畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目 錄摘要iiiabstractiv第1章 工藝描述11.1前景11.2 國內(nèi)外研究概況11.3 總體策略和知識(shí)點(diǎn)21.4 恒壓供水工藝圖31.5 工藝描述總結(jié)3第2章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)簡介42.1 水泵供水的主要參數(shù)42.1.1 流量42.1.2 揚(yáng)程42.1.3 全揚(yáng)程42.1.4 實(shí)際揚(yáng)程42.1.5 損失揚(yáng)程42.1.6 管阻42.2供水系統(tǒng)的基本特性42.3水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理52.4 變頻恒壓供水系統(tǒng)特點(diǎn)72.5 變頻恒壓供水控制方式的選擇72.6 變頻構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理82.6.1系統(tǒng)的構(gòu)成82.6.2工作原理102.7變頻調(diào)速原理

2、10第3章 硬件選型及介紹113.1 plc簡介113.1.1 plc的特點(diǎn)123.1.2 plc的工作過程123.2 s7-200簡介133.3 em235簡介163.4調(diào)節(jié)閥173.5 液位計(jì)183.6 電機(jī)水泵183.7變頻器193.7.1 變頻器的型式選擇193.7.2 變頻器容量選擇203.7.3 變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選用213.8 電磁閥233.9 逆止閥233.10 遠(yuǎn)傳壓力表233.11原件表243.12恒壓供水配電電路圖253.13 系統(tǒng)電氣控制主電路圖25第4章 數(shù)字pid及系統(tǒng)編程274.1 pid調(diào)節(jié)原理274.2 pid參數(shù)設(shè)置284.3 pid設(shè)定值的調(diào)整294.4 s

3、tep7-micro/win32簡介294.5 系統(tǒng)程序314.5.1 主程序314.5.2 初始化程序314.5.3 控制程序334.5.4 自動(dòng)程序344.5.5 手動(dòng)程序35第5章 總結(jié)38參考文獻(xiàn)39致 謝40恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本論文分析變頻恒壓供水的原理及系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，提出不同的控制方案，通過研究和比較，本論文采用變頻器和plc實(shí)現(xiàn)恒壓供水，對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，然后用數(shù)字pid對(duì)系統(tǒng)中的恒壓控制進(jìn)行設(shè)計(jì)。恒壓供水系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器（plc）構(gòu)成控制系統(tǒng)，完成供水壓力的恒定控制，使管網(wǎng)流量變化達(dá)到穩(wěn)定供水壓力的目的。系統(tǒng)設(shè)定的給

4、水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入plc運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。關(guān)鍵字：變頻調(diào)速；恒壓供水；plcconstant pressure water supply systemabstractthis paper analyzes the structure of vf speed regulating constant-pressure water supply and proposes several control methods. by careful study and comparison, plc and

5、inverters method fits water supply system very well. finally the paper shows the design of constant pressure supply water controller according to pid data and detailed introduction of its software and hardware. in this paper, water supply system of the basic control strategy is: the motor drive devi

6、ce and the programmable logic controller (plc) control system constitute a complete water pressure constant control to achieve stable flow change pipe water pressure purposes. water supply system set pressure, and the feedback of the mains pressure to compare the actual value, the difference between

7、 the input transducer operation processing, the issue control instructions to control the motor speed, so as to achieve stable water supply mains pressure to the pressure value on the set.key word: speed-frequency variable，constant pressure water supply，plciv太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 工藝描述1.1前景隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水對(duì)

8、人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強(qiáng)，人民對(duì)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(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用到供水領(lǐng)域，成為對(duì)供水系統(tǒng)的新要求。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(shù)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(dòng)控制、變壓變頻比控制及各種保護(hù)功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時(shí)，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(duì)壓力進(jìn)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(shè)計(jì)時(shí)都采用一臺(tái)變頻器只帶一臺(tái)水泵

9、機(jī)組的方式，幾乎沒有用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)水泵機(jī)組運(yùn)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(dòng)產(chǎn)品全球五大核心供應(yīng)商之一)后，隨著變頻技術(shù)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(dòng)化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)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，像瑞士的abb集團(tuán)推出了hvac變頻技術(shù)，法國的施耐德公司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(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn)plc和pid等電控系統(tǒng)的功能

10、，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多七臺(tái)電機(jī)(泵)的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖然說是微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動(dòng)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此在實(shí)際使用時(shí)其范圍將會(huì)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(tái)水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(plc)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn);有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾性能以及開放性等多

11、方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。原深圳華為(現(xiàn)已更名為艾默生)電氣公司和成都希望集團(tuán)（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(tái)水泵的循壞切換、定時(shí)起動(dòng)、停止和定時(shí)循環(huán)(丹麥丹佛斯公司的vlt系列變頻器可實(shí)現(xiàn)七臺(tái)水泵機(jī)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(shí)現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)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(shè)計(jì)中，對(duì)于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)

12、和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性(emc)的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。因此，有待于進(jìn)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(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐中。采用變頻調(diào)節(jié)以后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)，電機(jī)起動(dòng)電流從零逐漸增至額定電流，起動(dòng)時(shí)間相應(yīng)延長，對(duì)電網(wǎng)沒有較大的沖擊，減輕了起動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對(duì)于電機(jī)的機(jī)械損傷，有效的延長了電機(jī)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(jìn)口壓力保持恒定為條件，實(shí)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

13、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(jí)調(diào)速等)，是當(dāng)今國際上一項(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).它采用微機(jī)控制技術(shù);電力電子技術(shù)和電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)交流電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速，具有高效率、寬范圍和高精度等特點(diǎn)。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(qiáng)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(diǎn)。1.3 總體策略和知識(shí)點(diǎn)恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器（plc）構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行對(duì)水泵電機(jī)的調(diào)速運(yùn)行，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力的目的。系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力與反饋的總管壓

14、力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入cpu運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。本設(shè)計(jì)中自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置均采用交流變頻技術(shù)，而系統(tǒng)的控制裝置采用plc控制器。因plc不僅可實(shí)現(xiàn)泵組、閥門的邏輯控制，并可完成系統(tǒng)的數(shù)字pid調(diào)節(jié)功能，可對(duì)系統(tǒng)中的各種運(yùn)行參數(shù)、控制點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并完成系統(tǒng)運(yùn)行工況的crt畫面顯示、故障報(bào)警等功能，所以在一些高標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)中被廣泛使用。在市政供水管網(wǎng)中：自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，可與城市供水系統(tǒng)的上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)城區(qū)供水系統(tǒng)的優(yōu)化控制，為城市供水系統(tǒng)提供了現(xiàn)代化的調(diào)度、管理、監(jiān)控及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的手段。隨著城

15、市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和生活水平的提高，加上居住小區(qū)推行一戶一表供水以后，對(duì)市政管網(wǎng)供水的可靠性（壓力、流量）要求越來越高，各種分散或集中加壓設(shè)施也逐漸增多。在這些加壓設(shè)施中，采用調(diào)節(jié)水池加上變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)變量供水方式已顯現(xiàn)出極大的優(yōu)越性。本設(shè)計(jì)主要用到以下硬件：調(diào)節(jié)閥、投入式液位計(jì)、浮球式液位計(jì)、電機(jī)水泵、電磁閥、逆止閥、遠(yuǎn)程壓力表等。主要涉及的知識(shí)點(diǎn)有：s7-200plc的模擬模塊em235， cpu226編程軟件，pid數(shù)字化算法，調(diào)節(jié)閥，電磁閥，壓力變送器，等。1.4 恒壓供水工藝圖圖1.1 恒壓供水工藝圖上圖中（1）為調(diào)節(jié)閥、（2）為投入式液位計(jì)、（3）為浮球式液位計(jì)、（4）為電

16、機(jī)水泵、（5）為電磁閥、（6）為逆止閥、（7）為遠(yuǎn)程壓力表。1.5 工藝描述總結(jié)變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動(dòng)機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成。通常由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機(jī)和水泵做成一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實(shí)現(xiàn)恒壓供水的。因此，供水系統(tǒng)變頻的實(shí)質(zhì)是異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。異步電動(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)調(diào)速的。plc變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(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，同時(shí)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)

17、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(shí)意義。第2章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)簡介2.1 水泵供水的主要參數(shù)2.1.1 流量流量是單位時(shí)間內(nèi)流過管道內(nèi)某一截面的水量，符號(hào)是q，常用單位是m3/s、m3/min、m3/h等.供水系統(tǒng)的基本任務(wù)是滿足用戶的流量需求。2.1.2 揚(yáng)程揚(yáng)程是單位質(zhì)量的水被上揚(yáng)時(shí)所獲得的能量，符號(hào)是h，常用單位是m。揚(yáng)程主要包括三個(gè)方面：第一是提高水位所需的能量；第二是克服水在管網(wǎng)中流動(dòng)時(shí)所需的能量；第三是使水流具有一定流速所需的能量。由于在同一管路中，上述的第二和第三是基本不變的，在數(shù)值上也相對(duì)較小?？梢哉J(rèn)為，提高水位所需的能量是揚(yáng)程的主體部分。因此，在同一管

18、路內(nèi)進(jìn)行分析時(shí)，常簡略地把水從一個(gè)位置“上揚(yáng)”到另一位置時(shí)，用水位的變化量(即水位差)代表揚(yáng)程。2.1.3 全揚(yáng)程全揚(yáng)程也稱為總揚(yáng)程或水泵揚(yáng)程，全揚(yáng)程是說明水泵的泵水能力的物理量。包括把水從水池的水面上揚(yáng)到最高水位所需的能量，以及克服管阻所需的能量和保持流速所需的能量，符號(hào)是ht。2.1.4 實(shí)際揚(yáng)程實(shí)際揚(yáng)程即通過水泵提高的水位所需的能量，符號(hào)是ha 。2.1.5 損失揚(yáng)程全揚(yáng)程與實(shí)際揚(yáng)程之差，即損失揚(yáng)程，符號(hào)是hl，ht 、ha和hl之間的關(guān)系是: ht = ha + hl （2-1）2.1.6 管阻管阻是管道系統(tǒng)包括水管、閥門等對(duì)水流阻力的物理量，符號(hào)是r。通常用揚(yáng)程與流量間的關(guān)系曲線來描

19、述。2.2供水系統(tǒng)的基本特性供水系統(tǒng)的基本特性和工作點(diǎn)揚(yáng)程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤幔砻魉迷谀骋晦D(zhuǎn)速下?lián)P程h與流量q之間的關(guān)系曲線f (q)，如圖2.1所示。由圖2.1可以看出，流量q越大，揚(yáng)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(yáng)程特性所反映的是揚(yáng)程h與用水流量qu間的關(guān)系。而管阻特性是以水泵轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?，表明閥門在某一開度下，揚(yáng)程h與流量q之間的關(guān)系h=f(qu)。管阻特性反映了水泵的能量用來克服水泵系統(tǒng)的水位及壓力差、液體在管道中流動(dòng)阻力的變化規(guī)律。由圖可知，在同一閥門開度下，揚(yáng)程h越大，流量q也越大。由于閥門開

20、度的改變，實(shí)際上是改變了在某一揚(yáng)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(yáng)程與供水流量qg之間的關(guān)系h=f(qg)。揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線的交點(diǎn)，稱為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖2.1中a點(diǎn)。在這一點(diǎn)，用戶的用水流量qu和供水系統(tǒng)的供水流量qg處于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既滿足了揚(yáng)程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。圖2.1 供水系統(tǒng)的基本特性曲線2.3水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理在供水系統(tǒng)中，通常以流量為控制對(duì)象，常用的控制方法為閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法。閥門控制法是通過調(diào)節(jié)閥門開度的大小來調(diào)節(jié)流量，水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變。其實(shí)質(zhì)是通過改變水路中的阻力大小來改變流量，因此，管阻特性將隨閥門

21、開度的改變而改變，但揚(yáng)程特性不變。由于實(shí)際用水中，需水量是變化的，若閥門開度在一段時(shí)間內(nèi)保持不變，必然要造成超壓或欠壓現(xiàn)象的出現(xiàn)。轉(zhuǎn)速控制法是通過改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度保持不變，是通過改變水的動(dòng)能改變流量。因此，揚(yáng)程特性將隨水泵轉(zhuǎn)速的改變而改變，但管阻特性不變。變頻調(diào)速供水方式屬于轉(zhuǎn)速控制。其工作原理是根據(jù)用戶用水量的變化自動(dòng)地調(diào)整水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)壓力始終保持恒定，當(dāng)用水量增大時(shí)電機(jī)加速，用水量減小時(shí)電機(jī)減速。圖2.2為管網(wǎng)及水泵的特性曲線。圖2.2水泵的h-q特性曲線當(dāng)用閥門控制時(shí)，若供水量高峰期水泵工作在e點(diǎn)，流量為q1，揚(yáng)程為h0，當(dāng)供水量從q1減小到q2時(shí)，必須

22、關(guān)小閥門，這時(shí)閥門的摩擦阻力變大，阻力曲線從3移到1，揚(yáng)程特性曲線不變。而揚(yáng)程則從h0上升到h1，運(yùn)行工況點(diǎn)從e點(diǎn)移到f點(diǎn)，此時(shí)水泵輸出功率用圖形表示為(0，q2，f，h1)圍成矩形部分，其值為：pf =h1* *q2/102 （2-2）當(dāng)用調(diào)速控制時(shí)，若采用恒壓(h0)、變速泵(n2)供水，管阻特性曲線為2，揚(yáng)程特性變?yōu)榍€n2，工作點(diǎn)從e點(diǎn)移到d點(diǎn)。此時(shí)水泵輸出功率用圖形表示為(0, q2，d，h0)圍成的矩形面積，其值為:pd =h0* *q2/102 （2-3）可見改用調(diào)速控制，節(jié)能量為(h0,d，f，h1)圍成的矩形面積，其值為:p = pf - pd = (h1- h0)q2/10

23、2 （2-4）所以，當(dāng)用閥門控制流量時(shí)，有功率p功率被浪費(fèi)掉。并且隨著閥門的不斷關(guān)小，閥門的摩擦阻力不斷變大，管阻特性曲線上移，運(yùn)行工況點(diǎn)也隨之上移，于是h1增大，而被浪費(fèi)的功率要隨之增加。根據(jù)水泵變速運(yùn)行的相似定律，變速前后流量q、揚(yáng)程h，功率p與轉(zhuǎn)速n之間關(guān)系為: q2/q1=n2/n1；h2/h1=（n2/n1）2；p2/p1=（n2/n1）3 （2-5）式中，q1、h1、p1為變速前的流量、揚(yáng)程、功率，q2、h2、p2為變速后的流量、揚(yáng)程、功率。由公式(2-5)可以看出，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，流量與轉(zhuǎn)速成正比，損耗功率與流量成正比，所以調(diào)速控制方式要比閥門控制方式供水功率要小得多，節(jié)

24、能效果顯著。2.4 變頻恒壓供水系統(tǒng)特點(diǎn)變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用生活水、工業(yè)用水以及消防用水等多種場合的供水要求，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):(1)供水系統(tǒng)的控制對(duì)象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個(gè)過程控制量，同其他一些過程控制量(如:溫度、流量、濃度等)一樣，對(duì)控制作用的響應(yīng)具有滯后性。同時(shí)用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)。(2)用戶管網(wǎng)中因?yàn)橛泄茏?、水錘等因素的影響，同時(shí)又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個(gè)線性系統(tǒng)。(3)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統(tǒng)，而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用水量和揚(yáng)程等方面存

25、在著較大的差異，因此其控制對(duì)象的模型具有很強(qiáng)的多變性。(4)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泉的停止和運(yùn)行)是時(shí)時(shí)發(fā)生的，同時(shí)定量泵的運(yùn)行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化，因此可以認(rèn)為，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對(duì)象是時(shí)時(shí)變化的。(5)當(dāng)出現(xiàn)意外的情況(如突然停水、斷電、泵、變頻器或軟啟動(dòng)器故障等)時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動(dòng)器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行切換，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。在故障發(fā)生時(shí)，執(zhí)行專門的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進(jìn)行供水。(6)水泵的電氣控制柜，其有遠(yuǎn)程和就地控制的功能和數(shù)據(jù)通訊

26、接口，能與控制信號(hào)或控制軟件相連，能對(duì)供水的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，以便顯示和監(jiān)控以及報(bào)表打印等功能。(7)用變頻器進(jìn)行調(diào)速，用調(diào)節(jié)泵和固定泵的組合進(jìn)行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對(duì)水泵進(jìn)行軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流可從零到電機(jī)額定電流，減少了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊同時(shí)減少了啟動(dòng)慣性對(duì)設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，延長了設(shè)備的使用壽命。2.5 變頻恒壓供水控制方式的選擇目前國內(nèi)變頻恒壓供水設(shè)備電控柜的控制方式有：1、邏輯電子電路控制方式這類控制電路難以實(shí)現(xiàn)水泵軟啟動(dòng)、全流量變頻調(diào)節(jié)。因此，控制精度較低、水泵切換時(shí)水壓波動(dòng)大、調(diào)試較麻煩、工頻泵起動(dòng)時(shí)有沖擊、抗干擾能力較弱，但其成本較低。2、單片微機(jī)電路控制方式這類控制

27、電路優(yōu)于邏輯電路，但在應(yīng)付不同管網(wǎng)、不同供水情況時(shí)，調(diào)試較麻煩；追加功能時(shí)往往要對(duì)電路進(jìn)行修改，不靈活也不方便。電路的可靠性和抗干擾能力都不太好。3、帶pid回路調(diào)節(jié)器或可編程序控制器(plc)的控制方式該方式變頻器的作用是為電機(jī)提供可變頻率的電源。實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無級(jí)調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。傳感器的任務(wù)是檢測管網(wǎng)水壓，壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)在輸入可編程控制器后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部pid控制程序的計(jì)算，輸出給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)送入pid回路調(diào)節(jié)器，由pid回路調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)器內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算后，輸入給

28、變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號(hào)。考慮以上三種方案后，此次設(shè)計(jì)采用第三種方案。2.6 變頻構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理2.6.1系統(tǒng)的構(gòu)成圖2.3 系統(tǒng)原理圖如圖2.3所示，整個(gè)系統(tǒng)由一臺(tái)水泵，一臺(tái)變頻調(diào)速器，一臺(tái)plc和一個(gè)壓力變送器及若干輔助部件構(gòu)成。水泵的出水管均裝有手動(dòng)閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用；變頻供水系統(tǒng)中檢測管路壓力采用壓力變送器(反饋420ma電流)；變頻器是供水系統(tǒng)的核心，通過改變電機(jī)的頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無極調(diào)速、無波動(dòng)穩(wěn)壓的效果和各項(xiàng)功能。從原理框圖，我們可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測、控制系統(tǒng)、以及報(bào)警裝置等部分組成。(1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由水泵組成，它用于將水

29、供入用戶管網(wǎng)，水泵是由變頻調(diào)速器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定。(2)信號(hào)檢測在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號(hào)包括自來水出水水壓信號(hào)和報(bào)警信號(hào):水壓信號(hào)：它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號(hào)。報(bào)警信號(hào)：它反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，水泵電機(jī)是否過載、變頻器是否有異常，該信號(hào)為開關(guān)量信號(hào)。(3)控制系統(tǒng)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(shè)備三個(gè)部分。供水控制器：它是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對(duì)系統(tǒng)中的工況、壓力、報(bào)警信號(hào)進(jìn)行采集，對(duì)來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信

30、息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即水泵)進(jìn)行控制。變頻器：它是對(duì)水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元。變頻器跟蹤供水控制器送來的控制信號(hào)改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。電控設(shè)備：它是由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成。用于在供水控制器的控制下完成手/自動(dòng)切換。 (4)通訊接口通訊接口是本系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，通過該接口，系統(tǒng)可以和組態(tài)軟件以及其他的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時(shí)通過通訊接口，還可以將現(xiàn)代先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到本系統(tǒng)中來，例如可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的診斷和維護(hù)等。(5)報(bào)警裝置作為一個(gè)控制系統(tǒng)，報(bào)警是必不可少的重要組

31、成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行，防止因電機(jī)過載、變頻器報(bào)警、電網(wǎng)過大波動(dòng)、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等等造成的故障，因此系統(tǒng)必須要對(duì)各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測，由plc判斷報(bào)警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作控制，以免造成不必要的損失。2.6.2工作原理合上空氣開關(guān)，供水系統(tǒng)投入運(yùn)行。將手動(dòng)、自動(dòng)開關(guān)打到自動(dòng)上，系統(tǒng)進(jìn)入全自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，plc中程序首先接通qs1，并起動(dòng)變頻器。根據(jù)壓力設(shè)定值(根據(jù)管網(wǎng)壓力要求設(shè)定)與壓力實(shí)際值(來自于壓力傳感器)的偏差進(jìn)行pid調(diào)節(jié)，并輸出頻率給定信號(hào)給變頻器。變頻器根據(jù)頻率給定信號(hào)控制水泵的轉(zhuǎn)速以保證水壓保持在壓力設(shè)

32、定值的上、下限范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)恒壓控制。2.7變頻調(diào)速原理變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動(dòng)機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成。通常由鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機(jī)和水泵做成一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實(shí)現(xiàn)恒壓供水。因此，供水系統(tǒng)變頻的實(shí)質(zhì)是異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。異步電動(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)調(diào)速的。異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率定義為:s=1-(n/n1) （2-6）異步電機(jī)的同步速度為:n1=60f/p （2-7）異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速為:n= 60f(1-s)/p （2-8）其中：n1為異步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速；n為異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；f是異步電

33、機(jī)的定子電源頻率；p為異步電機(jī)的極對(duì)數(shù)。從上式可知，當(dāng)電機(jī)電極對(duì)數(shù)p不變時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、與定子電源頻率f成正比，因此連續(xù)調(diào)節(jié)異步電機(jī)供電電源的頻率，就可以連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速時(shí)，從高速到低速，都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而變頻調(diào)速只有高效率、高精度、調(diào)速范圍廣、平滑性較高、機(jī)械特性較硬的優(yōu)點(diǎn)，調(diào)速性能可與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相媲美。變頻調(diào)速可用普通的異步電機(jī)，異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、堅(jiān)固耐用、經(jīng)濟(jì)可靠，適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境。特別是近年來出現(xiàn)的高性能、高精度的變頻器，變頻調(diào)速完全可以達(dá)到直流調(diào)速一樣的性能。從設(shè)備投資來看，變頻調(diào)速系統(tǒng)與同容量的直流調(diào)速系統(tǒng)

34、可節(jié)省投入的20%左右。因此，變頻調(diào)速是交流異步電機(jī)一種比較合理和理想的調(diào)速方法，它被廣泛地應(yīng)用十對(duì)水泵(風(fēng)機(jī))電機(jī)的調(diào)速。第3章 硬件選型及介紹3.1 plc簡介可編程控制器是60年代末在繼電器系統(tǒng)上發(fā)展起來的，當(dāng)時(shí)稱作可編程邏輯控制器(programmable logic controller)，簡稱plc。可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展與繼電器控制系統(tǒng)有很大的關(guān)系。繼電器是一種用弱電信號(hào)控制強(qiáng)電信號(hào)的電磁開關(guān)，但在復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，故障的查找和排除非常困難，不適應(yīng)于工藝要求發(fā)生變化的場合。由此，產(chǎn)生了可編程控制器，它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)，用面向控制過程、

35、面向用戶的簡單編程語句，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，是簡單易懂，操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制器，是當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一?？删幊炭刂破骶哂胸S富的輸入/輸出接口，并具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，但它的產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，其靈活標(biāo)準(zhǔn)的配置能夠適應(yīng)工業(yè)上的各種控制。在實(shí)際應(yīng)用中，其硬件可根據(jù)實(shí)際需要選用配置，其軟件則需要根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖3.1 plc的硬件結(jié)構(gòu)框圖可編程邏輯控制器，采用的是計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，最初主要用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算。隨著微電子技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，以及工業(yè)自動(dòng)化控制愈來愈高的需求，plc無論在功能上、速度上、智能化模塊以及聯(lián)網(wǎng)通信上，都有很大的提高。現(xiàn)在

36、的plc已不只是開關(guān)量控制，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了順序控制、邏輯控制的范圍，具備了模擬量控制、過程控制以及遠(yuǎn)程通信等強(qiáng)大功能。美國電氣制造商協(xié)會(huì)(nema)將其正式命名為可編程控制器(programmable controller)，簡稱pc，但是為了和個(gè)人計(jì)算機(jī)(persona1 computer)的簡稱pc相區(qū)別，人們常常把可編程控制器仍簡稱為plc。事實(shí)上與所有的器件一樣，plc本身也有其局限性，它無法向操作者顯示動(dòng)態(tài)的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，無法進(jìn)行大批量數(shù)據(jù)的存貯與轉(zhuǎn)化，尤其是當(dāng)系統(tǒng)工藝改變時(shí)，無法方便、快速地改變相關(guān)參數(shù)、配方。因此，在現(xiàn)今的稍微復(fù)雜一些的控制系統(tǒng)中，plc通常與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)配合

37、使用，實(shí)現(xiàn)完整的控制功能。3.1.1 plc的特點(diǎn)現(xiàn)代可編程控制器不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)量的邏輯控制，還具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)學(xué)處理、運(yùn)動(dòng)控制、模擬量pid控制、通信網(wǎng)絡(luò)等功能。在發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家，可編程控制器已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在所有的工業(yè)部門，其應(yīng)用已擴(kuò)展到樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、商業(yè)、公用事業(yè)、測試設(shè)備和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。歸納可編程控制器主要有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：1）編程方法簡單易學(xué)2）功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)4）無觸點(diǎn)免配線，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)5）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少6）維修工作量小，維修方便 7）體積小，能耗低3.1.2 plc的工作過程圖3.2 plc的掃描

38、工作過程plc是在系統(tǒng)軟件的控制和指揮下，采用循環(huán)順序掃描的工作方式，其工作過程就是程序的執(zhí)行過程，它分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段，如圖3.2所示。plc在i/o處理方面必須遵守的規(guī)則如下：輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)，取決于輸入端子板在上一個(gè)刷新時(shí)間的狀態(tài)；程序如何執(zhí)行，取決于用戶所編的程序和輸入映像寄存器、元件映像寄存器中存放的所需軟元件的狀態(tài)；輸出映像寄存器（包含在元件映像寄存器中）的狀態(tài)，由輸出指令的執(zhí)行結(jié)果決定。輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由上一個(gè)刷新時(shí)間輸出映像寄存器的狀態(tài)決定；輸出端子上的輸出狀態(tài)，由輸出鎖存器中的狀態(tài)決定。3.2 s7-200簡介s7-200 是一種小型的可編程序控

39、制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動(dòng)化。s7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此s7-200系列具有極高的性能價(jià)格比。s7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作;實(shí)時(shí)特性；強(qiáng)勁的通訊能力；豐富的擴(kuò)展模塊。s7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械

40、，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。 cpu單元選擇：cpu 221具有6個(gè)輸入點(diǎn)和4個(gè)輸出點(diǎn)，cpu 222具有8個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)，cpu 224具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，cpu 224xp具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，cpu 226具有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)。 集成的24v負(fù)載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），cpu 221，222具有180ma輸出，cpu 224，cpu 224xp，cpu 226分別輸出280，400ma。可用作負(fù)載電源。 本設(shè)計(jì)中使用了cpu226，下面簡單介紹一下cpu226： cpu 226有24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量i/o 點(diǎn)?？蛇B

41、接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量i/o 點(diǎn)或35路模擬量i/o 點(diǎn)。13k字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30khz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20khz高速脈沖輸出， 2個(gè)rs485通訊/編程口，具有ppi通訊協(xié)議、mpi通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。i/o端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。下圖為cpu226的i/o圖：圖3.3 cpu226接線圖表3.1 本設(shè)計(jì)中的plc i/o 分配表地址編碼名稱i0.0自動(dòng)啟動(dòng)i0.1自動(dòng)停止i0.2復(fù)位i0.

42、3自動(dòng)/手動(dòng)i0.4電磁閥打開i0.5電磁閥關(guān)閉i0.6手動(dòng)啟動(dòng)i0.7手動(dòng)停止i1.0電磁閥開到位i1.1電磁閥關(guān)到位i1.2液位低信號(hào)i1.3液位高信號(hào)i1.5回路接觸器km1i1.6回路接觸器km2i2.1變頻器運(yùn)行信號(hào)i2.2變頻器故障信號(hào)i2.3變頻器頻率信號(hào)q0.0水泵運(yùn)行q0.1電磁閥打開q0.2電磁閥關(guān)閉q0.4液位低故障報(bào)警q0.5液位高故障報(bào)警q0.6變頻器故障報(bào)警q0.7壓力低故障報(bào)警q1.0壓力高故障報(bào)警q1.1變頻器啟動(dòng)q1.2工頻/變頻切換3.3 em235簡介 工業(yè)控制中，有些由傳感器送來的輸入量（如壓力、溫度、流量、轉(zhuǎn)速等）是模擬量，一些執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如晶閘管調(diào)速裝

43、置、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和變頻器等）要求可編程序控制器輸出模擬信號(hào)，而可編程序控制器的cpu只能處理數(shù)字量，這就需要有ad及da轉(zhuǎn)換單元。s7-200有三種模擬量擴(kuò)展模塊，及em231、em232、em235，我們使用的是em235。em235模塊有四路輸入一路輸出，是組合強(qiáng)功率精密線性電流互感器、意法半導(dǎo)體（st）單片集成變送器asic芯片于一體的新一代交流電流隔離變送器模塊，它可以直接將被測主回路交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的dc420ma（通過250電阻轉(zhuǎn)換dc 15v或通過500電阻 轉(zhuǎn)換dc210v）恒流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，連續(xù)輸送到接收裝置（計(jì)算機(jī)或顯示儀表）。em235模塊采用印制板直插安裝型結(jié)構(gòu)

44、,便于空間緊奏的機(jī)箱布局與安裝，原副邊高度絕緣隔離，兩線制輸出接線，輔助工作電源24v與輸出信號(hào)線dc420ma共用，具有精度高，體積小、功耗小、頻響寬、抗干擾、國內(nèi)首創(chuàng)4種補(bǔ)償措施和6大全面保護(hù)功能，兩線端口防感應(yīng)雷能力強(qiáng)，具有雷擊波和突波的保護(hù)能力等優(yōu)點(diǎn)。為了方便的將水位信號(hào)、電機(jī)頻率信號(hào)和同相比較信號(hào)傳輸給plc,經(jīng)比較計(jì)算后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制信號(hào)，選擇了em235模擬量擴(kuò)展模塊。該模塊有4個(gè)模擬輸入（aiw），1個(gè)模擬輸出（aqw）信號(hào)通道。輸入輸出信號(hào)接入端口時(shí)能夠自動(dòng)完成a/d的轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成一個(gè)字長（16bit）的數(shù)字信號(hào)；輸出信號(hào)接出端口時(shí)能夠自動(dòng)完成d/a的轉(zhuǎn)換，

45、一個(gè)字長（16bit）的數(shù)字信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。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。圖3.4 em235接線系統(tǒng)中plc的選型包括一個(gè)cpu226主模塊，一個(gè)em235模擬量擴(kuò)展模塊。如此plc總共有24個(gè)數(shù)字信號(hào)輸入，16個(gè)數(shù)字信號(hào)輸出,以及4個(gè)模擬輸入信號(hào)，1個(gè)模擬輸出信號(hào)。輸入和輸出均有余量，可以滿足日后系統(tǒng)擴(kuò)充的要求。圖3.5 系統(tǒng)cpu模塊3.4調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥是用來調(diào)節(jié)水流量的。調(diào)節(jié)閥有電動(dòng)、液動(dòng)、氣動(dòng)三種，在這里使用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量。通過接收工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的信號(hào)（如：420ma）來驅(qū)動(dòng)閥門改變閥芯和閥座之間的截面積大小

46、控制管道介質(zhì)的流量,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)節(jié)功能。工作電源為ac22v 380v等電壓等級(jí)。流通能力cv是選擇調(diào)節(jié)閥的主要參數(shù)之一，調(diào)節(jié)閥的流通能力的定義為：當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，閥兩端壓差為0.1mpa，流體密度為1g/cm3時(shí)，每小時(shí)流徑調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)，稱為流通能力，也稱流量系數(shù)，以cv表示，單位為t/h，液體的cv值按下式計(jì)算。根據(jù)流通能力cv值大小查表，就可以確定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑dn。調(diào)節(jié)閥的流量特性，是在閥兩端壓差保持恒定的條件下，介質(zhì)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與它的開度之間關(guān)系。調(diào)節(jié)閥的流量特性有線性特性，等百分比特性及拋物線特性三種。三種注量特性的意義如下：（1）等百分比特性（對(duì)數(shù)）等百分比特性的相對(duì)

47、行程和相對(duì)流量不成直線關(guān)系，在行程的每一點(diǎn)上單位行程變化所引起的流量的變化與此點(diǎn)的流量成正比，流量變化的百分比是相等的。所以它的優(yōu)點(diǎn)是流量小時(shí)，流量變化小，流量大時(shí)，則流量變化大，也就是在不同開度上，具有相同的調(diào)節(jié)精度。(2) 線性特性（線性）線性特性的相對(duì)行程和相對(duì)流量成直線關(guān)系。單位行程的變化所引起的流量變化是不變的。流量大時(shí)，流量相對(duì)值變化小，流量小時(shí)，則流量相對(duì)值變化大。（3）拋物線特性流量按行程的二方成比例變化，大體具有線性和等百分比特性的中間特性。從上述三種特性的分析可以看出，就其調(diào)節(jié)性能上講，以等百分比特性為最優(yōu)，其調(diào)節(jié)穩(wěn)定，調(diào)節(jié)性能好。而拋物線特性又比線性特性的調(diào)節(jié)性能好，可根

48、據(jù)使用場合的要求不同，挑選其中任何一種流量特性。在設(shè)計(jì)中采用等百分比特性，通過用戶對(duì)水的需求量來控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥打開大程度，打開的百分比越大自來水流量的越多。3.5 液位計(jì)液位計(jì)是測量地下蓄水池液位的，為了安全、可靠,設(shè)計(jì)要采用投入式和浮球式兩個(gè)液位計(jì)。投入式液位計(jì)是一種測量液位的壓力傳感器。是基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用國外先進(jìn)的隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（一般為420ma05vdc）。浮球式液位指示計(jì)是利用浮力來測量液位的。浮球內(nèi)磁鐵隨液位變化，來改變連桿內(nèi)的電阻與磁簧開關(guān)所組成的分壓電路，

49、分壓信號(hào)可經(jīng)過轉(zhuǎn)換器變成420ma或其它不同之標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。磁簧開關(guān)的間隙愈小，精度愈高。指示計(jì)可配合其它表頭作遠(yuǎn)距離指示，是一種原理簡單，可靠性極佳的液位指示計(jì)。 3.6 電機(jī)水泵電機(jī)水泵調(diào)速方式有調(diào)壓調(diào)速、變級(jí)調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、變頻調(diào)速等等，在設(shè)計(jì)中選用變頻調(diào)速。在供水中用戶用水量一般是動(dòng)態(tài)的，因此供水不足或供水過剩的情況時(shí)有發(fā)生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則壓力大。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時(shí)供水也多，用水少時(shí)供水也少，從而提高了供水的質(zhì)量，因此通過變頻調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)恒壓供水時(shí)非常必要的。電機(jī)根

50、據(jù)壓力反饋信號(hào)，通過pid運(yùn)算自動(dòng)調(diào)整變頻器輸出頻率，改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到恒壓供水的目的。工作水泵型號(hào)的選擇，應(yīng)根據(jù)逐時(shí)、逐日、逐季的用水量變化，要求的水壓，機(jī)組的效率和功率因素等確定。水泵和電動(dòng)機(jī)是供水系統(tǒng)的重要組成部分，水泵選擇恰當(dāng)與否和動(dòng)力費(fèi)用有很大的關(guān)系，故須加以重視。選泵時(shí)，首先要滿足供水系統(tǒng)的要求:1、水泵揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供水高度；2、水泵流量總和應(yīng)大于實(shí)際最大供水量；3、水泵能力足以供應(yīng)最高用水量時(shí)的用水量，揚(yáng)程應(yīng)在該泵特性曲線的高效工作區(qū)內(nèi)，以減少耗電量；4、水泵型號(hào)應(yīng)使泵站建筑面積和泵站的基礎(chǔ)埋深為最小，以降低泵站造價(jià)；5、水泵構(gòu)造應(yīng)使泵站內(nèi)管線簡單，以減少水頭損失；6、安

51、裝管理方便。安裝臥式離心泵的泵站，平面尺寸較大而高度較低；立式軸流泵的泵站，情況正好相反，泵站的高度較大而平面尺寸較小。因此在深埋式的地下泵站可優(yōu)先考慮立式泵，半地下式和地面式泵站可用臥式泵。綜合上述，對(duì)水泵進(jìn)行選用時(shí)，要根據(jù)供水系統(tǒng)對(duì)流量的大小、揚(yáng)程的高低和實(shí)際需要進(jìn)行選擇。在此水泵選用山東淄博博山大通水泵有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為500lx5的離心式清水泵，揚(yáng)程61m，流量12.6立方米每小時(shí)，軸功率5.5kw；電機(jī)型號(hào)為y132s-4，容量為5.5kw,額定電壓為380v,額定電流為11.6a，轉(zhuǎn)速為1450r/min。3.7變頻器變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的

52、電能控制裝置，其電路由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制四個(gè)部分組成。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交-直-交方式。先通過整流將工頻50hz的交流電變?yōu)橹绷麟姡缓笤賹⒅绷麟娔孀兂蔀樗枰l率的交流電。在工業(yè)控制領(lǐng)域，變頻調(diào)速普遍適用于各種調(diào)速系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)能源的充分利用和生產(chǎn)的需要，需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，考慮到電機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、調(diào)速和控制的特性，系統(tǒng)中由plc完成數(shù)據(jù)的采集和對(duì)變頻器、電機(jī)等設(shè)備的控制任務(wù)。變頻器的選擇包括變頻器的型式選擇、容量選擇和變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選擇三個(gè)方面。其總的原則是首先保證可靠地滿足工藝要求，再盡可能節(jié)省資金。3.7.1 變頻器的型式選擇根據(jù)控制功能可將通用變頻器分為

53、三種類:普通功能型u/f控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高性能u/f控制變頻器知矢量控制高性能型變頻器。變頻器類型的選擇要根據(jù)負(fù)載的要求進(jìn)行。對(duì)于風(fēng)機(jī)，泵類等平方轉(zhuǎn)矩，低速負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，通?？蛇x擇普通功能型的變頻器。在變頻器選型前應(yīng)掌握傳動(dòng)系統(tǒng)的以下參數(shù):（1）電動(dòng)機(jī)的極數(shù)。一般電動(dòng)機(jī)極數(shù)以不多于4極為宜，否則變頻器容量要適當(dāng)加大；（2）轉(zhuǎn)矩特性。在同等電動(dòng)機(jī)功率情況下，相對(duì)于高過載轉(zhuǎn)矩模式，變頻器規(guī)格可以降額選取；（3）電磁兼容性。為減少主電源千擾，使用時(shí)可在中間或變頻器輸入電路中增加電抗器，或安裝前置隔離變壓器。一般當(dāng)電動(dòng)機(jī)與變頻器距離超過50m時(shí)，應(yīng)在它們中間串入電抗器、濾波器或采用屏蔽防

54、護(hù)電纜。變頻器的選型應(yīng)滿足以下條件:（1）電壓等級(jí)與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)相符；（2）額定電流為所驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)額定電流的1.11.5倍；（3）根據(jù)被驅(qū)動(dòng)設(shè)備的負(fù)載特性選擇變頻器的控制方式；3.7.2 變頻器容量選擇變頻器的容量可從三個(gè)角度表述:額定電流、可用電動(dòng)機(jī)功率和額定容量。其中后兩項(xiàng)變頻器生產(chǎn)廠家由本國或本公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達(dá)變頻器的能力。選擇變頻器時(shí)，只有變頻器的額定電流量是一個(gè)反映半導(dǎo)體變頻器裝置負(fù)載能力的關(guān)鍵量。負(fù)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。變頻器的額定功率指的是它適用的4級(jí)交流異步電動(dòng)機(jī)的功率。由于同容量電動(dòng)機(jī)，其極數(shù)不同

55、，電動(dòng)機(jī)額定電流不同。隨著電動(dòng)機(jī)極數(shù)的增多，電動(dòng)機(jī)額定電流增大。變頻器的容量選擇不能以電動(dòng)機(jī)額定電流為依據(jù)。同時(shí)，對(duì)于原來采用變頻器的改造項(xiàng)目，變頻器的容量選擇也不能以電動(dòng)機(jī)額定電流為依據(jù)。這是因?yàn)?，電?dòng)機(jī)的容量選擇在考慮最大負(fù)載，富裕系數(shù)，電動(dòng)機(jī)規(guī)格等因素，往往電動(dòng)機(jī)的容量富裕較大，工業(yè)用電動(dòng)機(jī)常常在50%60%額定負(fù)荷下運(yùn)行。若以電動(dòng)機(jī)額定電流為依據(jù)來選擇變頻器的容量，留有富裕量太大，造成經(jīng)濟(jì)上浪費(fèi)，而可靠性并沒有因此而得到提高。變頻器與電動(dòng)機(jī)的匹配主要是電動(dòng)機(jī)的額定電壓及電流，如果電動(dòng)機(jī)額定電流小于同功率的變頻器額定電流，一般來說用同等功率的就足夠了，但如果大了，只好用大一級(jí)的變頻器。對(duì)于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，變頻器的容量選擇應(yīng)以變頻器的額定電流大于電動(dòng)機(jī)的最大正常工作電流1.1倍為原則，這樣可以最大限度地節(jié)約資金。在選用變頻器時(shí)除了考慮技術(shù)性和可靠性外還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性，一般不要留有太大功率余量，變頻器與電動(dòng)機(jī)兩者的功率應(yīng)相匹配，不但經(jīng)濟(jì)性好而且輸出波型更好。3.7.3 變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選用變頻器的箱體結(jié)構(gòu)要與環(huán)境條件相適應(yīng)，即必須考慮溫度，濕度，粉塵，酸堿度，腐蝕性氣體等因素，這些因素與能否長期安全、可靠運(yùn)行有很大的關(guān)系。常見有下列幾種結(jié)構(gòu)類型可供設(shè)