>　　LPS</b></p><p><b>　　LDN Q0.3</b></p><p><b>　　LD

49、N I0.8</b></p><p>　　= Q0.2</p><p><b>　　= HL3</b></p><p><b>　　LPP</b></p><p><b>　　A I1.1</b></p><p>&l

50、t;b>　　LDN Q0.2</b></p><p><b>　　LDN Q0.8</b></p><p>　　= Q0.3</p><p><b>　　= HL4</b></p><p>　　LD I0 .5</p><p><

51、;b>　　A I1.5</b></p><p><b>　　O I0.4</b></p><p><b>　　LDN I1.6</b></p><p><b>　　LPS</b></p><p><b>　　LDN Q0.5</

52、b></p><p><b>　　LDN I0.9</b></p><p>　　= Q0.4</p><p><b>　　= HL5</b></p><p><b>　　LPP</b></p><p>　　LDN I1.3&l

53、t;/p><p><b>　　LDN Q0.4</b></p><p><b>　　LDN Q0.9</b></p><p>　　= Q0.5</p><p><b>　　= HL6</b></p><p><b>　　LD

54、 I1.9</b></p><p><b>　　A I1.8</b></p><p><b>　　O Q0.6</b></p><p><b>　　LDN I1.7</b></p><p><b>　　LPS</b></p&

55、gt;<p><b>　　=Q0.6</b></p><p><b>　　LRD</b></p><p><b>　　A I2.0</b></p><p><b>　　= HL7</b></p><p><b>　　LRD

56、</b></p><p><b>　　A I2.1</b></p><p><b>　　= HL8</b></p><p><b>　　LRD</b></p><p><b>　　A I2.2</b></p><

57、p><b>　　= HL9</b></p><p><b>　　LRD</b></p><p>　　A I2.3</p><p><b>　　= KA</b></p><p><b>　　LRD</b></p>&

58、lt;p>　　A I2.4</p><p><b>　　= KA</b></p><p><b>　　LPP</b></p><p><b>　　= HL10</b></p><p><b>　　5、調(diào)試過(guò)程</b></p

59、><p><b>　　5.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程</b></p><p>　　裝配檢查及確認(rèn)：PLC、變頻器、電機(jī)、水泵、壓力傳感器等元件。確認(rèn)所有的安全回路組件，如應(yīng)急按鈕、開(kāi)關(guān)、都安裝到位則動(dòng)作有效，處于正常工作狀態(tài)。</p><p><b>　　5.2電氣裝配檢查</b></p><p>　?。?）檢查系

60、統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)是否正確</p><p>　?。?）系統(tǒng)主電路控制電路的連接</p><p><b>　?。?）程序的編輯</b></p><p><b>　?。?）梯形圖的繪制</b></p><p><b>　　6、注意事項(xiàng)</b></p><p>　

61、　要使系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行，有幾個(gè)參數(shù)需特別注意：</p><p>　　1）變頻轉(zhuǎn)工頻開(kāi)關(guān)切換時(shí)間TMC</p><p>　　設(shè)置TMC是為了確保在加泵時(shí)，泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻的過(guò)程中，同一臺(tái)泵的變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行各自對(duì)應(yīng)的交流接觸器不會(huì)同時(shí)吸合而損壞變頻器，同時(shí)為了避免工頻啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流過(guò)大而對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊，所以在允許范圍內(nèi)TMC必須盡可能的小。</p><p>　　2）

62、上下限頻率持續(xù)時(shí)間TH和TL </p><p>　　變頻器運(yùn)行的頻率隨管網(wǎng)用水量增大而升高，本系統(tǒng)以變頻器運(yùn)行的頻率是否達(dá)到上限（下限）、并保持一定的時(shí)間為依據(jù)來(lái)判斷是否加泵（減泵），這個(gè)判斷的時(shí)間就是TH（TL）。如果設(shè)定值過(guò)大，系統(tǒng)就不能迅速的對(duì)管網(wǎng)用水量的變化做出反應(yīng)；如果設(shè)定值過(guò)小，管網(wǎng)用水量的變化時(shí)就很可能引起頻繁的加減泵動(dòng)作；兩種情況下都會(huì)影響恒壓供水的質(zhì)量。</p><p>

63、<b>　　結(jié)論</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我受益匪淺，我的專業(yè)知識(shí)與技能都得到了進(jìn)一步的提高。在這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中我對(duì)PLC和電氣控制技術(shù)有了較大的提高，原本專業(yè)基礎(chǔ)不夠扎實(shí)的我通過(guò)了這次設(shè)計(jì)，再次把知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去（實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)）從而提高了我的動(dòng)手能力以及理論知識(shí)。為我以后的學(xué)習(xí)生活以及即將走向的工作崗位都是一次很好的鍛煉。</p>&

64、lt;p>　　從本次設(shè)計(jì)的結(jié)果來(lái)看，這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還是比較成功的。由于一些條件的限制不能制作出實(shí)物這便是本設(shè)計(jì)最大的遺憾。這個(gè)系統(tǒng)與人們的生活息息相關(guān)，希望以后通過(guò)努力能夠設(shè)計(jì)出產(chǎn)品方便大家的生活。本個(gè)課題的制作，讓讓我發(fā)現(xiàn)了我自己知識(shí)綜合運(yùn)用能力以及動(dòng)手能力的不足，在以后的學(xué)習(xí)工作中還有待提高。 </p><p>　　總之，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)不但是對(duì)自己知識(shí)的檢驗(yàn)也是對(duì)自己能力對(duì)待事物的態(tài)度的檢驗(yàn)。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

65、工作中我及時(shí)的找到了自己的長(zhǎng)處與不足之處，我將盡最大的努力以彌補(bǔ)自己的不足。為今后的工作生活打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在本次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我的指導(dǎo)老師cc老師給與了我最大的幫助。是他兢兢業(yè)業(yè)的教學(xué)精神，和耐心的教導(dǎo)給了極大的震撼。讓我堅(jiān)定了信心，有了學(xué)習(xí)的動(dòng)力再加上陳老師的精心指導(dǎo)，才讓我的系統(tǒng)設(shè)計(jì)獲得了成功。&l

66、t;/p><p>　　在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，他自始至終地給我們指點(diǎn)建議，召集我們討論關(guān)于畢業(yè)設(shè)計(jì)的問(wèn)題，并根據(jù)我們個(gè)人做了詳細(xì)的相應(yīng)幫助。在此，我感謝我的指導(dǎo)老師覃智廣和學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)，是你們給予我的支持與幫助讓我成為了一個(gè)合格的xx畢業(yè)生。能成為學(xué)院的一份子我感到驕傲，能有你們這樣的老師我更加感到無(wú)比的高興與自豪。在此我忠心的向你們表示感謝。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)<

67、/b></p><p>　　[1] 黃立培，張學(xué)．變頻器應(yīng)用技術(shù)及電動(dòng)機(jī)調(diào)速．人民郵電出版社，2005． </p><p>　　[2] 鐘肇新，彭侃．可編程控制器原理及應(yīng)用．華南理工大學(xué)出版社，2002． </p><p>　　[3] 許繆，王淑英．電氣控制PLC應(yīng)用．機(jī)械工業(yè)出版社，2005．</p><p>　　[4] 韓安榮．通用

68、變頻器及其應(yīng)用．機(jī)械工業(yè)出版社，2003．</p><p>　　[5] 張建民．機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)．高等教育出版社，2006． </p><p>　　[6] 隋秀凜．機(jī)電控制基礎(chǔ)．機(jī)械工業(yè)出版社，2007．</p><p>　　[7] 西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南．西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)．機(jī)械工業(yè)出版社，2004．</p><p>　　[8] 江中