恒壓供水系統(tǒng)自動控制設(shè)計

1、摘 要變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠根據(jù)運行負(fù)荷的變化自動調(diào)節(jié)供水系統(tǒng)水泵的數(shù) 量和轉(zhuǎn)速，使整個系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能的最佳狀態(tài)。 本文主要針對當(dāng)前供水系統(tǒng)中存在的自動化程度不高、能耗嚴(yán)重、可靠性低的缺點加以研究，開發(fā)出一種新型的并在這三個方面都有所提高的變頻式恒壓供水自動控制系統(tǒng)。全文共分為四章。第一章闡明了供水系統(tǒng)的應(yīng)用背景、選題意義及主要研究內(nèi)容。第二章闡明了供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理。第三章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)硬件的工作原理以及硬件的選擇。第四章詳細(xì)闡述了系統(tǒng)軟件開發(fā)并對程序進行解釋。關(guān)鍵詞：變頻器； 恒壓供水系統(tǒng) ； PLCAbstractFrequency conversion cons

2、tant pressure water supply system, the system is capable of automatically adjusting water supply system based on load changes of quantity and speed of the pump, always maintain the high efficiency and energy saving the best state of theThis article primarily for current there is a high degree of aut

3、omation in the water supply system, serious disadvantages, reliability, low energy consumption study developed a new and increased in these three areas of automatic control system of frequency conversion constant pressure water supply. The text is divided into four chapters. Chapter I sets out the w

4、ater supply system of main research topics on background, meaning and content. Chapter II sets out the principle of variable frequency speed adjusting energy saving of water supply systems. Chapter III details the working principle of system hardware and hardware choices. The fourth chapter elaborat

5、es system software development and to explain the proceduresKey words：Cam、high deputy、automation目錄第一章變頻恒壓供水系統(tǒng)簡介1第二章 水泵調(diào)速運行的節(jié)能原理3第三章 系統(tǒng)硬件的工作原理及硬件選擇5第一節(jié) PLC的工作原理及選擇5第二節(jié) 變頻調(diào)速系統(tǒng)原理及選擇6第三節(jié) 壓力傳感器的選擇9第四節(jié) 水泵的選擇10第五節(jié) 控制電路10第四章 系統(tǒng)軟件的開發(fā)12第一節(jié) PLC的工作方式12第二節(jié) PLC連接圖13第三節(jié) 恒壓供水的工藝流程14結(jié)束語17謝 辭18參考文獻19第一章 變頻恒壓供水系統(tǒng)簡介我國長

6、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(shù)一直比較落后，工業(yè)自動化程度低。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象；而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，此時會造成能量的浪費，同時還有可能造成水管爆裂和用水設(shè)備的損壞。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)供水壓力的方式，多采用頻繁啟/停電機控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(fù)荷造成影響，設(shè)備不斷啟停會影響設(shè)備壽命；后者則需要大量的占地與投資。且由于是二次供水，不能保證供水質(zhì)的安全與可靠性。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(shè)

7、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(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動控制、壓頻比控制及各種保護功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器， 對壓力進行閉環(huán)控制。從查閱的資料的情況來看，國外的

8、恒壓供水工程在設(shè)計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況，因而投資成本高。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像日本SAMC公司，就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”“變頻泵循環(huán)方式”兩種模式。它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成，在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多7臺電

9、機(泵)的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)(如BA系統(tǒng))和組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此在實際使用時其范圍將會受到限制。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn) 速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相 應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)；有的采用單片機及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。成都希望集團(森蘭變頻器)也推出恒壓供水

10、專用變頻器(5.5kW-22kW)，無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多4臺水泵的循環(huán)切換、定時起、停和定時循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所?？梢钥闯?，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中，對于能適應(yīng)不 同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)，的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制研究得不夠。因此，有待于進一步研究改善變頻恒壓 供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實踐。20第二章 水泵調(diào)速

11、運行的節(jié)能原理全自動變頻調(diào)速供水控制系統(tǒng)采用專用供水控制器控制變頻調(diào)速器，通過安裝在管網(wǎng)上的遠(yuǎn)傳壓力表，把水壓轉(zhuǎn)換成電信號，通過接口輸入控制器內(nèi)置的PID控制器上，用以改變水泵轉(zhuǎn)速。當(dāng)用戶用水量增大，管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力時，變頻調(diào)速器的輸出頻率將增大，水泵轉(zhuǎn)速提高，供水量加大。當(dāng)達(dá)到設(shè)定壓力時，水泵恒速運轉(zhuǎn)，使管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值上。反之當(dāng)用戶用水量少，管網(wǎng)壓力高于設(shè)定壓力時，變頻調(diào)速器的輸出頻率將降低，水泵轉(zhuǎn)速下降，供水量減少，使管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力，這樣反復(fù)循環(huán)就達(dá)到了恒壓變量供水的目的。 圖2-1供水系統(tǒng)原理圖供水系統(tǒng)的工作原理如圖2-1所示。由自來水管網(wǎng)或其它水源提供的水進入蓄水池經(jīng)

12、加壓水泵進入用戶管網(wǎng)管路。通過壓力傳感器按提供網(wǎng)的壓力信號，傳送給控制系統(tǒng)的PID，經(jīng)PID運算后輸出信號控制變頻器的輸出頻率，從而控制水泵的轉(zhuǎn)速進而保持供水管道的壓力基本恒定。用戶用水量大時，管網(wǎng)管路壓力下降變頻器頻率就升高，水泵轉(zhuǎn)速加快，反之頻率下降，水泵減速運行，從而維持恒壓供水。當(dāng)用水量大于一臺水泵的最大供水量時，通過PLC自動切換電路工作再投入一臺水泵，根據(jù)最多用水量的大小可投入數(shù)臺水泵。在供水系統(tǒng)中，控制對象是水泵，控制目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓恒定，控制方法是壓力信號的反饋閉環(huán)控制。它的自動控制原理圖見圖2-2。圖2-2 變頻式恒壓供水自動控制原理圖第三章 系統(tǒng)硬件的工作原理及硬件選擇第

13、一節(jié) PLC的工作原理及選擇PLC是以微機控制技術(shù)為基礎(chǔ)，通過編程，可以執(zhí)行諸如邏輯判斷，順序控以時，計數(shù)，運算等功能，并通過數(shù)字或模擬I/O組件控制機械設(shè)備。與傳統(tǒng)的繼電器控制盤相比，PLC控制系統(tǒng)體積小，可靠性高;更易使用和維護，且能在工廠環(huán)境下進行編程;便于擴充和修改功能，又具有向中央數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳遞信息的能力;通過接插件，所有輸入端點能直接和工業(yè)現(xiàn)場的開關(guān)，接點直接相連，所有輸出端點能直接驅(qū)動繼電器、電磁閥、電機啟動器的線圈等。它的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個發(fā)展時期。1.形成期(1970-1974年)早期的PLC采用小規(guī)模的IC構(gòu)成專用的邏輯處理芯片(CPU)，采用機器語言或匯編語言編程，僅有

14、邏輯控制指令，控制點少，功能簡單，并沒有獲得廣泛重視。2.成熟期(1974-1978年)隨著單電源的8位處理器的出現(xiàn)，在小型化、高可靠性多功能及價格等方面，PLC的研制和應(yīng)用水平有了飛速發(fā)展和提高。PLC開始具有了多個CPU，設(shè)置了定時器、計算器并具有了算術(shù)運算功能。3.加速發(fā)展期(1978年以來)從70年代末到80年代，PLC的應(yīng)用和制造呈現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的趨勢。一方面研制出了高性能不同規(guī)模的PLC控制系統(tǒng)，開發(fā)了多種智能I/O模塊，充分吸收了計算機和通訊技術(shù)，實現(xiàn)了分布式分級控制的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。另一方面也逐一生產(chǎn)一般機械加工邏輯控制而價格較為便宜的微小型PLC，對PLC普及應(yīng)用起了重要推動作

15、用。可編程控制器（programmable logical controller，簡稱PLC）已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)中，并且在自動控制系統(tǒng)中起著非常重要的作用。所以，對PLC的正確選擇是非常重要的。1.工作量這一點尤為重要。在自動控制系統(tǒng)設(shè)計之初，就應(yīng)該對控制點數(shù)（數(shù)字量及模擬量）有一個準(zhǔn)確的統(tǒng)計，這往往是選擇PLC的首要條件，一般選擇比控制點數(shù)多10%-30%的PLC。（本設(shè)計中開關(guān)量16個，控制量6個，1個模擬量輸出，3個模擬量輸入）2.工作環(huán)境工作環(huán)境是PLC工作的硬性指標(biāo)。自控系統(tǒng)將人們從繁忙的工作和惡劣的環(huán)境中解脫出來，就要求自控系統(tǒng)能夠適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境，諸如溫度、濕度、噪音

16、、信號屏蔽、工作電壓等，各款PLC不盡相同。一定要選擇適應(yīng)實際工作環(huán)境的產(chǎn)品。（該設(shè)計環(huán)境正常，故不用特殊型號）3.通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在PLC已不是簡單的現(xiàn)場控制，PLC遠(yuǎn)端通信已成為控制系統(tǒng)必須解決的問題。（故盡量選取比較常用的品牌）4.編程程序是整個自動控制系統(tǒng)的“心臟”，程序編制的好壞直接影響到整個自動控制系統(tǒng)的運作。編程器及編程軟件有些廠家要求額外購買，并且價格不菲，這一點也需考慮在內(nèi)（要求有良好的編程軟件）。5.可延性這里包括三個方面含義：（1）產(chǎn)品壽命。大致可以保證所選擇的PLC的使用年限，盡量購買生產(chǎn)日期較近的產(chǎn)品。（2）產(chǎn)品連續(xù)性。生產(chǎn)廠家對PLC產(chǎn)品的不斷開發(fā)升級是否向下兼容，這決定

17、是否有利于現(xiàn)系統(tǒng)對將來新增加功能的應(yīng)用。（3）產(chǎn)品的更新周期。當(dāng)某一種型號PLC（或PLC模塊）被淘汰后，生產(chǎn)廠家是否能夠保證有足夠的備品（或備件）。這時應(yīng)考慮選擇當(dāng)時比較新型的PLC。 6.性價比由上面的的挑選規(guī)范，我挑選西門子公司的S7-200 CPU226作為本系統(tǒng)采用的PLC，它的具體性能如下。本機集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O 點?？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至248路數(shù)字量I/O 點或35路模擬量I/O 點。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、M

18、PI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。第二節(jié) 變頻調(diào)速系統(tǒng)原理及選擇在變頻器沒有出現(xiàn)以前，調(diào)速系統(tǒng)一般采用直流調(diào)速圖，但是由于結(jié)構(gòu)上的原因，直流電動機存在著很多缺點(諸如需要定期更換電刷和換向器，維護保養(yǎng)困難，壽命短，機構(gòu)復(fù)雜，難以制造大容量、高轉(zhuǎn)速、高電壓的直流電動機等)，所以人們一直在尋找交流調(diào)速系統(tǒng)。而變頻器的出現(xiàn)剛好解決了這個問題。與傳統(tǒng)的交流拖動系統(tǒng)相比，利用變頻器對交流電動機進行調(diào)速控制的交流拖動系統(tǒng)有許多優(yōu)

19、點，如節(jié)能，容易實現(xiàn)對現(xiàn)有電動機的調(diào)速控制，可以實現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制，容易實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)切換，可以進行高頻度的起停運轉(zhuǎn)，可以進行電氣制動，可以對電動機進行高速驅(qū)動，可以適應(yīng)各種工作環(huán)境，可以用一臺變頻器對多臺電動機進行調(diào)速控制，電源功率因數(shù)大，所需電源容量小，可以組成高性能的控制系統(tǒng)等等。特別是對于工業(yè)中大量使用的風(fēng)扇、鼓風(fēng)機和泵類負(fù)載來說，通過變頻器進行調(diào)速控制可代替?zhèn)鹘y(tǒng)上利用擋板和閥門進行的風(fēng)量、流量和揚程的控制，所以節(jié)能效果非常明顯。 變頻調(diào)速的原理非常簡單，由于異步電動機的轉(zhuǎn)速為式中n為電動機轉(zhuǎn)速，r/min；f為電源頻率，Hz；p為異步電動機磁極個數(shù)；s為轉(zhuǎn)差。所以，理

20、論上說，只要改變f就能改變電機轉(zhuǎn)速n。常見的變頻調(diào)速模式有兩種，一種是開環(huán)控制，另一種是速度反饋閉環(huán)控制，如圖3-2所示。本系統(tǒng)根據(jù)恒壓的控制要求，采用的是PID調(diào)節(jié)方式(內(nèi)含在變頻器中)的閉環(huán)控制。圖3-2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式本系統(tǒng)中變頻器的輸入信號有兩種，一種是控制信號，它包括PLC輸給的變頻器FWD信號BX信號和VI（12）電壓信號（0-5V），F(xiàn)WD信號BX信號由PLC輸出，控制變頻器的工作開關(guān)；VI（12）控制變頻器頻率。另一種是輸入電源信號，本系統(tǒng)采用的三相380V的交流電源，三相電流輸入連接在端子L1/R, L2/S, L3/T上。采用三相輸入的話，則用主電路的電源端子L1/

21、R, L2/S, L3/T通過線路保護用斷電器或帶漏電保護的斷路器連接至三相交流電源，不需考慮連接相序。如果有條件的話，還可以在電源電路中串入一個電磁接觸器，這樣就可以保證變頻器保護功能動作時能切除電源和防止故障擴大，以保證安全。盡量不要用主電路電源ON/OFF的方法控制變頻器的停止和運行，應(yīng)該用控制電路端子FWD、BX。變頻器的輸出信號也有兩種，一是送PLC的超壓信號、欠壓信號和變頻器故障信號這三個輸出控制信號，另一是送水泵的變頻器輸出電源信號。送PLC的超壓、欠壓信號由變頻器的Y1，Y2端子送出，Y1的內(nèi)部功能設(shè)定選為頻率檢測(FDT)功能，幅值為50Hz，滯后值為0.5Hz。Y2的內(nèi)部功

22、能設(shè)定選為0速度輸出功能，變頻器輸出頻率為0Hz時輸出ON信號。送PLC的變頻器故障信號我們選擇從Y3輸出，Y3的內(nèi)部功能設(shè)定選擇為報警功能，變頻器發(fā)生指定的故障時輸出信號。變頻器的輸出電源接接觸器，它給所有的工頻回路的接觸器都提供電源信號，但是具體的哪一臺接觸器接通由PLC控制。變頻器的輸出端子(U，V，W)按正確的相序連接至交流接觸器的輸入電源端子上。如果電機旋轉(zhuǎn)方向不對，則說明連接相序有錯，則改變U、V，W中的任意兩相的接線。變頻器和電動機(水泵)間配線很長時，由于線間分布電容產(chǎn)生較大的高頻電流，可能造成變頻器過電流跳閘.另外，漏電流增加，電流值指示精度變差。對于本系統(tǒng)中的變頻器，變頻器

23、和電動機(水泵)之間的距離最好小于50米，如果配線很長時，則必須連接輸出側(cè)濾波器選件(OFL濾波器)。接線時還有一點需要注意的是，為了安全和減少噪聲，變頻器的接地端子G必須良好接地。為了防止電擊和火警事故，電氣設(shè)備的金屬外殼和框架均應(yīng)按照國家電氣規(guī)程要求接地。接地線要粗而短，變頻器系統(tǒng)應(yīng)連接專用接地極，及不要和別的系統(tǒng)串聯(lián)接地或共同接地（具體接法見圖3-3）。圖3-3 變頻器的I/O端點連接采用變頻器驅(qū)動異步電動機調(diào)速。在異步電動機確定后，通常應(yīng)根據(jù)異步電動機的額定電流來選擇變頻器，或者根據(jù)異步電動機實際運行中的電流值(最大值)來選擇變頻器。當(dāng)運行方式不同時，變頻器容量的計算方式和選擇方法不同

24、，變頻器應(yīng)滿足的條件也不一樣。選擇變頻器容量時，變頻器的額定電流是一個關(guān)鍵量，變頻器的容量應(yīng)按運行過程中可能出現(xiàn)的最大工作電流來選擇。該系統(tǒng)用一臺變頻器使多臺電機并聯(lián)運轉(zhuǎn)，對于一臺電機開始起動后，再追加投入其他電機起動的場合，此時變頻器的電壓、頻率已經(jīng)上升，追加投入的電機將產(chǎn)生大的起動電流，因此，變頻器容量與同時起動時相比需要大些。 綜合上面因素，我們選擇佳靈JP6C-T9280系列變頻器。性能見表3-1。表3-1佳靈JP6C-T928 性能型號JP6C-T9280JP6C-T9280適用電機容量(kW)280額定容量(KVA)400額定電流(A)520額定過載電流額定電流的150%1分鐘相數(shù)

25、 電壓 頻率三相，380V至440V 50Hz/60Hz容許波動電壓+10V -15%，頻率±5%抗瞬時電壓降低310V以上可連續(xù)運行，電壓從額定值降到310V以下時，繼續(xù)運行15ms最高頻率50-400Hz可變設(shè)定基本頻率50-400Hz可變設(shè)定啟動頻率0.5-60Hz可變設(shè)定載波頻率2-6KHz可變設(shè)定冷卻方式強制風(fēng)冷 第三節(jié) 壓力傳感器的選擇檢測元件的精度直接影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。通?？梢赃x用各種壓力傳感器檢測管網(wǎng)壓力。傳統(tǒng)的壓力傳感器有利用彈性元件的，如電感壓力傳感器、電容壓力傳感器等。PMC 系列壓力傳感器的構(gòu)造與之不同，屬于一體化的高精度儀器。它采用電子陶瓷技術(shù)，測量元件完

26、全是固體形式。其工作原理是：使壓力直接作用于電子陶瓷膜片，膜片出現(xiàn)位移后所產(chǎn)生的電容量被與其同體的電子元件檢測、放大，最后轉(zhuǎn)換成420mA的標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。PMC型傳感器具有如下特點：具有相當(dāng)強的抗沖擊和抗過載能力，過壓量達(dá)額定量程的百倍以上；由于壓力測量元件中不采用傳統(tǒng)的介質(zhì)物質(zhì)，所以，測量精度極高，且?guī)缀醪皇軠囟忍荻鹊挠绊?；采用脈沖頻率調(diào)制方式傳輸信號，大大減少了現(xiàn)場干擾的影響，信號傳輸用普通導(dǎo)線完成，簡單方便；重量輕，體積小，安裝維護非常方便。我們選PMC133型壓力傳感器作為出水口端壓力檢測元件，檢測泵出口附近管網(wǎng)內(nèi)壓力作反饋信號，該元件可承受的相對壓力最大測量范圍達(dá)O-40MPa，最小

27、測量范圍為O-lkPa，所需電源要求電壓為12530V，精度±01，壓力傳感器將出水口的壓力信號線性轉(zhuǎn)換為4-20mA DC 標(biāo)準(zhǔn)信號送到PLC（在該系統(tǒng)中，我選取0-500kPa）。第四節(jié) 水泵的選擇選取2種型號的水泵，小泵為常開泵（能夠調(diào)節(jié)到工頻），大泵只能在變頻狀態(tài)下工作。其中，小泵為Y355M1-4，大泵為Y355-M2-4。參數(shù)見表3-2（按實際需要選取，我選了2種比較常用的型號）。表3-2 水泵性能參數(shù)表 第五節(jié) 控制電路因為控制電路圖具有相似性，故只介紹下面3個就能解釋整個電路圖。圖3-4 指示燈控制電路如圖3-4為1號泵變頻指示燈。即當(dāng)1號泵處于變頻狀態(tài)時，燈E1-2

28、亮。 圖3-5 工頻變頻切換電路如圖3-5為1號水泵的變頻工頻切換電路。當(dāng)JNW-1接通時，RJ2-1導(dǎo)通，且JNV1不通，1號泵就會變頻運行。其中，RJ2-1為熱繼電器，作為1號水泵過載保護。KN1、KN2作為自鎖保護裝置，當(dāng)JNW1導(dǎo)通，則KN1得電，于是下面的KN1常閉開關(guān)斷路。反之KN2也一樣。這樣自鎖能保證1號水泵只能工頻變頻選其一。不會發(fā)生既連接了變頻又連接了工頻的錯誤。圖3-6 蝶閥控制電路圖3-6為1號蝶閥的開閥控制圖，即當(dāng)該電路得電時，蝶閥開閥。JF1接通，且KV2-2 ZDK2-1不得電時，蝶閥開始關(guān)閥。其中KV2-1、KV2-2構(gòu)成自鎖裝置，使得蝶閥只能處于開閥和關(guān)閥中的

29、一種狀態(tài)。第四章 系統(tǒng)軟件的開發(fā)第一節(jié) PLC的工作方式PLC采取循環(huán)掃描的工作方式，其工作過程簡圖如圖4.1所示。這個過程可分為內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個階段，整個過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。在內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊內(nèi)部硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時器，以及完成一些其它的內(nèi)部處理。在圖4.2掃描過程通信服務(wù)階段PLC與帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容.在PLC處于停止運行(STOP)狀態(tài)時，只完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作。在RUN時，要完成全部的工作。1.輸入處理階段PLC在輸入處理階段，以掃描方式順序讀入所有輸入端

30、的通/斷狀態(tài)，并以此狀態(tài)存入輸入輸出印象寄存器。接著轉(zhuǎn)入程序的執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時間，即使輸入輸出狀態(tài)發(fā)生變化，輸入輸出印象寄存器的內(nèi)容也不會發(fā)生變化，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入。2.程序執(zhí)行階段PLC在程序執(zhí)行階段，按先左后右、先上后下的步序，逐條執(zhí)行程序指令，從輸入印象寄存器和其它元件印象寄存器讀出有關(guān)元件的通/斷狀態(tài)。 根據(jù)用戶程序進行邏輯運算，運算結(jié)果再存入有關(guān)的元件印象寄存器中。即對每個元件來說，元件印象寄存器中的內(nèi)容會隨著程序的進程而變化。 3.處理階段在所有的指令執(zhí)行完畢后，將輸出印象寄存器(即Y寄存器)的通/斷狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電

31、路、驅(qū)動功率放大電路、輸出端子，向外輸出控制信號，這才是PLC的實際輸出。PLC的掃描既可以按照固定的順序進行，也可以按用戶程序的指定的可變順序進行。這不僅因為有的程序不需要每掃描一次就執(zhí)行一次，而且也因為在一個大的控制系統(tǒng)中要處理的I/O點數(shù)比較多，通過安排不同的組織模塊，采用分時分批的掃描辦法，可縮短循環(huán)掃描的周期和提高系統(tǒng)控制的實時響應(yīng)性。順序掃描的工作方式簡單直觀，簡化了程序的設(shè)計，并為PLC的可靠性運行提供了保障。一方面，所掃描到的功能經(jīng)解算后，其結(jié)果馬上就可以被后面要掃描到的邏輯解算所利用；另一方面，還可以通過CPU內(nèi)部設(shè)定的監(jiān)視定時器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定時間，診斷CPU內(nèi)部

32、故障。以避免程序異常運行而造成的不良影響。由PLC的工作過程可見，在PLC的程序執(zhí)行階段，即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會發(fā)生變化，要等到下一周期的輸入處理階段才能變改變。暫存在輸出狀態(tài)寄存器中的輸出信號，也需要等到一個循環(huán)周期結(jié)束后，CPU集中將這些輸出信號全部輸送輸出鎖存器，這才成為實際的CPU輸出。因此，全部的輸入、輸出狀態(tài)的改變，就需要一個掃描周期。掃描周期是其一個比較重要的指標(biāo)，一般為幾毫秒至幾十毫秒。PLC掃描時間取決于程序的長短和掃描速度。因為PLC的輸入處理階段和輸出處理階段所需時間一般很短，通常只要幾毫秒。由此可見，PLC的掃描時間對于一般的工業(yè)設(shè)備(改變狀態(tài)的

33、時間約為幾秒以上)通常是沒什么影響的。第二節(jié) PLC連接圖圖4-1 PLC接線圖如圖4-2所示，總共有24個輸入數(shù)字量I/O口，其中的SAN1、SAN2、SAN3、SAN4、SAN5、SAN6為輸入開關(guān)；總共有16個輸出數(shù)字量I/0口，JNW1、JNW2、JNV1、JNV2、JNV3、JNV4、JF1、JF2、JF3、JF4、JF5、JF6、JF7、JF8、FWD、BX為PLC控制的開關(guān)量。PLC可以增加數(shù)字量輸出擴展模塊，假如該系統(tǒng)還要增加數(shù)字量輸出的話，可以增加一個模塊。這樣也吻合數(shù)字量輸出I/O口要預(yù)留10-30%的條件。EM235為模擬量輸入輸出模塊，其中A+端、A-端接壓力傳感器，接

34、受4-20mA電流信號，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸入符合CPU標(biāo)準(zhǔn)要求的信號。B+端、B-端接變頻器頻率信號，接受0-5V電壓，輸入同樣符合CPU標(biāo)準(zhǔn)要求的信號。C+端、C-端接鑒頻鑒相比較器，信號只有0伏和5伏兩種狀態(tài)，我依然把他看作模擬量。當(dāng)輸入為0時，變頻器的輸出頻率相位和電網(wǎng)的頻率相位一致，能進行工頻轉(zhuǎn)變頻和變頻轉(zhuǎn)工頻的切換。輸出為5V時，不能進行工頻轉(zhuǎn)變頻或變頻轉(zhuǎn)工頻的切換。第三節(jié) 恒壓供水的工藝流程系統(tǒng)開始運行之前，應(yīng)先把管壓參數(shù)SP賦給PLC。按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始運行，PLC給變頻器FWD信號，然后判斷變頻器能否工作正常，正常的話采用全自動變頻恒壓控制方式。現(xiàn)在假設(shè)變頻器工作正常，系統(tǒng)開

35、始運行，水泵1變頻零轉(zhuǎn)速啟動，待運轉(zhuǎn)正常后壓力傳感器開始采樣，隨著PLC的不斷掃描，系統(tǒng)不斷輸入管壓信號的采樣結(jié)果，采樣結(jié)果通過模擬輸入輸出單元將模擬輸入值轉(zhuǎn)換為PLC可以接受的數(shù)字信號，與目標(biāo)值作比較，將偏差調(diào)整為零，也就是提高或降低水泵轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)水壓達(dá)到目標(biāo)值。如果一臺水泵額定轉(zhuǎn)速運行仍不能使管網(wǎng)水壓達(dá)到設(shè)定值，將水泵1切換到工頻態(tài)運行，延時后變頻器的控制對象切換到水泵2，同時保持水泵1維持工頻運行，水泵2從零轉(zhuǎn)速開始運行，過程如上。泵3、泵4的工作情況也是如此。在該種運行方式下，系統(tǒng)大部分時間是工作于其中一臺泵變頻運行進行微調(diào)，其它泵或工頻或停止的狀態(tài)本系統(tǒng)為2組水泵輪流工作，2組水泵

36、的選擇由人工直接操作。因為2組水泵的原理型號相同，所以下面以水泵1組為例介紹恒壓供水的工藝流程。流程圖見圖4-2。該系統(tǒng)的主要運行過程如下：1.系統(tǒng)啟動按下SAN1按鈕，系統(tǒng)水泵1組開始啟動。首先將水泵1組的兩個碟閥關(guān)閉。即JF1和JF3置1，延時1秒鐘，確定蝶閥關(guān)閉后接通1號水泵變頻開關(guān)。隨后開變頻器，即FWD置1。當(dāng)變頻器FWD端置1時，變頻器將正轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)且頻率逐漸上升。當(dāng)頻率到達(dá)50Hz時，水泵已經(jīng)運轉(zhuǎn)正常，延時4S，開碟閥1，即將JF1置0、JF2置1。隨后PLC的PID調(diào)節(jié)將控制變頻器頻率從而達(dá)到恒壓的效果。2.變頻轉(zhuǎn)工頻變頻轉(zhuǎn)工頻的情況只可能發(fā)生在1號水泵。首先要進行條件判定，即只有

37、當(dāng)1號水泵處于變頻狀態(tài)時才可能有變頻轉(zhuǎn)工頻現(xiàn)象（這在程序中用觸點來確定）。然后，必須1號水泵已經(jīng)到了工作極限（程序中用VD208表示即50Hz）且壓力依然小于設(shè)定值時才會出現(xiàn)變頻轉(zhuǎn)工頻的現(xiàn)象（這在程序中用條件判定來確定，即PID計算結(jié)果VD250大于VD208）。當(dāng)上述條件符合時，不能馬上切換到工頻，還要進行相位比較，當(dāng)相位一致時，才能切換（程序中由鑒頻鑒相器來判斷，鑒頻鑒相器輸出為0時，頻率相位都相同,具體見3.6章）。具體切換過程是關(guān)變頻器然后馬上關(guān)閉1號水泵變頻開關(guān)再然后接通工頻開關(guān)。切換過程中應(yīng)該有短時間的延時（程序中延時為0.1S）。隨后，因該馬上將2號水泵變頻開關(guān)接通，然后開變頻器，隨后按照（1）啟動流程的介紹來啟動2號水泵。3.工頻轉(zhuǎn)變頻同樣，工頻轉(zhuǎn)變頻同樣只可能發(fā)生在1號水泵。前提為2臺水泵都在工作，2號水泵工作頻率已經(jīng)到了最低值（程序中用VD204表示），且壓力依然不夠（在程序中壓力不夠用PID計算結(jié)果VD250小于VD204表示）。滿足上面條件后就能馬上關(guān)閉2號水泵。但是此時還不能將1號水泵由工頻轉(zhuǎn)到變頻，首先要將變頻器調(diào)整到50Hz，然后進行鑒相后才能轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換過程為切斷1號水泵工頻，然后馬上接通1號水泵變頻。4.關(guān)閉水