緒論1。1變頻器恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義1。1.1供水方案的確定眾所周知，水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水節(jié)能己成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能短缺的國家，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，自動化程度低.主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量,出現(xiàn)水壓降低供不應求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，此時將會造成能量的浪費，同時有可能導致水管爆破和用水設備的損壞。在恒壓供水技術出現(xiàn)以前，出現(xiàn)過許多供水方式。以下就逐一分析。(選擇較多，挑幾個就行不必全部摘?。?）一臺恒速泵直接供水系統(tǒng)這種供水方式,水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，有的甚至連蓄水池也沒有，直接從城市公用水網(wǎng)中抽水,嚴重影響城市公用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定.這種供水方式，水泵整日不停運轉(zhuǎn)，有的可能在夜間用水低谷時段停止運行.這種系統(tǒng)形式簡單、造價最低,但耗電、耗水嚴重,水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差.(2）恒速泵+水塔的供水方式這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶供水。水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系統(tǒng)所需要壓力。水塔注滿后水泵停止,水塔水位低于某一位置時再啟動水泵.水泵處于斷續(xù)工作狀態(tài)中。這種供水方式，水泵工作在額定流量額定揚程的條件下,水泵處于高效能區(qū)。這種方式顯然比前種節(jié)電，其節(jié)電率與水塔容量、水泵額定流量、用水不均勻系數(shù)、水泵的開、停時間比、開/停頻率等有關。供水壓力比較穩(wěn)定。但這種供水方式基建設備投資最大，占地面積也最大；水壓不可調(diào),不能兼顧近期與遠期的需要;而且系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所需要壓力下降而下降,故還存在一些能量損失和二次污染問題.而且在使用過程中,如果該系統(tǒng)水塔的水位監(jiān)控裝置損壞的話，水泵不能進行自動的開、停,這樣水泵的開、停，將完全由人操作,這時將會出現(xiàn)能量的嚴重浪費和供水質(zhì)量的嚴重下降。(3）射流泵十水箱的供水方式這種方式是利用射流泵本身的獨特結(jié)構進行工作,利用壓差和來水管粗,出水管細的變徑工藝來實現(xiàn)供水,但是由于其技術和工藝的不完善，加之該方式會出現(xiàn)有壓無量（流量)的現(xiàn)象,無法滿足高層供水的需要。（4)恒速泵十高位水箱的供水方式這種方式原理與水塔是相同的，只是水箱設在建筑物的頂層。高層建筑還可分層設立水箱。占地面積與設備投資都有所減少，但這對建筑物的造價與設計都有影響,同時水箱受建筑物的限制，容積不能過大,所以供水范圍較小。一些動物甚至人都可能進入水箱污染水質(zhì)。水箱的水位監(jiān)控裝置也容易損壞，這樣系統(tǒng)的開、停，將完全由人工操作,使系統(tǒng)的供水質(zhì)量下降能耗增加。(5）恒速泵十氣壓罐供水方式這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水箱蓄水，通過監(jiān)測罐內(nèi)壓力來控制泵的開、停。罐的占地面積與水塔水箱供水方式相比較小，而且可以放在地上，設備的成本比水塔要低得多。而且氣壓罐是密封的,所以大大減少了水質(zhì)因異物進入而被污染的可能性。但氣壓罐供水的方式也存在著許多缺點，在介紹完變頻調(diào)速供水方式后,再將二者作一比較。(6)變頻調(diào)速供水方式這種系統(tǒng)的原理是通過安裝在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號與設定壓力值作比較，再通過控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出，無級調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速.使系統(tǒng)水壓無論流量如何變化始終穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi).變頻調(diào)速水泵調(diào)速控制方式有三種：水泵出口恒壓控制、水泵出口變壓控制、給水系統(tǒng)最不利點恒壓控制。①出口恒壓控制水泵出口恒壓控制是將壓力傳感器安裝在水泵出口處，使系統(tǒng)在運行過程中水泵出口水壓恒定。這種方式適用于管路的阻力損失在水泵揚程中所占比例較小，整個給水系統(tǒng)的壓力可以看作是恒定的，但這種控制方式若在供水面積較大的居住區(qū)中應用時，由于管路能耗較大,在低峰用水時,最不利點的流出水頭高于設計值,故水泵出口恒壓控制方式不能得到最佳的節(jié)能效果。②出口變壓控制水泵出口變壓控制也是將壓力傳感器安裝在水泵出口處，但其壓力設定值不只是一個。是將每日24小時按用水曲線分成若干時段，計算出各個時段所需的水泵出口壓力，進行全日變壓，各時段恒壓控制。這種控制方式其實是水泵出口恒壓控制的特殊形式。他比水泵出口恒壓控制方式能更節(jié)能，但這取決于將全天24小時分成的時段數(shù)及所需水泵出口壓力計算的精確程度。所需水泵出口壓力計算得越符合實際情況越節(jié)能,將全天分得越細越節(jié)能，當然控制的實現(xiàn)也越復雜.③最不利點恒壓控制最不利點恒壓控制是將壓力傳感器安裝在系統(tǒng)最不利點處；使系統(tǒng)在運行過程中保持最不利點的壓力恒定.這種方式的節(jié)能效果是最佳的，但由于最不利點一般距離水泵較遠，壓力信號的傳輸在實際應用中受到諸多限制，因此工程中很少采用。變頻調(diào)速的方式在節(jié)能效果上明顯優(yōu)于氣壓罐方式。氣壓罐方式依靠壓力罐中的壓縮空氣送水，氣壓罐配套水泵運行時，水泵在額定轉(zhuǎn)速、額定流量的條件下工作.當系統(tǒng)所需水量下降時，供水壓力將超出系統(tǒng)所需要的壓力從而造成能量的浪費。同時水泵是工頻率啟動，且啟動頻繁，又會造成一定的能耗。而變頻恒壓供水在系統(tǒng)用水量下降時可無級調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速,使供水壓力與系統(tǒng)所需水壓大致相等，這樣就節(jié)省了許多電能，同時變頻器對水泵采用軟啟動，啟動時沖擊電流小,啟動能耗比較小。另外氣壓罐要消耗一定的鋼量,這也是它的一個較大的缺點。而變頻調(diào)速供水系統(tǒng)的變頻器是一臺由微機控制的電氣設備，不存在消耗多少鋼材的問題。同時由于氣壓罐體積大，占地面積一般為幾十平米.而變頻調(diào)速式中的調(diào)速裝置占地面積僅為幾平米.由此可見變頻調(diào)速供水方式比氣壓罐供水方式將節(jié)省大量占地面積.在運行效果上，氣壓罐方式與調(diào)速式相比也存在著一定差距。氣壓罐方式的運行不穩(wěn)定，突出表現(xiàn)在它的頻繁啟動。由于氣壓罐的調(diào)節(jié)容量僅占其總?cè)莘e的1/3-1/6，因而每個罐的調(diào)節(jié)能力很小，只得依靠頻繁的啟動來保證供水,這樣將產(chǎn)生較大的噪聲,同時由于啟動過于頻繁，壓力不穩(wěn),加之硬啟動,電氣和機械沖擊較大,設備損壞很快.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，加之啟動方式為軟啟動，設備運行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機械沖擊。在小區(qū)供水中，而且由于調(diào)速式是經(jīng)水泵加壓后直接送往用戶的，防止了的水質(zhì)二次污染，保證了飲用水水質(zhì)可靠。由此可見，變頻調(diào)速式供水系統(tǒng)具有節(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)濟效益與社會效益.隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，水對人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強，人民對供水的質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高.把先進的自動化技術、控制技術、通訊及網(wǎng)絡技術等應用到供水領域，成為對供水系統(tǒng)的新要求。由于城市供水量不斷加大，對城市管網(wǎng)的實時監(jiān)測提出了更高的要求。以變頻器為核心結(jié)合PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本等諸多特點，變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術、電氣技術、現(xiàn)代控制、遠程監(jiān)控技術與一體。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，方便的實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控；同時系統(tǒng)具有良好節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要,所以研究設計該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。1。2國內(nèi)外研究概況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。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動控制、變壓變頻比控制及各種保護功能。應用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中,變頻器僅作為執(zhí)行機構，為了滿足供水量大小需求不同時，保證管網(wǎng)壓力恒定,需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進行閉環(huán)控制.從查閱的資料的情況來看,國外的恒壓供水工程在設計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況，因而投資成本高。即1968年,丹麥的丹佛斯公司發(fā)明并首家生產(chǎn)變頻器(丹佛斯是傳動產(chǎn)品全球五大核心供應商之一)后，隨著變頻技術的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器,像瑞典、瑞士的ABB集團推出了HVAC變頻技術，法國的施耐德公司就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”，“變頻泵循壞方式”兩種模式。它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設置指令代碼實現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構成最多七臺電機（泵）的供水系統(tǒng)。這類設備雖然說是微化了電路結(jié)構，降低了設備成本，但其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)（如BA系統(tǒng))和組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負載的容量，因此在實際使用時其范圍將會受到限制。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程,大多采用國外品牌的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管的管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制,有的采用可編程控制器（PLC)及相應的軟件予以實現(xiàn);有的采用單片機及相應的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾性能以及開放性等多方面的綜合技術指標來說,還遠遠沒能達到所有用戶的要求。原深圳華為(現(xiàn)己更名為艾默生）電氣公司和成都希望集團〔森蘭牌變頻器）也推出了恒壓供水專用變頻器（2。2kw-30kw)，無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器,可完成最多四臺水泵的循壞切換、定時起動、停止和定時循環(huán)(月麥丹佛斯公司的VLT系列變頻器可實現(xiàn)七臺水泵機組的切換）。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實現(xiàn),但其輸出接口限制了帶負載容量,同時操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所?？梢钥闯?，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設計中，對于能適應不同的用水場合,結(jié)合現(xiàn)代控制技術、網(wǎng)絡和通訊技術同時兼顧系統(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,使其能被更好的應用于生活、生產(chǎn)實踐中。采用變頻調(diào)節(jié)以后，系統(tǒng)實現(xiàn)了軟起動，電機起動電流從零逐漸增至額定電流，起動時間相應延長，對電網(wǎng)沒有較大的沖擊，減輕了起動機械轉(zhuǎn)矩對于電機的機械損傷，有效的延長了電機的使用壽命。這種調(diào)控方式以穩(wěn)定水壓為目的，各種優(yōu)化方案都是以母管(市政來水管）進口壓力保持恒定為條件。實際上，給水泵站的出口壓力允許在一定范圍內(nèi)變化.因此這種調(diào)控方式縮小了優(yōu)化范圍，所得到的解為局部最優(yōu)解，不能完全保證泵站始終工作在最優(yōu)狀態(tài).變頻調(diào)速是優(yōu)于以往任何一種調(diào)速方式（如調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、串級調(diào)速等)，是當今國際上一項效益最高、性能最好、應用最廣、最有發(fā)展前途的電機調(diào)速技術。它采用微機控制技術；電力電子技術和電機傳動技術實現(xiàn)了工業(yè)交流電動機的無級調(diào)速，具有高效率、寬范圍和高精度等特點。以變頻器為核心結(jié)合PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本低能耗等諸多特點.1.3變頻恒壓供水系統(tǒng)理論分析1。3.1變頻恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理供水系統(tǒng)的基本特性和工作點揚程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤?，表明水泵在某一轉(zhuǎn)速下?lián)P程H與流量Q之間的關系曲線f(Q)，如圖1-1所示。由圖可以看出，流量Q越大,揚程H越小。由于在閥門開度和水泵轉(zhuǎn)速都不變的情況下，流量的大小主要取決于用戶的用水情況,因此，揚程特性所反映的是揚程H與用水流量Q（u)間的關系。而管阻特性是以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?表明閥門在某一開度下,揚程H與流量Q之間的關系HJ（Qu）.管阻特性反映了水泵的能量用來克服泵系統(tǒng)的水位及壓力差、液體在管道中流動阻力的變化規(guī)律。由圖可知，在同一閥門開度下，揚程H越大，流量Q也越大。由于閥門開度的改變，實際上是改變了在某一揚程下，`供水系統(tǒng)向用戶的供水能力.因此，管阻特性所反映的是揚程與供水流量Qc之間的關系Hf（Qc）.揚程特性曲線和管阻特性曲線的交點,稱為供水系統(tǒng)的工作點，如圖中A點。在這一點,用戶的用水流量Qu和供水系統(tǒng)的供水流量Qc處于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既滿足了揚程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。圖1—1供水系統(tǒng)的基本特征。變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動機、管道和閥門等構成。通常由異步電動機驅(qū)動水泵旋轉(zhuǎn)來供水,并且把電機和水泵做成一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實現(xiàn)恒壓供水的。因此，供水系統(tǒng)變頻的實質(zhì)是異步電動機的變頻調(diào)速。異步電動機的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)調(diào)速的.1。3.2變頻恒壓控制理論模型變頻恒壓控制系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標，在控制上實現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實際供水壓力跟隨設定的供水壓力。設定的供水壓力可以是一個常數(shù)，也可以是一個時間分段函數(shù),在每一個時段內(nèi)是一個常數(shù)。所以，在某個特定時段內(nèi),恒壓控制的目標就是使出口總管網(wǎng)的實際供水壓力維持在設定的供水壓力上從圖1-2中可以看出,在系統(tǒng)運行過程中，如果實際供水壓力低于設定壓力，控制系統(tǒng)將得到正的壓力差,這個差值經(jīng)過計算和轉(zhuǎn)換,計算出變頻器輸出頻率的增加值，該值就是為了減小實際供水壓力與設定壓力的差值，將這個增量和變頻器當前的輸出值相加,得出的值即為變頻器當前應該輸出的頻率.該頻率使水泵機組轉(zhuǎn)速增大，從而使實際供水壓力提高，在運行過程中該過程將被重復，直到實際供水壓力和設定壓力相等為止。如果運行過程中實際供水壓力高于設定壓力，情況剛好相反，變頻器的輸出頻率將會降低，水泵的轉(zhuǎn)速減小，實際供水壓力因此而減小。同樣，最后調(diào)節(jié)的結(jié)果是實際供水壓力和設定壓力相等。圖1—2變頻恒壓控制原理圖1。4恒壓供水控制系統(tǒng)構成變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動機、管道和閥門等構成.通常由異步電動機驅(qū)動水泵旋轉(zhuǎn)來供水,并且把電機和水泵連成一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實現(xiàn)恒壓供水的。因此，供水系統(tǒng)變頻的實質(zhì)是異步電動機的變頻調(diào)速。異步電動機的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)調(diào)速的。變頻器變頻器水泵用戶管網(wǎng)壓力壓力變送器給定值+-圖1—3恒壓供水系統(tǒng)方框圖水壓由壓力傳感器的信號4—20mA送入變頻器內(nèi)部的PID模塊，與用戶設定的壓力值進行比較，并通過變頻器內(nèi)置PID運算將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號,以調(diào)整水泵電機的電源頻率,從而實現(xiàn)控制水泵轉(zhuǎn)速。由于變頻器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法,所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑，穩(wěn)定。同時,為了保證水壓反饋信號值的準確、不失值，可對該信號設置濾波時間常數(shù),同時還可對反饋信號進行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試更為簡單、方便。綜上所述，系統(tǒng)可分為:執(zhí)行機構、信號檢測機構、控制機構三大部分，具體為:（l)執(zhí)行機構：執(zhí)行機構是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，其中由一臺變頻泵和兩臺工頻泵構成，變頻泵是由變頻調(diào)速器控制、可以進行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定;工頻泵只運行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很大(變頻泵達到工頻運行狀態(tài)都無法滿足用水要求時)的情況下投入工作.（2）信號檢測機構：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括管網(wǎng)水壓信號、水池水位信號和報警信號。管網(wǎng)水壓信號反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值,它是恒壓供水控制的主要反饋信號.此信號是模擬信號，讀入PLC時，需進行A/D轉(zhuǎn)換.另外為加強系統(tǒng)的可靠性,還需對供水的上限壓力和下限壓力用壓力表進行檢測，檢測結(jié)果可以送給PLC,作為數(shù)字量輸入;水池水位信號反映水泵的進水水源是否充足.信號有效時，控制系統(tǒng)要對系統(tǒng)實施保護控制,以防止水泵空抽而損壞電機和水泵。此信號來自安裝于水池中的液位傳感器；報警信號反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異常，該信號為開關量信號。(3)控制機構：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（PLC系統(tǒng))、變頻器和電控設備三個部分。供水控制器是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心.供水控制器直接對系統(tǒng)中的壓力、液位、報警信號進行采集，對來自人機接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機構(即水泵機組）進行控制;變頻器是對水泵進行轉(zhuǎn)速控制的單元,其跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運行頻率,完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)水泵機組中水泵被變頻器拖動的情況不同，變頻器有兩種工作方式即變頻循環(huán)式和變頻固定式，變頻循環(huán)式即變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當這臺水泵運行在50Hz時,其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機中脫出,將該泵切換為工頻的同時用變頻去拖動另一臺水泵電機；變頻固定式是變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當這臺水泵運行在50Hz時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時,系統(tǒng)直接啟動另一臺恒速水泵，變頻器不做切換,變頻器固定拖動的水泵在系統(tǒng)運行前可以選擇，本設計中采用變頻循環(huán)式?，F(xiàn)將系統(tǒng)控制流程說明如下：（l）系統(tǒng)通電,按照接收到有效的自控系統(tǒng)啟動信號后，首先啟動變頻器拖動變頻泵M1工作,根據(jù)壓力變送器測得的用戶管網(wǎng)實際壓力和設定壓力的偏差調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，控制Ml的轉(zhuǎn)速，當輸出壓力達到設定值，其供水量與用水量相平衡時，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值,這期間Ml工作在調(diào)速運行狀態(tài).（2)當用水量增加水壓減小時，壓力變送器反饋的水壓信號減小,偏差變大，PLC的輸出信號變大,變頻器的輸出頻率變大，所以水泵的轉(zhuǎn)速增大，供水量增大，最終水泵的轉(zhuǎn)速達到另一個新的穩(wěn)定值。反之，當用水量減少水壓增加時,通過壓力閉環(huán),減小水泵的轉(zhuǎn)速到另一個新的穩(wěn)定值.（3）當用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達到上限頻率50Hz時，若此時用戶管網(wǎng)的實際壓力還未達到設定壓力,并且滿足增加水泵的條件(在下節(jié)有詳細闡述)時，在變頻循環(huán)式的控制方式下,系統(tǒng)將在PLC的控制下自動投入水泵M2(變速運行),同時變頻泵M1做工頻運行，系統(tǒng)恢復對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達到設定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，滿足增加水泵的條件,將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，將另一臺水泵M3投入運行（變速運行），M2工頻運行。變頻器輸出頻率達到上限頻率50Hz時,壓力仍未達到設定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出水壓超限報警.(4）當用水量下降水壓升高,變頻器的輸出頻率降至下限頻率,用戶管網(wǎng)的實際水壓仍高于設定壓力值，并且滿足減少水泵的條件時，系統(tǒng)將工頻泵M2關掉，恢復對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達到設定值.當用水量繼續(xù)下降，并且滿足減少水泵的條件時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，將另一臺工頻泵M1關掉。1。4。1供水系統(tǒng)中水泵切換條件分析在上述的系統(tǒng)工作流程中，我們提到當變頻泵己運行在上限頻率，此時管網(wǎng)的實際壓力仍低于設定壓力，此時需要增加水泵來滿足供水要求，達到恒壓的目的；當變頻泵和工頻泵都在運行且變頻泵己運行在下限頻率,此時管網(wǎng)的實際壓力仍高于設定壓力，此時需要減少工頻泵來減少供水流量,達到恒壓的目的。那么何時進行切換，才能使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，同時使機組不過于頻繁的切換呢？由于電網(wǎng)的限制以及變頻器和電機工作頻率的限制,50HZ成為頻率調(diào)節(jié)的上限頻率。另外,變頻器的輸出頻率不能夠為負值，最低只能是0HZ。其實，在實際應用中,變頻器的輸出頻率是不可能降到0HZ。因為當水泵機組運行，電機帶動水泵向管網(wǎng)供水時，由于管網(wǎng)中的水壓會反推水泵,給帶動水泵運行的電機一個反向的力矩，同時這個水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進入管網(wǎng)，因此,當電機運行頻率下降到一個值時，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實際的供水壓力也不會隨著電機頻率的下降而下降。這個頻率在實際應用中就是電機運行的下限頻率。這個頻率遠大于0HZ,具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場所有關,一般在20HZ左右。所以選擇50HZ和20HZ作為水泵機組切換的上下限頻率.在恒壓供水中,機組的切換為機組增加與減少兩種情況，這兩種情況由于變頻器輸出頻率與供水壓力的不同邏輯關系相對應?？紤]到只有當變頻器的輸出頻率在上下限頻率時才可能發(fā)生切換，并且上限頻率時不可能減泵，下限頻率時不可能加泵，所以，可以采用回滯環(huán)思想進行判別如圖1。3：圖1。3用于壓力判斷的回滯環(huán)如果變頻器的輸出為上限頻率，只有當實際的供水壓力比設定壓力小／2的時候才允許進行機組增加；如果變頻器的輸出為下限頻率，則只有當實際的供水壓力比設定壓力大妮／2的時候才允許進行機組的增加.回滯環(huán)的應用提供了這樣一個保障,即如果切換的判別條件滿足，那就說明此時實際供水壓力在當前機組的運行狀況下滿足不了設定的要求。但這個判別條件的滿足也不能夠完全證明當前確實需要進行機組切換，因為有兩種情況可能使判別條件的成立有問題：實際供水壓力超調(diào)的影響以及現(xiàn)場的干擾使實際壓力的測量值有尖峰,這兩種情況都可能使機組切換的判別條件在一個比較短的時間內(nèi)滿足，造成判斷上的失誤，引起機組切換的誤操作。這兩種情況有一個共同的特點，即它們維持的時間短，只能夠使機組切換的判別條件在一個瞬間滿足。根據(jù)這個特點，在判別條件中加入延時的判斷就顯得尤為必要了.所謂延時判別，是指系統(tǒng)僅滿足頻率和壓力的判別條件是不夠的，如果真的要進行機組切換,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間，比如一、兩分鐘，如果在這段延時的時間內(nèi)切換條件仍然成立，則進行實際的機組切換操作;如果切換條件不能夠維持延時時間的要求，說明判別條件的滿足只是暫時的，如果進行機組切換將可能引起一系列多余的切換操作。經(jīng)過以上的分析，將實際的機組切換的條件優(yōu)化為：西門子系列PLC編程采用STEP7軟件,它是西門子PLC的視窗軟件支持工具，提供完整的編程環(huán)境，可進行離線編程和在線連接和調(diào)試，并能實現(xiàn)梯形圖與語句表的相互轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)程序包括主程序和起動子程序,主程序包括參與調(diào)節(jié)程序和電機切換程序；電機切換程序又包括加電機程序和減電機程序。起動子程序?qū)嶋H上是清零子程序.在主程序中,設置兩個變頻器頻率上下限到達濾波時間繼電器，用于穩(wěn)定系統(tǒng)。2變頻恒壓供水系統(tǒng)設計方案的確定2.1設計任務及要求本系統(tǒng)是以一個供水系統(tǒng)作為被控對象，PLC與變頻器協(xié)調(diào)控制電機的轉(zhuǎn)速與啟動和停止。系統(tǒng)控制要求：工藝參數(shù)：供水系統(tǒng)由3臺水泵組成：母管壓力H≥0。8時,一臺定速，一臺變速,一臺備用。母管壓力H≤0。64時，一臺定速或變速,二臺備用。母管壓力H≤0。52時，一臺變速,二臺備用。電動機參數(shù)：型號：JD-L—39—4功率：75KW額定頻率：50Hz額定電壓：380VAC；額定轉(zhuǎn)速:1470r/min額定電流：126。6A（3)水泵電機的起動/停止、正轉(zhuǎn)、調(diào)速控制。（4)變頻器采用遠方控制方式.(5）通過母管壓力變送器測得實際壓力大小，同時和壓力給定組成閉環(huán)控制。（6)變頻器的運行狀態(tài)指示(如運行、停止、過流、低壓等）。(7）變頻器的報警處理。2.2備選設計方案2。2系統(tǒng)主電路設計圖2.1系統(tǒng)主電路圖由恒壓供水主電路圖可見,接觸器1KM2、2KM2、和3KM2用于變頻器輸出，分別接到水泵M1、M2和M3，而接觸器1KM3、2KM3和3KM3將工頻電源接到3臺水泵。變頻器可以對任何一臺水泵啟動和恒壓供水控制.空氣開關(QL）是當電動機過載時自動將電動機從電網(wǎng)中斷開熱繼電器(FR)是利用電流的熱效應原理工作的保護電路，它在電路中用作電動機的過載保護。3器件的選型及介紹3。1變頻器簡介3。1。1變頻器的基本結(jié)構與分類1、變頻器的基本結(jié)構變頻器是把工頻電源（50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設備.變頻器包括控制電路、整流電路、中間直流電路及逆變電路組成。其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉(zhuǎn)矩計算的CPU以及一些相應的電路。2、變頻器的分類變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類,可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。3。1。2變頻器的控制方式在交流變頻器中使用的非智能控制方式有V/f協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等.(1）V/f控制V/f控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩—速度特性，基于在改變電源頻率進行調(diào)速的同時，又要保證電動機的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。V/f控制變頻器結(jié)構非常簡單，但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式,不能達到較高的控制性能，而且，在低頻時，必須進行轉(zhuǎn)矩補償,以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性.(2)轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式，它是在V/f控制的基礎上，按照知道異步電動機的實際轉(zhuǎn)速對應的電源頻率,并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動機具有對應的輸出轉(zhuǎn)矩.這種控制方式,在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器，有時還加有電流反饋，對頻率和電流進行控制，因此，這是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對急速的加減速和負載變動有良好的響應特性。（3）矢量控制矢量控制是通過矢量坐標電路控制電動機定子電流的大小和相位，以達到對電動機在d、q、0坐標軸系中的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進行控制,進而達到控制電動機轉(zhuǎn)矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時間以及零矢量的作用時間，又可以形成各種PWM波，達到各種不同的控制目的。例如形成開關次數(shù)最少的PWM波以減少開關損耗.目前在變頻器中實際應用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種.(4）直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標的概念，在定子坐標系下分析交流電動機的數(shù)學模型，控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過檢測定子電阻來達到觀測定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復雜的變換計算，系統(tǒng)直觀、簡潔，計算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在開環(huán)的狀態(tài)下，也能輸出100%的額定轉(zhuǎn)矩，對于多拖動具有負荷平衡功能。(5)最優(yōu)控制最優(yōu)控制在實際中的應用根據(jù)要求的不同而有所不同，可以根據(jù)最優(yōu)控制的理論對某一個控制要求進行個別參數(shù)的最優(yōu)化。例如在高壓變頻器的控制應用中,就成功的采用了時間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實現(xiàn)一定條件下的電壓最優(yōu)波形.3。2變頻器選型3。2.1變頻器的控制方式控制方式是決定變頻器使用性能的關鍵所在。目前市場上低壓通用變頻器品牌很多，包括歐、美、日及國產(chǎn)的共約5O多種.選用變頻器時不要認為檔次越高越好,其實只要按負載的特性,滿足使用要求就可,以便做到量才使用、經(jīng)濟實惠.下表中參數(shù)供選用時參考。表3。1控制方式的比較控制方式U/f=C控制電壓空間矢量控制矢量控制直接轉(zhuǎn)矩控制反饋裝置不帶PG帶PG或PID調(diào)節(jié)器不要不帶PG帶PG或編碼器速比I<1：401：601:1001：1001：10001：100起動轉(zhuǎn)矩（在3Hz)150％150％150％150％零轉(zhuǎn)速時為150%零轉(zhuǎn)速時為〉150％～200％靜態(tài)速度精度/％±（0。2～0.3)±（0.2～0。3)±0。2±0。2±0。02±0.2適用場合一般風機、泵類等較高精度調(diào)速,控制一般工業(yè)上的調(diào)速或控制所有調(diào)速或控制伺服拖動、高精傳動、轉(zhuǎn)矩控制負荷起動、起重負載轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，恒轉(zhuǎn)矩波動大負載故選擇U/f=C控制3。2。2變頻器容量的選擇變頻器的容量直接關系到變頻調(diào)速系統(tǒng)的運行可靠性,因此,合理的容量將保證最優(yōu)的投資。變頻器的容量選擇在實際操作中存在很多誤區(qū),這里給出了三種基本的容量選擇方法，它們之間互為補充。1、從電流的角度：大多數(shù)變頻器容量可從三個角度表述：額定電流、可用電動機功率和額定容量。其中后兩項，變頻器生產(chǎn)廠家由本國或本公司生產(chǎn)的標準電動機給出，或隨變頻器輸出電壓而降低,都很難確切表達變頻器的能力。選擇變頻器時,只有變頻器的額定電流是一個反映半導體變頻裝置負載能力的關鍵量。負載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則.需要著重指出的是,確定變頻器容量前應仔細了解設備的工藝情況及電動機參數(shù),例如潛水電泵、繞線轉(zhuǎn)子電動機的額定電流要大于普通籠形異步電動機額定電流，冶金工業(yè)常用的輥道用電動機不僅額定電流大很多，同時它允許短時處于堵轉(zhuǎn)工作狀態(tài)，且輥道傳動大多是多電動機傳動。應保證在無故障狀態(tài)下負載總電流均不允許超過變頻器的額定電流。2、從效率的角度：系統(tǒng)效率等于變頻器效率與電動機效率的乘積，只有兩者都處在較高的效率下工作時，則系統(tǒng)效率才較高。從效率角度出發(fā)，在選用變頻器功率時，要注意以下幾點：（1）變頻器功率值與電動機功率值相當時最合適，以利變頻器在高的效率值下運轉(zhuǎn)。(2）在變頻器的功率分級與電動機功率分級不相同時,則變頻器的功率要盡可能接近電動機的功率,但應略大于電動機的功率。（3)當電動機屬頻繁起動、制動工作或處于重載起動且較頻繁工作時,可選取大一級的變頻器，以利用變頻器長期、安全地運行.（4）經(jīng)測試，電動機實際功率確實有富余，可以考慮選用功率小于電動機功率的變頻器,但要注意瞬時峰值電流是否會造成過電流保護動作.（5)當變頻器與電動機功率不相同時，則必須相應調(diào)整節(jié)能程序的設置，以利達到較高的節(jié)能效果.3、從計算功率的角度:對于連續(xù)運轉(zhuǎn)的變頻器必須同時滿足以下3個計算公式:（1）滿足負載輸出:Pcn≥Pm／η(3。1)(2）滿足電動機容量：Pcn≥√3KUeIecosφ×10-3 (3。2)（3）滿足電動機電流：Icn≥KIe （3。3）式中Pcn為變頻器容量(單位kW)，PM——負載要求的電動機軸輸出功率（單位kW），Ue為電動機額定電壓（單位V），Ie為電動機額定電流（單位A），η為電動機效率(通常約為0．85)，cosφ為電動機功率因數(shù)（通常約為0．75)，k是電流波形補償系數(shù)（由于變頻器的輸出波形并不是完全的正弦波，而含有高次諧波的成分，其電流應有所增加,通常K約為1．05～1．1）.將本系統(tǒng)參數(shù)帶入求得所取變頻器容量最低為88KW故取100KW,額定電流139.26A,故取150A。根據(jù)計算所得的所需參數(shù)可以選取西門子MicroMaster430(風機水泵專業(yè)）變頻器，具體的可以選擇MM430-110K型號的變頻器，他配接電機的容量是110kw，額定電流為205A滿足使用需求，可以選擇。3。2。3變頻器主電路外圍設備選擇1、斷路器當變頻器需要檢修時，或者因某種原因而長時間不用時，將QF切斷，使變頻器與電源隔離。當變頻器輸入側(cè)發(fā)生短路等故障時,進行保護.選擇原則（1）變頻器在剛接電源的瞬間，對電容器的充電電流可達額定電流的（2—3）倍；（2）變頻器的進線電流是脈沖電流，其峰值?？赡艹^額定電流；（3）變頻器允許的過載能力為150％，1min。為了避免誤動作,斷路器的額定電流應選:（3。4）其中為變頻器的額定電流。故選擇斷路器額定電流選擇210A根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以選擇斷路器DW15—400斷路器額定電壓為380V,額定電流為300滿足要求可以選擇.2、接觸器(1）主要作用：可通過按鈕開關方便地控制變頻器的通電與斷電;變頻器發(fā)生故障時，可自動切斷電源.（2)選擇原則：由于接觸器自身并無保護功能，不存在誤動作的問題，故選擇原則是主觸點的額定電流，應該大于126.6A，可以選擇主觸點額定電流為130A的接觸器。根據(jù)上述數(shù)據(jù)施奈德的LC1—D150,滿足參數(shù)要求，可以選擇3、主電路的線徑(1）電源和變頻器之間的導線一般說來，和同容量普通電動機的電線選擇方法相同.考慮到其輸入側(cè)的功率因數(shù)往往較低,應本著宜大不宜小的原則來決定線徑.(2)變頻器和電機之間的導線因為頻率下降時,電壓也要下降,在電流相等的情況下，線路電壓降在輸出電壓中的比例將上升，而電動機得到電壓的比例則下降。這有可能導致電動機帶不動負載并發(fā)熱.所以，在決定變頻器和電動機之間導線的線徑時,最關鍵的因素便是線路電壓降的影響.一般要求:（3。5）的計算公式是：（3。6）式中:——額定相電壓,V； ——電動機額定電流,A；-—單位長度（每米）導線的電阻，mΩ/m；——導線的長度，m。由上兩式可直接求出的取值范圍。根據(jù)Ro值確定導線面積。由公式（3。5)得：~11。4）V由公式(3。6）得：0。69mΩ/m1。04mΩ/m根據(jù)表3。1判斷所需的導線截面積，為了滿足控制系統(tǒng)的要求,應該選擇截面積為16的導線。表3.2常用電動機引出線的單位長度電阻值。標稱截面/mm21.01。52。54.06。010。016。025。035。0/(mΩ/m）17。811.96。924。402。921.731.100.690.494、制動電阻準確計算制動電阻值十分麻煩，在實際工作中基本不用。許多變頻器的使用說明書上給了一些計算方法，也有的直接提供了供用戶選用的制動電阻的規(guī)格。但按說明書上選擇電阻時須注意下面問題,變頻器生產(chǎn)廠家為了減少制動電阻檔次,常常對若干種不同容量的電動機提供相同阻值和容量的制動電阻.選用時，應注意根據(jù)生產(chǎn)機械的具體情況進行調(diào)整。對同一擋中電動機容量較小者,制動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值偏大。為了減小能量的消耗，應根據(jù)制動過程的緩急程度以及飛輪力矩的大小,考慮能否選擇阻值較大的制動電阻。對同一擋中電動機容量較大者，制動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值偏小。在一些飛輪力矩較大,又要求快速制動的場合，或者如起重機械那樣，需要釋放位能的場合，上述制動電阻有可能滿足不了要求,靠考慮選擇阻值較小的一擋制動電阻。3.3可編程控制器（PLC）3。3.1PLC的定義及特點

在PLC的發(fā)展過程中，美國電氣制造商協(xié)會（NEMA)經(jīng)過4年的調(diào)查,于1980年把這種新型的控制器正式命名為可編程序控制器（ProgrammableController）,英文縮寫為PC，并作如下定義:“可編程序控制器是一種數(shù)字式電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實現(xiàn)邏輯運算、順序控制、計數(shù)、計時和算術運算功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。PLC的特點如下：1、高可靠性

(1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離,使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。

(2)各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為10～20ms。

(3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾.

(4）采用性能優(yōu)良的開關電源。

（5)對采用的器件進行嚴格的篩選.

（6）良好的自診斷功能,一旦電源或其他軟,硬件發(fā)生異常情況,CPU立即采用有效措施,以防止故障擴大。

（7）大型PLC還可以采用由雙CPU構成冗余系統(tǒng)或有三CPU構成表決系統(tǒng)，使可靠性更進一步提高。

2、豐富的I/O接口模塊

PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流；開關量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強電或弱電等。有相應的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備,如：按鈕行程開關接近開關傳感器及變送器電磁線圈控制閥直接連接。另外為了提高操作性能,它還有多種人—機對話的接口模塊;為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。

3、采用模塊化結(jié)構

為了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外,絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構。PLC的各個部件,包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。4、編程簡單易學PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式,對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握.5、安裝簡單,維修方便PLC不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與PLC相應的I/O端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障.由于采用模塊化結(jié)構，因此一旦某模塊發(fā)生故障,用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復運行.3.3。2PLC的工作原理PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，在PLC中用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序,直到遇到結(jié)束符后又返回第一條，如此周而復始不斷循環(huán)。PLC的掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期.當PLC處于停狀態(tài)時，只進行內(nèi)部處理和通信操作服務等內(nèi)容.在PLC處于運行狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。3。3。3PLC及壓力傳感器的選擇圖3-1西門子系列PLC實物圖水泵M1、M2、M3可變頻運行,也可工頻運行，需要6個輸出點，根據(jù)系統(tǒng)設計要求需要五個輸入點，則選擇西門子的S7—200系列PLC。實物圖如圖3-1所示壓力傳感器采用CY—YZ-1001型絕對傳感器。該傳感器采用硅壓阻效應原理實現(xiàn)壓力測量的力—電轉(zhuǎn)換。傳感器由敏感芯體和信號調(diào)理電路組成,當壓力作用于傳感器時，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，信號調(diào)理電路將輸出的電壓信號作放大處理,同時進行溫度補償、非線性補償，使傳感器的電性能滿足技術指標的要求。傳感器的量程為0～2。5MPa，工作溫度為5℃~60℃，輸出電壓為0~5V，作為本系統(tǒng)的反饋信號供給PLC.圖3-2西門子系列PLC的外觀4PLC編程及變頻器參數(shù)設置4。1PLC的I/O接線圖K1K1K2K3K4K5K6220VACSB1SB2SB3SB4SD1LQ0。0Q0。1Q0.2Q0。3Q0。4Q0。5NL1S7-200PLC1MI0。0I0.1I0.2I0。3I0.4ML+圖4。1PLC的I/0接線圖輸出端接中間繼電器控制電機的工頻與變頻工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，輸入點I0。0控制系統(tǒng)電機的停止工作，I0.1控制系統(tǒng)電機工作及變頻器工作的開始。I0。2點用于在一號泵有故障時手動啟用三號泵代替一號泵的工作.I0。4為當變頻器輸出頻率達到上限值時手動閉合，使電動機切換為工頻工作。4.2PLC程序4。2。1PLC程序設計方法的分析PLC是由繼電器接觸器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的一種新型的工業(yè)自動化控制裝置。采用了面向控制過程、面向問題、簡單直觀的PLC編程語言,易于學習和掌握.盡管國內(nèi)外不同廠家采用的編程語言不盡相同，但程序的表達方式基本類似，主要有四種形式：梯形圖、指令表、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和高級語言。梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言，它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點、線圈、串并聯(lián)等術語和圖形符號，與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電路圖非常相似，但又加入了許多功能強而又使用靈活的指令,它比較直觀、形象，對于那些熟悉繼電器一接觸器控制系統(tǒng)的人來說，易被接受.繼電器梯形圖多半適用于比較簡單的控制功能的編程，絕大多數(shù)PLC用戶都首選使用梯形圖編程。指令是用英文名稱的縮寫字母來表達PLC的各種功能的助記符號,類似于計算機匯編語言。由指令構成的能夠完成控制任務的指令組合就是指令表，每一條指令一般由指令助記符和作用器件編號組成,比較抽象，通常都先用其它方式表達,然后改寫成相應的語句表，編程設備簡單價廉。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語言（SFC）類似于計算機常用的程序框圖，但有它自己的規(guī)則,描述控制過程比較詳細具體,包括每一框前的輸入信號，框內(nèi)的判斷和工作內(nèi)容，框后的輸出狀態(tài)。這種方式容易構思,是一種常用的程序表達方式。高級語言類似于BACIC語言、C語言等，它們在某些廠家的PLC中應用。通常微、小型PLC主要采用繼電器梯形圖編程，其編程的一般規(guī)則有:1）梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個邏輯行起始于左母線然后是觸點的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連,整個圖形呈階梯形。梯形圖所使用的元件編號地址必須在所使用PLC的有效范圍內(nèi)。2)梯形圖是PLC形象化的編程方式，其左右兩側(cè)母線并不接任何電源,因而圖中各支路也沒有真實的電流流過。但為了讀圖方便，常用“有電流”、“得電”等來形象地描述用戶程序解算中滿足輸出線圈的動作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流”，而且認為它只能由左向右單方向流：層次的改變也只能自上而下。3）梯形圖中的繼電器實質(zhì)上是變量存儲器中的位觸發(fā)器，相應某位觸發(fā)器為“1態(tài)”，表示該繼電器線圈通電，其動合觸點閉合，動斷觸點打開，反之為“0態(tài)”。梯形圖中繼電器的線圈又是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器線圈外,還包括定時器、計數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)器等的線圈以及各種比較、運算的結(jié)果。4）梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應與右母線直接相連,線圈的右邊不能有觸點,而左邊必須有觸點.5)繼電器線圈在一個程序中不能重復使用：而繼電器的觸點，編程中可以重復使用，且使用次數(shù)不受限制.6）PLC在解算用戶邏輯時，是按照梯形圖由上而下、從左到右的先后順序逐步進行的，即按掃描方式順序執(zhí)行程序,不存在幾條并列支路同時動作，這在設計梯形圖時，可以減少許多有約束關系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設計大大簡化。所以，由梯形圖編寫指令程序時，應遵循自上而下、從左到右的順序，梯形圖中的每個符號對應于一條指令，一條指令為一個步序。當PLC運行時，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但CPU是不能同時去執(zhí)行多個操作的，它只能按分時操作原理每一時刻執(zhí)行一個操作。這種分時操作的過程稱為CPU對程序的掃描.掃描從0000號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存儲地址號遞增順序逐條掃描用戶程序,也就是順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。每掃描完一次程序就構成一個掃描周期，然后再從頭開始掃描，并周而復始.順序掃描的工作方式簡單直觀,它簡化了程序的設計，并為PLC的可靠運行提供了非常有用的保證.一方面,掃描到的指令被執(zhí)行后，其結(jié)果馬上就可以被將要掃描到的指令所利用。另一方面，還可以通過CPU設置的定時器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定的時間，從而避免了由于CPU內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進入死循環(huán)而造成故障的影響。PLC的工作過程就是程序執(zhí)行過程.它分為三個階段進行，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段，PLC具體的掃描過程如圖4．2所示：圖4.2PLC的掃描過程示意圖1）輸入采樣階段：在開始執(zhí)行程序之前，PLC以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说妮斎胄盘枲顟B(tài)（開或關、“1"或“O''）讀入到輸入映像寄存器中寄存起來,這個過程稱為對輸入信號的采樣，或稱輸入刷新.在程序執(zhí)行期間，所需輸入信息取自輸入映像寄存器的內(nèi)容。在本工作周期內(nèi)，即使輸入狀態(tài)變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會改變。輸入狀態(tài)的變化只能在下一個工作周期的輸入采樣階段才被重新讀入.2）程序執(zhí)行階段：在程序執(zhí)行階段,PLC對程序按順序進行掃描。每掃描到一條指令時,所需要的輸入狀態(tài)或其他元素的狀態(tài)分別由輸入映像寄存器和元素映像寄存器中讀出，然后將執(zhí)行結(jié)果寫入到元素映像寄存器中.這就是說，對于每個元素來說,元素映像寄存器中寄存的內(nèi)容,會隨程序執(zhí)行的進程而變化。但這個結(jié)果在全部程序未被執(zhí)行完畢之前不會送到端子上。3）輸出刷新階段：當程序執(zhí)行完后,進入輸出刷新階段.此時，將元素映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存電路，再去驅(qū)動用戶輸出設備（負載)，這才是PLC的實際輸出。PLC重復地執(zhí)行上述三個階段,每重復一次的時間就是一個工作周期(或掃描周期）。工作周期的長短與程序的長短（即組成程序的語句多少）、指令的種類和CPU執(zhí)行的速度有很大關系。一般說來，一個掃描過程中，執(zhí)行指令的時間占了絕大部分。PLC在每次掃描中，對輸入信號采樣一次,對輸出刷新一次。這就保證了PLC在執(zhí)行程序階段，輸入映像寄存器和輸出鎖存電路的內(nèi)容或數(shù)據(jù)保持不變。5。系統(tǒng)安裝5.1PLC安裝位置確定可編程控制器（PLC）是一種新型的通用自動化控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體，具有控制功能強，可靠性高，使用靈活方便，易于擴展等優(yōu)點而應用越來越廣泛.但在使用時由于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的工作環(huán)境惡劣，干擾源眾多，如大功率用電設備的起動或停止引起電網(wǎng)電壓的波動形成低頻干擾，電焊機、電火花加工機床、電機的電刷等通過電磁耦合產(chǎn)生的工頻干擾等，都會影響PLC的正常工作。所以要避開下列場所：(1）環(huán)境溫度超過0～50℃的范圍;（2)相對濕度超過85％或者存在露水凝聚（由溫度突變或其他因素所引起的)；(3）太陽光直接照射;（4）有腐蝕和易燃的氣體,例如氯化氫、硫化氫等;（5)有打量鐵屑及灰塵；（6）頻繁或連續(xù)的振動,振動頻率為10～55Hz、幅度為0.5mm；(7）超過10g（重力加速度）的沖擊。5。2變頻器的安裝5.2。1變頻器的安裝環(huán)境(1）環(huán)境溫度為—10℃與40℃之間；（2）環(huán)境濕度相對濕度不超過90％（無結(jié)露）；（3)無陽光直射，無腐蝕性氣體及易燃氣體，塵埃少，海拔低于1000m.5。2。2安裝方式（1)墻掛式安裝變頻器與周圍物體之間的距離應滿足下列條件：兩側(cè)≥100mm;上下≥150mm。(2)柜式安裝單臺變頻器安裝應盡量采用柜外冷卻方式(環(huán)境比較潔凈,塵埃少時);單臺變頻器采用柜內(nèi)冷卻方式時,應的柜頂安裝抽風式冷卻風扇,并盡量裝在變頻器的正上方；多臺變頻器安裝應盡量并列安裝，如必須采用縱向方式安裝，應在兩臺變頻器間加裝隔板。不論哪種方式，變頻器應垂直安裝。5。3變頻器和電機的距離確定電纜和布線方法（1)和電機的距離應該盡量的短.這樣減小了電纜的對地電容，減少干擾的發(fā)射源。(2）電纜選用屏蔽電纜，動力電纜選用屏蔽電纜或者從變頻器到電機全部用穿線