畢業(yè)設計（論文）-基于PLC的高樓恒壓供水系統(tǒng)設計.doc

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1、畢業(yè)設計報告(論文) 報告(論文)題目： 基于 PLC 的高樓恒壓供水系統(tǒng)的設計 作者所在系部： 機械工程系 作者所在專業(yè)： 測控技術與儀器 作者所在班級： 作 者 姓 名 ： 作 者 學 號 ： 指導教師姓名： 完 成 時 間 ： 2012.6 北華航天工業(yè)學院教務處制 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 目 錄 摘要摘要. AbstactAbstact 第一章第一章 緒論緒論1 1.1 引言1 1.2 本課題產(chǎn)生的背景和意義.2 1.3 變頻恒壓供水的現(xiàn)況2 1.3.1 國內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀 2 1.3.2 變頻供水系統(tǒng)應用范圍 3 1.4 本論文的主要工作.3 第二章第二章 變頻恒壓供水的理論分

2、析變頻恒壓供水的理論分析4 2.1 水泵的工作原理4 2.2 供水電機的搭配4 2.3 水泵的調(diào)節(jié)方式5 2.4 恒壓供水系統(tǒng)的能耗分析5 2.5 供水系統(tǒng)的安全性問題7 2.5.1 水錘效應 7 2.5.2 水錘效應的產(chǎn)生原因7 2.5.3 水錘效應的消除 8 2.5.4 延長水泵壽命的其他因素 8 第三章第三章 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件的設計變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件的設計9 3.1 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的構(gòu)成方案9 3.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案9 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 3.3 供水設備的選擇原則.11 3.4 參數(shù)的計算與供水設備選型.13 3.4.1 水泵的參數(shù)計算與型號的選擇

3、 .13 3.4.2 變頻器的選擇 13 3.4.3 壓力傳感器的選擇 15 3.4.4 水位傳感器的選擇 15 3.4.5 其他低壓電器的選擇 15 3.5 PLC 的選型 16 3.5.1 I/O 點的統(tǒng)計.16 3.5.2 PLC 選型的基本原則.17 3.5.3 I/O 的分配.17 3.6 系統(tǒng)硬件線路設計.18 3.7 PID 調(diào)節(jié) .19 3.7.1 PID 控制原理和特點 .19 3.7.2 PID 參數(shù)的預置 .20 第四章第四章 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)軟件的設計變頻恒壓供水控制系統(tǒng)軟件的設計.22 4.1 編程軟件的簡單介紹 .22 4.2 恒壓供水系統(tǒng)程序的設計 .23 4

4、.2.1 梯形圖的設計 .23 4.3 程序的仿真與調(diào)試 .28 4.3.1 仿真軟件的簡介 .29 4.3.2 恒壓供水系統(tǒng)程序的仿真調(diào)試 .29 第五章第五章 總結(jié)與期望總結(jié)與期望.33 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 5.1 總結(jié) .33 5.2 展望 .33 參考文獻參考文獻.34 致致 謝謝.36 附附 錄錄.37 語句表語句表.37 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 1 第一章 緒論 1.1 引言 水是生命之源，人類生存和發(fā)展都離不開水。在通常的城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水中，基本上 都是靠供水站的電動機帶動離心水泵，產(chǎn)生壓力使管網(wǎng)中的自來水流動，把供水管網(wǎng)中 的自來水送給用戶。但供水機泵供水的同時，也消耗大

5、量的能量，如果能在提高供水機 泵的效率、確保供水機泵的可靠穩(wěn)定運行的同時，降低能耗，將具有重要經(jīng)濟意義。我 國供水機泵的特點是數(shù)量大、范圍廣、類型多，在工程規(guī)模上也有一定水平，但在技術 水平、工程標準以及經(jīng)濟效益指標等方面與國外先進水平相比，還有一定的差距。 隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)的可靠性要求不斷提高。衡 量供水質(zhì)量的重要標準之一是供水壓力是否恒定，因為水壓恒定于某些工業(yè)或特殊用戶 是非常重要的，如當發(fā)生火警時，若供水壓力不足或無水供應，不能迅速滅火，會造成 更大的經(jīng)濟損失或人員傷亡.但是用戶用水量是經(jīng)常變動的，因此用水和供水之間的不平 衡的現(xiàn)象時有發(fā)生，并且集中反映

6、在供水的壓力上：用水多而供水少，則供水壓力低； 用水少而供水多，則供水壓力大。保持管網(wǎng)的水壓恒定供水，可使供水和用水之間保持 平衡，不但提高了供水的產(chǎn)量和質(zhì)量，也確保了供水生產(chǎn)以及電機運行的安全可靠性。 變頻調(diào)速技術以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風機、水泵、空氣壓 縮機、制冷壓縮機等高能耗設備上廣泛應用。利用變頻技術與自動控制技術相結(jié)合，在 中小型供水企業(yè)實現(xiàn)恒壓供水，不僅能達到比較明顯的節(jié)能效果，提高供水企業(yè)的效率， 更能有效保證從水系統(tǒng)的安全可靠運行.變頻 恒 水 壓供水系統(tǒng)集變頻技術、電氣傳動 技術、現(xiàn)代控制技術于一體。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性， 方

7、便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控;同時可達到良好的節(jié)能性，提高供水效率。所以 設計基于變頻調(diào)速的恒定水壓供水系統(tǒng)(簡稱變頻恒壓供水，如圖 1.2)，對于提高企業(yè) 效率以及人民的生活水平，同時降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 2 蓄水 池 電機 水泵 閥門 供 水 主 管 網(wǎng) 蓄水 池 電機 水泵 閥門 供 水 主 管 網(wǎng) 變頻器 PLC 圖1-1 傳統(tǒng)供水機示意圖 圖1-2 變頻供水機示意圖 1.2 本課題產(chǎn)生的背景和意義 我國長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術一直比較 落后，工業(yè)自動化程度低。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)供水壓力的方式，多采用頻繁啟/停電機控

8、制和水塔 二次供水調(diào)節(jié)的方式，前者產(chǎn)生大量能耗的，而且對電網(wǎng)中其他負荷造成影響，設備不 斷啟停會影響設備壽命；后者則需要大量的占地與投資。而變頻調(diào)速式的運行十分穩(wěn)定 可靠，沒有頻繁的啟動現(xiàn)象，啟動方式為軟啟動，設備運行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機 械沖擊，也沒有水塔供水所帶來的二次污染的危險。由此可見，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 具有供水安全、節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運行穩(wěn)定可 靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應用前景和明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。 1.3 變頻恒壓供水的現(xiàn)況 1.3.1 國內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀 變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。目前國外的恒壓供水 系統(tǒng)

9、變頻器成熟可靠，恒壓控制技術先進。國外變頻供水系統(tǒng)在設計時主要采用一臺變 頻器只帶一臺水泵機組的方式。這種方式運行安全可靠，變壓方式更靈活。此方式的缺 點必是電機數(shù)量和變頻的數(shù)量一樣多，投資成本高。 目前國內(nèi)有不少公司在從事進行變頻恒壓供水的研制推廣，國產(chǎn)變頻器主要采用進 口元件組裝或直接進口國外變頻器，結(jié)合 PLC 或 PID 調(diào)節(jié)器實現(xiàn)恒壓供水，在小容量、 控制要求低的變頻供水領域，國產(chǎn)變頻器發(fā)展較快，并以其成本低廉的優(yōu)勢占領了相當 部分小容量變頻恒壓供水市場。但在大功率大容量變頻器上，國產(chǎn)變頻器有待于進一步 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 3 改進和完善。 1.3.2 變頻供水系統(tǒng)應用范圍 變

10、頻恒壓供水系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應用，按所使用的范圍大致分為三類: (1) 小區(qū)供水(加壓泵站)變頻恒壓供水系統(tǒng) 這類變頻供水系統(tǒng)主要用于包括工廠、小區(qū)供水、高層建筑供水、鄉(xiāng)村加壓站，特 點是變頻控制的電機功率小，一般在 135kW 以下，控制系統(tǒng)簡單。由于這一范圍的用戶 群十分龐大，所以是目前國內(nèi)研究和推廣最多的方式。 (2) 國內(nèi)中小型供水廠變頻恒壓供水系統(tǒng) 這類變頻供水系統(tǒng)主要用于中小供水廠或大中城市的輔助供水廠。這類變頻器、電 機功率在 135kV320kW 之間，電網(wǎng)電壓通常為 220V 或 380V。受中小水廠規(guī)模和經(jīng)濟條 件限制，目前主要采用國產(chǎn)通用的變頻恒壓供水變頻器。 (3) 大

11、型供水廠的變頻恒壓供水系統(tǒng) 這類變頻供水系統(tǒng)用于大中城市的主力供水廠，特點是功率大(一般都大于 320kW)、 機組多、多數(shù)采用高壓變頻系統(tǒng)。這類系統(tǒng)一般變頻器和控制器要求較高，多數(shù)采用了 國外進口變頻器和控制系統(tǒng)。 目前，國內(nèi)除了高壓變頻供水系統(tǒng)，多數(shù)變頻供水系統(tǒng)均聲稱只要改變?nèi)萘烤涂梢?通用于各種供水范圍，但在實際運用中，不同供水環(huán)境對變頻器的要求和控制方式是不 一致的，大多數(shù)變頻器并不能真正實現(xiàn)通用。所以在部分條件復雜的中小水廠，采用通 用的恒壓供水變頻系統(tǒng)并不能完全滿足實踐要求，現(xiàn)部分中小水廠已認識到這一情況， 并針對實際情況對變頻恒壓供水系統(tǒng)加以改進和完善。 1.4 本論文的主要工作

12、 本課題主要通過研究 PLC 來控制變頻器實現(xiàn)恒壓供水，通過設計了解并熟悉了 PLC 的工作原理、編程原理以及編程方法。進行了控制系統(tǒng)的主電路設計、控制電路設計， 系統(tǒng)的控制設備選用 S7-200 系列的 PLC（CPU222），變頻器選用西門子泵類專用的變頻 器 MM430。進行了控制程序（梯形圖）的設計。在控制過程中，電控系統(tǒng)由 S7-200 完成， PID 控制由變頻器完成。最后，對變頻恒壓供水系統(tǒng)進行調(diào)試，對該系統(tǒng)在供水中所取 得的節(jié)約電耗、恒定壓力、保護管網(wǎng)等進行了總結(jié)，指出變頻技術在供水領域所取得的 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 4 成果及局限性。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 5 第二章

13、 變頻恒壓供水的理論分析 2.1 水泵的工作原理 供水所用水泵主要是離心泵，普通離心泵如圖 2.1 所示，葉輪安裝在泵 2 內(nèi)，并緊 固在泵軸 3 上，泵軸由電機直接帶動，泵殼中央有一液體吸入口 4 與吸入管 5 連接，液 體經(jīng)底閥 6 和吸入管進入泵內(nèi)，泵殼上的液體排出口 8 與排出管 9 連接。 在泵啟動前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體:啟動后，葉輪由軸帶動高速轉(zhuǎn)動，葉片間的 液體也必須隨著轉(zhuǎn)動。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以 高速離開葉輪外緣進入泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴大而減速，又將部分動 能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場所。液體由

14、葉輪中心流 向外緣時，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓 力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中?？梢姡灰~輪不斷地轉(zhuǎn)動，液體便會不斷地被吸入和 排出。 12 3 4 6 8 7 910 5 1-葉輪 2-泵殼 3-泵軸 4-吸入口 5-吸入管 6-單頂?shù)组y 7-濾網(wǎng) 8-排出口 9-輸出管 10-調(diào)節(jié)閥 圖2-1 離心泵結(jié)構(gòu)示意圖 2.2 供水電機的搭配 供水電機驅(qū)動離心泵運行，和離心泵共同組成了供水系統(tǒng)的整體，電機的配置主要 以水泵供水負載來決定。電動機的功率應根據(jù)生產(chǎn)機械所需要的功率來選擇，盡量使電 動機在額定負載下運行。選擇時應注意以下兩點: 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)

15、論文 6 (1) 如果電動機功率選得過小，就會出現(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象，造成電動機長期過 載，使其絕緣因發(fā)熱而損壞，甚至電動機被燒毀。 (2) 如果電動機功率選得過大，就會出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，其輸出機械功率不 能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不高，不但對用戶和電網(wǎng)不利，而且還會造成電能 浪費。 因此，要正確選擇電動機的功率， 對恒定負載連續(xù)工作方式，如果知道負載的功率(生 產(chǎn)機械軸上的功率)p1（kW），可按式(2.1)計算所需電動機的功率p(kW)： (2-1) 21 1 p p 式中，1為生產(chǎn)機械的效率，2為電動機的效率，即傳動效率。 按上式求出的功率，不一定與產(chǎn)品功率相同。因此，所選電

16、動機的額定功率應等于 或稍大于計算所得的功率。 2.3 水泵的調(diào)節(jié)方式 水泵的調(diào)速運行，是指水泵在運行中根據(jù)運行環(huán)境的需要，人為的改變運行工作狀 況點(簡稱工況點)的位置，使流量、軸功率等運行參數(shù)適應新的工作狀況的需要。水泵 的調(diào)節(jié)方式與節(jié)能的關系非常密切，過去普遍采用改變閥門或擋板開度的節(jié)流調(diào)節(jié)方式， 即改變裝置管網(wǎng)的特性曲線進行調(diào)節(jié)。大量的統(tǒng)計調(diào)查表明，一些在運行中需要進行調(diào) 節(jié)的水泵，其能量浪費的主要原因，往往是由于采用不合適的調(diào)節(jié)方式。因此，研究并 設計它們的調(diào)節(jié)方式，是節(jié)能最有效的途徑和關鍵所在。 水泵的調(diào)節(jié)方式可分為恒速調(diào)節(jié)與變速調(diào)節(jié)。詳細劃分如下： 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 7

17、水泵的調(diào)節(jié)方式 調(diào)壓調(diào)速 異步電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 異步電機的變極調(diào)速 異步電機的串極調(diào)速 變頻調(diào)速 液力耦合器的變速調(diào)節(jié) 油膜轉(zhuǎn)差離合器的變速調(diào)節(jié) 電磁轉(zhuǎn)差離合器的變速調(diào)節(jié) 改變傳動裝置 改變原動機的轉(zhuǎn)速 節(jié)流調(diào)節(jié) 混流式，軸流式泵的動葉調(diào)節(jié) 改變泵的運行臺數(shù)調(diào)節(jié) 恒速調(diào)節(jié) 變速調(diào)節(jié) 2.4 恒壓供水系統(tǒng)的能耗分析 在供水系統(tǒng)中，最根本的控制對象是流量。因此，要討論節(jié)能問題，必須從考察調(diào) 節(jié)流量的方法入手。常見的方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種。供水系統(tǒng)中對水壓流 量的控制，傳統(tǒng)上采用閥門調(diào)節(jié)實現(xiàn)。由于水泵的軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此水 泵用變頻器來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速能實現(xiàn)壓力或流量的自動控制，同時

18、可獲得大量節(jié)能。閉環(huán)恒壓 供水系統(tǒng)正越來越多地取代高位水箱、水塔等設施及閥門調(diào)節(jié)。 (1) 閥門控制法：通過關小或開大閥門來調(diào)節(jié)流量，而轉(zhuǎn)速保持不變。 閥門控制法的實質(zhì)是水泵本身的供水能力不變，而是通過改變水路中的阻力大小來 強行改變流量，以適應用戶對流量的要求。這時，管阻特性將隨閥門開度的改變而改變， 但是揚程特性不變。 如圖 2-3所示，設用戶所需流量QX為額定流量的60%(即QX=60%QN)。當通過關小閥門 來實現(xiàn)時，管阻特性將改變?yōu)榍€，而揚程特性則仍為曲線，故供水系統(tǒng)的工作點 移至E點，這時，流量減小為QE(=Qx)；揚程增加為HE；供水功率PC與面積ODEJ成正比。 北華航天工業(yè)

19、學院畢業(yè)論文 8 J K O G E N C Q H 閥門關小 閥門全開 轉(zhuǎn)速下降 穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 QEQN DA 圖2-3 調(diào)節(jié)流量的方法與比較 (2) 恒壓控制法：即通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度保持不變，也稱為轉(zhuǎn) 速控制法。 轉(zhuǎn)速控制法的實質(zhì)是通過改變水泵的供水能力來適應用戶對流量的要求。當水泵的 餓轉(zhuǎn)速改變時，揚程特性將隨之改變，而管阻特性不變。 以用戶所需流量等于 60%Qn 為例，當通過降低轉(zhuǎn)速使得 Qx=60%Qn 時，揚程特性仍為 曲線，故工作點移向 C 點。這時流量減小為 QE（=Qx），揚程減小為 Hc，供水功率 PC 與面積 0DCK 成正比。 比較上述兩種調(diào)節(jié)流量的

20、方法可以看出，在所需流量小于額定流量(Qx用水需求 QU，則壓力上升（P）； 如：供水能力 QG用水需求 QU，則壓力上升（P）； 如：供水能力 QG=用水需求 QU，則壓力上升（P 不變）。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 9 可見，供水能力與用水需求之間的矛盾具體地反映在流體壓力的變化上。從而，壓 力就成為了用來作為控制流量大小的參變量。就是說，保持供水系統(tǒng)中某處的壓力的恒 定，也就保證了使該處的供水能力和用水流量處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了用戶所 需的用水流量，這就是恒壓供水所要達到的目的。 2.5 供水系統(tǒng)的安全性問題 2.5.1 水錘效應 異步電動機在全電壓啟動時，從靜止狀態(tài)加速到額定轉(zhuǎn)

21、速所需要的時間只有在 0.25S。這意味著在0.25S的時間里，水的流量從零增到額定流量。由于水具有動量和不 可壓縮性，因此，在極短時間內(nèi)流量的巨大變化將引起對管道的壓強過高或過低的沖擊， 并產(chǎn)生空化現(xiàn)象。壓力沖擊將使管壁受力而產(chǎn)生噪聲，猶如錘子敲擊管子一樣，故稱為 水錘效應。 水錘效應具有極大的破壞性，壓強過高，將引起管道的破裂，反之，壓強過低又會 導致管道的癟塌。此外，水錘效應也可能破壞閥門和固定件。在直接停機時，供水系統(tǒng) 的水頭將克服電動機的慣性而使系統(tǒng)急劇地停止。這也同樣會引起壓力沖擊和水錘效應。 2.5.22.5.2 水錘效應的產(chǎn)生原因水錘效應的產(chǎn)生原因 產(chǎn)生水錘效應的根本原因，是在

22、啟動和制動過程中的動態(tài)轉(zhuǎn)矩太大.在啟動過程中， 異步電動機和水泵的機械特性如圖2-4a所示，圖中曲線1是異步電動機的機械特性，曲線 2是水泵的機械特性，陰影部分是動態(tài)轉(zhuǎn)矩TJ(即兩者之差)。 1 2n T 0 n T 0 2 1 TJ TJ TNTN 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 10 （a）全壓啟動 （b）變頻啟動 圖2-4 水泵的全壓啟動與變頻啟動 在拖動系統(tǒng)中，決定加速過程的是動態(tài)轉(zhuǎn)矩TJ TJ=TM-TL 由圖2-4a可知，水泵在直接啟動過程中，拖動系統(tǒng)動態(tài)轉(zhuǎn)矩寫的大小如陰影部分所 示，是很大的。所以，加速過程很快。 2.5.3 水錘效應的消除 采用了變頻調(diào)速后，可以通過對升速時間的預置來

23、延長啟動過程，使動態(tài)轉(zhuǎn)矩大為 減小，如圖2-4b命所示。圖中，曲線簇1是異步電動機在不同頻率下的機械特性，曲線2 是水泵的機械特性，中間的鋸齒狀線是升速過程中的動態(tài)轉(zhuǎn)矩(即不同頻率時電動機機械 特性與水泵機械特性之差)。 在停機過程中，同樣可以通過對降速時間的預置來延長停機過程，使動態(tài)轉(zhuǎn)矩大為 減小，從而徹底消除了水錘效應。 2.5.4 延長水泵壽命的其他因素 水錘效應的消除，無疑可大大延長水泵及管道系統(tǒng)的壽命。此外，由于水泵平均轉(zhuǎn) 速下降、工作過程中平均轉(zhuǎn)矩減小的原因，使: (1) 葉片承受的應力大為減小。 (2) 軸承的磨損也大為減小。 所以，采用了變頻調(diào)速以后，水泵的工作壽命將大大延長。

24、 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 11 第三章 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件的設計 3.1 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的構(gòu)成方案 從變頻恒壓供水的原理分析可知，該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、 恒壓控制單元、水泵機組以及低壓電器組成。系統(tǒng)主要的設計任務是利用恒壓控制單元 使變頻器控制一臺水泵或循環(huán)控制多臺水泵，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機的軟啟動 以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時還要能對運行數(shù)據(jù)進行傳輸。根據(jù)系統(tǒng)的設計任 務要求，結(jié)合系統(tǒng)的使用場所，本次設計才用通用變頻器+PCL(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控 制)+人機界面+壓力傳感器的構(gòu)成方案。系統(tǒng)的構(gòu)成框圖如圖3.1所示。 PLC變頻器 壓力傳感

25、器 工頻 變頻 用戶 蓄水池 1#泵 2#泵 備用泵 圖3-1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖 這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù) 交換；通用性強，由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各規(guī)模和要求不同控 制系統(tǒng)。在硬件設計上，只需確定PLC的硬件配置和變頻器的外部接線，當控制要求發(fā)生 改變時，可以方便地通過PC機來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。同時由 于PLC的抗干擾能力強、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。因此該系統(tǒng)能適用于各 類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機組的容量大小無關。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 12 3.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方

26、案 變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案有多種，有1臺變頻器控制一臺水泵的簡單控制方案， 也有一臺變頻器控制幾臺水泵的方案，下面重點介紹一臺變頻器控制幾臺水泵的特點。 利用單臺變頻器控制多臺水泵的控制方案適用于大多數(shù)供水系統(tǒng)，是目前應用中比 較先進的一種方案。下面以單臺變頻器控制2臺水泵的方案來說明。該控制方案的控制原 理如圖3-2所示。 圖3-2 控制原理框圖 控制系統(tǒng)的工作原理如下:根據(jù)系統(tǒng)用水量的變化，控制系統(tǒng)控制2臺水泵按12 341的順序運行，以保證正常供水。開始工作時，系統(tǒng)用水量不多，只有1號泵在變 頻器控制下運行，2號泵處于停止狀態(tài)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)1。當用水量增加，變頻器輸 出頻率增加，

27、則1號泵電機的轉(zhuǎn)速也增加，當變頻器增加到最高輸出頻率時，表示只有1 臺水泵工作己不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)，1號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換 到普通的交流電源，而變頻器電源啟動2號泵電機，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)2。 當系統(tǒng)用水高峰過后，用水量減少時，變頻器輸出頻率減少，若減至設定頻率時， 表示只有1臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)，可將1號泵電機 停運，2號泵電機仍由變頻器電源供電，這時控制系統(tǒng)處于狀態(tài)3。 當用水量再次增加，變頻器輸出頻率增加，則2號泵電機的轉(zhuǎn)速也增加，當變頻器增 加到最高輸出頻率時，表示只有1臺水泵工作已不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控 制系統(tǒng)的控制

28、，2號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動1號泵電 機，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4。 1 號泵變頻運行 2 號泵停止 2 號泵變頻運行 1 號泵工頻運行 2 號泵變頻運行 1 號泵停止 1 號泵變頻運行 2 號泵工頻運行 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 13 當控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4時，用水量減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設定頻率時， 表示只有1臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)供水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)的控制，2號泵從 變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器啟動1號泵電機，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4。 當控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4時，用水量又減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設定頻率時， 表示只有1臺水泵工作已能滿

29、足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)的控制，可將2號 泵電機停運，1號泵電機仍由變頻器供電，這時，控制系統(tǒng)又回到了狀態(tài)1。如此循環(huán)往 復的工作，以滿足系統(tǒng)用水的需要。 3.3 供水設備的選擇原則 在做供水系統(tǒng)時，應先選擇水泵和電機，選擇依據(jù)是供水規(guī)模（供水流量）。而供 水規(guī)模和住宅類型以及用戶數(shù)有關。有關選擇依據(jù)原則使用表格如下。 1. 不同住宅類型的用水標準。 不同住宅類型的用水標準，根據(jù)城市居民生活用水標準GB/T 50331-2002， 節(jié)錄如表3-1。 表 3-1 不同住宅類型的用水標準 住宅 類型 給水衛(wèi)生器具完善程度 用水標準（/人日） 3 m 小時變化系 數(shù) 1 僅有給水龍頭0.

30、040.082.52.0 2 有給水衛(wèi)生器具，但無淋浴 設備 0.0850.132.52.0 3 有給水衛(wèi)生器具，并有淋浴 設備 0.130.192.51.8 4 有給水衛(wèi)生器具，但無淋浴 設備和集中熱水供應 0.170.252.01.6 2. 供水規(guī)模換算表。 不同住宅類型的用水標準，根據(jù)城市居民生活用水標準GB/T 50331-2002，節(jié)錄 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 14 如表3.2。上面一行為用水標準(m3/人日)，中間數(shù)據(jù)為用水規(guī)模(m3/h)。 表 3-2 供水規(guī)模換算表 用水標準（m3/人日）戶數(shù) 0.100.150.200.25 45039.4059.0078.7098.40

31、50043.8065.6087.50109.40 60052.5078.80105.00131.30 70061.3091.90122.50153.10 80070.00105.00140.00175.00 100087.50131.30175.00218.80 3. 根據(jù)供水量和高度確定水泵型號和臺數(shù),并對電動機進行選型,見表3-3。 表 3-3 水泵、電機和變頻器選型表 4080LG50-20 x21111 6080LG50-20 x31515 8080LG50-20 x418.518.5 10080LG50-20 x52222 50 xN 12080LG50-20 x63030 4010

32、0DL218.518.5 60100DL33030 80100DL43737 100 xN 100100DL54545 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 15 注：N為水泵臺數(shù) 4. 設定供水壓力經(jīng)驗數(shù)據(jù)：平方供水壓力P=0.12MPa；樓房供水壓力 P=（0.08+0.04樓層數(shù)）MPa (3-1) （5）系統(tǒng)設計還應遵循以下的原則： 蓄水池容量應大于每小時最大供水量； 水泵揚程應大于實際供水高度； 水泵流量總和應大于實際最大供水量。 3.4 參數(shù)的計算與供水設備選型 3.4.1 水泵的參數(shù)計算與型號的選擇 (1) 根據(jù)表3.1確定用水量標準為0.19m3/人日。 (2) 根據(jù)表3.2確定每小最大用

33、水量為175.00m3/h。 (3) 根據(jù)10層樓高度35m，按照式(3-1)計算得 P =（0.08+0.04樓層數(shù)）MPa=0.48MPa 可確定設置供水壓力值為0.48MPa。 120100DL65555 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 16 根據(jù)表3-3確定水泵型號為100DL3，共3臺(其中一臺做備用)，水泵自帶電動機功率 為30kW。 3.4.2 變頻器的選擇 本系統(tǒng)中 ，采用MciorMaster430系列變頻器，型號為HVAC(風機和水泵節(jié)能型) EC014500/3，額定電壓為380V500V，額定功率35kW。MicroMaster430系列變頻器是 全新一代標準變頻器中的風機和

34、泵類變轉(zhuǎn)矩負載專家，功率范圍7.5kW至250Kw。它按照 專用要求設計，并使用內(nèi)部功能互聯(lián)(BiCo)技術，具有高度可靠性和靈活性，牢固的 EMC(電磁兼容性)設計；控制軟件可以實現(xiàn)專用功能：多泵切換、手動/自動切換、旁路 功能、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運行方式等。 1. MM430變頻器介紹 MciorMaster430變頻器的端子接口分布如圖3-3所示。 RL1-A RL1-B RL1-C RL2-B RL2-C RL3-A RL3-B RL3-C 18 12 25 24 23 22 21 20 19 3 2 1 26 27 28 29 30 16 15 14 13 11 10 9 8 7

35、6 5 4 17 AOUT1+ AOUT1- PTCB PTCA 0V +10VN- P+ PE0V AOUT2- AOUT2+ DIN6 DIN5 DIN2 DIN3 DIN4 +24V AIN2+ AIN2- DIN1 AIN1- AIN1+ 31 32 3334 35 36 L1 L2 L3 U V W V V V F 圖3-3 MM430 端子接口分布圖 2. 端子功能介紹 各端子的功能如表3-4所示。 表 3-4 端子功能表 引腳序號引腳名稱功能引腳序 號 引腳名稱功能 1+10V12AOUT1+ 20 電源電壓 13AOUT1- 模擬輸出1 3AIN1+14PTCA 4AIN1-

36、模擬輸入 1 15PTCB 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 17 3.4.3 壓力傳感器的選擇 CYYB-120系列壓力變送器為兩線制420mA電流信號輸出產(chǎn)品。它采用CYYB-105系列 壓力傳感器的壓力敏感元件。經(jīng)后續(xù)電路給電橋供電，并對輸出信號進行放大、溫度補 償及非線性修正、V/I變換等處理，對供電電壓要求寬松，具有420mA標準信號輸出。 一對導線同時用于電源供電及信號傳輸，輸出信號與環(huán)路導線電阻無關，抗干擾性強、 便于電纜鋪設及遠距離傳輸，與數(shù)字顯示儀表、A/D轉(zhuǎn)換器及計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接方 便。CYYB-120系列壓力變送器新增加了全密封結(jié)構(gòu)帶現(xiàn)場數(shù)字顯示的隔爆型產(chǎn)品。可廣 泛應用于

37、航空航天、科學試驗、石油化工、制冷設備、污水處理、工程機械等液壓系統(tǒng) 產(chǎn)品及所有壓力測控領域。主要特點： （1）高穩(wěn)定性、高精度、寬的工作溫度范圍； （2）抗沖擊、耐震動、體積小、防水； （3）標準信號輸出、良好的互換性、抗干擾性強； （4）最具有競爭力的價格。 3.4.4 水位傳感器的選擇 SL980-投入式液位變送器，廣泛用于儲水池、污水池、水井、水箱的水位測量，油 池、油罐的油位測量，江河湖海的深度測量。接受與液體深度成正比的液壓信號，并將 5DINN116DIN5 6DINN217DIN6 數(shù)字輸入 7DINN326AOUT2+ 8DINN4 數(shù)字輸入 27AOUT2- 模擬輸出2 9

38、+24V 電源電壓 28PE 10AIN2+29P+ 11AIN2- 模擬輸入 2 30P- RS-485 18RL1-A22RL2-C 19RL1-B23RL3-A 20RL1-C24RL3-B 21RL2-B 輸出繼電 器的觸頭 25RL3-C 輸出繼電器的觸 頭 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 18 其轉(zhuǎn)換為開關量輸出，送給計算機、記錄儀、調(diào)節(jié)儀或變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)以實現(xiàn)液位的全自 動控制。主要特點是：安裝簡單，精度高，可靠性高，性能穩(wěn)定，能實現(xiàn)自身保護等。 3.4.5 其他低壓電器的選擇 1. 斷路器的選擇 （1）QF2 和 QF3 選擇。 斷路器具有隔離,過電流及欠電壓等保護功能,當變頻器的 輸

39、入側(cè)發(fā)生短路或電源電壓過低等故障時,可迅速進行保護。考慮變頻器允許的過載能力 為150%，時間為1min。所以為了避免誤動作，斷路器QF2 的額定電流應選 qn I （A） (3-2)87621.41.3 nqn II 式中In為變頻器的額定輸出電流 所以QF2，QF3 選90A。 （2） 斷路器QF1選擇。在電動機要求實現(xiàn)工頻和變頻切換驅(qū)動的電路中，斷路器應 按電動機在工頻下起動電流來考慮，斷路器QF1的額定電流Iqn應選 (A) （3-3）150605 . 25 . 2 qn mn II 式中為電動機的額定電流，=60A。 mn I mn I 所以QF1選160A。 2. 接觸器的選擇 接

40、觸器的選擇應考慮到電動機在工頻下的起動情況，其觸點電流通?？砂措妱訖C的 額定電流再加大一個檔次來選擇，由于電動機的額定電流為60A，所以接觸器的觸點電流 選70A即可。 3.5 PLC 的選型 3.5.1 I/O點的統(tǒng)計 恒壓變頻供水控制系統(tǒng)的輸入輸出點的統(tǒng)計如表 3-5 所示。 表 3-5 I/O 統(tǒng)計表 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 19 3.5.2 PLC選型的基本原則 這是PLC應用設計中很重要的一步，目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的PLC種類很多，在選用PLC時 應考慮以下幾個方面。 （1）規(guī)模要適當； （2）功能要相當，結(jié)構(gòu)要合理； （3）輸入，輸出功能及負載能力的選擇要正確； （4）要考慮環(huán)境條件

41、。 根據(jù)以上原則，這次設計選擇西門子S7-200系列的CPU222AC/DC。 輸入器件輸出器件 編號符號名稱編號符號名稱 1SB1 啟動 1KM1 1#泵變頻 2SB2 停止 2KM2 2#泵變頻 3S1 液位傳感器 3KM3 1#泵工頻 4S2 變頻器達到上限 4KM4 2#泵工頻 5S3 變頻器達到下限 5KM5 備用泵工頻 6S4 1#水泵故障 6L1 報警指示燈 7S5 2#水泵故障 8SS6 變頻器故障 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 20 3.5.3 I/O的分配 根據(jù)功能要求和工藝流程，我們統(tǒng)一了I/O接點的分配，分配表如表3.6所示。根據(jù) PLC口的分配，系統(tǒng)的控制要求以及合理利用

42、I/O口的原則。 表 3-6 I/O 分配表 輸入器件輸出器件 I0.0 啟動（SB0） Q0.0 驅(qū)動 KM1（1#泵變頻） I0.1 停止（SB1） Q0.1 驅(qū)動 KM2（2#泵變頻） I0.2 液位傳感器 Q0.2 驅(qū)動 KM3（1#泵工頻） I0.3 變頻器達到上限 Q0.3 驅(qū)動 KM4（2#泵工頻） I0.4 變頻器達到下限 Q0.4 驅(qū)動 KM5（備用泵工頻） I0.5 1#水泵故障 Q0.5 報警指示燈 I0.6 2#水泵故障 I0.7 變頻器故障 3.6 系統(tǒng)硬件線路設計 供水系統(tǒng)主電路設計如圖3.4所示，采用了一臺變頻器同時連接兩臺電動機，所以必 須確保開關KM1和KM2

43、電氣連鎖，連鎖功能由軟件和硬件實現(xiàn)。在變頻水泵出現(xiàn)問題或緊 急情況下，可以起用備用水泵。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 21 圖3-4 主電路圖 系統(tǒng)的控制線路如圖3-5所示。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 22 圖3-5 控制線路圖 3.7 PID 調(diào)節(jié) 3.7.1 PID 控制原理和特點 在工程實際中，應用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn) 定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參 數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術難以采

44、用時，系統(tǒng) 控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應用 PID 控制技術最為方便。 即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù) 時，最適合用 PID 控制技術。PID 控制，實際中也有 PI 和 PD 控制。PID 控制器就是根據(jù) 系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 比例（P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤 差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error） 。 積分（I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關 系。對一個自動控制

45、系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn) 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 23 態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error） 。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制 器中必須引入“積分項” 。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會 增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出 增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在 進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差 的變化率）成正比關系。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)

46、過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失 穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的 作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前” ， 即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例” 項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項” ， 它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控 制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后 的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。 3.7.2

47、PID 參數(shù)的預置 由于 SIEMENS MM430 變頻器自帶了 PID 模塊，我們不需要進行 PID 調(diào)節(jié)器的設計， 只需進行簡單的參數(shù)設置就可以了。首先將設置模擬輸入的 DIP 開關 1 撥到 ON 位置，選 擇為 420mA 輸入，將 DIP 開關 2 撥到 OFF 位置選擇電動機的頻率，OFF 位置為 50Hz。 其它參數(shù)的設置如表 3.7 所示。 表 3-7 MM430 參數(shù)預置表 參數(shù)名稱參數(shù)名稱 P0003=2 用戶訪問級別為專家級 P2255=10 0 PID的增益系數(shù) P0004=22 參數(shù)濾過，選擇PID應用 宏 P2256=10 0 PID微調(diào)信號的增益系 數(shù) P070

48、0=2 選擇命令源，選擇為端 子控制 P2257=10 S PID設定值的斜坡加速 時間 P1000=2 頻率設定選擇為模擬設 定值 P2258=10 S PID設定值的斜坡減速 時間 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 24 P1080=5Hz 最小頻率 R2260=100 % 顯示PID的總設定值 P1082=50Hz 最大頻率 R2261=3S PID設定值的濾波時間 常數(shù) P2200=1 閉環(huán)控制選擇，PID功能 有效 R2262=100% 顯示濾波后的PID設定 值 P2231=1 允許存儲P2240的設定值 P2265=3S PID反饋立場撥時間常 數(shù) P2240=75% 鍵盤給定的PID設

49、定值 P2267=10 0 PID反饋信號的上限值 P2253=2250 :0 選擇P2240的值作為PID 給定 P2268=0 PID反饋信號的下限值 P2250=100% 顯示P2240的設定值輸出P2269=100%PID反饋信號的的增益 P2254=0.0 缺省值，對微調(diào)信號沒 有選擇 P2291=10 0 PID輸出的上限 P2292=0.00 PID輸出的下限 P2280=3.00 PID的比例增益系數(shù) P2285=7.00 S PID的微分時間 P2294=100% 實際的PID控制器輸出 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 25 第四章 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)軟件的設計 4.1 編程軟件

50、的簡單介紹 STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應用軟件，由西門子公司專為S7- 200系列PLC設計開發(fā)，它功能強大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時也可以實時監(jiān) 控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)?，F(xiàn)在加上全中文化程序后，可在中文的界面下進行操作，用戶 使用起來更加方便。 STEP7-Micro/WIN32的基本功能是協(xié)助用戶完成開發(fā)應用軟件的任務，例如創(chuàng)建用 戶程序，修改和編輯原有的用戶程序，編輯過程中編輯器具有簡單的語法檢查功能。同 時它還有一些工具性的功能，例如用戶程序的文檔管理和加密等。此外，還可直接用軟 件設置PLC的工作方式，參數(shù)和運行監(jiān)控等。程序編輯過程中的語法

51、檢查功能可以提前避 免一些語法和數(shù)據(jù)類型方面的錯誤。 軟件的功能的實現(xiàn)可以在聯(lián)機工作方式（在線方式）下進行，部分功能的實現(xiàn)也 可以在離線工作方式下進行。 S7-200PLC使用STEP7-Micro/WIN32編程軟 件進行編程。單擊圖4.5所示的編程軟件圖標可 進入如圖4-6所示的操作界面，在此界面可完成 主程序，子程序，中斷程序的編制與修改，完成 圖4-5 STEP7編程軟件圖標 程序編制后單擊保存，再單擊下載，程序即可供PLC使用。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 26 圖4-6 STEP7-Micro/WIN32操作界面 4.2 恒壓供水系統(tǒng)程序的設計 4.2.1 梯形圖的設計 在控制系統(tǒng)中

52、，變頻器通過對電機出廠壓力點處設置的壓力變送器反饋信號，進 行單閉環(huán)控制。PLC程序設計的主要任務是接受外部開關信號的輸入以及水池水位信號， 判斷當前的系統(tǒng)狀態(tài)是否正常，然后執(zhí)行程序，由輸出信號去控制接觸器、繼電器和變 頻器等器件，以完成相應的控制任務， PLC主要控制任務就是根據(jù)實際情況實現(xiàn)工頻和 變頻的切換。 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，經(jīng)過化簡后的各變量的邏輯表達式如下： (4-1) 0.00.00.10.20.5 MIIII (4-2) 0.10.30.10.20.6 MIIII (4-3) 0.3330.10.20.5 MT III (4-4) 0.40.40.1 MII (4-5) 0.5

53、00.10.20.5 MC III 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 27 (4-6) 0.7340.10.20.6 MT III (4-7) 1.310.1 MC I (4-8)0.2 0.00.00.50.7 QMMMI (4-9) 0.10.10.60.7 QMMI (4-10) 0.20.30.40.7 QMMI (4.11) 0.30.71.30.7 QMMI (4-12) 0.40.50.6 QII (4-13) 0.50.50.6 QII 根據(jù)邏輯表達式（4-1）（4-13） ，設計的梯形圖如圖4-7所示。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 29 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 30 北華航天工業(yè)學院

54、畢業(yè)論文 31 圖4-7 主程序 4.2.2 恒壓供水系統(tǒng)流程圖 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 32 電機啟動 1 號泵變頻運行 2 號泵變頻運行 1 號泵工頻運行 2 號泵變頻運行 1 號泵變頻運行 2 號泵工頻運行 3 號泵工頻運行 報警指示燈亮 變頻器達到上限 變頻器達到下限 變頻器再次達到上 限 變頻器再次達到下限 一號泵、二號泵、變頻器故障 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 33 圖4-8 Plc恒壓供水系統(tǒng)流程圖 4.3 程序的仿真與調(diào)試 4.3.1 仿真軟件的簡介 由于實驗室的條件有限，本次設計采用S7-PLCSIM進行仿真。S7-PLCSIM是STEP7中的 一個非常實用的軟件。我們可以把

55、它作為一臺仿真的PLC，用于運行和測試用戶程序。因 為這中仿真完全是用STEP7軟件進行，因此無需連接任何S7硬件，就可以在PG/PC上仿真 一個完整的S7-CPU，包括地址和I/O。 S7-PLCSIM提供了一個簡潔的操作界面，可以監(jiān)視或者修改程序中的參數(shù)，比如直 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 34 接對數(shù)字量進行操作。下面我進行仿真的地一步，打開軟件，如圖4-9所示。 圖4-9 S7-PLCSIM軟件的界面 4.3.2 恒壓供水系統(tǒng)程序的仿真調(diào)試 在編程窗口中把程序下載到仿真PLC中，如圖4-10所示。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 35 圖4-10 程序裝載界面 點擊開始按鈕，1#泵開始變頻運行

56、，如圖4-11所示。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 36 圖4-11 1#泵變頻運行 變頻器達到上限，1#泵工頻運行，2#泵變頻運行，如圖4-12所示。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 37 圖4-12 1#泵工頻運行，2#泵變頻運行 當水泵出現(xiàn)故障，啟動備用泵，圖4-13為1#泵出現(xiàn)故障的界面。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 38 圖4-13 1#泵出現(xiàn)故障 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 39 第五章 總結(jié)與期望 5.15.1 總結(jié)總結(jié) 本課題主要研究的是某小區(qū)的恒壓供水。為此設計了一套具有高性能的變頻器控制 系統(tǒng)來代替原有的手動啟動、閥門控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)重點是根據(jù)系統(tǒng)運行的需求，自動 調(diào)節(jié)輸出頻率控制電動機

57、的轉(zhuǎn)速，從而保持系統(tǒng)工況壓力的穩(wěn)定。 根據(jù)供水的要求，此裝置屬于一拖二閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，且變頻器帶動的電機可實現(xiàn)無 級調(diào)速。減少系統(tǒng)波動現(xiàn)象和對電源電網(wǎng)的沖擊。此裝置在變頻器出現(xiàn)故障時，可自動 關閉電動閥門，系統(tǒng)退出變頻式運行，以避免中斷供水。 在工頻方式運行下，系統(tǒng)帶有降壓啟動裝置，在工頻啟動時，由于啟動電流過大， 而避免對電網(wǎng)沖擊的影響，并可延長電機的使用壽命。裝置啟動時，電動機與電動閥門 同時開啟，停止時先關閉電動閥門，電動機延時停止，防止水錘現(xiàn)象，延長水泵使用壽 命。 5.2 展望 現(xiàn)有系統(tǒng)實現(xiàn)了供水系統(tǒng)的工況控制、調(diào)節(jié)和設備狀態(tài)監(jiān)控功能，將來還可以通過 對更多現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與傳輸，如電壓

58、、電流、功率、水壓、水位、水流量等，通過開 發(fā)上位機的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)具有綜合功能的供水自動化控制與管理系統(tǒng)，提高后勤 管理能力.這部份工作有待在以后的學習與工作中來進一步開展下去。 隨著各方面技術的發(fā)展以及網(wǎng)絡技術被廣泛的應用，與此同時能量卻日益緊缺，在 這種情況下，變頻恒壓供水系統(tǒng)的使用肯定會越來越普及，當然對恒壓供水控制技術將 提出更高的要求。如對系統(tǒng)采用基于GPRS 的無線方式進行數(shù)據(jù)的傳輸、通過網(wǎng)絡對系統(tǒng) 進行遠程診斷和維護等。另外本文的設計、控制方法完全可以用于恒風壓控制，進而實 現(xiàn)風機的變頻節(jié)能，因為風機和水泵的能耗大約占整個電能能耗的三分之一左右。所以 變頻恒壓供水技術在逐漸

59、走向成熟的過程中，仍然有必要對其進行更深入的研究。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 40 參考文獻 1 金傳偉，毛宗源變頻調(diào)速技術在水泵控制系統(tǒng)中的應用電子技術應用， 2000，No.9: 38-39 2 馬桂梅，譚光儀.陳次昌泵變頻調(diào)速時的節(jié)能方案討論.四川工業(yè)學院學報. 2003，No.9: 5-7 3 崔金貴.變頻調(diào)速恒壓供水在建筑給水應用的理論探討.蘭州鐵道學院學報.2000， No.1: 84-88 4 吳民強.泵與風機節(jié)能技術水利電力出版社，1994:2-6 5 張燕賓.變頻調(diào)速應用實踐機械工業(yè)出版社，2002:244-251 6 付娟.交流調(diào)速技米電子工業(yè)出版社，2002:1-7 7

60、葉汝裕.水泵風機的節(jié)電及技術改造重慶大學出版社，1998:1-4 8 徐士鳴.泵與風機原理與應用.大連理工大學出版社，1992:12-24 9 陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)機械工業(yè)出版社，1992:10-19 10 周玉國.變頻調(diào)速節(jié)能分梳東北電力技術，2004，No.8:4-4 11 吳浩烈.電機及電力拖動基鹼重慶大學出版社，1996:173-174 12 黃俊，王兆安.電力電子變流技術.機械工業(yè)出版，1933:197-206 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 41 13 胡躍冰.水泵電機變頻調(diào)速的節(jié)能與計算節(jié)能技術，2003，No.5:48 14 中國工空信息網(wǎng) 15 西門子（中國）自動化網(wǎng) 16

61、 張春光.全自動變頻調(diào)速供水泵運行工況與節(jié)能分析.節(jié)能技術，2003，No.5:4l-44 17 任國.泵變頻調(diào)速節(jié)能的理論分析與應甩計算技術與自動么，1994，No.4:37-39 18 陸秀令. 幾種常用的可編程控制器梯形圖的設計方法.機床電器,2004,No.5:43-48 19 陳懷忠. 西門子PLC和WinCC SCADA 在變頻恒壓供水系統(tǒng)中的應用. 自動化儀表， 2005，No.5:34-39 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 42 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 43 致致 謝謝 對于這次畢業(yè)設計的順利完成，我首先要感謝趙保亞老師，是她細心的給我講解了 許多關于 PLC、變頻器、供水原理相關

62、的知識，并在設計過程中所遇到的難題都給了非 常重要的意見，本次設計能夠有較好的主體框架也得益于趙保亞講師的指導，導師淵博 的知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、崇高的敬業(yè)精神與為人師表的風范，使我受益匪淺，在此， 謹向趙保亞老師表示我最衷心的感謝。最后，我要感謝關心我們畢業(yè)設計的系領導和各 位老師，感謝你們四年來為我們付出的辛勤汗水；同時還要感謝學院圖書館給我們提供 的各種資料。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 44 附 錄 語句表 Network 1 / 1#泵變頻 LD I0.0 O M0.0 AN I0.2 AN I0.5 AN I0.1 = M0.0 Network 2 / 變頻器達到上限,2#泵變頻 L

63、D I0.3 O M0.1 AN I0.2 AN I0.6 AN I0.1 = M0.1 Network 3 / 變頻器達到上限,2#泵變頻 LD I0.3 O M0.2 AN I0.2 AN I0.6 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 45 AN I0.1 = M0.2 Network 4 / 變頻器達到上限,2#泵變頻 LD M0.2 TON T33, +200 Network 5 / 變頻器達到上限,2#泵變頻 LD I0.3 LD M1.1 CTU C0, +2 Network 6 / 時間到,1#泵工頻 LD T33 O M0.3 AN I0.2 AN I0.5 AN I0.1 = M0.3

64、 Network 7 / 變頻器達到下限,1#泵停止 LD I0.4 O M0.4 AN I0.1 = M0.4 Network 8 / 變頻器達到下限,1#泵停止 LD I0.4 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 46 LD M1.2 CTU C1, +2 Network 9 / 變頻器再次達到上限,1#泵變頻 LD C0 O M0.5 AN I0.2 AN I0.5 AN I0.1 = M0.5 Network 10 / 變頻器再次達到上限,2#泵停止 LD C0 O M0.6 AN I0.2 AN I0.5 AN I0.1 = M0.6 Network 11 / 變頻器再次達到上限,啟動定時 L

65、D M0.5 AN I0.2 AN I0.5 TON T34, +200 Network 12 / 變頻器再次達到上限,1#泵變頻 LD M0.5 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 47 = M1.1 Network 13 / 時間到，2#泵工頻 LD T34 O M0.7 AN I0.2 AN I0.6 AN I0.1 = M0.7 Network 14 / 變頻器再次達到下限,2#泵停止 LD C1 O M1.3 AN I0.1 = M1.3 Network 15 / 變頻器再次達到下限,2#泵停止 LD M1.2 = M1.2 Network 16 / 1#泵變頻 LD M0.0 AN M0.2 O M0.5 AN I0.7