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

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）恒壓供水的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)Water Supply PLC control system design 摘 要 本文介紹恒壓供水基本原理及系統(tǒng)構(gòu)成，說明了變頻調(diào)速恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)由可編程控制器、內(nèi)置PID變頻器、水泵電機(jī)組、壓力傳感器、及控制柜等構(gòu)成。PLC恒壓供水的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)管網(wǎng)流量變化時(shí)，能達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)能、安全、供水高品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。 本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，采用變頻器和PLC實(shí)現(xiàn)恒壓供水和數(shù)據(jù)傳輸，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)。最后對(duì)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。文章介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與

2、軟件的實(shí)現(xiàn)，并對(duì)系統(tǒng)采取的可靠性措施進(jìn)行了說明。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)具有高度的可靠性和實(shí)時(shí)性，極大地提高了供水的質(zhì)量，并且節(jié)省了人力，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。關(guān)鍵詞：變頻器 PLC 恒壓供水 PID Abstract This paper introduces the basic principle and system of constant pressure water supply, that the variable frequency speed constant pressure water supply automatic control system by programma

3、ble controller, built-in PID frequency converter, motor pump group, a pressure sensor, and control cabinet. Advantages of PLC constant pressure water supply is that when the pipe flow changes, the advantages can achieve the stable water supply pressure and energy saving, safety, water quality This p

4、aper analyzes the structure of VF speed regulating constant-pressure water supply, and proposes several control methods. By careful study and comparison, PLC and inverter's method fits water supply system and data transmission very well. Finally the paper shows the design of constant pressure su

5、pply water controller according to PID data and detailed introduction of its software and hardware, and then illustrates its general design, software implement and the measures of preventable disturbance in details. The system can not only remarkably improve the quality of water supply, but also eco

6、nomize on labor, which will surely bring us both economic and social benefits.Keywords: VF speed PLC constant pressure water supply PID目錄摘 要1Abstract2第一章 緒論41.1課題的提出41.2恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略41.3恒壓供水系統(tǒng)特點(diǎn)41.4恒壓供水的應(yīng)用領(lǐng)域5第二章 恒壓供水系統(tǒng)所需要的器件62.1可編程控制器62.1.2可編程控制器的組成62.1.3可編程控制器的工作原理72.1.4 可編程控制器的特點(diǎn)72.2變頻器72.2.1變頻器

7、的簡介72.2.2 變頻器的基本組成82.2.4變頻器的特點(diǎn)92.2.5 變頻器關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)定102.2.6 變頻器的功能102.3PID調(diào)節(jié)及PID功能指令112.3.1 PID控制原理112.3.2 PID的調(diào)節(jié)功能122.3.3帶PID回路調(diào)節(jié)器與PLC的控制方式12第三章 恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及編程133.1恒壓供水系統(tǒng)的工藝過程及控制要求133.1.1 恒壓供水系統(tǒng)的工藝過程133.1.2 控制要求133.2恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)143.2.1控制系統(tǒng)的I/O信號(hào)分配143.2.2 電氣控制系統(tǒng)原理圖15第四章 恒壓供水的系統(tǒng)調(diào)試及注意事項(xiàng)274.1系統(tǒng)調(diào)試274.2注意事項(xiàng)27第五章 總

8、 結(jié)28參考文獻(xiàn)29致 謝30 第一章 緒論 1.1課題的提出 眾所周知，水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分,生產(chǎn)和生活都離不開水。但如果水源離用水場(chǎng)所較遠(yuǎn),就需要管道的運(yùn)輸。而將水送到較遠(yuǎn)或較高的地方，管道中是需要有一定水壓的，水壓高了，才能將水輸送到遠(yuǎn)處或較高的樓層。產(chǎn)生水壓的設(shè)備是水泵，水泵轉(zhuǎn)動(dòng)的越快，產(chǎn)生的水壓越高。 傳統(tǒng)的供水方式（包括水箱/水塔供水和氣壓供水）。水箱/水塔供水稱為重力供水，具有供水壓力比例恒定和儲(chǔ)水的功能。它是由位置高度形成的壓力來進(jìn)行供水的，為此需要建造水塔或?qū)⑺渲糜诮ㄖ锏捻斏?。但是常常不能滿足供水要求，難以滿足不斷增加的用水需求。同時(shí)在屋頂上形成很大的負(fù)重

9、，增加了結(jié)構(gòu)面積，也妨礙了美觀。此外，屋頂水箱必須高出水面幾米，建筑方面較難處理，而且投資周期長。但是，現(xiàn)在的恒壓供水應(yīng)以經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)先進(jìn)，供水安全可靠為原則，利用交流變頻器可以平滑連續(xù)的調(diào)節(jié)。交流變頻器是改變交流電源頻率的電力電子設(shè)備，輸入三相工頻交流電后，可以輸出頻率平滑變化的三相交流電。61.2恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略采用電動(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)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)整泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，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)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè) 定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)

10、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)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)和運(yùn)行變量泵電動(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。目前自動(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控制器或?qū)Ｓ玫墓┧刂葡到y(tǒng)。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)警及打印報(bào)表等功能，所以在一些高標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)中被廣泛使用。8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

11、化的調(diào)度、管理、監(jiān)控及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的手段。隨著城市建設(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。11.3恒壓供水系統(tǒng)特點(diǎn) 1、節(jié)電：優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實(shí)現(xiàn)最大限度地節(jié)能運(yùn)行；   2、節(jié)水：根據(jù)實(shí)際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓力，自動(dòng)控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象；   3、 運(yùn)行可靠：由變頻器實(shí)現(xiàn)泵的軟起動(dòng)，使水泵實(shí)現(xiàn)由工頻到變頻的無沖擊切換，防止管網(wǎng)沖擊、避免管網(wǎng)壓力超限，管道破裂。   4、

12、聯(lián)網(wǎng)功能：采用全中文工控組態(tài)軟件，實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)站點(diǎn)，如電機(jī)的電壓、電流、工作頻率、管網(wǎng)壓力及流量等。并且能夠累積每個(gè)站點(diǎn)的用電量，累積每臺(tái)泵的出水量，同時(shí)提供各種形式的打印報(bào)表，以便分析統(tǒng)計(jì)。   5、 控制靈活：分段供水，定時(shí)供水，手動(dòng)選擇工作方式。4   6、 自我保護(hù)功能完善：如某臺(tái)泵出現(xiàn)故障，主動(dòng)向上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信息，同時(shí)啟動(dòng)備用泵，以維持供水平衡。萬一自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用戶可以直接操作手動(dòng)系統(tǒng)，以保護(hù)供水。1.4恒壓供水的應(yīng)用領(lǐng)域 1、 自來水供水、生活小區(qū)及消防供水系統(tǒng)，亦可用于熱水供應(yīng)、恒壓噴淋等系統(tǒng)。 2、 工業(yè)企業(yè)生

13、活、生產(chǎn)供水系統(tǒng)及工廠其它需恒壓控制領(lǐng)域（如空壓機(jī)系統(tǒng)的恒壓供氣、恒壓供風(fēng)）。各種場(chǎng)合的恒壓、變壓控制，冷卻水和循環(huán)供水系統(tǒng)。 3、 污水泵站、污水處理及污水提升系統(tǒng)。 4、 農(nóng)業(yè)排灌、園林噴淋、水景和音樂噴泉系統(tǒng)。 5、 賓館、大型公共建筑供水及消防系統(tǒng)。第2章 恒壓供水系統(tǒng)所需要的器件2.1可編程控制器2.1.1 可編程控制器的定義 可編程控制器（Programmable logic Controller，簡稱PLC）是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了

14、如下定義：PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。2.1.2可編程控制器的組成 可編程控制器一般由微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(RAM、ROM)、輸入輸出接口(I/O)、編碼器及電源等部分組成。 圖2-1可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)框圖2.1.3可編程控制器的工作原理1. PLC的工作方式PLC采用反復(fù)循環(huán)的順序掃描工作

15、方式，整個(gè)掃描過程可分為上電處理、自診斷處理、通信服務(wù)和程序掃描四個(gè)環(huán)節(jié)。2.PLC的工作過程PLC的工作過程可以分為三個(gè)階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。2 輸入采樣階段 在程序執(zhí)行之前，PLC將所有輸入信號(hào)的狀態(tài)（開或關(guān)、即1或0）讀入到輸入映像寄存器中，這稱為對(duì)輸入信號(hào)的采樣，即輸入刷新。接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行期間，即使輸入信號(hào)的變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，輸入狀態(tài)的變化只能在下一個(gè)工作周期的輸入采樣階段才被重心讀入。 程序執(zhí)行階段 PLC在程序執(zhí)行階段，總是按從左到右，自上而下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描。每執(zhí)行一條指令時(shí)，所需要的輸入元件狀態(tài)或其他元件

16、的狀態(tài)分別由輸入映像寄存器和元件映像寄存器中讀出，而將程序執(zhí)行結(jié)果隨時(shí)寫入到元件映像寄存器中，所以元件映像寄存器中的內(nèi)容是隨程序執(zhí)行的過程變化的。 輸出刷新階段 整個(gè)程序執(zhí)行完畢，將元件映像寄存器中所有輸出元件的ON/OFF狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存寄存器，再驅(qū)動(dòng)用戶輸出設(shè)備（負(fù)載），這才是PLC的實(shí)際輸出。注意，輸入映像寄存器在采樣時(shí)刷新；元件映像寄存器進(jìn)行實(shí)行刷新；輸出端子的通/斷由輸出鎖存器決定。.1.4 可編程控制器的特點(diǎn)2.2變頻器 2.2.1變頻器的簡介變頻器（Variable-frequency Drive，縮寫：VFD），也稱為變頻驅(qū)動(dòng)器或驅(qū)動(dòng)控制器，可譯作Inverter（和逆變器的

17、英文相同）。變頻器是可調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一種，是應(yīng)用變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)改變交流電動(dòng)機(jī)工作電壓的頻率和幅度，來平滑控制交流電動(dòng)機(jī)速度及轉(zhuǎn)矩，最常見的是輸入及輸出都是交流電的交流/交流轉(zhuǎn)換器。 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電能控制裝置，能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護(hù)等功能。 變頻器的應(yīng)用范圍很廣，從小型家電到大型的礦場(chǎng)研磨機(jī)及壓縮機(jī)。全球約1/3的能量是消耗在驅(qū)動(dòng)定速離心泵、風(fēng)扇及壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)上，而變頻器的市場(chǎng)滲透率仍不算高。能源效率的顯著提升是使用變頻器的主要原因之一。 變頻器技術(shù)和電力電子有密切關(guān)系，包括半導(dǎo)體

18、切換元件、變頻器拓?fù)?、控制及模擬技術(shù)、以及控制硬件及固件的進(jìn)步等。 2.2.2 變頻器的基本組成變頻器通常分為4部分：整流單元、高容量電容、逆變器和控制器。整流單元：將工作頻率固定的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。 高容量電容：存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換后的電能。 逆變器：由大功率開關(guān)晶體管陣列組成電子開關(guān)，將直流電轉(zhuǎn)化成不同頻率、寬 度、幅度的方波。 控制器：按設(shè)定的程序工作，控制輸出方波的幅度與脈寬，使疊加為近似正弦波的交流電，驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)。2.2.3 變頻器的工作原理 主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。

19、11電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。 圖22變頻器工作原理圖水泵電機(jī)多采用三相異步電動(dòng)機(jī)，而其轉(zhuǎn)速公式為： 式 (2.1) 式中：f表示電源頻率，p表示電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)，s表示轉(zhuǎn)差率。從上式可知，三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有：(l) 改變電源頻率(2) 改變電機(jī)極對(duì)數(shù)(3) 改變轉(zhuǎn)差率 由式 (2.1) 可知，轉(zhuǎn)速 n 與頻率 f 成正比，只要改變頻率 f 即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率 f 在 0 50Hz 的范圍內(nèi)變化時(shí)

20、，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，就可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。變頻器就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。但是，單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行性能惡化。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，已出現(xiàn)了各種性能良好、工作可靠的變頻調(diào)速電源裝置，它們促進(jìn)了變頻調(diào)速的廣泛應(yīng)用。 改變電機(jī)極對(duì)數(shù)調(diào)速的調(diào)控方式控制簡單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高，但需要專門的變極電機(jī)，是有級(jí)調(diào)速，而且級(jí)差比較大，即變速時(shí)轉(zhuǎn)速變化較大，轉(zhuǎn)矩也變化大，因此只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機(jī)器。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速為了保證其較大的調(diào)速范圍一般采用串級(jí)調(diào)速的方式，其最大優(yōu)點(diǎn)是它可以回收轉(zhuǎn)差功率，節(jié)

21、能效果好，且調(diào)速性能也好，但由于線路過于復(fù)雜，增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗，且成本高而影響它的推廣價(jià)值。2.2.4變頻器的特點(diǎn)變頻器具有過壓、欠壓、過流、過載、短路、失速等自動(dòng)保護(hù)功能。能實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟起動(dòng)，減小電氣和機(jī)械沖擊噪音，延長設(shè)備使用壽命。變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn):(1)節(jié)能：變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備使整個(gè)供水系統(tǒng)始終保持最優(yōu)工作狀態(tài)節(jié)電率可達(dá)35%60% ，這一特點(diǎn)已被廣大用戶所認(rèn)識(shí)并帶來效益(2)占地面積小，投人少，效率高：設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊占地面積少維護(hù)方便維護(hù)費(fèi)用低投資省安裝快如僅供幾棟居民樓生活用水的小型供水設(shè)備在樓梯間樓梯下幾平方米的地方即可安裝。(3)配置靈活，功能齊全，自動(dòng)化

22、程度高。(4)由于變頻恒壓調(diào)速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，大大降低水質(zhì)污染的可能性：眾所周知南方氣候炎熱潮濕細(xì)菌和微生物極易繁殖和滋生尤其是高位水箱很容易生紅蟲必須定期清洗改用變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備后只需一個(gè)低位水箱原來也有將水質(zhì)污染降到最低限度。(5)通過通信控制，可以實(shí)現(xiàn)無人值守，節(jié)省了人力物力。2.2.5 變頻器關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)定Pr.79是操作模式選擇，變頻器的操作模式可以用外部信號(hào)操作，也可以用PU(旋鈕、RUN鍵)操作。任何一種操作模式都可固定或組合使用。我們恒壓系統(tǒng)采用了“2”只能執(zhí)行外部操作。Pr.1 上限頻率設(shè)置成50Hz。Pr.2 下限頻率設(shè)置成25Hz。Pr.

23、7 加速時(shí)間設(shè)置成3s。Pr.8 減速時(shí)間設(shè)置成3s。Pr.13 啟動(dòng)頻率設(shè)置為10Hz。Pr.30是擴(kuò)展功能顯示選擇，“0”僅顯示基本功能，“1”顯示全部參數(shù)，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)用到很多端口，所以選擇“1”。Pr.17 是運(yùn)行旋轉(zhuǎn)方向選擇，“0”正轉(zhuǎn)，：“1”反轉(zhuǎn)。本系統(tǒng)僅抽水，所以選擇“0”。Pr.52 是選擇操作面板顯示數(shù)據(jù)選擇，“0”輸出頻率“1”輸出電流“100”停止中設(shè)定頻率/運(yùn)行中輸出頻率。本系統(tǒng)要頻率，所以選擇“0”。Pr.60 RL端子功能選擇，系統(tǒng)中要用到復(fù)位，所以設(shè)置為“10”：RES復(fù)位。Pr.73 是0-5V，0-10V選擇，我們采用0-5V輸出的壓力傳感器，所以設(shè)置為“0”

24、：DC 0-5V輸入。2.2.6 變頻器的功能. 變頻節(jié)能變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、水泵的應(yīng)用上。為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計(jì)配用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)，都留有一定的富余量。當(dāng)電機(jī)不能在滿負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，除達(dá)到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費(fèi)。風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)，如果流量要求減小，通過降低泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。電動(dòng)機(jī)使用變頻器的作用就是為了調(diào)速，并降低啟動(dòng)電流。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直

25、流電（DC），這個(gè)過程叫整流。把直流電（DC）變換為交流電（AC）的裝置，其科學(xué)術(shù)語為“inverter”(逆變器)。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的逆變電源。對(duì)于逆變?yōu)轭l率可調(diào)、電壓可調(diào)的逆變器我們稱為變頻器。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要是用在三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速用，又叫變頻調(diào)速器。對(duì)于主要用在儀器儀表的檢測(cè)設(shè)備中的波形要求較高的可變頻率逆變器，要對(duì)波形進(jìn)行整理，可以輸出標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，叫變頻電源。一般變頻電源是變頻器價(jià)格的1520倍。由于變頻器設(shè)備中產(chǎn)生變化的電壓或頻率的主要裝置叫“inverter”，故該產(chǎn)品本身就被命名為“inverter”，即：變頻器。變頻不是

26、到處可以省電，有不少場(chǎng)合用變頻并不一定能省電。 作為電子電路，變頻器本身也要耗電（約額定功率的3-5%）。一臺(tái)1.5匹的空調(diào)自身耗電算下來也有20-30W,相當(dāng)于一盞長明燈. 變頻器在工頻下運(yùn)行，具有節(jié)電功能，是事實(shí)。但是他的前提條件是：第一、大功率并且為風(fēng)機(jī)/泵類負(fù)載；第二、裝置本身具有節(jié)電功能（軟件支持）；第三、長期連續(xù)運(yùn)行。這是體現(xiàn)節(jié)電效果的三個(gè)條件。除此之外，無所謂節(jié)不節(jié)電，沒有什么意義。如果不加前提條件的說變頻器工頻運(yùn)行節(jié)能，就是夸大或是商業(yè)炒作。知道了原委，你會(huì)巧妙的利用他為你服務(wù)。一定要注意使用場(chǎng)合和使用條件才好正確應(yīng)用，否則就是盲從、輕信而“受騙上當(dāng)”。 2. 功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能

27、 無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。 3. 軟啟動(dòng)節(jié)能電機(jī)硬啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)時(shí)對(duì)擋板和閥門的損害極大，對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。11而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。從理論上講，變頻器可以用

28、在所有帶有電動(dòng)機(jī)的機(jī)械設(shè)備中，電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，電流會(huì)比額定高5-6倍的，不但會(huì)影響電機(jī)的使用壽命而且消耗較多的電量.系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)在電機(jī)選型上會(huì)留有一定的余量，電機(jī)的速度是固定不變，但在實(shí)際使用過程中，有時(shí)要以較低或者較高的速度運(yùn)行，因此進(jìn)行變頻改造是非常有必要的。變頻器可實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)、補(bǔ)償功率因素、通過改變?cè)O(shè)備輸入電壓頻率達(dá)到節(jié)能調(diào)速的目的，而且能給設(shè)備提供過流、過壓、過載等保護(hù)功能。2.3PID調(diào)節(jié)及PID功能指令2.3.1 PID控制原理 根據(jù)反饋原理：要想維持一個(gè)物理量不變或基本不變，就應(yīng)該引這個(gè)物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系統(tǒng)。我們要想保持水壓的恒定，因此就必須引入水壓反饋值與給定值比

29、較，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。但被控制的系統(tǒng)特點(diǎn)是非線性、大慣性的系統(tǒng)，現(xiàn)在控制和PID相結(jié)合的方法，在壓力波動(dòng)較大時(shí)使用模糊控制，以加快響應(yīng)速度；在壓力范圍較小時(shí)采用PID來保持靜態(tài)精度。10這通過PLC加智能儀表可時(shí)現(xiàn)該算法，同時(shí)對(duì)PLC的編程來時(shí)現(xiàn)泵的工頻與變頻之間的切換。實(shí)踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價(jià)也不高。要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，根據(jù)反饋定理在管網(wǎng)系統(tǒng)的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，管網(wǎng)的充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個(gè)大滯后系統(tǒng)，不易直接采用PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，而采用PLC參與控制的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用。2.3.2 PID的調(diào)節(jié)功能由壓力傳感

30、器反饋的水壓信號(hào)(4-20mA或0-5V)直接送入PLC的輸入口，輸入信號(hào)同設(shè)定的壓力值，通過PID比較計(jì)算后，確定需切換泵的數(shù)量和變頻泵的運(yùn)行頻率，系統(tǒng)參數(shù)在實(shí)際運(yùn)行中不斷，使系統(tǒng)壓力始終穩(wěn)定在設(shè)定的范圍內(nèi)。 2.休眠功能 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到用戶用水量較小或不用水(如夜晚)的情況，為了節(jié)能，該系統(tǒng)專用設(shè)置了可以使水泵暫停工作的“休眠”功能，當(dāng)變頻器頻率輸出低于其下限時(shí)，主泵停止工作(處于休眠狀態(tài))，休眠水泵啟動(dòng)，進(jìn)行補(bǔ)水。 “休眠值”變頻器輸出的下限頻率和“休眠確認(rèn)時(shí)間”可通過變頻器參數(shù)設(shè)置。當(dāng)變頻器的輸出頻率低于休眠值的時(shí)間時(shí)變頻器繼續(xù)工作，當(dāng)變頻器的輸出頻率高于休眠值的時(shí)間時(shí)變頻器將進(jìn)

31、入休眠狀態(tài)?！皢拘阎怠庇晒┧畨毫ο孪迒?dòng)，當(dāng)供水壓力低于下限值時(shí)由PLC發(fā)出指令喚醒變頻器工作。2.3.3帶PID回路調(diào)節(jié)器與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(cè)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，輸入給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號(hào)。 由于變頻器的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)是由可編程控制

32、器或PID回路調(diào)節(jié)器給出的，所以對(duì)可編程控制器來講。既要有模擬量輸入接口，又要有模擬量輸出接口。由于帶模擬量輸入，輸出接口的可編程控制器價(jià)格很高，這無形中就增加了供水設(shè)備的成本。若采用帶有模擬量輸入，數(shù)字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器的數(shù)字量輸出口端另接一塊PWM調(diào)制板，將可編程控制器輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量。7這樣，可編程控制器的成本沒有降低，還增加了連線和附加設(shè)備，降低了整套設(shè)備的可靠性。如果采用一個(gè)開關(guān)量輸入，輸出的可編程控制器和一個(gè)PID回路調(diào)節(jié)器，其成本也和帶模擬量輸入，輸出的可編程控制器差不多。所以，在變頻調(diào)速恒壓給水控制設(shè)備中，PID控制信號(hào)的產(chǎn)生和輸出就成為降低給

33、水設(shè)備成本的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。第三章 恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及編程3.1恒壓供水系統(tǒng)的工藝過程及控制要求3.1.1 恒壓供水系統(tǒng)的工藝過程以下介紹一個(gè)以三臺(tái)泵組構(gòu)成的生活、消防雙恒壓無塔供水系統(tǒng)的實(shí)例。如圖3-1所示，市網(wǎng)自來水用高低水位控制器EQ來控制注誰閥YV1，自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水池注水。水池的高/低水位信號(hào)也直接送給PLC，作為高/低水位報(bào)警。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離較小。生活用水和消防用水共用三臺(tái)泵，平時(shí)電磁閥YV2處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺(tái)泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，維持生活用水低恒壓。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電磁閥YV2

34、得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺(tái)泵供消防用水使用，并維持消防用水的高恒壓值。火災(zāi)結(jié)束后，三臺(tái)泵再改為生活用水。3圖3-1.生活、消防雙恒壓無塔供水系統(tǒng)3.1.2 控制要求對(duì)三泵生活、消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：（1）生活供水時(shí)系統(tǒng)為低恒壓值運(yùn)行；消防供水時(shí)系統(tǒng)為高恒壓值運(yùn)行。（2）三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要，采取“先開先停”的原則接入和退出。（3）在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過3h，則要切換下一臺(tái)泵，避免某一臺(tái)工作時(shí)間過長。（4）從經(jīng)濟(jì)性考慮，三臺(tái)泵只配用一臺(tái)變頻器，但都要有軟啟動(dòng)性能。（5）要有完善的報(bào)警功能。（6）泵的操作要有手動(dòng)控制功能，以便在火災(zāi)、應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。3.2

35、恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.2.1控制系統(tǒng)的I/O信號(hào)分配 表3-1 I/O信號(hào)分配表信號(hào)名稱符號(hào)I/O地址輸輸入信號(hào)手動(dòng)、自動(dòng)消防信號(hào)SA1X0水池水位下限信號(hào)SL-LX1水池水位上限信號(hào)SL-HX2變頻器報(bào)警信號(hào)SL-UX3消鈴SB9X4試燈SB10X5測(cè)取水壓Up模擬量輸入通道1輸輸出信號(hào)1號(hào)泵工頻運(yùn)行接觸器及指示HL1Y01號(hào)泵變頻運(yùn)行接觸器及指示HL2Y12號(hào)泵工頻運(yùn)行接觸器及指示HL3Y22號(hào)泵變頻運(yùn)行接觸器及指示HL4Y33號(hào)泵工頻運(yùn)行接觸器及指示HL5Y43號(hào)泵變頻運(yùn)行接觸器及指示HL6Y5生活/消防供水轉(zhuǎn)換YV2Y10水池水位下限報(bào)警HL7Y11變頻器故障報(bào)警HL8Y12火災(zāi)報(bào)警H

36、L9Y13報(bào)警HAY14變頻器復(fù)位控制KAY15控制變頻器頻率電壓信號(hào)V模擬量輸出模塊電壓通道3.2.2 電氣控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)主電路圖3-2 控制系統(tǒng)主電路如圖3-2，M1,M2,M3為三臺(tái)電動(dòng)機(jī)，接觸器KM1,KM3,KM5分別用于M1,M2,M3的工頻運(yùn)動(dòng)，接觸器KM2,KM4,KM6分別控制M1,M2,M3的變頻運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)R2,FR1,FR3分別為三臺(tái)水泵的電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器。5 系統(tǒng)控制電路圖 如圖3-3為電控系統(tǒng)控制電路圖。SA為手動(dòng)/自動(dòng)運(yùn)行的轉(zhuǎn)換開關(guān)，（1位時(shí)為手動(dòng)，2位時(shí)為自動(dòng)）。圖中按鈕SB1-SB8控制三臺(tái)泵的啟動(dòng)/停止和電磁閥YV2的通/斷；自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在

37、PLC程序下運(yùn)行。圖3-3 電控系統(tǒng)控制電路 PLC輸入輸出設(shè)備的接線圖3-4為PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線圖?；馂?zāi)時(shí)，火災(zāi)信號(hào)SA1被觸動(dòng)，X000為1。本例忽略了以下因素：9（1） 直流電源容量。（2） 電源方面的抗干擾措施。（3） 輸出方面的保護(hù)措施。（4） 系統(tǒng)保護(hù)措施。 圖3-4 恒壓供水控制系統(tǒng)PLC輸入輸出設(shè)備的接線 上電初始化調(diào)初始化子程序生活/消防供水壓力給定值設(shè)定上電和故障結(jié)束時(shí)重新激活變頻泵號(hào)存儲(chǔ)器變頻器頻率上限時(shí)增泵濾波符合增泵條件時(shí)，工頻泵運(yùn)行數(shù)加1頻率下限時(shí)，減泵濾波符合減泵條件時(shí)工頻泵運(yùn)行數(shù)減1變頻增泵或換泵時(shí)置位M203.2.3 恒壓共水系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)復(fù)位變頻器頻率為軟啟動(dòng)做準(zhǔn)備產(chǎn)生關(guān)斷當(dāng)前變頻泵脈沖信號(hào)變頻泵號(hào)加1產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)產(chǎn)生下一臺(tái)泵變頻運(yùn)行啟動(dòng)信號(hào)變頻工作泵的泵號(hào)轉(zhuǎn)移一臺(tái)變頻泵運(yùn)行持續(xù)時(shí)間判斷3h時(shí)間到，則產(chǎn)生下一臺(tái)泵的變頻啟動(dòng)