基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)設計方案

鑒于PLC的恒壓供水系統(tǒng)設計方案第1第1章緒論1.1城市供水系統(tǒng)的要求盡人皆知，水是生產生活中不行缺乏的重要構成部分，在節(jié)水節(jié)能己成為時代特色的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能欠缺的國家，長久以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產循環(huán)供水等方面技術向來比較落伍，自動化程度低。主要表此刻用水頂峰期，水的供應量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低求過于供的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供應量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓高升供過于求的狀況，此時將會造成能量的浪費，同時有可能以致水管爆破和用水設施的破壞。在恒壓供水技術出現(xiàn)從前，出現(xiàn)過很多供水方式。以下就逐個剖析。一臺恒速泵直接供水系統(tǒng)這種供水方式，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，有的甚至連蓄水池也沒有，直接從城市公用水網中抽水，嚴重影響城市公用管網壓力的穩(wěn)固。這種供水方式，水泵整天不斷運行，有的可能在夜間用水低谷時段停止運行。這種系統(tǒng)形式簡單、造價最低但耗電、耗水嚴重，水壓不穩(wěn)，供水質量極差。恒速泵+水塔的供水方式這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶供水。水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系統(tǒng)所需要壓力。水塔注滿后水泵停止，水塔水位低于某一地點時再啟動水泵。水泵處于斷續(xù)工作狀態(tài)中。這種供水方式，水泵工作在額定流量額定揚程的條件下，水泵處于高效能區(qū)。這種方式明顯比前種節(jié)電，其節(jié)電率與水塔容量、水泵額定流量、用水不平均系數(shù)、水泵的開、停時間比、開/停頻次等有關。供水壓力比較穩(wěn)固。但這種供水方式基建設施投資最大，占地面積也最大;水壓不行調，不可以兼?zhèn)浣谂c遠期的需要；并且系統(tǒng)水壓不可以隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所需要壓力降落而降落，故還存在一些能量損失和二次污染問題。并且在使用過程中，假如該系統(tǒng)水塔的水位監(jiān)控裝置破壞的話，水泵不可以進行自動的開、停，這樣水泵的開、停，將完好由人操作，這時將會出現(xiàn)能量的嚴重浪費和供水質量的嚴重降落。射流泵十水箱的供水方式這種方式是利用射流泵自己的獨到結構進行工作，利用壓差和來水管粗，出水管細的變徑工藝來實現(xiàn)供水，可是因為其技術和工藝的不完美，加之該方式會出現(xiàn)有壓無量(流量)的現(xiàn)象，沒法知足高層供水的需要。恒速泵十高位水箱的供水方式這種方式原理與水塔是相同的，不過水箱設在建筑物的頂層。高層建筑還可分層設立水箱。占地面積與設施投資都有所減少，但這對建筑物的造價與設計都有影響，同時水箱受建筑物的限制，容積不可以過大，所以供水范圍較小。一些動物甚至人都可能進入水箱污染水質。水箱的水位監(jiān)控裝置也簡單破壞，這樣系統(tǒng)的開、停，將完好由人工操作，使系統(tǒng)的供水質量降落能耗增添。恒速泵十氣壓罐供水方式這種方式是利用封閉的氣壓罐取代高位水箱蓄水，經過監(jiān)測罐內壓力來控制泵的開、停。罐的占地面積與水塔水箱供水方式對比較小，并且能夠放在地上，設施的成本比水塔要低得多。并且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水質因異物進入而被污染的可能性。但氣壓罐供水的方式也存在著很多弊端，在介紹完變頻調速供水方式后，再將二者作一比較。變頻調速供水方式這種系統(tǒng)的原理是經過安裝在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號與設定壓力值作比較，再經過控制器調理變頻器的輸出，無級調理水泵轉速。使系統(tǒng)水壓不論流量如何變化一直穩(wěn)固在必定的范圍內.變頻調速水泵調速控制方式有三種:水泵出口恒壓控制、水泵出口變壓控制、給水系統(tǒng)最不利點恒壓控制。出口恒壓控制水泵出口恒壓控制是將壓力傳感器安裝在水泵出口處，使系統(tǒng)在運行過程中水泵出口水壓恒定。這種方式合用于管路的阻力損失在水泵揚程中所占比率較小，整個給水系統(tǒng)的壓力能夠看作是恒定的，但這種控制方式若在供水面積較大的居住區(qū)中應用時，因為管路能耗較大，在低峰用水時，最不利點的流出水頭高于設計值，故水泵出口恒壓控制方式不可以獲取最正確的節(jié)能成效。出口變壓控制水泵出口變壓控制也是將壓力傳感器安裝在水泵出口處，但其壓力設定值不不過一個是將每天24小時按用水曲線分紅若干時段，計算出各個時段所需的水泵出口壓力，進行整日變壓，各時段恒壓控制。這種控制方式實質上是水泵出口恒壓控制的特別形式。他比水泵出口恒壓控制方式能更節(jié)能，但這取決于將全天24小時分紅的時段數(shù)及所需水泵出口壓力計算的精準程度。所需水泵出口壓力計算得越切合實質狀況越節(jié)能，將全天賦得越細越節(jié)能，自然控制的實現(xiàn)也越復雜。最不利點恒壓控制最不利點恒壓控制是將壓力傳感器安裝在系統(tǒng)最不利點處;使系統(tǒng)在運行過程中保持最不利點的壓力恒定。這種方式的節(jié)能成效是最正確的，但因為最不利點一般距離水泵較遠，壓力信號的傳輸在實質應用中遇到諸多限制，所以工程中極少采納。變頻調速的方式在節(jié)能成效上明顯優(yōu)于氣壓罐方式。氣壓罐方式依賴壓力罐中的壓縮空氣送水，氣壓罐配套水泵運行時，水泵在額定轉速、額定流量的條件下工作.當系統(tǒng)所需水量降落時，供水壓力將高出系統(tǒng)所需要的壓力進而造成能量的浪費。同時水泵是工頻次啟動，且啟動屢次，又會造成必定的能耗。而變頻恒壓供水在系統(tǒng)用水量降落時可無級調理水泵轉速，使供水鴨梨與系統(tǒng)所需水壓大概相等，這樣就節(jié)儉了很多電能，同時變頻器對水泵采納軟啟動，啟動時沖擊電流小，啟動能耗比較小。此外氣壓罐要消耗必定的鋼量，這也是它的一個較大的弊端。而變頻調速供水系統(tǒng)的變頻器是一臺由微機控制的電氣設施，不存在耗費多少鋼材的問題。同時因為氣壓罐體積大，占地面積一般為幾十平米。而變頻調速式中的調速裝置占地面積僅為幾平米。因而可知變頻調速供水方式比氣壓罐供水方式將節(jié)儉大量占地面積。在運行成效上，氣壓罐方式與調速式對比也存在著必定差距。氣壓罐方式的運行不穩(wěn)固，突出表此刻它的屢次啟動。因為氣壓罐的調理容量僅占其總容積的1/3-1/6，因此每個罐的調理能力很小，只得依賴屢次的啟動來保證供水，這樣將產生較大的噪聲，同時因為啟動過于屢次，壓力不穩(wěn)，加之硬啟動，電氣和機械沖擊較大，設施破壞很快。變頻調速式的運行十分穩(wěn)固靠譜，沒有屢次的啟動現(xiàn)象，加之啟動方式為軟啟動，設施運行十分安穩(wěn)，防止了電氣、機械沖擊。在小區(qū)供水中，并且因為調速式是經水泵加壓后直接送往用戶的，防備了的水質二次污染，保證了飲用水水質靠譜。因而可知，變頻調速式供水系統(tǒng)擁有節(jié)儉能源、節(jié)儉鋼材、節(jié)儉占地、節(jié)儉投資、調理能力大、運行穩(wěn)固靠譜的優(yōu)勢，擁有廣闊的應用遠景和明顯的經濟效益與社會效益。跟著社會經濟的快速發(fā)展，水對人民生活與工業(yè)生產的影響日趨增強，人民對供水的質量和供水系統(tǒng)靠譜性的要求不斷提升。把先進的自動化技術、控制技術、通信及網絡技術等應用到供水領域，成為對供水系統(tǒng)的新要求。因為城市供水量不斷加大，對城市管網的及時監(jiān)測提出了更高的要求。變頻恒壓供水產生的背景和意義泵站擔負著工農業(yè)和生活用水的重要任務，運行中需大量耗費能量，提升泵站效率:降低能耗，對公民經濟有重要意義。我國泵站的特色是數(shù)目大、范圍廣、種類多、發(fā)展速度快，在工程規(guī)模上也有必定水平，但因為設計中忽略動能經濟看法以及機電產品種類和質量上存在的一些問題等等原由，以致在技術水平、工程標準以及經濟效益指標等方面與外國先進水平對比，還有必定的差距。目前，大量的電能耗費在水泵、風機負載上，城鄉(xiāng)居民用水設施所耗費的電量在這種負載中占了相當?shù)谋嚷?。這一方面是因為我國居民多，用水量大，造成用電量大:另一方面是因為我國供水設施工作效率低，控制方式不夠科學合理。造成不用要的能量浪費。所以，研究提水系統(tǒng)的能量模型，找出能夠節(jié)能的控制策略方法，這里大有潛力可挖，是減少能耗，保障供水的一個很存心義的工作。以變頻器為中心聯(lián)合PLC構成的控制系統(tǒng)擁有高靠譜性、強抗擾亂能力、組合靈巧、編程簡單、維修方便和低成本等諸多特色，變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術、電氣技術、防雷避雷技術、現(xiàn)代控制、遠程監(jiān)控技術于一體。采納該系統(tǒng)進行供水能夠提升供水系統(tǒng)的穩(wěn)固性和靠譜性，方便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控;同時系統(tǒng)擁有優(yōu)異節(jié)能性，這在能量日趨緊缺的今日尤其重要，所以研究設計該系統(tǒng)，關于提升公司效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面擁有重要的現(xiàn)實意義。國內外研究概略變頻恒壓供水是在變頻調速技術的發(fā)展以后漸漸發(fā)展起來的。在初期，因為外國生產的變頻器的功能主要限制在頻次控制、起落速控制、正反轉控制、起制動控制、變壓變頻比控制及各種保護功能。應用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為履行機構，為了知足供水量大小需求不一樣時，保證管網壓力恒定，需在變頻器外面供應壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進行閉環(huán)控制。從查閱的資料的狀況來看，外國的恒壓供水工程在設計時都采納一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式，幾乎沒實用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的狀況，因此投資成本高。即1968年，丹麥的丹佛斯公司發(fā)明并首家生產變頻器（丹佛斯是傳動產品全世界五大中心供應商之一）后，跟著變頻技術的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)固性、靠譜性以及自動化程度高等方面的長處以及明顯的節(jié)能成效被大家發(fā)現(xiàn)和認同后，外國很多生產變頻器的廠家開始重視并推出擁有恒壓供水功能的變頻器，像瑞典、瑞士的ABB公司推出了HVAC變頻技術，法國的施耐德公司就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調理器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，經過設置指令代碼實現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只需搭載配套的恒壓供水單元，即可直接控制多個內置的電磁接觸器工作，可構成最多七臺電機（泵）的供水系統(tǒng)。這種設施固然說是微化了電路結構，降低了設施成本，但其輸出接口的擴展功能缺乏靈巧性，系統(tǒng)的動向性能和穩(wěn)固性不高，與其余監(jiān)控系統(tǒng)（如BA系統(tǒng)）和組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據通信，并且限制了帶負載的容量，所以在實質使用時其范圍將會遇到限制。目前國內有許多公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采納外國品牌的變頻器控制水泵的轉速，水管的管網壓力的閉環(huán)調理及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采納可編程控制器（PLC）及相應的軟件予以實現(xiàn);有的采納單片機及相應的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動向性能、穩(wěn)固性能、抗擾亂性能以及開放性等多方面的綜合技術指標來說，還遠遠沒能達到所實用戶的要求。原深圳華為（現(xiàn)己更名為艾默生）電氣公司和成都希望公司〔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調理器，可達成最多四臺水泵的循壞切換、準時起動、停止和準時循環(huán)（月麥丹佛斯公司的VLT系列變頻器可實現(xiàn)七臺水泵機組的切換）。該變頻器將壓力閉環(huán)調理與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負載容量，同時操作不方便且不擁有數(shù)據通信功能，所以只合用于小容量，控制要求不高的供水場所。能夠看出，目前在國內外變頻調速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設計中，關于能適應不同的用水場合，聯(lián)合現(xiàn)代控制技術、網絡和通信技術同時兼?zhèn)湎到y(tǒng)的電磁兼容性（EMC）的變頻但壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究仍是不夠的。所以，有待于進一步研究改良變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應用于生活、生產實踐中。采納變頻調理此后，系統(tǒng)實現(xiàn)了軟起動，電機起動電流從零漸漸增至額定電流，起動時間相應延伸，對電網沒有較大的沖擊，減少了起動機械轉矩關于電機的機械損害，有效的延伸了電機的使用壽命。這種調控方式以穩(wěn)固水壓為目的，各種優(yōu)化方案都是以母管（市政來水管）入口壓力保持恒定為條件。實質上，給水泵站的出口壓力同意在必定范圍內變化。所以這種調控方式減小了優(yōu)化范圍，所獲取的解為局部最優(yōu)解，不可以完好保證泵站一直工作在最優(yōu)狀態(tài).變頻調速是優(yōu)于過去任何一種調速方式（如調壓調速、變極調速、串級調速等），是此刻國際上一項效益最高、性能最好、應用最廣、最有發(fā)展前程的電機調速技術.它采納微機控制技術;電力電子技術和電機傳動技術實現(xiàn)了工業(yè)溝通電動機的無級調速，具有高效率、寬范圍和高精度等特色。以變頻器為中心聯(lián)合PLC構成的控制系統(tǒng)擁有高可靠性、強抗擾亂能力、組合靈巧、編程簡單、維修方便和低成本低能耗等諸多特色。設計任務及要求本系統(tǒng)以一個供水系統(tǒng)作為被控對象，研究鑒于MCGS組態(tài)軟件的供水監(jiān)控系統(tǒng)設計，使系統(tǒng)獲取較好的性能指標。主要設計內容為：認識供水系統(tǒng)的運行工藝狀況，設計恒壓供水控制系統(tǒng)的硬件電路；研究恒壓變頻供水的控制方法，開發(fā)鑒于MCGS組態(tài)軟件的監(jiān)控界面，達成系統(tǒng)監(jiān)控調試，實現(xiàn)對系統(tǒng)的高性能控制。恒壓供水系統(tǒng)變頻恒壓供水系統(tǒng)跟著變頻技術的發(fā)展和人們對生活飲用水質量要求的不斷提升，變頻恒壓供水系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能和高質量的供水質量等特色，寬泛應用于多層住所小區(qū)及高層建筑的生活、消防供水中。變頻恒壓供水的調速系統(tǒng)能夠實現(xiàn)水泵電機無級調速，依照用水量的變化自動調理系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以知足用水要求，是此刻最初進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實質應用中怎樣充足利用專用變頻器內置的各種功能，對合理設計變頻恒壓供水設施、降低成本、保證產質量量等有側重要意義。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對比，不管是設施的投資，運行的經濟性，仍是系統(tǒng)的穩(wěn)固性、靠譜性、自動化程度等方面都擁有沒法比較的優(yōu)勢，并且擁有明顯的節(jié)能成效。目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正向著高靠譜性、全數(shù)字化微機控制、多品種系列化的方向發(fā)展。追求高度智能化、系列化、標準化，是將來供水設施適應城鎮(zhèn)建設中成片開發(fā)、智能樓宇、網絡供水調動和整體規(guī)劃要求的必定趨向。變頻恒壓供水系統(tǒng)能合用生活水、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)擁有以下特色:供水系統(tǒng)的控制對象是用戶管網的水壓，它是一個過程控制量，同其余一些過程控制量(如:溫度、流量、濃度等)相同，對控制作用的響應擁有滯后性。同時用于水泵轉速控制的變頻器也存在必定的滯后效應。用戶管網中因為有管阻、水錘等要素的影響，同時又因為水泵自己的一些固有特征，使水泵轉速的變化與管網壓力的變化成正比，所以變頻調速恒壓供水系統(tǒng)是一個線性系統(tǒng)。變頻調速恒壓供水系統(tǒng)要擁有寬泛的通用性，面向各種各種的供水系統(tǒng)，而不一樣的供水系統(tǒng)管網結構、用水量和揚程等方面存在著較大的差別，所以其控制對象的模型擁有很強的多變性。在變頻調速恒壓供水系統(tǒng)中，因為有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包含定量泉的停止和運行)是不時發(fā)生的，同時定量泵的運行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確立性地發(fā)生變化，所以能夠認為，變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是不時變化的。當出現(xiàn)不測的狀況(如忽然停水、斷電、泵、變頻器或軟啟動器故障等)時，系統(tǒng)能依據泵及變頻器或軟啟動器的狀態(tài)，電網狀況及水源水位，管網壓力等工況點自動進行切換，保證管網內壓力恒定。在故障發(fā)生時，履行特意的故障程序，保證在緊迫狀況下的還能進行供水。水泵的電氣控制柜，其有遠程和就地控制的功能和數(shù)據通信接口，能與控制信號或控制軟件相連，能對供水的有關數(shù)據進行及時傳遞，以便顯示和監(jiān)控以及報表打印等功能。⑺用變頻器進行調速，用調理泵和固定泵的組合進行恒壓供水，節(jié)能成效明顯，對每臺水泵進行軟啟動，啟動電流可從零到電機額定電流，減少了啟動電流對電網的沖擊同時減少了啟動慣性對設施的大慣量的轉速沖擊，延伸了設施的使用壽命。2.2課題研究的對象I開乞廠、J關I丁1M'干用戶用水I\1T1/I泵組水池」」圖2.1供水流程簡圖刺次設計研究的對象是一棟樓房的供水系統(tǒng)。這棟樓有10層，因為高層樓對水壓的要求高，在水壓低時，高層用戶將沒法正常用水甚至出現(xiàn)無水的狀況，水壓高時將造成能源的浪費。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藏的水池中再經過水泵加壓送給用戶。經過水泵加壓后，一定恒壓供應每一個用戶。2.3變頻恒壓供水控制方式的選擇目前國內變頻恒壓供水設施電控柜的控制方式有：.邏輯電子電路控制方式這種控制電路難以實現(xiàn)水泵機組所有軟啟動、全流量變頻調理，常常采納一臺泵固定于變頻狀態(tài)，其余泵均為工頻狀態(tài)的方式。所以，控制精度較低、水泵切換時水壓顛簸大、調試較麻煩、工頻泵起動時有沖擊、抗擾亂能力較弱，但其成本較低。.單片微機電路控制方式這種控制電路優(yōu)于邏輯電路，但在對付不一樣管網、不一樣供水狀況時，調試較麻煩;追加功能時常常要對電路進行改正，不靈巧也不方便。電路的靠譜性和抗擾亂能力都不太好。?帶PID回路調理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供應可變頻次的電源。實現(xiàn)電機的無級調速，進而使管網水壓連續(xù)變化。傳感器的任務是檢測管網水壓，壓力設定單元為系統(tǒng)供應知足用戶需要的水壓希望值。壓力設定信號和壓力反應信號在輸入可編程控后，經可編程控制器內部PID控制程序的計算，輸出給變頻器一個轉速控制信號。還有一種方法是將壓力設定信號和壓力反應信號送入PID回路調理器，由PID回路調理器在調理器內部進行運算后，輸入給變頻器一個轉速調理信號。因為變頻器的轉速控制信號是由可編程控制器或PID回路調理器給出的，所以對可編程控制器來講。既要有模擬量輸入接口，又要有模擬量輸出接口。因為帶模擬量輸入，輸出接口的可編程控制器價錢很高，這無形中就增添了供水設施的成本。若采納帶有模擬量輸入，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調制板，將可編程控制器輸出的數(shù)字量信號轉變成模擬量。這樣，可編程控制器的成本沒有降低，還增添了連線和附帶設施，降低了整套設施的靠譜性。假如采納一個開關量輸入，輸出的可編程控制器和一個PID回路調理器，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，在變頻調速恒壓給水控制設施中，PID控制信號的產生和輸出就成為降低給水設施成本的一個重點環(huán)節(jié)。4．新式變頻調速供水設施針對傳統(tǒng)的變頻調速供水設施的不足之處，國內外許多生產廠家近來幾年來紛繁推出了一系列新式產品，如華為的TD2100；施耐德公司的Altivar58泵切換卡；SANKEN的SAMCO—I系列；ABB公司的ACS600、ACS400系列產品；富士公司的GIIS/PIIS系列產品；等等。這些產品將PID調理器以及簡略可編程控制器的功能都綜合進變頻器內，形成了帶有各種應用的新式變頻器。因為PID運算在變頻器內部，這就省去了對可編程控制器存貯容量的要乞降對PID算法的編程，并且PID參數(shù)的在線調試特別簡單，這不單降低了生產成本，并且大大提升了生產效率。因為變頻器內部自帶的PID調理器采納了優(yōu)化算法，所以使水壓的調理十分光滑，穩(wěn)固。同時，為了保證水壓反應信號值的正確、不失值，可對該信號設置濾波時間常數(shù)，同時還可對反應信號進行換算，使系統(tǒng)的調試特別簡單、方便?？紤]以上四種方案后，此次設計采納第四種方案。如圖2.2所示。PLC變頻器壓力

傳感器開關用戶用水水泵組PLC變頻器壓力

傳感器開關用戶用水水泵組?水池—圖2.2供水系統(tǒng)方案圖2.4變頻構成恒壓供水系統(tǒng)的及工作原理系統(tǒng)的構成用戶他昌網用戶他昌網圖2.3系統(tǒng)原理圖如圖2.3所示，整個系統(tǒng)由三臺水泵，一臺變頻調速器，一臺PLC和一個壓力傳感器及若干協(xié)助零件構成。三臺水泵中每臺泵的出水管均裝有手動閥，以供維修和調理水量之用，三臺泵協(xié)調工作以知足供水需要；變頻供水系統(tǒng)中檢測管路壓力的壓力傳感器，一般采納電阻式傳感器仮應0-5V電壓信號）或壓力變送器（反應4?20mA電流）；變頻器是供水系統(tǒng)的中心，經過改變電機的頻次實現(xiàn)電機的無極調速、無顛簸穩(wěn)壓的成效和各項功能。從原理框圖，我們能夠看出變頻調速恒壓供水系統(tǒng)由履行機構、信號檢測、控制系統(tǒng)、人機界面、以及報警裝置等部分構成。(1)履行機構履行機構是由一組水泵構成，它們用于將水供入用戶管網，圖2.3中的3個水泵分為二種種類:調速泵:是由變頻調速器控制、能夠進行變頻調整的水泵，用以依據用水量的變化改變電機的轉速，以保持管網的水壓恒定。恒速泵:水泵運行只在工頻狀態(tài)，速度恒定。它們用于在用水量增大而調速泵的最大供水能力不足時，對供水量進行定量的增補。(2)信號檢測在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包含自來水出水水壓信號和報警信號:水壓信號:它反應的是用戶管網的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反應信號。報警信號:它反應系統(tǒng)能否正常運行，水泵電機能否過載、變頻器能否有異樣。該信號為開關量信號。(3)控制系統(tǒng)供水控制系一致般安裝在供水控制柜中，包含供水控制器(PLC系統(tǒng))、變頻器和電控設施三個部分。①供水控制器:它是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的中心。供水控制器直接對系統(tǒng)中的工況、壓力、報警信號進行收集，對來自人機接口和通信接口的數(shù)據信息進行剖析、實行控制算法，得出對履行機構的控制方案，經過變頻調速器和接觸器對履行機構(即水泵)進行控制。②變頻器:它是對水泵進行轉速控制的單元。變頻器追蹤供水控制器送來的控制信號改變調速泵的運行頻次，達成對換速泵的轉速控制。電控設施:它是由一組接觸器、保護繼電器、變換開關等電氣元件構成。用于在供水控制器的控制下達成對水泵的切換、手/自動切換等。(4)人機界面人機界面是人與機器進行信息溝通的場所。經過人機界面，使用者能夠改正設定壓力，改正一些系統(tǒng)設定以知足不一樣工藝的需求，同時使用者也能夠從人機界面上得悉系統(tǒng)的一些運行狀況及設施的工作狀態(tài)。人機界面還能夠對系統(tǒng)的運行過程進行監(jiān)示，對報警進行顯示。(5)通信接口通信接口是本系統(tǒng)的一個重要構成部分，經過該接口，系統(tǒng)能夠和組態(tài)軟件以及其他的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據互換，同時經過通信接口，還能夠將現(xiàn)代先進的網絡技術應用到本系統(tǒng)中來，比如能夠對系統(tǒng)進行遠程的診療和保護等(6)報警裝置作為一個控制系統(tǒng)，報警是必不行少的重要構成部分。因為本系統(tǒng)能合用于不一樣的供水領域，所認為了保證系統(tǒng)安全、靠譜、安穩(wěn)的運行，防備因電機過載、變頻器報警、電網過大顛簸、供水水源中止、出水超壓、泵站內溢水等等造成的故障，所以系統(tǒng)一定要對各種報警量進行監(jiān)測，由PLC判斷報警類型，進行顯示和保護動作控制，免得造成不用要的損失工作原理合上空氣開關，供水系統(tǒng)投入運行。將手動、自動開關打到自動上，系統(tǒng)進入全自動運行狀態(tài)，PLC中程序第一接通KM6，并起動變頻器。依據壓力設定值（依據管網壓力要求設定）與壓力實質值（來自于壓力傳感器）的誤差進行PID調理，并輸出頻次給定信號給變頻器。變頻器依據頻次給定信號及早先設定好的加快時間控制水泵的轉速以保證水壓保持在壓力設定值的上、下限范圍以內，實現(xiàn)恒壓控制。同時變頻器在運行頻次抵達上限，會將頻次抵達信號送給PLC，PLC則依據管網壓力的上、下限信號和變頻器的運行頻次能否抵達上限的信號，由程序判斷能否要起動第2臺泵（或第3臺泵）。當變頻器運行頻次達到頻次上限值，并保持一段時間，則PLC會將目前變頻運行泵切換為工頻運行，并快速起動下1臺泵變頻運行。此時PID會連續(xù)經過由遠傳壓力表送來的檢測信號進行剖析、計算判斷，進一步控制變頻器的運行頻次，使管壓保持在壓力設定值的上、下限誤差范圍以內。增泵工作過程：假設增泵次序為1、2、3泵。開始時，1泵電機在PLC控制下先投入調速運行，其運行速度由變頻器調理。當供水壓力小于壓力預置值時變頻器輸出頻次升高，水泵轉速上漲，反之降落。當變頻器的輸出頻次達到上限，并穩(wěn)固運行后，假如供水壓力仍沒達到預置值，則需進入增泵過程。在PLC的邏輯控制下將1泵電機與變頻器連結的電磁開關斷開，1泵電機切換到工頻運行，同時變頻器與2泵電機連結，控制2泵投入調速運行。假如還沒抵達設定值，則連續(xù)依照以上步驟將2泵切換到工頻運行，控制3泵投入變頻運行。減泵工作過程：假設減泵次序挨次為3、2、1泵。當供水壓力大于預置值時，變頻器輸出頻次降低，水泵速度降落，當變頻器的輸出頻次達到下限，并穩(wěn)固運行一段時間后，把變頻器控制的水泵停機，假如供水壓力仍大于預置值，則將下一臺水泵由工頻運行切換到變頻器調速運行，并連續(xù)減泵工作過程。假如在晚間用水不多時，當最后一臺正在運行的主泵處于低速運行時，假如供水壓力仍大于設定值，則停機并啟動輔泵投入調速運行，進而達到節(jié)能成效。變頻恒壓供水系統(tǒng)中加減水泵的條件剖析在上邊的工作流程中，我們提到當一臺調速水泵己運行在上限頻次，此時管網的實際壓力仍低于設定壓力，此時需要增添恒速水泵來知足供水要求，達到恒壓的目的。當調速水泵和恒速水泵都在運行且調速水泵己運行在下限頻次，此時管網的實質壓力仍高于設定壓力，此時需要減少恒速水泉來減少供水流量，達到恒壓的目的。那么何時進行切換，刁能使系統(tǒng)供應穩(wěn)固靠譜的供水壓力，同時使機組可是于屢次的切換。只管通涌變頻器的頻次都能夠在0-400Hz范圍內進行調理，但當它用在供水系統(tǒng)中，

其頻次調理的范圍是有限的，不行能無窮地增大和減小。當正在變頻狀態(tài)下運行的水泵電機要切換到工頻狀態(tài)下運行時，只好在50Hz時進行。因為電網的限制以及變頻器和電機工作頻次的限制，50Hz成為頻次調理的上限頻次。當變頻器的輸出頻次己經抵達50Hz時,即便實質供水壓力仍舊低于設定壓力，也不可以夠再增添變頻器的輸出頻次了。要增添實質供水壓力，正如前方所講的那樣，只好夠經過水泵機組切換，增添運行機組數(shù)目來實現(xiàn)。此外，變頻器的輸出頻次不可以夠為負值，最低只好是0Hz。其實，在實質應用中，變頻器的輸出頻次是不行能降低到0Hz。因為當水泵機組運行，電機帶動水泵向管網供水時，因為管網中的水壓會反推水泵，給帶動水泵運行的電機一個反向的力矩，同時這個水壓也在必定程度上阻擋源水池中的水進入管網，所以，當電機運行頻次降落到一個值時，水泵就己經抽不出水了，實質的供水壓力也不會跟著電機頻次的降落而降落。這個頻次在實質應用中就是電機運行的下限頻次。這個頻次遠大于0Hz,詳細數(shù)值與水泵特征及系統(tǒng)所使用的場所有關，一般在20Hz左右。因為在變頻運行狀態(tài)下，水泵機組中電機的運行頻次由變頻器的輸出頻次決定，這個下限頻次也就成為變頻器頻次調理的下限頻次。在實質應用中，應該在的確需要機組進行切換的時候才進行機組的切換。所謂延時鑒別，是指系統(tǒng)僅知足頻次和壓力的鑒別條件是不夠的，假如真的要進行機組切換，切換所要求的頻次和壓力的鑒別條件一定成立并且能夠保持一段時間（比方1-2分鐘），假如在這一段延時的時間內切換條件仍舊成立，則進行實質的機組切換操作；假如切換條件不可以夠保持延不時間的要求，說明鑒別條件的知足不過臨時的，假如進行機組切換將可能惹起一系列剩余的切換操作。2.5主電路接線圖電機有兩種工作模式即：在工頻電下運行和在變頻電下運行。KM1、電機有兩種工作模式即：在工頻電下運行和在變頻電下運行。KM1、KM3、KM5分別為電動機M1、M2、M3工頻運行時接通電源的控制接觸器，KM0、KM2、KM4分別為電動機M1、M2、M3變頻運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原理工作的保護電路，它在電路中的用作電動機的過載保護。熔斷器（FU）是電路中的一種簡單的短路保護裝置。使用中，因為電流超出同意值產生的熱量使串接于主電路中的熔體融化而切斷電路，防備電氣設施短路和嚴重過載。第第3章器件的選型及介紹3.1可編程控制器簡介PLC可編程控制器是60年月末在繼電器系統(tǒng)上發(fā)展起來的，當時稱作可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController,)簡稱PLC?？删幊炭刂破鞯漠a生和發(fā)展與繼電器控制系統(tǒng)有很大的關系。繼電器是一種用弱電信號控制強電信號的電磁開關，但在復雜的控制系統(tǒng)中，故障的查找和清除特別困難，不適應于工藝要求發(fā)生變化的場合。由此,產生了可編程控制器，它是以微辦理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術，用面向控制過程、面向用戶的簡單編程語句，適應工業(yè)環(huán)境，是簡單易懂，操作方便、靠譜性高的新一代通用工業(yè)控制器，是今世工業(yè)自動化的主要支柱之一。可編程控制器擁有豐富的輸入/輸出接口，并擁有較強的驅動能力，但它的產品其實不針對某一詳細工業(yè)應用，其靈巧標準的配置能夠適應工業(yè)上的各種控制。在實質應用中，其硬件可依據實質需要采納配置，其軟件則需要依據要求進行設計。圖3.1PLC的硬件結構框圖可編程邏輯控制器，采納的是計算機的設計思想，最初主要用于次序控制，只好進行邏輯運算。跟著微電子技術計算機技術和通信技術的發(fā)展，以及工業(yè)自動化控制愈來愈高的需求，PLC不論在功能上、速度上、智能化模塊以及聯(lián)網通信上，都有很大的提升。此刻的PLC已不不過開關量控制，其功能遠遠高出了次序控制、邏輯控制的范圍，具備了模擬量控制、過程控制以及遠程通信等強盛功能。美國電氣制造商協(xié)會(NEMA)將其正式命名為可編程控制器(ProgrammableController)簡稱PC，可是為了和個人計算機(Persona1Computer)的簡稱PC相差別，人們常常把可編程控制器仍簡稱為PLC。事實上與所有的器件相同，PLC自己也有其限制性，它沒法向操作者顯示動向的設

備狀態(tài)參數(shù)，沒法進行大量量數(shù)據的存貯與轉變，特別是當系統(tǒng)工藝改變時，沒法方便、快速地改變有關參數(shù)、配方。所以，在當今的略微復雜一些的控制系統(tǒng)中，PLC往常與工業(yè)控制計算機配合使用，實現(xiàn)完好的控制功能。PLC的特色現(xiàn)代可編程控制器不單能實現(xiàn)對開關量的邏輯控制，還擁有數(shù)學運算、數(shù)學辦理、運動控制、模擬量PID控制、通信網絡等功能。在發(fā)達的工業(yè)化國家，可編程控制器已經寬泛的應用在所有的工業(yè)部門，其應用已擴展到樓宇自動化、家庭自動化、商業(yè)、公用事業(yè)、測試設施和農業(yè)等領域。概括可編程控制器主要有以下幾方面的長處：1）編程方法簡單易學2）功能強，性能價錢比高3）硬件配套齊備，用戶使用方便，適應性強4）無觸點免配線，靠譜性高，抗擾亂能力強5）系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少6）維修工作量小，維修方便7）體積小，能耗低。3.1.3PLC的工作過程程豐假售勒檢愴酩程豐假售勒檢愴酩*■Cl」r?l趙卜E_J—I1■i出毎扛播41期卷入采樣附段1程序執(zhí)行階較丄耀出制插階段1*~T"圖3.2PLC的掃描工作過程PLC是在系統(tǒng)軟件的控制和指揮下，采納循環(huán)次序掃描的工作方式，其工作過程就是程序的履行過程，它分為輸入采樣、程序履行和輸出刷新三個階段，如圖3.2所示。PLC在I/O辦理方面一定恪守的規(guī)則以下：①輸入映像寄存器的數(shù)據，取決于輸入端子板在上一個刷新時間的狀態(tài)；②程序怎樣履行，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)，由輸出指令的履行結果斷定。輸出鎖存器中的數(shù)據，由上一個刷新時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。PLC的選型

水泵M1、M2,M3可變頻運行，也可工頻運行，需PLC的6個輸出點，變頻器的運行與關斷由PLC的1個輸出點，控制變頻器使電機正轉需1個輸出信號控制，報警器的控制需要1個輸出點，輸出點數(shù)目一共9個。控制起動和停止需要2個輸入點，變頻器極限頻次的檢測信號占用PLC2個輸入點，系統(tǒng)自動/手動起動需1輸入點，手動控制電機的工頻/變頻運行需6個輸入點，控制系統(tǒng)停止運行需1個輸入點，檢測電機能否過載需3個輸入點，共需15個輸入點。系統(tǒng)所需的輸入/輸出點數(shù)目共為24個點。本系統(tǒng)采納FX-30MR-Dos型PLC。PLC的接線_MlM2M3MlMlM2M2M3M3自動/手動變起初薦上FLOL討載V我訂我二預三煩工麵疋擔工換巴預于衣頻器拒石SBSSB1SB5SH5SBSBSSB1SB5SH5SB7SB10C6IXoXiX2X3X4x$XaXiX10FXO&-30MR-DCOMYoYiY2YsY4YiY*Y?YwKKtl廠111KKtl廠111rnr■1KLtt40KXllfKM6圖3.3PLC的接線圖Y0接KM0控制M1的變頻運行，Y1接KM1控制M1的工頻運行；Y2接KM2控制M2的變頻運行，Y3接KM3控制M2的工頻運行；Y4接KM4控制M3的變頻運行，Y5接KM5控制M3的工頻運行。X0接起動按鈕，X1接停止按鈕，X2接變頻器的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。為了防備出現(xiàn)某臺電動機既接工頻電又接變頻電設計了電氣互鎖。在同時控制M1電動機的兩個接觸器KM1、KM0線圈中分別串入了對方的常閉觸頭形成電氣互鎖。頻次檢測的上/下限信號分別經過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3.2變頻器3.2.1變頻器的構成往常由變頻器主電路（IGBT、BJT、或GTO作逆變元件）給異步電動機供應調壓調頻電源。此電源輸出的電壓或電流及頻次，由控制回路的控制指令進行控制。而控制指令則依據外面的運行指令進行運算獲取。關于需要更精細速度或快速響應的場合，運算即防備因變頻器還應包含由變頻器主電路和傳動系統(tǒng)檢測出來的信號和保護電路信號，即防備因變頻器主電路的過電壓、過電流惹起的損失外，還應保護異步電動機及傳動系統(tǒng)等電陽電壓7電流電陽電壓7電流1諛亦耐碗7Pl1I一輯—主電路”點■-掃制電蠟丄也n歸h圖3.4變頻器的構成1.主電路給異步電動機供應調壓調頻電源的電力變換部分，稱為主電路。圖3.5所示是典型的電壓逆變器的例子，其主電路由三部分構成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸引在整流和逆變時產生的電壓脈動的“平波回路”以及將直流功率變換為溝通功率的“逆變器”。此外，異步電動機需要制動時，有時要附帶“制動回路”。整流器近來大量使用的是二極管的溝通器，圖3.5所示，它把工頻電源變換為直流電源。可用兩組晶體管溝通器構成可逆變流器，因為其功率方向可逆，能夠進行重生運行。平波回路在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻次的脈動電壓，其余逆變器產生的脈動電流也使直流電壓改動。為了克制電壓顛簸，采納電感和電壓汲取脈動電壓（電流）。裝置容量小時，假如電源和主電路的構成器件有余量，能夠省去電感采納簡單的平波回路。逆變器同整流器相反，逆變器的作用是將直流功率變換為所需要頻次的溝通功率，依據PWM控制信號使6個開關器件導通、關斷，就能夠獲取三相頻次可變的溝通輸出。制動回路異步電動機在重生制動地區(qū)使用時（轉差率為負），重生能量儲藏于平波回路電容器中，使直流電壓高升。一般說來，由機械系統(tǒng)（含電動機）慣量儲存的能量比電容能儲藏的能量大，需要快速制動時，可用由逆變流器向電源反應或設置制動回路（開關和電阻）把重生功率耗費掉，免得直流電路電壓上漲。

工頻電源匚整流器工頻電源匚整流器^-1平波回路2——1逆變器i~制動回路圖3.5典型的電壓型逆變器一例2.控制電路給異步電動機供電（電壓、頻次可調）的主電路供應控制信號的回路，稱為控制電路。如圖3.4所示，控制電路由以下電路構成，頻次、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓/電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進行放大的“驅動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”。在圖3.4點劃線內，僅以控制電路A部分構成控制電路時，無速度檢測電路，為開環(huán)控制。在控制電路B部分增添了速度檢測電路，即增添了速度指令，能夠對異步電動機的速度進行控制更精準的閉環(huán)控制?？刂齐娐分饕哼\算電路將外面的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、功率。電壓/電流檢測電路與主電路電位隔絕，檢測電壓、電流等。驅動電路為驅動主電路器件的電路。它使主電路器件導通、關斷。速度檢測電路以裝在異步電動機軸上的速度檢測器（TG、PLG等）的信號為速度信號送入運算回路，依據指令和運算可使電動機按指令速度運行。保護電路檢測主電路的電壓、電流等，當發(fā)生過載或過壓等異樣時，為了防備逆變器和異步電動機破壞，使逆變器停止工作或克制電壓、電流值。保護回路主要包含：（1）逆變器保護1）剎時過電壓保護。因為逆變器負載側短路等，流過逆變器器件的電流達到異樣值（超出允許值）時，剎時停止逆變器運行，切斷電流。溝通器的輸出電流達到異樣值，也相同停止逆變器運行。2）過載保護。逆變器輸出電流超出額定值，且連續(xù)流通暢規(guī)定的時間以上，為了防備逆變器器件、線路等破壞要停止運行。合適的保護需要反時限特征，采納熱繼電器或許電子熱保護（使用電子電路）。過負載是因為負載的GD（2慣性）過大或因負載過大使電動機堵轉而產生的。3）重生過電壓保護。采納逆變器使電動機快速減速時，因為重生功率真流電路電壓將高升，有時超出允許值。能夠采納停止逆變器運行或停止快速減速的方法，防備過電壓。4）剎時停電保護。關于數(shù)毫秒以內的剎時停電，控制電路工作正常。但剎時停電時間在10ms以上時，往常會使控制電路誤動作，主電路也不可以供電，所以檢出后使逆變器停止運行。5）接地過電流保護。逆變器負載側接地時，為了保護逆變器，有時要有接地過電流保護功能。但為了保證人身安全，需要轉設漏電斷路器。6）冷卻風機異樣。有冷卻風機的裝置，但風機異樣時裝置內溫度將上漲，所以采用風機熱繼電器或器件散熱片溫度傳感器，檢出異樣后停止逆變器。（2）異步電動機的保護1）過載保護。過載檢出裝置與逆變器保護共用，但考慮低速運行的過熱時，在異步電動機內埋入溫度傳感器，或許利用轉在逆變器內的電子熱保護來檢出過熱。動作屢次時能夠考慮減少電動機負載、增添電動機及逆變器容量等。2）超頻（超速）保護。逆變器的輸出頻次或許異步電動機的速度超出規(guī)定值時，停止逆變器運行。（3）其余保護1）防備失速過電流。急加快時，假如異步電動機追蹤緩慢，則過電流保護電路動作，運行就不可以連續(xù)進行（失速）。所以，在負載電流減小從前要進行控制，克制頻次上漲或使頻次降落。關于恒速運行中的過電流，也進行相同的控制。2）防備失速重生過電壓。減速時產生的重生能量使主電路直流電壓上漲，為了防止重生過電壓保護電路動作，在直流電壓降落從前要進行控制，克制頻次降落，防備失速重生過電壓。變頻器的特色變頻器擁有過壓、欠壓、過流、過載、短路、失速等自動保護功能。能實現(xiàn)電機軟起動，減小電氣和機械沖擊噪音，延伸設施使用壽命。變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有以下幾個特色:1．節(jié)能：變頻調速恒壓供水設施使整個供水系一致直保持最優(yōu)工作狀態(tài)節(jié)電率可達35%—60%，這一特色已被廣大用戶所認識并帶來效益?占地面積小，投人少，效率高：設施結構緊湊占地面積少保護方便保護花費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施在樓梯間樓梯下幾平方米的地方即可安裝?配置靈巧，功能齊備，自動化程度高。?因為變頻恒壓調速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，大大降低水質污染的可能性：盡人皆知南方天氣酷高濕潤細菌和微生物極易生殖和滋長特別是高位水箱很簡單生紅蟲一定按期沖洗改用變頻調速恒壓供水設施后只需一個低位水箱本來也有將水質污染降到最低限度。?經過通信控制，能夠實現(xiàn)無人值守，節(jié)儉了人力物力變頻器的選型依據設計的要求，本系統(tǒng)采納FR-A540系列變頻器，以下列圖所示：咖的I咖的I□暢超廣常:理辰I電議刪》U|険辰取祐殍:石-圖3.6FR-A540的管腳說明變頻器的接線變頻器的接線管腳STF接PLC的Y7管腳，控制電機的正轉。X2接變頻器的FU接口，X3接變頻器的OL接口。頻次檢測的上/下限信號分別經過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。I壓力傳感器TOC\o"1-5"\h\zfuQXm「另OL9X】■門+seuCOM圖3.7變頻器接線圖3.3PID調理器僅用P動作控制，不可以完好除去誤差。為了除去殘留誤差，一般米納增添I動作的PI控制。用PI控制時，能除去由改變目標值和常常的外來擾動等惹起的誤差?？墒?，I動作過強時，對快速變化誤差響應緩慢。對有積分元件的負載系統(tǒng)能夠獨自使用P動作控制。關于PD控制，發(fā)生誤差時，很快產生比獨自D動作還要大的操作量，以此來克制誤差的增添。誤差小時，P動作的作用減小?？刂茖ο蠛蟹e分元件的負載場合，僅P動作控制,有時因為此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在該場合，為使P動作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)固，可用PD控制。換言之，該種控制方式合用于過程自己沒有制動作用的負載。利用I動作除去誤差作用和用D動作克制振蕩作用，在聯(lián)合P動作就構成了PID控制，本系統(tǒng)就是采納了這種方式。采納PID控制較其余組合控制成效要好，基本上能獲取無誤差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)固的控制過程。這種控制方式用于從產生誤差到出現(xiàn)響應需要一準時間的負載系統(tǒng)（即及時性要求不高，工業(yè)上的過程控制系一致般都是此類系統(tǒng)，本系統(tǒng)也比較合適PID調理）成效比較好變頻器設定點設定點經過對被控制對象的傳感器等檢測控制量（反應量），將其與目標值（溫度、流量、壓力等設定值）進行比較。如有誤差，則經過此功能的控制動作使誤差為零。也就是使反應量與日標值相一致的一種通用控制方式。它比較合用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。在恒壓供水中常有的PID控制器的控制形式主要有兩種：（1）硬件型：即通用PID控制器，在使用時只需要進行線路的連結和P、I、D參數(shù)及日標值的設定。（2）軟件型：使用失散形式的PID控制算法在可編程序控制器或單片機）上做PID控制器此次使用硬件型控制形式。依據設計的要求，本系統(tǒng)的PID周理器內置于變頻器中。NFB_嘗眉源”~T正轉廠

反轉NFB_嘗眉源”~T正轉廠

反轉一FID控制選擇一電動機泵II卞TR-C-RTQSDFUOLEPFSE□_上限二一下限6―y正轉輸出iI反轉輸出輸出信號必共貽G-24V5直流電滯圖3.9PID控制接線圖

3.4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。改傳感器采納硅壓阻效應原理實現(xiàn)壓力丈量的力一電變換。傳感器由敏感芯體和信號調治電路構成，當壓力作用于傳感器時，敏感芯體內硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號調治電路將輸出的電壓信號作放大辦理，同時進行溫度賠償、非線性賠償，使傳感器的電性能知足技術指標的要求。該傳感器的量程為0?2?5MPa,工作溫度為Sc?60°C,供電電源為28±3V(DC)。(A)十1JT(A)十1JT\2dV；J-i電潭T圖3.10壓力傳感器的接線圖3.5原件表水泵：Ml、M2采納40-160(I)A型，M3采納40-160(1)型，參數(shù)見表3.1所示。P2200P3000TOC\o"1-5"\h\zI—5.8Ai2—7.9AU380U380熱繼電器的選擇：采納最小的熱繼電器作為電機的過載保護熱繼電器FR,FR1FR2丄乙可采納規(guī)格其型號為TK-E02T-C，額定電流5—8A,FR可采納規(guī)格其型號為TK-E02U-C,3額定電流為6-9A一FU采納RT18系熔斷器的選擇：在控制回路中熔斷器列。接觸器的選擇：關于接觸器KM選擇的是規(guī)格SC-E03-C,功率3Kw按鈕SB的選擇：PLC各輸入點的回路的額定電壓直流24V各輸入點的回路的額定電流均小于40mA，按鈕均只需擁有1對常開觸點，按鈕均采納LAY3—11型，其主要技術參數(shù)為：U=24VDC,I=0?3A，含1對常開和1對常閉觸點。NN

表3.1元件表總圖元件符號型號個數(shù)可編程控制器PLCFX-30MR-Dos1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(1)1閘刀開關QSHD11-100/181熔斷器FU1，F(xiàn)U2RT186A2FU3RT188A1熱繼電器FRFR12TK-E02T-C23FRK-E02U-C1按鈕SBLAY3—1110表3.2水泵的參數(shù)水泵付號型號流量(m3/h)揚程（m）轉速(r/min)電機功率（kw）M1,M240-160(I)A112829002.2M340-160(I)12.53229003.0表3.3變頻器的參數(shù)變頻器合用電機容量（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溝通電壓/頻次冷卻方式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480V50Hz/60Hz強迫風冷第4章PLC控制及編程4.1PLC控制PLC在系統(tǒng)中的作用是控制溝通接觸器組進行工頻一變頻的切換和水泵工作數(shù)目的調整。工作流程如圖4.1所示。壺動/保持『乍動運行棋或＞起動變頻器/保持現(xiàn)有的運訐彊態(tài)卻根據輸入拱鈕，執(zhí)行相應的操作壺動/保持『乍動運行棋或＞起動變頻器/保持現(xiàn)有的運訐彊態(tài)卻根據輸入拱鈕，執(zhí)行相應的操作頻率下限—星\L頂行減梟程序丿供水壓力過高，霊要減少水泵的工作數(shù)量頻率下限—星\L頂行減梟程序丿供水壓力過高，霊要減少水泵的工作數(shù)量是否收到杏?頻率上限—頂肓增泵程序丿供水壓力過低，需要增加水泵的工作數(shù)量圖4.1圖4.1PLC程序流程圖系統(tǒng)起動以后，檢測是自動運行模式仍是手動運行模式。假如是手動運行模式則進行手動操作，人們依據自己的需要操作相應的按鈕，系統(tǒng)依據按鈕履行相應操作。假如是自動運行模式，則系統(tǒng)依據程序及有關的輸入信號履行相應的操作。手動模式主假如解決系統(tǒng)犯錯或器件出問題在自動運行模式中，假如PLC接到頻次上限信號，則履行增泵程序，增添水泵的工作數(shù)目。假如PLC接到頻次下限信號，則履行減泵程序，減少水泵的工作數(shù)目。沒接到信號就保持現(xiàn)有的運行狀態(tài)。手動運行當按下SB7按鈕，用手動方式。按下SB10手動啟動變頻器。當系統(tǒng)壓力不夠需要增添泵時，按下SBn（n=1,3,5）按鈕，此時切斷電機變頻，同時啟動電機工頻運行，再起動下一臺電機。為了變頻向工頻切換時保護變頻器免于遇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緩，當壓力過大時，能夠手動按下SBn（n=2,4,6）按鈕，切斷工頻運行的電機，同時啟動電機變頻運行。可依據需要，停按不一樣電機對應的啟停按鈕，能夠挨次實現(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.4.1.2自動運行由PLC分別控制某臺電機工頻和變頻繼電器，在條件成即刻，進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，即工頻電網拖動狀態(tài)、變頻器拖動調速狀態(tài)和停止狀態(tài).系統(tǒng)開始工作時，供水管道內水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運行，第一臺水泵M1，啟動且轉速漸漸高升，當輸出壓力達到設定值，其供水量與用水量相均衡時，轉速才穩(wěn)固到某必定值，這時期M1處在調速運行狀態(tài).當用水量增添水壓減小時，經過壓力閉環(huán)調理水泵按設定速率加快到另一個穩(wěn)固轉速;反之用水量減少水壓增添時，水泵按設定的速率減速到新的穩(wěn)固轉速.當用水量連續(xù)增加，變頻器輸出頻次增添至工頻時，水壓仍低于設定值，由PLC控制切換至工頻電網后恒速運行;同時，使第二臺水泵M2投入變頻器并變速運行，系統(tǒng)恢復對水壓的閉環(huán)調理，直到水壓達到設定值為止。假如用水量連續(xù)增添，每當加快運行的變頻器輸出頻次達到工頻時，將連續(xù)發(fā)生如上變換，并有新的水泵投人并聯(lián)運行.當最后一臺水泵M3投人運行，變頻器輸出頻次達到工頻，壓力仍未達到設定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出故障報警.降壓控制：當用水量降落水壓高升，變頻器輸出頻次降至起動頻次時，水壓仍高于設定值，系統(tǒng)將工頻運行時間最長的一臺水泵關掉，恢復對水壓的閉環(huán)調理，使壓力從頭達到設定值.當用水量連續(xù)降落，每當減速運行的變頻器輸出頻次降至起動頻次時，將連續(xù)發(fā)生如上變換，直到剩下最后一臺變頻泵運行為止。4.2編程及介紹總程序的次序功能圖系統(tǒng)分為自動運行和手動運行兩部分Mil―|旳|M:|VrjYi|Y7]圖4.2總程序的次序功能圖0—IZ系統(tǒng)分為自動運行和手動運行兩部分Mil―|旳|M:|VrjYi|Y7]圖4.2總程序的次序功能圖0—IZ自動運行次序功能圖按下SB8按鈕，系統(tǒng)進入自動運行模式，次序功能圖如4.3所示。—[hJiYdiV?—[hJiYdiV?圖4.3自動運行次序功能圖Y0接KM0控制Ml的變頻運行，Y1接KM1控制Ml的工頻運行；Y2接KM2控制M2的變頻運行，Y3接KM3控制M2的工頻運行；Y4接KM4控制M3的變頻運行，Y5接KM5控制M3的工頻運行系統(tǒng)起動時，KM1閉合，#1泵以變頻方式運行。當變頻器的運行頻次高出一個上限信號后，PLC經過這個上限信號后將1#水泵有變頻運行轉為工頻運行，KM1斷開KM0吸合,同時KM3吸合變頻起動第2#水泵。假如再次接收到變頻器上限信號，則KM3斷開KM2吸合，第2#水泵由變頻轉為工頻運行，3#水泵變頻起動。假如變頻器頻次偏低，即壓力過高，輸出的下限信號使PLC封閉KM5、KM2，開啟KM3，2#水泵變頻起動。再次接到下限信號就封閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運行。為了防備出現(xiàn)某臺電動機既接工頻電又接變頻電設計了電氣互鎖。在同是控制M1電動機的兩個接觸器KM1、KM0線圈中分別串入了對方的常閉觸頭形成電氣互鎖。手動模式次序功能圖當按下SB9按鈕，系統(tǒng)進下手動運行模式。系統(tǒng)的每步動作都一定有相應的操作。次序功能圖如圖4.4所示。按下按鈕SB9以后，啟動了變頻器，系統(tǒng)進下手動運行模式。當用戶按下SBn（n=1,3，5）三臺電機分別處于工頻運行，當用戶按下SBn（n=2,4，6）三臺電機分別處于變頻運行。能夠多臺電機于不一樣的頻次工作，但一臺電機只好以一種頻次下工作。（如#1電機，假如控制它工作的SB1,SB2按鈕被同時按下則發(fā)出警報且電機沒法起動。）程序說明程序說明(1)自動運行部分5MB1CHoJ—5MB1CHoJ—起動1#泵按下起動按鈕，系統(tǒng)檢測采納那種運行模式。假如按鈕SB7沒按，則使用自動運行模式。變頻起動1#水泵。起動1#，2#泵:接收到變頻器上限信號，PLC經過這個上限信號后將1#水泵由變頻運行轉為工頻運行，KM1斷開KM0吸合，同時KM3吸合變頻起動第2#水泵。W4幗W4幗241—11―茁則起動1#，2#，3#泵:再次接收到變頻器上限信號，則KM3斷開KM2吸合，第2#水泵由變頻轉為工頻運行,3#水泵變頻起動。起動1#泵:接到下限信號就封閉KM3、KMO，吸合KM1,只剩1#水泵變頻運行。Ifell時稲腳TOC\o"1-5"\h\zLI—I—:I—11—1汀棉j肝紹jr]起動1#,2#泵：輸出的下限信號使PLC封閉KM5、KM2，開啟KM3，2#水泵變頻起動。N4—11—1'1M、1H!1TOC\o"1-5"\h\z||1罔]起動1#泵：接到下限信號封閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運行。(2)手動運行部分一"||STNOSETH7|SETNS按下手動起動按鈕SB10，手動起動變頻器。按下SB2,斷開KM0，在10個計數(shù)脈沖后起動按下SB2,斷開KM0，在10個計數(shù)脈沖后起動M1在變工頻電源下運行。Mfi1I血1jfrj131L按下SB4,斷開KM2，在10個計數(shù)脈沖后起動M2在變頻電源下運行。朋xnijXE19111b朋xnijXE19111b曲KID3T按下SB6,斷開KM4,在10個計數(shù)脈沖后起動M3在變頻電源下運行。JOO?XB10-I|幷TM2COTIS：TMT按下SB1,斷開KM1，在10個計數(shù)脈沖后起動Ml在工頻電源下運行。御IXBI2一||折一|阿M4(COK30)00—||SET棉按下SB3,斷開KM3，在10個計數(shù)脈沖后起動M2在工頻電源下運行。nisKMHI——ST￡0彳13E，按下SB5,斷開KM5，在10個計數(shù)脈沖后起動M3在工頻電源下運行。(3)公用部分I規(guī)』[3ET冊]當器斷開系警。機只好在一種率下運行，當機工機只好在一種率下運行，當機工/同翻開將出警且機停止運行。Ytdl助伽JH2H4按下停止按，所有停止運行Ytdl助伽JH2H4按下停止按，所有停止運行第5章MCGS組態(tài)軟件5.1MCGS組態(tài)軟件MCGS（MonitorAndControlGeneratedSystem,通用監(jiān)控系統(tǒng)）是一套全中文工控組態(tài)軟件，用于快速結構和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在鑒于Microsoft的各種32位Windows平臺上運，能夠以Microsoft的Windows95,98,Me,Nt或windows行2000為操作系統(tǒng)?經過對現(xiàn)場數(shù)據的收集辦理，以動畫顯示，報警辦理，流程控制和報表輸出等多種方式向用戶供應解決實質工程問題的方案，在自動有著寬泛的應化領域用?它功能齊備，便于方案設計。MCGS為解決工程監(jiān)控問題供應了豐富多樣的手段，從設施驅動（數(shù)據收集）到數(shù)據辦理、報警辦理、流程控制、動畫顯示、報表輸出、曲線顯示等各個環(huán)節(jié)，均有豐富的功能組件能快速達成多半簡單工程項目的監(jiān)控程序設計和運行操作。用戶可避開復雜的計算機軟硬件問題，集中精力解決工程自己的問題，，組態(tài)配置出高性能、高靠譜性、高度專業(yè)化的上位機監(jiān)控系統(tǒng)。擁有功能完美、操作簡易、可視性好、可保護性強的突出特色。5.1.1MCGS組態(tài)軟件的整體結構MCGS組態(tài)軟件（以下簡稱MCGS）由“MCGS組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運行環(huán)境”兩個系統(tǒng)構成。兩部分相互獨立，又密切有關構建動畫連接設備運行環(huán)境流程控制<報警組態(tài)V實庫ItJ設計報表匕—組態(tài)軟件核心實時數(shù)據庫動畫顯示[>[現(xiàn)場控制_]報警輸出報表打印設備輸出構建動畫連接設備運行環(huán)境流程控制<報警組態(tài)V實庫ItJ設計報表匕—組態(tài)軟件核心實時數(shù)據庫動畫顯示[>[現(xiàn)場控制_]報警輸出報表打印設備輸出圖5.1MCGS組態(tài)軟件的整體結構MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應用系統(tǒng)的工作環(huán)境，由可履行程序McgsSet.exe支持,其寄存于MCGS目錄的Program子目錄中。用戶在MCGS組態(tài)環(huán)境中達成動畫設計、設施連結、編寫控制流程、編制工程打印報表等所有組態(tài)工作后，生成擴展名為.mcg的工程文件，又稱為組態(tài)結果數(shù)據庫，其與MCGS運行環(huán)境一同，構成了用戶應用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“工程”。MCGS工程的五大多半MCGS工控組態(tài)軟件/\/\，/\1■「主控窗口設備窗口用戶窗口實時數(shù)犯庫運行策略1\//i/\■菜瑩設計設置工程屬性設迄存盤結峋極加工程設備連接設備變量注冊設備驅動設置報警窗口人機交換界面定義數(shù)據變量編寫控制流程使用功能構建圖5.2MCGS的工程構成主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中能夠擱置一個窗口和多個用窗口，度和管理些窗口的翻開或關。主要的操作包含:定工程的名稱，制工程菜，封面形，確立自啟的窗口，定畫刷新周期，指定數(shù)據存文件名稱及存等。窗口：是接和外面的工作境。在本窗口內配置數(shù)據收集與控制出，注冊程序，定接與用的數(shù)據量。用窗口：本窗口主要用于置工程中人機交互的界面，女口:生成各種畫示畫面、警出、數(shù)據與曲表等。數(shù)據：是工程各個部分的數(shù)據交與理中心，它將MCGS工程的各個部分接成有機的整體。在本窗口內定不一樣型和名稱的量，作數(shù)據收集、理、出控制、畫接及的象。運行策略:本窗口主要達成工程運行流程的控制。包含寫控制程序（if-then腳本程序），用各種功能構件，如:數(shù)據提取、史曲、定器、配方操作、多媒體出等。5.2成立界面成立窗口在“用戶窗口”中單擊“新建窗口”按鈕，成立“窗口0”選中“窗口0，，單擊“窗口屬性”，進入“用戶窗口屬性設置”。將窗口名稱改為：變頻恒壓供水系統(tǒng)；窗口標題改為：變頻恒壓供水系統(tǒng)；窗口地點選中“最大化顯示”，其余不變，單擊“確認”。在“用戶窗口”中，選中“變頻恒壓供水系統(tǒng)”，點擊右鍵，選擇下拉菜單中的“設置為啟動窗口”選項，將該窗口設置為運行時自動加載的窗口。圖5.3工程界面界面以下圖。一共有四個界面，分別是變頻恒壓