住宅小區(qū)自動化供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究-

摘要由于住宅小區(qū)用水過程的不同時(shí)期水的消費(fèi)量不均勻性。如果不調(diào)整供水的話，管道網(wǎng)的壓力會發(fā)生很大的變動，管道網(wǎng)的壓力降低和管道爆炸事故容易發(fā)生，會浪費(fèi)很多能源。為了確保節(jié)電和正常用水的使用，供水部門也采取了很多對策。近年來，最普遍使用的可變頻率定壓供水系統(tǒng)，根據(jù)壓力變化，可以根據(jù)時(shí)間調(diào)整電動機(jī)速度，對應(yīng)水需求的變化，還可以在一定范圍內(nèi)控制供水壓力，減少能源和消耗量。恒壓供水技術(shù)因其節(jié)能、安全性、高品質(zhì)供水的優(yōu)點(diǎn)而被供水行業(yè)廣泛使用。定壓供水速度調(diào)整系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了泵馬達(dá)的無階段速度調(diào)整，根據(jù)水的消耗量的變化自動調(diào)整系統(tǒng)的動作參數(shù)。定壓供水有助于保護(hù)泵和馬達(dá)，有效地節(jié)省了消耗功率。通過與可編程控制器組合，可實(shí)現(xiàn)周期性頻率轉(zhuǎn)換、馬達(dá)軟啟動、短路保護(hù)、過電流保護(hù)、穩(wěn)定可靠的作業(yè)，延長機(jī)器的壽命。目前，在恒壓供水系統(tǒng)中，國外從很早開始就將變頻器產(chǎn)品的改進(jìn)重點(diǎn)放在產(chǎn)品自身以及控制過程中所要調(diào)節(jié)的變量上，例如像頻率的設(shè)定還有對正反轉(zhuǎn)、速度升降、起制動還有變壓變頻比的控制上，除此之外還增強(qiáng)了變頻器對自身的自我保護(hù)。要解決生產(chǎn)生活用水量在一年中的不同的月份起起伏伏不斷變化的問題就要用到變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中對相應(yīng)的變化執(zhí)行變頻命令，其中相應(yīng)的變化是指管網(wǎng)受到的壓力變化，要在變頻器外面接上測量壓力的壓力傳感器，同時(shí)接上控制壓力的壓力控制器，二者間相互反應(yīng)作用，保持管網(wǎng)中的壓力維持一個穩(wěn)定值，形成一個閉環(huán)控制（壓力的)。和變頻器一起組合的恒壓供水的過程中隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展，其顯著的節(jié)能效果逐漸被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可。與此同時(shí)，系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性以及自動化程度等方面也越來越受到重視，就包括很多外國公司也開始研發(fā)改進(jìn)推出這一類型的變頻器，讓變頻恒壓供水的技術(shù)更加方便快捷的普及。國內(nèi)也在這一技術(shù)領(lǐng)域爭取發(fā)展，雖然不愿相信但不得不承認(rèn)國外的變頻器技術(shù)更加成熟，所以很多該類型的企業(yè)仍然是采用國外的相關(guān)技術(shù)，用變頻器控制水泵的循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，以及實(shí)現(xiàn)對管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)。但是都用了不一樣的組合方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，部分進(jìn)行單片機(jī)編程并用相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)，有的采用PLC及相應(yīng)軟件予以實(shí)現(xiàn)。但就如此還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到所有用戶的要求，例如系統(tǒng)的可調(diào)性、穩(wěn)定性以及抗干擾性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)。本論文主要研究變頻器加PLC組成恒壓供水系統(tǒng)，保證住宅小區(qū)內(nèi)用戶水壓穩(wěn)定?；疽笳撐牡慕Y(jié)構(gòu)安排論文由摘要、正文三章節(jié)、結(jié)論三大部分組成。摘要，介紹課題的背景來源、研究意義和主要相關(guān)內(nèi)容，并對相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀做簡要分析。第一章，本次論文設(shè)計(jì)系統(tǒng)基本控制的要求以及現(xiàn)場控制方案的選擇。第二章，系統(tǒng)的主要構(gòu)成分析及原理設(shè)計(jì)。第三章，系統(tǒng)硬件設(shè)備特點(diǎn)介紹，系統(tǒng)主要功能及圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。結(jié)論，總結(jié)本次設(shè)計(jì)，得出結(jié)論，總結(jié)設(shè)計(jì)收獲和體會，同時(shí)指出整個設(shè)計(jì)工作的不足之處和需要的改進(jìn)的地方。1.2樓宇供水系統(tǒng)的控制要求恒壓頻率轉(zhuǎn)換速度調(diào)整系統(tǒng)具有節(jié)能、安全性高、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。通過接入PLC作為控制器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低、水泵馬達(dá)的變速、根據(jù)水量變化的自動調(diào)整變頻器參數(shù)、水量變化時(shí)的水需求。1.2.1水泵啟?？刂聘鶕?jù)來自主管道的壓力變送器信號，決定啟動或停止水泵點(diǎn)擊的運(yùn)行，低于通常值時(shí)，經(jīng)過10秒后也會下降，開始下一個壓力。高于正常值時(shí)，停止泵，10秒后停止高壓。發(fā)送信號，關(guān)閉下一個信號。各泵在啟動時(shí)需要平穩(wěn)啟動。1.2.2水泵停止和啟動的切換原理變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由多個泵運(yùn)轉(zhuǎn)，保持主管道的水壓。為了保護(hù)水泵電機(jī)，需要盡可能地輪換多個泵的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和頻率。即需要連接時(shí)，首先開始最長的停止，如果需要切斷，則首先停止最長的停止。要操作泵，需要在緊急情況或維護(hù)作業(yè)中暫時(shí)使用的手動控制功能。根據(jù)實(shí)際需求，也可以定義定壓水管理的以下基本要求。生活水泵也可作為消防用水的備用，消防泵也可以參加家用泵的更換。系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)定的壓力自動調(diào)整泵速度和泵數(shù)，因此機(jī)器可以高效節(jié)約能源，以最佳模式運(yùn)行。系統(tǒng)需要自動調(diào)整網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的壓力與實(shí)際水壓之間的壓力，以保持網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的水壓。系統(tǒng)中有很多保護(hù)手段，防止短路、過電壓、過熱和過載。泵發(fā)生故障時(shí)，自動停止運(yùn)行并警告輸出，判斷故障后自動啟動備份泵。

第二章系統(tǒng)構(gòu)成及原理2.1建筑物供水系統(tǒng)的構(gòu)成該供水系統(tǒng)可用于家庭用水、工業(yè)用水、火災(zāi)安全等各種情況下的供水。例如，有執(zhí)行器、信號監(jiān)控系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、頻率轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)接口、計(jì)算機(jī)串口通訊連接及報(bào)警復(fù)位等。系統(tǒng)工作原理：首先確認(rèn)水槽水位安全閥的動作。否則，通過變頻器直接啟動第一個泵，然后測量出水口的水壓，將模擬量發(fā)送給控制器，與設(shè)定的水壓值進(jìn)行比較。比較（設(shè)置下限）），調(diào)整泵變頻器的輸出頻率。當(dāng)轉(zhuǎn)換器頻率達(dá)到最大值或最大值時(shí)，為了得到一定的水頭，增加和減少泵的數(shù)量的控制是基于壓力建立的閉壓系統(tǒng)。一般來說，以前的多個泵設(shè)置在同一供水系統(tǒng)中。這些泵含有大量的水，多個泵全開，少量的水有1個或2個。使用轉(zhuǎn)發(fā)器以一定的壓力供給水的情況下，會產(chǎn)生對所有泵使用一個轉(zhuǎn)發(fā)器，還是各泵使用一個轉(zhuǎn)發(fā)器的疑問。兩個中哪個好？本文提出了使用頻率轉(zhuǎn)換器控制多個馬達(dá)的選項(xiàng)。這樣，可以節(jié)約投資，達(dá)到定壓供水的目標(biāo)。供水由主要的構(gòu)成由兩個水泵和自來水箱組成。另外，也有許多電子閘門和計(jì)算裝置。當(dāng)系統(tǒng)需要的水減少時(shí)，就可以打開閥門對管網(wǎng)加壓，在供水較大的時(shí)候，有兩個水泵空出來，同時(shí)充氣管道網(wǎng)。為了維持供水系統(tǒng)的壓力不變，在反饋原理下，再配置壓力測謊器作為反饋組件安裝在管道網(wǎng)絡(luò)上。用于實(shí)現(xiàn)兩個泵的電路控制和頻寬轉(zhuǎn)換。頻寬供應(yīng)商被用來實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的電壓控制。供水系統(tǒng)主要由上位計(jì)算機(jī)、PLC控制器、變頻器，遠(yuǎn)傳壓力表、（M1和M2)水泵和穩(wěn)壓罐組組成。2.2樓宇供水系統(tǒng)的工作原理由于供水系統(tǒng)分為兩種，后者分為泵泵組生活及消防水泵、消防泵主要用于生活供水網(wǎng)絡(luò)的行為，消防給水用消防泵（生命泵組的恒速泵也可作為消防系統(tǒng)的恒速泵)、生命泵和應(yīng)急泵。相應(yīng)地，消防和飲用水的供應(yīng)已成為兩個獨(dú)立且相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)（包含恒速變速泵及泵定速泵，而整個生命可以用作備用泵消防泵)，其數(shù)量是作為壓力信號來控制和消防供水網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)管網(wǎng)壓力小于某一值時(shí)，PID控制變頻器輸出，增加頻率，加速泵浦，管網(wǎng)壓力增大，直到管網(wǎng)壓力增大。傾向于設(shè)置值。相反，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)壓力大于給定值時(shí)，PID的反向積分、傳感器的輸出頻率、泵的轉(zhuǎn)速和網(wǎng)絡(luò)壓力都會降低。當(dāng)管網(wǎng)壓力等于設(shè)定值時(shí)，保持傳感器頻率，管網(wǎng)水壓基本恒定。當(dāng)d量水調(diào)節(jié)速度太高，完全不足以確保穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)和管道的壓力，壓力下限信號和信號轉(zhuǎn)換器的工作頻率，同時(shí)檢測系統(tǒng)、PLC自動放置在一個定速泵、加一個固定值的供水，隨時(shí)調(diào)節(jié)泵的壓力恒定速度。變頻器的輸出頻率在0~50hz之間，頻率越高，泵的輸出壓力越高。通過調(diào)整換能器的輸出頻率，可以改變泵的輸出能力。我們使用安裝在水泵出口通道上的差壓傳感器來監(jiān)測閉環(huán)水壓。為了進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，必須同時(shí)啟動，以確保較低的啟動電流和較高的啟動扭矩。壓力信號通過PID調(diào)節(jié)器激活變頻器，通過報(bào)警臺的有限輸出調(diào)節(jié)PLC開關(guān)泵的工作狀態(tài)。如果壓力信號小于下限，則保持開關(guān)頻率1.35n，開關(guān)時(shí)間1。s（關(guān)閉開關(guān)電弧以防止短路)延遲1秒；如果壓力高（高正常值)，則將其中一個轉(zhuǎn)換為頻率轉(zhuǎn)換操作，另一個轉(zhuǎn)換為頻率轉(zhuǎn)換操作；如果達(dá)到最大值，則刪除并保持工作頻率。如果保持最大值，則泵1和泵2應(yīng)暫停。如果恢復(fù)正常值，則在流程圖的正常條件下執(zhí)行。

第三章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1恒壓供水控制硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1.1PLC的特點(diǎn)恒壓供水保證了供水的質(zhì)量，以PLC為主機(jī)的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。PLC有以下特點(diǎn)：（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)現(xiàn)代PLC采用高度集成的微電子器件，大部分開關(guān)操作由非接觸式半導(dǎo)體電路完成，其可靠性無法與機(jī)械接觸式繼電器接觸器系統(tǒng)相比。為了保證PLC在不利的工業(yè)環(huán)境下運(yùn)行的可靠性，在PLC的設(shè)計(jì)和制造過程中，對硬件和軟件采取了一系列的防干擾措施，提高了PLC的可靠性。（2）編程簡單易學(xué)PLC使用非常接近繼電器控制線的梯度梯度，作為編程語言，具有明確和直觀的繼電器電路特性，并充分考慮到電工和技術(shù)員閱讀圖表的傾向；用戶幾乎不需要專門的計(jì)算機(jī)知識，因此，在修改程序時(shí)很容易研究和修改。（3）功能完善，適應(yīng)性強(qiáng)目前PLC產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，調(diào)制化，不僅具有邏輯運(yùn)算，定時(shí)，計(jì)數(shù)，順序控制功能，還具有轉(zhuǎn)換，算術(shù)運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理，通訊網(wǎng)絡(luò)，生產(chǎn)過程監(jiān)控等功能?？筛鶕?jù)實(shí)際需要方便靈活地組裝成不同尺寸和功能的控制系統(tǒng):可控制單機(jī)，生產(chǎn)線，可控制一組機(jī)，多條生產(chǎn)線；可以現(xiàn)場控制，也可以遠(yuǎn)程控制。（4）使用簡單，調(diào)試維修方便我們要做的就是將生成輸入信號的設(shè)備（按鈕，開關(guān)等）連接到PLC的輸入端子，并將接收到輸出信號的要控制的設(shè)備（接觸器，電磁閥等）連接到PLC的輸出端子。接線工作只能通過驅(qū)動器完成，PLC接線工作可以輕松完成?？梢栽趯?shí)驗(yàn)室中模擬和調(diào)試PLC用戶程序，可以使用開關(guān)模擬輸入信號，并且可以使用PLC的發(fā)光二極管模擬輸出信號。調(diào)試后，在現(xiàn)場安裝PLC。調(diào)試工作量明顯少于接觸器繼電器控制系統(tǒng)的調(diào)試量。（5）體積小、質(zhì)量小、功耗低由于PLC采用半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路，因此整個產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量小、功耗低，所以，PLC很容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想的控制設(shè)備。3.1.2PLC的硬件系統(tǒng)PlC是一種通用的工業(yè)控制自動化設(shè)備，主要基于微處理器，基本上是工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)。因此它的組成與普通的微型機(jī)器基本相同，由硬件和軟件系統(tǒng)組成。硬件和軟件系統(tǒng)構(gòu)成一個整體的plall系統(tǒng)，兩者都需要。一個應(yīng)該沒有軟件剝離，我根本沒有觸發(fā)它。另一方面，如果沒有硬件系統(tǒng)，程序根本無法實(shí)現(xiàn)。用于生成處理器（CU)，存儲板，I/O，電源，編程器，其他外部設(shè)備和I/O擴(kuò)展單元的精密硬件3.2恒壓供水控制系統(tǒng)PLC的選擇和功能恒壓供水控制系統(tǒng)中可編程控制器選用德國SIEMENS公司的S7-200系列PLC，S7-200具有豐富的指令系統(tǒng)和基于WINDOWS的編程工具，很方便程序編制和現(xiàn)場調(diào)試?？删幊炭刂破髟诖藢?shí)現(xiàn)以下功能:（1）自動/手動操作方式通過狀態(tài)開關(guān)可選擇自動運(yùn)行和手動調(diào)節(jié)兩種運(yùn)行方式，便于進(jìn)行調(diào)試和維護(hù)工作。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，切換到手動控制模式，保證連續(xù)供水。（2）自動檢測和調(diào)整速度PLC進(jìn)入電源后，自動測量手表上的實(shí)際壓力值。根據(jù)設(shè)定值與實(shí)測值的差值，配合帶變自動處理泵數(shù)及組速顯示頻率。（3）運(yùn)行監(jiān)控狀態(tài)PLC角度輸出可通過LED顯示屏準(zhǔn)確把握動作過程，識別系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)確性，也可作為識別系統(tǒng)故障障礙的依據(jù)。（4）通信功能PLC通過PPI傳輸電纜，實(shí)現(xiàn)上位通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控和參數(shù)讀取。（5）故障檢測與報(bào)警PLC可實(shí)現(xiàn)帶式變壓器故障檢測報(bào)警、過電壓檢測報(bào)警等功能。過壓報(bào)警是指在特殊情況下（如壓力傳感傳感器功能喪失等)，當(dāng)實(shí)際測量的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)定水壓時(shí)，PLC會發(fā)出報(bào)警信號，通知操作人員進(jìn)行處理。（6）保護(hù)功能PLC具有過熱、過流、供電不足、過壓、短路、瞬時(shí)斷電、過載等多種保護(hù)功能，并對運(yùn)行中的各種故障提供相應(yīng)的狀態(tài)指示和報(bào)警信號。3.3額定電壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)3.1.1頻帶變換器的容量一般來說，當(dāng)變頻器控制電機(jī)時(shí)，配備變頻器的電機(jī)的容量只能滿足電機(jī)的實(shí)際容量。當(dāng)變頻器同時(shí)控制兩個電機(jī)時(shí)，原則上配備變頻器的電機(jī)的容量應(yīng)等于兩個電機(jī)的容量。然而，在高峰負(fù)荷，水消耗更有能力供應(yīng)全速比兩個水爆器。如果供水間隙過大，可適當(dāng)減小帶式變流器的容量，但應(yīng)留有足夠的余量。3.4變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)功能說明3.4.1控制對象對于電機(jī)的調(diào)速方面，由于大多數(shù)水泵采用交流異步電動機(jī)拖動，其轉(zhuǎn)速為（3-1）式中，n為轉(zhuǎn)速；p為電動機(jī)的磁極對數(shù)；f為電源頻率；s為轉(zhuǎn)差率。變級調(diào)速，通過改變電機(jī)的極對數(shù)，即改變定子繞組的接線方法而改變極對數(shù)，可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；變頻調(diào)速則是將電網(wǎng)中的交流電通過變頻器轉(zhuǎn)換為電壓和頻率均可變的交流電之后，供給電動機(jī)，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速可調(diào)。傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)采用接觸器等機(jī)械構(gòu)件來完成通、斷電，所有的控制全部依靠人工來進(jìn)行操作，對于管網(wǎng)的壓力和水位的變化很難做出及時(shí)和適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，因此采用PLC控制變頻器，并對反饋回來的信號進(jìn)行運(yùn)算，控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)恒壓供水。3.4.2變頻調(diào)速系統(tǒng)工作過程變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要任務(wù)是在不同的水管壓力下，對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，增加或減少水泵的功率，既能保證用戶的用水要求，又能減少對資源的浪費(fèi)。根據(jù)對控制任務(wù)的分析，該系統(tǒng)的主要功能為：低速啟動，以減少對電網(wǎng)的沖擊；變頻運(yùn)行，對于不同的供水需要做出不同的運(yùn)行指令；工頻運(yùn)行，滿足大量用水的需求，其簡單工作過程如圖3-1所示。電動機(jī)變頻運(yùn)行電動機(jī)變頻運(yùn)行電動機(jī)工頻運(yùn)行啟動管壓小于設(shè)定值管壓大于設(shè)定值圖3-1變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)簡單工作過程在啟動電動機(jī)后逐步提高頻率，并繼續(xù)檢測供水管道內(nèi)壓力的數(shù)值。當(dāng)壓強(qiáng)值低于設(shè)定值時(shí)，持續(xù)提升頻率，到達(dá)頻率后，調(diào)換器就會更換，使傳動器在頻率階段運(yùn)行。如果在?感應(yīng)管里的壓力值大于設(shè)置值時(shí)，傳感器就會重新啟動并控制傳動裝置的頻率變換。這樣就完成了。調(diào)頻和調(diào)頻過程。如果在上面控制幾臺電動機(jī)，過程就類似。如果電動機(jī)在頻率頻率狀態(tài)下對管內(nèi)壓力不能滿足時(shí)，可啟動第二次電動機(jī)在變頻中工作。如果內(nèi)部的壓力減少后，低于設(shè)置值，則需要在第一個頻率后，持續(xù)運(yùn)行第二次電動機(jī)的頻率轉(zhuǎn)換運(yùn)行，直到設(shè)定的壓力值達(dá)到這個程度。3.4.3控制功能框圖根據(jù)變頻系統(tǒng)控制要求和圖3-1所示的工作過程，設(shè)計(jì)出以下功能框圖，如圖3-2所示。PLCPLC控制按鈕反饋信號變頻器電動機(jī)圖3-2變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)功能框圖根據(jù)如圖3-2所示的功能框圖，啟動PLC后，先用變頻器對電動機(jī)軟啟動，然后由傳感器檢測管內(nèi)的壓力值，傳入到PLC中，經(jīng)過邏輯運(yùn)算輸出對變頻器的控制信號，使變頻器處于工作狀態(tài)，達(dá)到對電動機(jī)調(diào)速的目的。3.5變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)電路圖變頻調(diào)速是目前最理想的調(diào)速技術(shù)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟起來，且廣泛應(yīng)用在鋼鐵、冶金、電力和輕工業(yè)等各個行業(yè)中。隨著以節(jié)能發(fā)展為主的社會的建立，生產(chǎn)和生活對水的要求越來越高，本文現(xiàn)在提出了恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，技術(shù)已經(jīng)成熟。3.5.1供水系統(tǒng)的主電路圖基于系統(tǒng)的控制要求，在分析了控制功能后，圖3-4所示的主電路圖、QS主電路的斷路器；、FU主電路的短路保護(hù)；FR1和FR2是主電路過載保護(hù)的熱繼電器，該主電路具有兩個電機(jī)M1、M2，接觸器KM1、KM4具有變頻器控制KM2和KM3控制直接連接到電動機(jī)，并控制電動機(jī)的頻率轉(zhuǎn)換運(yùn)轉(zhuǎn)。圖3-3變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)主電路3.5.2供水系統(tǒng)的控制電路圖變頻波段調(diào)速主電路控制電路設(shè)計(jì)圖如圖3-5.圖中的SB0作為系統(tǒng)的停止按鈕，控制電動機(jī)的停止。SB1用啟動按鈕控制水泵啟動。在變頻波段和工業(yè)頻率電路之間，增加連鎖觸點(diǎn)、KM1、KM2、KM3和KM4的上的觸點(diǎn)，避免變頻和工業(yè)頻率同時(shí)運(yùn)行，產(chǎn)生控制故障。圖3-4恒壓供水系統(tǒng)控制電路3.5.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件連接圖根據(jù)對系統(tǒng)功能的分析及以上的主電路和控制電路的描述，設(shè)計(jì)出如圖3-6所示的硬件連線圖。圖3-5恒壓供水系統(tǒng)硬件連線圖根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和主電路及控制電路圖，對PLC的I/O分配如表3-1所示。表3-1恒壓供水系統(tǒng)I/O分配表名稱地址編號說明SB0I0.1停止按鈕SB1I0.0啟動按鈕AIW0接收傳感器信號KM1Q0.01#工頻接觸器KM2Q0.11#變頻接觸器KM3Q0.22#變頻接觸器KM4Q0.32#工頻接觸器RSTQ0.4對變頻器進(jìn)行復(fù)位控制AQW0輸出模擬信號到變頻器表中I0.0、I0.1和AIW0是輸入信號，Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4和AQW0是輸出信號。根據(jù)如圖3-6所示的硬件框圖，以下將詳細(xì)介紹硬件系統(tǒng)中的各個部分。（1）主機(jī)PLC由于該系統(tǒng)有許多輸入/輸出點(diǎn)，需要一個擴(kuò)展模塊，所以采用了西門子S7-200系列的PLC，CPU221沒有擴(kuò)展功能，因此選擇了CPU222。CPU222具有以下特點(diǎn):1)4k程序存儲器，一般為1.3k指令。2)1024字?jǐn)?shù)據(jù)存儲器。3)嵌入式內(nèi)存子模塊。4)在8個數(shù)字輸入中，4個用于物理中斷，6個用于高速功能。5)6個數(shù)字輸出中有2個可以用作本機(jī)集成功能。6）模擬8位分辨率電位器。7)數(shù)字輸入/輸出可擴(kuò)展至40個數(shù)字輸入和38個數(shù)字輸出。8)模擬輸入/輸出可擴(kuò)展至最多8個模擬輸入和2個模擬輸出，或最多2個模塊和4個模擬輸出。9)256個計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)范圍從0到32767。10)256位內(nèi)部指示器。11)256分鐘有4個1ms分辨率，30秒時(shí)間范圍為1ms，5分鐘時(shí)間范圍為10ms，100ms分辨率，54分鐘時(shí)間范圍為100ms。12)有4個中斷輸入。13)連接4個32位高速計(jì)數(shù)器，可作為加減計(jì)數(shù)器，或2個90度失相脈沖序列，在快速計(jì)數(shù)輸入端使用增量編碼器，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)中斷，定義計(jì)數(shù)方向。它有可編程的激活和重置輸入，這些輸入可以逆轉(zhuǎn)。14）兩個高速脈沖輸出可以產(chǎn)生一個中斷來調(diào)整脈沖的寬度和頻率。15)通信接口RS-485x1。485了三個應(yīng)用，一個函數(shù)是函數(shù)μg，HMI、通訊系列CPU，CPU/foTD200S7-200PPI作為接口的傳輸速率是960kbs1.87，kbs19.2%，kbs；2，第三個是一個按鍵面板數(shù)據(jù)交換與主站作為車站MPI系列，和CPU之間的溝通CPU22XMPI網(wǎng)絡(luò)上是不可能的。第三個有中斷功能。作為一種免費(fèi)的可編程接口方法，它用于與其他外部外圍設(shè)備交換串行數(shù)據(jù)。16)AS接口的最大數(shù)量為496個，可擴(kuò)展2個模塊。17)模擬輸入/輸出擴(kuò)展模塊在本系列中，需要擴(kuò)展一個模擬輸入/輸出模塊，從傳感器收集模擬信號，將其輸入PLC，然后通過PLC的計(jì)算將數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶冾l器。所選模塊為西門子EM235專用功能模塊，為4輸入/1輸出模塊，轉(zhuǎn)換精度為12位，可滿足本控制系統(tǒng)的功能要求。（2）擴(kuò)展模塊EM235具有以下特點(diǎn):1）事實(shí)上，有四個不同的模擬輸入和一個模擬輸出。2)單極電壓輸入范圍為0~10v，雙極電壓輸入范圍為0~5v，雙極電壓輸入范圍為5v，雙極電壓輸入范圍為2.5V，電流輸入范圍為0~20ma。3)單極電壓輸入分辨率為0~10v的2.5mA，0~5v的1.25mA，雙極電壓的2.5mA，2.5V的1.25mA，電流的5ua。4）輸入阻抗為10或以上。5)A/N12位轉(zhuǎn)換器。6)單極數(shù)據(jù)字格式為-32000-32000，雙極數(shù)據(jù)字格式為0-32000。7)最大輸入電壓為30v直流。8)最大輸入電流為32ma。9)輸出穩(wěn)定時(shí)間，電壓100us，電流2ms。10)輸出變頻器的輸出容量最小為電壓輸出5000，最大為電流輸出500。11）輸出分辨率，電壓12位，電流11位。12)能耗為2w。（3）傳感器傳感器的作用是將壓力和溫度等非電物理信號轉(zhuǎn)換成電信號，在后續(xù)電路中進(jìn)行處理。在這個系統(tǒng)中，供水管道中的壓力被轉(zhuǎn)換成一個電信號，然后傳輸?shù)絇LC的特殊功能模塊，處理數(shù)據(jù)，然后傳輸?shù)秸{(diào)速器控制電機(jī)。（4）變頻器變頻器是該系統(tǒng)的主要設(shè)備，通過PLC控制變頻器可以改變供水管內(nèi)的壓力，實(shí)現(xiàn)恒壓供水的要求。結(jié)論近年來，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，變頻恒壓供水成為供水的主要方式。和傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)相比，它具有供水質(zhì)量高，靈活性強(qiáng)，耗電省，電機(jī)起制動平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。因此恒壓供水系統(tǒng)成為必然的趨勢。本系統(tǒng)要求由兩臺水泵，一臺變頻器，一臺PLC和一個壓力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成，兩臺泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要。同時(shí)要求有自動/手動兩種工況。將手/自切換開關(guān)打到手動狀態(tài)時(shí)，兩臺水泵由各自的啟停按鈕控制。將手/自切換開關(guān)打到自動上，系統(tǒng)進(jìn)入全自動運(yùn)行狀態(tài)。自動運(yùn)行時(shí)，首先變頻啟動第一臺水泵，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)際值的偏差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，當(dāng)?shù)谝慌_泵達(dá)到工頻后，若實(shí)際壓力值小于設(shè)定值，則第一臺泵切到工頻，第二臺泵變頻啟動，以此類推。若當(dāng)前變頻運(yùn)行的水泵已達(dá)最低頻率，實(shí)際壓力值大于設(shè)定值，則切斷第一個工頻投運(yùn)的水泵，將最后一個工頻投運(yùn)的水泵切變頻，以此類推（減泵原則：先投運(yùn)先停止），從而使供水管道壓力保持在壓力設(shè)定值的上、下限偏差范圍之內(nèi)。在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速運(yùn)行方式，系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際設(shè)定水壓自動調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速或加減泵，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定值，以求最大限度的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)資，并使系統(tǒng)處于可靠運(yùn)行的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水；減泵時(shí)采用“先啟先?！钡那袚Q方式，相對于“先啟后?！狈绞?，更能確保各泵使用平均以延長設(shè)備的使用壽命；壓力閉環(huán)控制，系統(tǒng)用水量任何變化均能使供水管網(wǎng)的服務(wù)壓力保持給定，大大提高了供水品質(zhì)；變頻器故障后仍能保障不間斷供水但可變頻率定壓供水系統(tǒng)有以下缺點(diǎn)：（1）由于進(jìn)水系統(tǒng)與進(jìn)水系統(tǒng)的實(shí)際需求較大。（2）頻率轉(zhuǎn)換范圍在離心泵特性曲線的最佳動作范圍內(nèi)，即頻率降低10%～30%的話，會發(fā)揮最大的節(jié)能效果，再降低頻率的話，就不喝水了。工作條件超過了離心泵的極限工作范圍。（3）深夜水消耗量少時(shí)，變頻器控制下水泵的