畢業(yè)設(shè)計(jì)論文基于PLC的變頻器恒壓供水系統(tǒng)

1、目 錄1 概述11.1變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義11.2變頻供水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢31.3 本文主要內(nèi)容32 變頻恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理52.1系統(tǒng)的構(gòu)成62.1.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)62.1.2信號檢測72.1.3控制系統(tǒng)72.1.4通訊接口82.1.5報(bào)警裝置82.2工作原理82.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)中加減水泵的條件分析92.4主電路接線圖103 基于plc的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)113.1控制要求113.2 變頻器的選擇與接線113.3壓力傳感器的接線圖133.4 原其它元器件的選擇143.5 plc控制i/o口配置163.6 電氣控制系統(tǒng)原理及線圖173.6.1主電路圖173.6.2控制電

2、路接線圖173.7基于plc的變頻恒壓供水系統(tǒng)程序流程193.8控制方式213.8.1 手動運(yùn)行213.8.2 自動運(yùn)行213.9主要程序說明223.9.1 總程序的順序功能圖223.9.2 自動運(yùn)行順序功能圖223.9.3手動模式順序功能圖233.9.4 程序說明244 結(jié)束語30致 謝31參考文獻(xiàn)321 概述內(nèi)容摘要隨著我國社會的發(fā)展和進(jìn)步，住房制度改革的不斷深入，人們生活水平的不斷提高，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，也直接體現(xiàn)了供水管理水平的高低。傳統(tǒng)供水廠，

3、特別是中小供水廠所普遍采用的恒速泵加壓供水方式存在效率較低、可靠性不高、自動化程度低等缺點(diǎn)，難以滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)生活的需要。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，需要利用先進(jìn)的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，要求設(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。本文闡明了供水系統(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)，提出不同的控制方案，通過研究和比較，得出結(jié)論：變頻調(diào)速是一種優(yōu)于調(diào)壓調(diào)速、機(jī)械調(diào)速等其他調(diào)速方式的方案，也是當(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).它集微機(jī)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)和電機(jī)傳動技術(shù)

4、于一體，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)交流電動機(jī)的無級調(diào)速，具有高效率、寬范圍和高精度等特點(diǎn)的結(jié)論。因此本文以采用變頻器和plc 組合構(gòu)成系統(tǒng)方式，逐步闡明如何實(shí)現(xiàn)水壓恒定供水得實(shí)現(xiàn)。最后，從分析恒壓變頻供水的可行性，改造的理論、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性等方面，確定變頻器的參數(shù)，設(shè)計(jì)變頻主電路、變頻電機(jī)的運(yùn)行模式、控制模式及流程。1.1變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能和高品質(zhì)的供水質(zhì)量等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)及高層建筑的生活、消防供水中。變頻恒壓供水的調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)

5、生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。 在實(shí)際應(yīng)用中如何充分利用專用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計(jì)變頻恒壓供水設(shè)備、降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。變頻恒壓供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢，而且具有顯著的節(jié)能效果。目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制、多品種系列化的方向發(fā)展。追求高度智能化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，是未來供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)中成片開發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢。變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用于生活水、工

6、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)的控制對象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個過程控制量，同其他一些過程控制量(如:溫度、流量、濃度等)一樣，對控制作用的響應(yīng)具有滯后性。同時用于水泵轉(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)程等方面存在著較大的差異，因此其控制對象的模型具有很強(qiáng)的多變性。(4)在變頻調(diào)速恒

7、壓供水系統(tǒng)中，由于有定量泵（即為每轉(zhuǎn)的理論排量不變的泵）的加入控制，而定量泵的控制是時時發(fā)生的，同時定量泵的運(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)的控制對象是時時變化的。(5)當(dāng)出現(xiàn)意外的情況(如突然停水、斷電、泵、變頻器或軟啟動器故障等)時，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況點(diǎn)自動進(jìn)行切換，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。在故障發(fā)生時，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。 (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，對每臺水泵進(jìn)行軟啟動，啟動電流可從零到電機(jī)額定電流

8、，減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊同時減少了啟動慣性對設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命。1.2 變頻供水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 變頻供水系統(tǒng)目前正在向集成化、維護(hù)操作簡單化方向發(fā)展。在國內(nèi)外，專門針對供水的變頻器集成化越來越高，很多專用供水變頻器集成了plc 或pid，甚至將壓力傳感器也融入變頻組件。同時維護(hù)操作也越來越簡明顯偏高，維護(hù)成本也高于國內(nèi)產(chǎn)品。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

9、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。1.3 本文主要內(nèi)容本文在通過對plc恒壓變頻供水的技術(shù)和原理分析的基礎(chǔ)上，提出了一套基于plc變頻恒壓供水系統(tǒng)的可行性方案，并選擇出了相應(yīng)的器件，從而使系統(tǒng)通過安裝在管網(wǎng)上的壓力傳感器，把水壓轉(zhuǎn)換成420ma的模擬信號，通過變頻器來控制改變水泵轉(zhuǎn)速。用高低水位控制器來控制注水閥yv1，當(dāng)其自動把水注滿儲水水池，只要水位低于高水位，則自動往水箱中注水。水池的高、低水位信號也直接送給plc作為低水位報(bào)警用。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離相差不是很大。使生活供水在恒壓狀態(tài)（生活用水低恒壓值）下進(jìn)行。2 變頻恒壓

10、供水系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理此次設(shè)計(jì)研究的對象是一棟樓房的供水系統(tǒng)。由于高層樓對水壓的要求高，在水壓低時，高層用戶將無法正常用水甚至出現(xiàn)無水的情況，水壓高時將造成能源的浪費(fèi)。如圖2-1所示，是這棟小樓的供水流程。自來水廠送來的水先儲存的水池中再通過水泵加壓送給用戶。通過水泵加壓后，必須恒壓供給每一個用戶。圖2-1 供水流程簡圖市網(wǎng)來水用高低水位控制器eq來控制注水閥yv1，其自動把水注滿儲水水池，只要水位低于高水位，則自動往水箱中注水。水池的高、低水位信號也直接送給plc作為低水位報(bào)警用。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離相差不是很大。水使用。下圖2-2即為生活恒壓供水系統(tǒng)工藝流程圖。市

11、網(wǎng)來水生活用水yv2yv12號泵1號泵3號泵水池eq圖2-2 雙恒壓供水系統(tǒng)工藝流程圖2.1系統(tǒng)的構(gòu)成整個系統(tǒng)由三臺水泵，一臺變頻調(diào)速器，一臺plc和一個壓力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。三臺水泵中每臺泵的出水管均裝有手動閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，三臺泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要；變頻供水系統(tǒng)中檢測管路壓力的壓力傳感器，一般采用電阻式傳感器(反饋05v電壓信號)或壓力變送器(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)、信號檢測、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、以及報(bào)警裝置等部分組成。2.1

12、.1執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng).通常這些水泵包括: (1)調(diào)速泵: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)恒速泵:水泵運(yùn)行只在工頻狀態(tài)，速度恒定，它們用以在用水量增大而調(diào)速泵的最大供水能力不足時，對供水量進(jìn)行定量的補(bǔ)充. 此外，通常一些變頻系統(tǒng)還會增設(shè)附屬小泵，它只運(yùn)行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很小的情況下(例如:夜間)對管網(wǎng)用水量進(jìn)行少量的補(bǔ)充.2.1.2信號檢測 在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括水壓信號、液位信號和報(bào)警信號:（1）水壓信號:它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓

13、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(jìn)行 冉刃 轉(zhuǎn)換。另外為加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，還需對供水的上限壓力和下限壓力用電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果可以送給plc，作為數(shù)字量輸入。 (2)液位信號:它反映水泵的進(jìn)水水源是否充足。信號有效時。控制系統(tǒng)要對系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)控制，以防止水泵空抽而損壞電機(jī)和水泵。此信號來自在安裝于水源處的液位傳感器。 (3)報(bào)警信號: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，該信號為開關(guān)量信號。2.1.3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、變頻器和電控設(shè)備三個部分:(1)供水控制器:它是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核

14、心。供水控制器直接對系統(tǒng)中的壓力、液位、報(bào)警信號進(jìn)行采集，對來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即水泵成行控制.(2)變頻器:它是對水泵進(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改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)水泵機(jī)組中水泵被變頻器拖動的情況不同，變頻器有如下兩種工作方式: 1)變頻循環(huán)式:變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺水泵運(yùn)行在50hz時，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機(jī)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(jī)。2)變

15、頻固定式:變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺水泵運(yùn)行在50hz時，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)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(yùn)行前可以選擇。變頻器的電控設(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對水泵的切換、手/自動切換及就地/集中等工作。2.1.4通訊接口 通訊接口是本系統(tǒng)的一個重要組成部分，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，例如可以對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的診斷和維護(hù)等。2.1.5報(bào)警裝置 作為一個控

16、制系統(tǒng)，報(bào)警是必不可少的重要組成部分。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、供水水源中斷造成故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測，由p比判斷報(bào)警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動作控制，以免造成不必要的損失。2.2工作原理合上空氣開關(guān)，供水系統(tǒng)投入運(yùn)行。將手動、自動開關(guān)打到自動上，系統(tǒng)進(jìn)入全自動運(yùn)行狀態(tài)，plc中程序首先接通km6，并起動變頻器。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給變頻器。變頻器根據(jù)頻率給定信號及預(yù)先設(shè)定好的加速時間控制水泵的轉(zhuǎn)速以保

17、證水壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)恒壓控制。同時變頻器在運(yùn)行頻率到達(dá)上限，會將頻率到達(dá)信號送給plc，plc則根據(jù)管網(wǎng)壓力的上、下限信號和變頻器的運(yùn)行頻率是否到達(dá)上限的信號，由程序判斷是否要起動第2臺泵(或第3臺泵)。當(dāng)變頻器運(yùn)行頻率達(dá)到頻率上限值，并保持一段時間，則plc會將當(dāng)前變頻運(yùn)行泵切換為工頻運(yùn)行，并迅速起動下1臺泵變頻運(yùn)行。此時pid會繼續(xù)通過由遠(yuǎn)傳壓力表送來的檢測信號進(jìn)行分析、計(jì)算、判斷，進(jìn)一步控制變頻器的運(yùn)行頻率，使管壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限偏差范圍之內(nèi)。增泵工作過程：假定增泵順序?yàn)閘、2、3泵。開始時，1泵電機(jī)在plc控制下先投入調(diào)速運(yùn)行，其運(yùn)行速度由變頻器調(diào)節(jié)

18、。當(dāng)供水壓力小于壓力預(yù)置值時變頻器輸出頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速上升，反之下降。當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到上限，并穩(wěn)定運(yùn)行后，如果供水壓力仍沒達(dá)到預(yù)置值，則需進(jìn)入增泵過程。在plc的邏輯控制下將1泵電機(jī)與變頻器連接的電磁開關(guān)斷開，1泵電機(jī)切換到工頻運(yùn)行，同時變頻器與2泵電機(jī)連接， 控制2泵投入調(diào)速運(yùn)行。如果還沒到達(dá)設(shè)定值，則繼續(xù)按照以上步驟將2泵切換到工頻運(yùn)行，控制3泵投入變頻運(yùn)行。減泵工作過程：假定減泵順序依次為3、2、1泵。當(dāng)供水壓力大于預(yù)置值時，變頻器輸出頻率降低，水泵速度下降，當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到下限，并穩(wěn)定運(yùn)行一段時間后，把變頻器控制的水泵停機(jī)，如果供水壓力仍大于預(yù)置值，則將下一臺水泵由工頻運(yùn)

19、行切換到變頻器調(diào)速運(yùn)行，并繼續(xù)減泵工作過程。如果在晚間用水不多時，當(dāng)最后一臺正在運(yùn)行的主泵處于低速運(yùn)行時，如果供水壓力仍大于設(shè)定值，則停機(jī)并啟動輔泵投入調(diào)速運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能效果。2.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)中加減水泵的條件分析在上面的工作流程中，我們提到當(dāng)一臺調(diào)速水泵己運(yùn)行在上限頻率，此時管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍低于設(shè)定壓力，此時需要增加恒速水泵來滿足供水要求，達(dá)到恒壓的目的。當(dāng)調(diào)速水泵和恒速水泵都在運(yùn)行且調(diào)速水泵己運(yùn)行在下限頻率，此時管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍高于設(shè)定壓力，此時需要減少恒速水泉來減少供水流量，達(dá)到恒壓的目的。那么何時進(jìn)行切換，刁能使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，同時使機(jī)組不過于頻繁的切換。盡管通用

20、變頻器的頻率都可以在0-400hz范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，但當(dāng)它用在供水系統(tǒng)中，其頻率調(diào)節(jié)的范圍是有限的，不可能無限地增大和減小。當(dāng)正在變頻狀態(tài)下運(yùn)行的水泵電機(jī)要切換到工頻狀態(tài)下運(yùn)行時，只能在50hz時進(jìn)行。由于電網(wǎng)的限制以及變頻器和電機(jī)工作頻率的限制，50hz成為頻率調(diào)節(jié)的上限頻率。當(dāng)變頻器的輸出頻率己經(jīng)到達(dá)50hz時，即使實(shí)際供水壓力仍然低于設(shè)定壓力，也不能夠再增加變頻器的輸出頻率了。要增加實(shí)際供水壓力，正如前面所講的那樣，只能夠通過水泵機(jī)組切換，增加運(yùn)行機(jī)組數(shù)量來實(shí)現(xiàn)。另外，變頻器的輸出頻率不能夠?yàn)樨?fù)值，最低只能是0hz。其實(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率是不可能降低到0hz。因?yàn)楫?dāng)水泵機(jī)組運(yùn)

21、行，電機(jī)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(yùn)行的電機(jī)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(jìn)入管網(wǎng)，因此，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率下降到一個值時，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實(shí)際的供水壓力也不會隨著電機(jī)頻率的下降而下降。這個頻率在實(shí)際應(yīng)用中就是電機(jī)運(yùn)行的下限頻率。這個頻率遠(yuǎn)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(guān)，一般在20hz左右。由于在變頻運(yùn)行狀態(tài)下，水泵機(jī)組中電機(jī)的運(yùn)行頻率由變頻器的輸出頻率決定，這個下限頻率也就成為變頻器頻率調(diào)節(jié)的下限頻率。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)在確實(shí)需要機(jī)組進(jìn)行切換的時候才進(jìn)行機(jī)組的切換。所謂延時判別，是指系統(tǒng)僅滿足頻率和壓力的判

22、別條件是不夠的，如果真的要進(jìn)行機(jī)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1-2分鐘），如果在這一段延時的時間內(nèi)切換條件仍然成立，則進(jìn)行實(shí)際的機(jī)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(jìn)行機(jī)組切換將可能引起一系列多余的切換操作。2.4主電路接線圖3 基于plc的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)水泵m1、m2，m3可變頻運(yùn)行，也可工頻運(yùn)行，需plc的6個輸出點(diǎn)，變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷由plc的1個輸出點(diǎn)，控制變頻器使電機(jī)正轉(zhuǎn)需1個輸出信號控制，報(bào)警器的控制需要1個輸出點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)量一共9個。控制起動和停止需要2個輸入點(diǎn)，變頻器極限

23、頻率的檢測信號占用plc2個輸入點(diǎn)，系統(tǒng)自動/手動起動需1輸入點(diǎn)，手動控制電機(jī)的工頻/變頻運(yùn)行需6個輸入點(diǎn)，控制系統(tǒng)停止運(yùn)行需1個輸入點(diǎn)，檢測電機(jī)是否過載需3個輸入點(diǎn)，共需15個輸入點(diǎn)。系統(tǒng)所需的輸入輸出點(diǎn)數(shù)量共為24個點(diǎn)。本系統(tǒng)選用fx2n-32mr-d型三菱plc 3.1控制要求對三泵生活恒壓供水系統(tǒng)的基本要求如下：（1） 生活供水時，系統(tǒng)應(yīng)保持低恒壓值運(yùn)行。（2） 三臺泵根據(jù)恒壓的需要，采取“先開先?！钡脑瓌t接入和退出。（3） 再用水量較小的情況下，如果一臺泵連續(xù)工作運(yùn)行時間超過3h，則要切換到下一臺泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺工作時間過長。（4） 三臺泵再起動時要有軟起動功能

24、。（5） 要有完善的報(bào)警功能（6） 對泵的操作要有手動控制功能，手動只在應(yīng)急或檢修時臨時使用。3.2 變頻器的選擇與接線根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)選用fr-a540系列變頻器，如下圖所示：圖3-1 fr-a540的管腳說明管腳stf接plc的y7管腳，控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)。x2接變頻器的fu接口，x3接變頻器的ol接口。頻率檢測的上/下限信號分別通過ol和fu輸出至plc的x2與x3輸入端作為plc增泵減泵控制信號。圖3-2變頻器接線圖3.3壓力傳感器的接線圖壓力傳感器使用cy-yz-1001型絕對壓力傳感器。改傳感器采用硅壓阻效應(yīng)原理實(shí)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(dāng)壓力作

25、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(jìn)行溫度補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。該傳感器的量程為02.5mpa，工作溫度為560 ，供電電源為28±3v（dc）。圖3-3壓力傳感器的接線圖3.4 原其它元器件的選擇水泵：m1、m2選用40-160(i)a型，m3選用40-160(i)型，參數(shù)見表3.1示。 熱繼電器的選擇：選用最小的熱繼電器作為電機(jī)的過載保護(hù)熱繼電器fr，fr1 fr2可選用規(guī)格其型號為tk-e02t-c，額定電流58a，fr3可選用規(guī)格其型號為tk-e02u-c，額定電流為69

26、a熔斷器的選擇：在控制回路中熔斷器fu選用rt18系列。接觸器的選擇：對于接觸器km選擇的是規(guī)格sc-e03-c,功率3kw按鈕sb的選擇：plc各輸入點(diǎn)的回路的額定電壓直流24v，各輸入點(diǎn)的回路的額定電流均小于40ma，按鈕均只需具有1對常開觸點(diǎn)，按鈕均選用lay311型，其主要技術(shù)參數(shù)為：un=24vdc，in=0.3a，含1對常開和1對常閉觸點(diǎn)。表3-1元件表總圖元件符號型號個數(shù)可編程控制器plcfx2n-32mr-d型三菱plc1變頻器fr-a540系列5.5型1接觸器kmsc-e03-c7水泵m1,m240-160(i)a2m340-160(i)1閘刀開關(guān)qshd11-100/181

27、熔斷器fu1，fu2rt18 6a2fu3rt18 8a1熱繼電器fr1 fr2tk-e02t-c2fr3k-e02u-c1按鈕sblay31110水泵符號型號流量(m3/h)揚(yáng)程(m)轉(zhuǎn)速(r/min)電機(jī)功率(kw)m1,m240-160(i)a112829002.2m340-160(i)12.53229003.0表3-2水泵的參數(shù)變頻器適用電機(jī)容量（kw)輸出額定容量(kva)輸出額定電流（a）過載能力電源額定輸入交流電壓/頻率冷卻方式fr-a540系列5.5型（三菱）5.59.112150%60s ,200% 0.5s (反時限特性)3相，380v至480v 50hz/60hz強(qiáng)制風(fēng)冷

28、表3-3 變頻器的參數(shù)3.5 plc控制i/o口配置控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號的名稱，以及代碼及地址編號如表3-4所示。水位上下限信號分別為i0.1、i0.2 ，它們在水淹沒時為0，露出時為1。表3-4 輸入、輸出點(diǎn)代碼和地址編號輸入信號地址編號名稱代碼手動和自動消防信號sa1i0.0水池水位下限信號slli0.1水池水位上限信號slhi0.2變頻器報(bào)警信號sui0.3消鈴按鈕sb9i0.4試燈按鈕sb10i0.5遠(yuǎn)程壓力表模擬量電壓值upaiwo1號泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈km1，hl1q0.01號泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈km2，hl2q0.12號泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈km3，hl3q0.2

29、2號泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈km4，hl4q0.33號泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈km5，hl5q0.43號泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈km6，hl6q0.5生活、消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥yv2q1.0水池水位下限報(bào)警指示燈hl7q1.1變頻器故障報(bào)警指示燈hl8q1.2火災(zāi)報(bào)警指示燈hl9q1.3報(bào)警電鈴haq1.4變頻器頻率復(fù)位控制ka(kmg)q1.5控制變頻器頻率電壓信號vfagwo3.6 電氣控制系統(tǒng)原理及線圖3.6.1主電路圖圖3-4主電路圖電機(jī)有兩種工作模式即：在工頻電下運(yùn)行和在變頻電下運(yùn)行。km1、 km3、 km5 分別為電動機(jī)m1 、m2 、m3 工頻運(yùn)行時接通電源的控制接觸器，km0、

30、 km2 、km4 分別為電動機(jī)m1、m2、 m3 變頻運(yùn)行時接通電源的控制接觸器。熱繼電器(fr)是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護(hù)電路，它在電路中的用作電動機(jī)的過載保護(hù)。熔斷器（fu）是電路中的一種簡單的短路保護(hù)裝置。使用中，由于電流超過允許值產(chǎn)生的熱量使串接于主電路中的熔體熔化而切斷電路，防止電氣設(shè)備短路和嚴(yán)重過載。3.6.2控制電路接線圖圖3-5 plc的接線圖y0接km0控制m1的變頻運(yùn)行，y1接km1控制m1的工頻運(yùn)行；y2接km2控制m2的變頻運(yùn)行，y3接km3控制m2的工頻運(yùn)行；y4接km4控制m3的變頻運(yùn)行，y5接km5控制m3的工頻運(yùn)行。x0接起動按鈕，x1接停止按鈕，x2接

31、變頻器的fu接口，x3接變頻器的ol接口，x4接m1的熱繼電器，x5接m2的熱繼電器，x6接m3的熱繼電器。為了防止出現(xiàn)某臺電動機(jī)既接工頻電又接變頻電設(shè)計(jì)了電氣互鎖。在同時控制m1電動機(jī)的兩個接觸器km1、km0線圈中分別串入了對方的常閉觸頭形成電氣互鎖。頻率檢測的上/下限信號分別通過ol和fu輸出至plc的x2與x3輸入端作為plc增泵減泵控制信號。3.7基于plc的變頻恒壓供水系統(tǒng)程序流程在控制系統(tǒng)中，變頻器通過plc 通過對電機(jī)出廠壓力點(diǎn)處設(shè)置的壓力變送器反饋信號，進(jìn)行單閉環(huán)控制。此外，為了適應(yīng)供水情況的突發(fā)變化等，在必要時，可以實(shí)現(xiàn)手動頻率控制功能。p比 程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接受外部開

32、關(guān)信號的輸入以及管網(wǎng)的壓力信號和水池水位信號，判斷當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)是否正常，然后執(zhí)行程序，由輸出信號去控制接觸器、繼電器和變頻器等器件，以完成相應(yīng)的控制任務(wù)，除了pid運(yùn)算，plc主要控制任務(wù)就是輸出頻率的計(jì)算和工頻、變頻的切換。 在設(shè)計(jì)時，需要注意的是由于供水系統(tǒng)是一個慣性較大無法突變的系統(tǒng)，不需要過高的響應(yīng)速度，因而在設(shè)計(jì)思想上應(yīng)以查詢方式為主，中斷方式為輔.（1）系統(tǒng)初始化程序設(shè)計(jì)在系統(tǒng)開始工作的時候，先要對整個系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即在開始啟動的時候，先對系統(tǒng)的各個部分的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，如出錯則報(bào)警，接著對模擬量(管網(wǎng)壓力、液位等)數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)表進(jìn)行初始化處理，賦予一定的初值。（2）壓

33、力恒定控制程序設(shè)計(jì)在變頻恒壓供水系統(tǒng)壓力控制程序的設(shè)計(jì)流程如圖43，檢測壓力的大小，信號傳送到plc，系統(tǒng)首選對數(shù)值進(jìn)行分析，確認(rèn)數(shù)據(jù)正常后，與壓力設(shè)定值進(jìn)行判斷，如果與設(shè)定值相同，則直接進(jìn)入下一采樣周期，如果不同，則進(jìn)行pid控制，通過plc控制變頻器改變頻率參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)恒壓供水。在恒壓供水程序設(shè)計(jì)中，還應(yīng)考慮到報(bào)警問題，通常要設(shè)計(jì)中斷程序處理信號報(bào)警。特別要注意的是，在中小供水廠有條件的情況下，除了通常的液位報(bào)警和過載報(bào)警等外，還應(yīng)將流量儀、濁度儀、余氯儀等報(bào)警信號接入plc，從而實(shí)現(xiàn)在供水廠出現(xiàn)流量嚴(yán)重異?；蛩|(zhì)事故事可以實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)。plc在系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進(jìn)行工頻變頻

34、的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。工作流程如圖5.1所示。圖3-6 plc程序流程圖系統(tǒng)起動之后，檢測是自動運(yùn)行模式還是手動運(yùn)行模式。如果是手動運(yùn)行模式則進(jìn)行手動操作，人們根據(jù)自己的需要操作相應(yīng)的按鈕，系統(tǒng)根據(jù)按鈕執(zhí)行相應(yīng)操作。如果是自動運(yùn)行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關(guān)的輸入信號執(zhí)行相應(yīng)的操作。手動模式主要是解決系統(tǒng)出錯或器件出問題在自動運(yùn)行模式中，如果plc接到頻率上限信號，則執(zhí)行增泵程序，增加水泵的工作數(shù)量。如果plc接到頻率下限信號，則執(zhí)行減泵程序，減少水泵的工作數(shù)量。沒接到信號就保持現(xiàn)有的運(yùn)行狀態(tài)。3.8控制方式3.8.1 手動運(yùn)行當(dāng)按下sb7按鈕，用手動方式。按下sb10手動啟動變頻器。當(dāng)系

35、統(tǒng)壓力不夠需要增加泵時，按下sbn（n=1,3,5）按鈕，此時切斷電機(jī)變頻，同時啟動電機(jī)工頻運(yùn)行,再起動下一臺電機(jī)。為了變頻向工頻切換時保護(hù)變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時，用時間繼電器作了時間延遲，當(dāng)壓力過大時，可以手動按下sbn（n=2,4,6）按鈕，切斷工頻運(yùn)行的電機(jī)，同時啟動電機(jī)變頻運(yùn)行?？筛鶕?jù)需要，停按不同電機(jī)對應(yīng)的啟停按鈕，可以依次實(shí)現(xiàn)手動啟動和手動停止三臺水泵.該方式僅供自動故障時使用.3.8.2 自動運(yùn)行由plc分別控制某臺電機(jī)工頻和變頻繼電器，在條件成立時，進(jìn)行增泵升壓和減泵降壓控制. 升壓控制：系統(tǒng)工作時，每臺水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動狀態(tài)、變頻器拖動調(diào)

36、速狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài).系統(tǒng)開始工作時，供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運(yùn)行，第一臺水泵m1，啟動且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)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m1處在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài).當(dāng)用水量增加水壓減小時，通過壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個穩(wěn)定轉(zhuǎn)速;反之用水量減少水壓增加時，水泵按設(shè)定的速率減速到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速.當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻時，水壓仍低于設(shè)定值，由plc控制切換至工頻電網(wǎng)后恒速運(yùn)行;同時，使第二臺水泵m2投入變頻器并變速運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，每當(dāng)加速運(yùn)行的變頻器輸

37、出頻率達(dá)到工頻時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，并有新的水泵投人并聯(lián)運(yùn)行.當(dāng)最后一臺水泵m3投人運(yùn)行，變頻器輸出頻率達(dá)到工頻，壓力仍未達(dá)到設(shè)定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出故障報(bào)警.降壓控制：當(dāng)用水量下降水壓升高，變頻器輸出頻率降至起動頻率時，水壓仍高于設(shè)定值，系統(tǒng)將工頻運(yùn)行時間最長的一臺水泵關(guān)掉，恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達(dá)到設(shè)定值.當(dāng)用水量繼續(xù)下降，每當(dāng)減速運(yùn)行的變頻器輸出頻率降至起動頻率時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下最后一臺變頻泵運(yùn)行為止。3.9主要程序說明3.9.1 總程序的順序功能圖系統(tǒng)分為自動運(yùn)行和手動運(yùn)行兩部分圖3-7 總程序的順序功能圖3.9.2 自動運(yùn)行順序功能圖按下sb8按鈕，系統(tǒng)進(jìn)

38、入自動運(yùn)行模式，順序功能圖如3-8所示。圖3-8 自動運(yùn)行順序功能圖y0接km0控制m1的變頻運(yùn)行，y1接km1控制m1的工頻運(yùn)行；y2接km2控制m2的變頻運(yùn)行，y3接km3控制m2的工頻運(yùn)行；y4接km4控制m3的變頻運(yùn)行，y5接km5控制m3的工頻運(yùn)行系統(tǒng)起動時，km1閉合，#1泵以變頻方式運(yùn)行。 當(dāng)變頻器的運(yùn)行頻率超出一個上限信號后，plc通過這個上限信號后將1#水泵有變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，km1斷開km0吸合，同時km3吸合變頻起動第2#水泵。如果再次接收到變頻器上限信號，則km3斷開km2吸合，第2#水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，3#水泵變頻起動。如果變頻器頻率偏低，即壓力過高，輸出的下

39、限信號使plc關(guān)閉km5、km2，開啟km3，2#水泵變頻起動。再次接到下限信號就關(guān)閉km3、km0，吸合km1，只剩1#水泵變頻運(yùn)行。為了防止出現(xiàn)某臺電動機(jī)既接工頻電又接變頻電設(shè)計(jì)了電氣互鎖。在同是控制m1電動機(jī)的兩個接觸器km1、km0線圈中分別串入了對方的常閉觸頭形成電氣互鎖。3.9.3手動模式順序功能圖當(dāng)按下sb9按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入手動運(yùn)行模式。系統(tǒng)的每步動作都必須有相應(yīng)的操作。順序功能圖如圖3-9所示。圖3-9自動運(yùn)行順序功能圖按下按鈕sb9之后，啟動了變頻器，系統(tǒng)進(jìn)入手動運(yùn)行模式。當(dāng)用戶按下sbn（n=1，3，5）三臺電機(jī)分別處于工頻運(yùn)行，當(dāng)用戶按下sbn（n=2，4，6）三臺電機(jī)分別處于變頻運(yùn)行?？梢远嗯_電機(jī)于不同的頻率工作，但一臺電機(jī)只能以一種頻率下工作。（如#1電機(jī)，如果控制它工作的sb1,sb2按鈕被同時按下則發(fā)出警報(bào)且電機(jī)無法起動。）3.9.4 程序說明（1）自動運(yùn)行部分。起動1#泵按下起動按鈕，系統(tǒng)檢測采用那種運(yùn)行模式。如果按鈕sb7沒按，則使用自動運(yùn)行模式。變頻起動1#水泵。起動1#，2#泵：接收到變頻器上限信號，plc通過這個上限信號后將1#水泵由變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，km1斷開km0吸合，同時km3吸合變頻起動第2#