1、題目： 恒壓供水仿真系統(tǒng) 系部：電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)：機(jī)電一體化技術(shù)班級(jí)： 機(jī)電A1204姓名：我本逍遙指導(dǎo)教師：chen 山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院目 錄1 摘 要.11.1引言21.2國(guó)內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀21.3本文所做的工作22 變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求32.1系統(tǒng)的工藝要求32.2系統(tǒng)控制要求53 變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路63.1拖動(dòng)方式的選擇63.2水泵的調(diào)節(jié)方式63.3調(diào)速方法選擇63.4變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成及原理圖8統(tǒng)控制流程94 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)114.1系統(tǒng)主要設(shè)備的選型114.1.1 PLC選型1111121212121314154.5 I/O輸入輸出分配表15165 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1

2、8185.2 PLC部分程序分析196 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室仿真21212223結(jié)論與展望24參考文獻(xiàn)25摘要隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，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)性直接影響到用戶的正常工作和生活。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，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)，設(shè)計(jì)出高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)供水復(fù)雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)。基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶量的多少來(lái)調(diào)節(jié)供水量，最大程度的解決了水資源和電資源的浪費(fèi)，因此其是供水方式的發(fā)展的必然方向。本文以某居民小區(qū)水泵

3、電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)為對(duì)象，首先根據(jù)管網(wǎng)和水泵的運(yùn)行特性曲線，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)，采用變頻器和PLC構(gòu)成變頻調(diào)速系統(tǒng)，通過(guò)選擇合適的硬件設(shè)備和軟件編程方法及信號(hào)處理方式等闡明如何實(shí)現(xiàn)小區(qū)恒壓供水。關(guān)鍵詞： 恒壓供水 變頻調(diào)速 PLC 節(jié)能 1緒 論水是生命之源，人類生存和發(fā)展都離不開水。在節(jié)水節(jié)能已成為時(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下，我們這個(gè)水資源和電能源短缺的國(guó)家，長(zhǎng)期以來(lái)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，自動(dòng)化程度較低，而隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，以及住房制度改革的不斷深入，城市中各類建設(shè)發(fā)展

4、十分迅速，同時(shí)也對(duì)城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。其中，城市供水就是一個(gè)重要方面。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。利用變頻技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，在城市供水實(shí)現(xiàn)恒壓供水，不僅能達(dá)到比較明顯的節(jié)能效果，提高城市供水的效率，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)，對(duì)于提高城市供水效率以及人民的

5、生活水平，同時(shí)降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。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(lái)的。目前國(guó)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(guó)外變頻供水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)主要采用一臺(tái)變頻器只帶一臺(tái)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6。此方式的缺點(diǎn)必是電機(jī)數(shù)量和變頻的數(shù)量一樣多，投資成本高。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、控制要求低的變頻供水領(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

6、上，國(guó)產(chǎn)變頻器有待于進(jìn)一步改進(jìn)和完善。本文第二章提出變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，第三章講述變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，第四章講述系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，第五章講述系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，第六章講述系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室仿真，隨后提出系統(tǒng)的總結(jié)與展望。2 變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求×樓層數(shù)）MPa得10層樓的供水壓力應(yīng)該是0.48MPa。表2-1 不同住宅類型的用水標(biāo)準(zhǔn)住宅類型給水衛(wèi)生器具完善程度用水標(biāo)準(zhǔn)（/人日）系數(shù)1僅有給水龍頭2有給水衛(wèi)生器具，但無(wú)淋浴設(shè)備3有給水衛(wèi)生器具，并有淋浴設(shè)備4有給水衛(wèi)生器具，但無(wú)淋浴設(shè)備和集中熱水供應(yīng)表2-2 不同住宅類型的供水規(guī)模戶數(shù)用水標(biāo)準(zhǔn)（/人日）4505006007008001

7、000本系統(tǒng)的工藝要求還要遵循以下原則:1）蓄水池容量應(yīng)大于每小時(shí)最大供水量；2）水泵揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供水高度；3）水泵流量總和應(yīng)大于實(shí)際最大供水量；4) 水泵的調(diào)速要平滑，水泵不能反轉(zhuǎn)；5) 系統(tǒng)的壓強(qiáng)誤差不能超過(guò)0.1MP;1）本系統(tǒng)通過(guò)壓力傳感器采集管網(wǎng)壓力，送入PLC通過(guò)PLC的PID控制輸出模擬量給變頻器，通過(guò)變頻器讓電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行從而實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的壓力恒定。2）系統(tǒng)設(shè)有三臺(tái)電動(dòng)機(jī)，1號(hào)3號(hào)按時(shí)間輪流變頻運(yùn)行，當(dāng)1號(hào)或3號(hào)變頻運(yùn)行無(wú)法保持管網(wǎng)壓力恒定時(shí)，增加2號(hào)機(jī)工頻運(yùn)行。其中，1號(hào)3號(hào)互為備用泵，同時(shí)，1號(hào)3號(hào)也為2號(hào)備用泵。3）工頻運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)采用轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動(dòng)，和能耗制動(dòng)的控制

8、方式。4）系統(tǒng)設(shè)有生活和消防用水選擇，同時(shí)具有手動(dòng)和自動(dòng)切換。5）有水位傳感器，當(dāng)水位過(guò)低時(shí)開啟閥門向蓄水池蓄水，水位達(dá)到設(shè)定值時(shí)閥門自動(dòng)關(guān)閉。6）利用組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的報(bào)警顯示、及運(yùn)行參數(shù)的修改等各種功能。 變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路拖動(dòng)方式有直流拖動(dòng)和交流拖動(dòng)。直流拖動(dòng)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，但直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上存在機(jī)械整流子、電刷維護(hù)困難、造價(jià)高、壽命短、應(yīng)用環(huán)境受到限制的缺點(diǎn)。交流拖動(dòng)技術(shù)具有堅(jiān)固耐用、經(jīng)濟(jì)可靠及動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)。綜上所述本系統(tǒng)采用交流拖動(dòng)的方式。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)8。詳細(xì)劃分如下：水泵的調(diào)節(jié)方式對(duì)節(jié)能的影響至關(guān)重要，過(guò)去是通過(guò)改變閥門的開度來(lái)改變

9、流量，這種控制方式不僅浪費(fèi)了大量的能源而且控制方式也不是非常理想，相比較而言變頻調(diào)速卻能夠通過(guò)改變水泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速達(dá)到節(jié)能效果，符合要求，所以本系統(tǒng)采用變頻調(diào)速。傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式有：恒速泵加壓供水、氣壓罐供水、水塔高位水箱供水、液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等方式，其優(yōu)、缺點(diǎn)如下：1) 恒速泵加壓供水方式無(wú)法對(duì)供水管網(wǎng)的壓力做出及時(shí)的反應(yīng)，水泵的增減都依賴人工進(jìn)行手工操作，自動(dòng)化程度低，而且為保證供水，機(jī)組常處于滿負(fù)荷運(yùn)行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時(shí)，管網(wǎng)長(zhǎng)期處于超壓運(yùn)行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴(yán)重，電機(jī)硬起動(dòng)易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，破壞性大，目前較少采用。2)

10、氣壓罐供水具有體積小、技術(shù)簡(jiǎn)單、不受高度限制等特點(diǎn)，但此方式調(diào)節(jié)量小、水泵電機(jī)為硬起動(dòng)且起動(dòng)頻繁，對(duì)電器設(shè)備要求較高、系統(tǒng)維護(hù)工作量大，而且為減少水泵起動(dòng)次數(shù)，停泵壓力往往比較高，致使水泵在低效段工作，而出水壓力無(wú)謂的增高，也使浪費(fèi)加大，從而限制了其發(fā)展。3) 水塔高位水箱供水具有控制方式簡(jiǎn)單、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理、短時(shí)間維修或停電可不停水等優(yōu)點(diǎn)，但存在基建投資大，占地面積大，維護(hù)不方便，水泵電機(jī)為硬起動(dòng)，啟動(dòng)電流大等缺點(diǎn)，頻繁起動(dòng)易損壞聯(lián)軸器，目前主要應(yīng)用于高層建筑。4) 液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式易漏油，發(fā)熱需冷卻，效率低，改造麻煩，只能是一對(duì)一驅(qū)動(dòng)，需經(jīng)常檢修；優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)

11、簡(jiǎn)單明了，維修方。5) 單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)也能做到變頻調(diào)速，自動(dòng)化程度要優(yōu)于上面4種供水方式，但是系統(tǒng)開發(fā)周期比較長(zhǎng)，對(duì)操作員的素質(zhì)要求比較高，可靠性比較低，維修不方便，且不適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。綜合來(lái)看，以上四種控制方式都會(huì)造成不同水資源的浪費(fèi)以及電能的浪費(fèi)，并且其效率比較低，可靠性差，維護(hù)麻煩。而基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)卻能夠?qū)⒆冾l技術(shù)很好的與現(xiàn)代控制技術(shù)和電氣技術(shù)相結(jié)合，并且PLC的程序編寫簡(jiǎn)單，易懂易學(xué)。采用該系統(tǒng)進(jìn)行小區(qū)供水安全可靠，節(jié)水節(jié)電，這正是我們所期望的故采用基于PLC的變頻恒壓供水?；赑LC的變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由：PLC、變頻器、壓力傳感器、液位傳感器、水泵機(jī)組

12、等原件組成，該系統(tǒng)的控制流程圖如圖3-1。用戶變送器液位PLC變頻器M水泵機(jī)組壓力傳感器報(bào)警信號(hào)水位信號(hào)壓力信號(hào)圖3-1變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程圖該系統(tǒng)由信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，控制機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大部分組成，各部分的具體功能如下：1）信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)：本系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)主要由壓力傳感器、液位傳感器和報(bào)警信號(hào)三部分組成，其中壓力傳感器主要用于采集管網(wǎng)壓力，將管網(wǎng)壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送入PLC。液位傳感器用于采集蓄水池的液位，當(dāng)液位達(dá)到液位下限時(shí)，水閥打開，蓄水池蓄水，當(dāng)蓄水池液位達(dá)到設(shè)定值時(shí)水閥關(guān)閉，用該傳感器是為了防止蓄水池水位過(guò)低造成水泵空轉(zhuǎn)從而對(duì)水泵造成損傷。信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)還包括報(bào)警信號(hào)的采集，當(dāng)有報(bào)警時(shí)

13、相應(yīng)傳感器會(huì)將報(bào)警信號(hào)送入PLC，讓PLC執(zhí)行相應(yīng)操作，從而使系統(tǒng)更加安全穩(wěn)定的運(yùn)行。2）控制機(jī)構(gòu)：本系統(tǒng)的控制機(jī)構(gòu)主要由PLC和變頻器組成，控制機(jī)構(gòu)是整個(gè)系統(tǒng)的核心機(jī)構(gòu)，它的設(shè)計(jì)成功與否是該系統(tǒng)的關(guān)鍵。PLC接收信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)送來(lái)的信號(hào)，通過(guò)內(nèi)部的相應(yīng)運(yùn)算將結(jié)果送入變頻器或其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)。變頻器是水泵機(jī)組的控制單元，其接收PLC送來(lái)的信號(hào)，控制水泵機(jī)組進(jìn)行變頻運(yùn)行。3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由水泵機(jī)組構(gòu)成，其中一臺(tái)水泵為工頻泵，另兩臺(tái)水泵輪流變頻運(yùn)行并互為備用泵同時(shí)為工頻泵的備用泵。該水泵機(jī)組通過(guò)變頻器控制變頻運(yùn)行向供水管網(wǎng)供水來(lái)保持管網(wǎng)的壓力恒定。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-2。PID

14、D/A變頻器接觸器水泵機(jī)組管道變頻器壓力傳感器A/DPLC給定值 圖3-2 變頻恒壓供水系統(tǒng)框圖基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)，通過(guò)安裝在管網(wǎng)的壓力傳感器采集管網(wǎng)的壓力并將其轉(zhuǎn)換為420mA的電流信號(hào)，通過(guò)PLC自帶的A/D模塊將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后進(jìn)行PID控制的輸出值后經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為模擬量控制變頻器，變頻器控制水泵進(jìn)行變頻運(yùn)行向管網(wǎng)供水，從而實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的壓力恒定。1）系統(tǒng)上電，PLC自動(dòng)進(jìn)行初始化處理，利用組態(tài)界面的自動(dòng)運(yùn)行按鈕啟動(dòng)系統(tǒng)，壓力傳感器采集供水管網(wǎng)的壓力，輸出0-5V的電流信號(hào)送人PLC的擴(kuò)展模塊EM235，PLC通過(guò)擴(kuò)展模塊采集到信號(hào)后與設(shè)定值進(jìn)

15、行比較，利用PID控制通過(guò)EM235模塊輸出0-10V的電壓送入變頻器，變頻器控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，1號(hào)泵和3號(hào)泵在變頻器的控制下每5小時(shí)互換一次，使兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)能夠達(dá)到相同的磨損程度。2）當(dāng)管網(wǎng)壓力下降時(shí)，壓力傳感器采集的信號(hào)減小，系統(tǒng)偏差加大，PLC輸出值變大，變頻器輸出的頻率加大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增大，維持管網(wǎng)的壓力恒定，同理，當(dāng)管網(wǎng)的壓力增大時(shí)，進(jìn)行相反的閉環(huán)控制方式。3）當(dāng)變頻器的頻率以49HZ持續(xù)運(yùn)行5分鐘時(shí)，說(shuō)明一臺(tái)變頻泵無(wú)法維持管網(wǎng)的壓力恒定，這時(shí)工頻泵投入運(yùn)行，變頻泵繼續(xù)運(yùn)行，兩臺(tái)泵同時(shí)工作來(lái)維持管網(wǎng)的壓力恒定，當(dāng)變頻器以5HZ持續(xù)運(yùn)行5分鐘，說(shuō)明一臺(tái)變頻器足以維持管網(wǎng)的壓力恒定，這時(shí)

16、切掉工頻泵，一臺(tái)變頻泵維持管網(wǎng)壓力恒定。4）當(dāng)一臺(tái)變頻泵出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)變頻泵持續(xù)變頻運(yùn)行，不需要按時(shí)間進(jìn)行輪換，當(dāng)工頻泵出現(xiàn)故障時(shí)，變頻運(yùn)行的變頻泵繼續(xù)變頻運(yùn)行，另一臺(tái)變頻泵按工頻運(yùn)行，這就是所說(shuō)的兩臺(tái)變頻泵互為備用泵同時(shí)為工頻泵的備用泵。5）本系統(tǒng)通過(guò)液位傳感器采集液位信號(hào)當(dāng)液位信號(hào)低于低限設(shè)定值時(shí)打開閥門向蓄水池供水，當(dāng)液位信號(hào)高于高限設(shè)定值時(shí)，閥門關(guān)閉停止蓄水。6）本系統(tǒng)通過(guò)組態(tài)軟件對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，可以通過(guò)組態(tài)查看運(yùn)行情況，（如：報(bào)警信息，故障情況，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況和管網(wǎng)的壓力，液位等）和執(zhí)行相應(yīng)操作（如：自動(dòng)運(yùn)行，手動(dòng)操作，和生活消防用水切換等）。7）按下組態(tài)界面的相應(yīng)泵的手動(dòng)

17、按鈕，可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)泵的手動(dòng)控制。4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)系統(tǒng)工藝要求、控制要求的分析和設(shè)計(jì)思路的要求，本系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、壓力傳感器、液位傳感器、上位機(jī)、水泵機(jī)組等設(shè)備組成。4.1.1 PLC選型本系統(tǒng)的核心部件是PLC,它要完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)采集，數(shù)據(jù)處理等重要功能，所以PLC的選擇十分重要。當(dāng)我們選擇PLC時(shí)要考慮PLC的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內(nèi)存空間、通訊接口及協(xié)議、帶擴(kuò)展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素。綜合眾多因素我選擇的是德國(guó)SIEMENS公司的S7-200型。S7-200型PLC的結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，具有較高的性價(jià)比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)。SIEME

18、NS公司的PLC具有可靠性高，可擴(kuò)展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；PLC可以上接工控計(jì)算機(jī)，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制。PLC和上位機(jī)的通信采用PC/PPI電纜，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口(PPI)協(xié)議，PC/PPI電纜可以方便實(shí)現(xiàn)PLC的通信接口RS485到PC機(jī)的通信接口RS232的轉(zhuǎn)換，用戶程序有三級(jí)口令保護(hù)，可以對(duì)程序?qū)嵤┌踩Ｗo(hù)。根據(jù)恒壓供水系統(tǒng)所需的端子數(shù)和要求有一定的預(yù)留量，本系統(tǒng)選擇S7-200型PLC的主模塊為CPU226，其開關(guān)量輸出為16點(diǎn)，輸入為24點(diǎn)，輸出形式為AC220V繼電器輸出，輸入形式為DC24V輸入。由于實(shí)際需要兩路模擬量輸入，一路模擬量輸出，所以本

19、系統(tǒng)采用EM235擴(kuò)展模塊，該擴(kuò)展模塊共有4路模擬量輸入和1路模擬量輸出。輸入端口能夠自動(dòng)完成模擬量信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成16位的數(shù)字信號(hào)，同時(shí)輸出端口能夠完成D/A轉(zhuǎn)換，將16位數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成010V的模擬量，EM235模塊可以針對(duì)不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)，通過(guò)DIP開關(guān)進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)工藝要求分析采用SFL系列水泵3臺(tái)（上海熊貓機(jī)械有限公司），該水泵為額定電壓為交流380V，額定電流為105A，功率為50KW/h,揚(yáng)程為100m的三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用價(jià)格便宜，維修方便。選取西門子MicroMaster430（風(fēng)機(jī)水泵專業(yè)）變頻器，具體的可以選擇MM430-110K型

20、號(hào)的變頻器，他配接電機(jī)的容量是60kw，額定電流為130A滿足使用需求，可以選擇。為了避免誤動(dòng)作，熔斷器的額定電流應(yīng)選：(4-1)故選擇斷路器額定電流選擇210A。CYYB-120系列壓力變送器為兩線制420mA電流信號(hào)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(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放大、溫度補(bǔ)償及非線性修正、V/I變換等處理，對(duì)供電電壓要求寬松，具有420mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。一對(duì)導(dǎo)線同時(shí)用于電源供電及信號(hào)傳輸，輸出信號(hào)與環(huán)路導(dǎo)線電阻無(wú)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系列壓力變

21、送器新增加了全密封結(jié)構(gòu)帶現(xiàn)場(chǎng)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(cè)控領(lǐng)域。主要特點(diǎn)：1）高穩(wěn)定性、高精度、寬的工作溫度范圍；2）抗沖擊、耐震動(dòng)、體積小、防水；3）標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出、良好的互換性、抗干擾性強(qiáng)；4）最具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。SL980-投入式液位變送器，廣泛用于儲(chǔ)水池、污水池、水井、水箱的水位測(cè)量，油池、油罐的油位測(cè)量，江河湖海的深度測(cè)量26。接受與液體深度成正比的液壓信號(hào)，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)是：安裝簡(jiǎn)單，精度高，可靠性高，性能穩(wěn)定，能

22、實(shí)現(xiàn)自身保護(hù)等27。變頻器M1M2M3FUQF1QF2QF3KM1KM2KM3KM4KM5圖4-1系統(tǒng)主電氣原理圖三相電源經(jīng)熔斷器與隔離開關(guān)后流經(jīng)變頻器，通過(guò)變頻器的輸出端U、V、W與接觸器相連后再與水泵相連，當(dāng)KM1接通時(shí)1號(hào)水泵進(jìn)行變頻工作，當(dāng)KM2接通后1號(hào)水泵進(jìn)行工頻工作，KM3接通時(shí)2號(hào)泵進(jìn)行工頻運(yùn)行，KM4接通后3號(hào)泵進(jìn)行工頻運(yùn)行，KM5接通2號(hào)泵進(jìn)行變頻運(yùn)行。其中工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行不能同時(shí)執(zhí)行，所以工頻和變頻運(yùn)行要由PLC進(jìn)行互鎖，系統(tǒng)通過(guò)熔斷器進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，通過(guò)熱繼電器進(jìn)行過(guò)熱保護(hù)。為了監(jiān)控方便可以通過(guò)電流互感器將420mA的電流送至上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，在初始運(yùn)行時(shí)要觀察水泵的旋轉(zhuǎn)

23、方向，使其符合控制要求，當(dāng)采用工頻運(yùn)行時(shí)，必須采用串電阻降壓?jiǎn)?dòng)或軟啟動(dòng)的方式以降低電流，本系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動(dòng)，停止時(shí)采用能耗制動(dòng)。本系統(tǒng)采轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)接觸器K斷開，水泵按照轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動(dòng)，當(dāng)啟動(dòng)完后，接觸器K閉合，水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)。KM2kkKM1圖4-2 啟動(dòng)電路圖KM1KM2圖4-3 制動(dòng)電路圖 本系統(tǒng)采用能耗制動(dòng)的方式，當(dāng)電動(dòng)機(jī)需要制動(dòng)時(shí)，KM2觸電閉合接入直流電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)切割磁力線而產(chǎn)生反作用力，使定子更快的停止轉(zhuǎn)動(dòng)。4.5 I/O輸入輸出分配表I/O輸入輸出分配表如表4-2，該系統(tǒng)共有8路數(shù)字量輸入、2路模擬量輸入和8路數(shù)字量輸出、1路模擬

24、量輸出。表4-2 I/O輸入輸出分配表名 稱代 碼地址編號(hào)輸入信號(hào)生活/消防SA1自動(dòng)按鈕SB1手動(dòng)1#按鈕SB2手動(dòng)2#按鈕SB3手動(dòng)3#按鈕SB4故障1#按鈕SB7故障2#按鈕SB8故障3#按鈕SB9壓力變送器輸出模擬量AIW0液位傳感器輸出模擬量AIW2輸出信號(hào)1#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM1、HL11#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM2、HL22#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM3、HL32#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM4、HL43#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM5、HL51#故障指示燈KM6、HL62#故障指示燈KM7、HL73#故障指示燈KM8、HL8模擬量輸出AQW0系統(tǒng)接線圖如圖4-4

25、，首先將N1和L端接入220V電源向PLC供電，然后將1L、L1、 L2 、L3四端短接，再將各輸入端與相應(yīng)的輸入按鈕連接，將M、1M、2M三個(gè)公共端短接，再將各輸出端口與相應(yīng)功能連接，分別將CPU226與EM235的M端與L端連接，使主機(jī)向擴(kuò)展模塊供應(yīng)24V電源，壓力傳感器的輸出信號(hào)由AIW0輸入，液位傳感器的輸出信號(hào)由AIW2輸入。SA1SB1SB2SB3SB4SB7SB8SB9DC24AC220KM1KM2KM3KM4KM5KM6KM7KM8PLCEM235變頻器液位傳感器壓力傳感器DC24AIW2AQW0AIW0圖4-4 系統(tǒng)接線圖SA15 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)流程圖如圖5-1。圖5-1

26、設(shè)計(jì)流程圖開始初始化程序生活消防切換計(jì)時(shí)5分濾波自動(dòng)運(yùn)行壓強(qiáng)上限限加工頻泵壓強(qiáng)下限限計(jì)時(shí)5分濾波減工頻泵繼續(xù)變頻運(yùn)行6小時(shí)變頻泵輪換繼續(xù)運(yùn)行 結(jié)束NN本系統(tǒng)通過(guò)PLC讀取傳感器送入的信號(hào)，經(jīng)過(guò)PID控制，將輸出信號(hào)送入變頻器，然后由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的壓力恒定。在這過(guò)程中首先要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，防止外界的干擾，本系統(tǒng)采取了用PLC的濾波模塊(主要方法為平均值濾波)進(jìn)行處理，其次要進(jìn)行PID整定，本系統(tǒng)的PID整定的起始值是采用工程經(jīng)驗(yàn)值，然后根據(jù)控制特點(diǎn)不斷調(diào)整P值和I值，當(dāng)響應(yīng)較慢時(shí)增加P值，相反減小P值，當(dāng)系統(tǒng)誤差較大時(shí)增加I值，通過(guò)不斷的調(diào)整P值和I值，能很快的響應(yīng)系統(tǒng)

27、的變化，并能夠使系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行，擁有較小的誤差。5.2 PLC部分程序分析1）1#泵和3#泵轉(zhuǎn)換，用兩個(gè)計(jì)時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能如圖5-2。圖5-2 1#泵和3#泵轉(zhuǎn)換2）變頻自動(dòng)控制，在此部分中利用PID進(jìn)行計(jì)算將輸出值送給擴(kuò)展模塊的輸出端，同時(shí)實(shí)現(xiàn)增減泵的控制如圖5-3。圖5-3 變頻自動(dòng)控制6 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室仿真該實(shí)驗(yàn)仿真所用設(shè)備型號(hào)為DL-HYGS01變頻恒壓供水系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖6-1，其相關(guān)參數(shù)如下：1）輸入電源為三相四線制 AC380±10 50HZ±10 。2）環(huán)境溫度為+3+45。3）裝置容量<5KVA。4）壓力變送器檢測(cè)恒壓水箱出口當(dāng)前壓力，可檢測(cè)0200K

28、pa壓力。5）液位傳感器檢測(cè)水箱液位，可檢測(cè)0-10m。6）水位開關(guān)能增壓水泵工作保護(hù)水位過(guò)低或水壓過(guò)高時(shí)增壓水泵應(yīng)設(shè)置停止工作。7）終端水箱設(shè)置滿水強(qiáng)行下排管路，最大限度對(duì)設(shè)備本身進(jìn)行保護(hù)。8）手動(dòng)手閥控制，實(shí)踐結(jié)束完畢將全部水排干。9）PLC為三菱FX2N，擴(kuò)展模塊為三菱FX2ND4AD4DA2DA.10)電動(dòng)機(jī)組額定電壓220V,額定功率30KW，額定電流1.6A,額定轉(zhuǎn)速1450rpm。圖6-1 DL-HYGS01仿真設(shè)備1）1號(hào)3號(hào)按時(shí)間輪流變頻運(yùn)行，當(dāng)1號(hào)或3號(hào)變頻運(yùn)行無(wú)法保持管網(wǎng)壓力恒定時(shí)，增加2號(hào)機(jī)工頻運(yùn)行。其中，1號(hào)3號(hào)互為備用泵，同時(shí)，1號(hào)3號(hào)也為2號(hào)備用泵。2）工頻運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)采用串電阻降壓?jiǎn)?dòng)，和能耗制動(dòng)的控制方式。3）系統(tǒng)設(shè)有生活和消防用水選擇，同時(shí)具有手動(dòng)和自動(dòng)切換。4）有水位傳感器，當(dāng)水位過(guò)低時(shí)開啟閥門向蓄水池蓄水，水位達(dá)