恒壓供水畢業(yè)設(shè)計(jì)--變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)書</p><p>　?。?0 — 20 學(xué)年）</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)論文，是在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。內(nèi)容都是本人自己搜集和設(shè)計(jì)的，文中引用了他人的成果，但均做出了明確的標(biāo)注或得到許可。</p><p>　

2、　本人如違反了上述聲明，愿按照學(xué)校規(guī)定的方式，擔(dān)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(xué)</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告</p><

3、p>　　題目 恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　專 業(yè)電氣自動(dòng)化班級 </p><p>　　指導(dǎo)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(shè)計(jì)研究</p><p><b>　　2、論文來源</b></p><p>　　小區(qū)變頻供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)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(shí)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(fèi)。設(shè)計(jì)一套供水自動(dòng)控制系統(tǒng)，便可以自動(dòng)控制水量，恒壓供水，已達(dá)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(gè)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(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)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(jìn)的國內(nèi)制造機(jī),通過這十年來對國外的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行銷化，也正在積極地進(jìn)行國產(chǎn)變頻器的自主開發(fā)．努力追趕世界發(fā)達(dá)國家的水平。近十年來國

7、外通用變頻器技術(shù)的發(fā)展對于深入了解交流傳動(dòng)與控制技術(shù)的走向，以及如何站在高起點(diǎn)上結(jié)合我國國情開發(fā)我國自己的產(chǎn)品應(yīng)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(jié)合了廣大居民的反

8、映情況。全面介紹了變頻調(diào)速領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題，分析了最新技術(shù)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(jìn)行了預(yù)測。 </p><p><b>　　研究方法</b></p><p>　　恒壓供水變頻調(diào)速設(shè)計(jì)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(xiǎn)性，為調(diào)整設(shè)備、操作、管理和費(fèi)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(jì)劃</b></p><p><b>　　大學(xué)</b></p><p><b>　　--電力工程學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題目

10、恒壓供水變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　專 業(yè) 電氣自動(dòng)化 </p><p>　　班 級 </p><p>　　

11、指導(dǎo)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(yīng)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(diǎn)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(jī)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(yīng)13</p><p>　　2.5.2 水錘效應(yīng)的產(chǎn)生原因13</p><p>　　2.5.3 水錘效應(yīng)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(shè)計(jì)15</p><p>　　3.1 變頻恒壓供水控制

16、系統(tǒng)的構(gòu)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(shè)備的選擇原則17</p><p>　　3.4 參數(shù)的計(jì)算與供水設(shè)備選型18</p><p>　　3.4.1 水泵的參數(shù)計(jì)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(diǎn)的統(tǒng)計(jì)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(shè)計(jì)22</p><p>　　3.7 PID參數(shù)的預(yù)置23</p><p>　　第四章 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.1 常用編程方法2

19、4</p><p>　　4.1.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法24</p><p>　　4.1.2 翻譯設(shè)計(jì)法24</p><p>　　4.1.3 邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)34</p><p>　　4.6 經(jīng)濟(jì)效益分析38</p><p>　　第五章 總結(jié)與期望39</p><p><b>　　5.1 總結(jié)39</b></p><p><b>　　5.2 展望39</b></p><p>　　第六章

22、工程設(shè)計(jì)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(xiàn)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(shè)計(jì)<

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

24、t;p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市的建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)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(huì)花費(fèi)很多的財(cái)力，水塔對水還會(huì)造成第二次污染。本文結(jié)合城市小區(qū)現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一套基于PLC的變頻調(diào)速恒壓自動(dòng)控制供水系統(tǒng)。</p>&

25、lt;p>　　關(guān)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(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，交流傳動(dòng)與控制技術(shù)成為目前發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一，電氣傳動(dòng)技術(shù)面臨著一場歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。電機(jī)交流變頻調(diào)

26、速技術(shù)是當(dāng)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(dòng)技術(shù)進(jìn)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(dòng)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(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。深入了解交流傳動(dòng)與控制技術(shù)的走向，具有十分積極的意義．隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，直流拖動(dòng)的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯露出來。由于換向器的存，直流電機(jī)的維護(hù)量加大，單機(jī)容量、最高轉(zhuǎn)速以及使用環(huán)境都受到限制。人們開始轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可

27、靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉的異步電動(dòng)機(jī)。但異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)的需要。于是，從20世紀(jì)30年代開始，人們致力于交流調(diào)速技術(shù)的研究，然而進(jìn)展緩慢。在相當(dāng)長的時(shí)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(dòng)領(lǐng)域。20世紀(jì)60年代以后，特別是70年代以來，電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和微電子技術(shù)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(dòng)機(jī)帶動(dòng)離心水泵，產(chǎn)生壓力使管網(wǎng)中的自來水流動(dòng)，把供水管網(wǎng)中的自來水送給用戶。但供水機(jī)泵供水的同時(shí)，也消耗大量的能量，如果能在提高供水機(jī)泵的效率、確保供水機(jī)泵的可靠穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，降低能耗，將具有重要經(jīng)濟(jì)意義。我國供水機(jī)泵的

29、特點(diǎn)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(shù)水平、工程標(biāo)準(zhǔn)以及經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)等方面與國外先進(jìn)水平相比，還有一定的差距。</p><p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(biāo)準(zhǔn)之一是供水壓力是否恒定，因?yàn)樗畨汉愣ㄓ谀承┕I(yè)或特殊用戶是非常重要的，如當(dāng)發(fā)生火警時(shí)，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，會(huì)造成更大的經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡.但是用戶

30、用水量是經(jīng)常變動(dòng)的，因此用水和供水之間的不平衡的現(xiàn)象時(shí)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(jī)運(yùn)行的安全可靠性。</p><p>　　變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用。利用變頻技

31、術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，在中小型供水企業(yè)實(shí)現(xiàn)恒壓供水，不僅能達(dá)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(yùn)行.變頻 恒 水 壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣傳動(dòng)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進(jìn)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(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控;同時(shí)可達(dá)到良好的節(jié)能性，提高供水效率。所以設(shè)計(jì)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(shí)降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　圖1.1 傳統(tǒng)供水機(jī)示意圖 圖1.2 變頻供水機(jī)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(shù)一直比較落后，工業(yè)自動(dòng)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(jī)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(fù)荷造成影響，設(shè)備不斷啟停會(huì)影響設(shè)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(yùn)行十分穩(wěn)定可靠，沒有頻繁的啟動(dòng)現(xiàn)象，啟動(dòng)方式為軟啟動(dòng)，設(shè)備運(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(xiǎn)。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(huì)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(shù)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(shù)先進(jìn)。國外變頻供水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)主要采用一臺變頻器只帶一臺水泵機(jī)組的方式。這種方式運(yùn)行安全可靠，變壓方式更靈活。此方式的缺點(diǎn)必是電機(jī)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(jìn)行變頻恒壓供水的研制推廣，國產(chǎn)變頻器主要采用進(jìn)口元件組裝或直接進(jìn)口國外變頻器，結(jié)合PLC 或PID調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)恒壓供水，在小容量、控制要求低的變頻供水領(lǐng)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(lǐng)了相當(dāng)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(jìn)一步改進(jìn)和完善。</p><p>　

36、　1.3.2 變頻供水系統(tǒng)應(yīng)用范圍</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應(yīng)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(diǎn)是變頻控制的電機(jī)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(jī)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(jì)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(diǎn)是功率大(一般都大于320kW)、機(jī)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(jìn)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(shí)際運(yùn)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(shí)現(xiàn)通用。所以在部分條件復(fù)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(shí)踐要求，現(xiàn)部分中小水廠已認(rèn)識到這一情況，并針對實(shí)際情況對變頻恒壓供水系統(tǒng)加以改進(jìn)和完善。</p><p>　　1.3.3變頻控制原理</p><p>　　用變頻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來實(shí)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(jì)算出來）。其優(yōu)點(diǎn)是：

40、 1、 起動(dòng)平衡，起動(dòng)電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊；</p><p>　　2、 由于泵的平均轉(zhuǎn)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(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)；　　一般地說，當(dāng)由一臺變頻器控制一臺電動(dòng)機(jī)時(shí)，只需使變頻器的配用電動(dòng)機(jī)容量與實(shí)際電動(dòng)機(jī)容量相符即可。當(dāng)一臺變頻器同時(shí)控制兩臺電動(dòng)機(jī)時(shí)，原則上變頻器的配用電動(dòng)機(jī)容量應(yīng)等于兩臺電動(dòng)機(jī)的容量之和。但如在高峰負(fù)載

41、時(shí)的用水量比兩臺水泵全速供水量相差很多時(shí)。</p><p>　　可考慮適當(dāng)減小變頻器的容量，但應(yīng)注意留有足夠的容量?！　‰m然水泵在低速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的工作電流較小。但是，當(dāng)用戶的用水量變化頻繁時(shí)，電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的額定電流，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過熱。因此，電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)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(hù)功能是難以起到保護(hù)作用的，所以應(yīng)采

42、用熱繼電器來進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)?！　≡谥饕δ茴A(yù)置方面，最高頻率應(yīng)以電動(dòng)機(jī)的額定頻率為變頻器的最高工作頻率。升、降速時(shí)間在采用PID調(diào)節(jié)器的情況下，升、降速時(shí)間應(yīng)盡量設(shè)定得短一些，以免影響由PID調(diào)節(jié)器決定的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程。如變頻器本身具有PID調(diào)節(jié)功能時(shí)，只要在預(yù)置時(shí)設(shè)定PID功能有效，則所設(shè)定的升速和降速時(shí)間將自動(dòng)失效。</p><p>　　1.3.4恒壓供水系統(tǒng)特點(diǎn)</p><p>

43、　　1、節(jié)電：優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實(shí)現(xiàn)最大限度地節(jié)能運(yùn)行； 2、節(jié)水：根據(jù)實(shí)際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓力，自動(dòng)控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象； 3、運(yùn)行可靠：由變頻器實(shí)現(xiàn)泵的軟起動(dòng)，使水泵實(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)站點(diǎn)，如電機(jī)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(gè)站點(diǎn)的用電量，累積每臺泵的出水量，同時(shí)提供各種形式的□打印報(bào)表，以便分析統(tǒng)計(jì)； 5、控制靈活：分段供水，定時(shí)供水，手動(dòng)選擇工作方式； 6、自我保護(hù)功能完善：如某臺泵出現(xiàn)故障，主動(dòng)向上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信息，同時(shí)啟動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)，以保護(hù)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(shí)現(xiàn)恒壓供水，通過設(shè)計(jì)解并熟悉了PLC的工作原理，編程原理以及編程方法。進(jìn)行了控制系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的控制設(shè)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(jìn)行了控制程序（梯形圖）的設(shè)計(jì)。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(jìn)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(hù)管網(wǎng)等進(jìn)行了總結(jié)，指出

46、變頻技術(shù)在供水領(lǐng)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(jī)直接帶動(dòng)，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(jìn)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(dòng)前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體:啟動(dòng)后，葉輪由軸帶動(dòng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。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(jìn)入泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴(kuò)大而減速，又將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)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(shí)，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?？梢姡灰~輪不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，液體便會(huì)不斷地被吸入和排出[5]。</p><p>　　圖2.1 離心泵結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　2.2 供水電機(jī)的搭配</p><p>　　供水電機(jī)驅(qū)動(dòng)離心泵運(yùn)行，和離心泵共同組成了供水系統(tǒng)的整體，電機(jī)的配置主要以水泵供水負(fù)載來決定。電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械所需要的功率來選擇，盡量使電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)行。選擇時(shí)

49、應(yīng)注意以下兩點(diǎn):</p><p>　　(1) 如果電動(dòng)機(jī)功率選得過小，就會(huì)出現(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象，造成電動(dòng)機(jī)長期過載，使其絕緣因發(fā)熱而損壞，甚至電動(dòng)機(jī)被燒毀。</p><p>　　(2) 如果電動(dòng)機(jī)功率選得過大，就會(huì)出現(xiàn)“小馬拉小車”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(huì)造成電能浪費(fèi)。</p><p>　　因此，要

50、正確選擇電動(dòng)機(jī)的功率， 對恒定負(fù)載連續(xù)工作方式，如果知道負(fù)載的功率(生產(chǎn)機(jī)械軸上的功率)（kW），可按式(2.1)計(jì)算所需電動(dòng)機(jī)的功率[6](kW)：</p><p><b>　　(2.1)</b></p><p>　　式中，為生產(chǎn)機(jī)械的效率，為電動(dòng)機(jī)的效率，即傳動(dòng)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(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)等于或稍大于計(jì)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(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)。大量的統(tǒng)計(jì)調(diào)查

52、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，研究并設(shè)計(jì)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。</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(xì)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(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)。由于水泵的軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此水泵用變頻器來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速能實(shí)現(xiàn)壓力或流量的自動(dòng)控制，同時(shí)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(shè)施及閥門調(diào)節(jié)。</p><p>　　(1) 閥門控制法：通過關(guān)小或開大閥門來調(diào)節(jié)流量，而轉(zhuǎn)速保持不變。</p><

54、;p>　　閥門控制法的實(shí)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(qiáng)行改變流量，以適應(yīng)用戶對流量的要求。這時(shí)，管阻特性將隨閥門開度的改變而改變，但是揚(yáng)程特性不變。</p><p>　　如圖 2.3所示，設(shè)用戶所需流量QX為額定流量的60%(即QX=60%QN)。當(dāng)通過關(guān)小閥門來實(shí)現(xiàn)時(shí)，管阻特性將改變?yōu)榍€③，而揚(yáng)程特性則仍為曲線①，故供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)移至E點(diǎn)，這時(shí)，流量減小為QE(=Qx)；

55、揚(yáng)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(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度保持不變，也稱為轉(zhuǎn)速控制法。</p><p>　　轉(zhuǎn)速控制法的實(shí)質(zhì)是通過改變水泵的供水能力來適應(yīng)用戶對流量的要求。當(dāng)水泵的餓轉(zhuǎn)速改變時(shí)，揚(yáng)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(dāng)通過降低轉(zhuǎn)速使得Qx=60%Qn時(shí)，揚(yáng)程特性仍為曲線②，故工作點(diǎn)移向C點(diǎn)。這時(shí)流量減小為QE（=Qx），揚(yáng)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(zhuǎn)速控制時(shí)的揚(yáng)程比閥門控制方式小得多，所以轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jìn)行的控制，歸根結(jié)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(yáng)程，但是揚(yáng)程難以進(jìn)行具體測量和控制。考慮到動(dòng)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(guān)。</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(dá)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(yīng)</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)在全電壓啟動(dòng)時(shí)，從靜止?fàn)顟B(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速所需要

60、的時(shí)間只有在0.25S。這意味著在0.25S的時(shí)間里，水的流量從零增到額定流量。由于水具有動(dòng)量和不可壓縮性，因此，在極短時(shí)間內(nèi)流量的巨大變化將引起對管道的壓強(qiáng)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(yīng)。</p><p>　　水錘效應(yīng)具有極大的破壞性，壓強(qiáng)過高，將引起管道的破裂，反之，壓強(qiáng)過低又會(huì)導(dǎo)致管道的癟塌。此外，水錘效應(yīng)也可能破壞閥門和固定件。在直接

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

62、p><p>　　（a）全壓啟動(dòng) （b）變頻啟動(dòng)</p><p>　　圖2.4 水泵的全壓啟動(dòng)與變頻啟動(dòng)</p><p>　　在拖動(dòng)系統(tǒng)中，決定加速過程的是動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩</p><p>　　由圖2.4a可知，水泵在直接啟動(dòng)過程中，拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)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(yīng)的消除</p><p>　　采用了變頻調(diào)速后，可以通過對升速時(shí)間的預(yù)置來延長啟動(dòng)過程，使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減小，如圖2.4b命所示。圖中，曲線簇1是異步電動(dòng)機(jī)在不同頻率下的機(jī)械特性，曲線2是水泵的機(jī)械特性，中間的鋸齒狀線是升速過程中的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩(即不同頻率時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性與水泵機(jī)械特性之差)。</p><p>　　在停機(jī)

64、過程中，同樣可以通過對降速時(shí)間的預(yù)置來延長停機(jī)過程，使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減小，從而徹底消除了水錘效應(yīng)。</p><p>　　2.5.4 延長水泵壽命的其他因素</p><p>　　水錘效應(yīng)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(zhuǎn)速下降、工作過程中平均轉(zhuǎn)矩減小的原因，使:</p><p>　　(1) 葉片承受的應(yīng)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(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的構(gòu)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(jī)組以及低壓電器組成。系統(tǒng)主要的設(shè)計(jì)任務(wù)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(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時(shí)還要能對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)要求，結(jié)合系統(tǒng)的使用場所，本次設(shè)計(jì)才用通用變頻器+PCL(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)+人機(jī)界面+壓力傳感器的構(gòu)成方案。系統(tǒng)的構(gòu)成框圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)構(gòu)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(jìn)行數(shù)據(jù)交換；通用性強(qiáng)，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(shè)計(jì)上，只需確定PLC的硬件配置和變頻器的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，可以方便地通過PC機(jī)來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。同時(shí)由于PLC的抗干擾能力強(qiáng)、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(jī)組的容量大小無關(guān)[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(diǎn)介紹一臺變頻器控制幾臺水泵的特點(diǎn)。</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(yīng)用中比較先進(jìn)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(yùn)行，以保證正常供水。開始工作時(shí)，系統(tǒng)用水量不多，只有1號泵在變頻器控制下運(yùn)行，2號泵處于停止?fàn)顟B(tài)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)1。

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

71、停運(yùn)，2號泵電機(jī)仍由變頻器電源供電，這時(shí)控制系統(tǒng)處于狀態(tài)3。</p><p>　　當(dāng)用水量再次增加，變頻器輸出頻率增加，則2號泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加，當(dāng)變頻器增加到最高輸出頻率時(shí)，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(shí)，通過控制系統(tǒng)的控制，2號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動(dòng)1號泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4。</p><p>　　當(dāng)控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4時(shí)，用水量減少

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

73、制系統(tǒng)又回到了狀態(tài)1。如此循環(huán)往復(fù)的工作，以滿足系統(tǒng)用水的需要[11]。</p><p>　　3.3 供水設(shè)備的選擇原則</p><p>　　在做供水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)先選擇水泵和電機(jī)，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(guān)。有關(guān)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(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　

74、不同住宅類型的用水標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)《城市居民生活用水標(biāo)準(zhǔn)》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(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　2. 供水規(guī)模換算表。</p><p>　　不同住宅類型的用水標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)《城市居民生活用水標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50331-2002，節(jié)錄如表3.2。上面一行為用水標(biāo)準(zhǔn)(/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(dòng)機(jī)進(jìn)行選型,見表3.3。</p><p>　　表3.3 水泵，電機(jī)和變頻器選型表</p><p><b>　　注：N為水泵臺數(shù)</b></p><p>　　4. 設(shè)定供水

76、壓力經(jīng)驗(yàn)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(shè)計(jì)還應(yīng)遵循以下的原則：</p><p>　　① 蓄水池容量應(yīng)大于每小時(shí)最大供水量；</p><p>　?、?

77、水泵揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供水高度；</p><p>　?、?水泵流量總和應(yīng)大于實(shí)際最大供水量。</p><p>　　3.4 參數(shù)的計(jì)算與供水設(shè)備選型</p><p>　　3.4.1 水泵的參數(shù)計(jì)算與型號的選擇</p><p>　　(1) 根據(jù)表3.1確定用水量標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算得</p><p>　　P =（0.08+0.04×樓層數(shù)）MPa=0.48MPa </p><p>　　可確定設(shè)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(dòng)機(jī)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(fēng)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)變頻器中的風(fēng)機(jī)和泵類變轉(zhuǎn)矩

80、負(fù)載專家，功率范圍7.5kW至250Kw。它按照專用要求設(shè)計(jì)，并使用內(nèi)部功能互聯(lián)(BiCo)技術(shù)，具有高度可靠性和靈活性，牢固的EMC(電磁兼容性)設(shè)計(jì)；控制軟件可以實(shí)現(xiàn)專用功能：多泵切換、手動(dòng)/自動(dòng)切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運(yùn)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(jìn)行放大、溫度補(bǔ)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(biāo)準(zhǔn)信號輸出。一對導(dǎo)線同時(shí)用于電源供電及信號傳輸，輸出信號與環(huán)路導(dǎo)線電阻無關(guān)，抗干擾性強(qiáng)、便于電纜鋪設(shè)及遠(yuǎn)距離傳輸，與數(shù)字顯示儀表、A/D轉(zhuǎn)換器及計(jì)算機(jī)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(jié)構(gòu)帶現(xiàn)場數(shù)字顯示的隔爆型產(chǎn)品?？蓮V泛應(yīng)用于航空航天、科學(xué)試驗(yàn)、石油化工、制冷設(shè)備、污水處理、工程機(jī)械等液壓系統(tǒng)產(chǎn)品及所有壓力測控領(lǐng)域[13]。主要特點(diǎn)：</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(dòng)、體積小、防水；</p><p>　?。?）標(biāo)準(zhǔn)信號輸出、良好的互換性、抗干擾性強(qiáng)；

84、</p><p>　　（4）最具有競爭力的價(jià)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(zhuǎn)換為開關(guān)量輸出，送給計(jì)算機(jī)、記錄儀、調(diào)節(jié)儀或變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)液位的全自動(dòng)控制。主要特點(diǎn)

85、是：安裝簡單，精度高，可靠性高，性能穩(wěn)定，能實(shí)現(xiàn)自身保護(hù)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(hù)功能,當(dāng)變頻器的輸入側(cè)發(fā)生短路或電源電壓過低等故障時(shí),可迅速進(jìn)行保護(hù)。考慮變頻器允許的過載能力

86、為150%，時(shí)間為1min。所以為了避免誤動(dòng)作，斷路器的額定電流應(yīng)選</p><p>　　（A） (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>　?。?） 斷路器選擇。在電動(dòng)機(jī)要求實(shí)現(xiàn)工頻和變頻切換驅(qū)

87、動(dòng)的電路中，斷路器應(yīng)按電動(dòng)機(jī)在工頻下起動(dòng)電流來考慮，斷路器的額定電流應(yīng)選</p><p><b>　　(A) </b></p><p>　　式中為電動(dòng)機(jī)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(yīng)考慮到電動(dòng)機(jī)在工頻下的起動(dòng)情況，其觸點(diǎn)電流通常可按電動(dòng)機(jī)的額定電流再加大一個(gè)檔次來選擇，由于電動(dòng)機(jī)的額定電流為60A，所以接觸器的觸點(diǎn)電流選70A即可。</p><p>　　3.5 PLC的選型</p><p>　　3.5.1 I/O點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)</p><p>　　恒壓變頻供水控制系統(tǒng)的輸入

89、輸出點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)如表3.5所示。</p><p>　　表3.5 I/O統(tǒng)計(jì)表</p><p>　　3.5.2 PLC選型的基本原則</p><p>　　這是PLC應(yīng)用設(shè)計(jì)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(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面[15]。</p><p><b>　?。?）規(guī)模要適當(dāng)；</b>&l

90、t;/p><p>　　（2）功能要相當(dāng)，結(jié)構(gòu)要合理；</p><p>　?。?）輸入，輸出功能及負(fù)載能力的選擇要正確；</p><p>　　（4）要考慮環(huán)境條件。</p><p>　　根據(jù)以上原則，這次設(shè)計(jì)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(diǎn)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(shè)計(jì)</p><p>　　供水系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)如圖3.4所示，采用了一臺變頻器同時(shí)連接兩臺電動(dòng)機(jī)，所以必須確保

92、開關(guān)KM1和KM2電氣連鎖，連鎖功能由軟件和硬件實(shí)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(yù)置</p>

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

94、　　第四章 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 常用編程方法</p><p>　　4.1.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法</p><p>　　在熟悉繼電器控制電路設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，如能透徹地理解PLC各種指令的功能，憑著經(jīng)驗(yàn)比較準(zhǔn)確地使用PLC 的各種指令，而設(shè)計(jì)出相應(yīng)的程序。設(shè)計(jì)步驟如下：</p><p>　?。?） 確定輸入、

95、輸出電器；</p><p>　?。?） 確定輸入、輸出點(diǎn)數(shù)；</p><p>　　（3） 選擇PLC 并編程；</p><p>　?。?）將各個(gè)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(jié)果也不是唯一的，設(shè)計(jì)所用的時(shí)間、設(shè)計(jì)的質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)系，它一般只用于簡

96、單的梯形圖設(shè)計(jì)(如手動(dòng)程序) 。</p><p>　　4.1.2 翻譯設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)步驟如下：</p><p>　　(1) 將檢測元件、控制元件(如行程開關(guān)、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(yīng)用舉例</b></p><p>　　例如:電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)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(jī)正反轉(zhuǎn)梯形圖</p><p>　　4.1.3 邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法</p><p>　　在繼電器

99、—接觸器控制線路中用邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法比較容易獲得設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)出來的控制線路既符合工藝要求，又達(dá)到工作可靠、經(jīng)濟(jì)合理，因而得以廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1. 邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)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(guān)系的狀態(tài)表；</p><p>　　（2） 根據(jù)狀態(tài)表列寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式，并化簡；</p>

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

101、風(fēng)機(jī)分別為A、B 、C、D ,現(xiàn)以綠燈常亮的設(shè)計(jì)原理為例，其余類推。綠燈閃爍的程序設(shè)計(jì):設(shè)燈常亮為“1”,滅為“0”,風(fēng)機(jī)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(dá)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(shè)計(jì)法，功能

103、模塊設(shè)計(jì)法等，在此不再一一詳細(xì)介紹[18]。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的是邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)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(yīng)用軟件，由西門子公司專為S7-200系列PLC設(shè)計(jì)開發(fā)，它功能強(qiáng)大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時(shí)也可以實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。現(xiàn)

104、在加上全中文化程序后，可在中文的界面下進(jìn)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(yīng)用軟件的任務(wù)，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(shí)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(shè)置PLC的工作方式，參數(shù)和運(yùn)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(cuò)誤。</p><p>　　軟件的功能的實(shí)現(xiàn)可以在聯(lián)機(jī)工作方式（在線方式）下進(jìn)行，部分功能的實(shí)現(xiàn)也可以在離線工作方式下進(jìn)行。</p><p>　　S7-200PLC使用STEP7-Micro/WIN32編程軟件進(jìn)行編程。單擊圖4.5所示的編程軟件圖標(biāo)可進(jìn)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(biāo)</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(shè)計(jì)</p><p>　　在控制系統(tǒng)中，變頻器通過對電機(jī)出廠壓力點(diǎn)處設(shè)置的壓力變送器反饋信號，進(jìn)行單閉環(huán)控制。PLC程序設(shè)計(jì)的主

107、要任務(wù)是接受外部開關(guān)信號的輸入以及水池水位信號，判斷當(dāng)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(yīng)的控制任務(wù)， PLC主要控制任務(wù)就是根據(jù)實(shí)際情況實(shí)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(dá)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(dá)式（4.1）~（4.13），設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)室的條件有限，本次設(shè)計(jì)采用S7-PLCSIM進(jìn)行仿真。S7-PLCSIM是STEP7中的一個(gè)非常實(shí)用的軟件。我們可以把它作為一臺仿真的PLC，用于運(yùn)行和測試用戶程序。因?yàn)檫@中仿真完全是用STEP7軟件進(jìn)行，因此無需連接任何S7硬件，就可以在

112、PG/PC上仿真一個(gè)完整的S7-CPU，包括地址和I/O。</p><p>　　S7-PLCSIM提供了一個(gè)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(jìn)行操作。下面我進(jìn)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(diǎn)擊開始按鈕，1#泵開始變頻運(yùn)行，如圖4.10所示。</p><p>　　圖4.10 1#泵變頻運(yùn)行</p><p>　　變頻器達(dá)到上限，1#泵工頻運(yùn)行，2#泵變頻運(yùn)行，如圖4-11所示。&

114、lt;/p><p>　　圖4.11 1#泵工頻運(yùn)行，2#泵變頻運(yùn)行</p><p>　　當(dāng)水泵出現(xiàn)故障，啟動(dòng)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(shè)計(jì)</p><p>　　4.5.1 WinCC軟件簡

115、介</p><p>　　工控組態(tài)軟件WinCC是一個(gè)集成的人機(jī)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(jìn)技術(shù)，提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息歸檔、以及報(bào)表等功能模塊。</p><p>　　首先創(chuàng)建通訊驅(qū)動(dòng)程序：建立S7-200與WinCC之間的通訊。其

116、次建立變量標(biāo)簽：每個(gè)標(biāo)簽需要對每個(gè)變量的標(biāo)簽名，數(shù)據(jù)類型，地址進(jìn)行設(shè)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(shè)置、供電回路、實(shí)時(shí)曲線、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、歷史記錄查詢、故障報(bào)警等畫面組成，在上位機(jī)上可以顯示各個(gè)電機(jī)的電流、頻率、水位、水壓、工頻和變頻運(yùn)行的時(shí)間以及各泵的運(yùn)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强梢暫涂刹僮鞯摹＝M態(tài)軟件畫面主要由