小區(qū)高樓變頻恒壓供水

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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)供水廠復(fù)雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)。

本文首先根據(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;

具體分析了變頻恒水壓供水的原理及系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，通過(guò)研究和比較，得出結(jié)論：

變頻調(diào)速是當(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)。因此本文以采用變頻器和PLC組合構(gòu)成系統(tǒng)的方式，以某居民小區(qū)水泵電動(dòng)

機(jī)控制系統(tǒng)為對(duì)象，逐步闡明如何實(shí)現(xiàn)水壓恒定供水。

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)。對(duì)輸入輸出點(diǎn)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，共有

13個(gè)輸入輸出點(diǎn)，根據(jù)PLC的選型原則，設(shè)備選用了在生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的西門子

公司生產(chǎn)的S7-200系列(CPU222)的PLC和MM430泵類專用的變頻器，利用變頻器的本

身自有的軟后動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的后動(dòng)。在控制過(guò)程中，電控系統(tǒng)由57-20()完成，

PID控制由變頻器的內(nèi)置PTD控制方式完成，根據(jù)控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)和控制要求，

結(jié)合變頻器的功能參數(shù)表預(yù)置了相關(guān)的參數(shù)。在介紹了PLC的編程方法的基礎(chǔ)上，選

用了適合初學(xué)者的邏輯代數(shù)編程，寫出了恒壓變頻供水的邏輯代數(shù)，并設(shè)計(jì)了梯形圖，

利用PLCSIM仿真軟件進(jìn)行了仿真，仿真的結(jié)果表明了設(shè)計(jì)程序的正確性。利用了WinCC

組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了高樓變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的界面，界面可動(dòng)態(tài)反映水泵變頻供水的

工作狀態(tài)。最后對(duì)恒壓供水進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益分析，分析的結(jié)果表明具有明顯的節(jié)能效

益。

關(guān)鍵詞：恒壓供水，變頻調(diào)速，PLC,設(shè)計(jì)，仿真

目錄

第一章緒論.....................................................1

1.1引言.................................................................1

1.2本課題產(chǎn)生的背景和意義.............................................2

1.3變頻恒壓供水的現(xiàn)況..................................................2

1.3.1國(guó)內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀...........................................2

1.3.2變頻供水系統(tǒng)應(yīng)用范圍..............................................3

1.4本人的主要工作......................................................3

第二章變頻恒壓供水的理論分析..................................4

2.1水泵的工作原理......................................................4

2.2供水電機(jī)的搭配......................................................4

2.3水泵的調(diào)節(jié)方式......................................................5

2.4恒壓供水系統(tǒng)的能耗分析..............................................6

2.5供水系統(tǒng)的安全性問(wèn)題................................................7

2.5.1水錘效應(yīng)...........................................................7

2.5.3水錘效應(yīng)的消除....................................................8

2.5.4延長(zhǎng)水泵壽命的其他因素............................................8

第三章變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)............................9

3.1變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的構(gòu)成方案......................................9

3.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案.........................................10

3.3供水設(shè)備的選擇原則..................................................n

3.4參數(shù)的計(jì)算與供水設(shè)備選型...........................................12

3.4.1水泵的參數(shù)計(jì)算與型號(hào)的選擇......................................12

3.4.2變頻器的選擇...................................................12

3.4.3壓力傳感器的選擇..............................................14

3.4.4水位傳感器的選擇..............................................14

3.4.5其他低壓電器的選擇...........................................14

3.5PLC的選型........................................................15

3.5.1I/O點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)....................................................15

3.5.2PLC選型的基本原則............................................15

3.5.3I/O的分配......................................................16

3.6系統(tǒng)硬件線路設(shè)計(jì).................................................16

3.7PID參數(shù)的預(yù)置...................................................17

第四章變頻恒壓供水控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)..........................19

4.1常用編程方法.....................................................19

4.L1經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法....................................................19

4.1.2翻譯設(shè)計(jì)法.....................................................19

4.1.3邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法................................................20

4.2編程軟件的簡(jiǎn)單介紹...............................................22

4.3恒壓供水系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計(jì).........................................23

4.4程序的仿真與調(diào)試.................................................26

4.4.1仿真軟件的簡(jiǎn)介................................................26

4.4.2恒壓供水系統(tǒng)程序的仿真調(diào)試.....................................27

4.5恒壓變頻供水系統(tǒng)的Wl\CC界面設(shè)計(jì)...............................29

4.5.1WinCC軟件簡(jiǎn)介.................................................29

4.5.2恒壓供水系統(tǒng)的W的CC界面設(shè)計(jì)..................................30

4.6經(jīng)濟(jì)效益分析....................................................33

第五章總結(jié)與期望...........................................35

5.1總結(jié)................................................................35

5.2展望................................................................35

參考文獻(xiàn).....................................................3G

致謝.......................................................37

附錄語(yǔ)句表.................................................38

第一章緒論

1.1引言

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(lái)水流動(dòng)，

把供水管網(wǎng)中的自來(lái)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(guó)供水機(jī)泵的特點(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(guó)外

先進(jìn)水平相比，還有一定的差距。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對(duì)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┕?/p>

業(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(wú)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。

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(jiǎn)稱變頻恒壓供水，如圖1.2）,對(duì)于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平，

同時(shí)降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

圖1.1傳統(tǒng)供水機(jī)示意圖圖L2變頻供水機(jī)示意圖

1.2本課題產(chǎn)生的背景和意義

我國(guó)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，工業(yè)自動(dòng)化程度低。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)供水玉力的方式，多采用頻繁啟/停

電機(jī)控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(duì)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(méi)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(méi)有水塔供水所帶來(lái)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(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景

和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

1.3變頻恒壓供水的現(xiàn)況

1.3.1國(guó)內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀

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。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

上，國(guó)產(chǎn)變頻器有待于進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

1.3.2變頻供水系統(tǒng)應(yīng)用范圍

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：

(1)小區(qū)供水(加壓泵站)變頻恒壓供水系統(tǒng)

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(jiǎn)單。由于這

一范圍的用戶群十分龐大，所以是目前國(guó)內(nèi)研究和推廣最多的方式。

(2)國(guó)內(nèi)中小型供水廠變頻恒壓供水系統(tǒng)

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(guó)產(chǎn)通用的變頻恒壓供水變頻器。

(3)大型供水廠的變頻恒壓供水系統(tǒng)

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(guó)外進(jìn)口變頻器和控制系統(tǒng)。

目前，國(guó)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?/p>

就可以通用于各種供水范圍，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。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

[1][2][3][4]

O

1.4設(shè)計(jì)的主要工作

本課題主要通過(guò)研究PLC來(lái)控制變頻器實(shí)現(xiàn)恒壓供水，通過(guò)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(guò)程

中，電控系統(tǒng)由S7-200完成，PID控制由變頻器完成。最后，對(duì)變頻恒壓供水

系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，對(duì)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)，指出變頻技術(shù)在供水領(lǐng)域所取得的成果及局限性。

第二章變頻恒壓供水的理論分析

2.1水泵的工作原理

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連接。

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(chǎng)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，液體便被連續(xù)壓入葉輪中?？梢姡灰?/p>

葉輪不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，液體便會(huì)不斷地被吸入和排出⑸。

1()9

圖2.1離心泵結(jié)構(gòu)示意圖

2.2供水電機(jī)的搭配

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(lái)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(lái)選

擇，盡量使電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)行。選擇時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：

(1)如果電動(dòng)機(jī)功率選得過(guò)小，就會(huì)出現(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象，造成電動(dòng)機(jī)

長(zhǎng)期過(guò)載，使其絕緣因發(fā)熱而損壞，甚至電動(dòng)機(jī)被燒毀。

(2)如果電動(dòng)機(jī)功率選得過(guò)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(duì)用戶和電網(wǎng)不利，而且

還會(huì)造成電能浪費(fèi)。

因此，要正確選擇電動(dòng)機(jī)的功率，對(duì)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)Pl(kW),可按式⑵1)計(jì)算所需電動(dòng)機(jī)的功率

⑹P(kW)：

p=Pi/5m2)

(2.1)

式中，7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。

按上式求出的功率，不一定與產(chǎn)品功率相同。因此，所選電動(dòng)機(jī)的額定功率

應(yīng)等于或稍大于計(jì)算所得的功率。

2.3水泵的調(diào)節(jié)方式

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(jiǎn)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(guò)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。

水泵的調(diào)節(jié)方式口;分為怛速調(diào)節(jié)與變速調(diào)節(jié)。詳細(xì)劃分如卜.⑹：

r節(jié)流調(diào)節(jié)

（恒速調(diào)節(jié)，混流式，軸流式泵的動(dòng)葉調(diào)節(jié)

I改變泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)

，布.，、J「液力耦合器的變速調(diào)節(jié)

水泵的調(diào)E方式<改變傳動(dòng)裝置Y油膜轉(zhuǎn)差離合器的變速調(diào)節(jié)

I電磁轉(zhuǎn)差離合器的變速調(diào)節(jié)

I變速調(diào)節(jié)V「調(diào)壓調(diào)速

異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速

t改變?cè)瓌?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（異步電機(jī)的變極調(diào)速

異步電機(jī)的串極調(diào)速

J變頻調(diào)速

2.4恒壓供水系統(tǒng)的能耗分析

在供水系統(tǒng)中，最根本的控制對(duì)象是流量。因此，要討論節(jié)能問(wèn)題，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(duì)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(lái)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(lái)越多地取代高位水箱、水塔等設(shè)施及

閥門調(diào)節(jié)。

(1)閥門控制法：通過(guò)關(guān)小或開大閥門來(lái)調(diào)節(jié)流量，而轉(zhuǎn)速保持不變。

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(guò)改變水路中的阻力

大小來(lái)強(qiáng)行改變流量，以適應(yīng)用戶對(duì)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。

如圖2.3所示，設(shè)用戶所需流量。為額定流量的60%(即@=60%Q、)。當(dāng)通過(guò)關(guān)

小閥門來(lái)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)，流量減小為彘(二Qx)；揚(yáng)程增加為出；供水功率Pc

與面積0DEJ成正比。

圖2.3調(diào)節(jié)流量的方法與比較

(2)恒壓控制法：即通過(guò)改變水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，而閥門開度保持不

變，也稱為轉(zhuǎn)速控制法。

轉(zhuǎn)速控制法的實(shí)質(zhì)是通過(guò)改變水泵的供水能力來(lái)適應(yīng)用戶對(duì)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。

以用戶所需流量等于60%Qn為例，當(dāng)通過(guò)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G(=Qx),揚(yáng)程減小為

He,供水功率R與面積0DCK成正比。

比較卜,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

（QxVOO/Q、）的情況下，轉(zhuǎn)速控制時(shí)的揚(yáng)程比閥二控制方式小得多，所以轉(zhuǎn)速控

制方式所需的供水功率也比閥門控制方式小得多，兩者之差△口便是轉(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。

對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行的控制，歸根結(jié)底是為了滿足用戶對(duì)流量的要求。所以，流

量是供水系統(tǒng)的基本控制對(duì)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(cè)量和控制?？紤]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。表示）之間的平衡情況有關(guān)。

如：供水能力用水需求G,則壓力上升（Pt）；

如：供水能力QW用水需求Qi,則壓力上升（PI）；

如：供水能力@=用水需求Q,則壓力上升（P不變）。

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，壓力就成為了用來(lái)作為控制流量大小的參變量。就是說(shuō)，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⑺⑻。

2.5供水系統(tǒng)的安全性問(wèn)題⑶

2.5.1水錘效應(yīng)

異步電動(dòng)機(jī)在全電壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，從靜止?fàn)顟B(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速所需要的時(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(duì)管道的壓強(qiáng)過(guò)

高或過(guò)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)。

水錘效應(yīng)具有極大的破壞性，壓強(qiáng)過(guò)高，將引起管道的破裂，反之，壓強(qiáng)過(guò)

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)。

2.5.2水錘效應(yīng)的產(chǎn)生原因

產(chǎn)生水錘效應(yīng)的根本原因，是在啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩太大?在啟動(dòng)

過(guò)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「（即兩者之差）。

（a）全壓?jiǎn)?dòng)

圖2.4水泵的全壓?jiǎn)?dòng)與變頻啟動(dòng)

在拖動(dòng)系統(tǒng)中，決定加速過(guò)程的是動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩4

4-

由圖2.4a可知，水泵在直接啟動(dòng)過(guò)程中，拖幻系統(tǒng)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩寫的大小如羽影

部分所示，是很大的。所以，加速過(guò)程很快。

2.5.3水錘效應(yīng)的消除

采用了變頻調(diào)速后，可以通過(guò)對(duì)升速時(shí)間的預(yù)置來(lái)延長(zhǎng)啟動(dòng)過(guò)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(guò)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:。

在停機(jī)過(guò)程中，同樣可以通過(guò)對(duì)降速時(shí)間的預(yù)置來(lái)延長(zhǎng)停機(jī)過(guò)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)。

2.5.4延長(zhǎng)水泵壽命的其他因素

水錘效應(yīng)的消除，無(wú)疑可大大延長(zhǎng)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(guò)程中平均轉(zhuǎn)矩減小的原因，使：

(1)葉片承受的應(yīng)力大為減小。

(2)軸承的磨損也大為減小。

所以，采用了變頻調(diào)速以后，水泵的工作壽命將大大延長(zhǎng)。

第三章變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

3.1變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的構(gòu)成方案

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(tái)水泵或循環(huán)控制多臺(tái)水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓1勺恒

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(duì)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(chǎng)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)瑞控制）+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.

圖3.1系統(tǒng)構(gòu)成框圖

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(guò)PC機(jī)來(lái)改變存貯器中的控制程

序，所以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便。同時(shí)由于PLC的抗干擾能力況、可靠性高，因此系統(tǒng)的

可靠性大大提高。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場(chǎng)合，并且與供

水機(jī)組的容量大小無(wú)關(guān)””

3.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案

變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案有多種，有1臺(tái)變頻器控制一臺(tái)水泵的簡(jiǎn)單控

制方案，也有一臺(tái)變頻器控制幾臺(tái)水泵的方案，下面重點(diǎn)介紹一臺(tái)變頻器控制兒

臺(tái)水泉的特點(diǎn)。

利用單臺(tái)變頻器控制多臺(tái)水泵的控制方案適用于大多數(shù)供水系統(tǒng)，是目前應(yīng)

用中比較先進(jìn)的一種方案。下面以單臺(tái)變頻器控制2臺(tái)水泵的方案來(lái)說(shuō)明。該控

制方案的控制原理如圖3.2所示。

圖3.2控制原理框圖

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(tái)水泵按

1―2一3—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(hào)泵在變頻器控制下運(yùn)行，2號(hào)泵處于停止?fàn)顟B(tài)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)1。當(dāng)

用水量增加，變頻器輸出頻率增加，則1號(hào)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(tái)水泵工作己不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，

通過(guò)控制系統(tǒng)，1號(hào)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(hào)泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)2。

當(dāng)系統(tǒng)用水高峰過(guò)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(tái)水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過(guò)控制系統(tǒng)，

可將1號(hào)泵電機(jī)停運(yùn)，2號(hào)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。

當(dāng)用水量再次增加，變頻器輸出頻率增加，則2號(hào)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(tái)水泵工作已不能滿足系統(tǒng)用水的要

求，此時(shí)，通過(guò)控制系統(tǒng)的控制，2號(hào)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(hào)泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4。

當(dāng)控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4時(shí)，用水量減少，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(tái)水泵工作己能滿足系統(tǒng)供水的要求，此時(shí)，通過(guò)控制系統(tǒng)

的控制，2號(hào)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(hào)泵電機(jī)，

控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4。

當(dāng)控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4時(shí)，用水量乂減少，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(tái)水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過(guò)控制系

統(tǒng)的控制，可將2號(hào)泵電機(jī)停運(yùn)，1號(hào)泵電機(jī)仍由變頻器供電，這時(shí)，控制系統(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)用水的需要皿。

3.3供水設(shè)備的選擇原則

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。

1.不同住宅類型的用水標(biāo)準(zhǔn)。

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。

表3.1不同住宅類型的用水標(biāo)準(zhǔn)

住宅給水衛(wèi)生器具完善程度小時(shí)變化系數(shù)

用水標(biāo)準(zhǔn)（〃P/人日）

類型

1僅有給水龍頭0.04-0.082.5?2.0

2有給水衛(wèi)生器具，但無(wú)淋浴設(shè)備0.085?0.132.5-2.0

3有給水衛(wèi)生器具，并有淋浴設(shè)備0.13-0.192.5-1.8

4有給水衛(wèi)生器具，但無(wú)淋浴設(shè)備0.17-0.252.0-1.6

和集中熱水供應(yīng)

2.供水規(guī)模換算表。

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/T50331-2002,

節(jié)錄如表32。上面一行為用水標(biāo)準(zhǔn)（〃?3/人日），中間數(shù)據(jù)為用水規(guī)模（加3/h）°

表3.2供水規(guī)模換算表

戶數(shù)用水標(biāo)準(zhǔn)（//人日）

0.100.150.200.25

45039.4059.0078.7098.40

50043.8065.6087.50109.40

60052.5078.80105.00131.30

70061.3091.90122.50153.10

80070.00105.00140.00175.00

100087.50131.30175.00218.80

3.根據(jù)供水量和高度確定水泵型號(hào)和臺(tái)數(shù),并對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行選型，見表3.3O

表3.3水泵，電機(jī)和變頻器選型表

4080LG50-20x21111

6080LG50-20x31515

50xN

8080LG50-20x418.518.5

10080LG50-20x52222

12080LG50-20x63030

40100DL218.518.5

60100DL33030

100xN

80100DL43737

100100DL54545

120100DL65555

注：N為水泵臺(tái)數(shù)

4.設(shè)定供水壓力經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：平方供水壓力P=0.12MPa；樓房供水壓力1⑵

P=(0.08+0.04X樓層數(shù))MPa(3.1)

(5)系統(tǒng)設(shè)計(jì)還應(yīng)遵循以下的原則：

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。

3.4參數(shù)的計(jì)算與供水設(shè)備選型

3.4.1水泵的參數(shù)計(jì)算與型號(hào)的選擇

(1)根據(jù)表3.1確定用水量標(biāo)準(zhǔn)為0.19加3/人日。

(2)根據(jù)表3.2確定每小最大用水量為175.00/n3/ho

（3）根據(jù)10層樓高度35m,按照式（3.1）計(jì)算得

P=（0.08+0.04X樓層數(shù)）MPa=0.48MPa

可確定設(shè)置供水壓力值為0.48MPa。

根據(jù)表3.3確定水泵型號(hào)為100口13,工3臺(tái)（其中一臺(tái)做備用），水泵自帶電動(dòng)

機(jī)功率為30kW。

3.4.2變頻器的選擇

本系統(tǒng)中，采用MciorMaster430系列變頻器，型號(hào)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。MicroMastcr430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)矩負(fù)載專家，功率范圍

7.5kW至250Kwc它按照專用要求設(shè)計(jì)，并使用內(nèi)部功能互聯(lián)（RiCc）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(cè)、節(jié)能運(yùn)行方式等“。

1.MM430變頻器介紹

MciorMaster430變頻器的端子接口分布如圖3.3所示。

ug

)LI

〉L2V\

、+~1IMCVV

pOV

SAIN1+PEOVC

?AIN1-VAOUT2-c

)DIN1VAOUT2+Cpr

jDIN2VRL3-CC.

2；)D1N3FRL3-B'&

x

<DIN4RL3AC

?+24VRL2-CC

5AIN2+RL2-BC

11

DA1N2-RLl-CG

DAOUT1+RUBqi

DAOUTi-RLl-AC

fPTCADIN6C

DIN5CI

PTCB

圖3.3MM430端子接口分布圖

2.端子功能介紹

各端子的功能如表3.4所示。

表3.4端子功能表

引腳序號(hào)引腳名稱功能引腳序號(hào)引腳名稱功能

1+10V電源電壓12A0UT1+模擬輸出1

2013AOUT1-

3AIN1+模擬輸入114PTCA

4AIN1-15PTCB

5DINN1數(shù)字輸入16DIN5數(shù)字輸入

6DINN217DIN6

7D1NN326A0UT2+模擬輸出2

8DINN427AOUT2-

9+24V電源電壓28PERS-485

10A1N2+模擬輸入229P+

11AIN2-30P-

18RL1-A輸出繼電22RL2-C輸出繼電器的觸頭

器的觸頭

19RL1-B23RL3-A

20RL1-C24RL3-B

21RL2-B25RL3-C

3.4.3壓力傳感器的選擇

CYYB-120系列壓力變送器為兩線制4?20mA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4?20mA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)域皿。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。

3.4.4水位傳感器的選擇

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。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，能實(shí)現(xiàn)自身保護(hù)等

3.4.5其他低壓電器的選擇

1.斷路器的選擇

（1）。工，。鳥選擇。斷路器具有隔離,過(guò)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(guò)低等故障時(shí),可迅速進(jìn)行保護(hù)?？紤]變頻器

允許的過(guò)載能力為150%,時(shí)間為Imin。所以為了避免誤動(dòng)作，斷路器QK的額定

電流卻應(yīng)選

0(1.31.4)/.*62=87(A)(3.2)

式中l(wèi)n為變頻器的額定輸出電流

所以。鳥,。招選所以

(2)斷路器0K選擇.在電動(dòng)機(jī)要求實(shí)現(xiàn)二頻和變頻切換驅(qū)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(lái)考慮，斷路器。石的額定電流〃應(yīng)選

^,>2.52.5x60=150(A)

式中加為電動(dòng)機(jī)的額定電流，加二60A。

所以。"選160A。

2.接觸器的選擇

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(lái)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。

3.5PLC的選型

3.5.11/()點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)

恒壓變頻供水控制系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)如表3.5所示。

表3.5I/O統(tǒng)計(jì)表

輸入器件輸出器件

編號(hào)符號(hào)名稱編號(hào)符號(hào)名稱

1SB1啟動(dòng)1KM1】#泵變頻

2SB2停止2KM22#泵變頻

3S1液位傳感器3KM31#泵工頻

4S2變頻器達(dá)到上限4KM42#泵工頻

5S3變頻器達(dá)到卜.限5KM5備用泵JL頻

6S41#水泵故障6L1報(bào)警指示燈

7S52#水泵故障

8SS6變頻器故障

3.5.2PLC選型的基本原則

這是PLC應(yīng)用設(shè)計(jì)中很重要的一步，目前，國(guó)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?⑸。

（1）規(guī)模要適當(dāng)；

（2）功能要相當(dāng)，結(jié)構(gòu)要合理；

（3）輸入，輸出功能及負(fù)載能力的選擇要正確；

（4）要考慮環(huán)境條件。

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。

3.5.3I/。的分配

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?⑹。

表3.6I/O分配表

輸入器件輸出器件

10.()啟動(dòng)（SB0）Q0.0驅(qū)動(dòng)KM1（1#泵變頻）

10.1停止(SB1)Q0.1驅(qū)動(dòng)KM2（2#泵變頻）

10.2液位傳感器Q0.2驅(qū)動(dòng)KM3（1#泵」.頻）

10.3變頻器達(dá)到上限Q0.3驅(qū)動(dòng)KM4（2#泵工頻）

10.4變頻器達(dá)到下限Q0.4驅(qū)動(dòng)KM5（備用泵工頻）

10.51#水泵故障Q0.5報(bào)警指示燈

10.62#水泵故障

10.7變頻器故障

3.6系統(tǒng)硬件線路設(shè)計(jì)

供水系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)如圖3.4所示，采用了一臺(tái)變頻器同時(shí)連接兩臺(tái)電均機(jī),

所以必須確保開關(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(wèn)題或緊急情況下，可以起用備用水泵。

圖3.4主電路圖

系統(tǒng)的控制線路如圖3.5所示r。

ro

r

圖3.5控制線路圖

3.7PID參數(shù)的預(yù)置

由于SIEMENSMM43O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(jiǎn)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DTP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

表3.7MM430參數(shù)預(yù)置表

參數(shù)名稱參數(shù)名稱

P0003=2用尸訪問(wèn)級(jí)別為專家級(jí)P2255=100PID的增益系數(shù)

P0004=22參數(shù)濾過(guò)，選擇PID應(yīng)用宏P(guān)2256=100PID微調(diào)信號(hào)的增益系數(shù)

P0700=2選擇命令源，選擇為端了?控制P2257=10SPID設(shè)定值的斜坡加速時(shí)間

P1000=2頻率設(shè)定選擇為模擬設(shè)定值P2258=10SPID設(shè)定值的斜坡減速時(shí)間

P1080=5Hz最小頻率R2260=100%顯示PID的總設(shè)定值

P1082=50Hz最大頻率R2261=3SPID設(shè)定值的濾波時(shí)怔常數(shù)

P2200=l閉環(huán)控制選擇，P1D功能有效R2262=100%顯示濾波后的PID設(shè)定值

P2231=l允許存儲(chǔ)P2240的設(shè)定值P2265=3SPID反饋立場(chǎng)撥時(shí)間常數(shù)

P2240=75%鍵盤給定的PID設(shè)定值P2267=100PID反饋信號(hào)的上限值

P2253=2250:0選擇P2240的值作為P1D給定P2268=0P1D反饋信號(hào)的下限值

P2250=100%顯示P2240的設(shè)定值輸出P226g=100%PID反饋信號(hào)的的增益

P2254=0.0缺省值，對(duì)微調(diào)信號(hào)沒(méi)有選擇P2291=100PID輸出的上限

P2292=0.00PID輸出的下限P2280=3.00PID的比例增益系數(shù)

P2285=7.00SPID的微分時(shí)間P2294=100%實(shí)際的PID控制器輸出

第四章變頻恒壓供水控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

4.1常用編程方法

4.1.1經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

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：

（1）確定輸入、輸出電器；

（2）確定輸入、輸出點(diǎn)數(shù)；

（3）選擇PLC并編程；

（4）將各個(gè)環(huán)節(jié)編寫的程序合理地聯(lián)系起來(lái)。

這種編程方法沒(méi)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(jiǎn)單的梯形圖設(shè)計(jì)（如手動(dòng)程序）。

4.1.2翻譯設(shè)計(jì)法

它是把繼電器一接觸器控制系統(tǒng)的電器原理圖直接翻譯成PLC梯形圖。

1.翻譯設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)步驟如下：

（1）將檢測(cè)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；

（2）將被控對(duì)象（如電磁閥線圈、接觸器線圈等）接入PLC的輸出口；

（3）把由繼電器一接觸器完成的控制功能由PLC的軟件（即梯形圖）來(lái)完

成。

2.應(yīng)用舉例

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。

改用PLC控制后，其1/0接線和梯形圖分別如圖4.2，圖4.3所示。

圖4.1電氣原理圖

KM1

SBInno咫

廠10.0QU.U￡?

*B2KN2

10.2n\j\nj.i

"SB3

1inU.i1

LU

rcuivi「CM

圖4.2I/O接線圖

圖4.3電機(jī)正反轉(zhuǎn)梯形圖

4.1.3邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法

在繼電器一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(lái)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。

1.邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)步驟如下

(1)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；

(2)根據(jù)狀態(tài)表列寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式，并化簡(jiǎn)；

(3)根據(jù)化簡(jiǎn)后的邏輯表達(dá)式畫出梯形圖。

2.應(yīng)用舉例

例如：某系統(tǒng)中4臺(tái)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(hào):三臺(tái)及三臺(tái)以上開機(jī)時(shí)，綠燈常亮；兩臺(tái)開機(jī)時(shí)，綠燈以5Hz的頻率閃爍；

一臺(tái)開機(jī)時(shí)，紅燈以5H7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(tái)

通風(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。

表4.1綠燈閃爍狀態(tài)表

ABCDF

01111

10111

11011

11101

11111

由狀態(tài)表可得F的邏輯函數(shù)表達(dá)式為：

F=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD

化簡(jiǎn)為:F=AB(C+D)+CD(A-^B)

選擇西門子公司S7-200系列的PLC。其1/0分配如表4.2所示。

表4.21/0分配表

I0

ABCF

10.010.110.210.3Q0.0

則其梯形圖如圖4.4所示:

Network1綠燈富克|

II

I0.2I0,010.1Q0.0

—II—pHI-------1I—p-()

TI0.3」

I0.0I0.2I0.3

—II—pHI-------11

10.1

—I」

圖4.4綠燈常亮梯形圖

其它常用的編程方法還有順序控制設(shè)計(jì)法，功能模塊設(shè)計(jì)法等，在此不再一

一詳細(xì)介紹?⑻。

本設(shè)計(jì)采用的是邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法。

4.2編程軟件的簡(jiǎn)單介紹

STEP7-Micro/NIN32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，司時(shí)

也可以實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)?，F(xiàn)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(lái)更加方便。

STEP7-Micro/1MN32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(guò)程中編輯器具有簡(jiǎn)單的語(yǔ)

法檢查功能。同時(shí)它還有一些工具性