恒壓供水仿真系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) (設(shè) 計(jì)) 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(dòng)化 </p><p>　　專業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù) </p><p>　　班級(jí)： 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(jì)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(jì)思路6</p><p>　　3.1拖動(dòng)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(jì)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(jì)13</p><p>　　4.3啟動(dòng)電路圖14</p><p>　　4.4制動(dòng)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(jì)18</p><p>　　5.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思想18</p><p>　　5.2 PLC部分程序分析19</p><p>　　6 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室仿真21</p><p>　　6.1實(shí)驗(yàn)室環(huán)境21<

8、/p><p>　　6.2實(shí)驗(yàn)要求22</p><p>　　6.3系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)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(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?；赑LC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(fèi)，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(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。</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(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(dòng)化程度較低，而隨著我國社會(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。</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(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)

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(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。</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(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。</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(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(jì)要求，第三章講述變頻

16、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。</p><p>　　2 變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求</p><p>　　2.1系統(tǒng)的工藝要求</p><p>　　本系統(tǒng)對(duì)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(shí)最大供水量；</p><p>　　2）水泵揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供水高度；</p><p>　　3）水泵流量總和應(yīng)大于實(shí)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(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行從而實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的壓力恒定。</p><p>　　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

20、用泵。</p><p>　　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)的控制方式。</p><p>　　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。</p><p>　　5）有水位傳感器，當(dāng)水位過低時(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。</p><p>　　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

21、、及運(yùn)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(jì)思路</p><p>　　3.1拖動(dòng)方式的選擇</p><p>　　拖動(dòng)方式有直流拖動(dòng)和交流拖動(dòng)。</p><p>　　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)。</p><p&

22、gt;　　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)。</p><p>　　綜上所述本系統(tǒng)采用交流拖動(dòng)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(duì)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(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(diǎn)如下：</p><p>　　1) 恒速泵加壓供水方式無法對(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。</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(diǎn)，

25、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，而出水壓力無謂的增高，也使浪費(fèi)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(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

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(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)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(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，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

27、業(yè)環(huán)境。</p><p>　　綜合來看，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(hào)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(hào)檢測機(jī)構(gòu)：本系統(tǒng)的信號(hào)檢測機(jī)構(gòu)主要由壓力傳感器、液位傳感器和報(bào)警</p><p>　　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低造成水泵空轉(zhuǎn)從而對(duì)水泵造成損傷。信號(hào)檢測機(jī)構(gòu)還包括報(bào)警信號(hào)的采集，當(dāng)有報(bào)警時(shí)相應(yīng)傳感器會(huì)將報(bào)警

30、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。</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(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)檢測機(jī)構(gòu)送來的信號(hào)，通過內(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送來的信號(hào)，控制水泵機(jī)組進(jìn)行變頻運(yùn)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(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)組通過變頻器控制變頻運(yùn)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(hào)，通過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。</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(dòng)進(jìn)行初始化處理，利用組態(tài)

33、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通過擴(kuò)展模塊采集到信號(hào)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(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。</p><p>　　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，

34、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。</p><p>　　3）當(dāng)變頻器的頻率以49HZ持續(xù)運(yùn)行5分鐘時(shí)，說明一臺(tái)變頻泵無法維持管網(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，說明一臺(tái)變頻器足以維持管網(wǎng)的壓力恒定，這時(shí)切掉工頻泵，一臺(tái)變頻泵維持管網(wǎng)壓力恒

35、定。</p><p>　　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，這就是所說的兩臺(tái)變頻泵互為備用泵同時(shí)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(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。</

36、p><p>　　6）本系統(tǒng)通過組態(tài)軟件對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，可以通過組態(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）。</p><p>　　7）按下組態(tài)界面的相應(yīng)泵的手動(dòng)按鈕，可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)泵的手動(dòng)控制。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b>

37、;</p><p>　　4.1系統(tǒng)主要設(shè)備的選型</p><p>　　通過對(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。</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(duì)整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)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(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)。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(diǎn)；PLC可以上接工控計(jì)算機(jī)，對(duì)自

39、動(dòng)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(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)。</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(diǎn)，輸入為24點(diǎn)，輸出形式為AC220

40、V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0—10V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(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)簡單，堅(jiān)固耐用價(jià)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(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。</p><p>　　4.1.4熔斷器選擇</p><p>　　為了避免誤動(dòng)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(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(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)品及所有壓力測控領(lǐng)域。主要特點(diǎn)：</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(dòng)、體

45、積小、防水；</p><p>　　3）標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)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(jià)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(chǔ)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(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：安裝簡單，精度高，可靠性高，性能穩(wěn)定，能實(shí)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(jì)</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(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(yùn)行時(shí)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(yùn)行時(shí)，必須采用串電阻降壓啟動(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)。</p><p><b>　　4.3啟動(dòng)電路圖</b></p><p>　　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)。</p><p>　　圖4-2 啟動(dòng)電

49、路圖</p><p><b>　　4.4制動(dòng)電路圖</b></p><p>　　圖4-3 制動(dòng)電路圖</p><p>　　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，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)。</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(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。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(jì)</b></p><p>　　5.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思想</p><p>　　設(shè)計(jì)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(hào)，經(jīng)過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。在這過程中首先要對(duì)輸入信號(hào)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(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(yùn)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(gè)計(jì)時(shí)器來實(shí)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(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。</p><p>　　圖5-3 變頻自動(dòng)控制

55、 </p><p>　　6 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室仿真</p><p><b>　　6.1實(shí)驗(yàn)室環(huán)境</b></p><p>　　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：</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(shí)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(duì)設(shè)備本身進(jìn)行保護(hù)。</p><p>　　8）手動(dòng)手閥控制，實(shí)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(dòng)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(shí)驗(yàn)要求</b></p><p>　　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。</p><p>　　2）工頻運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)采用串電阻降

59、壓啟動(dòng)，和能耗制動(dòng)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(shí)具有手動(dòng)和自動(dòng)切換。</p><p>　　4）有水位傳感器，當(dāng)水位過低時(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。</p><p>　　5）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。</p><p>　　6.3系統(tǒng)調(diào)試

60、與實(shí)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(hào)送入PLC，PLC經(jīng)過PID控制將運(yùn)算輸出給變頻器和接觸器控制水泵的增減泵和變頻運(yùn)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(huì)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(shí)驗(yàn)?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(bào)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(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)，其中自動(dòng)控制時(shí)利用變頻器進(jìn)行軟啟動(dòng)，當(dāng)工頻和手動(dòng)運(yùn)行時(shí)利用轉(zhuǎn)子串頻敏電阻啟動(dòng)，制動(dòng)時(shí)采用能耗制動(dòng)，并能夠完美實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)壓力的恒定，系統(tǒng)的監(jiān)控，報(bào)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(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。</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(shí)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(huì)越來越普及，當(dāng)然對(duì)恒壓供水控制技術(shù)將提出更高的要求。如對(duì)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(duì)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(duì)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(cè)》 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(shí) 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(dòng)學(xué)術(shù)會(huì)議 </p><p>　　報(bào)告 1995第一版 作者：厲無咎 顧明時(shí)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(cè)》 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(dòng)自動(dòng)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(jì)》 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(jì)與應(yīng)用