畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于plc控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　ABSTRACT2</p><p><b>　　1. 緒論4</b></p><p>　　1.1 變頻調(diào)速恒水位供水的目的和究意義4</p>&

2、lt;p>　　1.2 變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用5</p><p>　　1.3 可編程序控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用6</p><p>　　1.4 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)7</p><p>　　2. 水位控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.1 變頻器的控制方式8</p><p>　　2.2 變頻調(diào)速的節(jié)能、調(diào)速原理

3、8</p><p>　　2.2.1 水泵工況點(diǎn)的確定以及變化8</p><p>　　2.2.2 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中水泵工況調(diào)節(jié)過(guò)程10</p><p>　　2.2.3 變頻調(diào)速恒水位供水系統(tǒng)調(diào)速范圍的確定12</p><p>　　2.3 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)12</p><p>　　2.4 系統(tǒng)工作過(guò)程13&

4、lt;/p><p>　　3. 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.1 主電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.2 控制電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.3 PLC配置16</p><p>　　3.3.1 S7-200型PLC的特點(diǎn)16</p><p>　　3.3.2 PLC的

5、開(kāi)關(guān)量輸入、輸出點(diǎn)16</p><p>　　3.3.3 PLC的模擬量輸入、輸出點(diǎn)18</p><p>　　3.3.4 PLC的選型18</p><p>　　4. PLC的設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1 編程軟件的簡(jiǎn)介和梯形圖的基本繪制規(guī)則19</p><p>　　4.2 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)20<

6、;/p><p>　　4.2.1 系統(tǒng)初始化程序20</p><p>　　4.2.2 水泵電機(jī)起動(dòng)程序20</p><p>　　4.2.3 小功率水泵電機(jī)變頻/工頻切換程序20</p><p>　　4.2.4 水泵電機(jī)換機(jī)程序21</p><p>　　4.2.5 閥門(mén)開(kāi)啟關(guān)閉程序21</p><

7、p>　　4.2.6 停機(jī)程序21</p><p>　　4.2.7 報(bào)警程序21</p><p>　　4.3 控制系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.4 控制系統(tǒng)軟件的工作過(guò)程22</p><p>　　4.5 編程中應(yīng)注意的細(xì)節(jié)問(wèn)題22</p><p>　　5. 恒水位供水系統(tǒng)的Fuzzy控制器的

8、設(shè)計(jì)25</p><p>　　5.1 模糊理論和模糊控制25</p><p>　　5.2 模糊控制器的一般結(jié)構(gòu)26</p><p>　　5.3 模糊控制器的設(shè)計(jì)27</p><p>　　5.4 控制系統(tǒng)的Simulink仿真33</p><p><b>　　全文總結(jié)37</b><

9、/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)39</b></p><p>　　基于PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本控制系統(tǒng)將模糊控制、PLC、變頻器、相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，并設(shè)計(jì)了配套的界面美觀、操作方便的自動(dòng)控制系

10、統(tǒng)，使得系統(tǒng)調(diào)試和使用都十分方便，而且大大簡(jiǎn)化了水廠在管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析等方面的工作量。實(shí)踐證明，本系統(tǒng)不僅滿足了生產(chǎn)的需要，提高了整個(gè)水廠的整體管理水平，而且僅節(jié)約用電一項(xiàng)就為水廠創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。由于中小型自來(lái)水廠的自動(dòng)化技術(shù)改造在我國(guó)有著廣泛的前景，本控制系統(tǒng)具有較大的發(fā)展?jié)摿褪褂脙r(jià)值。</p><p>　　作為高性能的調(diào)速傳動(dòng)，直流發(fā)電機(jī)－電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制方法長(zhǎng)期以來(lái)一直應(yīng)用廣泛。但是直流電動(dòng)機(jī)由于

11、換向器和電刷維護(hù)保養(yǎng)很麻煩，價(jià)格也相當(dāng)昂貴。使異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)性能好的調(diào)速一直是人們的理想。異步電機(jī)的調(diào)速方法很多，例如無(wú)極調(diào)速、有極調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、變頻調(diào)速等。但是因?yàn)楦鞣N各樣的缺點(diǎn)沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。由于變頻調(diào)速具有調(diào)速的機(jī)械特性好，效率高，調(diào)速范圍寬，精度高，調(diào)整特性曲線平滑，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的、平穩(wěn)的調(diào)速，體積小、維護(hù)簡(jiǎn)單方便、自動(dòng)化水平高等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)而倍受人們的青睞。尤其當(dāng)它應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵等大容量負(fù)載時(shí)，可以獲得

12、其它調(diào)速方式無(wú)法比擬的節(jié)能效果。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類，目前國(guó)內(nèi)大都使用交－直－交變頻器。</p><p>　　自從通用變頻器問(wèn)世以來(lái)，變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速恒水位供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，使我國(guó)供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從90年代初開(kāi)始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓、恒水位供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)

13、級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水位的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定和水位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)用中得到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來(lái)越強(qiáng)。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著非常重要的意義。</p><p>　　新型供水方式與過(guò)去的水塔

14、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(dòng)化程度等方面都具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，而且具有顯著的節(jié)能效果。恒壓、供水調(diào)速系統(tǒng)的這些優(yōu)越性，引起國(guó)內(nèi)幾乎所有供水設(shè)備廠家的高度重視，并不斷投入開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)這一高新技術(shù)產(chǎn)品。目前該產(chǎn)品正向著高可靠性、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，系列標(biāo)準(zhǔn)化是未來(lái)供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)成片開(kāi)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(shì)。

15、</p><p>　　在短短的幾年內(nèi)，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)逐步完善的發(fā)展過(guò)程，早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸被多泵調(diào)速系統(tǒng)所代替。雖然單泵調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易可靠，但由于單泵電機(jī)深度調(diào)速造成水泵、電機(jī)運(yùn)行效率低，而多泵調(diào)速系統(tǒng)投資更為節(jié)省，運(yùn)行效率高，被實(shí)際證明是最優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，很快發(fā)展成為主導(dǎo)產(chǎn)品。</p><p>　　關(guān)鍵詞：模糊控制；PLC；恒壓；變頻</p><

16、;p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The control system of the fuzzy control, PLC, inverter, the corresponding sensors and actuators organically combine their respective advantages, and supporting de

17、sign, beautiful interface, easy operation of the automatic control system, makes the system very easy to debug and use , but also greatly simplifies water management, statistics and analysis and other aspects of workload

18、. Practice has proved that this system not only meets the needs of production, improve the overall management of the w</p><p>　　The control system has great development potential and value.</p><p&

19、gt;　　As a high-performance variable speed drives, DC generator - motor speed control method has long been widely used. But the DC motor commutator and brush maintenance because a lot of trouble, the price is quite expens

20、ive. To achieve good performance induction motor speed has been one of the ideal. Induction motor speed control in many ways, such as stepless speed, a very speed, stator voltage speed control, cascade control, frequency

21、 control and so on. But because of various shortcomings have not </p><p>　　Can achieve a continuous, steady speed, small size, easy maintenance, high level of automation in a series of outstanding advantages

22、 and much people of all ages. Especially when it is applied to fans, pumps and other large-capacity load, speed means you can get unmatched by other energy-saving effect. Frequency control system is mainly to provide var

23、iable frequency power supply device is the inverter, the inverter can be divided into AC - DC - AC inverter and AC - AC converter into two categorie</p><p>　　Since the inception of general-purpose inverters,

24、 inverter technology in various fields has been widely used. Frequency constant water supply equipment for its energy-saving, safe, high-quality water quality, etc., so that our water supply industry, technology and equi

25、pment from the early 1990s began to experience a quantum leap. Constant pressure, constant water supply pump motor speed control system to achieve variable speed, water level changes according to use automatic control sy

26、stem operat</p><p>　　Is the most advanced and reasonable energy-saving water supply system. In practical applications has been greatly developed. With the rapid development of power electronics technology, t

27、he inverter function is getting stronger. Full use of the various functions built in the inverter, the rational design of frequency control water supply equipment, reduce costs, ensure product quality has a very importan

28、t significance.</p><p>　　New water supply with past water tower or water tank and high pressure water supply as compared to both equipment investment, running economy, or system stability, reliability, autom

29、ation and so have incomparable advantages, but also has significant energy savings. Constant pressure, the water supply system, these advantages of speed, causing almost all the domestic water supply equipment manufactur

30、ers attach great importance to and continue to invest in developing, producing the high-tech produ</p><p>　　Series of standardized equipment to adapt to the future water supply into a piece of urban developm

31、ent, intelligent buildings, water supply network scheduling and overall planning requirements of the inevitable trend.</p><p>　　In just a few years, the frequency control water supply system has experienced

32、a gradual improvement of the development process, the early single constant speed pump system was gradually replaced by multi-pump speed control system. Although a single pump speed control system design simple and relia

33、ble, but because of the depth of a single pump motor speed caused by the pump, motor efficiency is low, while investment in multi-pump speed control system more economical, high efficiency, is actually</p><p&g

34、t;　　Keywords: fuzzy control; PLC; constant; frequency</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　變頻調(diào)速恒水位供水的目的和究意義</p><p>　　近年來(lái)我國(guó)中小城市發(fā)展迅速，集中用水量急劇增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1990年到1998年，我國(guó)人均日生活用水量（包括城市公共設(shè)施等

35、非生產(chǎn)用水）有175.7升增加到241.1升，增長(zhǎng)了37.2%，與此同時(shí)我國(guó)城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。太原市城區(qū)用水量急劇上升，城區(qū)居民生活用水和工業(yè)用水總量從1994年的1700多萬(wàn)噸激增到2000年的7500多萬(wàn)噸。在用水量高峰期時(shí)供水量普遍不足，造成城市公用管網(wǎng)水壓浮動(dòng)較大。由于每天不同時(shí)段用水對(duì)供水的水位要求變化較大，僅僅靠供水廠值班人員依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工手動(dòng)調(diào)節(jié)很難及時(shí)有效的達(dá)到目的。這種情況造成用水高峰期時(shí)水位達(dá)不

36、到要求,供水壓力不足，用水低峰期時(shí)供水水位超標(biāo),壓力過(guò)高，不僅十分浪費(fèi)能源而且存在事故隱患（例如壓力過(guò)高容易造成爆管事故）。</p><p>　　太原市自來(lái)水公司供水廠是該市城區(qū)內(nèi)的重要的供水廠，是在解放前的老水廠基礎(chǔ)上改造擴(kuò)建而成的。供水廠以前雖然也進(jìn)行過(guò)一些技術(shù)改造，但是生產(chǎn)系統(tǒng)大部分仍然采用人工手動(dòng)控制，生產(chǎn)過(guò)程中的重要參數(shù)仍然依靠人工定時(shí)記錄，例如清水池水位、電機(jī)運(yùn)行時(shí)間、耗電量等都是由值班人員定時(shí)記錄。

37、隨著地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城區(qū)居民生活用水和工業(yè)用水量大幅度上升。經(jīng)過(guò)改造和擴(kuò)建，供水廠目前的日供水能力在7.5萬(wàn)立方米左右，仍然不能完全滿足用水需求。由于城區(qū)用水量中居民生活用水所占的比例比較大，用水量的需求具有時(shí)變性。在用水高峰期時(shí)，清水池的水位達(dá)不到要求高度,管網(wǎng)壓力達(dá)不到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力，造成高層建筑斷水。用水低峰期時(shí)，管網(wǎng)壓力經(jīng)常超過(guò)規(guī)定的壓力上限，極易造成爆管事故并且能源損耗嚴(yán)重。供水廠原有的生產(chǎn)設(shè)備的控制方式比較落后，控制過(guò)程煩瑣

38、，大部分需要人工進(jìn)行手動(dòng)操作，能耗高，而且不能保證供水壓力達(dá)到壓力標(biāo)準(zhǔn)。此外，水廠作為城市供水系統(tǒng)的重要組成部分，其日常的生產(chǎn)、計(jì)劃、運(yùn)行和管理都直接影響到城市的安全供水。長(zhǎng)期以來(lái)水廠各部門(mén)的管理人員采用傳統(tǒng)的人工管理模式，通過(guò)手工從事繁重的業(yè)務(wù)管理、各種日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表的統(tǒng)計(jì)匯總等</p><p>　　供水廠希望通過(guò)對(duì)原有系統(tǒng)的技術(shù)改造，提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化水平。并在此基礎(chǔ)之上配備相應(yīng)的系統(tǒng)管理軟件，改變

39、傳統(tǒng)的落后管理方式，使管理工作規(guī)范化，提高水廠的業(yè)務(wù)管理水平。由于水廠原有的供水控制系統(tǒng)是一個(gè)完全依靠值班人員手動(dòng)控制的系統(tǒng)，所以對(duì)該系統(tǒng)技術(shù)改造的要求是在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)進(jìn)行，設(shè)計(jì)一套取水和供水的自動(dòng)控制系統(tǒng)，克服由于采用單純手動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制帶來(lái)的控制不方便、控制系統(tǒng)對(duì)供水管網(wǎng)中壓力和水位變化反應(yīng)遲鈍的問(wèn)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(lái)水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的。</p&g

40、t;<p>　　依靠現(xiàn)代化技術(shù)手段對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制和管理，提高設(shè)備運(yùn)行效率和可靠性，節(jié)省寶貴的水、電資源，是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。系統(tǒng)對(duì)控制水位的模糊控制進(jìn)行研究。</p><p>　　本控制系統(tǒng)將模糊控制、PLC、變頻器、相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，并設(shè)計(jì)了配套的界面美觀、操作方便的自動(dòng)控制系統(tǒng)，使得系統(tǒng)調(diào)試和使用都十分方便，而且大大簡(jiǎn)化了水廠在管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析等方面的

41、工作量。實(shí)踐證明，本系統(tǒng)不僅滿足了生產(chǎn)的需要，提高了整個(gè)水廠的整體管理水平，而且僅節(jié)約用電一項(xiàng)就為水廠創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。由于中小型自來(lái)水廠的自動(dòng)化技術(shù)改造在我國(guó)有著廣泛的前景，本控制系統(tǒng)具有較大的發(fā)展?jié)摿褪褂脙r(jià)值。</p><p>　　變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用</p><p>　　作為高性能的調(diào)速傳動(dòng)，直流發(fā)電機(jī)－電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制方法長(zhǎng)期以來(lái)一直應(yīng)用廣泛。但是直流電動(dòng)機(jī)由于換向器和電刷

42、維護(hù)保養(yǎng)很麻煩，價(jià)格也相當(dāng)昂貴。使異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)性能好的調(diào)速一直是人們的理想。異步電機(jī)的調(diào)速方法很多，例如無(wú)極調(diào)速、有極調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、變頻調(diào)速等。但是因?yàn)楦鞣N各樣的缺點(diǎn)沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　70年代以后，由于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)和微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展，促使晶體管變頻器的誕生。晶體管變頻器不但克服了以往交流調(diào)速的許多缺點(diǎn)，而且調(diào)速性能可以和直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能相媲美。三相異步電動(dòng)

43、機(jī)具有維修方便、價(jià)格便宜、功率和轉(zhuǎn)速適應(yīng)面寬等優(yōu)點(diǎn)，其變頻調(diào)速技術(shù)在小型化、低成本和高可靠性方面占有明顯的優(yōu)勢(shì)。到80年代末，交流電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，它將供給交流電機(jī)的工頻交流電源經(jīng)過(guò)二極管整流變成直流，再由IGBT或GTR模塊等器件逆變成頻率可調(diào)的交流電源，以此電源拖動(dòng)電機(jī)在變速狀態(tài)下運(yùn)行，并自動(dòng)適應(yīng)變負(fù)荷的條件。它改變了傳統(tǒng)工業(yè)中電機(jī)啟動(dòng)后只能以額定功率、定轉(zhuǎn)速的單一運(yùn)行方式，從而達(dá)到節(jié)能目的?，F(xiàn)代變頻調(diào)速

44、技術(shù)應(yīng)用于電力水泵供水系統(tǒng)中，較為傳統(tǒng)的運(yùn)行方式是可節(jié)電40％～60％，節(jié)水15％～30％[1]。</p><p>　　由于變頻調(diào)速具有調(diào)速的機(jī)械特性好，效率高，調(diào)速范圍寬，精度高，調(diào)整特性曲線平滑，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的、平穩(wěn)的調(diào)速，體積小、維護(hù)簡(jiǎn)單方便、自動(dòng)化水平高等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)而倍受人們的青睞。尤其當(dāng)它應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵等大容量負(fù)載時(shí)，可以獲得其它調(diào)速方式無(wú)法比擬的節(jié)能效果。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變

45、頻器，變頻器可分成交流－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類，目前國(guó)內(nèi)大都使用交－直－交變頻器[4]。</p><p>　　自從通用變頻器問(wèn)世以來(lái)，變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速恒水位供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，使我國(guó)供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從90年代初開(kāi)始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓、恒水位供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水位的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量的變化自

46、動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定和水位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)用中得到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來(lái)越強(qiáng)。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著非常重要的意義。</p><p>　　新型供水方式與過(guò)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，

47、還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，而且具有顯著的節(jié)能效果。恒壓、供水調(diào)速系統(tǒng)的這些優(yōu)越性，引起國(guó)內(nèi)幾乎所有供水設(shè)備廠家的高度重視，并不斷投入開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)這一高新技術(shù)產(chǎn)品。目前該產(chǎn)品正向著高可靠性、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，系列標(biāo)準(zhǔn)化是未來(lái)供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)成片開(kāi)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(shì)。</p><p>　　在短短的幾年內(nèi)，變

48、頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)逐步完善的發(fā)展過(guò)程，早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸被多泵調(diào)速系統(tǒng)所代替。雖然單泵調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易可靠，但由于單泵電機(jī)深度調(diào)速造成水泵、電機(jī)運(yùn)行效率低，而多泵調(diào)速系統(tǒng)投資更為節(jié)省，運(yùn)行效率高，被實(shí)際證明是最優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，很快發(fā)展成為主導(dǎo)產(chǎn)品。</p><p>　　可編程序控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用</p><p>　　早期的可編程序控制器(Programmable Logic

49、 Controller，PLC)，主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程序控制器將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與新興的計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，具有可靠性高、功能強(qiáng)、應(yīng)用靈活、編程簡(jiǎn)單、使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，以及良好的工業(yè)環(huán)境工作性能和自動(dòng)控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)性能，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出世界上第一臺(tái)可編

50、程控制器。早期的可編程控制器由分離元件和中小規(guī)模集成電路組成，主要功能是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)等。70年代初期，體積小、功能強(qiáng)和價(jià)格便宜的微處理器被用于PLC，使得PLC的功能大大增強(qiáng)。在硬件方面，除了保持其原有的開(kāi)關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊和各種特殊功能模塊。在軟件方面，PLC采用極易為電氣人員掌握的梯形圖編程語(yǔ)言，除了保持原有的邏輯運(yùn)算等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能

51、。進(jìn)入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌，使得PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度，各制造廠商還研制開(kāi)發(fā)了專用邏輯處理芯片，大大提高了PLC軟、硬件功能。</p><p>　　在發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家，PLC已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在所有的工業(yè)部門(mén)。據(jù)“美國(guó)市場(chǎng)信息”的世界PLC以及軟件市場(chǎng)報(bào)告稱，1995年全球PLC及其軟件的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)模約50億

52、美元[4]。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能得到大大的增強(qiáng)，具有以下特點(diǎn)：</p><p><b>　　1．可靠性高。</b></p><p>　　PLC的高可靠性得益于軟、硬件上一系列的抗干擾措施和它特殊的周期循環(huán)掃描工作方式。</p><p>　　2．具有豐富的I/O接口模塊。</p><p>　　PLC

53、針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對(duì)話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。</p><p>　　3．采用模塊化結(jié)構(gòu)。</p><p>　　為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由

54、機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。</p><p><b>　　4．編程簡(jiǎn)單易學(xué)。</b></p><p>　　PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門(mén)知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。</p><p>　　5．安裝簡(jiǎn)單，維修方便。</p&

55、gt;<p>　　PLC不需要專門(mén)的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過(guò)更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。</p><p>　　由于PLC強(qiáng)大功能和優(yōu)點(diǎn)，使得PLC在我國(guó)的水工業(yè)自動(dòng)化中得到廣泛的應(yīng)用。PLC在水工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用主要有水廠監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)加氯、自動(dòng)

56、加礬、水泵變頻調(diào)速、SCADA系統(tǒng)和供水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)等[7,8,9,10]。其主要功能是進(jìn)行工藝參數(shù)的采集、生產(chǎn)過(guò)程控制、信息處理、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及水質(zhì)監(jiān)測(cè)等。</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是變頻調(diào)速恒水位供水系統(tǒng)，我的主要任務(wù)是應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)和模糊控制器的設(shè)計(jì)，大體為以下五項(xiàng)內(nèi)容：</p>

57、<p>　　變頻調(diào)速恒水位供水系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展 主要介紹其系統(tǒng)的目的和意義，變頻器的發(fā)展史一直到廣泛應(yīng)用，隨著技術(shù)的發(fā)展，其優(yōu)越性越來(lái)越多，主要是節(jié)能、恒壓、綜合技術(shù)的集成等，以后將朝大容量、小體積、高性能、易操作、壽命高、可靠性強(qiáng)、無(wú)公害化發(fā)展；介紹了SIEMENS公司的產(chǎn)品系列史，PLC與其它工業(yè)裝置的比較：PLC與繼電器控制系統(tǒng)，與集散控制系統(tǒng)，與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。以及其特點(diǎn)。</p><p>　

58、　變頻調(diào)速恒水位供水系統(tǒng)的理論原理以及總體方按的設(shè)計(jì) 主要是變頻器的構(gòu)成、控制方式和形式，控制方式有三種形式：V/F控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制；變頻器的節(jié)能、調(diào)速原理；變頻器的工況點(diǎn)的確定和能耗機(jī)理分析，以及系統(tǒng)調(diào)速范圍的確定。變頻調(diào)速恒供水系統(tǒng)方案；控制系統(tǒng)的工作過(guò)程 系統(tǒng)的工作過(guò)程分為以下三個(gè)工作狀態(tài)：1#電機(jī)變頻啟動(dòng)；1#電機(jī)工頻運(yùn)行，2#電機(jī)變頻運(yùn)行；2#電機(jī)單獨(dú)變頻運(yùn)行；變頻工頻切換技術(shù)解決方案。</p>

59、<p>　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（主電路、控制電路）；P LC 接線圖設(shè)計(jì)，包括輸出輸入上元件的分配及編號(hào)，PLC 模塊由CPU226，兩塊數(shù)字?jǐn)U展模塊，一塊擴(kuò)展模塊所構(gòu)成。</p><p>　　應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)（PLC程序設(shè)計(jì)） 主要介紹了編程軟件的特點(diǎn)、語(yǔ)言和梯形圖其本繪制規(guī)則；控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主要包括七大程序，分別是初始化程序、停機(jī)程序、閥門(mén)開(kāi)關(guān)程序、水泵電機(jī)啟動(dòng)程序、小功率電機(jī)變頻/工頻切換程序、報(bào)警程序

60、；整個(gè)系統(tǒng)程序的工作過(guò)程以及編程中應(yīng)注意的細(xì)節(jié)。</p><p>　　恒水位供水系統(tǒng)的Fuzzy控制器設(shè)計(jì)及Simulink仿真研究 主要介紹模糊控制的概念和特點(diǎn)以及模糊控制器的設(shè)計(jì)，并且運(yùn)用MATLAB進(jìn)行Simulink仿真研究</p><p>　　總之，在本次設(shè)計(jì)中，必須完成圖表：論文說(shuō)明書(shū)、主電路圖、控制電路圖、PLC接線圖、PLC程序結(jié)構(gòu)框圖、PLC程序設(shè)計(jì)梯形圖。</p&

61、gt;<p>　　水位控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)</p><p><b>　　變頻器的控制方式</b></p><p>　　變頻器的發(fā)展已有數(shù)十年的歷史，在變頻器的發(fā)展過(guò)程中也曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)多種類型的變頻器，但目前成為市場(chǎng)主流的變頻器基本上有著圖2—1所示的基本結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖2—1變頻器的基本結(jié)構(gòu)</p><

62、;p>　　變頻調(diào)速的控制方式經(jīng)歷了V/F控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制的發(fā)展，前者屬于開(kāi)環(huán)控制，后兩者屬于閉環(huán)控制，正在發(fā)展的是直接轉(zhuǎn)矩控制。</p><p><b>　　1、V/F控制</b></p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與定子電源頻率f和極對(duì)數(shù)有關(guān)，改變f 就可以平滑的調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速，但是頻率f的上升或者下降可能會(huì)引起磁路飽和轉(zhuǎn)矩不足的現(xiàn)象，所以在改變f

63、的同時(shí)，還需要調(diào)節(jié)定子的電壓，使氣隙磁通保持不變，電動(dòng)機(jī)的效率不下降，這就是V/F控制。V/F控制簡(jiǎn)單，通用性優(yōu)良。</p><p><b>　　2、轉(zhuǎn)差頻率控制</b></p><p>　　由電機(jī)學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)可知，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩M與氣隙磁通Φ、轉(zhuǎn)差頻率f2的關(guān)系為：</p><p><b>　　(2-1)</b><

64、/p><p>　　只要保持氣隙中磁通Φ一定，控制轉(zhuǎn)差頻率f2就可以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制。</p><p><b>　　3、矢量控制</b></p><p>　　矢量控制是在交流電動(dòng)機(jī)上模擬直流電動(dòng)機(jī)控制轉(zhuǎn)矩的規(guī)律，將定子電流分解成相應(yīng)于直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流的量和勵(lì)磁電流的量，并分別進(jìn)行任意控制。矢量控制能夠?qū)D(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，獲得和直流

65、電動(dòng)機(jī)一樣的優(yōu)良的調(diào)速性能。</p><p>　　變頻調(diào)速的節(jié)能、調(diào)速原理</p><p>　　水泵工況點(diǎn)的確定以及變化</p><p>　　水泵工作點(diǎn)（工況點(diǎn)）是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中，實(shí)際運(yùn)行時(shí)所具有的揚(yáng)程、流量以及相應(yīng)的效率、功率等參數(shù)。</p><p>　　如果把某一水泵的性能曲線（即H-Q曲線）和管路性能曲線畫(huà)在同一坐標(biāo)系中（圖2

66、-2），則這兩條曲線的交點(diǎn)A,就是水泵的工作點(diǎn)。 工作點(diǎn)A是水泵運(yùn)行的理想工作點(diǎn)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)水泵的工作點(diǎn)并非總是固定在A點(diǎn)。若把水泵的效率曲線η-Q也畫(huà)在同一坐標(biāo)系中，在圖2-2中可以找出A點(diǎn)的揚(yáng)程HA、流量QA以及效率A。</p><p>　　從圖2-2中可以看出，水泵在工作點(diǎn)A點(diǎn)提供的揚(yáng)程和管路所需的水頭相等，水泵抽送的流量等于管路所需的流量，從而達(dá)到能量和流量的平衡，這個(gè)平衡點(diǎn)是有條件的，平衡也是相對(duì)的。一

67、旦當(dāng)水泵或管路性能中的一個(gè)或同時(shí)發(fā)生變化時(shí)，平衡就被打破，并且在新的條件下出現(xiàn)新的平衡。另外確定工作點(diǎn)一定要保證水</p><p>　　圖2-2 水泵工作點(diǎn)的確定</p><p>　　工作點(diǎn)的參數(shù)，反映水泵裝置的工作能力，是泵站設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理中一個(gè)重要問(wèn)題。</p><p>　　在變頻調(diào)速恒水位供水過(guò)程中，水泵工況點(diǎn)的變化如圖2—3所</p>&l

68、t;p>　　圖2-3水泵工況點(diǎn)的變化</p><p>　　當(dāng)P1、P2高于P0時(shí)，說(shuō)明管網(wǎng)系統(tǒng)用水量減少，管路阻力特性曲線A1、A2 向A0方向變化，此時(shí)水泵轉(zhuǎn)速逐漸降低，管網(wǎng)口壓力也由P2、P1逐漸下降，當(dāng)P’低于P0時(shí)，其工況點(diǎn)變化與上述相反即由A1’逐漸向A0移動(dòng)，使管網(wǎng)系統(tǒng)供水始終保持恒定。</p><p>　　圖2-4水泵變速恒壓工況</p><p>

69、;　　根據(jù)2-4圖水泵變速恒壓工況分析：當(dāng)管網(wǎng)用水由Q2、Q1….向Q0移動(dòng)時(shí)，通過(guò)改變水泵轉(zhuǎn)速使P0保持恒定。</p><p>　　變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中水泵工況調(diào)節(jié)過(guò)程</p><p>　　交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f具有如下關(guān)系：</p><p>　　n =60 f(1-s)/p （2—2）</p><p>　　式2—2中：

70、　p極對(duì)數(shù),s轉(zhuǎn)差率</p><p>　　因此不改變電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)，只改變電源的頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就按比例變動(dòng)。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，通過(guò)變頻器來(lái)改變電源的頻率f來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速n。改變水泵的轉(zhuǎn)速，可以使水泵性能曲線改變，達(dá)到調(diào)節(jié)水泵工況目的。</p><p>　　當(dāng)管網(wǎng)負(fù)載減小時(shí)，通過(guò)VVVF降低交流電的頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)膎1降低到n2。另外根據(jù)葉片泵工作原理和相似理論，改變轉(zhuǎn)速n

71、,可使供水泵流量Q、揚(yáng)程H和軸功率N以相應(yīng)規(guī)律改變[37]。</p><p>　　Q1/Q2=n1/n2 （2—3）</p><p>　　H1/H2=(n1/n2)2 （2—4）</p><p>　　P1/P2 =(n1/n2)3 （2—5）</p><p>　　或

72、 H =KQ2 （2—6） </p><p>　　式2—6是頂點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)的二次拋物線族的方程，在這種拋物線上的各點(diǎn)具有相似的工作狀況，所以稱為相似工況拋物線。</p><p>　　在變頻調(diào)速恒水位供水系統(tǒng)中，單臺(tái)水泵工況的調(diào)節(jié)是通過(guò)變頻器來(lái)改變電源的頻率f來(lái)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。其工況調(diào)節(jié)過(guò)程可由圖2-5來(lái)說(shuō)明。</p

73、><p>　　圖2-5 變頻調(diào)速恒壓供水水泵工況調(diào)節(jié)圖</p><p>　　由圖2-5可見(jiàn)，設(shè)定管網(wǎng)壓力值（揚(yáng)程）為H0，管網(wǎng)初始用水量為QA，初始工況點(diǎn)為A，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n1，工作點(diǎn)A的軸功率即為AH0OQA四點(diǎn)所圍的面積。當(dāng)管網(wǎng)負(fù)載減小時(shí)，管網(wǎng)壓力升高，壓力傳感器將檢測(cè)到升高壓力轉(zhuǎn)換成4-20A電流信號(hào)送往模糊調(diào)節(jié)器，經(jīng)比較處理后，輸出一個(gè)令變頻器頻率降低的信號(hào)，從而降低電機(jī)轉(zhuǎn)速至n2

74、,水泵轉(zhuǎn)速的下降是沿著水泵的相似工況拋物線下降的，也就是從點(diǎn)A移至B點(diǎn)，在此過(guò)程中水泵輸出的流量和壓力都會(huì)相應(yīng)減小.。恒壓供水系統(tǒng)中壓力值恒定在H0,因此水泵工作點(diǎn)又沿著轉(zhuǎn)速n2所對(duì)應(yīng)的水泵性能曲線從點(diǎn)B移至C點(diǎn)，在此階段水泵輸出壓力升高，流量減少，水泵運(yùn)行在新的工作點(diǎn)C點(diǎn)，在圖3中可以找出C點(diǎn)的揚(yáng)程HC、流量QC以及效率C ，工作點(diǎn)C的軸功率即為CH0OQC四點(diǎn)所圍的面積。</p><p>　　考察水泵的效率曲

75、線-Q,，水泵轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍之內(nèi)，也就是不要使變頻器頻率下降得過(guò)低，避免水泵在低效率段運(yùn)行。</p><p>　　變頻調(diào)速恒水位供水系統(tǒng)調(diào)速范圍的確定</p><p>　　考察水泵的效率曲線-Q,，水泵轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍之內(nèi)，也就是不要使變頻器頻率下降得過(guò)低，避免水泵在低效率段運(yùn)行。水泵的調(diào)速范圍由水泵本身的特性和用戶所需揚(yáng)程規(guī)定，當(dāng)選定某型號(hào)的水泵時(shí)即可確

76、定此水泵的最大調(diào)速范圍，在根據(jù)用戶的揚(yáng)程確定具體最低調(diào)速范圍，在實(shí)際配泵時(shí)揚(yáng)程設(shè)定在高效區(qū)，水泵的調(diào)速范圍將進(jìn)一步變小，其頻率變化范圍在40Hz以上，也就是說(shuō)轉(zhuǎn)速下降在20%以內(nèi)，在此范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率在50%-100%范圍內(nèi)變化，電動(dòng)機(jī)的效率基本上都在高效區(qū)。</p><p><b>　　系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　變頻調(diào)速恒水位供水系統(tǒng)構(gòu)成如下

77、圖所示，由可編程控制器、變頻器、水泵電機(jī)組、水位傳感器、工控機(jī)以及接觸器控制柜等構(gòu)成。系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)4臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)行與調(diào)速，其中兩臺(tái)大機(jī)(220KW)和兩臺(tái)小機(jī)(160KW,160KW)分別采用循環(huán)使用的方式運(yùn)行。PLC上接工控計(jì)算機(jī)，水位傳感器采樣水池水位信號(hào)，變頻器輸出電機(jī)頻率信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)反饋給PLC的模糊模塊,PLC根據(jù)這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)模糊運(yùn)算，發(fā)出指令，對(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行工頻和變頻之間的切換。PLC上接工控計(jì)算機(jī)，上位

78、機(jī)裝有監(jiān)控軟件，對(duì)恒水位供水系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制。如圖2-6所示:</p><p>　　圖2-6變頻調(diào)速恒水位供水自動(dòng)控制系統(tǒng)組成</p><p><b>　　系統(tǒng)工作過(guò)程</b></p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的實(shí)際情況，白天一般只需開(kāi)動(dòng)一臺(tái)大泵和一臺(tái)小泵，就能滿足生產(chǎn)需要，小機(jī)工頻運(yùn)行作恒速泵使用，大機(jī)變頻運(yùn)行作變量泵；晚上用水低峰時(shí)，只需開(kāi)

79、動(dòng)一臺(tái)大機(jī)就能滿足供水需要。因此可以采用一大一小搭配的分組方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，即把1#水泵電機(jī)（160KW）和2#水泵電機(jī)（220KW）為一組，3#水泵電機(jī)（160KW）和4#水泵電機(jī)（220KW）分為一組。兩組采用循環(huán)使用的方式運(yùn)行，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以根據(jù)運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)調(diào)整選擇不同的機(jī)組運(yùn)行。</p><p>　　分析自動(dòng)控制系統(tǒng)的機(jī)組Ⅰ（1#、2#水泵電機(jī)）工作過(guò)程,可分為以下三個(gè)工作狀態(tài)：1) 1#電機(jī)變頻起動(dòng)；

80、2)1#電機(jī)工頻運(yùn)行，2#電機(jī)變頻運(yùn)行；3) 2#電機(jī)單獨(dú)變頻運(yùn)行。一般情況下，水泵電機(jī)都處于這三種工作狀態(tài)之中，當(dāng)源水的水位發(fā)生變化時(shí)，管網(wǎng)壓力也就隨之變化，三種工作狀態(tài)就要發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)換，因此這三種工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)著三個(gè)切換過(guò)程。</p><p><b>　　1.切換過(guò)程Ⅰ</b></p><p>　　1#電機(jī)變頻起動(dòng)，頻率達(dá)到50HZ,1#電機(jī)工頻運(yùn)行，2#電機(jī)變頻運(yùn)

81、行。系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，水池水位低于設(shè)定水位下限hl，按下相應(yīng)的按鈕,選擇機(jī)組Ⅰ運(yùn)行，在PLC可編程控制器控制下, KM2得電，1#電機(jī)先接至變頻器輸出端，接著接通變頻器FWD端，變頻器對(duì)拖動(dòng)1#泵的電動(dòng)機(jī)采用軟起動(dòng)，1#電機(jī)起動(dòng)，運(yùn)行一段時(shí)間后，隨著運(yùn)行頻率的增加，當(dāng)變頻器輸出頻率增至工頻（即50HZ），可編程控制器發(fā)出指令，接通變頻器BX端，變頻器FWD端斷開(kāi)，KM2失電，1#電機(jī)自變頻器輸出端斷開(kāi)，KM1得電1#電機(jī)切換至工頻運(yùn)行。1

82、#電機(jī)工頻運(yùn)行后,開(kāi)啟1#泵閥門(mén)，1#泵工作在工頻狀態(tài)。接著KM3得電，2#電機(jī)接至變頻器輸出端,接通變頻器FWD端，變頻器BX端斷開(kāi),2#電機(jī)開(kāi)始軟起動(dòng)，運(yùn)行一段時(shí)間后，開(kāi)啟2#泵閥門(mén)，2#水泵電機(jī)工作在變頻狀態(tài)。從而實(shí)現(xiàn)1#水泵由變頻切換至工頻電網(wǎng)運(yùn)行，2#水泵接入變頻器并啟動(dòng)運(yùn)行，在系統(tǒng)調(diào)節(jié)下變頻器輸出頻率不斷增加，直到水池水位達(dá)到設(shè)定值為止。　</p><p><b>　　2.切換過(guò)程Ⅱ<

83、/b></p><p>　　由1#電機(jī)工頻運(yùn)行，2#電機(jī)變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)?#電機(jī)單獨(dú)變頻運(yùn)行狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)晚上用水量大量減少時(shí)，水壓增加，2#水泵電機(jī)在變頻器作用下，變頻器輸出頻率下降，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，水泵輸出流量減少，當(dāng)變頻器輸出頻率下降到指定值，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降到指定值，水管水壓高于設(shè)定水壓上限時(shí)（2# 電機(jī)）,在PLC可編程控制器控制下，1#水泵電機(jī)從工頻斷開(kāi)，2#水泵

84、繼續(xù)在變頻器拖動(dòng)下變頻運(yùn)行。</p><p><b>　　3.切換過(guò)程Ⅲ</b></p><p>　　由2#電機(jī)變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)?#電機(jī)變頻停止，1#電機(jī)變頻運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)早晨用水量再次增加時(shí)，2#電動(dòng)機(jī)工作在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)變頻器輸出頻率增至工頻（即50Hz），水池水位低于設(shè)定水位上限H時(shí)，接通變頻器BX端，變頻器FWD端斷開(kāi)， KM3斷開(kāi)，2#電機(jī)自變頻器輸出端斷開(kāi)；

85、 KM2得電,1#電機(jī)接至變頻器輸出端；接通變頻器FWD端,與此同時(shí)變頻器BX端斷開(kāi),1#電機(jī)開(kāi)始軟起動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)又回到初始工作狀態(tài)Ⅰ，開(kāi)始新一輪循環(huán)。</p><p>　　在PLC程序設(shè)計(jì)中，必須認(rèn)真考慮這三個(gè)切換過(guò)程，才能保證系統(tǒng)在一個(gè)工作周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)正常切換與運(yùn)行。</p><p>　　1#和2#機(jī)組工作過(guò)程流程圖如下：</p><p>　　圖2-7機(jī)組Ⅰ工作過(guò)

86、程流程圖</p><p>　　若選擇機(jī)組Ⅱ（3#和4#水泵電機(jī)）運(yùn)行，其工作過(guò)程和上面類似。</p><p><b>　　控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　主電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用一臺(tái)變頻器連接4臺(tái)電動(dòng)機(jī)，其中1#、3#水泵電機(jī)是小機(jī)，具有變

87、頻/工頻兩種工作狀態(tài)，每臺(tái)電機(jī)都通過(guò)兩個(gè)接觸器與工頻電源和變頻器輸出電源相聯(lián)；2#、4#水泵電機(jī)是大機(jī)，只有變頻工作狀態(tài)，每臺(tái)電機(jī)只通過(guò)一個(gè)接觸器與變頻輸出電源連接。變頻器輸入電源前面接入一個(gè)自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)、變頻器的過(guò)流過(guò)載保護(hù)接通，空氣開(kāi)關(guān)的容量依據(jù)大機(jī)的額定電流來(lái)確定。對(duì)于有變頻/工頻兩種狀態(tài)的1#和3#電動(dòng)機(jī)，還需要在工頻電源下面接入兩個(gè)同樣的自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的過(guò)流過(guò)載保護(hù)接通，空氣開(kāi)關(guān)的容量依據(jù)小機(jī)的額定電流來(lái)

88、確定。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量適當(dāng)選擇。</p><p>　　由于每臺(tái)電機(jī)的工作電流都在幾百安以上，為了顯示電機(jī)當(dāng)前的工作電流，必須在每臺(tái)電機(jī)三相輸入電源前面都接入兩個(gè)電流互感器，電流互感器和熱繼電器、兩個(gè)電流表連接，如圖3-1所示。兩個(gè)電流表一個(gè)安裝在控制柜上，另一個(gè)安裝在控制臺(tái)上，可以方便地觀察電機(jī)的三相工作電流，便于操作人員監(jiān)測(cè)電機(jī)的工作狀態(tài)。同時(shí)熱繼電器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的過(guò)熱保護(hù)。</p

89、><p>　　變頻器主電路電源輸入端子（R、S、T）經(jīng)過(guò)空氣開(kāi)關(guān)與三相電源連接，變頻器主電路輸出端子（U、V、W）經(jīng)接觸器接至三相電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向預(yù)設(shè)定不一致時(shí)，需要調(diào)換輸出端子（U、V、W）的任意兩相。特別是對(duì)于有變頻/工頻兩種狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)，一定要保證在工頻電源拖動(dòng)和變頻輸出電源拖動(dòng)兩種情況下電機(jī)旋向的一致性，否則在變頻／工頻的切換過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)換電流，致使轉(zhuǎn)換無(wú)法成功。在變頻器起動(dòng)、運(yùn)行和停止操作中，必

90、須用觸摸面板的運(yùn)行和停止鍵或者是外控端子FWD(REV)來(lái)操作，不得以主電路的通斷來(lái)進(jìn)行。另外為了改善變頻器的功率因素，還需配置相應(yīng)的DC電抗器，變頻器的[P1,P+]端子是連接DC電抗器之用。</p><p>　　水泵閥門(mén)主電路用兩個(gè)交流接觸器來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉。</p><p>　　對(duì)于系統(tǒng)中真空泵控制電路，使用一臺(tái)三相交流異步電動(dòng)機(jī)和4個(gè)兩位兩通電磁換向氣閥組

91、成抽取真空的回路。每次抽真空的時(shí)候，需要預(yù)先決定需要抽真空的水泵，然后先開(kāi)啟真空抽取電動(dòng)機(jī)，接著開(kāi)啟控制要抽真空的水泵的電磁換向氣閥，這樣就能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的抽取真空的功能。如有必要，在系統(tǒng)中這樣還可以安裝多臺(tái)真空泵，實(shí)現(xiàn)同時(shí)抽取多臺(tái)水泵真空，確保系統(tǒng)的正常工作。</p><p><b>　　控制電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在控制電路的設(shè)計(jì)中，首先要考慮弱電和

92、強(qiáng)電之間的隔離的問(wèn)題。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，所有控制電機(jī)、閥門(mén)接觸器的動(dòng)作，都是按照PLC的程序邏輯來(lái)完成的。為了保護(hù)PLC設(shè)備，PLC輸出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是通過(guò)中間繼電器去控制電機(jī)或者閥門(mén)的動(dòng)作。在PLC輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，其目的是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的強(qiáng)電和弱電之間的隔離，保護(hù)系統(tǒng)，延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。</p><p>　　控制電路之中存在電路之間互鎖的問(wèn)題，

93、由于控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)分組的組內(nèi)自動(dòng)循環(huán)，所以電路的自鎖包括組內(nèi)互鎖和組間互鎖。組內(nèi)互鎖是指同一組中電動(dòng)機(jī)的互鎖，組間互鎖是指不同機(jī)組之間電動(dòng)機(jī)的互鎖。在實(shí)現(xiàn)組內(nèi)互鎖的時(shí)候，嚴(yán)禁出現(xiàn)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)接在工頻電源和變頻電源的情況，同時(shí)要求變頻器始終只與一臺(tái)電動(dòng)機(jī)相連，而且當(dāng)大容量電動(dòng)機(jī)變頻工作的時(shí)候，小容量電動(dòng)機(jī)要么是工頻工作運(yùn)行，要么是停止工作。所以在大容量電動(dòng)機(jī)變頻工作的時(shí)候，要自動(dòng)切斷小容量電動(dòng)機(jī)的變頻控制電路。控制電路的組間互鎖是通過(guò)輸

94、入按鈕，控制PLC的輸入端口來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)選擇一組機(jī)組運(yùn)行時(shí)，按下另一組起動(dòng)按鈕則為無(wú)效操作。</p><p>　　控制電路中還必須考慮系統(tǒng)電機(jī)和閥門(mén)的當(dāng)前工作狀態(tài)指示燈的設(shè)計(jì)，為了節(jié)省PLC的輸出端口，在電路中可以采用PLC輸出端子的中間繼電器的相應(yīng)常開(kāi)觸點(diǎn)的斷開(kāi)和閉合來(lái)控制相應(yīng)電機(jī)和閥門(mén)的指示燈的亮和熄滅，指示當(dāng)前系統(tǒng)電機(jī)和閥門(mén)的工作狀態(tài)。</p><p><b>　　PLC配

95、置</b></p><p>　　S7-200型PLC的特點(diǎn) </p><p>　　由于恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對(duì)較少，因此PLC選用德國(guó)SIEMENS公司的S7-200型。S7-200型PLC的結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，具有較高的性能/價(jià)格比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)[4]。SIEMENS公司的PLC具有可靠性高，可擴(kuò)展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；PL

96、C可以上接工控計(jì)算機(jī)，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制。PLC和上位機(jī)的通信采用PC/PPI電纜，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口（PPI）協(xié)議，PC/PPI電纜可以方便實(shí)現(xiàn)PLC的通信接口RS485到PC機(jī)的通信接口RS232的轉(zhuǎn)換，通信傳輸速率為9.6Kbaud或19.2Kbaud。用戶程序有三級(jí)口令保護(hù)，可以對(duì)程序?qū)嵤┌踩Ｗo(hù)[37]。</p><p>　　PLC的開(kāi)關(guān)量輸入、輸出點(diǎn)</p><p>　　P

97、LC的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的確定根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和所需控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)量加以確定。變頻調(diào)速恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)采用分組運(yùn)行的方式，把1#水泵電機(jī)（160KW）和2#水泵電機(jī)（220KW）分為機(jī)組Ⅰ，3#水泵電機(jī)（160KW）和4#水泵電機(jī)（220KW）分為機(jī)組Ⅱ。兩組采用循環(huán)使用的方式運(yùn)行，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以根據(jù)運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)調(diào)整選擇不同的機(jī)組運(yùn)行。要求控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備有四臺(tái)電機(jī)接觸器的動(dòng)作，四個(gè)閥門(mén)正反轉(zhuǎn)，變頻器的控制端子，熱繼電器輸入及

98、報(bào)警等。PLC輸入輸出端口地址的分配如下表3-1所示。</p><p><b>　　（1）輸入端口</b></p><p>　　自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC的輸入端口包括機(jī)組Ⅰ啟動(dòng)按鈕，閥門(mén)關(guān)閉按鈕，電機(jī)停止按鈕，以及機(jī)組Ⅱ啟動(dòng)按鈕，閥門(mén)關(guān)閉按鈕，電機(jī)停止按鈕。另外PLC輸入端口還包括電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)繼電器輸入，輸入形式是熱繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)。</p><p&g

99、t;<b>　?。?） 輸出端口</b></p><p>　　PLC的輸出端口包括機(jī)組Ⅰ內(nèi)控制1#電機(jī)兩個(gè)交流接觸器的動(dòng)作，分別對(duì)應(yīng)變頻/工頻兩個(gè)工作狀態(tài)，1#水泵相應(yīng)閥門(mén)的正反轉(zhuǎn)，2#電機(jī)變頻運(yùn)行的交流接觸器動(dòng)作，2#水泵相應(yīng)閥門(mén)的正反轉(zhuǎn)。機(jī)組Ⅱ內(nèi)控制3#電機(jī)變頻/工頻運(yùn)行的兩個(gè)交流接觸器,3#水泵相應(yīng)閥門(mén)的正反轉(zhuǎn)，4#電機(jī)變頻運(yùn)行的交流接觸器動(dòng)作，4#水泵相應(yīng)閥門(mén)的正反轉(zhuǎn)。PLC與這些交

100、流接觸器的連接是通過(guò)中間繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)中的強(qiáng)電和弱電之間的隔離，保護(hù)PLC設(shè)備，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。</p><p>　　對(duì)于變頻器，不僅需要一個(gè)中間繼電器來(lái)控制變頻器的FWD和CM的通斷，來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻器的運(yùn)行和停止；而且需要一個(gè)中間繼電器來(lái)控制變頻器的BX和CM的通斷，斷開(kāi)變頻器輸出，實(shí)現(xiàn)變頻/工頻的切換。</p><p>　　此外，對(duì)于電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)繼電器輸入，報(bào)警指

101、示輸出既需要四個(gè)端口顯示哪一臺(tái)電機(jī)故障，也需要一個(gè)輸出端子進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警輸出。</p><p>　　表3－1可編程控制器輸入、輸出端口（I/0）地址分配表</p><p>　　PLC的模擬量輸入、輸出點(diǎn)</p><p>　　自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC的模擬輸入端口包括壓力傳感器檢測(cè)的水位信號(hào)，水位信號(hào)是以標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)4～20mA進(jìn)行傳輸?shù)模蛔冾l器反饋的電機(jī)頻率信號(hào)，電機(jī)頻率

102、信號(hào)是0～10V的電壓信號(hào)。</p><p><b>　　PLC的選型</b></p><p>　　根據(jù)控制系統(tǒng)實(shí)際所需端子數(shù)目，考慮PLC端子數(shù)目要有一定的預(yù)留量，為以后新設(shè)備的介入或設(shè)備調(diào)整留有余地，因此選用的S7-200型PLC的主模塊為CPU266，其開(kāi)關(guān)量輸出（DQ）為16點(diǎn)，輸出形式為AC220V繼電器輸出；開(kāi)關(guān)量輸入CPU266為24點(diǎn)，輸入形式為＋24

103、V直流輸入。由于實(shí)際的開(kāi)關(guān)量輸出有22點(diǎn)，所以需要擴(kuò)展，擴(kuò)展模塊選擇的是兩個(gè)EM222型模塊，該模塊有8個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)，輸出形式為AC220V繼電器輸出。</p><p>　　此外，為了方便的將水位信號(hào)、電機(jī)頻率信號(hào)和同相比較信號(hào)傳輸給PLC,經(jīng)比較計(jì)算后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制信號(hào)，選擇了EM235模擬量擴(kuò)展模塊。該模塊有4個(gè)模擬輸入（AIW），1個(gè)模擬輸出（AQW）信號(hào)通道。輸入輸出信號(hào)接入端口時(shí)能夠自動(dòng)完成A/D的

104、轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成一個(gè)字長(zhǎng)（16bit）的數(shù)字信號(hào)；輸出信號(hào)接出端口時(shí)能夠自動(dòng)完成D/A的轉(zhuǎn)換，一個(gè)字長(zhǎng)（16bit）的數(shù)字信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。EM235模塊可以針對(duì)不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)，通過(guò)DIP開(kāi)關(guān)進(jìn)行設(shè)置。</p><p>　　系統(tǒng)中PLC的選型包括一個(gè)CPU266主模塊，兩個(gè)EM222擴(kuò)展模塊，一個(gè)EM235模擬量擴(kuò)展模塊。如此PLC總共有24個(gè)數(shù)字信號(hào)輸入，32個(gè)數(shù)字信號(hào)輸出,以及4個(gè)模

105、擬輸入信號(hào)，1個(gè)模擬輸出信號(hào)。輸入和輸出均有余量，可以滿足日后系統(tǒng)擴(kuò)充的要求。</p><p><b>　　PLC的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　PLC控制程序采用SIEMENS公司提供的STEP-7 mocro/win32 V3.1編程軟件開(kāi)發(fā),該軟件的SIMATIC指令集包含三種語(yǔ)言，即語(yǔ)句表(stl)語(yǔ)言、梯形圖(lad)語(yǔ)言、功能塊圖(FWD)語(yǔ)言[38]

106、。語(yǔ)句表(stl)語(yǔ)言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，特別適合于來(lái)自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機(jī)器硬件的語(yǔ)言。梯形圖(lad)語(yǔ)言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，是應(yīng)用最多的一種編程語(yǔ)言，與計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，梯形圖可以看作是PLC的高級(jí)語(yǔ)言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電氣工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)人員所接受，是初學(xué)者理想的編程工具。功能塊圖(FWD)的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字