恒壓供水畢業(yè)設計--變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設計

1、<p>　　畢業(yè)設計（論文）課題任務書</p><p>　?。?0 — 20 學年）</p><p>　　畢業(yè)設計論文原創(chuàng)性聲明</p><p>　　本人鄭重聲明：本人呈交的畢業(yè)設計論文，是在指導老師指導下獨立完成的研究成果。內(nèi)容都是本人自己搜集和設計的，文中引用了他人的成果，但均做出了明確的標注或得到許可。</p><p>　

2、　本人如違反了上述聲明，愿按照學校規(guī)定的方式，擔任一切后果。</p><p><b>　　論文作者簽名</b></p><p><b>　　日 期</b></p><p><b>　　大學</b></p><p>　　畢業(yè)設計（論文）開題報告</p><

3、p>　　題目 恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)設計 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　專 業(yè)電氣自動化班級 </p><p>　　指導教師 王 </p><p>　　完成日期

4、 201 年1月1日</p><p>　　一、課題名稱、來源、目的和意義</p><p><b>　　1、論文名稱</b></p><p>　　肇慶小區(qū)供水系統(tǒng)設計研究</p><p><b>　　2、論文來源</b></p><p>　　小區(qū)變頻供水系統(tǒng)設計實踐&

5、lt;/p><p><b>　　3、目的和意義</b></p><p>　　近年來我國中小城市發(fā)展迅速，集中用水量急劇增加。在用水量高峰期時供水量普遍不足，在用水量低峰期造成水管壓力過大存在事故隱患和能源浪費。設計一套供水自動控制系統(tǒng)，便可以自動控制水量，恒壓供水，已達到自來水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的。恒壓供水系統(tǒng)不僅可以最大程度滿足需要，也提高整個系統(tǒng)的效率、

6、節(jié)約能源。</p><p>　　二、國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢</p><p>　　自從變頻器問世以來，變頻器技術在各個領域都得到了廣泛的應用，近十年來，銷售額逐年增加，于今全年有超過數(shù)十億元（RMB）的市場。這十年中經(jīng)歷了多次更新，現(xiàn)所使用的變頻器大都屬于目前最為先進的國內(nèi)制造機,通過這十年來對國外的先進技術進行銷化，也正在積極地進行國產(chǎn)變頻器的自主開發(fā)．努力追趕世界發(fā)達國家的水平。近十年來國

7、外通用變頻器技術的發(fā)展對于深入了解交流傳動與控制技術的走向，以及如何站在高起點上結合我國國情開發(fā)我國自己的產(chǎn)品應該說具有十分積極的意義. </p><p><b>　　三、研究內(nèi)容及方法</b></p><p><b>　　1、研究內(nèi)容</b></p><p>　　研究課題來源于日常生活中的用水情況，也結合了廣大居民的反

8、映情況。全面介紹了變頻調(diào)速領域研究的熱點問題，分析了最新技術發(fā)展對變頻調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化所帶來的影響，并對變頻調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展前景進行了預測。 </p><p><b>　　研究方法</b></p><p>　　恒壓供水變頻調(diào)速設計系統(tǒng)工程，必須遵循系統(tǒng)工程的原理與方法。首先分析系統(tǒng)中的危險性，為調(diào)整設備、操作、管理和費用等因素提供依據(jù)，以使系統(tǒng)所存在的問題得到解決。&l

9、t;/p><p><b>　　四、課題研究計劃</b></p><p><b>　　大學</b></p><p><b>　　--電力工程學院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題目

10、恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)設計</p><p>　　學生姓名 </p><p>　　學 號 </p><p>　　專 業(yè) 電氣自動化 </p><p>　　班 級 </p><p>　　

11、指導教師 </p><p>　　評閱教師 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　目錄2</b></p><p><b>　　摘要4</b></p>&l

12、t;p><b>　　前言5</b></p><p><b>　　第一章 緒論6</b></p><p><b>　　1.1 引言6</b></p><p>　　1.2 本課題產(chǎn)生的背景和意義7</p><p>　　1.3 變頻恒壓供水的現(xiàn)況7</p&g

13、t;<p>　　1.3.1 國內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀7</p><p>　　1.3.2 變頻供水系統(tǒng)應用范圍8</p><p>　　1.3.3變頻控制原理8</p><p>　　1.3.4恒壓供水系統(tǒng)特點9</p><p>　　1.4 本人的主要工作9</p><p>　　第二章 變頻恒壓供水

14、的理論分析10</p><p>　　2.1 水泵的工作原理10</p><p>　　2.2 供水電機的搭配10</p><p>　　2.3 水泵的調(diào)節(jié)方式11</p><p>　　2.4 恒壓供水系統(tǒng)的能耗分析11</p><p>　　2.5 供水系統(tǒng)的安全性問題13</p><p>

15、;　　2.5.1 水錘效應13</p><p>　　2.5.2 水錘效應的產(chǎn)生原因13</p><p>　　2.5.3 水錘效應的消除14</p><p>　　2.5.4 延長水泵壽命的其他因素14</p><p>　　第三章 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件的設計15</p><p>　　3.1 變頻恒壓供水控制

16、系統(tǒng)的構成方案15</p><p>　　3.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案16</p><p>　　3.3 供水設備的選擇原則17</p><p>　　3.4 參數(shù)的計算與供水設備選型18</p><p>　　3.4.1 水泵的參數(shù)計算與型號的選擇18</p><p>　　3.4.2 變頻器的選擇18

17、</p><p>　　3.4.3 壓力傳感器的選擇19</p><p>　　3.4.4 水位傳感器的選擇20</p><p>　　3.4.5 其他低壓電器的選擇20</p><p>　　3.5 PLC的選型21</p><p>　　3.5.1 I/O點的統(tǒng)計21</p><p&g

18、t;　　3.5.2 PLC選型的基本原則21</p><p>　　3.5.3 I/O的分配21</p><p>　　3.6 系統(tǒng)硬件線路設計22</p><p>　　3.7 PID參數(shù)的預置23</p><p>　　第四章 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)軟件的設計24</p><p>　　4.1 常用編程方法2

19、4</p><p>　　4.1.1 經(jīng)驗設計法24</p><p>　　4.1.2 翻譯設計法24</p><p>　　4.1.3 邏輯代數(shù)設計法25</p><p>　　4.2 編程軟件的簡單介紹26</p><p>　　4.3 恒壓供水系統(tǒng)梯形圖的設計27</p><p>　　

20、4.4 程序的仿真與調(diào)試31</p><p>　　4.4.1 仿真軟件的簡介31</p><p>　　4.4.2 恒壓供水系統(tǒng)程序的仿真調(diào)試32</p><p>　　4.5 恒壓變頻供水系統(tǒng)的WinCC界面設計34</p><p>　　4.5.1 WinCC軟件簡介34</p><p>　　4.5.2

21、恒壓供水系統(tǒng)的WinCC界面設計34</p><p>　　4.6 經(jīng)濟效益分析38</p><p>　　第五章 總結與期望39</p><p><b>　　5.1 總結39</b></p><p><b>　　5.2 展望39</b></p><p>　　第六章

22、工程設計概算（見表）40</p><p>　　6、1生活變頻供水系統(tǒng)40</p><p><b>　　參考文獻41</b></p><p><b>　　致 謝42</b></p><p>　　附錄 語句表43</p><p>　　恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)設計<

23、;/p><p>　　—肇慶小區(qū)供水系統(tǒng)設計 </p><p>　　學 生： </p><p><b>　　指導教師：</b></p><p><b>　?。╔X大學）</b></p><p><b>　　摘要</b></p>&l

24、t;p>　　隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市的建設規(guī)模的不斷擴大，人口的增多，和人們對生活水平的要求不斷提高，人們對城市供水的水量、質(zhì)量、穩(wěn)定性提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的生活中供水的方法是通過建造水塔來維持水壓和水量。但是，現(xiàn)在的建筑物越累越高，水塔就難以滿足人們的需求了。再者，建造水塔還會花費很多的財力，水塔對水還會造成第二次污染。本文結合城市小區(qū)現(xiàn)狀，設計了一套基于PLC的變頻調(diào)速恒壓自動控制供水系統(tǒng)。</p>&

25、lt;p>　　關鍵詞：變頻調(diào)速、變頻供水、恒壓供水、PLC、傳感器</p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　近年來，隨著電力電子技術、計算機技術、自動控制技術的迅速發(fā)展，交流傳動與控制技術成為目前發(fā)展最為迅速的技術之一，電氣傳動技術面臨著一場歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計算機數(shù)字控制技術取代模擬控制技術已成為發(fā)展趨勢。電機交流變頻調(diào)

26、速技術是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術進步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。深入了解交流傳動與控制技術的走向，具有十分積極的意義．隨著生產(chǎn)技術的不斷發(fā)展，直流拖動的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯露出來。由于換向器的存，直流電機的維護量加大，單機容量、最高轉速以及使用環(huán)境都受到限制。人們開始轉向結構簡單、運行可

27、靠、維護方便、價格低廉的異步電動機。但異步電動機的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)的需要。于是，從20世紀30年代開始，人們致力于交流調(diào)速技術的研究，然而進展緩慢。在相當長的時期內(nèi)，直流調(diào)速一直以其優(yōu)異的性能統(tǒng)治著電氣傳動領域。20世紀60年代以后，特別是70年代以來，電力電子技術、控制技術和微電子技術的飛速發(fā)展，使得交流調(diào)速性能可以與直</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p&

28、gt;<p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　水是生命之源，人類生存和發(fā)展都離不開水。在通常的城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水中，基本上都是靠供水站的電動機帶動離心水泵，產(chǎn)生壓力使管網(wǎng)中的自來水流動，把供水管網(wǎng)中的自來水送給用戶。但供水機泵供水的同時，也消耗大量的能量，如果能在提高供水機泵的效率、確保供水機泵的可靠穩(wěn)定運行的同時，降低能耗，將具有重要經(jīng)濟意義。我國供水機泵的

29、特點是數(shù)量大、范圍廣、類型多，在工程規(guī)模上也有一定水平，但在技術水平、工程標準以及經(jīng)濟效益指標等方面與國外先進水平相比，還有一定的差距。</p><p>　　隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)的可靠性要求不斷提高。衡量供水質(zhì)量的重要標準之一是供水壓力是否恒定，因為水壓恒定于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的，如當發(fā)生火警時，若供水壓力不足或無水供應，不能迅速滅火，會造成更大的經(jīng)濟損失或人員傷亡.但是用戶

30、用水量是經(jīng)常變動的，因此用水和供水之間的不平衡的現(xiàn)象時有發(fā)生，并且集中反映在供水的壓力上：用水多而供水少，則供水壓力低；用水少而供水多，則供水壓力大。保持管網(wǎng)的水壓恒定供水，可使供水和用水之間保持平衡，不但提高了供水的產(chǎn)量和質(zhì)量，也確保了供水生產(chǎn)以及電機運行的安全可靠性。</p><p>　　變頻調(diào)速技術以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風機、水泵、空氣壓縮機、制冷壓縮機等高能耗設備上廣泛應用。利用變頻技

31、術與自動控制技術相結合，在中小型供水企業(yè)實現(xiàn)恒壓供水，不僅能達到比較明顯的節(jié)能效果，提高供水企業(yè)的效率，更能有效保證從水系統(tǒng)的安全可靠運行.變頻 恒 水 壓供水系統(tǒng)集變頻技術、電氣傳動技術、現(xiàn)代控制技術于一體。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控;同時可達到良好的節(jié)能性，提高供水效率。所以設計基于變頻調(diào)速的恒定水壓供水系統(tǒng)(簡稱變頻恒壓供水，如圖1.2)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水

32、平，同時降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。</p><p>　　圖1.1 傳統(tǒng)供水機示意圖 圖1.2 變頻供水機示意圖</p><p>　　1.2 本課題產(chǎn)生的背景和意義</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)供水等方面技術一直比較落后，工業(yè)自動化程度低。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)供水壓力的方式，多采用頻繁啟/停電機控

33、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)中其他負荷造成影響，設備不斷啟停會影響設備壽命；后者則需要大量的占地與投資。而變頻調(diào)速式的運行十分穩(wěn)定可靠，沒有頻繁的啟動現(xiàn)象，啟動方式為軟啟動，設備運行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機械沖擊，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、運行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應用前景和明顯的經(jīng)濟效益與社會效

34、益。</p><p>　　1.3 變頻恒壓供水的現(xiàn)況</p><p>　　1.3.1 國內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀</p><p>　　變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。目前國外的恒壓供水系統(tǒng)變頻器成熟可靠，恒壓控制技術先進。國外變頻供水系統(tǒng)在設計時主要采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式。這種方式運行安全可靠，變壓方式更靈活。此方式的缺點必是電機數(shù)量

35、和變頻的數(shù)量一樣多，投資成本高。</p><p>　　目前國內(nèi)有不少公司在從事進行變頻恒壓供水的研制推廣，國產(chǎn)變頻器主要采用進口元件組裝或直接進口國外變頻器，結合PLC 或PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)恒壓供水，在小容量、控制要求低的變頻供水領域，國產(chǎn)變頻器發(fā)展較快，并以其成本低廉的優(yōu)勢占領了相當部分小容量變頻恒壓供水市場。但在大功率大容量變頻器上，國產(chǎn)變頻器有待于進一步改進和完善。</p><p>　

36、　1.3.2 變頻供水系統(tǒng)應用范圍</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應用，按所使用的范圍大致分為三類:</p><p>　　(1) 小區(qū)供水(加壓泵站)變頻恒壓供水系統(tǒng)</p><p>　　這類變頻供水系統(tǒng)主要用于包括工廠、小區(qū)供水、高層建筑供水、鄉(xiāng)村加壓站，特點是變頻控制的電機功率小，一般在135kW以下，控制系統(tǒng)簡單。由于這一范圍的用戶群十分龐

37、大，所以是目前國內(nèi)研究和推廣最多的方式。</p><p>　　(2) 國內(nèi)中小型供水廠變頻恒壓供水系統(tǒng)</p><p>　　這類變頻供水系統(tǒng)主要用于中小供水廠或大中城市的輔助供水廠。這類變頻器、電機功率在135kV～320kW之間，電網(wǎng)電壓通常為220V或380V。受中小水廠規(guī)模和經(jīng)濟條件限制，目前主要采用國產(chǎn)通用的變頻恒壓供水變頻器。</p><p>　　(3)

38、大型供水廠的變頻恒壓供水系統(tǒng)</p><p>　　這類變頻供水系統(tǒng)用于大中城市的主力供水廠，特點是功率大(一般都大于320kW)、機組多、多數(shù)采用高壓變頻系統(tǒng)。這類系統(tǒng)一般變頻器和控制器要求較高，多數(shù)采用了國外進口變頻器和控制系統(tǒng)。</p><p>　　目前，國內(nèi)除了高壓變頻供水系統(tǒng)，多數(shù)變頻供水系統(tǒng)均聲稱只要改變?nèi)萘烤涂梢酝ㄓ糜诟鞣N供水范圍，但在實際運用中，不同供水環(huán)境對變頻器的要求和控

39、制方式是不一致的，大多數(shù)變頻器并不能真正實現(xiàn)通用。所以在部分條件復雜的中小水廠，采用通用的恒壓供水變頻系統(tǒng)并不能完全滿足實踐要求，現(xiàn)部分中小水廠已認識到這一情況，并針對實際情況對變頻恒壓供水系統(tǒng)加以改進和完善。</p><p>　　1.3.3變頻控制原理</p><p>　　用變頻調(diào)速來實現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來實現(xiàn)恒壓供水相比，節(jié)能效果十分顯著（可根據(jù)具體情況計算出來）。其優(yōu)點是：

40、 1、 起動平衡，起動電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動時對電網(wǎng)的沖擊；</p><p>　　2、 由于泵的平均轉速降低了，從而可延長泵和閥門等的使用壽命； 3、 可以消除起動和停機時的水錘效應；　　一般地說，當由一臺變頻器控制一臺電動機時，只需使變頻器的配用電動機容量與實際電動機容量相符即可。當一臺變頻器同時控制兩臺電動機時，原則上變頻器的配用電動機容量應等于兩臺電動機的容量之和。但如在高峰負載

41、時的用水量比兩臺水泵全速供水量相差很多時。</p><p>　　可考慮適當減小變頻器的容量，但應注意留有足夠的容量?！　‰m然水泵在低速運行時，電動機的工作電流較小。但是，當用戶的用水量變化頻繁時，電動機將處于頻繁的升、降速狀態(tài)，而升、降速的電流可略超過電動機的額定電流，導致電動機過熱。因此，電動機的熱保護是必需的。對于這種由于頻繁地升、降速而積累起來的溫升，變頻器內(nèi)的電子熱保護功能是難以起到保護作用的，所以應采

42、用熱繼電器來進行電動機的熱保護。　　在主要功能預置方面，最高頻率應以電動機的額定頻率為變頻器的最高工作頻率。升、降速時間在采用PID調(diào)節(jié)器的情況下，升、降速時間應盡量設定得短一些，以免影響由PID調(diào)節(jié)器決定的動態(tài)響應過程。如變頻器本身具有PID調(diào)節(jié)功能時，只要在預置時設定PID功能有效，則所設定的升速和降速時間將自動失效。</p><p>　　1.3.4恒壓供水系統(tǒng)特點</p><p>

43、　　1、節(jié)電：優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實現(xiàn)最大限度地節(jié)能運行； 2、節(jié)水：根據(jù)實際用水情況設定管網(wǎng)壓力，自動控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象； 3、運行可靠：由變頻器實現(xiàn)泵的軟起動，使水泵實現(xiàn)由工頻到變頻的無沖擊切換，防止管網(wǎng)沖擊、避免管網(wǎng)壓力超限，管道破裂；</p><p>　　4、聯(lián)網(wǎng)功能：采用全中文工控組態(tài)軟件，實時監(jiān)控各個站點，如電機的電壓、電流、工作頻率、管網(wǎng)壓力及流量等。并且能夠累積

44、每個站點的用電量，累積每臺泵的出水量，同時提供各種形式的□打印報表，以便分析統(tǒng)計； 5、控制靈活：分段供水，定時供水，手動選擇工作方式； 6、自我保護功能完善：如某臺泵出現(xiàn)故障，主動向上位機發(fā)出報警信息，同時啟動備用泵，以維持供水平衡。萬一自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用戶可以直接操作手動系統(tǒng)，以保護供水。</p><p>　　1.4 本人的主要工作</p><p>　　本課題主要通過研

45、究PLC來控制變頻器實現(xiàn)恒壓供水，通過設計解并熟悉了PLC的工作原理，編程原理以及編程方法。進行了控制系統(tǒng)的主電路設計、控制電路設計，系統(tǒng)的控制設備選用S7-200系列的PLC（CPU222），變頻器選用西門子泵類專用的變頻器MM430。進行了控制程序（梯形圖）的設計。在控制過程中，電控系統(tǒng)由S7-200完成，PID控制由變頻器完成。最后，對變頻恒壓供水系統(tǒng)進行調(diào)試，對該系統(tǒng)在供水中所取得的節(jié)約電耗、恒定壓力、保護管網(wǎng)等進行了總結，指出

46、變頻技術在供水領域所取得的成果及局限性。</p><p>　　第二章 變頻恒壓供水的理論分析</p><p>　　2.1 水泵的工作原理</p><p>　　供水所用水泵主要是離心泵，普通離心泵如圖2.1所示，葉輪安裝在泵2內(nèi)，并緊固在泵軸3上，泵軸由電機直接帶動，泵殼中央有一液體吸入口4與吸入管5連接，液體經(jīng)底閥6和吸入管進入泵內(nèi)，泵殼上的液體排出口8與排出管9

47、連接。</p><p>　　在泵啟動前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體:啟動后，葉輪由軸帶動高速轉動，葉片間的液體也必須隨著轉動。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進入泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴大而減速，又將部分動能轉變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場所。液體由葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便

48、被連續(xù)壓入葉輪中?？梢?，只要葉輪不斷地轉動，液體便會不斷地被吸入和排出[5]。</p><p>　　圖2.1 離心泵結構示意圖</p><p>　　2.2 供水電機的搭配</p><p>　　供水電機驅(qū)動離心泵運行，和離心泵共同組成了供水系統(tǒng)的整體，電機的配置主要以水泵供水負載來決定。電動機的功率應根據(jù)生產(chǎn)機械所需要的功率來選擇，盡量使電動機在額定負載下運行。選擇時

49、應注意以下兩點:</p><p>　　(1) 如果電動機功率選得過小，就會出現(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象，造成電動機長期過載，使其絕緣因發(fā)熱而損壞，甚至電動機被燒毀。</p><p>　　(2) 如果電動機功率選得過大，就會出現(xiàn)“小馬拉小車”現(xiàn)象，其輸出機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。</p><p>　　因此，要

50、正確選擇電動機的功率， 對恒定負載連續(xù)工作方式，如果知道負載的功率(生產(chǎn)機械軸上的功率)（kW），可按式(2.1)計算所需電動機的功率[6](kW)：</p><p><b>　　(2.1)</b></p><p>　　式中，為生產(chǎn)機械的效率，為電動機的效率，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

51、動機的額定功率應等于或稍大于計算所得的功率。</p><p>　　2.3 水泵的調(diào)節(jié)方式</p><p>　　水泵的調(diào)速運行，是指水泵在運行中根據(jù)運行環(huán)境的需要，人為的改變運行工作狀況點(簡稱工況點)的位置，使流量、揚程、軸功率等運行參數(shù)適應新的工作狀況的需要。水泵的調(diào)節(jié)方式與節(jié)能的關系非常密切，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)的特性曲線進行調(diào)節(jié)。大量的統(tǒng)計調(diào)查

52、表明，一些在運行中需要進行調(diào)節(jié)的水泵，其能量浪費的主要原因，往往是由于采用不合適的調(diào)節(jié)方式。因此，研究并設計它們的調(diào)節(jié)方式，是節(jié)能最有效的途徑和關鍵所在。</p><p>　　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)。詳細劃分如下[6]：</p><p>　　2.4 恒壓供水系統(tǒng)的能耗分析</p><p>　　在供水系統(tǒng)中，最根本的控制對象是流量。因此，要討論節(jié)能問題

53、，必須從考察調(diào)節(jié)流量的方法入手。常見的方法有閥門控制法和轉速控制法兩種。供水系統(tǒng)中對水壓流量的控制，傳統(tǒng)上采用閥門調(diào)節(jié)實現(xiàn)。由于水泵的軸功率與轉速的立方成正比，因此水泵用變頻器來調(diào)節(jié)轉速能實現(xiàn)壓力或流量的自動控制，同時可獲得大量節(jié)能。閉環(huán)恒壓供水系統(tǒng)正越來越多地取代高位水箱、水塔等設施及閥門調(diào)節(jié)。</p><p>　　(1) 閥門控制法：通過關小或開大閥門來調(diào)節(jié)流量，而轉速保持不變。</p><

54、;p>　　閥門控制法的實質(zhì)是水泵本身的供水能力不變，而是通過改變水路中的阻力大小來強行改變流量，以適應用戶對流量的要求。這時，管阻特性將隨閥門開度的改變而改變，但是揚程特性不變。</p><p>　　如圖 2.3所示，設用戶所需流量QX為額定流量的60%(即QX=60%QN)。當通過關小閥門來實現(xiàn)時，管阻特性將改變?yōu)榍€③，而揚程特性則仍為曲線①，故供水系統(tǒng)的工作點移至E點，這時，流量減小為QE(=Qx)；

55、揚程增加為HE；供水功率PC與面積ODEJ成正比。</p><p>　　圖2.3 調(diào)節(jié)流量的方法與比較</p><p>　　(2) 恒壓控制法：即通過改變水泵的轉速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度保持不變，也稱為轉速控制法。</p><p>　　轉速控制法的實質(zhì)是通過改變水泵的供水能力來適應用戶對流量的要求。當水泵的餓轉速改變時，揚程特性將隨之改變，而管阻特性不變。</

56、p><p>　　以用戶所需流量等于60%Qn為例，當通過降低轉速使得Qx=60%Qn時，揚程特性仍為曲線②，故工作點移向C點。這時流量減小為QE（=Qx），揚程減小為Hc，供水功率PC與面積0DCK成正比。</p><p>　　比較上述兩種調(diào)節(jié)流量的方法可以看出，在所需流量小于額定流量(Qx<100%QN)的情況下，轉速控制時的揚程比閥門控制方式小得多，所以轉速控制方式所需的供水功率也比

57、閥門控制方式小得多。兩者之差△P便是轉速控制方式節(jié)約的供水功率，它與面積KCEJ成正比。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果最基本的方面。</p><p>　　對供水系統(tǒng)進行的控制，歸根結底是為了滿足用戶對流量的要求。所以，流量是供水系統(tǒng)的基本控制對象。而流量的大小又取決于揚程，但是揚程難以進行具體測量和控制?？紤]到動態(tài)情況下，管道中水壓的大小與供水能力（由流量QG表示）和用水要求（由流水量QU表示）之間的平衡情況有

58、關。</p><p>　　如：供水能力QG>用水需求QU，則壓力上升（P↑）；</p><p>　　如：供水能力QG<用水需求QU，則壓力上升（P↓）；</p><p>　　如：供水能力QG=用水需求QU，則壓力上升（P不變）。</p><p>　　可見，供水能力與用水需求之間的矛盾具體地反映在流體壓力的變化上。從而，壓力就成為了

59、用來作為控制流量大小的參變量。就是說，保持供水系統(tǒng)中某處的壓力的恒定，也就保證了使該處的供水能力和用水流量處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了用戶所需的用水流量，這就是恒壓供水所要達到的目的[7][8]。</p><p>　　2.5 供水系統(tǒng)的安全性問題</p><p>　　2.5.1 水錘效應</p><p>　　異步電動機在全電壓啟動時，從靜止狀態(tài)加速到額定轉速所需要

60、的時間只有在0.25S。這意味著在0.25S的時間里，水的流量從零增到額定流量。由于水具有動量和不可壓縮性，因此，在極短時間內(nèi)流量的巨大變化將引起對管道的壓強過高或過低的沖擊，并產(chǎn)生空化現(xiàn)象。壓力沖擊將使管壁受力而產(chǎn)生噪聲，猶如錘子敲擊管子一樣，故稱為水錘效應。</p><p>　　水錘效應具有極大的破壞性，壓強過高，將引起管道的破裂，反之，壓強過低又會導致管道的癟塌。此外，水錘效應也可能破壞閥門和固定件。在直接

61、停機時，供水系統(tǒng)的水頭將克服電動機的慣性而使系統(tǒng)急劇地停止。這也同樣會引起壓力沖擊和水錘效應。</p><p>　　2.5.2 水錘效應的產(chǎn)生原因</p><p>　　產(chǎn)生水錘效應的根本原因，是在啟動和制動過程中的動態(tài)轉矩太大.在啟動過程中，異步電動機和水泵的機械特性如圖2.4a所示，圖中曲線1是異步電動機的機械特性，曲線2是水泵的機械特性，陰影部分是動態(tài)轉矩TJ(即兩者之差)。</

62、p><p>　　（a）全壓啟動 （b）變頻啟動</p><p>　　圖2.4 水泵的全壓啟動與變頻啟動</p><p>　　在拖動系統(tǒng)中，決定加速過程的是動態(tài)轉矩</p><p>　　由圖2.4a可知，水泵在直接啟動過程中，拖動系統(tǒng)動態(tài)轉矩寫的大小如陰影部分所示，是很大的。所以，加

63、速過程很快。</p><p>　　2.5.3 水錘效應的消除</p><p>　　采用了變頻調(diào)速后，可以通過對升速時間的預置來延長啟動過程，使動態(tài)轉矩大為減小，如圖2.4b命所示。圖中，曲線簇1是異步電動機在不同頻率下的機械特性，曲線2是水泵的機械特性，中間的鋸齒狀線是升速過程中的動態(tài)轉矩(即不同頻率時電動機機械特性與水泵機械特性之差)。</p><p>　　在停機

64、過程中，同樣可以通過對降速時間的預置來延長停機過程，使動態(tài)轉矩大為減小，從而徹底消除了水錘效應。</p><p>　　2.5.4 延長水泵壽命的其他因素</p><p>　　水錘效應的消除，無疑可大大延長水泵及管道系統(tǒng)的壽命。此外，由于水泵平均轉速下降、工作過程中平均轉矩減小的原因，使:</p><p>　　(1) 葉片承受的應力大為減小。</p>&

65、lt;p>　　(2) 軸承的磨損也大為減小。</p><p>　　所以，采用了變頻調(diào)速以后，水泵的工作壽命將大大延長。</p><p>　　第三章 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件的設計</p><p>　　3.1 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的構成方案</p><p>　　從變頻恒壓供水的原理分析可知，該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒

66、壓控制單元、水泵機組以及低壓電器組成。系統(tǒng)主要的設計任務是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環(huán)控制多臺水泵，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機的軟啟動以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時還要能對運行數(shù)據(jù)進行傳輸。根據(jù)系統(tǒng)的設計任務要求，結合系統(tǒng)的使用場所，本次設計才用通用變頻器+PCL(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)+人機界面+壓力傳感器的構成方案。系統(tǒng)的構成框圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)構成

67、框圖</p><p>　　這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換；通用性強，由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設計上，只需確定PLC的硬件配置和變頻器的外部接線，當控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過PC機來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。同時由于PLC的抗干擾能力強、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。因此該系統(tǒng)能適用于各

68、類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機組的容量大小無關[10]。</p><p>　　3.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案有多種，有1臺變頻器控制一臺水泵的簡單控制方案，也有一臺變頻器控制幾臺水泵的方案，下面重點介紹一臺變頻器控制幾臺水泵的特點。</p><p>　　利用單臺變頻器控制多臺水泵的控制方案適用于大多數(shù)供水系

69、統(tǒng)，是目前應用中比較先進的一種方案。下面以單臺變頻器控制2臺水泵的方案來說明。該控制方案的控制原理如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 控制原理框圖</p><p>　　控制系統(tǒng)的工作原理如下:根據(jù)系統(tǒng)用水量的變化，控制系統(tǒng)控制2臺水泵按1—2—3—4—1的順序運行，以保證正常供水。開始工作時，系統(tǒng)用水量不多，只有1號泵在變頻器控制下運行，2號泵處于停止狀態(tài)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)1。

70、當用水量增加，變頻器輸出頻率增加，則1號泵電機的轉速也增加，當變頻器增加到最高輸出頻率時，表示只有1臺水泵工作己不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)，1號泵從變頻器電源轉換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動2號泵電機，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)2。</p><p>　　當系統(tǒng)用水高峰過后，用水量減少時，變頻器輸出頻率減少，若減至設定頻率時，表示只有1臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)，可將1號泵電機

71、停運，2號泵電機仍由變頻器電源供電，這時控制系統(tǒng)處于狀態(tài)3。</p><p>　　當用水量再次增加，變頻器輸出頻率增加，則2號泵電機的轉速也增加，當變頻器增加到最高輸出頻率時，表示只有1臺水泵工作已不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)的控制，2號泵從變頻器電源轉換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動1號泵電機，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4。</p><p>　　當控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4時，用水量減少

72、，變頻器輸出頻率減少，若減至設定頻率時，表示只有1臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)供水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)的控制，2號泵從變頻器電源轉換到普通的交流電源，而變頻器啟動1號泵電機，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4。</p><p>　　當控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4時，用水量又減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設定頻率時，表示只有1臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)的控制，可將2號泵電機停運，1號泵電機仍由變頻器供電，這時，控

73、制系統(tǒng)又回到了狀態(tài)1。如此循環(huán)往復的工作，以滿足系統(tǒng)用水的需要[11]。</p><p>　　3.3 供水設備的選擇原則</p><p>　　在做供水系統(tǒng)時，應先選擇水泵和電機，選擇依據(jù)是供水規(guī)模（供水流量）。而供水規(guī)模和住宅類型以及用戶數(shù)有關。有關選擇依據(jù)原則使用表格如下。</p><p>　　不同住宅類型的用水標準。</p><p>　　

74、不同住宅類型的用水標準，根據(jù)《城市居民生活用水標準》GB/T 50331-2002，節(jié)錄如表3.1。</p><p>　　表3.1 不同住宅類型的用水標準</p><p>　　2. 供水規(guī)模換算表。</p><p>　　不同住宅類型的用水標準，根據(jù)《城市居民生活用水標準》GB/T 50331-2002，節(jié)錄如表3.2。上面一行為用水標準(/人日)，中間數(shù)據(jù)為用水規(guī)模

75、(/h)。</p><p>　　表3.2 供水規(guī)模換算表</p><p>　　3. 根據(jù)供水量和高度確定水泵型號和臺數(shù),并對電動機進行選型,見表3.3。</p><p>　　表3.3 水泵，電機和變頻器選型表</p><p><b>　　注：N為水泵臺數(shù)</b></p><p>　　4. 設定供水

76、壓力經(jīng)驗數(shù)據(jù)：平方供水壓力P=0.12MPa；樓房供水壓力[12]</p><p>　　P=（0.08+0.04×樓層數(shù)）MPa (3.1)</p><p>　?。?）系統(tǒng)設計還應遵循以下的原則：</p><p>　?、?蓄水池容量應大于每小時最大供水量；</p><p>　?、?

77、水泵揚程應大于實際供水高度；</p><p>　　③ 水泵流量總和應大于實際最大供水量。</p><p>　　3.4 參數(shù)的計算與供水設備選型</p><p>　　3.4.1 水泵的參數(shù)計算與型號的選擇</p><p>　　(1) 根據(jù)表3.1確定用水量標準為0.19/人日。</p><p>　　(2) 根據(jù)表3

78、.2確定每小最大用水量為175.00/h。</p><p>　　(3) 根據(jù)10層樓高度35m，按照式(3.1)計算得</p><p>　　P =（0.08+0.04×樓層數(shù)）MPa=0.48MPa </p><p>　　可確定設置供水壓力值為0.48MPa。</p><p>　　根據(jù)表3.3確

79、定水泵型號為100DL3，工3臺(其中一臺做備用)，水泵自帶電動機功率為30kW。</p><p>　　3.4.2 變頻器的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)中 ，采用MciorMaster430系列變頻器，型號為HVAC(風機和水泵節(jié)能型)EC01—4500/3，額定電壓為380V—500V，額定功率35kW。MicroMaster430系列變頻器是全新一代標準變頻器中的風機和泵類變轉矩

80、負載專家，功率范圍7.5kW至250Kw。它按照專用要求設計，并使用內(nèi)部功能互聯(lián)(BiCo)技術，具有高度可靠性和靈活性，牢固的EMC(電磁兼容性)設計；控制軟件可以實現(xiàn)專用功能：多泵切換、手動/自動切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運行方式等[14]。</p><p>　　1. MM430變頻器介紹</p><p>　　MciorMaster430變頻器的端子接口分布如圖3.3所示。&

81、lt;/p><p>　　圖3.3 MM430 端子接口分布圖</p><p><b>　　2. 端子功能介紹</b></p><p>　　各端子的功能如表3.4所示。</p><p>　　表3.4 端子功能表</p><p>　　3.4.3 壓力傳感器的選擇</p><p>

82、;　　CYYB-120系列壓力變送器為兩線制4～20mA電流信號輸出產(chǎn)品。它采用CYYB-105系列壓力傳感器的壓力敏感元件。經(jīng)后續(xù)電路給電橋供電，并對輸出信號進行放大、溫度補償及非線性修正、V/I變換等處理，對供電電壓要求寬松，具有4～20mA標準信號輸出。一對導線同時用于電源供電及信號傳輸，輸出信號與環(huán)路導線電阻無關，抗干擾性強、便于電纜鋪設及遠距離傳輸，與數(shù)字顯示儀表、A/D轉換器及計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接方便。CYYB-120系列

83、壓力變送器新增加了全密封結構帶現(xiàn)場數(shù)字顯示的隔爆型產(chǎn)品?？蓮V泛應用于航空航天、科學試驗、石油化工、制冷設備、污水處理、工程機械等液壓系統(tǒng)產(chǎn)品及所有壓力測控領域[13]。主要特點：</p><p>　?。?）高穩(wěn)定性、高精度、寬的工作溫度范圍；</p><p>　?。?）抗沖擊、耐震動、體積小、防水；</p><p>　?。?）標準信號輸出、良好的互換性、抗干擾性強；

84、</p><p>　?。?）最具有競爭力的價格。</p><p>　　3.4.4 水位傳感器的選擇</p><p>　　SL980-投入式液位變送器，廣泛用于儲水池、污水池、水井、水箱的水位測量，油池、油罐的油位測量，江河湖海的深度測量。接受與液體深度成正比的液壓信號，并將其轉換為開關量輸出，送給計算機、記錄儀、調(diào)節(jié)儀或變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)以實現(xiàn)液位的全自動控制。主要特點

85、是：安裝簡單，精度高，可靠性高，性能穩(wěn)定，能實現(xiàn)自身保護等[14]。</p><p>　　3.4.5 其他低壓電器的選擇</p><p><b>　　1. 斷路器的選擇</b></p><p>　?。?） ，選擇。斷路器具有隔離,過電流及欠電壓等保護功能,當變頻器的輸入側發(fā)生短路或電源電壓過低等故障時,可迅速進行保護?？紤]變頻器允許的過載能力

86、為150%，時間為1min。所以為了避免誤動作，斷路器的額定電流應選</p><p>　?。ˋ） (3.2)</p><p>　　式中為變頻器的額定輸出電流</p><p><b>　　所以，選90A。</b></p><p>　　（2） 斷路器選擇。在電動機要求實現(xiàn)工頻和變頻切換驅(qū)

87、動的電路中，斷路器應按電動機在工頻下起動電流來考慮，斷路器的額定電流應選</p><p><b>　　(A) </b></p><p>　　式中為電動機的額定電流，=60A。</p><p><b>　　所以選160A。</b></p><p><b>　　2. 接觸器的選擇<

88、;/b></p><p>　　接觸器的選擇應考慮到電動機在工頻下的起動情況，其觸點電流通?？砂措妱訖C的額定電流再加大一個檔次來選擇，由于電動機的額定電流為60A，所以接觸器的觸點電流選70A即可。</p><p>　　3.5 PLC的選型</p><p>　　3.5.1 I/O點的統(tǒng)計</p><p>　　恒壓變頻供水控制系統(tǒng)的輸入

89、輸出點的統(tǒng)計如表3.5所示。</p><p>　　表3.5 I/O統(tǒng)計表</p><p>　　3.5.2 PLC選型的基本原則</p><p>　　這是PLC應用設計中很重要的一步，目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的PLC種類很多，在選用PLC時應考慮以下幾個方面[15]。</p><p><b>　?。?）規(guī)模要適當；</b>&l

90、t;/p><p>　?。?）功能要相當，結構要合理；</p><p>　?。?）輸入，輸出功能及負載能力的選擇要正確；</p><p>　?。?）要考慮環(huán)境條件。</p><p>　　根據(jù)以上原則，這次設計選擇西門子S7-200系列的CPU222AC/DC。</p><p>　　3.5.3 I/O的分配</p>

91、;<p>　　根據(jù)功能要求和工藝流程，我們統(tǒng)一了I/O接點的分配，分配表如表3.6所示。根據(jù)PLC口的分配，系統(tǒng)的控制要求以及合理利用I/O口的原則[16]。</p><p>　　表3.6 I/O分配表</p><p>　　3.6 系統(tǒng)硬件線路設計</p><p>　　供水系統(tǒng)主電路設計如圖3.4所示，采用了一臺變頻器同時連接兩臺電動機，所以必須確保

92、開關KM1和KM2電氣連鎖，連鎖功能由軟件和硬件實現(xiàn)。在變頻水泵出現(xiàn)問題或緊急情況下，可以起用備用水泵。</p><p><b>　　圖3.4 主電路圖</b></p><p>　　系統(tǒng)的控制線路如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 控制線路圖</p><p>　　3.7 PID參數(shù)的預置</p>

93、<p>　　由于SIEMENS MM430變頻器自帶了PID模塊，我們不需要進行PID調(diào)節(jié)器的設計，只需進行簡單的參數(shù)設置就可以了。首先將設置模擬輸入的DIP開關1撥到ON位置，選擇為4～20mA輸入，將DIP開關2撥到OFF位置選擇電動機的頻率，OFF位置為50Hz。其它參數(shù)的設置如表3.7所示[17]。</p><p>　　表3.7 MM430參數(shù)預置表</p><p>

94、　　第四章 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)軟件的設計</p><p>　　4.1 常用編程方法</p><p>　　4.1.1 經(jīng)驗設計法</p><p>　　在熟悉繼電器控制電路設計方法的基礎上，如能透徹地理解PLC各種指令的功能，憑著經(jīng)驗比較準確地使用PLC 的各種指令，而設計出相應的程序。設計步驟如下：</p><p>　?。?） 確定輸入、

95、輸出電器；</p><p>　?。?） 確定輸入、輸出點數(shù)；</p><p>　?。?） 選擇PLC 并編程；</p><p>　?。?）將各個環(huán)節(jié)編寫的程序合理地聯(lián)系起來。</p><p>　　這種編程方法沒有普遍的規(guī)律可循，具有很大的試探性和隨意性，最后的結果也不是唯一的，設計所用的時間、設計的質(zhì)量與設計者的經(jīng)驗有很大關系，它一般只用于簡

96、單的梯形圖設計(如手動程序) 。</p><p>　　4.1.2 翻譯設計法</p><p>　　它是把繼電器—接觸器控制系統(tǒng)的電器原理圖直接翻譯成PLC 梯形圖。</p><p>　　1. 翻譯設計法的設計步驟如下：</p><p>　　(1) 將檢測元件、控制元件(如行程開關、按鈕等) 合理安排,接入PLC 的輸入口；</p>

97、<p>　　(2) 將被控對象(如電磁閥線圈、接觸器線圈等) 接入PLC 的輸出口；</p><p>　　(3) 把由繼電器—接觸器完成的控制功能由PLC 的軟件(即梯形圖) 來完成。</p><p><b>　　2. 應用舉例</b></p><p>　　例如:電動機正反轉控制電路,原理線路如圖4.1所示。</p>

98、<p>　　改用PLC 控制后,其I/ O 接線和梯形圖分別如圖4.2 ,圖4.3所示。</p><p>　　圖4.1 電氣原理圖</p><p>　　圖4.2 I/O接線圖</p><p>　　圖4.3 電機正反轉梯形圖</p><p>　　4.1.3 邏輯代數(shù)設計法</p><p>　　在繼電器

99、—接觸器控制線路中用邏輯代數(shù)設計法比較容易獲得設計方案。設計出來的控制線路既符合工藝要求，又達到工作可靠、經(jīng)濟合理，因而得以廣泛的應用。</p><p>　　1. 邏輯代數(shù)設計法的設計步驟如下</p><p>　?。?） 根據(jù)控制要求，列出輸入輸出及輔助繼電器等之間關系的狀態(tài)表；</p><p>　?。?） 根據(jù)狀態(tài)表列寫出邏輯函數(shù)表達式，并化簡；</p>

100、;<p>　?。?） 根據(jù)化簡后的邏輯表達式畫出梯形圖。</p><p><b>　　2.　應用舉例</b></p><p>　　例如：某系統(tǒng)中4 臺通風機，要求在以下幾種運行狀態(tài)下應發(fā)出不同的顯示信號:三臺及三臺以上開機時,綠燈常亮; 兩臺開機時，綠燈以5Hz的頻率閃爍；一臺開機時,紅燈以5Hz 的頻率閃爍；全部停機時，紅燈常亮。為討論方便,設4 臺通

101、風機分別為A、B 、C、D ,現(xiàn)以綠燈常亮的設計原理為例，其余類推。綠燈閃爍的程序設計:設燈常亮為“1”,滅為“0”,風機開為“1”,停為“0”,綠燈常亮有5 種情況，則其狀態(tài)表如表4.1 所示。</p><p>　　表4.1 綠燈閃爍狀態(tài)表</p><p>　　由狀態(tài)表可得F 的邏輯函數(shù)表達式為:</p><p><b>　　化簡為: <

102、/b></p><p>　　選擇西門子公司S7-200系列的PLC。其I/ O 分配如表4.2 所示。</p><p>　　表4.2 　I/ O 分配表</p><p>　　則其梯形圖如圖4.4 所示:</p><p>　　圖4.4 綠燈常亮梯形圖</p><p>　　其它常用的編程方法還有順序控制設計法，功能

103、模塊設計法等，在此不再一一詳細介紹[18]。</p><p>　　本設計采用的是邏輯代數(shù)設計法。</p><p>　　4.2 編程軟件的簡單介紹</p><p>　　STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應用軟件，由西門子公司專為S7-200系列PLC設計開發(fā)，它功能強大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時也可以實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)?，F(xiàn)

104、在加上全中文化程序后，可在中文的界面下進行操作，用戶使用起來更加方便。</p><p>　　STEP7-Micro/WIN32的基本功能是協(xié)助用戶完成開發(fā)應用軟件的任務，例如創(chuàng)建用戶程序，修改和編輯原有的用戶程序，編輯過程中編輯器具有簡單的語法檢查功能。同時它還有一些工具性的功能，例如用戶程序的文檔管理和加密等。此外，還可直接用軟件設置PLC的工作方式，參數(shù)和運行監(jiān)控等。程序編輯過程中的語法檢查功能可以提前避免一

105、些語法和數(shù)據(jù)類型方面的錯誤。</p><p>　　軟件的功能的實現(xiàn)可以在聯(lián)機工作方式（在線方式）下進行，部分功能的實現(xiàn)也可以在離線工作方式下進行。</p><p>　　S7-200PLC使用STEP7-Micro/WIN32編程軟件進行編程。單擊圖4.5所示的編程軟件圖標可進入如圖4.6所示的操作界面，在此界面可完成主程序，子程序，中斷程序的編制與修改，完成程序編制后單擊保存，再單擊下載，

106、程序即可供PLC使用。 </p><p>　　圖4.5 STEP7編程軟件圖標</p><p>　　圖4.6 STEP7-Micro/WIN32操作界面</p><p>　　4.3 恒壓供水系統(tǒng)梯形圖的設計</p><p>　　在控制系統(tǒng)中，變頻器通過對電機出廠壓力點處設置的壓力變送器反饋信號，進行單閉環(huán)控制。PLC程序設計的主

107、要任務是接受外部開關信號的輸入以及水池水位信號，判斷當前的系統(tǒng)狀態(tài)是否正常，然后執(zhí)行程序，由輸出信號去控制接觸器、繼電器和變頻器等器件，以完成相應的控制任務， PLC主要控制任務就是根據(jù)實際情況實現(xiàn)工頻和變頻的切換。</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，經(jīng)過化簡后的各變量的邏輯表達式如下：</p><p><b>　　(4.1)</b></p>&l

108、t;p><b>　　(4.2)</b></p><p><b>　　(4.3)</b></p><p><b>　　(4.4)</b></p><p><b>　　(4.5)</b></p><p><b>　　(4.6)</b>

109、;</p><p><b>　　(4.7)</b></p><p><b>　　(4.8)</b></p><p><b>　　(4.9)</b></p><p><b>　　(4.10)</b></p><p><b>

110、　　(4.11)</b></p><p><b>　　(4.12)</b></p><p><b>　　(4.13)</b></p><p>　　根據(jù)邏輯表達式（4.1）~（4.13），設計的梯形圖如圖4.7所示。</p><p><b>　　圖4.7 主程序</b&g

111、t;</p><p>　　4.4 程序的仿真與調(diào)試</p><p>　　4.4.1 仿真軟件的簡介</p><p>　　由于實驗室的條件有限，本次設計采用S7-PLCSIM進行仿真。S7-PLCSIM是STEP7中的一個非常實用的軟件。我們可以把它作為一臺仿真的PLC，用于運行和測試用戶程序。因為這中仿真完全是用STEP7軟件進行，因此無需連接任何S7硬件，就可以在

112、PG/PC上仿真一個完整的S7-CPU，包括地址和I/O。</p><p>　　S7-PLCSIM提供了一個簡潔的操作界面，可以監(jiān)視或者修改程序中的參數(shù)，比如直接對數(shù)字量進行操作。下面我進行仿真的地一步，打開軟件，如圖4.8所示。</p><p>　　圖4.8 S7-PLCSIM軟件的界面</p><p>　　4.4.2 恒壓供水系統(tǒng)程序的仿真調(diào)試</p&g

113、t;<p>　　在編程窗口中把程序下載到仿真PLC中，如圖4.9所示。</p><p>　　圖4.9 程序裝載界面 </p><p>　　點擊開始按鈕，1#泵開始變頻運行，如圖4.10所示。</p><p>　　圖4.10 1#泵變頻運行</p><p>　　變頻器達到上限，1#泵工頻運行，2#泵變頻運行，如圖4-11所示。&

114、lt;/p><p>　　圖4.11 1#泵工頻運行，2#泵變頻運行</p><p>　　當水泵出現(xiàn)故障，啟動備用泵，圖4-12為1#泵出現(xiàn)故障的界面。</p><p>　　圖4-12 1#泵出現(xiàn)故障</p><p>　　4.5 恒壓變頻供水系統(tǒng)的WinCC界面設計</p><p>　　4.5.1 WinCC軟件簡

115、介</p><p>　　工控組態(tài)軟件WinCC是一個集成的人機界面（HMI）系統(tǒng)和監(jiān)控管理（SCADA）系統(tǒng)。WinCC是Windows Control Center (視窗控制中心)的簡稱。它集成了SCADA、 組態(tài)、腳本語言和OPC等先進技術，提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息歸檔、以及報表等功能模塊。</p><p>　　首先創(chuàng)建通訊驅(qū)動程序：建立S7-200與WinCC之間的通訊。其

116、次建立變量標簽：每個標簽需要對每個變量的標簽名，數(shù)據(jù)類型，地址進行設置。最后 建立過程畫面。 使用WinCC中的圖形編輯器可以繪制各種元素和圖形。該控制系統(tǒng)畫面主要有主畫面、參數(shù)設置、供電回路、實時曲線、報表統(tǒng)計、歷史記錄查詢、故障報警等畫面組成，在上位機上可以顯示各個電機的電流、頻率、水位、水壓、工頻和變頻運行的時間以及各泵的運行狀態(tài)等參數(shù)。建立好WinCC和PLC的通訊聯(lián)系后，PLC上的事件順序?qū)⑹强梢暫涂刹僮鞯?。組態(tài)軟件畫面主要由