恒壓供水仿真系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) (設(shè) 計) 論 文</p><p>　　題目： 恒壓供水仿真系統(tǒng) </p><p>　　系部：電氣工程與自動化 </p><p>　　專業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù) </p><p>　　班級： 機(jī)電A1204 </p><p>　　

2、姓名： 我本逍遙 </p><p>　　指導(dǎo)教師： chen </p><p><b>　　山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 摘 要.1</p><p><

3、;b>　　1.1引言2</b></p><p>　　1.2國內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3本文所做的工作2</p><p>　　2 變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計要求3</p><p>　　2.1系統(tǒng)的工藝要求3</p><p>　　2.2系統(tǒng)控制要求5</p>

4、<p>　　3 變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計思路6</p><p>　　3.1拖動方式的選擇6</p><p>　　3.2水泵的調(diào)節(jié)方式6</p><p>　　3.3調(diào)速方法選擇6</p><p>　　3.4變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成及原理圖8</p><p>　　3.5小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程9<

5、;/p><p>　　4 系統(tǒng)硬件設(shè)計11</p><p>　　4.1系統(tǒng)主要設(shè)備的選型11</p><p>　　4.1.1 PLC選型11</p><p>　　4.1.2水泵的選型11</p><p>　　4.1.3變頻器的選擇12</p><p>　　4.1.4熔斷器選擇12<

6、/p><p>　　4.1.5壓力傳感器的選擇12</p><p>　　4.1.6水位傳感器的選擇12</p><p>　　4.2系統(tǒng)主電氣原理圖設(shè)計13</p><p>　　4.3啟動電路圖14</p><p>　　4.4制動電路圖15</p><p>　　4.5 I/O輸入輸出分配表1

7、5</p><p>　　4.6系統(tǒng)接線圖16</p><p>　　5 系統(tǒng)軟件設(shè)計18</p><p>　　5.1系統(tǒng)軟件設(shè)計思想18</p><p>　　5.2 PLC部分程序分析19</p><p>　　6 系統(tǒng)實驗室仿真21</p><p>　　6.1實驗室環(huán)境21<

8、/p><p>　　6.2實驗要求22</p><p>　　6.3系統(tǒng)調(diào)試與實現(xiàn)23</p><p><b>　　結(jié)論與展望24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p><b>　　摘 要</b></p>

9、<p>　　隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時也對基礎(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)的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計出高性能、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。基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶量的多少來調(diào)節(jié)供水量，最大程

10、度的解決了水資源和電資源的浪費，因此其是供水方式的發(fā)展的必然方向。</p><p>　　本文以某居民小區(qū)水泵電動機(jī)控制系統(tǒng)為對象，首先根據(jù)管網(wǎng)和水泵的運行特性曲線，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)，通過選擇合適的硬件設(shè)備和軟件編程方法及信號處理方式等闡明如何實現(xiàn)小區(qū)恒壓供水。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 恒

11、壓供水 變頻調(diào)速 PLC 節(jié)能 </p><p><b>　　1緒 論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　水是生命之源，人類生存和發(fā)展都離不開水。在節(jié)水節(jié)能已成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能源短缺的國家，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

12、技術(shù)一直比較落后，自動化程度較低，而隨著我國社會經(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)展十分迅速，同時也對城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。其中，城市供水就是一個重要方面。</p><p>　　變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用。利用變頻技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合，在城市供水實現(xiàn)恒壓供水，不僅能達(dá)

13、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)的安全可靠運行.變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣傳動技術(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，方便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控;同時可達(dá)到良好的節(jié)能性，提高供水效率。所以設(shè)計基于變頻調(diào)速的恒定水壓供水系統(tǒng)，對于提高城市供水效率以及人民的生活水平，同時降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。</p><p>　　1.2國內(nèi)

14、外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀 </p><p>　　變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。目前國外的恒壓供水系統(tǒng)變頻器成熟可靠，恒壓控制技術(shù)先進(jìn)。國外變頻供水系統(tǒng)在設(shè)計時主要采用一臺變頻器只帶一臺水泵機(jī)組的方式。這種方式運行安全可靠，變壓方式更靈活[6]。此方式的缺點必是電機(jī)數(shù)量和變頻的數(shù)量一樣多，投資成本高。</p><p>　　目前國內(nèi)有不少公司在從事進(jìn)行變頻恒壓供水的研制

15、推廣，國產(chǎn)變頻器主要采用進(jìn)口元件組裝或直接進(jìn)口國外變頻器，結(jié)合PLC 或PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)恒壓供水，在小容量、控制要求低的變頻供水領(lǐng)域，國產(chǎn)變頻器發(fā)展較快，并以其成本低廉的優(yōu)勢占領(lǐng)了相當(dāng)部分小容量變頻恒壓供水市場。但在大功率大容量變頻器上，國產(chǎn)變頻器有待于進(jìn)一步改進(jìn)和完善。</p><p>　　1.3本文所做的工作</p><p>　　本文第二章提出變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計要求，第三章講述變頻

16、恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計思路，第四章講述系統(tǒng)硬件設(shè)計，第五章講述系統(tǒng)軟件設(shè)計，第六章講述系統(tǒng)實驗室仿真，隨后提出系統(tǒng)的總結(jié)與展望。</p><p>　　2 變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計要求</p><p>　　2.1系統(tǒng)的工藝要求</p><p>　　本系統(tǒng)對小區(qū)面積為3000平米，樓層最高為10層，樓高為35,米的1000戶的小區(qū)進(jìn)行供水。根據(jù)表2-1和表2-2分別確定用水量

17、標(biāo)準(zhǔn)為0.19/人/日，最大用水量為175.00㎡/h，根據(jù)供水壓力公式p=(0.08+0.04×樓層數(shù)）MPa得10層樓的供水壓力應(yīng)該是0.48MPa。</p><p>　　表2-1 不同住宅類型的用水標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　表2-2 不同住宅類型的供水規(guī)模</p><p>　　本系統(tǒng)的工藝要求還要遵循以下原則: </p><p&

18、gt;　　1）蓄水池容量應(yīng)大于每小時最大供水量；</p><p>　　2）水泵揚(yáng)程應(yīng)大于實際供水高度；</p><p>　　3）水泵流量總和應(yīng)大于實際最大供水量；</p><p>　　4) 水泵的調(diào)速要平滑，水泵不能反轉(zhuǎn)；</p><p>　　5) 系統(tǒng)的壓強(qiáng)誤差不能超過0.1MP;</p><p><b>

19、　　2.2系統(tǒng)控制要求</b></p><p>　　1）本系統(tǒng)通過壓力傳感器采集管網(wǎng)壓力，送入PLC通過PLC的PID控制輸出模擬量給變頻器，通過變頻器讓電動機(jī)變頻運行從而實現(xiàn)管網(wǎng)的壓力恒定。</p><p>　　2）系統(tǒng)設(shè)有三臺電動機(jī)，1號3號按時間輪流變頻運行，當(dāng)1號或3號變頻運行無法保持管網(wǎng)壓力恒定時，增加2號機(jī)工頻運行。其中，1號3號互為備用泵，同時，1號3號也為2號備

20、用泵。</p><p>　　3）工頻運行時電動機(jī)采用轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動，和能耗制動的控制方式。</p><p>　　4）系統(tǒng)設(shè)有生活和消防用水選擇，同時具有手動和自動切換。</p><p>　　5）有水位傳感器，當(dāng)水位過低時開啟閥門向蓄水池蓄水，水位達(dá)到設(shè)定值時閥門自動關(guān)閉。</p><p>　　6）利用組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控，實現(xiàn)系統(tǒng)的報警顯示

21、、及運行參數(shù)的修改等各種功能。</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計思路</p><p>　　3.1拖動方式的選擇</p><p>　　拖動方式有直流拖動和交流拖動。</p><p>　　直流拖動具有優(yōu)良的調(diào)速性能，但直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)上存在機(jī)械整流子、電刷維護(hù)困難、造價高、壽命短、應(yīng)用環(huán)境受到限制的缺點。</p><p&

22、gt;　　交流拖動技術(shù)具有堅固耐用、經(jīng)濟(jì)可靠及動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點。</p><p>　　綜上所述本系統(tǒng)采用交流拖動的方式。</p><p>　　3.2水泵的調(diào)節(jié)方式</p><p>　　水泵的調(diào)節(jié)方式可分為恒速調(diào)節(jié)與變速調(diào)節(jié)[8]。詳細(xì)劃分如下：</p><p>　　水泵的調(diào)節(jié)方式對節(jié)能的影響至關(guān)重要，過去是通過改變閥門的開度來改變流量，這種控

23、制方式不僅浪費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。</p><p><b>　　3.3調(diào)速方法選擇</b></p><p>　　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)

24、、缺點如下：</p><p>　　1) 恒速泵加壓供水方式無法對供水管網(wǎng)的壓力做出及時的反應(yīng)，水泵的增減都依賴人工進(jìn)行手工操作，自動化程度低，而且為保證供水，機(jī)組常處于滿負(fù)荷運行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時，管網(wǎng)長期處于超壓運行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴(yán)重，電機(jī)硬起動易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，破壞性大，目前較少采用。</p><p>　　2) 氣壓罐供水具有體積小、技術(shù)簡單、不受高度限制等特點，

25、但此方式調(diào)節(jié)量小、水泵電機(jī)為硬起動且起動頻繁，對電器設(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，而出水壓力無謂的增高，也使浪費加大，從而限制了其發(fā)展。</p><p>　　3) 水塔高位水箱供水具有控制方式簡單、運行經(jīng)濟(jì)合理、短時間維修或停電可不停水等優(yōu)點，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，啟動電流大等缺點，頻繁起動易損壞聯(lián)軸器，目前

26、主要應(yīng)用于高層建筑。</p><p>　　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，只能是一對一驅(qū)動，需經(jīng)常檢修；優(yōu)點是價格低廉，結(jié)構(gòu)簡單明了，維修方]。</p><p>　　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，對操作員的素質(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

27、業(yè)環(huán)境。</p><p>　　綜合來看，以上四種控制方式都會造成不同水資源的浪費以及電能的浪費，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。</p><p>　　3.4變頻恒壓供水系統(tǒng)的

28、組成及原理圖</p><p>　　基于PLC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)組等原件組成，該系統(tǒng)的控制流程圖如圖3-1。</p><p>　　圖3-1變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程圖</p><p>　　該系統(tǒng)由信號檢測機(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： </p><p>　　1

29、）信號檢測機(jī)構(gòu)：本系統(tǒng)的信號檢測機(jī)構(gòu)主要由壓力傳感器、液位傳感器和報警</p><p>　　信號三部分組成，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，水閥打開，蓄水池蓄水，當(dāng)蓄水池液位達(dá)到設(shè)定值時水閥關(guān)閉，用該傳感器是為了防止蓄水池水位過低造成水泵空轉(zhuǎn)從而對水泵造成損傷。信號檢測機(jī)構(gòu)還包括報警信號的采集，當(dāng)有報警時相應(yīng)傳感器會將報警

30、信號送入PLC，讓PLC執(zhí)行相應(yīng)操作，從而使系統(tǒng)更加安全穩(wěn)定的運行。</p><p>　　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)是整個系統(tǒng)的核心機(jī)構(gòu)，它的設(shè)計成功與否是該系統(tǒng)的關(guān)鍵。PLC接收信號檢測機(jī)構(gòu)送來的信號，通過內(nèi)部的相應(yīng)運算將結(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送來的信號，控制水泵機(jī)組進(jìn)行變頻運行。</p><p>　　

31、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，其中一臺水泵為工頻泵，另兩臺水泵輪流變頻運行并互為備用泵同時為工頻泵的備用泵。該水泵機(jī)組通過變頻器控制變頻運行向供水管網(wǎng)供水來保持管網(wǎng)的壓力恒定。 </p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-2。</p><p>　　圖3-2 變頻恒壓供水系統(tǒng)框圖</p><p>　　基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)，通過安裝在管網(wǎng)

32、的壓力傳感器采集管網(wǎng)的壓力并將其轉(zhuǎn)換為4—20mA的電流信號，通過PLC自帶的A/D模塊將模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號與設(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)行變頻運行向管網(wǎng)供水，從而實現(xiàn)管網(wǎng)的壓力恒定。</p><p>　　3.5小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程</p><p>　　1）系統(tǒng)上電，PLC自動進(jìn)行初始化處理，利用組態(tài)

33、界面的自動運行按鈕啟動系統(tǒng)，壓力傳感器采集供水管網(wǎng)的壓力，輸出0-5V的電流信號送人PLC的擴(kuò)展模塊EM235，PLC通過擴(kuò)展模塊采集到信號后與設(shè)定值進(jìn)行比較，利用PID控制通過EM235模塊輸出0-10V的電壓送入變頻器，變頻器控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，1號泵和3號泵在變頻器的控制下每5小時互換一次，使兩臺電動機(jī)能夠達(dá)到相同的磨損程度。</p><p>　　2）當(dāng)管網(wǎng)壓力下降時，壓力傳感器采集的信號減小，系統(tǒng)偏差加大，

34、PLC輸出值變大，變頻器輸出的頻率加大，電動機(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，進(jìn)行相反的閉環(huán)控制方式。</p><p>　　3）當(dāng)變頻器的頻率以49HZ持續(xù)運行5分鐘時，說明一臺變頻泵無法維持管網(wǎng)的壓力恒定，這時工頻泵投入運行，變頻泵繼續(xù)運行，兩臺泵同時工作來維持管網(wǎng)的壓力恒定，當(dāng)變頻器以5HZ持續(xù)運行5分鐘，說明一臺變頻器足以維持管網(wǎng)的壓力恒定，這時切掉工頻泵，一臺變頻泵維持管網(wǎng)壓力恒

35、定。</p><p>　　4）當(dāng)一臺變頻泵出現(xiàn)故障時，另一臺變頻泵持續(xù)變頻運行，不需要按時間進(jìn)行輪換，當(dāng)工頻泵出現(xiàn)故障時，變頻運行的變頻泵繼續(xù)變頻運行，另一臺變頻泵按工頻運行，這就是所說的兩臺變頻泵互為備用泵同時為工頻泵的備用泵。</p><p>　　5）本系統(tǒng)通過液位傳感器采集液位信號當(dāng)液位信號低于低限設(shè)定值時打開閥門向蓄水池供水，當(dāng)液位信號高于高限設(shè)定值時，閥門關(guān)閉停止蓄水。</

36、p><p>　　6）本系統(tǒng)通過組態(tài)軟件對運行情況進(jìn)行監(jiān)控，可以通過組態(tài)查看運行情況，（如：報警信息，故障情況，電動機(jī)的運行情況和管網(wǎng)的壓力，液位等）和執(zhí)行相應(yīng)操作（如：自動運行，手動操作，和生活消防用水切換等）。</p><p>　　7）按下組態(tài)界面的相應(yīng)泵的手動按鈕，可以實現(xiàn)相應(yīng)泵的手動控制。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)硬件設(shè)計</b>

37、;</p><p>　　4.1系統(tǒng)主要設(shè)備的選型</p><p>　　通過對系統(tǒng)工藝要求、控制要求的分析和設(shè)計思路的要求，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。</p><p>　　4.1.1 PLC選型</p><p>　　本系統(tǒng)的核心部件是PLC,它要完成對整個系統(tǒng)的信號采集，數(shù)據(jù)處理等重要功能

38、，所以PLC的選擇十分重要。當(dāng)我們選擇PLC時要考慮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SIEMENS公司的S7-200型。S7-200型PLC的結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，具有較高的性價比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)。SIEMENS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)議簡單等優(yōu)點；PLC可以上接工控計算機(jī)，對自

39、動控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測控制。PLC和上位機(jī)的通信采用PC/PPI電纜，支持點對點接口(PPI)協(xié)議，PC/PPI電纜可以方便實現(xiàn)PLC的通信接口RS485到PC機(jī)的通信接口RS232的轉(zhuǎn)換，用戶程序有三級口令保護(hù)，可以對程序?qū)嵤┌踩Ｗo(hù)。</p><p>　　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，輸入為24點，輸出形式為AC220

40、V繼電器輸出，輸入形式為DC24V輸入。由于實際需要兩路模擬量輸入，一路模擬量輸出，所以本系統(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。輸入端口能夠自動完成模擬量信號的A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成16位的數(shù)字信號，同時輸出端口能夠完成D/A轉(zhuǎn)換，將16位數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成0—10V的模擬量，EM235模塊可以針對不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號，通過DIP開關(guān)進(jìn)行設(shè)置。</p><p>　　4.1.2水

41、泵的選型</p><p>　　根據(jù)工藝要求分析采用SFL系列水泵3臺（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機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用價格便宜，維修方便。</p><p>　　4.1.3變頻器的選擇</p><p>　　選取西門子MicroMaster430（風(fēng)機(jī)水泵專業(yè)）變頻器

42、，具體的可以選擇MM430-110K型號的變頻器，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。</p><p>　　4.1.4熔斷器選擇</p><p>　　為了避免誤動作，熔斷器的額定電流應(yīng)選：</p><p><b>　　(4-1)</b></p><p>　　故選擇斷路器額定電流選擇210

43、A。</p><p>　　4.1.5壓力傳感器的選擇</p><p>　　CYYB-120系列壓力變送器為兩線制4～20mA電流信號輸出產(chǎn)品。它采用CYYB-105系列壓力傳感器的壓力敏感元件。經(jīng)后續(xù)電路給電橋供電，并對輸出信號進(jìn)行放大、溫度補(bǔ)償及非線性修正、V/I變換等處理，對供電電壓要求寬松，具有4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。一對導(dǎo)線同時用于電源供電及信號傳輸，輸出信號與環(huán)路導(dǎo)線電阻無關(guān)，

44、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、石油化工、制冷設(shè)備、污水處理、工程機(jī)械等液壓系統(tǒng)產(chǎn)品及所有壓力測控領(lǐng)域。主要特點：</p><p>　　1）高穩(wěn)定性、高精度、寬的工作溫度范圍；</p><p>　　2）抗沖擊、耐震動、體

45、積小、防水；</p><p>　　3）標(biāo)準(zhǔn)信號輸出、良好的互換性、抗干擾性強(qiáng)；</p><p>　　4）最具有競爭力的價格。</p><p>　　4.1.6水位傳感器的選擇</p><p>　　SL980-投入式液位變送器，廣泛用于儲水池、污水池、水井、水箱的水位測量，油池、油罐的油位測量，江河湖海的深度測量[26]。接受與液體深度成正比的液

46、壓信號，并將其轉(zhuǎn)換為開關(guān)量輸出，送給計算機(jī)、記錄儀、調(diào)節(jié)儀或變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)以實現(xiàn)液位的全自動控制。主要特點是：安裝簡單，精度高，可靠性高，性能穩(wěn)定，能實現(xiàn)自身保護(hù)等[27]。</p><p>　　4.2系統(tǒng)主電氣原理圖設(shè)計</p><p>　　圖4-1系統(tǒng)主電氣原理圖</p><p>　　三相電源經(jīng)熔斷器與隔離開關(guān)后流經(jīng)變頻器，通過變頻器的輸出端U、V、W與接觸器相連

47、后再與水泵相連，當(dāng)KM1接通時1號水泵進(jìn)行變頻工作，當(dāng)KM2接通后1號水泵進(jìn)行工頻工作，KM3接通時2號泵進(jìn)行工頻運行，KM4接通后3號泵進(jìn)行工頻運行，KM5接通2號泵進(jìn)行變頻運行。其中工頻運行和變頻運行不能同時執(zhí)行，所以工頻和變頻運行要由PLC進(jìn)行互鎖，系統(tǒng)通過熔斷器進(jìn)行過流保護(hù)，通過熱繼電器進(jìn)行過熱保護(hù)。為了監(jiān)控方便可以通過電流互感器將4—20mA的電流送至上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，在初始運行時要觀察水泵的旋轉(zhuǎn)方向，使其符合控制要求，當(dāng)采用工

48、頻運行時，必須采用串電阻降壓啟動或軟啟動的方式以降低電流，本系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動，停止時采用能耗制動。</p><p><b>　　4.3啟動電路圖</b></p><p>　　本系統(tǒng)采轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動，啟動時接觸器K斷開，水泵按照轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動，當(dāng)啟動完后，接觸器K閉合，水泵正常運轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖4-2 啟動電

49、路圖</p><p><b>　　4.4制動電路圖</b></p><p>　　圖4-3 制動電路圖</p><p>　　本系統(tǒng)采用能耗制動的方式，當(dāng)電動機(jī)需要制動時，KM2觸電閉合接入直流電流產(chǎn)生磁場，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動時切割磁力線而產(chǎn)生反作用力，使定子更快的停止轉(zhuǎn)動。</p><p>　　4.5 I/O輸入輸出分配表<

50、/p><p>　　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路模擬量輸出。</p><p>　　表4-2 I/O輸入輸出分配表</p><p><b>　　4.6系統(tǒng)接線圖</b></p><p>　　系統(tǒng)接線圖如圖4-4，首先將N1和L端接入220V電源向PLC供電，然

51、后將1L、L1、 </p><p>　　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由AIW0輸入，液位傳感器的輸出信號由AIW2輸入。SA1</p><p>　　圖4-4 系統(tǒng)接線圖 </p>

52、<p><b>　　5 系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p>　　5.1系統(tǒng)軟件設(shè)計思想</p><p>　　設(shè)計流程圖如圖5-1。</p><p>　　本系統(tǒng)通過PLC讀取傳感器送入的信號，經(jīng)過PID控制，將輸出信號送入變頻器，然后由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)管網(wǎng)的壓力恒定。在這過程中首先要對輸入信號進(jìn)行處理，防止外界的干

53、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)驗值，然后根據(jù)控制特點不斷調(diào)整P值和I值，當(dāng)響應(yīng)較慢時增加P值，相反減小P值，當(dāng)系統(tǒng)誤差較大時增加I值，通過不斷的調(diào)整P值和I值，能很快的響應(yīng)系統(tǒng)的變化，并能夠使系統(tǒng)穩(wěn)定的運行，擁有較小的誤差。</p><p>　　5.2 PLC部分程序分析</p><p>　　

54、1）1#泵和3#泵轉(zhuǎn)換，用兩個計時器來實現(xiàn)此功能如圖5-2。</p><p>　　圖5-2 1#泵和3#泵轉(zhuǎn)換 </p><p>　　2）變頻自動控制，在此部分中利用PID進(jìn)行計算將輸出值送給擴(kuò)展模塊的輸出端，同時實現(xiàn)增減泵的控制如圖5-3。</p><p>　　圖5-3 變頻自動控制

55、 </p><p>　　6 系統(tǒng)實驗室仿真</p><p><b>　　6.1實驗室環(huán)境</b></p><p>　　該實驗仿真所用設(shè)備型號為DL-HYGS01變頻恒壓供水系統(tǒng)，實驗設(shè)備如圖6-1，其相關(guān)參數(shù)如下：</p><p>　　1）輸入電源為三相四線制 AC380±10％ 50HZ±1

56、0％ 。</p><p>　　2）環(huán)境溫度為+3℃～+45℃。</p><p>　　3）裝置容量<5KVA。</p><p>　　4）壓力變送器檢測恒壓水箱出口當(dāng)前壓力，可檢測0～200Kpa壓力。</p><p>　　5）液位傳感器檢測水箱液位，可檢測0-10m。</p><p>　　6）水位開關(guān)能增壓水泵工作

57、保護(hù)水位過低或水壓過高時增壓水泵應(yīng)設(shè)置停止工作。</p><p>　　7）終端水箱設(shè)置滿水強(qiáng)行下排管路，最大限度對設(shè)備本身進(jìn)行保護(hù)。</p><p>　　8）手動手閥控制，實踐結(jié)束完畢將全部水排干。</p><p>　　9）PLC為三菱FX2N，擴(kuò)展模塊為三菱FX2ND\4AD\4DA\2DA.</p><p>　　10)電動機(jī)組額定電壓22

58、0V,額定功率30KW，額定電流1.6A,額定轉(zhuǎn)速1450rpm。</p><p><b>　　6.2實驗要求</b></p><p>　　1）1號3號按時間輪流變頻運行，當(dāng)1號或3號變頻運行無法保持管網(wǎng)壓力恒定時，增加2號機(jī)工頻運行。其中，1號3號互為備用泵，同時，1號3號也為2號備用泵。</p><p>　　2）工頻運行時電動機(jī)采用串電阻降

59、壓啟動，和能耗制動的控制方式。</p><p>　　3）系統(tǒng)設(shè)有生活和消防用水選擇，同時具有手動和自動切換。</p><p>　　4）有水位傳感器，當(dāng)水位過低時開啟閥門向蓄水池蓄水，水位達(dá)到設(shè)定值時閥門自動關(guān)閉。</p><p>　　5）利用組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控，實現(xiàn)系統(tǒng)的報警顯示、及運行參數(shù)的修改等各種功能。</p><p>　　6.3系統(tǒng)調(diào)試

60、與實現(xiàn)</p><p>　　通過改變出水閥的數(shù)目來模擬用戶用水量的多少，通過壓力傳感器采集改變的壓力信號送入PLC，PLC經(jīng)過PID控制將運算輸出給變頻器和接觸器控制水泵的增減泵和變頻運行來維持管網(wǎng)的壓力。當(dāng)通過改變出水閥的數(shù)目讓管網(wǎng)壓力改變后，系統(tǒng)會通過控制重新回到設(shè)定值維持管網(wǎng)壓力恒定。本模擬實驗?zāi)軌蚝芎玫耐ㄟ^組態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和控制，并能進(jìn)行較好的報警顯示和故障操作。</p><p>&l

61、t;b>　　結(jié)論與展望</b></p><p>　　本系統(tǒng)利用小區(qū)恒壓供水的特點，設(shè)計了一套基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)，其中自動控制時利用變頻器進(jìn)行軟啟動，當(dāng)工頻和手動運行時利用轉(zhuǎn)子串頻敏電阻啟動，制動時采用能耗制動，并能夠完美實現(xiàn)管網(wǎng)壓力的恒定，系統(tǒng)的監(jiān)控，報警數(shù)據(jù)的顯示與處理及相應(yīng)的故障處理，能夠達(dá)到工藝所要求的誤差為0.1MP和其他所要求的功能，本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，節(jié)能效果顯著、全

62、自動控制等優(yōu)點。</p><p>　　隨著各方面技術(shù)的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛的應(yīng)用，與此同時能量卻日益緊缺，在這種情況下，變頻恒壓供水系統(tǒng)的使用肯定會越來越普及，當(dāng)然對恒壓供水控制技術(shù)將提出更高的要求。如對系統(tǒng)采用基于GPRS 的無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸、通過網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)等。所以變頻恒壓供水技術(shù)在逐漸走向成熟的過程中，仍然有必要對其進(jìn)行更深入的研究。</p><p><

63、b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、 《可編程控制器入門與應(yīng)用》 中國電力出版社 2005第一版 作者：張萬鐘 </p><p>　　2、 《變頻器應(yīng)用手冊》 機(jī)械工業(yè)出版社 2000第一版 作者：吳加林</p><p>　　3、 《交流調(diào)速系統(tǒng)》 機(jī)械工業(yè)出版社 1998第二版 作者：陳伯時 陳敏遜等</p

64、><p>　　4、 《應(yīng)用變頻調(diào)速恒壓變流量供水系統(tǒng)》 中國第四屆交流電機(jī)調(diào)速傳動學(xué)術(shù)會議 </p><p>　　報告 1995第一版 作者：厲無咎 顧明時等</p><p>　　5、 《智能控制理論與技術(shù)》 清華大學(xué)出版社 1997第一版 作者：孫增析 </p><p>　　6、 《電機(jī)工程師手冊》 機(jī)械工業(yè)

65、出版社 1987第一版 作者：吳佐鑫 </p><p>　　7、 《變頻恒壓控水系統(tǒng)的機(jī)理分析》 電氣傳動自動化出版社 2004第三版 作者：姜興忠 戴恒陽</p><p>　　8、 《基于PLC 和變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計》 中國電力出版社 2007年第11 期 作者：張扣寶 </p><p>　　9、 《變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用