plc無塔供水畢業(yè)設計--無塔供水系統(tǒng)的設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　中文摘要··························

2、3;···············Ⅰ</p><p>　　英文摘要················

3、3;·························Ⅱ</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　

4、課題設計任務及要求·························1</p><p>　　§1.1 設計主要內容···

5、83;··························1</p><p>　　§1.2 設計要求····

6、;······························1</p><p>　　§1.3 設計主要工

7、作······························1</p><p>　　第二章 無塔供水系統(tǒng)的介紹&#

8、183;························3</p><p>　　§2.1 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)簡介····&

9、#183;············3</p><p>　　§2.2 變頻調速的節(jié)能、調速原理················&

10、#183;·4</p><p>　　第三章 無塔供水系統(tǒng)的設計·························6</p><p>

11、　　§3.1 系統(tǒng)的設計方案論證························6</p><p>　　§3.2 工藝過程分析··

12、83;···························6</p><p>　　§3.3 主電路的設計··

13、83;···························10</p><p>　　§3.4 控制柜的設計··&#

14、183;···························12</p><p>　　第四章 PLC控制的設計···

15、;··························14</p><p>　　§4.1 PLC的基本組成···&#

16、183;························14</p><p>　　§4.2 可編程控制器的特點及應用····&

17、#183;·············15</p><p>　　§4.3 PLC的工作原理···············

18、3;············15</p><p>　　§4.4 PLC程序的設計·················&

19、#183;··········16</p><p>　　§4.5 PLC程序的解釋··················

20、3;·········24</p><p>　　第五章 器件選擇······················

21、;·············27</p><p>　　§5.1可編程控制器PLC的選擇················

22、;····27</p><p>　　§5.2變頻器的選擇··························

23、;····27</p><p>　　§5.3壓力傳感器的選擇·························

24、83;29</p><p>　　§5.4壓力調節(jié)器的選擇··························30</p><p

25、>　　§5.4其它器件的選擇····························30</p><p>　　結論

26、83;····································&

27、#183;·······32</p><p>　　參考文獻························

28、················33</p><p>　　致謝················&

29、#183;····························34</p><p><b>　　無塔供水系統(tǒng)的設計<

30、/b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本論文介紹了恒壓供水的基本原理以及系統(tǒng)構成的基礎，說明了可編程控制器（PLC）在恒壓供水系統(tǒng)中所擔任的角色，在分析了供水自動控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和優(yōu)點的基礎上，結合我國中小城市樓宇供水的現(xiàn)狀，從系統(tǒng)的整體設計方案和實際需求分析開始，緊密的聯(lián)系實際生活的需要，力求做到使系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作簡便，解

31、決實際中問題，保證供水安全、快捷、可靠。</p><p>　　基于上述分析設計了一套變頻調速技術為基礎的恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)綜合運用了變頻調速技術以及自動控制技術，為了提高恒壓供水系統(tǒng)的控制精度和可靠性，所以設計中采用三臺大功率電機驅動水泵在用水高峰期運行供水，在用水低谷時轉化為兩臺小功率電機驅動水泵運行供水。供水方式為分組控制﹑輪流變頻的控制策略。</p><p>　　變頻恒壓供水保證了

32、供水質量，以PLC為主機的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。因為此設計是基于用水量的變化，所以很可觀的節(jié)省了水資源。</p><p>　　關鍵詞： PLC，恒壓供水系統(tǒng)，變頻調速，節(jié)能</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This paper introduced the constant

33、pressure water supply system and the basic principles constitute the basis that the programmable logic controller (PLC) in Water Supply System in the role, the analysis of water supply development of the automatic contro

34、l system And on the basis of merit, small and medium-sized cities in China with the status of building water supply, from the system's overall design and analysis of actual demand, closer ties with the needs of real

35、life, to make sure that the s</p><p>　　Based on the above analysis and design a set of VVVF technology-based Water Supply System. The system integrated use of the VVVF technology and automatic control techno

36、logy, in order to improve the constant pressure of the water supply system control accuracy and reliability, so the design of high-power motor drive using three water pumps at the peak of running water, in water Low ebb

37、when converted into two small power motor-driven pumps running water. Water supply for the control group﹑ rotati</p><p>　　Frequency Water Supply guarantee the quality of the water supply to the PLC for the h

38、ost control system enriches the system control functions, improve the reliability of the system. Because this design is based on changes in water consumption, so the very substantial savings in water resources.</p>

39、<p>　　KEY WORDS: PLC, Water Supply System, Frequency Control, energy saving</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　近年來隨著控制技術的發(fā)展與完善，變頻器以廣泛地應用于工農業(yè)生產的各個領域之中。但在城市供水系統(tǒng)中，有很多仍采用高位水塔方式供水。這種非匹配

40、方式供水經(jīng)常會因為用水量的變化而出現(xiàn)用水高峰期時供水壓力不足，用水低峰期時供水壓力過高，不僅十分浪費能源而且存在事故隱患（例如壓力過高容易造成爆管事故），且建造水塔需花費大量財力。</p><p>　　日常的生活用水量隨季節(jié)、晝夜、上下班的時間不同而有較大變化，因而經(jīng)常出現(xiàn)供水用水的不平衡，主要表現(xiàn)在水壓上，用水多而供水少則水壓低，用水少而供水多則水壓高。為保證某小區(qū)的供水正常，我們利用 PLC，配以不同功能的傳

41、感器，根據(jù)網(wǎng)管的壓力，通過變頻器控制水泵的轉速，使水管中的壓力始終保持在合適的范圍。</p><p>　　采用變頻恒壓供水系統(tǒng)直接取代水塔、高位水箱及傳統(tǒng)的氣壓罐供水裝置。另外水泵耗電功率與電機轉速的三次方成正比關系，所以水泵調速運行的節(jié)能效果非常明顯。恒壓供水調速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機無級調速，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當今最先進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。</p><p>

42、　　隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來越強。充分利用變頻器內置的各種功能，對合理設計變頻調速恒壓供水設備，降低成本，保證產品質量等方面有著非常重要的意義。 </p><p><b>　　課題設計任務及要求</b></p><p>　　§1.1 設計主要內容</p><p>　　某居民小區(qū)內生活用水泵站采用變頻調速系統(tǒng)進行

43、控制。主要設備為三臺籠型電機和一臺變頻器拖動，在用水較少的夜間由兩臺輔助電機拖動。電氣控制部分用PLC作為主控制器。</p><p>　　其中，三臺33KW主電機在正常情況下要兩臺運行一臺備用，為防止備用泵長期閑置銹蝕，要求備用機組可在操作臺上用開關按鈕任意切換，運行中任意一組出現(xiàn)故障，備用機組應立即投入運行。兩臺7.5KW輔助電機在用水量特別少的時候驅動水泵供水，此時拖動電機均工頻運行。當供水量仍大于用水量時，

44、多余的供水需通過溢流閥返回水源處。</p><p><b>　　§1.2 設計要求</b></p><p>　　要求設計手動﹑自動兩種工作方式。在手動方式時，可由操作人員分別起動每臺水泵，各臺水泵不進行聯(lián)動；在自動方式時，根據(jù)壓力大小實時調節(jié)，且起動時要求聯(lián)動。</p><p>　　控制方案能根據(jù)用水量的需求來自動調整拖動水泵運行的電

45、機的方式，并且工作機組和備用機組需要經(jīng)常更換。</p><p>　　§1.3 設計主要工作</p><p>　　§1.3.1變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的介紹</p><p>　　主要介紹變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的工作原理；介紹變頻器的節(jié)能、調速原理；詳細敘述恒壓無塔供水系統(tǒng)的組成以及各個器件的作用；仔細分析設計方案。</p><p>

46、;　　§1.3.2變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計</p><p>　　根據(jù)設計任務書的內容及要求，詳細論證變頻恒壓供水系統(tǒng)的在供水系統(tǒng)中的優(yōu)點，分析工藝流程及供水系統(tǒng)的工作方式。</p><p>　　根據(jù)分析的結果，由S7-200系列的編程軟件繪制本設計的梯形圖語句，并仿真出結果。</p><p>　　§1.3.3 圖紙繪制</p>&

47、lt;p>　　根據(jù)設計的要求及控制方式繪制圖紙。完成設計后需提交以下圖紙：系統(tǒng)主電路圖﹑工作流程圖﹑設計控制柜﹑PLC外部接線圖﹑I/O表及地址分配表﹑梯形圖。</p><p>　　§1.3.4 元器件的選擇</p><p>　　根據(jù)所涉及內容的要求，分析計算出本設計所需的最佳元器件，例寫出一些主要元器件的技術參數(shù)。</p><p>　　第二章 無塔

48、供水系統(tǒng)的介紹</p><p>　　§2.1 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)簡介</p><p>　　變頻調速恒壓供水系統(tǒng)由電動機、泵組和變頻調速系統(tǒng)、壓力儀表、管路系統(tǒng)等組成。電動機泵組多由同型號的水泵并聯(lián)而成。電機由變頻器和工頻電網(wǎng)供電，根據(jù)供水系統(tǒng)的運行狀況自動調節(jié)和切換。恒壓供水泵的系統(tǒng)簡圖的構成如圖2-1。</p><p><b>　　圖2－1

49、</b></p><p>　　其主要優(yōu)點：①對電網(wǎng)沖擊小，保護功能完善。消除了水泵電機直接啟動時對電網(wǎng)的沖擊和干擾，并且設備控制系統(tǒng)具有短路、過流、過壓、過載、欠壓、過熱等多種保護功能，大大提高了工作效率，延長了水泵的使用壽命。②當變頻器發(fā)生故障時，能夠轉換至工頻運行，確保供水不間斷。③因為實現(xiàn)恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作節(jié)省了人力。④由于變量泵工作在變頻運行狀態(tài)，在其運行過程中，其轉速是由外

50、供水量決定的，故系統(tǒng)在運行過程中可節(jié)約可觀的電能，其經(jīng)濟效益是十分明顯的。由于其節(jié)電效果明顯，所以系統(tǒng)具有收回投資快、長期受益的特點，其產生的社會效益也是非常巨大的。⑤無塔供水系統(tǒng)不需要水塔、高位水箱和氣罐，設備簡單，控制實時性好，且能滿足不斷增加的供水需求。⑥建筑高度增加時，無塔供水器只需要改變水壓設定值和修正流量參數(shù)就能滿足要求，而無需改變供水需求。</p><p>　　§2.2 變頻調速的節(jié)能、調

51、速原理</p><p>　　§2.2.1 變頻調速系統(tǒng)的調速原理</p><p>　　由電機學的基本公式 </p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　式中電動機定子繞組的磁極對數(shù)一定，改變電源頻率，即可改變電動機同步轉速。異步電動機的實際轉速總低于同步轉速，而且隨著同步轉速而變化。電

52、源頻率增加，同步轉速增加，實際轉速也增加；電源頻率下降，電機轉速也下降，這種通過改變電源頻率實現(xiàn)的速度調解過程稱為變頻調速。</p><p>　　§2.2.2 變頻調速系統(tǒng)的節(jié)能原理</p><p>　　變頻調速技術的通常意義旨在：使用變頻調速器（簡稱變頻器）去拖動電機。主要運行特點：實現(xiàn)電動機的無級調速；電動機的啟動電流小，即實現(xiàn)軟啟動；方便地進行加減速控制；使鼠籠式異步電動機

53、獲得高性能卻基本上不需對電機進行維護。</p><p>　　變頻調速運行的節(jié)能原理　</p><p>　　圖1為水泵用閥門控制時，當流量要求從Q1減小到Q2，必須關小閥門。這時閥門的磨擦阻力變大，管路曲線從R移到R′，揚程則從Ha上升到Hb，運行工況點從a點移到b點。 </p><p>　　圖2為調速控制時，當流量要求從Q1減小到Q2，由于阻力曲線R不變，泵的特性取

54、決于轉速。如果把速度從n降到n′，性能曲線由（Q-H）變?yōu)椋≦-H）′,運行工況點則從a點移到c點，揚程從Ha下降到Hc。 </p><p>　　根據(jù)離心泵的特性曲線公式： </p><p>　　N＝RQH／102η</p><p>　　式中：N——水泵使用工況軸功率（kw） </p><p>　　Q——使用工況點的流量（m3／s）；

55、</p><p>　　H——使用工況點的揚程（m）； </p><p>　　R——輸出介質單位體積重量（kg／m3）； </p><p>　　η——使用工況點的泵效率（%）。 </p><p>　　可求出運行在b點泵的軸功率和c點泵的軸功率分別為： </p><p>　　Nb＝RQ2Hb／102η  </p

56、><p>　　Nc＝RQ2Hc／102η  </p><p>　　兩者之差為： ΔN＝Nc—Nb=R×Q2×（Hb－Hc）／102η </p><p>　　也就是說，用閥門控制流量時，有ΔN功率被損耗浪費掉了，且隨著閥門不斷關小，這個損耗還要增加。而用轉速控制時，由于流量Q與轉速n的一次方成正比；揚程H與轉速n的平方成正比；軸功率P與轉速n的立

57、方成正比，即功率與轉速n成3次方的關系下降。如果不是用關小閥門的方法，而是把電機轉速降下來，那么在轉運同樣流量的情況下，原來消耗在閥門的功率就可以全避免，取得良好的節(jié)能效果，這就是水泵調速節(jié)能原理。</p><p>　　第三章 無塔供水系統(tǒng)的設計</p><p>　　§3.1 系統(tǒng)的設計方案論證</p><p>　　我們采用高性能、模塊化結構、帶模擬量通道

58、功能的西門子S7-200可編程控制器，配合變頻器，完成無塔供水自動控制。恒壓供水泵站一般需要設多臺水泵及電機，這比設單臺水泵電機節(jié)能而可靠。配單臺電機及水泵時，它們的功率必須足夠大，在用水量少時來開一臺大電機肯定是浪費的，電機選小了用水量大時供水量則相應的會不足。而且水泵與電機維修的時候，備用泵是必要的。而恒壓供水的主要目標是保持管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機的轉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供電。在此這里有兩種

59、配置方案，一種是為每一臺水泵電機配一臺相應的變頻器，從解決問題方案這個比較簡單和方便，電機與變頻器間不須切換，但是從經(jīng)費的角度來看的話這樣比較昂貴。另一種方案則是數(shù)臺電機配一臺變頻器，變頻器與電機間可以切換的，供水運行時，一臺水泵變頻運行，一臺水泵工頻運行，以滿足不同的水量需求。 壓力傳感器用于檢測管網(wǎng)中的水壓，常裝設在泵站的出水口。當用水量大時，水壓降低;用水量小時，水壓升高。壓力傳感器將水壓的變化轉變?yōu)殡娦盘柕淖兓徒o調節(jié)器

60、。壓力變送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</p><p>　　§3.2 工藝過程分析</p><p>　　§3.2.1 系統(tǒng)工作過程</p><p>　　首先開機，壓力繼電器自動輸出信號，如果壓力比較低，不能滿足泵運行的要求，則整個系統(tǒng)不能工作。當壓力滿足要求時，開始選擇操作方式，一般先選用自動操作，當自動

61、操作方式無故障時，變頻器開始工作，電機開始驅動水泵供水，在壓力不能滿足要求時，根據(jù)壓力來改變電機的轉速或投入﹑切斷電機。當自動操作有故障不能運行時，采用手動操作供水。</p><p>　　§3.2.2 系統(tǒng)工作原理</p><p>　　系統(tǒng)中由壓力傳感器將水壓的變化轉換為電信號通過電壓調節(jié)器送給變頻器，變頻器則根據(jù)傳感器的采樣值與變頻器的設定值進行比較，通過內置的PID功能進行數(shù)

62、據(jù)處理，將數(shù)據(jù)處理的結果以頻率的形式輸出（0～50HZ之間變化）。壓力傳感器常裝設在泵站的出口?，F(xiàn)代的變頻器一般都具有PID調節(jié)功能。</p><p>　　壓力傳感器與整個變頻供水系統(tǒng)的具體接法的具體接法見圖3-1：</p><p><b>　　圖3-1</b></p><p>　　由圖可知：變頻器有兩個控制信號：</p><

63、;p>　　目標信號XT 即給定端VRF上得到的信號，該信號是一個與壓力的控制目標相對應的值。目標信號可以直接由鍵盤給定，而不必通過外電路來給定。</p><p>　　反饋信號XF 是壓力傳感器BP反饋回來的信號，該信號是一個反應實際壓力的信號。</p><p>　　XT和XF 兩者是相減的，其合成信號XD＝XT－XF,經(jīng)過PID調節(jié)處理后得到頻率給定信號，決定變頻器的輸出頻率fx

64、。</p><p>　　當用水流量減少時，供水能力＞用水流量，則供水壓力上升，XF↑→合成信號（XT－XF）↓→變頻器輸出頻率fx↓→電動機轉速nx↓→供水能力↓→直至壓力大小回復到目標值﹑供水能力于用水流量重又平衡時為止；反之亦然。</p><p>　　§3.2.3 工藝過程</p><p>　　在本設計系統(tǒng)運行的過程中會發(fā)生以下情況：</p>

65、;<p>　?、儆梢慌_大電機供水時，用水量大到水泵全速運行也不能保證管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定時，PLC根據(jù)變頻器的頻率上限信號自動將原工作在變頻狀態(tài)下的泵投入工頻運行狀態(tài)。同時，將下一臺水泵用變頻器起動投入變頻運行以加大管網(wǎng)的供水量來保證恒壓供水的目的。</p><p>　?、谟梢慌_大電機工頻運行另一臺大電機變頻運行同時供水時，當供水量大于用水量，PLC根據(jù)變頻器的頻率下限信號自動將變頻運行水泵切除，同時使另

66、一臺水泵進入變頻運行供水。</p><p>　?、郛斨挥幸慌_大電機變頻運行時，供水量仍大于用水量時，PLC根據(jù)變頻器的頻率設定最小值到達輸出信號，將大電機退出運行，同時起動小電機進入工頻運行。此時若供水量大于用水量時，多余的水通過溢流閥返回水源處；若供水量不足時，啟動另一臺小電機進入工頻運行供水。</p><p>　?、墚斢蓛膳_小電機供水時，若供水量大于用水量時，多余的水通過溢流閥返回水源

67、處；若供水量不能滿足要求時，切斷小電機，同時起動大電機驅動的水泵運行。</p><p>　　之后，重復上述操作。若電機發(fā)生故障,立即投入備用電機。</p><p>　　以1M﹑2M運行 3M備用為例，流程圖見3-2：</p><p><b>　　圖3-2</b></p><p>　　§3.3 主電路的設計<

68、;/p><p>　　§3.3.1 主電機的控制分析</p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場實際情況，一天之中用水量會有若干個高峰，變頻器會根據(jù)出水口的壓力調節(jié)水泵的轉速與投切。 </p><p>　　在本設計中采用三臺功率為33KW的主電機在用水高峰期驅動水泵提供用水,且在工作過程中要求兩臺運行一臺備用。在實際控制中，避免備用電機長期不用而銹蝕，所以要定期更換備用電

69、機。對主電機進行分組控制：第一組：1M﹑2M運行 3M備用</p><p>　　第二組：2M﹑3M運行 1M備用</p><p>　　第三組：1M﹑3M運行 2M備用</p><p>　　本設計中是通過工作備用組合選擇開關K1﹑K2來選擇工作機組和備用機組。</p><p>　　根據(jù)設計任務的要求，在供水過程中要求根據(jù)用水量的多少自動調

70、節(jié)電機的轉速來改變供水量的大小，使供水量和用水量始終保持平衡，所以在驅動電機前必須加一個能夠實現(xiàn)驅動電機無級調速的設備。又由于三臺主驅動電機需工作在工頻恒速方式下，所以主驅動電機必須有兩路通電，一路通過開關﹑保護設備﹑控制設備和調速設備接至電源，另一路通過開關﹑保護設備﹑控制設備接至電源處。</p><p>　　§3.3.2 輔助電機的控制分析</p><p>　　為了達到經(jīng)濟運

71、行的目的，在用水低谷時采用兩臺7.5KW的輔助電機驅動水泵供水，他們始終工作在工頻恒速狀態(tài)下，所以它們只通過斷路器﹑控制設備及保護設備接到電源處。</p><p>　　§3.3.3 系統(tǒng)主電路圖</p><p>　　由上述分析可畫主電路圖：如圖3－3</p><p><b>　　圖3－3</b></p><p>

72、;　　§3.4 控制柜的設計</p><p>　　§3.4.1 控制方式分析</p><p>　　根據(jù)設計任務的要求，為了滿足PLC或中間繼電器故障時仍然可以為用戶提供水，在設計中需要選擇兩種控制方式相結合的方法，及手動和自動方式相結合的方法。通過萬能轉換開關來選擇控制方式。在自動控制方式時，PLC啟動后，根據(jù)程序設定來自動控制供水的壓力，對壓力進行適時地調整。當PLC

73、發(fā)生故障時就通過采用手動的控制方式，在按手動按鈕發(fā)出控制命令給控制回路來實現(xiàn)用戶的需水量?？刂苹芈方臃ㄒ妶D3－4</p><p><b>　　圖3－4</b></p><p>　　§3.4.2控制過程分析：</p><p>　　自動方式下，通過中間繼電器常開觸點KA1﹑KA2分別控制電機工作運行狀態(tài)，為保護水泵和變頻器，每臺電機驅動的

74、水泵KM1﹑KM2之間進行了電氣互鎖。手動方式下，通過按鈕SB1來控制電動機工作運行狀態(tài)，并設置了電機運行的自鎖。</p><p>　　§3.4.3控制電路的設計如圖3-5：</p><p><b>　　圖3－5</b></p><p>　　第四章 PLC控制的設計</p><p>　　§4.1 PL

75、C的基本組成</p><p>　　§4.1.1 PLC的硬件組成</p><p>　　一﹑中央處理單元(CPU)</p><p>　　CPU是PLC的核心,PLC中所配置的CPU隨機型不同而不同。</p><p><b>　　二﹑存儲器</b></p><p>　　存儲器主要有兩種：一種

76、是可讀/寫操作的隨機存儲器RAM，另一種是只讀存儲器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。在PLC中，存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　三﹑輸入/輸出單元</b></p><p>　　輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產現(xiàn)場之間的連接部件。PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些

77、數(shù)據(jù)作為PLC對被控對象控制的依據(jù)；同時PLC又通過輸出接口將處理結果送給被控對象，以實現(xiàn)控制目的。</p><p>　　PLC的I/O接口所能接受的輸入信號個數(shù)和輸出信號個數(shù)稱為PLC輸入/輸出（I/O）點數(shù)。I/O點數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一。當系統(tǒng)的I/O點數(shù)不夠時，可通過PLC的I/O擴展接口對系統(tǒng)進行擴展。</p><p><b>　　四﹑通信接口</b>

78、</p><p><b>　　五﹑智能接口模塊</b></p><p><b>　　六﹑編程裝置</b></p><p><b>　　七﹑電源</b></p><p>　　PLC配有開關電源，以供內部電路使用。與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強。</p&g

79、t;<p>　　§4.1.2 PLC的軟件組成</p><p>　　PLC的軟件由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。</p><p>　　系統(tǒng)程序由PLC制造商設計編寫的，并存入PLC的系統(tǒng)存儲器中，用戶不能直接讀寫與更改。</p><p>　　PLC的用戶程序是用戶利用PLC的編程語言，根據(jù)控制要求編制的程序。在PLC的應用中，最重要的是用PLC的編

80、程語言來編寫用戶程序，以實現(xiàn)控制目的， PLC的主要編程語言采用比計算機語言相對簡單、易懂、形象的專用語言。</p><p>　　§4.2 可編程控制器的特點及應用</p><p>　　早期的可編程序控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展，PLC的功能得到大大的增強，具有以下特點

81、：</p><p><b>　　1．可靠性高。</b></p><p>　　2．具有豐富的I/O接口模塊。</p><p>　　3．采用模塊化結構。</p><p>　　4．易學易用，深受工程技術人員歡迎 。</p><p>　　5．安裝簡單，維修方便。</p><p>　

82、　§4.3 PLC的工作原理</p><p><b>　　掃描工作原理: </b></p><p>　　當PLC運行時，是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來完成控制任務的，需要執(zhí)行眾多的操作，但CPU不可能同時去執(zhí)行多個操作，它只能按分時操作（串行工作）方式，每一次執(zhí)行一個操作，按順序逐個執(zhí)行。由于CPU的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看，PLC外部出現(xiàn)的結

83、果似乎是同時（并行）完成的。這種串行工作過程稱為PLC的掃描工作方式。</p><p>　　用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時，掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按程序存儲順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行，周而復始重復運行。</p><p>　　§4.4 PLC程序的設計</p><p>　　§4.4

84、.1 輸入點的確定 見圖4－1</p><p><b>　　圖4－1</b></p><p>　　4.4.2 輸出點的確定 見圖4－2</p><p><b>　　圖4－2</b></p><p>　　§4.4.3 梯形圖</p><p>　　§4

85、.5 PLC程序的解釋</p><p>　　§4.5.1 主程序的解釋</p><p>　　給可編程控制器PLC接通電源后，通過I0.4﹑I0.5兩個工作備用組合選擇開關的常開﹑常閉狀態(tài)來選擇工作機組M0.1（1M﹑2M運行，3M備用）﹑ M0.2（2M﹑3M運行,1M備用）﹑M0.3(1M﹑3M運行，2M備用)。</p><p>　　當輔助繼電器M0.1

86、有效，則執(zhí)行子程序，在子程序中若M1.0有效輸出Q0.0，代表1M工頻運行；若M1.1有效輸出Q0.3，代表1M變頻運行；若M2.0有效輸出Q0.1，代表2M工頻運行；若M2.1有效輸出Q0.4，代表2M變頻運行。</p><p>　　若輔助繼電器M0.2﹑M0.3﹑M10.0有效,則執(zhí)行跳轉指令，跳至LBL 1繼續(xù)執(zhí)行。</p><p>　　當輔助繼電器M0.2有效，則執(zhí)行子程序，在子程

87、序中若M1.0有效輸出Q0.1，代表2M工頻運行；若M1.1有效輸出Q0.4，代表2M變頻運行；若M2.0有效輸出Q0.2，代表3M工頻運行；若M2.1有效輸出Q0.5，代表3M變頻運行。</p><p>　　若輔助繼電器M0.1﹑M0.3﹑M10.0有效,則執(zhí)行跳轉指令，跳至LBL 2繼續(xù)執(zhí)行。</p><p>　　當輔助繼電器M0.3有效，則執(zhí)行子程序，在子程序中若M1.0有效輸出Q0

88、.2，代表3M工頻運行；若M1.1有效輸出Q0.5，代表3M變頻運行；若M2.0有效輸出Q0.0，代表1M工頻運行；若M2.1有效輸出Q0.3，代表1M變頻運行。</p><p>　　若輔助繼電器M0.1﹑M0.2﹑M10.0有效,則執(zhí)行跳轉指令，跳至LBL 3繼續(xù)執(zhí)行。</p><p>　　當輔助繼電器M10.0有效，并且輔助繼電器M0.1﹑M0.2﹑M0.3的觸點均閉合，則輸出Q0.6

89、，代表4M工頻運行。Q0.6有效時，若下限壓力信號I1.5有效且溢流閥開關信號I1.3閉合時，則輸出Q0.7，代表5M工頻運行；若上限壓力信號I1.4和溢流閥開關信號I1.3同時有效時，則輸出Q2.4,代表溢流閥動作顯示。</p><p>　　當輸出信號Q0.6、Q0.7同時有效時，若下限壓力信號I1.5有效且溢流閥開關信號I1.3閉合時，則輸出M3.0，代表啟動主機運行；若上限壓力信號I1.4和溢流閥開關信號I

90、1.3同時有效時，則輸出Q2.4,代表溢流閥動作顯示。若輔助繼電器M0.1﹑M0.2﹑M0.3有效,則執(zhí)行跳轉指令，跳至LBL 4繼續(xù)重新開始循環(huán)執(zhí)行。</p><p>　　§4.5.2 子程序的解釋</p><p>　　當啟動按鈕I0.0或者主機啟動信號M3.0有效并且停止按鈕閉合時，Q2.2置位，代表變頻器驅動；同時，M1.1有效，代表驅動一臺主電機變頻運行的接觸器接通。&l

91、t;/p><p>　　當Q2.2且M1.1有效，或者M1.1有效時，Q2.3置位﹑Q2.1復位，代表變頻器啟動，并且啟動與停止之間進行互鎖。</p><p>　　當I1.0變頻器上限頻率有效時，Q2.3復位﹑Q2.1置位，代表變頻器停止，并且啟動與停止之間進行互鎖；Q2.1有效時，M1.1復位，代表驅動一臺主電機變頻運行的接觸器斷開；M1.1閉合時，M1.0置位，代表驅動一臺主電機工頻運行的接

92、觸器接通﹑M2.1置位代表驅動另一臺主電機變頻運行的接觸器接通。</p><p>　　當M2.1有效，Q2.3置位﹑Q2.1復位，代表變頻器啟動，并且啟動與停止之間進行互鎖。</p><p>　　當I1.1變頻器下限頻率有效時，Q2.3復位﹑Q2.1置位，代表變頻器停止，并且啟動與停止之間進行互鎖；M2.1復位，代表驅動另一臺主電機變頻運行的接觸器斷開。</p><p&

93、gt;　　Q2.1有效時，M1.0復位，代表驅動一臺主電機工頻運行的接觸器斷開。M1.1置位，代表驅動一臺主電機變頻運行的接觸器接通。</p><p>　　當I1.2變頻器頻率最小值信號有效時，Q2.3復位﹑Q2.1置位，代表變頻器停止，并且啟動與停止之間進行互鎖；M1.1復位，代表驅動一臺主電機變頻運行的接觸器斷開；M10.0置位，代表輔助電機開始啟動運行。</p><p><b&

94、gt;　　第五章 器件選擇</b></p><p>　　§5.1可編程控制器PLC的選擇：</p><p>　　根據(jù)供水系統(tǒng)的控制要求以及I/O口的數(shù)量，其全為數(shù)字量輸入/輸出,屬于小型的控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)用一般的PLC均可滿足要求，依據(jù)經(jīng)濟性原則選擇：西門子S7-200系列PLC，型號為：CPU226繼電器輸出型，它是24輸入／16輸出型。</p>&

95、lt;p>　　所以，選擇西門子S7-200系列CPU型號為：6ES7.216-2BD23-0XBY。</p><p>　　§5.2 變頻器的選擇</p><p>　　根據(jù)設計的需求，選擇由西門子公司生產的 MICROMASTER 430 系列變頻器 。</p><p>　　MICROMASTER 430 是用于控制三相交流電動機速度的變頻器系列。本系

96、列有多種型號，額定功率范圍從7.5kW 到90kW，可供用戶選用。在采用變頻器的出廠設定功能和缺省設定值時，MICROMASTER 430 變頻器特別適合用于水泵和風機的驅動。 </p><p>　　本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進技術水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功率輸出器件。因此，它們具有很高的運行可靠性和功能的多樣性,其脈沖寬度調制的開關頻率是可選的，因而降低了電動機運行的噪聲,全面而完

97、善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護。 </p><p><b>　　一﹑主要特性 </b></p><p>　　﹡易于安裝，參數(shù)設置和調試 </p><p><b>　　﹡易于調試 </b></p><p>　　﹡牢固的EMC 設計 </p><p>　　﹡可由IT

98、 （中性點不接地）電源供電 </p><p>　　﹡對控制信號的響應是快速和可重復的 </p><p>　　﹡參數(shù)設置的范圍很廣，確保它可對廣泛的應用對象進行配置 </p><p><b>　　﹡電纜連接簡便 </b></p><p>　　﹡具有多個繼電器輸出 </p><p>　　﹡具有多個模

99、擬量輸出（0 – 20 mA） </p><p>　　﹡6 個帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換為 NPN/PNP 接線 </p><p>　　﹡2 個模擬輸入： </p><p>　?、?AIN1：0 – 10 V， 0 – 20 mA 和 –10 至 +10 V </p><p>　?、?AIN2：0 – 10 V， 0 – 20 mA &l

100、t;/p><p>　　﹡2 個模擬輸入可以作為第7 和第8 個數(shù)字輸入 </p><p>　　﹡模塊化設計，配置非常靈活 </p><p>　　﹡脈寬調制的頻率高，因而電動機運行的噪音低 </p><p>　　﹡詳細的變頻器狀態(tài)信息和全面的信息功能 </p><p>　　﹡有多種可選件供用戶選用：用于與PC通訊的通訊模塊，

101、基本操作面板（BOP-2）和用于進行現(xiàn)場總線通訊的PROFIBUS模塊</p><p>　　﹡用于水泵和風機控制時的特點： </p><p>　?、?電動機的分級控制 ② 節(jié)能控制方式 ③手動/ 自動控制（手動操作/ 自動操作） ④傳動皮帶故障的檢測（對水泵無水空轉的檢測） ⑤ 旁路</p><p><b>　　二﹑性能特征 </b

102、></p><p>　　﹡V / f 控制 </p><p>　　①磁通電流控制（FCC），改善了動態(tài)響應和電動機的控制特性 ②多點 V/f 控制特性 </p><p>　　﹡快速電流限制（FCL）功能，避免運行中不應有的跳閘 </p><p>　　﹡內置的直流注入制動 </p><p>　　﹡復合制動功

103、能改善了制動特性 </p><p>　　﹡加速/減速斜坡特性具有可編程的平滑功能 </p><p>　　① 起始和結束段帶平滑圓弧 ② 起始和結束段不帶平滑圓弧 </p><p>　　﹡具有比例，積分和微分（PID）控制功能的閉環(huán)控制 </p><p>　　﹡各組參數(shù)的設定值可以相互切換 </p><p>　?、?電

104、動機驅動數(shù)據(jù)組（DDS） ② 命令數(shù)據(jù)組和設定值信號源 </p><p><b>　　三﹑保護特性 </b></p><p>　　過電壓 / 欠電壓保護 ②變頻器過熱保護 ③接地故障保護 </p><p>　?、芏搪繁Ｗo ⑤I2t 電動機過熱保護 ⑥PTC/KTY 電動機保護</p><p>　　§5.3壓

105、力傳感器的選擇</p><p>　　根據(jù)設計的要求，選擇一種恒壓供水專用壓力傳感器。PTP501/502/503/504壓力傳感器采用全不銹鋼封焊結構，具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質兼容性。廣泛用于工業(yè)設備、水利、化工、醫(yī)療、電力、空調、金剛石壓機、冶金、車輛制動、樓宇供水等壓力測量與控制。所以，選擇PTP501型壓力傳感器。</p><p><b>　　其主要參數(shù)為：</

106、b></p><p>　　量    程: 0～1～450(MPa)   </p><p>　　綜合精度: 0.1%FS、0.2%FS、0.5%FS、1.0%FS  </p><p>　　輸出信號: 4～20mA(二線制)、0～5V、1～5V、0～10V(三線制)

107、  </p><p>　　供電電壓: 24DCV(9～36DCV)  </p><p>　　介質溫度: -20～85～150℃  </p><p>　　環(huán)境溫度: 常溫(-20～85℃)  </p><p>　　負載電阻: 電流輸出型：最大800Ω；電壓輸出型：大

108、于50KΩ  </p><p>　　絕緣電阻: 大于2000MΩ (100VDC)  </p><p>　　密封等級: IP65  </p><p>　　振動影響: 在機械振動頻率20Hz～1000Hz內，輸出變化小于0.1%FS  </p><p>　　電氣接口

109、(信號接口): 四芯屏蔽線、四芯航空接插件、緊線螺母 </p><p>　　§5.4壓力調節(jié)器的選擇</p><p>　　根據(jù)設計的要求，選擇YTY-4型液體壓力調節(jié)器。YTY-4型液體壓力調節(jié)器是閥前式液體壓力調節(jié)器（即一般所說的減壓閥），可控制其前部裝置的壓力為一恒定值，使用該壓力調節(jié)器要另引氣源。它具有外型美觀，體積?。ㄩy體外徑為80mm），重量輕（總重

110、為2.3kg）,耐高壓、抗腐蝕、調壓準確、性能可靠，維修方便和使用范圍廣等優(yōu)點。</p><p>　　§5.5 其它器件的選擇</p><p>　　由“馬達加倍”原理可知:</p><p>　　主電機的額定電流：IN=33×2=66A</p><p>　　輔助電機的額定電流：IN=7.5×2=15A</p&

111、gt;<p>　　一﹑熔斷器的選擇： </p><p>　　1．熔斷器的額定電壓必須等于或高于熔斷器安裝處的額定電壓。即：IN（熔斷器）﹥380A</p><p>　　2．對于多臺并聯(lián)電動機的電路，考慮一般不同時啟動，故熔體電流 Ifu= IN (1.5~2.5)+∑IN=261A～327A</p><p>　　可以選擇：NT3系列 RT16-3/3

112、55型熔斷器</p><p>　　二﹑ 斷路器的選擇：</p><p>　　1．過載保護動作電流整定值等于電動機額定電流：</p><p>　　大電機的動作電流等于66A。 小電機的動作電流等于15A。 </p><p>　　2. 脫扣器額定電流確定</p><p>　　主電機：IN=【1.3*7（籠型異步電動機動作電

113、流整定值）*60）】/10≈63A </p><p>　　可選：DZ20-100 IN=63型</p><p>　　輔助電機：IN=1.3*7*15/10=13.65≈16A </p><p>　　可選：DZ20-100 IN=16型</p><p><b>　　三﹑接觸器的選擇：</b></p>&l

114、t;p>　　1.接觸器主觸電的UN應大于或等于負載回路的UN,即UN＞220V.</p><p>　　2.接觸器主觸電的IN應稍大于或等于負載回路的IN，因為柜內安裝，所以：主電機： IN＞2*66＝132A 可選CJ20T-150</p><p>　　輔助電機： IN＞2*15＝30A 可選CJ21T-40</p><p>　　四﹑熱繼電器的

115、選擇：</p><p>　　主電機：熱繼電器整定值為：</p><p>　　0.95～1.05 IN＝0.95*66~1.05*66＝62.7 A～69.3A </p><p>　　可選 JR16-150D/3</p><p>　　輔助電機：熱繼電器整定值為：</p><p>　　0.95～1.05 IN＝

116、0.95*15~1.05*15＝14.5 A ~ 15.75 A </p><p>　　可選 JR16-20D/3</p><p>　　五﹑中間繼電器的選擇：</p><p>　　中間繼電器在繼電接觸器系列電控系統(tǒng)中主要具有控制電路傳遞與轉換信號，擴大控制路數(shù)，將小功率控制信號轉換為大容量的觸頭控制，擴充交流接觸器及其它電器控制作用的功能。所以選擇JZ11

117、系列中間繼電器。</p><p>　　六﹑壓力繼電器的選擇：</p><p>　　選擇PF-L8H1型壓力繼電器</p><p>　　PF型壓力繼電器采用差動式結構，利用液體壓力信號，使微動開關動作將微動開關所連接的電路切斷或閉合。在電液控制系統(tǒng)中能控制系統(tǒng)程序動作或起安全保護作用。</p><p><b>　　七﹑溢流閥的選擇：&

118、lt;/b></p><p>　　選擇AY42H型安全溢流閥，它可用于高壓注水泵站的管路上，作為超壓保護裝置。</p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　變頻調速恒壓供水系統(tǒng)具有節(jié)能、安全、高品質的供水質量等優(yōu)點。采用 PLC 作為控制器，硬件結構簡單，成本低，系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機無級調速，依據(jù)用水量的變化自動調節(jié)系統(tǒng)的

119、運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求。通過采用變頻調速恒壓控制，可在不同季節(jié)、全天不同時段內有效即時地調控水量，這樣在用水量較低時，大大節(jié)約供水量，減少電耗。在設定壓力內跟隨用水量供水，避免了傳統(tǒng)供水方式的損耗，降低噸水消耗。</p><p>　　由于變量泵工作在變頻工作狀態(tài)，在其運行過程中其轉速是由外供水量決定的，故系統(tǒng)在運行過程中可節(jié)約可觀的電能，其經(jīng)濟效益是十分明顯的。正因為此，系統(tǒng)具有收

120、回投資快，而長期受益，其產生的社會效益也是非常巨大。 在實際應用中，采用PLC控制恒壓供水，還能容易地隨時修改控制程序，以改變各元件的工作時間和工作狀況，滿足不同情況要求。與繼電器或硬件邏輯電路控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)具有更大的靈活性和通用性。</p><p>　　本系統(tǒng)的設計也有些許的不足之處，電機在進行工頻﹑變頻轉換運行時會對電網(wǎng)造成波動，所以需根據(jù)具體設計的小區(qū)需水要求來選取合適的電機與水泵。&

121、lt;/p><p>　　可以預期，在不久的將來，變頻調速技術將有一個廣闊的發(fā)展前景。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 李建興. 可編程控制器應用技術 .機械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[2] 姚錫祿. 變頻器控制技術與應用.福建科學技術出版社， 2005</p&g

122、t;<p>　　[3] 常曉玲. 電器控制系統(tǒng)與可編程控制器.機械工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[4] 建設部建筑設計院，龐傳貴，李陸峰. 建筑工程各類水泵電</p><p>　　氣控制圖集.中國水利水電出版社，2000</p><p>　　[5] 張燕賓、胡綱衡、唐瑞球. 實用變頻調速技術培訓教程.機械工業(yè)出版社，2002</p&g

123、t;<p>　　[6] 范永勝、王岷 .《電氣控制與PLC應用》.第一版 . 中國電力出版社，2004</p><p>　　[7] 劉美俊. 通用變頻器應用技術.福建科學技術出版社，2001</p><p>　　[8] 王廷才，王偉. 變頻器原理及應用.機械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[9] 張燕賓. SPWM變頻調速應用技術. 第二版

124、.機械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[10] 張占松、楊宜民、許立梓. 現(xiàn)代電工手冊. 廣東科技出版社，2002</p><p>　　[11] 易泓可. 電氣控制系統(tǒng)設計基礎與范例. 機械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[12] 李亞峰、蔣白懿. 高層建筑給水排水工程.化學工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　[1

125、3] 馬小軍. 建筑電氣控制技術.機械工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　[14] 朱林根. 注冊電氣工程師設計手冊（建筑電氣部分）.中國電力出版社，2005</p><p>　　[15] 陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)[M].第2版.機械工業(yè)出版社.1992. </p><p><b>　　致 謝</b></p><

126、p>　　三年的時光如白駒過隙，畢業(yè)設計也已接近尾聲，我想借此機會對關心和支持我的所有人表示感謝！</p><p>　　三年來，我認真地學習了專業(yè)課程基礎知識，具有一定的設計理論基礎和獨立設計能力，由于畢業(yè)設計的課題是一種整體性的、系統(tǒng)性的設計，我很努力地在做，但還是感到力不從心，因而這次設計在深度和廣度上都有一定的局限性，不過，我認為還是提高了認識，學到了東西。所以我要感謝所有的任課老師，是您們的教育和培養(yǎng)

127、，才使我學有所獲。</p><p>　　大學生活即將結束，這一路走來，有時荊棘滿地步履維艱，有時又陽光明媚豁然開朗，我很感謝何大慶老師在設計中的講解和幫助，伴我順利完成大學里最重要的畢業(yè)設計時光。另外，在整個設計的過程中，還得到了同組其他同學真誠幫助，在此一并表示感謝！</p><p>　　三年的大學生活，我感到自己樹立了正確的世界觀、人生觀、價值觀。在此，我將感謝系領導和輔導員張松蘭老師