畢業(yè)設(shè)計(jì)---變頻恒壓供水系統(tǒng)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著我國(guó)社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，住房制度改革的不斷深入，人們生活水平的不斷提高，城市建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)也對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。城市供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個(gè)重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性直接影響到用戶(hù)的正常工作和生活，也直接體現(xiàn)了供水管理水平的高低。傳統(tǒng)供水廠，特別是中小供水廠所普遍采用的恒速泵加壓供水方式存

2、在效率較低、可靠性不高、自動(dòng)化程度低等缺點(diǎn)，難以滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)生活的需要。隨著人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性要求的不斷提高，需要利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，要求設(shè)計(jì)出高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)供水廠復(fù)雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)。</p><p>　　本文闡明了供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理，具體分析了變頻恒壓供水的原理及系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，提出不同的控制方案，通過(guò)研究和比較，得出結(jié)論：變頻調(diào)速是一種優(yōu)于調(diào)

3、壓調(diào)速、機(jī)械調(diào)速等其他調(diào)速方式的方案，也是當(dāng)今國(guó)際上一項(xiàng)效益最高、性能最好、應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的電機(jī)調(diào)速技術(shù).它集微機(jī)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)和電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)于一體，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)交流電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，具有高效率、寬范圍和高精度等特點(diǎn)的結(jié)論。因此本文以采用變頻器和PLC 組合構(gòu)成系統(tǒng)方式，逐步闡明如何實(shí)現(xiàn)水壓恒定供水得實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　最后，從分析恒壓變頻供水的可行性，改造的理論、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性等方面，確

4、定變頻器的參數(shù)，設(shè)計(jì)變頻主電路、變頻電機(jī)的運(yùn)行模式、控制模式及流程。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 變頻調(diào)速， PLC，恒壓供水</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the development of China's social life, the deepening of housi

5、ng reform, the continuous improvement of living standards, rapid development of urban construction, but also on a higher infrastructure demands.</p><p>　　The construction of urban water supply system is one

6、important aspect of water supply reliability, stability, economy directly affect the user's normal work and life, but also directly reflects the level of water supply management. Traditional water supply plant, in pa

7、rticular small and medium water plant widely used by the constant speed pump pressure there is less efficient water supply, reliability is not high, low automation shortcomings, can not meet the current needs of economic

8、 life.</p><p>　　This paper highlights the energy supply system frequency control theory, detailed analysis of the principle of variable frequency and constant pressure water supply system, the composition of

9、 the structure and proposed a different control scheme, through research and comparison, concluded that: a kind of frequency control is better than surge speed, mechanical speed governor means other programs, is also a b

10、enefit of today's international, highest performance, most widely, the most promising of </p><p>　　Keywords：Frequency conversion speed，PLC，Constant pressure water supply</p><p><b>　　目

11、 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　目 錄1</b></p><p>　　1 基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)3</p><p>　　1.1變頻恒

12、壓供水產(chǎn)生的背景和意義3</p><p>　　1.2變頻供水系統(tǒng)應(yīng)用范圍4</p><p>　　1.3變頻供水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)5</p><p>　　2 變頻恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理6</p><p>　　2.1系統(tǒng)的構(gòu)成7</p><p>　　2.1.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)7</p><p>

13、;　　2.1.2信號(hào)檢測(cè)7</p><p>　　2.1.3控制系統(tǒng)8</p><p>　　2.1.4通訊接口8</p><p>　　2.1.5報(bào)警裝置9</p><p><b>　　2.2工作原理9</b></p><p>　　2.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)中加減水泵的條件分析10</

14、p><p>　　3 基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)11</p><p>　　3.1控制要求11</p><p>　　3.2 變頻器的選擇與接線11</p><p>　　3.3壓力傳感器的接線圖13</p><p>　　3.4 原其它元器件的選擇14</p><p>　　3.5 P

15、LC控制I/O口配置16</p><p>　　3.6 電氣控制系統(tǒng)原理及線圖17</p><p>　　3.6.1主電路圖17</p><p>　　3.6.2控制電路接線圖18</p><p>　　3.7基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)程序流程19</p><p>　　3.8控制方式21</p>&

16、lt;p>　　3.8.1 手動(dòng)運(yùn)行21</p><p>　　3.8.2 自動(dòng)運(yùn)行21</p><p>　　3.9主要程序說(shuō)明22</p><p>　　3.9.1 總程序的順序功能圖22</p><p>　　3.9.2 自動(dòng)運(yùn)行順序功能圖22</p><p>　　3.9.3手動(dòng)模式順序功能圖23<

17、/p><p>　　3.9.4程序…………………………………………………………………………….24</p><p>　　3.9.5 程序說(shuō)明28</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p>　　1基于PLC

18、的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　1.1變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義</p><p>　　隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能和高品質(zhì)的供水質(zhì)量等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)及高層建筑的生活、消防供水中。變頻恒壓供水的調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水

19、要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。</p><p>　　對(duì)于大多數(shù)采用供水企業(yè)來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)供水機(jī)泵存在日常運(yùn)行費(fèi)用太高，供水成本居高不下，單位供水的能耗偏大的問(wèn)題，尋求供水與能耗之間的最佳性?xún)r(jià)比，是困擾企業(yè)的一個(gè)長(zhǎng)期問(wèn)題。目前各供水廠的供水機(jī)泵設(shè)計(jì)按最大揚(yáng)程與最大流量這一最不利條件設(shè)計(jì)，水泵大多數(shù)時(shí)間在設(shè)計(jì)效率以下運(yùn)行。導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)與水泵之間常常出現(xiàn)大馬拉小車(chē)問(wèn)題。因此，如何解決供水與能耗之間的不平衡，尋求提

20、高供水效率的整體解決方案，是各供水解水企業(yè)關(guān)心的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中如何充分利用專(zhuān)用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻恒壓供水設(shè)備、降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。變頻恒壓供水方式與過(guò)去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，而且具有顯著的節(jié)能效果。目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正向著高可靠性、

21、全數(shù)字化微機(jī)控制、多品種系列化的方向發(fā)展。追求高度智能化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，是未來(lái)供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)中成片開(kāi)發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢(shì)。</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用于生活水、工業(yè)用水以及消防用水等多種場(chǎng)合的供水要求，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　(1)供水系統(tǒng)的控制對(duì)象是用戶(hù)管網(wǎng)的水壓，它是一個(gè)過(guò)程控制量，同其他一些過(guò)程控制量(如:溫度、

22、流量、濃度等)一樣，對(duì)控制作用的響應(yīng)具有滯后性。同時(shí)用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)。</p><p>　　(2)用戶(hù)管網(wǎng)中因?yàn)橛泄茏琛⑺N等因素的影響，同時(shí)又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個(gè)線性系統(tǒng)。</p><p>　　(3)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統(tǒng)，而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)

23、結(jié)構(gòu)、用水量和揚(yáng)程等方面存在著較大的差異，因此其控制對(duì)象的模型具有很強(qiáng)的多變性。</p><p>　　(4)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有定量泵（即為每轉(zhuǎn)的理論排量不變的泵）的加入控制，而定量泵的控制是時(shí)時(shí)發(fā)生的，同時(shí)定量泵的運(yùn)行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化，因此可以認(rèn)為，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對(duì)象是時(shí)時(shí)變化的。</p><p>　　(5)當(dāng)出現(xiàn)意外的情況(

24、如突然停水、斷電、泵、變頻器或軟啟動(dòng)器故障等)時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動(dòng)器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行切換，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。在故障發(fā)生時(shí)，執(zhí)行專(zhuān)門(mén)的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進(jìn)行供水。</p><p>　　(6)用變頻器進(jìn)行調(diào)速，用調(diào)節(jié)泵和固定泵的組合進(jìn)行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對(duì)每臺(tái)水泵進(jìn)行軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流可從零到電機(jī)額定電流，減少了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊同時(shí)減少了啟動(dòng)慣性

25、對(duì)設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。</p><p>　　1.2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(lèi):</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(lèi)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

26、變頻控制的電機(jī)功率小，一般在 135kw以下，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單。由于這一范圍的用戶(hù)群十分龐大，所以是目前國(guó)內(nèi)研究和推廣最多的方式.如希望集團(tuán)(森蘭變頻器)推出的恒壓供水專(zhuān)用變頻器。</p><p>　　(2)國(guó)內(nèi)中小型供水廠變頻恒壓供水系統(tǒng)</p><p>　　這類(lèi)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(lèi)變頻器電機(jī)功率在135Kw和320Kw之間，電網(wǎng)電壓通常為220V或38

27、0V。受中小水廠規(guī)模和經(jīng)濟(jì)條件限制，目前主要采用國(guó)產(chǎn)通用的變頻恒壓供水變頻器。</p><p>　　(3)大型供水廠的變頻恒壓供水系統(tǒng)</p><p>　　這類(lèi)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(一般都大于額定功率)、機(jī)組多、多數(shù)采用高壓變頻系統(tǒng)。這類(lèi)系統(tǒng)一般變頻器和控制器要求較高，多數(shù)采用了國(guó)外進(jìn)口變頻器和控制系統(tǒng)。如利德福華的一些高壓供水變頻器</p>&

28、lt;p>　　在本文中，研究和設(shè)計(jì)的變頻器是以第二種應(yīng)用范圍為基礎(chǔ)。</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)，除了高壓變頻供水系統(tǒng)，多數(shù)恒壓供水變頻系統(tǒng)均聲稱(chēng)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(duì)變頻器的要求和控制方式是不一致的，大多數(shù)變頻器并不能真正實(shí)現(xiàn)通用。以中小水廠供水環(huán)境來(lái)說(shuō)，由于其包括了自來(lái)水生產(chǎn)系統(tǒng)，其溫濕度及腐蝕程度都大于常見(jiàn)小區(qū)和加壓泵站，在水泵組搭配上、需要處理的信號(hào)(

29、如水質(zhì)信號(hào)停機(jī)管理)也多于小區(qū)供水系統(tǒng)，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(shí)到這一情況，并針對(duì)實(shí)際情況對(duì)變頻恒壓供水系統(tǒng)加以改進(jìn)和完善.</p><p>　　1.3變頻供水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　變頻供水系統(tǒng)目前正在向集成化、維護(hù)操作簡(jiǎn)單化方向發(fā)展。在國(guó)內(nèi)外，專(zhuān)門(mén)針對(duì)供水的變頻器集成化越來(lái)越高，很多專(zhuān)用供水變頻器集

30、成了PLC 或PID，甚至將壓力傳感器也融入變頻組件。同時(shí)維護(hù)操作也越來(lái)越簡(jiǎn)明顯偏高，維護(hù)成本也高于國(guó)內(nèi)產(chǎn)品。</p><p>　　目前國(guó)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(guó)產(chǎn)變頻器主要采用進(jìn)口元件組裝或直接進(jìn)口國(guó)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、控制要求的變頻供水領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)變頻器發(fā)展較快，并以其成本低廉的優(yōu)勢(shì)占領(lǐng)了相當(dāng)部分小容量變頻恒壓供水市場(chǎng)。但在大功率大容量變頻器上，國(guó)

31、產(chǎn)變頻器有待于進(jìn)一步改進(jìn)和完善。1.4 本文主要內(nèi)容</p><p>　　本文在通過(guò)對(duì)PLC恒壓變頻供水的技術(shù)和原理分析的基礎(chǔ)上，提出了一套基于PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的可行性方案，并選擇出了相應(yīng)的器件，從而使系統(tǒng)通過(guò)安裝在管網(wǎng)上的壓力傳感器，把水壓轉(zhuǎn)換成4~20mA的模擬信號(hào)，通過(guò)變頻器來(lái)控制改變水泵轉(zhuǎn)速。用高低水位控制器來(lái)控制注水閥YV1，當(dāng)其自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水箱中注水。水池的

32、高、低水位信號(hào)也直接送給PLC作為低水位報(bào)警用。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離相差不是很大。生活用水和消防用水共用三臺(tái)泵，平時(shí)電池閥YV2處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺(tái)泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，使生活供水在恒壓狀態(tài)（生活用水低恒壓值）下進(jìn)行。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電池閥YV2得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺(tái)泵供消防用水使用，并根據(jù)用水量的大小，使消防供水也在恒壓狀態(tài)（消防用水高恒壓值）下進(jìn)行。火災(zāi)結(jié)束后，三臺(tái)泵

33、再改為生活供水使用。 </p><p>　　2 變頻恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理</p><p>　　此次設(shè)計(jì)研究的對(duì)象是一棟樓房的供水系統(tǒng)。由于高層樓對(duì)水壓的要求高，在水壓低時(shí)，高層用戶(hù)將無(wú)法正常用水甚至出現(xiàn)無(wú)水的情況，水壓高時(shí)將造成能源的浪費(fèi)。如圖2.1所

34、示，是這棟小樓的供水流程。自來(lái)水廠送來(lái)的水先儲(chǔ)存的水池中再通過(guò)水泵加壓送給用戶(hù)。通過(guò)水泵加壓后，必須恒壓供給每一個(gè)用戶(hù)。</p><p>　　圖2.1 供水流程簡(jiǎn)圖</p><p>　　市網(wǎng)來(lái)水用高低水位控制器EQ來(lái)控制注水閥YV1，其自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水箱中注水。水池的高、低水位信號(hào)也直接送給PLC作為低水位報(bào)警用。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器高

35、低距離相差不是很大。生活用水和消防用水共用三臺(tái)泵，平時(shí)電池閥YV2處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺(tái)泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，使生活供水在恒壓狀態(tài)（生活用水低恒壓值）下進(jìn)行。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電池閥YV2得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺(tái)泵供消防用水使用，并根據(jù)用水量的大小，使消防供水也在恒壓狀態(tài)（消防用水高恒壓值）下進(jìn)行?；馂?zāi)結(jié)束后，三臺(tái)泵再改為生活供水使用。下圖2.2即為生活、消防雙恒壓供水系統(tǒng)工藝流程圖。</p>

36、;<p>　　圖2.2 雙恒壓供水系統(tǒng)工藝流程圖</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)的構(gòu)成</b></p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)由三臺(tái)水泵，一臺(tái)變頻調(diào)速器，一臺(tái)PLC和一個(gè)壓力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。三臺(tái)水泵中每臺(tái)泵的出水管均裝有手動(dòng)閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，三臺(tái)泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要；變頻供水系統(tǒng)中檢測(cè)管路壓力的壓力傳感器，一般采用電阻式傳感

37、器(反饋0～5V電壓信號(hào))或壓力變送器(反饋4～20mA電流)；變頻器是供水系統(tǒng)的核心，通過(guò)改變電機(jī)的頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)極調(diào)速、無(wú)波動(dòng)穩(wěn)壓的效果和各項(xiàng)功能。</p><p>　　從原理框圖，我們可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、以及報(bào)警裝置等部分組成。</p><p><b>　　2.1.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)</b></p>&l

38、t;p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶(hù)管網(wǎng).通常這些水泵包括:</p><p>　　(1)調(diào)速泵:是由變頻調(diào)速器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定。</p><p>　　(2)恒速泵:水泵運(yùn)行只在工頻狀態(tài)，速度恒定，它們用以在用水量增大而調(diào)速泵的最大供水能力不足時(shí)，對(duì)供水量進(jìn)行定量的補(bǔ)充.</p>

39、<p>　　此外，通常一些變頻系統(tǒng)還會(huì)增設(shè)附屬小泵，它只運(yùn)行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很小的情況下(例如:夜間)對(duì)管網(wǎng)用水量進(jìn)行少量的補(bǔ)充.</p><p><b>　　2.1.2信號(hào)檢測(cè)</b></p><p>　　在系統(tǒng)控制過(guò)程中，需要檢測(cè)的信號(hào)包括水壓信號(hào)、液位信號(hào)和報(bào)警信號(hào):</p><p>　?。?）水壓信號(hào):它反映

40、的是用戶(hù)管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號(hào)。此信號(hào)是模擬信號(hào)，讀入PLC時(shí)，需進(jìn)行轉(zhuǎn)換。另外為加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，還需對(duì)供水的上限壓力和下限壓力用電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果可以送給PLC，作為數(shù)字量輸入。</p><p>　　(2)液位信號(hào):它反映水泵的進(jìn)水水源是否充足。信號(hào)有效時(shí)?？刂葡到y(tǒng)要對(duì)系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)控制，以防止水泵空抽而損壞電機(jī)和水泵。此信號(hào)來(lái)自在安裝于水源處的液位傳感器。</p>

41、<p>　　(3)報(bào)警信號(hào):它反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，水泵電機(jī)是否過(guò)載、變頻器是否有異常，該信號(hào)為開(kāi)關(guān)量信號(hào)。</p><p><b>　　2.1.3控制系統(tǒng)</b></p><p>　　供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分:</p><p>　　(1)供水控制器:它是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)

42、的核心。供水控制器直接對(duì)系統(tǒng)中的壓力、液位、報(bào)警信號(hào)進(jìn)行采集，對(duì)來(lái)自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過(guò)變頻調(diào)速器和接觸器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即水泵成行控制.</p><p>　　(2)變頻器:它是對(duì)水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元.變頻器跟蹤供水控制器送來(lái)的控制信號(hào)改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)水泵機(jī)組中水泵被變頻器拖動(dòng)的情況不同，變頻器有如下兩種工作方式:<

43、;/p><p>　　1)變頻循環(huán)式:變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在50Hz時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機(jī)中脫出，將該泵切換為工頻的同時(shí)用變頻去拖動(dòng)另一臺(tái)水泵電機(jī)。</p><p>　　2)變頻固定式:變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在50Hz時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)直接啟動(dòng)另一臺(tái)恒速

44、水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動(dòng)的水泵在系統(tǒng)運(yùn)行前可以選擇。</p><p>　?。?）變頻器的電控設(shè)備它是由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等電氣元件組成.用于在供水控制器的控制下完成對(duì)水泵的切換、手/自動(dòng)切換及就地/集中等工作。</p><p><b>　　2.1.4通訊接口</b></p><p>　　通訊接口是本系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部

45、分，通過(guò)該接口，系統(tǒng)可以和組態(tài)軟件以及其他的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;同時(shí)通過(guò)通訊接口，還可以將現(xiàn)代先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到本系統(tǒng)中來(lái)，例如可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的診斷和維護(hù)等。</p><p><b>　　2.1.5報(bào)警裝置</b></p><p>　　作為一個(gè)控制系統(tǒng)，報(bào)警是必不可少的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行，

46、防止因電機(jī)過(guò)載、變頻器報(bào)警、電網(wǎng)過(guò)大波動(dòng)、供水水源中斷造成故障，因此系統(tǒng)必須要對(duì)各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由此判斷報(bào)警類(lèi)別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作控制，以免造成不必要的損失。</p><p><b>　　2.2工作原理</b></p><p>　　合上空氣開(kāi)關(guān)，供水系統(tǒng)投入運(yùn)行。將手動(dòng)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)打到自動(dòng)上，系統(tǒng)進(jìn)入全自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，PLC中程序首先接通KM6，并起動(dòng)變頻器。根據(jù)壓

47、力設(shè)定值(根據(jù)管網(wǎng)壓力要求設(shè)定)與壓力實(shí)際值(來(lái)自于壓力傳感器)的偏差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，并輸出頻率給定信號(hào)給變頻器。變頻器根據(jù)頻率給定信號(hào)及預(yù)先設(shè)定好的加速時(shí)間控制水泵的轉(zhuǎn)速以保證水壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)恒壓控制。同時(shí)變頻器在運(yùn)行頻率到達(dá)上限，會(huì)將頻率到達(dá)信號(hào)送給PLC，PLC則根據(jù)管網(wǎng)壓力的上、下限信號(hào)和變頻器的運(yùn)行頻率是否到達(dá)上限的信號(hào)，由程序判斷是否要起動(dòng)第2臺(tái)泵(或第3臺(tái)泵)。當(dāng)變頻器運(yùn)行頻率達(dá)到頻率上限值，并

48、保持一段時(shí)間，則PLC會(huì)將當(dāng)前變頻運(yùn)行泵切換為工頻運(yùn)行，并迅速起動(dòng)下1臺(tái)泵變頻運(yùn)行。此時(shí)PID會(huì)繼續(xù)通過(guò)由遠(yuǎn)傳壓力表送來(lái)的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析、計(jì)算、判斷，進(jìn)一步控制變頻器的運(yùn)行頻率，使管壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限偏差范圍之內(nèi)。</p><p>　　增泵工作過(guò)程：假定增泵順序?yàn)閘、2、3泵。開(kāi)始時(shí)，1泵電機(jī)在PLC控制下先投入調(diào)速運(yùn)行，其運(yùn)行速度由變頻器調(diào)節(jié)。當(dāng)供水壓力小于壓力預(yù)置值時(shí)變頻器輸出頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速上

49、升，反之下降。當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到上限，并穩(wěn)定運(yùn)行后，如果供水壓力仍沒(méi)達(dá)到預(yù)置值，則需進(jìn)入增泵過(guò)程。在PLC的邏輯控制下將1泵電機(jī)與變頻器連接的電磁開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，1泵電機(jī)切換到工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器與2泵電機(jī)連接， 控制2泵投入調(diào)速運(yùn)行。如果還沒(méi)到達(dá)設(shè)定值，則繼續(xù)按照以上步驟將2泵切換到工頻運(yùn)行，控制3泵投入變頻運(yùn)行。</p><p>　　減泵工作過(guò)程：假定減泵順序依次為3、2、1泵。當(dāng)供水壓力大于預(yù)置值時(shí)，變頻器輸

50、出頻率降低，水泵速度下降，當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到下限，并穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，把變頻器控制的水泵停機(jī)，如果供水壓力仍大于預(yù)置值，則將下一臺(tái)水泵由工頻運(yùn)行切換到變頻器調(diào)速運(yùn)行，并繼續(xù)減泵工作過(guò)程。如果在晚間用水不多時(shí)，當(dāng)最后一臺(tái)正在運(yùn)行的主泵處于低速運(yùn)行時(shí)，如果供水壓力仍大于設(shè)定值，則停機(jī)并啟動(dòng)輔泵投入調(diào)速運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能效果。</p><p>　　2.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)中加減水泵的條件分析</p>

51、<p>　　在上面的工作流程中，我們提到當(dāng)一臺(tái)調(diào)速水泵己運(yùn)行在上限頻率，此時(shí)管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍低于設(shè)定壓力，此時(shí)需要增加恒速水泵來(lái)滿足供水要求，達(dá)到恒壓的目的。當(dāng)調(diào)速水泵和恒速水泵都在運(yùn)行且調(diào)速水泵己運(yùn)行在下限頻率，此時(shí)管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍高于設(shè)定壓力，此時(shí)需要減少恒速水泉來(lái)減少供水流量，達(dá)到恒壓的目的。那么何時(shí)進(jìn)行切換，才能使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，同時(shí)使機(jī)組不過(guò)于頻繁的切換。</p><p>　　盡

52、管通用變頻器的頻率都可以在0-400Hz范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，但當(dāng)它用在供水系統(tǒng)中，其頻率調(diào)節(jié)的范圍是有限的，不可能無(wú)限地增大和減小。當(dāng)正在變頻狀態(tài)下運(yùn)行的水泵電機(jī)要切換到工頻狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，只能在50Hz時(shí)進(jìn)行。由于電網(wǎng)的限制以及變頻器和電機(jī)工作頻率的限制，50Hz成為頻率調(diào)節(jié)的上限頻率。當(dāng)變頻器的輸出頻率己經(jīng)到達(dá)50Hz時(shí)，即使實(shí)際供水壓力仍然低于設(shè)定壓力，也不能夠再增加變頻器的輸出頻率了。要增加實(shí)際供水壓力，正如前面所講的那樣，只能夠通過(guò)

53、水泵機(jī)組切換，增加運(yùn)行機(jī)組數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，變頻器的輸出頻率不能夠?yàn)樨?fù)值，最低只能是0Hz。其實(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率是不可能降低到0Hz。因?yàn)楫?dāng)水泵機(jī)組運(yùn)行，電機(jī)帶動(dòng)水泵向管網(wǎng)供水時(shí)，由于管網(wǎng)中的水壓會(huì)反推水泵，給帶動(dòng)水泵運(yùn)行的電機(jī)一個(gè)反向的力矩，同時(shí)這個(gè)水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進(jìn)入管網(wǎng)，因此，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率下降到一個(gè)值時(shí)，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實(shí)際的供水壓力也不會(huì)隨著電機(jī)頻率的下降而下降。這個(gè)頻率在實(shí)際應(yīng)用中就是

54、電機(jī)運(yùn)行的下限頻率。這個(gè)頻率遠(yuǎn)大于0Hz,具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場(chǎng)所有關(guān)，一般在20Hz左右。由于在變頻運(yùn)行</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)在確實(shí)需要機(jī)組進(jìn)行切換的時(shí)候才進(jìn)行機(jī)組的切換。所謂延時(shí)判別，是指系統(tǒng)僅滿足頻率和壓力的判別條件是不夠的，如果真的要進(jìn)行機(jī)組切換，切換所要求的頻率和壓力的判別條件必須成立并且能夠維持一段時(shí)間（比如1-2分鐘），如果在這一段延時(shí)的時(shí)間內(nèi)切換條件仍然成立，則進(jìn)行實(shí)

55、際的機(jī)組切換操作;如果切換條件不能夠維持延時(shí)時(shí)間的要求，說(shuō)明判別條件的滿足只是暫時(shí)的，如果進(jìn)行機(jī)組切換將可能引起一系列多余的切換操作。</p><p>　　3 基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　水泵M1、M2，M3可變頻運(yùn)行，也可工頻運(yùn)行，需PLC的6個(gè)輸出點(diǎn)，變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷由PLC的1個(gè)輸出點(diǎn)，控制變頻器使電機(jī)正轉(zhuǎn)需1個(gè)輸出信號(hào)控制，報(bào)警器的控制需要1個(gè)輸

56、出點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)量一共9個(gè)。控制起動(dòng)和停止需要2個(gè)輸入點(diǎn)，變頻器極限頻率的檢測(cè)信號(hào)占用PLC2個(gè)輸入點(diǎn)，系統(tǒng)自動(dòng)/手動(dòng)起動(dòng)需1輸入點(diǎn)，手動(dòng)控制電機(jī)的工頻/變頻運(yùn)行需6個(gè)輸入點(diǎn)，控制系統(tǒng)停止運(yùn)行需1個(gè)輸入點(diǎn)，檢測(cè)電機(jī)是否過(guò)載需3個(gè)輸入點(diǎn)，共需15個(gè)輸入點(diǎn)。系統(tǒng)所需的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)量共為24個(gè)點(diǎn)。本系統(tǒng)選用FXos-30MR-D型PLC。 </p><p><b>　　3.1控制要求</b>&l

57、t;/p><p>　　對(duì)三泵生活、消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求如下：</p><p>　　生活供水時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)保持低恒壓值運(yùn)行，消防供水時(shí)系統(tǒng)應(yīng)保持高恒壓值運(yùn)行。</p><p>　　三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要，采取“先開(kāi)先停”的原則接入和退出。</p><p>　　在用水量較小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)工作運(yùn)行時(shí)間超過(guò)3h，則要切換到下一臺(tái)泵，即系統(tǒng)具有

58、“倒泵功能”，避免某一臺(tái)工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。</p><p>　　三臺(tái)泵再起動(dòng)時(shí)要有軟起動(dòng)功能。</p><p><b>　　要有完善的報(bào)警功能</b></p><p>　　對(duì)泵的操作要有手動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。</p><p>　　3.2 變頻器的選擇與接線</p><p>　　根

59、據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)選用FR-A540系列變頻器，如下圖所示：</p><p>　　圖3.1 FR-A540的管腳說(shuō)明</p><p>　　管腳STF接PLC的Y7管腳，控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)。X2接變頻器的FU接口，X3接變頻器的OL接口。頻率檢測(cè)的上/下限信號(hào)分別通過(guò)OL和FU輸出至PLC的X2與X3輸入端作為PLC增泵減泵控制信號(hào)。</p><p>　　圖3.2變頻器

60、接線圖</p><p>　　3.3壓力傳感器的接線圖</p><p>　　壓力傳感器使用CY-YZ-1001型絕對(duì)壓力傳感器。改傳感器采用硅壓阻效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量的力－電轉(zhuǎn)換。傳感器由敏感芯體和信號(hào)調(diào)理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時(shí)，敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號(hào)調(diào)理電路將輸出的電壓信號(hào)作放大處理，同時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。&

61、lt;/p><p>　　該傳感器的量程為0～2.5MPa，工作溫度為5℃～60 ℃，供電電源為28±3V（DC）。</p><p>　　圖3.3壓力傳感器的接線圖</p><p>　　3.4 原其它元器件的選擇</p><p>　　水泵：M1、M2選用40-160(I)A型，M3選用40-160(I)型，參數(shù)見(jiàn)表3.1示。

62、 </p><p>　　熱繼電器的選擇：選用最小的熱繼電器作為電機(jī)的過(guò)載保護(hù)熱繼電器FR，F(xiàn)R1 FR2可選用規(guī)格其型號(hào)為T(mén)K-E02T-C，額定電流5－8A，F(xiàn)R3可選用規(guī)格其型號(hào)為T(mén)K-E02U-C，額定電流為6－9 A</p><p>　　熔斷器的選擇：在控制回路中熔斷器FU選用RT18系列。</p><p>　　接觸器的選擇：對(duì)于

63、接觸器KM選擇的是規(guī)格SC-E03-C,功率3Kw</p><p>　　按鈕SB的選擇：PLC各輸入點(diǎn)的回路的額定電壓直流24V，各輸入點(diǎn)的回路的額定電流均小于40mA，按鈕均只需具有1對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)，按鈕均選用LAY3—11型，其主要技術(shù)參數(shù)為：UN=24VDC，IN=0.3A，含1對(duì)常開(kāi)和1對(duì)常閉觸點(diǎn)。</p><p><b>　　表3.1元件表總圖</b></

64、p><p><b>　　表3.2水泵的參數(shù)</b></p><p>　　表3.3 變頻器的參數(shù)</p><p>　　3.5 PLC控制I/O口配置</p><p>　　控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)的名稱(chēng)，以及代碼及地址編號(hào)如表3.4所示。水位上下限信號(hào)分別為I0.1、I0.2 ，它們?cè)谒蜎](méi)時(shí)為0，露出時(shí)為1。</p>

65、;<p>　　表3.4 輸入、輸出點(diǎn)代碼和地址編號(hào)</p><p>　　3.6 電氣控制系統(tǒng)原理及線圖</p><p><b>　　3.6.1主電路圖</b></p><p><b>　　圖3.4主電路圖</b></p><p>　　電機(jī)有兩種工作模式即：在工頻電下運(yùn)行和在變頻電下運(yùn)行

66、。KM1、 KM3、 KM5 分別為電動(dòng)機(jī)M1 、M2 、M3 工頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器，KM0、 KM2 、KM4 分別為電動(dòng)機(jī)M1、M2、 M3 變頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器。熱繼電器(FR)是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護(hù)電路，它在電路中的用作電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。</p><p>　　熔斷器（FU）是電路中的一種簡(jiǎn)單的短路保護(hù)裝置。使用中，由于電流超過(guò)允許值產(chǎn)生的熱量使串接于主電路中的熔體熔化而切斷電

67、路，防止電氣設(shè)備短路和嚴(yán)重過(guò)載。</p><p>　　3.6.2控制電路接線圖</p><p>　　圖3.5 PLC的接線圖</p><p>　　Y0接KM0控制M1的變頻運(yùn)行，Y1接KM1控制M1的工頻運(yùn)行；Y2接KM2控制M2的變頻運(yùn)行，Y3接KM3控制M2的工頻運(yùn)行；Y4接KM4控制M3的變頻運(yùn)行，Y5接KM5控制M3的工頻運(yùn)行。</p><

68、;p>　　X0接起動(dòng)按鈕，X1接停止按鈕，X2接變頻器的FU接口，X3接變頻器的OL接口，X4接M1的熱繼電器，X5接M2的熱繼電器，X6接M3的熱繼電器。</p><p>　　為了防止出現(xiàn)某臺(tái)電動(dòng)機(jī)既接工頻電又接變頻電設(shè)計(jì)了電氣互鎖。在同時(shí)控制M1電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)接觸器KM1、KM0線圈中分別串入了對(duì)方的常閉觸頭形成電氣互鎖。頻率檢測(cè)的上/下限信號(hào)分別通過(guò)OL和FU輸出至PLC的X2與X3輸入端作為PLC增泵

69、減泵控制信號(hào)。</p><p>　　3.7基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)程序流程</p><p>　　在控制系統(tǒng)中，變頻器通過(guò)PLC 通過(guò)對(duì)電機(jī)出廠壓力點(diǎn)處設(shè)置的壓力變送器反饋信號(hào)，進(jìn)行單閉環(huán)控制。此外，為了適應(yīng)供水情況的突發(fā)變化等，在必要時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)頻率控制功能。P比 程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接受外部開(kāi)關(guān)信號(hào)的輸入以及管網(wǎng)的壓力信號(hào)和水池水位信號(hào)，判斷當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)是否正常，然后執(zhí)行程序，

70、由輸出信號(hào)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)，除了PID運(yùn)算，PLC主要控制任務(wù)就是輸出頻率的計(jì)算和工頻、變頻的切換。</p><p>　　在設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意的是由于供水系統(tǒng)是一個(gè)慣性較大無(wú)法突變的系統(tǒng)，不需要過(guò)高的響應(yīng)速度，因而在設(shè)計(jì)思想上應(yīng)以查詢(xún)方式為主，中斷方式為輔.</p><p>　　（1）系統(tǒng)初始化程序設(shè)計(jì)</p><p>　　在系

71、統(tǒng)開(kāi)始工作的時(shí)候，先要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即在開(kāi)始啟動(dòng)的時(shí)候，先對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)部分的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，如出錯(cuò)則報(bào)警，接著對(duì)模擬量(管網(wǎng)壓力、液位等)數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)表進(jìn)行初始化處理，賦予一定的初值。</p><p>　?。?）壓力恒定控制程序設(shè)計(jì)</p><p>　　在變頻恒壓供水系統(tǒng)壓力控制程序的設(shè)計(jì)流程如圖3.2所示，檢測(cè)壓力的大小，信號(hào)傳送到PLC，系統(tǒng)首選對(duì)數(shù)值進(jìn)行分析，確認(rèn)數(shù)據(jù)

72、正常后，與壓力設(shè)定值進(jìn)行判斷，如果與設(shè)定值相同，則直接進(jìn)入下一采樣周期，如果不同，則進(jìn)行PID控制，通過(guò)PLC控制變頻器改變頻率參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)恒壓供水。</p><p>　　在恒壓供水程序設(shè)計(jì)中，還應(yīng)考慮到報(bào)警問(wèn)題，通常要設(shè)計(jì)中斷程序處理信號(hào)報(bào)警。特別要注意的是，在中小供水廠有條件的情況下，除了通常的液位報(bào)警和過(guò)載報(bào)警等外，還應(yīng)將流量?jī)x、濁度儀、余氯儀等報(bào)警信號(hào)接入PLC，從而實(shí)現(xiàn)在供水廠出現(xiàn)流量嚴(yán)重異常或水質(zhì)事

73、故事可以實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)。</p><p>　　PLC在系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進(jìn)行工頻—變頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。工作流程如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 PLC程序流程圖</p><p>　　系統(tǒng)起動(dòng)之后，檢測(cè)是自動(dòng)運(yùn)行模式還是手動(dòng)運(yùn)行模式。如果是手動(dòng)運(yùn)行模式則進(jìn)行手動(dòng)操作，人們根據(jù)自己的需要操作相應(yīng)的按鈕，系統(tǒng)根據(jù)按鈕執(zhí)行相應(yīng)操作。如果

74、是自動(dòng)運(yùn)行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關(guān)的輸入信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)的操作。</p><p>　　手動(dòng)模式主要是解決系統(tǒng)出錯(cuò)或器件出問(wèn)題</p><p>　　在自動(dòng)運(yùn)行模式中，如果PLC接到頻率上限信號(hào)，則執(zhí)行增泵程序，增加水泵的工作數(shù)量。如果PLC接到頻率下限信號(hào)，則執(zhí)行減泵程序，減少水泵的工作數(shù)量。沒(méi)接到信號(hào)就保持現(xiàn)有的運(yùn)行狀態(tài)。</p><p><b>　　3.8

75、控制方式</b></p><p>　　3.8.1 手動(dòng)運(yùn)行</p><p>　　當(dāng)按下SB7按鈕，用手動(dòng)方式。按下SB10手動(dòng)啟動(dòng)變頻器。當(dāng)系統(tǒng)壓力不夠需要增加泵時(shí)，按下SBn（n=1,3,5）按鈕，此時(shí)切斷電機(jī)變頻，同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)工頻運(yùn)行,再起動(dòng)下一臺(tái)電機(jī)。為了變頻向工頻切換時(shí)保護(hù)變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時(shí)，用時(shí)間繼電器作了時(shí)間延遲，當(dāng)壓力過(guò)大時(shí)，可以手動(dòng)按下S

76、Bn（n=2,4,6）按鈕，切斷工頻運(yùn)行的電機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)變頻運(yùn)行。可根據(jù)需要，停按不同電機(jī)對(duì)應(yīng)的啟停按鈕，可以依次實(shí)現(xiàn)手動(dòng)啟動(dòng)和手動(dòng)停止三臺(tái)水泵.該方式僅供自動(dòng)故障時(shí)使用.</p><p>　　3.8.2 自動(dòng)運(yùn)行</p><p>　　由PLC分別控制某臺(tái)電機(jī)工頻和變頻繼電器，在條件成立時(shí)，進(jìn)行增泵升壓和減泵降壓控制.</p><p>　　升壓控制：系統(tǒng)工作時(shí)，

77、每臺(tái)水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動(dòng)狀態(tài)、變頻器拖動(dòng)調(diào)速狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài).系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開(kāi)始運(yùn)行，第一臺(tái)水泵M1，啟動(dòng)且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間M1處在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài).當(dāng)用水量增加水壓減小時(shí)，通過(guò)壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個(gè)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速;反之用水量減少水壓增加時(shí)，水泵按設(shè)定的速率減速到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速.當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變

78、頻器輸出頻率增加至工頻時(shí)，水壓仍低于設(shè)定值，由PLC控制切換至工頻電網(wǎng)后恒速運(yùn)行;同時(shí)，使第二臺(tái)水泵M2投入變頻器并變速運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，每當(dāng)加速運(yùn)行的變頻器輸出頻率達(dá)到工頻時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，并有新的水泵投人并聯(lián)運(yùn)行.當(dāng)最后一臺(tái)水泵M3投人運(yùn)行，變頻器輸出頻率達(dá)到工頻，壓力仍未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出故障報(bào)警.</p><p>　　降壓控制：當(dāng)

79、用水量下降水壓升高，變頻器輸出頻率降至起動(dòng)頻率時(shí)，水壓仍高于設(shè)定值，系統(tǒng)將工頻運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的一臺(tái)水泵關(guān)掉，恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達(dá)到設(shè)定值.當(dāng)用水量繼續(xù)下降，每當(dāng)減速運(yùn)行的變頻器輸出頻率降至起動(dòng)頻率時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下最后一臺(tái)變頻泵運(yùn)行為止。</p><p><b>　　3.9主要程序說(shuō)明</b></p><p>　　3.9.1 總程序的順序功能

80、圖</p><p>　　系統(tǒng)分為自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩部分</p><p>　　圖3.7 總程序的順序功能圖</p><p>　　3.9.2 自動(dòng)運(yùn)行順序功能圖</p><p>　　按下SB8按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行模式，順序功能圖如3.8所示。</p><p>　　圖3.8 自動(dòng)運(yùn)行順序功能圖</p>&l

81、t;p>　　Y0接KM0控制M1的變頻運(yùn)行，Y1接KM1控制M1的工頻運(yùn)行；Y2接KM2控制M2的變頻運(yùn)行，Y3接KM3控制M2的工頻運(yùn)行；Y4接KM4控制M3的變頻運(yùn)行，Y5接KM5控制M3的工頻運(yùn)行</p><p>　　系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，KM1閉合，#1泵以變頻方式運(yùn)行。 當(dāng)變頻器的運(yùn)行頻率超出一個(gè)上限信號(hào)后，PLC通過(guò)這個(gè)上限信號(hào)后將1#水泵有變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，KM1斷開(kāi)KM0吸合，同時(shí)KM3吸合變頻起

82、動(dòng)第2#水泵。</p><p>　　如果再次接收到變頻器上限信號(hào)，則KM3斷開(kāi)KM2吸合，第2#水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，3#水泵變頻起動(dòng)。</p><p>　　如果變頻器頻率偏低，即壓力過(guò)高，輸出的下限信號(hào)使PLC關(guān)閉KM5、KM2，開(kāi)啟KM3，2#水泵變頻起動(dòng)。</p><p>　　再次接到下限信號(hào)就關(guān)閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運(yùn)行。</

83、p><p>　　為了防止出現(xiàn)某臺(tái)電動(dòng)機(jī)既接工頻電又接變頻電設(shè)計(jì)了電氣互鎖。在同是控制M1電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)接觸器KM1、KM0線圈中分別串入了對(duì)方的常閉觸頭形成電氣互鎖。</p><p>　　3.9.3手動(dòng)模式順序功能圖</p><p>　　當(dāng)按下SB9按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入手動(dòng)運(yùn)行模式。系統(tǒng)的每步動(dòng)作都必須有相應(yīng)的操作。順序功能圖如圖3.9所示。</p><p&

84、gt;　　圖3.9自動(dòng)運(yùn)行順序功能圖</p><p>　　按下按鈕SB9之后，啟動(dòng)了變頻器，系統(tǒng)進(jìn)入手動(dòng)運(yùn)行模式。當(dāng)用戶(hù)按下SBn（n=1，3，5）三臺(tái)電機(jī)分別處于工頻運(yùn)行，當(dāng)用戶(hù)按下SBn（n=2，4，6）三臺(tái)電機(jī)分別處于變頻運(yùn)行?？梢远嗯_(tái)電機(jī)于不同的頻率工作，但一臺(tái)電機(jī)只能以一種頻率下工作。（如#1電機(jī)，如果控制它工作的SB1,SB2按鈕被同時(shí)按下則發(fā)出警報(bào)且電機(jī)無(wú)法起動(dòng)。</p><p&

85、gt;<b>　　3.9.4程序</b></p><p>　?。?）自動(dòng)運(yùn)行部分。</p><p><b>　　手動(dòng)運(yùn)行部分。</b></p><p>　　3.9.5 程序說(shuō)明</p><p>　?。?）自動(dòng)運(yùn)行部分。</p><p><b>　　起動(dòng)1#泵<

86、/b></p><p>　　按下起動(dòng)按鈕，系統(tǒng)檢測(cè)采用那種運(yùn)行模式。如果按鈕SB7沒(méi)按，則使用自動(dòng)運(yùn)行模式。變頻起動(dòng)1#水泵。</p><p><b>　　起動(dòng)1#，2#泵：</b></p><p>　　接收到變頻器上限信號(hào)，PLC通過(guò)這個(gè)上限信號(hào)后將1#水泵由變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，KM1斷開(kāi)KM0吸合，同時(shí)KM3吸合變頻起動(dòng)第2#水泵。

87、</p><p>　　起動(dòng)1#，2#，3#泵：</p><p>　　再次接收到變頻器上限信號(hào)，則KM3斷開(kāi)KM2吸合，第2#水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，3#水泵變頻起動(dòng)。</p><p><b>　　起動(dòng)1#泵：</b></p><p>　　接到下限信號(hào)就關(guān)閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運(yùn)行。</p&g

88、t;<p><b>　　起動(dòng)1#，2#泵：</b></p><p>　　輸出的下限信號(hào)使PLC關(guān)閉KM5、KM2，開(kāi)啟KM3，2#水泵變頻起動(dòng)。</p><p><b>　　起動(dòng)1#泵：</b></p><p>　　接到下限信號(hào)關(guān)閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運(yùn)行。</p>&l

89、t;p><b>　　(2)手動(dòng)運(yùn)行部分</b></p><p>　　按下手動(dòng)起動(dòng)按鈕SB10，手動(dòng)起動(dòng)變頻器。</p><p>　　按下SB2,斷開(kāi)KM0，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M1在變工頻電源下運(yùn)行。</p><p>　　按下SB4,斷開(kāi)KM2，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M2在變頻電源下運(yùn)行。</p><p>　　按

90、下SB6,斷開(kāi)KM4，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M3在變頻電源下運(yùn)行。</p><p>　　按下SB1,斷開(kāi)KM1，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M1在工頻電源下運(yùn)行。</p><p>　　按下SB3,斷開(kāi)KM3，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M2在工頻電源下運(yùn)行。</p><p>　　按下SB5,斷開(kāi)KM5，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M3在工頻電源下運(yùn)行。</p><

91、p><b>　?。?）公用部分</b></p><p>　　當(dāng)熱繼電器斷開(kāi)系統(tǒng)報(bào)警。</p><p>　　電機(jī)只能在一種頻率下運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)工頻/變頻同時(shí)打開(kāi)時(shí)將發(fā)出警報(bào)且電機(jī)停止運(yùn)行。</p><p>　　輔助繼電器M1,M2,M3,…M9依次控制輸出繼電器Y0,Y1,Y2,…Y10</p><p>　　按下停止按

92、鈕，所有泵停止運(yùn)行。</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　本論文研究的是變頻恒壓供水系統(tǒng)。恒壓供水系統(tǒng)以PLC和變頻器為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，借助于PLC強(qiáng)大而靈活的控制功能和內(nèi)置PID的變頻器優(yōu)良的變頻調(diào)速性能，實(shí)現(xiàn)了恒壓供水的控制。該系統(tǒng)采用PLC控制變頻器進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，按實(shí)際需要隨意設(shè)定壓力給定值，根據(jù)壓差調(diào)整水泵的工作情況，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，

93、使給水泵始終在高效率下運(yùn)行，在啟動(dòng)時(shí)壓力波動(dòng)小，可控制在給定值的5%范圍內(nèi)。</p><p>　　恒壓供水在日常生活中非常重要，基于PLC和變頻器技術(shù)設(shè)計(jì)的生活恒壓供水控制系統(tǒng)可靠性高、效率高、節(jié)能效果顯著、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。因?qū)崿F(xiàn)了恒壓自動(dòng)控制，不需要操作人員頻繁操作，節(jié)省了人力，提高了供水質(zhì)量，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，節(jié)約管理費(fèi)用。對(duì)整個(gè)供水過(guò)程來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性好，管理人員可根據(jù)每個(gè)季節(jié)的用水情況，

94、選擇不同的壓力設(shè)定范圍，不但節(jié)約了用水，而且節(jié)約了電能，達(dá)到了更優(yōu)的節(jié)能方式，實(shí)現(xiàn)供水的最優(yōu)化控制和穩(wěn)定性控制。</p><p>　　目前在國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對(duì)于能適應(yīng)不同的用水場(chǎng)合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)的變頻但壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐中。&

95、lt;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]宋序彤，我國(guó)城市供水發(fā)展有關(guān)問(wèn)題分析．城鎮(zhèn)供水，2001 </p><p>　　[2]崔金貴，變頻調(diào)速恒壓供水在建筑給水應(yīng)用的理論探討．蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2000</p><p>　　[3]張燕賓，變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002&l

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