畢業(yè)論文ok版

1、廣東省技術(shù)師范學(xué)院2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目：變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 江華 指導(dǎo)老師 楊文杰 專 業(yè) 數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維修 院 （系）： 數(shù)控系 2012年 7 月摘 要隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高，再加上目前能源緊缺，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)高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。本設(shè)計(jì)是針對居民生活用水用水而設(shè)計(jì)的。由變頻器、PLC組成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量。電動(dòng)機(jī)泵組由三臺水泵并聯(lián)而成，由變頻器電網(wǎng)供電，根據(jù)供水系統(tǒng)出口水壓和流量來控制變頻器電動(dòng)機(jī)泵組之間的切換及速度，使系統(tǒng)運(yùn)行在最合理的狀態(tài)，保

2、證按需供水。本文介紹了采用PLC控制的變頻調(diào)速供水系統(tǒng)，由PLC進(jìn)行邏輯控制，由變頻器進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。通過PLC控制變頻,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓供水。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有壓力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵字：變頻調(diào)速 ；恒壓供水；PLC目 錄摘 要I第1章 緒 論11.1變頻恒壓供水的目的和意義11.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀11.3畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容2課題來源2畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)2第2章 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成42.1恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成4第3章 變頻器和壓力傳感器63.1 變頻器的基本結(jié)構(gòu)和原理63.2 壓力傳感器的概念8第4章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)94.1系統(tǒng)總體上的規(guī)劃94.1

3、2主要元器件選型104.2系統(tǒng)工作流程104.3系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)11第5章 系統(tǒng)的軟件與仿真設(shè)計(jì)125.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求125.2控制系統(tǒng)的I/O及地址分配125.3 PLC系統(tǒng)選型135.4 電氣控制系統(tǒng)主電路圖135.5 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)145.5.1由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理145.5.2 多泵組泵站泵組管理規(guī)范155.5.3系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)165.5.4系統(tǒng)的運(yùn)行分析175.6 虛擬對象的調(diào)試175.7 供水資源的分配管理175.8 SIMIT 例程設(shè)計(jì)操作18第6章 總 結(jié)20致 謝21參考文獻(xiàn)22附錄 PLC程序23第1章 緒 論1.1變頻恒壓供水的目的和意義隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速

4、發(fā)展，水對人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強(qiáng)，人民對供水的質(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，成為對供水系統(tǒng)的新要求。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，方便地實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控；同時(shí)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能效果，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)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。希望通過對原有系統(tǒng)的技術(shù)改造，提高生產(chǎn)過程的自動(dòng)化水平?？朔捎诓捎脝渭兪謩?dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制帶來的控制不方便、控制系統(tǒng)對供水管

5、網(wǎng)中壓力和水位變化反應(yīng)遲鈍的問題，降低能源消耗和資源浪費(fèi)，提高設(shè)備的可維護(hù)性和運(yùn)行的可靠性，以達(dá)到降低自來水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的。在相當(dāng)比較大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)供水系統(tǒng)，變頻調(diào)速恒壓供水有它自身的特點(diǎn)：1.供水量在短時(shí)間內(nèi)（一天時(shí)間內(nèi)）變化大，這種變化在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)甚至是幾倍或上十倍。2.對供水壓力的要求比較嚴(yán)格，供水的壓力隨供水的流量的變化而變化，甚至少量的水消耗都需要一定的管道壓力。3.一般情況下，供水系統(tǒng)的水流量受到水消耗量的控制，而水流量又是通過供水水泵的輸出來提供的。從上即可結(jié)論：以變頻器為主體構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)不僅能夠最大程度滿足需要，也提高整個(gè)系統(tǒng)的效率，延長系統(tǒng)壽命、節(jié)

6、約能源、而且能夠構(gòu)成復(fù)雜的功能強(qiáng)大的供水系統(tǒng)。1.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀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、壓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)都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機(jī)組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動(dòng)多臺水泵機(jī)組運(yùn)行的情況，因而投資成本高。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)

7、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。目前國內(nèi)在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(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、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。艾默生電氣公司和成都希望集團(tuán)(森蘭變頻器)也推出恒壓供水專用變頻器(5.5kW-22kW)，無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多4臺水泵的循環(huán)切換、定時(shí)起、停和定時(shí)循環(huán)。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

8、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。 可以看出，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)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)的研究還不夠。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。1.3畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1.3.1課題來源本課題來源于生產(chǎn)、生活供水的實(shí)際應(yīng)用。畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)本系統(tǒng)做主要由主供水回路、清水池及泵房組成。如圖1-1為變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，其中，泵房裝有1#3#共三臺泵機(jī)，

9、還有多個(gè)電動(dòng)閥門控制各回路和水流量?？刂葡到y(tǒng)采用了已具有豐富功能的PLC為核心的多功能高可靠性控制系統(tǒng)。恒壓供水的主要目的是保持管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化，這就需要用變頻器為水泵電機(jī)供電。這里采用數(shù)臺電機(jī)配一臺變頻器，變頻器與電機(jī)之間可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，只有一臺泵變頻運(yùn)行，以滿足不同用水量的需求。 圖1-1 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)第2章 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成2.1恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成恒壓供水泵站一般需設(shè)多臺水泵電機(jī)，這比設(shè)單臺水泵及電機(jī)節(jié)能而可靠。配單臺電機(jī)及水泵時(shí)，它們的功率必須足夠的大，在用水量少時(shí)開一臺大電機(jī)肯定是浪費(fèi)的。電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水會(huì)不足。而

10、且水泵與電機(jī)都有維修的時(shí)候，備用泵是必要的。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵電機(jī)供電。這方案是數(shù)臺電機(jī)配一臺變頻器，變頻器與電機(jī)間可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，一臺水泵變頻運(yùn)行。其余水泵工頻運(yùn)行，以滿足不同用水量的需求。圖2-1為恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。圖中壓力傳感器用于檢測管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口。當(dāng)用水量大時(shí)，水壓降低，用水量小時(shí)，水壓升高。水壓傳感器將水壓轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱乃徒o調(diào)節(jié)器。PLC送消防生活變頻器工頻/變頻切換電路1號泵2號泵3號泵壓力罐壓力傳感器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器圖2-1 恒壓供水系統(tǒng)示意圖調(diào)節(jié)器是一種電子裝置，

11、在系統(tǒng)中完成以下幾種功能： (1)設(shè)定水管壓力的給定值。恒壓供水水壓的高低依需要設(shè)定。供水距離越遠(yuǎn)，用水地點(diǎn)越高，系統(tǒng)所需供水壓力越大。給定值即是系統(tǒng)正常工作時(shí)的恒壓值。另外有些供水系統(tǒng)可能有多種用水目的，如將生活用水與消防用水共用一個(gè)泵站，水壓的設(shè)定值可能不止一個(gè)，一般消防用水的水壓要高一些。大部分調(diào)節(jié)器用數(shù)字量進(jìn)行設(shè)定，也有的調(diào)節(jié)器以模擬量方式設(shè)定。(2)接收傳感器送來的管網(wǎng)水壓的實(shí)測值。管網(wǎng)實(shí)測水壓回送到泵站控制裝置成為反饋，調(diào)節(jié)器是反饋的接收點(diǎn)。 (3)根據(jù)結(jié)定值與實(shí)測值的綜合，依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號。調(diào)節(jié)器接收了水壓的實(shí)測反饋信號后，將它與結(jié)定值比較，得到給定值與實(shí)測值之差

12、。如給定位大于實(shí)際值，說明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速如水壓高于理想水壓，要降低水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這些都由調(diào)節(jié)器的輸出信號控制。為了實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)器工作中還有個(gè)調(diào)節(jié)規(guī)律問題，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律多是比例-積分-微分調(diào)節(jié)，俗稱PID調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)，如P、I、D參數(shù)均是可以由使用者設(shè)定的。PID調(diào)節(jié)過程視調(diào)節(jié)器的內(nèi)部構(gòu)成有數(shù)字式調(diào)節(jié)及模擬量調(diào)節(jié)兩類，以微計(jì)算機(jī)為核心的調(diào)節(jié)器多為數(shù)字式調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)器的輸出信號一船是模擬信號，420mA變化的電流信號或010V間變化的電壓信號。信號的量值與前邊提到的差值成比例，用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行設(shè)備工作。在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，執(zhí)行設(shè)

13、備就是變頻器。第3章 變頻器和壓力傳感器3.1 變頻器的基本結(jié)構(gòu)和原理交流變頻器是微計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代電力電子技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果。微計(jì)算機(jī)是變頻器的核心，電力電子器件構(gòu)成了變頻器的主電路。眾所周知，從發(fā)電廠送出的交流電的頻率是恒定不變的，在我國是50Hz。而交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。 ()式中-同步轉(zhuǎn)速，r/min； -定子頻率，Hz； -電機(jī)的磁極對數(shù)。而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ()式中-異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率，一般小于3%。均與送入電機(jī)的電流頻率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比例或接近于正比例。因而，改變頻率可以方便地改變電機(jī)的運(yùn)行速度，也就是說變頻對于交流電機(jī)的調(diào)速來說是十分合適的。從頻率變換的形式來說變頻器分為交-交和交-直

14、-交兩種形式。交-交變頻器可將工頻交流電直接變換成頻率、電壓均可控制的交流電，稱為直接式變頻器。而交-直-交變頻器則是先把工頻交流電通過整流變成直流電。然后再把直流電變換成頻率、電壓均可控制的交流電又稱間接式變頻器。市售通用變頻器多是交-直-交變頻器，其基本結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示。控制指令中間直流環(huán)節(jié)AC控制指令控制指令網(wǎng)側(cè)變流器整流器逆變器ACM運(yùn)行指令圖3-1 交-直-交變頻器的基本結(jié)構(gòu)由主回路，包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制回路組成，現(xiàn)將各部分的功能分述如下：(1)整流器。電網(wǎng)側(cè)的變流器是整流器，它的作用是把三相(也可以是單相)交流整流成直流。(2)直流中間電路。直流中間電路的作用

15、是對整流電路的輸出進(jìn)行平滑，以保證逆變電路及控制電源得到質(zhì)量較高的直流電源。由于逆變器的負(fù)載多為異步電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載。無論是電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)或發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)其功率因數(shù)總不會(huì)為1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無功功率的交換。這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件(電容器或電抗器)來緩沖。所以又常稱直流中間環(huán)節(jié)為中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。(3)逆變器。負(fù)載側(cè)的變流器為逆變器。逆變器的主要作用是在控制電路的控制下將直流平滑輸出電路的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率及電壓都可以任意調(diào)節(jié)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出。(4)控制電路。變頻器的控制電路包括主控制電路、信號檢測電路、門極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電

16、路及保護(hù)電路等幾個(gè)部分。其主要任務(wù)是完成對逆變器的開關(guān)控制，對整流器的電壓控制及完成各種保護(hù)功能?？刂齐娐肥亲冾l器的核心部分的性能的優(yōu)劣決定了變頻器的性能。(5)變頻器有2個(gè)作用，一是作為電機(jī)的軟起動(dòng)裝置，限制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流；二是改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。3.2 壓力傳感器的概念在自動(dòng)控制系統(tǒng)中檢測環(huán)節(jié)是非常重要的一部分，它將檢測到的控制量反饋回輸入端，才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，本系統(tǒng)所用的檢測的是水壓，采用壓力傳感器，它通常安裝在出水管網(wǎng)上，其功能是把出口壓力信號變成420mA變化的電流信號或010V間變化的電壓信號的標(biāo)準(zhǔn)信號送入PLC的端口進(jìn)行調(diào)節(jié)，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出一

17、個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上；當(dāng)用水量超過一臺泵的供水量時(shí)，通過PLC控制切換器進(jìn)行加減泵。根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。此外，系統(tǒng)還設(shè)有多種保護(hù)功能，尤其是硬件/軟件備用水泵功能，充分保證了水泵的及時(shí)維修和系統(tǒng)的正常供水。第4章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)總體上的規(guī)劃恒壓供水要求用戶端不管用水量大小，總保持管網(wǎng)中水壓基本恒定，這樣，既可滿足各部位的用戶對水的需求，又不使電動(dòng)機(jī)

18、空轉(zhuǎn)，造成電能的浪費(fèi)。為實(shí)現(xiàn)上述要求，需要變頻器根據(jù)給定壓力信號和反饋壓力信號，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制管網(wǎng)中水壓恒定的目的。該系統(tǒng)主要由3臺水泵、1臺變頻器、PLC、及線性壓力傳感器等組成。PLC控制各臺水泵的運(yùn)行狀態(tài)（如工頻運(yùn)行、變頻運(yùn)行、停止），從而控制水泵的運(yùn)行臺數(shù)，在供水中利用回路將檢測到的現(xiàn)場壓力值與整定值進(jìn)行比較，比較后的信號送至變頻器，對變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到控制電泵速度的目的。水泵的速度具體的調(diào)節(jié)是采用變頻調(diào)速技術(shù)，利用變頻器對水泵進(jìn)行速度控制。4.12主要元器件選型表2.1 器件列表器件名稱數(shù)量貨品型號規(guī)格三相異步電機(jī)3功率為10KW,20KW,30KW可編程控制器1F

19、X2N -32MR-001變頻器1F700(三菱) 空氣開關(guān)3DZ47-63/3P-50A交流接觸器4CJ-X1-45/22-220V熱繼電器33U-A59/25-40A壓力傳感器1YYB-ES（錢江儀器儀表廠）中間繼電器7JZ-C1-22V萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)1LW112旋鈕3LAY37-NED1紅按鈕3LAY16-A-01R綠按鈕3LAY16-A-10G紅指示2AD16-22R31熔斷器1HG30-32熔芯1RT14-10A電壓表16L2-450V電流互感器1LMK-0.66-100/5A液位控制器261F-GP-N(歐姆龍)接線端子5JH9-15A接線端子13JH9-100A控制柜殼11200*

20、600*3704.2系統(tǒng)工作流程（1）系統(tǒng)工作流程如圖4-2所示圖4-2 工作流程圖（2）系統(tǒng)工作過程首先開主電源和PLC電源，然后根據(jù)需要選擇手動(dòng)或自動(dòng)，如果選擇手動(dòng)，則根據(jù)需要選擇各泵的運(yùn)行，如果選擇自動(dòng)，開變頻器后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)水壓情況調(diào)節(jié)水泵的運(yùn)行，當(dāng)用水量大，水壓過小的時(shí)候，PLC和變頻器配合工作，根據(jù)需要來投入各泵的運(yùn)行，變頻調(diào)速無法滿足時(shí)，PLC將各泵調(diào)整為工頻運(yùn)行。當(dāng)水壓變大時(shí)，PLC和變頻器配合工作，切除相應(yīng)的泵運(yùn)行，如果水壓一直過大時(shí)，PLC則調(diào)整1泵為變頻運(yùn)行。4.3系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)該系統(tǒng)包括3臺水泵電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3，其中M3為備用，系統(tǒng)為一臺變頻器依次控制每臺水

21、泵實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，并實(shí)現(xiàn)恒壓控制。系統(tǒng)具有變頻及工頻兩種運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)變頻泵達(dá)到水泵額定轉(zhuǎn)速后，如水壓在所設(shè)定的判斷時(shí)間內(nèi)還不能滿足恒壓值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將當(dāng)前變頻泵狀態(tài)切換為工頻狀態(tài)，并指示下一臺泵為變頻泵。主電路如圖4-3所示。圖4-3 恒壓供水系統(tǒng)主電路其中接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3手動(dòng)運(yùn)行（手動(dòng)運(yùn)行不受PLC控制，由外部控制），KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3變頻運(yùn)行，KM0控制變頻器的工作，熱繼電器FR起熱保護(hù)作用。第5章 系統(tǒng)的軟件與仿真設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求對變頻恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：1） 供水運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)恒壓運(yùn)行。 2） 通過調(diào)節(jié)電磁閥的

22、開度，控制供水罐的進(jìn)水速度。 3） 三臺電機(jī)按順序進(jìn)行切換，如果壓力低于設(shè)定值，則切換為工頻運(yùn)行同時(shí)開啟下一臺電機(jī)變頻運(yùn)行。4） 同時(shí)變頻器有報(bào)警信號和報(bào)警指示燈。 5.2控制系統(tǒng)的I/O及地址分配將系統(tǒng)所有的輸入信號和輸出信號統(tǒng)一進(jìn)行編址，該系統(tǒng)有6個(gè)輸入信號和8個(gè)輸出信號，下表是將控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號。水位上下限信號分別為X3,X4 它們在水淹沒時(shí)為0沒有淹沒的時(shí)候1 。數(shù)字量輸入地址符 號定 義X0SB1系統(tǒng)啟動(dòng)X1SB2系統(tǒng)停止X2SP1變頻器、水泵報(bào)警信號X3SP2水位下限信號X4SP3水位上限信號X5SP4 壓力傳感器數(shù)字量輸出地址符 號定 義Y0KA1變頻

23、運(yùn)行Y1KA2一號泵變頻運(yùn)行Y2KA3二號泵變頻運(yùn)行Y3KA4三號泵變頻運(yùn)行Y4KA5上線位報(bào)警指示燈L1Y5KA6變頻器報(bào)警指示燈L2Y6KA7進(jìn)水氣閥開Y7KA8進(jìn)水氣閥關(guān)5.3 PLC系統(tǒng)選型 從上面分析可以知道，本系統(tǒng)選用FX2N PLC5.4 電氣控制系統(tǒng)主電路圖如圖6-1所示為電控系統(tǒng)的主電路圖。三臺電機(jī)分別為M1、M2、M3。接觸器KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的工頻運(yùn)行；電機(jī)分別為M1、M2、M3。接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3的變頻運(yùn)行；FRl、FR2、FR3分別為三臺水泵電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器.R S TU V W M M MNL1L

24、2L3KM1 KM2 KM4 KM6FR1FR2FR3 QS1 QS2 QS3 QS4 CIMR-P5A45P5KM3 KM5 圖6-1電控系統(tǒng)主電路5.5 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 硬件連接確定之后，系統(tǒng)的控制功能主要通過軟件實(shí)現(xiàn)結(jié)合前述泵站的控制要求，對泵站軟件設(shè)計(jì)分折如下：5.5.1由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理前邊已經(jīng)說過，為了恒定水壓，在水壓降落時(shí)要升高變頻器的輸出頻率，且在一臺泵工作不能滿足恒壓要求時(shí)，需啟動(dòng)第二臺泵或第三臺泵。判斷需啟動(dòng)新泵的標(biāo)準(zhǔn)是變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定的上限值。這一功能可通過比較指令實(shí)現(xiàn)。為了判斷變頻器工作頻率達(dá)上限值的確實(shí)性，應(yīng)濾去偶然的頻率波動(dòng)引起的頻率達(dá)到上限

25、情況，在程序中考慮采取時(shí)間濾波。5.5.2 多泵組泵站泵組管理規(guī)范由于變頻器泵站希望每一次啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)均為軟啟動(dòng)，又規(guī)定各臺水泵必須交替使用，多泵組泵站泵組的投運(yùn)要有個(gè)管理規(guī)范。在該系統(tǒng)中，控制要求中規(guī)定任一臺泵連續(xù)變頻運(yùn)行不得超過3h，因此每次需啟動(dòng)新泵或切換變額泵時(shí)，以新運(yùn)行泵為變頻泵是合理的。具體的操作時(shí)，將現(xiàn)行運(yùn)行的變頻泵從變頻器上切除，并接上工頻電源運(yùn)行，將變頻器復(fù)位并用于新運(yùn)行泵的啟動(dòng)。除此之外，泵組管理還有一個(gè)問題就是泵的工作循環(huán)控制，本例中使用泵號加1的方法實(shí)現(xiàn)變頻泵的循環(huán)控制(3再加1等于0)，用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號實(shí)現(xiàn)工頻泵的輪換工作。5.5.3系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程圖如下圖

26、6-2 圖6-2 控制程序流程圖5.5.4系統(tǒng)的運(yùn)行分析（1）設(shè)備控制3臺水泵電機(jī)當(dāng)系統(tǒng)在生活供水運(yùn)行中，低峰供水時(shí)，工作一臺水泵電機(jī)變頻調(diào)速，用水量加大時(shí)，首臺工作水泵由低速向高速調(diào)頻，當(dāng)工作頻率達(dá)到50 Hz即水泵滿負(fù)荷工作時(shí)仍不能滿足用水要求時(shí)，則變頻調(diào)速器控制第二臺水泵調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)工作2臺水泵。如用水量進(jìn)一步增加，變頻調(diào)速器控制第三臺水泵調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)工作3臺水泵。供水量減少時(shí)，水泵工做一段時(shí)間后實(shí)測水壓仍高于水壓設(shè)定值時(shí)，直接停止第三臺工作水泵，第一、二臺繼續(xù)變頻運(yùn)行，如2臺水泵同時(shí)工作實(shí)際水壓仍高于設(shè)定值，第二臺水泵停止運(yùn)行，第一臺變頻運(yùn)轉(zhuǎn)，如1臺水泵同時(shí)工作實(shí)際水壓仍高于設(shè)定值

27、，則第一臺水泵也停止變頻。（2）安全問題在軟件方面設(shè)置多個(gè)保護(hù)環(huán)節(jié)，時(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)狀態(tài)，安全報(bào)警等。硬件方面設(shè)置安全鏈機(jī)械保護(hù)，經(jīng)多個(gè)閉合觸點(diǎn)組成，包括緊急停車，壓力超上下限開關(guān)，水位超上下限開關(guān)，電機(jī)過熱保護(hù)繼電器，空載保護(hù)等。安全鏈多個(gè)觸點(diǎn)均為常閉觸點(diǎn)，其中任一觸點(diǎn)斷開，安全鏈即失效，系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)。須排除故障，系統(tǒng)才能進(jìn)行正常工作。5.6 虛擬對象的調(diào)試在實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)上控制器PLC程序的調(diào)試步驟如下： (1）在GX6中打開編寫好的控制程序恒壓供水工程； (2）把程序下載到PLC中，將PLC置于RUN狀態(tài)； (3）開始仿真： 5.7 供水罐模型設(shè)計(jì)該部分的實(shí)現(xiàn)如圖6-7所示：圖6-6 供水罐

28、模型設(shè)計(jì)這里的供水罐、傳感器以及各種泵和電機(jī)都是來自于Library中Flownet，PI是一個(gè)壓力傳感器，用來測量供水壓力，通過前臺的Digital Display（壓力）來顯示；LI是一個(gè)液位傳感器，用來測量水罐的液位，通過前臺的Digital Display（液位）來顯示；這里其他的邏輯關(guān)系是根據(jù)變頻器的輸出頻率，再加上一個(gè)PID控制器，來調(diào)節(jié)供水壓力。5.8 SIMIT 例程設(shè)計(jì)操作恒壓供水控制現(xiàn)場如下圖6-8所示：圖6-8恒壓供水現(xiàn)場外觀圖根據(jù)控制系統(tǒng)要求與現(xiàn)場器件的對應(yīng)，前臺設(shè)計(jì)如下圖6-9所示：圖6-9全自動(dòng)變頻恒壓供水對象仿真界面其中啟動(dòng)、停止、報(bào)警信號這三個(gè)按鈕，是來自于wi

29、dgets一欄operate(dynamic)庫中的Switch元件，這些按鈕是用來給控制程序傳送輸入信號；閥開度設(shè)置和流量設(shè)置是來自widgets一欄operate(dynamic)中的slider元件，用來設(shè)置供水閥的流量；指示燈元件是來自于widgets中Display中的Image Display元件，這些指示燈分別用來顯示三臺水泵電機(jī)的運(yùn)行頻率，以及水箱液位是否到達(dá)上限或下限。另外四個(gè)Digital Display來自于widgets中的Display，用來顯示系統(tǒng)的供水壓力，和水泵電機(jī)的運(yùn)行頻率。第6章 總 結(jié)本文在分析和比較用于供水行業(yè)的控制系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一套以變頻調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)的恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中有如下認(rèn)識：（1）在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺水泵工況的調(diào)節(jié)是通過變頻器來改變電源的頻率f來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速n，從而改變水泵性能曲線得以實(shí)現(xiàn)的。分析水泵工況點(diǎn)節(jié)流調(diào)節(jié)，可以看出利用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)恒壓供水，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，流量與轉(zhuǎn)速成正比，功率以轉(zhuǎn)速的三次方下降，與恒速泵供水方式中用閘閥增加阻力的節(jié)流方式相比，在一定程度上可以減少能量損耗，能夠明顯節(jié)能。（2）變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器